KR20230016922A - 릴레이의 가속수명 예측 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 출원은 릴레이 회로의 내구성 설계 개선안을 검증하고자 할 때, 개선 전과 개선 후에 대한 품질 수명의 증감 여부를 객관적으로 확인하고 고장 모드와 잠재 결함을 검증 및 확인할 수 있으며, 기존 신뢰성 시험 방법에서 과다하게 소요되는 시간을 단축시키고 시험 비용을 절감할 수 있는 가속 수명 시험 시스템 및 방법을 제공한다.

Description

릴레이의 가속수명 예측 시스템 및 방법{Relay accelerated life prediction system and method}
본 발명은 릴레이의 가속수명 예측 시스템 및 방법에 관한 것이다.
릴레이는 주로 전자회로의 전기신호를 스위칭(Switching)하는 용도로 사용되어, 전투차량에서는 발사통제장치의 발사임무 신호전달과 탄 상태식별, 연결케이블 및 신호장입 상태식별 등과 같이 연동부품에 신호를 전달하거나 온/오프 상태를 확인하기 위한 용도로 활용된다.
이 외에도 전기장치의 전원을 켜거나 끄는데 활용되기 때문에 범용적으로 다양한 전자장치에 적용되고 있다.
릴레이는 단순하게 보면 스위치의 일종으로서 전자회로 적용위치에 흐르는 전류를 물리적으로 연결시켜주거나 끊어주는 역할을 하는 부품이다. 실제적으로는 내부에 여러 개의 스위치가 연결되어 있는 구조로 설계되어있어, 입력전류에 따라 선택적으로 특정한 회로에 전류를 흘려보내는 용도로 활용된다.
릴레이의 고장현상은 전자회로에 전류를 축적하는 커패시터(Capacitor)나 인덕터(Inductor)와 같은 유도성 부품이 적용되어 있을 경우, 이 때 릴레이의 스위치 온/오프 작동(또는 스위칭(Switching)이라 함.) 시 온 상태에서 커패시터나 인덕터에 축적된 전류가 오프 상태에서는 방출(또는 서지, Surge)되어 릴레이 스위치 접점부에 스파크를 일으키면서 소착시키는 형태로 발생할 수 있다.
이와 같은 상황은 일반적인 상황으로서, 구체적으로 전투차량에 있어서는 내부 구동모터의 작동을 온/오프 시킬 때 발생하는 서지에 의해서 제어장치 내부의 릴레이 스위치가 소착되는 경우를 고장으로 판단한다.
만약 릴레이가 소착되는 형태로 고장이 발생할 경우 회로에 전류가 지속적으로 인가되어 구동모터의 한계 구동범위를 초과하여 파손에 이르게 하거나 시스템 제어를 하지 못하여 장비의 전력상태를 유지시키지 못하는 문제가 발생할 수 있다.
한편, 종래의 릴레이 신뢰성 시험 방법은 개발단계에서 검증을 거쳐 설계된 제품을 대상으로 하기 때문에, 주로 양산품의 성능충족여부를 확인하기 위한 작동유무 확인시험과 같은 조건충족여부를 확인하는 시험방법의 형태이다. 그러나 이와 같은 시험방법은 다양한 운용 및 환경 조건에서 수행하지 않는 정형화된 방법이기 때문에, 개발 당시 고려하지 못한 잠재결함을 식별하거나 설계 개선사항을 검증하는 것은 실상 매우 어렵다.
따라서, 경우에 따라 설계 개선품의 개선유무를 검증하기 위해 연동체계에 장착하여 장기간 시험 운용한 뒤 규격충족여부를 확인하는 방법으로 개선 검증을 수행하는데, 이는 객관적인 검증이 아닌 실험적인 검증으로서 조건충족여부만 확인하였기 때문에 개선사항 반영 이후 운용간에 동일한 결함이 재발할 가능성이 높다.
