KR20110116805A - 전기부품에 대한 절연 상태 및 성능예측 진단 방법 및 그 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기부품에 대한 절연 상태 및 성능예측 진단 방법 및 그 장치에 관한 것으로서, 전기부품의 제어를 위해 설치된 모든 제어용트랜지스터를 OFF 한 상태에서 전기 제품에 제어 전원을 인가하는 전원선에 설치된 진단용트랜지스터를 ON 하여 전원선에 설치된 콘덴서에 전하를 충전하는 단계와; 상기 제어용트랜지스터와 진단용트랜지스터를 모두 OFF 한 상태에서 상기 전원선에 연결된 전압검출부를 이용해 초기전압의 변화를 측정하는 단계와; 상기 제어용트랜지스터를 ON 하고 진단용트랜지스터를 OFF 한 상태에서 콘덴서에 충전된 전하를 일정량 소비하여 전압 강하가 일어나도록 하는 단계와; 상기 제어용트랜지스터와 진단용트랜지스터를 모두 OFF 한 상태에서 상기 전원선에 연결된 전압검출부를 이용해 최종전압의 변화를 검출하는 단계가 순차적으로 구성되어 전기부품의 전원선이나 전기부품의 단락과 같은 절연 이상을 검출할 수 있기 때문에 절연 이상으로 인한 화재 발생을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 전기부품의 성능예측 시험을 통해서 전기부품의 불량을 진단할 수 있기 때문에 전기부품의 사용 안전성을 향상시킬 수 있는 이점도 있다.

Description

전기부품에 대한 절연 상태 및 성능예측 진단 방법 및 그 장치{Method and apparatus for diagnosing insulation state and resistance load in electric parts}

본 발명은 전기부품에 대한 절연 상태 및 성능예측 진단 방법 및 그 장치에 관한 것으로 보다 구체적으로는 제어선의 열화에 영향을 미치지 않는 소용량의 콘덴서를 충전하여 이 전하를 이용해 자동차에 사용되는 각종 전기부품의 절연 상태와 점검과 저항성분에 의한 콘덴서의 방전량을 측정하여 성능을 예측함으로써 고장을 미연에 방지할 수 있도록 한 것이다.

자동차와 같이 다양한 전기부품을 사용하는 기계 장치에 있어서, 모든 섀시는 배터리(Battery) 전원에 대하여 그라운드(Ground) 상태로 연결되어 있으며, 해당 요소를 구동하기 위한 전원을 공급하는 제어선이 단락된 경우를 대비하여 규정 값 이상의 과도한 전류가 흐를 경우 전류에 의해 발생하는 열에 의해 녹아서 끊어지는 퓨즈(Fuse)를 사용하게 된다.

그러나 상기와 같이 퓨즈를 사용하더라도 해당 퓨즈가 녹아서 끊어지기 전까지 제어선에 미치는 열화 현상에 대해서는 어떠한 보호 조치가 할 수 없는 문제점이 있었다.

그리하여 자동차에서 단순 기능을 수행하는 경적이나 제동램프 또는 차폭등과 같은 부품들의 경우에는 작동 제어선과 케이스의 그라운드선이 노후화로 인하여 단락되는 경우에는 과열로 인한 화재 발생의 위험이 증가할 뿐만 아니라, 자칫 자동차 내부의 배선 일체를 모두 교체해야 하는 경우도 발생하게 된다.

한편, 최근에는 하이브리드 자동차를 비롯한 차세대 전기 자동차나 수소 연료 전지차와 같은 차세대 자동차의 출시를 위해 전 세계 유수의 자동차 회사들이 기술 개발에 총력을 다하고 있는 실정이다.

그런데 상기와 같은 차세대 자동차들에 대한 기술 개발에 있어서 핵심 기술은 바로 기존에 휘발유나 경유를 이용하여 동력을 생산하는 엔진을 대신하여 전기를 이용해 동력을 생산하여 자동차를 구동시킬 수 있도록 하는 구동용 모터의 제어에 관한 기술이다.

