KR20130050618A

KR20130050618A - 차량용 전기 모터의 이상 진단 장치 및 그 진단 방법

Info

Publication number: KR20130050618A
Application number: KR1020110115794A
Authority: KR
Inventors: 공병용
Original assignee: 현대모비스 주식회사
Priority date: 2011-11-08
Filing date: 2011-11-08
Publication date: 2013-05-16

Abstract

본 발명은 전기 모터의 회전 소음 상태에 기초하여 그 불량 상태를 진단함으로써, 전기 모터의 불량 상태를 수시로 확인할 수 있으며, 또한 전기 모터의 불량 상태를 검사하는 다수의 센서 또는 별도의 검출회로의 설계를 배제할 수 있다. 결과적으로 설계 비용을 줄일 수 있다.

Description

차량용 전기 모터의 이상 진단 장치 및 그 진단 방법{APPARATUS FOR DIAGNOSING ELECTRIC MOTOR FOR VEHICLE AND METHOD THEREOF}

본 발명은 차량용 전기 모터의 이상 진단 장치 및 그 진단 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전기 모터의 회전 소음 상태를 분석하여 그 이상 상태를 진단하는 차량용 전기 모터의 이상 진단 장치 및 그 진단 방법에 관한 것이다.

일반적으로 넓은 의미의 하이브리드 차량은 서로 다른 두 종류 이상의 동력원을 효율적으로 조합하여 차량을 구동시키는 것을 의미하나, 대부분은 연료를 사용하여 구동력을 얻는 엔진과 배터리의 전력으로 구동되는 전기모터에 의해 구동력을 얻는 차량을 의미하며, 이를 하이브리드 전기 차량(Hybrid Electric Vehicle, HEV)이라 부르고 있다.

하이브리드 전기 차량(이하, 하이브리드 차량으로 약칭함)은 엔진과 전기모터를 동력원으로 하여 다양한 구조를 형성할 수 있는데, 엔진의 기계적 에너지와 배터리의 전기에너지를 동시에 사용할 수 있어 에너지를 효율적으로 사용할 수 있다는 장점 때문에 승용차 등에 널리 채택되고 있다.

그런데 엔진 이상 여부는 상기 엔진 또는 그 주변에 장착된 각종 센서 장비 등을 통해 그 이상 여부를 쉽게 파악할 수 있으나, 전기 모터의 이상 여부는 고가의 센서들 또는 전기 모터 이상 여부를 검출하기 위한 별도의 이상 검출회로 등 복잡한 설계가 요구된다.

따라서, 고가의 복잡한 설계 없이 전기 모터의 이상 여부를 용이하게 진단할 수 있는 방안이 시급한 실정이다.

따라서, 본 발명의 목적은 전기 모터의 회전 소음 상태를 분석하여 상기 전기 모터의 이상 상태를 진단하는 차량용 전기 모터의 이상 진단 장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 상기 장치를 이용한 차량용 전기 모터의 이상 진단 방법을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일면에 따른 차량용 전기 모터의 이상 진단 장치는, 차량용 전기 모터의 회전축 부근에 위치하여, 상기 차량용 전기 모터의 소음 정보를 수집하는 마이크로폰과, 상기 차량용 전기 모터 동작시, 상기 차량용 전기 모터를 구성하는 내부 구성 별로 비정상 소음 정보가 저장된 데이터베이스 및 상기 수집된 소음 정보와 상기 비정상 소음 정보를 비교 판단하여 상기 차량용 전기 모터를 구성하는 해당 내부 구성의 비정상 여부를 진단하는 중앙 처리 유닛을 포함한다.

본 발명의 다른 일면에 따른 차량용 전기 모터의 이상 진당 방법은, 차량용 전기 모터의 동작 시, 상기 차량용 전기 모터를 구성하는 내부 구성 별로 발생하는 정상 및 비정상 소음 상태를 측정하고, 측정된 정상 및 비정상 소음 상태를 상기 내부 구성 별로 데이터베이스화하는 단계와, 차량용 전기 모터의 회전축 부근에 위치한 마이크로폰을 이용하여 상기 마이크로폰에서 발생한 현재의 소음 상태를 수집하는 단계와, 수집된 상기 현재의 소음 상태와 상기 내부 구성 별로 데이터 베이스화된 정상 및 비정상 소음 상태를 비교하여, 상기 차량용 전기 모터를 구성하는 해당 내부 구성의 이상 상태를 진단하는 단계를 포함한다.

본 발명에 의하면, 전기 모터의 회전 소음 상태에 기초하여 그 불량 상태를 진단함으로써, 전기 모터의 불량 상태를 수시로 확인할 수 있으며, 또한 전기 모터의 불량 상태를 검사하는 다수의 센서 또는 별도의 검출회로의 설계를 배제할 수 있다. 결과적으로 설계 비용을 줄일 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 전기 모터의 이상 진단 장치의 내부 구성을 보여주는 블록도이다.
도 2는 도 1에 도시된 장치를 이용한 차량용 전기 모터의 이상 진단 방법을 보여주는 순서도이다.