또한, 설계 및 개선사항에 대한 검증은 상황에 따라 과다한 비용과 시간이 소요될 가능성이 크다. 이는 개선여부 확인을 위한 반복적인 실험과정에 인력투입과 시간투자가 지속적으로 요구되기 때문이다. 특히, 내구성 시험수행이 필요할 경우에는 필요에 따라 수백번 혹은 수만번의 횟수로 부품을 동작 시켜야 하기 때문에 일반적인 시험보다 비용지출과 시간소요가 크게 요구된다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 릴레이 회로의 내구성 설계 개선안을 검증하고자 할 때, 개선 전과 개선 후에 대한 품질 수명의 증감 여부를 객관적으로 확인하고 고장 모드와 잠재 결함을 검증 및 확인할 수 있으며, 기존 신뢰성 시험 방법에서 과다하게 소요되는 시간을 단축시키고 시험 비용을 절감할 수 있는 가속 수명 시험 시스템 및 방법을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 적어도 하나 이상의 유도성 소자 및 온/오프 작동 가능한 릴레이를 포함하는 전자 회로가 장착된 구동 장치의 릴레이 가속수명 예측 시스템에 있어서, 상기 구동 장치에 장착된 적어도 하나 이상의 유도성 소자 및 온/오프 작동 가능한 릴레이를 포함하는 전자 회로를 모사한 시험용 전자 회로; 상기 시험용 전자 회로 내 릴레이의 온/오프 작동이 연속적으로 반복되도록 전기 신호를 생성하는 신호 생성부; 상기 시험용 전자 회로에 흐르는 전류의 크기를 릴레이 허용 전류 이상으로 조절하는 전류 조절부; 상기 시험용 전자 회로 내 릴레이의 비정상 작동을 감지하는 감지부; 상기 릴레이의 최초 작동부터 비정상 작동이 발생할 때까지 릴레이의 온/오프 작동 횟수를 기록하는 기록부; 및 상기 기록부의 기록 정보로부터 릴레이의 가속수명을 예측하는 가속수명 예측부;를 포함하는, 릴레이의 가속수명 예측 시스템이 제공된다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 적어도 일 실시예와 관련된 릴레이의 가속수명 예측 시스템은 릴레이 회로의 내구성 설계 개선안을 검증하고자 할 때, 개선 전과 개선 후에 대한 품질 수명의 증감 여부를 객관적으로 확인하고 고장 모드와 잠재 결함을 검증 및 확인할 수 있으며, 기존 신뢰성 시험 방법에서 과다하게 소요되는 시간을 단축시키고 시험 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 릴레이의 가속수명 예측 시스템의 구성도이다.
본 발명은 적어도 하나 이상의 유도성 소자 및 온/오프 작동 가능한 릴레이를 포함하는 전자 회로가 장착된 구동 장치의 릴레이 가속수명 예측 시스템에 관한 것이다. 상기 유도성 소자는 커패시터(Capacitor)나 인덕터(Inductor)와 같은 유도성 부품을 의미한다. 그리고, 상기 구동 장치는 전기 회로가 장착되어 작동하는 장치라면 특별히 제한되지 않는다. 본 발명에서 릴레이의 가속수명 예측 시스템은 구동 장치에서 온/오프 작동하는 릴레이의 내구성 및 수명 신뢰성을 객관적이고 신속하게 검증, 평가 또는 예측하는 시스템이다.
본 발명에서 릴레이의 가속 수명 예측 시스템이란, 릴레이의 수명에 큰 영향을 미치는 변수를 실제 구동 장치의 운용 조건보다 가혹한 수준의 조건으로 변화시켜가면서, 릴레이의 수명 시간을 가속화하는 시스템을 제공한다. 본 발명은 릴레이의 허용 전류 이상의 전류 및/또는 고온의 온도를 이용함으로써, 릴레이의 수명 시간을 가속화하였으며, 이에 대한 자세한 설명은 이하에서 다루기로 한다.
구체적으로, 상기 시스템은 전자 회로, 신호 생성부(200), 전류 조절부(300), 감지부(400), 기록부(500) 및 가속수명 예측부(600)를 포함한다.
