KR20220105419A

KR20220105419A - 자기장 센서를 이용한 스타트 모터 고장진단장치

Info

Publication number: KR20220105419A
Application number: KR1020210008095A
Authority: KR
Inventors: 허장욱; 최욱현; 고도현
Original assignee: 금오공과대학교 산학협력단; 최욱현; 고도현
Priority date: 2021-01-20
Filing date: 2021-01-20
Publication date: 2022-07-27

Abstract

스타트 모터 고장진단장치는 스타트 모터 내의 마그네틱 스위치의 코일에서 발생하는 자기장을 감지하는 자기장 센서와, 자기장의 세기의 변화를 토대로 고장 가능성을 판단하는 제어부와, 제어부에서 판단된 고장 가능성에 대응되는 색상을 출력하는 상태 표시부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

자기장 센서를 이용한 스타트 모터 고장진단장치{Start motor fault diagnosis device using magnetic field sensor}

본 발명은 스타트 모터 고장진단장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는 자기장 센서를 이용한 스타트 모터 고장진단장치에 관한 것이다.

일반적으로, 자동차 엔진은 자력으로 시동할 수 없으므로, 실린더 안에서 최초로 폭발 연소를 일으켜 엔진을 회전시키려면 외부의 힘으로 크랭크축을 돌려주어야 한다. 그리고 엔진의 크랭크축을 돌려주기 위한 것이 시동장치이다.

이러한, 시동장치는 엔진의 크랭킹(cranking)을 위한 토크를 발생시키는 스타트모터와, 이 스타트모터의 구동전원을 인가하기 위한 배터리를 포함하여 이루어진다.

스타트 모터는 마그네틱 스위치부와, 아마추어 어셈블리와, 이 아마추어 어셈블리의 구동력을 엔진의 크랭크축에 전달하기 위한 오버러닝클러치(ORC: OVER RUNNING CLUTCH) 및 아마추어 어셈블리와 아마추어의 회전 RPM을 감속하여 토크로 변환하는 기어 어셈블리와, 엔진의 링기어에 치합되어 스타트 모터의 동력을 전달하는 오버러닝클러치를 포함하여 구성된다.

특히, 스타트 모터는 전조 증상 없이 고장이 나는 부품 중 하나로서 만약 스타트 모터가 고장이 나게 되면 자동차에 시동자체가 걸리지 않으므로 여러 가지 위험한 상황에 노출될 수 있다. 따라서 그러한 사고방지를 위해 스타트 모터의 고장을 예지 및 진단하는 것이 중요하다.

KR

10-0819334

B

본 발명은 상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 제안된 것으로, 스타트 모터 내부의 마그네틱 스위치의 코일에서 발생하는 자기장을 자기장 홀센서로 측정하여 데이터를 수집한 후 고장시점이나 위험상황을 예측 및 파악하여 스타트 모터의 교체 시기나 위험 알림 등을 사용자에게 알려줄 수 있는 스타트 모터 고장진단장치를 제공한다.

상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 스타트 모터 내의 마그네틱 스위치의 코일에서 발생하는 자기장을 감지하는 자기장 센서와, 자기장의 세기의 변화를 토대로 고장 가능성을 판단하는 제어부와, 제어부에서 판단된 고장 가능성에 대응되는 색상을 출력하는 상태 표시부를 포함하는 스타트 모터 고장진단장치가 제공된다.

또한, 본 발명에 포함되는 제어부는 자기장 세기가 기준범위를 벗어난 누적시간을 추가적으로 고려하여 고장 가능성을 판단하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 포함되는 제어부는 자기장 세기가 기준범위를 벗어난 횟수를 추가적으로 고려하여 고장 가능성을 판단하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 포함되는 상태 표시부는 서로 다른 색상을 발광하는 복수의 발광 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 스타트 모터 고장진단장치는, 스타트 모터 내부의 마그네틱 스위치의 코일에서 발생하는 자기장을 자기장 홀센서로 측정하여 데이터를 수집한 후 고장시점이나 위험상황을 예측 및 파악하여 스타트 모터의 교체 시기나 위험 알림 등을 사용자에게 알려줄 수 있다.