본 발명의 차량용 전기 모터의 이상 진단 장치는 전기 자동차의 내부에 구성되어 있는 전기 모터의 회전소음을 모니터링하여, 현재 구동 중인 모터의 소음의 상태를 분석하고, 이 분석 결과에 기초하여 전기모터의 이상 상태를 진단한다.

본 발명에서의 전기 모터의 소음을 통해 모터 내부에 구성이 되어 있는 베어링의 이상 유/무, 비정상적인 Rpm을 검사하여 모터의 이상 유, 무를 모니터링한다.

이를 위해, 본 발명에서는 전기 모터의 소음을 전자기적 소음, 기계적 소음, 통풍 소음으로 이루어진 3가지 소음 형태를 정의하고, 이들 소음의 특성에 따라 모터 내부에 구성이 되어 있는 베어링의 이상 유,무 비정상적인 Rpm의 체크를 하여 모터의 이상 유,무를 모니터링 한다. 이러한 전기 모터의 소음 레벨을 결정하는 가장 큰 요인은 출력과 회전수이며, 특히 상기 분류된 통풍 소음은 회전수에 영향을 받는다.

구체적으로 상기 전자기적 소음은 고정자, 회전자에 작용하는 주기적인 전자기적 가진력(exciting force)에 의한 철심의 진동에 기인하여 생기는 소음으로서, 기본파 자속에 의한 진동음이나 공극부의 고주파 자속에 의한 진동음 등이 있다.

상기 기계적 소음은 베어링의 회전음, 회전자의 불균형, 브러시의 섭동음, 전동기의 불량 등 기계적인 상태불량에 기인하여 발생하는 소음이다

이와 같이 소음의 종류를 보면 소음의 상태에서 베어링에 의한 불량인지, 회전수의 이상인지, 회전축 및 회전자의 문제인지를 소음의 종류에 따라 파악할 수 있으며, 이를 통해 전기 모터의 불량을 진단할 수 있게 된다.

상기와 같이 전기 모터의 소음 정보에 대한 정확한 정의가 이루어지고, 정의된 소음 상태를 통해 전기 모터의 불량을 진단하기 위한 구체적 방안으로서, 본 발명에서 전기 모터의 정상 동작시의 소음과 이상 동작시의 모터의 소음을 측정하여 이를 데이터베이스화한다.

구체적인 데이터베이스화 과정은 다음과 같다.

1. 초기 주행 전 전기 모터의 이상 유, 무(기계적 소음)에서의 전기 모터의 소음측정은 차량의 내부에 구성되어 있는 모터의 전원을 공급하는 정격의 베터리를 이용하여 모터에 정격전압 및 정격주파수로 무부하 상태의 소음레벨을 측정한다. 그리고 가속시의 소음의 변화도를 측정한다.

이 측정된 데이터는 초기전원 시동 후 기어가 중립상태에서의 모터의 상태를 체크를 하는 기본 데이터로 사용하도록 하는 데이터베이스로 사용한다( 에어백, 엔진오일을 주행 전 체크 하는 방식 ).

2. 주행상태에서의 모터의 이상 유, 무에서의 기계적 소음은 전기 모터의 공급전원 및 주파수는 상술한 1번 항목의 상태와 동일한 상태로 구성하고, 차량의 주행상태를 만들고 "D" 상태의 기어가 되었을 때 차량의 기어에 의한 부하 회전자가 모터의 베어링에 지지가 되어 회전하는 소음을 측정하여 정상 주행시의 회전자와 베어링의 소음을 측정하여 이 데이터를 DB을 구축할 수 있다.

이와 같이, 전기 모터의 기계적 소음을 이용한 1번, 2번의 데이터베이스화 작업은 베어링의 회전음, 회전자의 불균형에 의해서 달라지고, 소음의 레벨 자체가 틀려지기 때문에 이러한 특성을 이용하면 회전자의 축에 이상이 있는지, 아니면 베어링 부분의 이상이 있는지에 대한 비교도 가능하게 DB을 구축할 수 있다.

3. 모터의 RPM 이상 유, 무에서의 통풍 소음은, 전기 모터 회전자의 회전에 따르는 공기의 압축, 팽창에 의해 발생하는 소음으로서, 전기 모터의 비정상적인 RPM에 대한 이상 유, 무를 검출 할 수 있다. 즉, 가속 상태의 정상 RPM에 대한 데이터베이스를 구축하여, 해당 속도에서 정상적인 RPM을 갖고 모터가 동작을 하고 있는지를 가능하게 DB을 구축할 수 있다.