상기 시험용 전자 회로(100)는 구동 장치에 장착된 적어도 하나 이상의 유도성 소자 및 온/오프 작동 가능한 릴레이를 포함하는 전자 회로를 모사한다. 상기 시험용 전자 회로(100)는 실제 구동 장치의 전기적 특성에 맞추어 PCB 기판으로 제작될 수 있다. 본 발명에서 시험용 전자 회로(100)를 사용하는 이유는, 실제 구동 장치를 대상으로 릴레이 가속 수명 시험을 수행할 경우 막대한 비용이 들기 때문이다. 또한, 상기 시험용 전자 회로(100)는 모사 대상의 구동 장치 내 전자 회로의 구성에 맞게 다양한 부품들을 포함할 수 있다.
상기 신호 생성부(200)는 시험용 전자 회로(100) 내 릴레이(120)의 온/오프 작동이 연속적으로 반복되도록 전기 신호를 생성한다. 상기 신호 생성부(200)에서 생성(또는 출력)된 전기 신호는 릴레이(120)로 전달(또는 입력)되어 릴레이(120) 온/오프 동작을 제어한다.
상기 전류 조절부(300)는 전자 회로에 흐르는 전류의 크기를 시험용 회로 내 릴레이(120) 허용 전류 이상으로 조절한다. 상기 릴레이(120)의 허용 전류는 구동 장치에서 릴레이(120)의 실제 사용 전류를 의미하며, 상기 전류 조절부(300)는 가혹한 환경 조성을 위하여, 릴레이(120) 허용 전류의 200% 이상, 300% 이상, 400% 이상, 500 % 이상으로 전자 회로에 흐르는 전류의 크기를 조절할 수 있다. 상기 전류 조절부(300)는 전자 회로에 흐르는 전류의 크기를 릴레이(120) 허용 전류 이상으로 조절함에 따라, 릴레이(120)의 수명에 영향을 미치는 변수를 가혹한 조건으로 조성할 수 있고, 이로써 릴레이의 수명 시간을 가속화할 수 있다.
상기 감지부(400)는 시험용 회로 내 릴레이(120)의 비정상 작동을 감지한다. 본 발명에서 릴레이(120)의 비정상 작동이 감지되면 릴레이(120)의 수명이 다한 것으로 판단한다.
상기 기록부(500)는 상기 릴레이(120)의 최초 작동부터 비정상 작동이 발생할 때까지 릴레이(120)의 온/오프 작동 횟수를 기록한다. 상기 기록부(500)는 릴레이(120)의 온 상태에서 오프 상태로 전환될 때를 작동 횟수 (또는 운용 횟수) 1회 라고 하고, 최초 작동부터 비정상 작동이 발생할 때까지의 마지막 작동 횟수를 기록한다. 상기 기록부(500)는 기록 정보를 데이터화하여 저장하는 데이터베이스를 포함할 수 있다.
상기 가속수명 예측부(600)는 상기 기록부(500)의 기록 정보로부터 릴레이(120)의 가속수명을 예측(또는 추정이라고 함)한다. 상기 가속수명 예측부(600)는 기록 정보로부터 신뢰성 도구를 활용하여 시험데이터에 적합한 관계식을 찾고, 가속수명분포 모델을 추정한다. 추정한 가속수명분포 모델을 시험 데이터에 적용하여 가속수명에 대한 모수를 추정하고 신뢰도를 산출한다. 이로부터 신뢰도 모형이 산출되면, 실제 사용 조건에서의 릴레이(120) 수명을 추정할 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 감지부(400)는 릴레이(120)의 온/오프 작동이 불연속적이거나 전기 신호에 의한 릴레이(120)의 온/오프 작동 제어가 불가능한 경우, 비정상 작동으로 감지할 수 있다.
일 례로, 상기 시험용 전자 회로(100)는 다이오드를 추가로 포함할 수 있다. 상기 다이오드는 전자 회로 내 역전류를 최소화하는 역할을 한다.