즉, 자동차에서 사용되는 모터의 선이나 모터의 내부에서 절연이 파괴된 상태에서 모터를 제어하는 ECU가 모터에 전원을 인가하면 해당 제어기 또는 퓨즈가 녹아서 끊어짐으로써, 모터의 작동이 멈추기 때문에 자동차의 운행 자체가 불가능해지거나 운행 중 사고로 이어질 위험이 큰 문제점이 있다.

따라서 모터의 구동 직전에 모터로 출력되는 선이나 모터 내부의 코일에 대한 절연 상태를 점검하여 비정상적인 절연 상태인 경우에는 이를 즉각적으로 사용자에게 알려줄 수 있는 경보 방법 및 그 장치의 개발이 절실할 뿐만 아니라, 모터의 동작 직전에 성능을 예측하기 위한 시험을 시행하여 고장을 예측하는 기능의 개발도 절실한 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위하여 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 전기부품의 제어 전원을 인가하기 직전 콘덴서에 충전되는 전압을 검출함에 따라 제어선이나 전기부품의 단락과 같은 절연 이상을 검출할 수 있도록 함과 동시에 전기부품의 성능예측 시험을 통해서 전기부품의 성능을 진단할 수 있도록 한 전기부품에 대한 절연 상태 및 성능예측 진단 방법 및 그 장치를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 전기부품의 제어를 위해 설치된 모든 제어용트랜지스터를 OFF 한 상태에서 전기 제품에 제어 전원을 인가하는 전원선에 설치된 진단용트랜지스터를 ON 하여 전원선에 설치된 콘덴서에 전하를 충전하는 단계와;

상기 제어용트랜지스터와 진단용트랜지스터를 모두 OFF 한 상태에서 상기 전원선에 연결된 전압검출부를 이용해 초기전압의 변화를 측정하는 단계와;

상기 제어용트랜지스터를 ON 하고 진단용트랜지스터를 OFF 한 상태에서 콘덴서에 충전된 전하를 일정량 소비하여 전압 강하가 일어나도록 하는 단계와;

상기 제어용트랜지스터와 진단용트랜지스터를 모두 OFF 한 상태에서 상기 전원선에 연결된 전압검출부를 이용해 최종전압의 변화를 검출하는 단계가 순차적으로 이루어지는 구성이다.

한편, 본 발명은 전기부품에 제어 전원을 인가하는 전원선의 단락을 검출하기 위한 진단용트랜지스터와;

상기 전원선에 절연파괴가 발생한 경우에 상기 진단용트랜지스터를 보호하기 위한 저항과;

상기 진단용트랜지스터를 통해 공급된 후 상기 저항을 통과한 전하를 충전하는 콘덴서와;

상기 진단용트랜지스터와 콘덴서와 저항을 전원선에 연결하기 위한 연결선과;

상기 콘덴서와 연결선의 전압 변화를 검출하기 위한 전압검출부로 구성된다.

본 발명은 전기부품의 전원선이나 전기부품의 단락과 같은 절연 이상을 검출할 수 있기 때문에 절연 이상으로 인한 화재 발생을 방지할 수 있는 이점이 있다.

또한, 전기부품의 성능예측 시험을 통해서 전기부품의 고장을 미연에 방지할 수 있기 때문에 전기부품의 사용 안전성을 향상시킬 수 있는 이점도 있다.

도 1은 본 발명을 전동기 구동 회로에 적용한 예를 나타낸 회로도
도 2는 본 발명을 조명 구동 회로에 적용한 예를 나타낸 회로도
도 3은 본 발명의 바람직한 실시를 위하여 자동차에 적용하기 위한 블럭도이다.