즉, 스타트 모터 고장진단장치는 스타트 모터의 고장을 진단 및 예측하여 사용자에게 스타트 모터를 적시에 교체할 수 있도록 도와주어 스타트 모터 고장 시 발생하는 견인비용 및 인력비용을 절감할 수 있다.

또한, 스타트 모터의 수명이 많이 남지 않은 상황에서 무리하게 시동을 거는 상황으로 인해 발생하는 화재와 도로에서 시동이 정지하는 불가피한 상황을 방지할 수 있고 이로 인한 2차 사고도 예방할 수 있다.

도 1은 스타트 모터 내부의 마그네틱 스위치를 나타낸 도면
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 스타트 모터 고장진단장치(100)의 구성도
도 3은 스타트 모터 고장진단장치(100)의 실사도
도 4는 제1 마그네틱 스위치의 테스트 결과를 나타낸 도면
도 5는 제2 마그네틱 스위치의 테스트 결과를 나타낸 도면
도 6은 제3 마그네틱 스위치의 테스트 결과를 나타낸 도면

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

도 1은 스타트 모터 내부의 마그네틱 스위치를 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 스타트 모터 고장진단장치(100)의 구성도이고, 도 3은 스타트 모터 고장진단장치(100)의 실사도이다.

본 실시예에 따른 스타트 모터 고장진단장치(100)는 제안하고자 하는 기술적인 사상을 명확하게 설명하기 위한 간략한 구성만을 포함하고 있다.

도 1 내지 도 3을 동시에 참조하면, 스타트 모터 고장진단장치(100)는 자기장 센서(110), 제어부(120) 및 상태 표시부(130)를 포함하여 구성된다.

상기와 같이 구성되는 스타트 모터 고장진단장치(100)의 주요동작을 살펴보면 다음과 같다.

스타트 모터는 배터리로부터 구동전원을 공급받아 초기시동을 걸어 엔진을 구동하는 장치이다.

스타트 모터를 FMEA (Failure Mode and Effects Analysis)의 “발생도(Occurrence)X 심각도(severity) X 감지도(Detection) = RPN (Risk Priority Number)”를 통해 분석하면 전원코일의 손상으로 피니언을 링기어에 물리게 하여 전동기의 회로에 전류를 흐르게 하는 기능을 담당하는 마그네틱 스위치(솔레노이드 스위치)가 손상되는 경우가 많다.

즉, 스타트 모터가 고장 났을 때의 FMEA(Failure Mode and Effect Analysis)를 이용하여 스타트 모터의 여러 가지 고장 원인 중 발생도, 심각도, 감지도를 기반으로 한 RPN을 바탕으로 고장 시 스타트 모터의 부품인 마그네틱 스위치 내부의 코일이 녹아 붙는 경우를 선택하고 이를 감지하는 장치를 개발하였다.

자기장 센서(110)는 스타트 모터 내의 마그네틱 스위치(10)의 코일에서 발생하는 자기장을 감지하고, 제어부(120)는 자기장의 세기의 변화를 토대로 고장 가능성을 판단하며, 상태 표시부(130)는 제어부(120)에서 판단된 고장 가능성에 대응되는 색상을 출력한다.

이때, 상태 표시부(130)는 서로 다른 색상을 발광하는 복수의 발광 다이오드로 구성될 수 있다. 즉, 색상의 변화를 마그네틱 스위치(10)의 고장 가능성을 식별하여 표시할 수 있다.

참고적으로, 제어부(120)는 자기장 세기가 기준범위를 벗어난 누적시간을 추가적으로 고려하여 고장 가능성을 판단할 수도 있고, 자기장 세기가 기준범위를 벗어난 횟수를 추가적으로 고려하여 고장 가능성을 판단할 수도 있을 것이다.