일 구체예에서, 상기 전류 조절부(300)는 가변 저항을 포함할 수 있다. 상기 전류 조절부(300)는 가변 저항을 물리적으로 조정하여 전자 회로에 흐르는 전류 크기를 원하는 값으로 설정할 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 기록부(500)는 제1 전류가 흐르는 전기 회로에서 상기 릴레이(120)의 비정상 작동이 발생할 때까지 릴레이(120)의 온/오프 작동 횟수를 기록하는 제1 기록부(500); 및 제1 전류와 상이한 크기를 갖는 제2 전류가 흐르는 전기 회로에서 상기 릴레이(120)의 비정상 작동이 발생할 때까지 릴레이(120)의 온/오프 작동 횟수를 기록하는 제2 기록부(500);를 포함할 수 있다. 이외에도, 상기 기록부(500)는 제1 및 제2 전류와 상이한 크기를 갖는 제3 전류, 제4 전류, 제5 전류 등에 대한 작동 횟수를 각각 기록하는 제3 기록부(500), 제4 기록부(500), 제5 기록부(500) 등을 포함할 수 있다. 상기 제1 및 제2 기록부(500)는 제1 전류에 대한 기록 정보와 제2 전류에 대한 기록 정보를 하나의 데이터베이스에서 저장 관리할 수 있다.
상기 가속수명 예측부(600)는 상기 제1 및 제2 기록부(500)의 기록 정보로부터 릴레이(120)의 가속수명을 예측할 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 상기 가속수명 예측부(600)는 제1 및 제2 기록부(500)의 기록 정보로부터 신뢰성 도구를 활용하여 시험데이터에 적합한 관계식을 찾고, 가속수명분포 모델을 추정한다. 추정한 가속수명분포 모델을 시험 데이터에 적용하여 가속수명에 대한 모수를 추정하고 신뢰도를 산출한다. 이로부터 신뢰도 모형이 산출되면, 실제 사용 조건에서의 릴레이(120) 수명을 추정할 수 있다
본 발명의 시스템은 시험용 전자 회로(100)를 수용하는 내부 공간이 마련되고, 상기 내부 공간의 온도 조절이 가능한 챔버를 포함할 수 있다. 상기 챔버는 가혹한 환경 조건을 조성하기 위한 역할을 한다.
예를 들어, 상기 챔버는 내부 공간의 온도를 릴레이(120)의 허용 온도 이상으로 조절할 수 있다. 상기 챔버의 내부 공간 온도는 기록부(500)에 의해 기록된다. 상기 기록부(500)는 전류 크기뿐 아니라 온도 별로 상기 릴레이(120)의 비정상 작동이 발생할 때까지 릴레이(120)의 온/오프 작동 횟수를 기록할 수 있다.
본 출원은 또한 릴레이(120)의 가속수명 예측 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 전술한 시스템을 이용하여 릴레이(120)의 가속 수명을 예측하는 방법일 수 있다. 따라서, 자세한 설명은 전술한 내용과 중복되므로 이하에서 생략하기로 하며, 전술한 시스템과 관련된 모든 내용은 이하 방법에 동일하게 적용될 수 있다.
본 출원에 따른 릴레이(120)의 가속수명 예측 방법은 적어도 하나 이상의 유도성 소자(110) 및 온/오프 작동 가능한 릴레이(120)를 포함하는 전자 회로가 장착된 구동 장치의 릴레이(120) 가속수명 예측 방법에 있어서,
상기 구동 장치에 장착된 적어도 하나 이상의 유도성 소자(110) 및 온/오프 작동 가능한 릴레이(120)를 포함하는 전자 회로를 모사하여 시험용 전자 회로(100)를 준비하는 단계; 상기 시험용 전자 회로(100) 내 릴레이(120)의 온/오프 작동이 연속적으로 반복되도록 전기 신호를 생성하는 단계; 상기 시험용 전자 회로(100)에 흐르는 전류의 크기를 릴레이(120) 허용 전류 이상으로 조절하는 단계; 상기 시험용 전자 회로(100) 내 릴레이(120)의 비정상 작동을 감지하는 단계; 상기 시험용 전자 회로(100) 내 릴레이(120)의 최초 작동부터 비정상 작동이 발생할 때까지 릴레이(120)의 온/오프 작동 횟수를 기록하는 기록하는 단계; 및 상기 기록 정보로부터 릴레이(120)의 가속수명을 예측하는 단계;를 포함한다.