이하, 본 발명을 첨부된 도면에 의하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

첨부된 도면들 중에서 동일한 구성 요소들은 가능한 어느 도면에서든지 동일한 부호를 사용하고 있음을 유의해야 하며, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 또는 공지 구성에 대한 상세한 설명은 생략하였음을 미리 밝혀두는 바이다.

먼저, 첨부도면 도 1은 전동기 구동 회로에 적용한 예를 나타낸 회로도로서 자동차용 전동기를 기준으로 한 것이나, 이에 한정하는 것은 아니며, 자동차에서 사용되는 진공펌프, 워터펌프, 조향장치, 창문, 전동식의자 등 다양한 자동차용 전기부품에 적용 가능함을 미리 밝혀두는 바이다.

도면에서 도시한 바와 같이 자동차용 전동기의 제어를 위해서 설치되는 제어용트랜지스터는, 먼저 전동기의 +전원선의 단락에 따른 제어기와 퓨즈를 보호하기 위한 트랜지스터(Q1)와 전동기의 속도를 제어하기 위한 트랜지스터(Q2)를 전원선에 설치하게 된다.

또한, 전기부품에 제어 전원을 인가하는 전원선의 단락을 검출하기 위한 진단용트랜지스터(Q3)와, 전기부품의 단락을 검출하기 위한 전하를 충전하는 콘덴서(C1)와, 상기 전원선의 단락시에 진단용트랜지스터를 보호하는 저항(R1)이 연결되는 연결선을 상기 전원선에 연결함으로써, 전원선의 단락을 검출할 수 있게 되는데 전원선의 단락을 검출하기 위한 실시 예를 순차적으로 설명하면 다음과 같다.

① 전동기(Motor)의 제어를 위해 설치된 모든 제어용트랜지스터(Q1, Q2)를 OFF 한 상태에서 진단용트랜지스터(Q3)를 0.1㎳ 동안 ON 함으로써 전원선에 설치된 콘덴서(C1)에 12V의 전하를 충전하게 된다.

② 콘덴서(C1)의 충전이 완료되면, 제어용트랜지스터(Q1, Q2)와 진단용트랜지스터(Q3)를 모두 OFF 한 상태에서 전원선과 연결된 연결선에 설치된 전압검출부를 이용해 전원선의 초기전압을 변화를 1㎳ 동안 측정하게 된다.

③ 초기전압의 측정이 완료되면, 전동기(Motor)의 제어를 위해 설치된 두 개의 트랜지스터(Q1, Q2) 중에서 전동기의 속도 제어를 위해 설치된 트랜지스터(Q2)를 0.1㎳ 동안 ON 하여 콘덴서(C1)에 충전된 전하를 일정량 소비함으로써 인위적으로 전압 강하를 발생시키게 된다.

④ 제어용트랜지스터(Q1, Q2)와 진단용트랜지스터(Q3)를 모두 OFF 한 상태에서 전원선과 연결된 연결선에 설치된 전압검출부를 이용해 전원선의 최종전압의 변화를 1㎳ 동안 측정하게 된다.

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위의 ② 과정을 통해서 얻어진 초기전압과 ④ 과정을 통해서 얻어진 최종전압을 통해서 전원선의 단락 여부를 확인할 수 있는데, 상기 ②의 단계에서 전압강하의 속도가 급격할 경우에는 +전원 라인에서 단락이 있는 경우이며, 전압강하의 속도가 완만하면 -전원 라인에서의 단락이 발생한 것이다.

이처럼 단락으로 판단되는 경우에는 해당 전기부품을 제어하는 ECU가 배선 및 전기부품의 보호를 위하여 제어 전원의 인가를 차단함과 동시에 자동차인 경우에는 운전자에게 전원선의 단락을 즉각적으로 경고함으로써 배선의 손상이나 화재 발생을 방지할 수 있게 된다.

반면에, 전압강하가 없으면 전원선과 전동기(Motor)의 절연 상태가 양호한 것으로 판단할 수 있다.