이하, 스타트 모터 고장진단장치(100)의 검증 실험에서는 제어부(120)는 아두이노 보드로 구성되고 상태 표시부(130)는 아두이노 보드의 발광 다이오드로 구성된다. 또한, 자기장 센서(110)는 아두이노 자기장 홀센서를 이용하여 구성되었다.

도 4는 제1 마그네틱 스위치의 테스트 결과를 나타낸 도면이고, 도 5는 제2 마그네틱 스위치의 테스트 결과를 나타낸 도면이고, 도 6은 제3 마그네틱 스위치의 테스트 결과를 나타낸 도면이다.

도 4 내지 도 6을 참조하면, 자기장의 크기는 코일에 흐르는 전류에 비례하므로 I=V/R 공식을 적용하면 전류가 증가하면 전압도 높아지고 그에 따라 자기장의 세기도 증가하게 된다. 실제차량에 부착되어 있는 스타트 모터의 상황을 구현하기 위해 소형(도 4), 중형(도 5), 대형 차량(도 6)의 마그네틱 스위치에 대해 차량용 배터리를 이용한 실험을 진행하였다.

< 표 1>

아두이노 자기장 홀센서로 마그네틱 스위치 내부의 코일 자기장 세기를 기반으로 코일이 손상을 입어 흐르는 전류가 약해지게 되면 전압 및 자기장의 세기가 약해지는 것을 확인할 수 있었고 <표 1>과 같이 정상, 위험, 미작동 세 가지의 경우로 분류했다. - 아두이노 센서값 : 0 ~ 1023, 아두이노에서 사용하는 전압 0 ~ 5V, 측정 센서값을 변환 전압값(mV)으로 바꾸는 공식: (5/1023) x 1000 x 측정 센서값 -

스타트 모터의 마그네틱 스위치 속 코일의 자기장 세기를 측정해서 측정값에 따라 구간을 설정한다. 마그네틱 스위치를 아두이노 자기장 홀 센서로 측정했을 때 자기장세기의 구간에 따라 센서에 자기장이 감지되지 않는 상황에는 아두이노 브레드보드의 빨강 LED가 작동, 자기장의 세기가 정상 범위면 초록 LED가 작동, 고장이 시작되어 코일에 손상이 가해지는 시점부터는 위험 범위로 인지해 노랑 LED가 작동된다.

참고적으로 아두이노 보드에 연결한 리니어 홀센서를 데이터 식별화를 위해 0.3초 단위로 값을 추출하였지만 0.1초로 수정을 하여 보다 더 민감하고 다양화된 데이터 값을 얻어 더 세분화된 고장 및 정상 경계범위를 설정할 수도 있다.

이와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

10 : 마그네틱 스위치
100 : 스타트 모터 고장진단장치
110 : 자기장 센서
120 : 제어부
130 : 상태 표시부

Claims

스타트 모터 내의 마그네틱 스위치의 코일에서 발생하는 자기장을 감지하는 자기장 센서;
상기 자기장의 세기의 변화를 토대로 고장 가능성을 판단하는 제어부; 및
상기 제어부에서 판단된 고장 가능성에 대응되는 색상을 출력하는 상태 표시부;
를 포함하는 스타트 모터 고장진단장치.
제1항에 있어서,
상기 제어부는,
자기장 세기가 기준범위를 벗어난 누적시간을 추가적으로 고려하여 고장 가능성을 판단하는 것을 특징으로 하는 스타트 모터 고장진단장치.
제1항에 있어서,
상기 제어부는,
자기장 세기가 기준범위를 벗어난 횟수를 추가적으로 고려하여 고장 가능성을 판단하는 것을 특징으로 하는 스타트 모터 고장진단장치.
제1항에 있어서,
상기 상태 표시부는,
서로 다른 색상을 발광하는 복수의 발광 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 스타트 모터 고장진단장치.