위에서 설명된 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
100: 시험용 전자 회로
200: 신호 생성부
300: 전류 조절부
400: 감지부
500: 기록부
600: 가속수명 예측부

Claims (9)

  1. 적어도 하나 이상의 유도성 소자 및 온/오프 작동 가능한 릴레이를 포함하는 전자 회로가 장착된 구동 장치의 릴레이 가속수명 예측 시스템에 있어서,
    상기 구동 장치에 장착된 적어도 하나 이상의 유도성 소자 및 온/오프 작동 가능한 릴레이를 포함하는 전자 회로를 모사한 시험용 전자 회로;
    상기 시험용 전자 회로 내 릴레이의 온/오프 작동이 연속적으로 반복되도록 전기 신호를 생성하는 신호 생성부;
    상기 시험용 전자 회로에 흐르는 전류의 크기를 시험용 회로 내 릴레이 허용 전류 이상으로 조절하는 전류 조절부;
    상기 시험용 전자 회로 내 릴레이의 비정상 작동을 감지하는 감지부;
    상기 릴레이의 최초 작동부터 비정상 작동이 발생할 때까지 릴레이의 온/오프 작동 횟수를 기록하는 기록부; 및
    상기 기록부의 기록 정보로부터 릴레이의 가속수명을 예측하는 가속수명 예측부;를 포함하는, 릴레이의 가속수명 예측 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 감지부는 릴레이의 온/오프 작동이 불연속적이거나 전기 신호에 의한 릴레이의 온/오프 작동 제어가 불가능한 경우, 비정상 작동으로 감지하는, 릴레이의 가속수명 예측 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서, 시험용 전자 회로는 다이오드를 추가로 포함하는, 릴레이의 가속수명 예측 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 전류 조절부는 가변 저항을 포함하는, 릴레이의 가속수명 예측 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 기록부는 제1 전류가 흐르는 전기 회로에서 상기 릴레이의 비정상 작동이 발생할 때까지 릴레이의 온/오프 작동 횟수를 기록하는 제1 기록부; 및
    제1 전류와 상이한 크기를 갖는 제2 전류가 흐르는 전기 회로에서 상기 릴레이의 비정상 작동이 발생할 때까지 릴레이의 온/오프 작동 횟수를 기록하는 제2 기록부;를 포함하는, 릴레이의 가속수명 예측 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서, 가속수명 예측부는 상기 제1 및 2 기록부의 기록 정보로부터 릴레이의 가속수명을 예측하는, 릴레이의 가속수명 예측 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서, 시험용 전자 회로를 수용하는 내부 공간이 마련되고, 상기 내부 공간의 온도 조절이 가능한 챔버를 포함하는, 릴레이의 가속수명 예측 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 챔버는 내부 공간의 온도를 릴레이의 허용 온도 이상으로 조절하는, 릴레이의 가속수명 예측 시스템.
  9. 적어도 하나 이상의 유도성 소자 및 온/오프 작동 가능한 릴레이를 포함하는 전자 회로가 장착된 구동 장치의 릴레이 가속수명 예측 방법에 있어서,
    상기 구동 장치에 장착된 적어도 하나 이상의 유도성 소자 및 온/오프 작동 가능한 릴레이를 포함하는 전자 회로를 모사하여 시험용 전자 회로를 준비하는 단계;
    상기 시험용 전자 회로 내 릴레이의 온/오프 작동이 연속적으로 반복되도록 전기 신호를 생성하는 단계;
    상기 시험용 전자 회로에 흐르는 전류의 크기를 릴레이 허용 전류 이상으로 조절하는 단계;
    상기 시험용 전자 회로 내 릴레이의 비정상 작동을 감지하는 단계;
    상기 시험용 전자 회로 내 릴레이의 최초 작동부터 비정상 작동이 발생할 때까지 릴레이의 온/오프 작동 횟수를 기록하는 기록하는 단계; 및
    상기 기록 정보로부터 릴레이의 가속수명을 예측하는 단계;를 포함하는, 릴레이의 가속수명 예측 방법.
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