한편, 상기와 같이 ②의 단계에서 전압강하가 없으면 전원선과 전동기(Motor)의 절연 상태가 양호한 상태일 때의 측정된 전압을 초기전압으로 하고, 상기 ④의 단계에서 검출된 전압을 최종전압이라고 하면, 초기전압과 최종전압의 차이를 검출하여 그 검출값을 해당 전기부품의 초기 설계 과정에서 입력된 정상전압과 대비할 수 있게 된다.

즉, 전기부품 내부의 코일 등에서 절연불량 등의 소손이 발생하여 정상적인 전기부품의 저항값이 낮아진 경우에는 상기 초기전압과 최종전압의 차이를 검출하여 얻어진 검출값이 정상전압보다 높게 검출되므로 이러한 경우에는 해당 전기부품의 부하율이 증가한 상태로 판단할 수 있게 된다.

반면에, 전기부품의 내부의 코일 또는 접촉부위의 노후화나 열화로 인한 저항성분의 증가로 인해 저항값이 높아진 경우에는 상기 초기전압과 최종전압의 차이를 검출하여 얻어진 검출값이 정상전압보다 낮게 검출되므로 이러한 경우에는 해당 전기부품의 부하율이 감소한 것으로 판단할 수 있게 된다.

따라서 상기와 같은 방식으로 전기부품에 대한 고장을 예측하여 해당 전기부품이 사용된 자동차의 운전자에게 전기부품의 고장 가능성이나 고장 여부를 알려 줌으로써 전기부품의 손상이나 고장으로 인한 자동차의 고장과 그로 인한 사고를 미연에 방지할 수 있게 된다.

한편, 첨부도면 도 2는 본 발명을 조명 구동 회로에 적용한 예를 나타낸 회로도로서 자동차에서 사용되는 각종 조명등뿐만 아니라, 경적과 같은 부품에도 동일하게 적용 가능함을 미리 밝혀두는 바이다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시나 응용이 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시나 응용 예는 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해돼서는 안 될 것이다.

C1: 콘덴서
Q1, Q2: 제어용트랜지스터
Q3: 진단용트랜지스터
R1, R2, R3, R4: 저항

Claims (2)

1. 전기부품의 제어를 위해 설치된 모든 제어용트랜지스터를 OFF 한 상태에서 전기 제품에 제어 전원을 인가하는 전원선에 설치된 진단용트랜지스터를 ON 하여 전원선에 설치된 콘덴서에 전하를 충전하는 단계와;
   상기 제어용트랜지스터와 진단용트랜지스터를 모두 OFF 한 상태에서 상기 전원선에 연결된 전압검출부를 이용해 초기전압의 변화를 측정하는 단계와;
   상기 제어용트랜지스터를 ON 하고 진단용트랜지스터를 OFF 한 상태에서 콘덴서에 충전된 전하를 일정량 소비하여 전압 강하가 일어나도록 하는 단계와;
   상기 제어용트랜지스터와 진단용트랜지스터를 모두 OFF 한 상태에서 상기 전원선에 연결된 전압검출부를 이용해 최종전압의 변화를 검출하는 단계가 순차적으로 구성되는 전기부품에 대한 절연 상태 및 성능예측 진단 방법.
   
2. 전기부품에 제어 전원을 인가하는 전원선의 단락을 검출하기 위한 진단용트랜지스터와;
   상기 전원선에 절연파괴가 발생한 경우에 상기 진단용트랜지스터를 보호하기 위한 저항과;
   상기 진단용트랜지스터를 통해 공급된 후 상기 저항을 통과한 전하를 충전하는 콘덴서와;
   상기 진단용트랜지스터와 콘덴서와 저항을 전원선에 연결하기 위한 연결선과;
   상기 콘덴서와 연결선의 전압 변화를 검출하기 위한 전압검출부로 구성되는 전기부품에 대한 절연 상태 및 성능예측 진단 장치.

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