4. 전기 모터의 전기적 동작의 이상 유, 무에서의 전자기적 소음은 전기 모터에 전원을 공급하게 되면, 고정자, 회전자에 주기적인 전자기적 가진력에 의하여 철심의 진동에 의하여 발생하는 소음으로, 기본파 자속에 의한 진동음이나 공극부의 고주파 자속에 의한 진동음으로 초기전원 인가 시 기계적 소음을 검사하기 전 모터에 정상적으로 전원이 공급되고 있는지에 대한 이상 유/무 및 모터자체의 전기적 특성오류에 대한 이상 유/무를 검출할 수 있는 데이터베이스를 구축할 수 있게 된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예 대해 상세히 설명하기로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 대해 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 전기 모터의 이상 진단 장치의 내부 구성을 보여주는 블록도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 전기 모터의 이상 진단 장치(100)는 마이크로폰(120), 증폭기(130), A/D 변환기(140), 디지털 신호처리기(150: DSP), 중앙 처리 유닛(160), 데이터베이스(170), 표시 유닛(180), CAN 트랜시버(190)를 포함하며, 외부 검사 장비(200)를 더 포함할 수 있다.

마이크로폰(120)은 공기 중으로 퍼지는 전기 모터의 소음을 수집하고, 수집된 소음을 아날로그 전기 신호를 변환하는 구성으로서, 전기 모터(110)의 회전축에 근접하게 위치된다.

마이크로폰(120)에 변환된 아날로그 전기 신호는 증폭기(130: AMP)를 거쳐 1차 증폭된다.

증폭기(130)에 의해 1차 증폭된 상기 아날로그 전기 신호는 A/D 변환기(140)를 디지털 전기 신호로 변환된다.

A/D 변환기(140)에 의해 변환된 디지털 전기 신호는 디지털 신호 처리기(150)에 의해 시간 단위로 샘플링된 디지털 신호로 변환된다.

디지털 신호 처리기(150)에 의해 변환된 디지털 신호는 시간 단위별 소음의 상태를 분석할 수 있도록 중앙 처리 유닛(160: CPU)으로 전달되고, 중앙 처리 유닛(160)은 위에서 3가지로 정의된 소음별로 정상 소음 데이터가 저장된 데이터베이스(170)를 참조하여 상기 정상 소음 데이터와 상기 디지털 신호를 비교판단한다. 비교 판단 결과, 일치하지 않은 것으로 판단한 경우, 즉, 비정상적인 소음이 측정되는 경우, 전기 모터의 어느 부분에서 문제가 발생한 것인지를 운전자에게 표시유닛(180)을 통해 시각적으로 알려 준다.

또는 차량의 정비 및 수리 시, 상기 중앙 처리 유닛이 CAN 트래시버(190)를 통해 차량의 HI SPEED CAN 통신망에 접속하여, 전기 모터의 이상 진단 내역을 외부 검사 장비로 전달 수 있게 할 수도 있다.

도 2는 도 1에 도시된 장치를 이용한 차량용 전기 모터의 이상 진단 방법을 보여주는 순서도로서, 설명의 이해를 돕기 위하여,

도 2를 참조하면, 먼저, 전기 모터의 회전축 근처에 위치한 마이크로폰을 통해 상기 전기 모터에서 발생하는 회전 소음을 수집한다(S210). 수집된 회전 소음은 아날로그 정보로서, 앞서 기술한 바와 같이, A/D 컨버터 및 DSP 과정을 거쳐 디지털 형태의 회전 소음 정보를 형성하게 된다.

이어, 수집된 회전 소음 정보는 전자기적 소음, 기계적 소음 및 통풍 소음별로 데이터베이스화된 고장 소음 정보와 각각 비교한다(S220).

비교 결과, 수집된 회전 소음 정보가 상기 고장 소음 정보와 일치하는 경우(S230), 현재 회전 모터는 이상 상태로 진단하고, 이를 표시 유닛 또는 CAN 통신을 통해 외부 검사 장비로 이상 상태로 진단한 결과 정보를 전송하여 정비사가 모터의 어떤 부분에서 문제가 있는지 쉽게 파악할 수 있게 한다.

Claims

차량용 전기 모터의 회전축 부근에 위치하여, 상기 차량용 전기 모터의 소음 정보를 수집하는 마이크로폰;
상기 차량용 전기 모터 동작과정에서, 상기 차량용 전기 모터를 구성하는 내부 구성 별로 발생한 비정상 소음 정보가 저장된 데이터베이스; 및
상기 수집된 소음 정보와 상기 비정상 소음 정보를 비교 판단하여 상기 차량용 전기 모터를 구성하는 해당 내부 구성의 비정상 여부를 진단하는 중앙 처리 유닛;
을 포함하는 차량용 전기 모터의 이상 진단 장치.
제1항에 있어서, 상기 비정상 소음 정보는 비정상 전자기적 소음 정보, 비정상 기계적 소음 정보 및 비정상 통풍 소음 정보를 포함하며,
상기 비정상 전자기적 소음 정보는, 고정자, 회전자에 작용하는 주기적인 전자기적인 가진력에 의한 철심의 진동에 기인하여 생기는 소음 정보이고,
상기 비정상 기계적 소음 정보는, 베어링의 회전음 정보, 회전자의 불균형에 따른 소음 정보, 브러시의 섭동음 정보이고,
상기 통풍 소음 정보는, 상기 전기 모터의 회전수에 기인한 소음 정보인 것을 특징으로 하는 차량용 전기 모터의 이상 진단 장치.
제2항에 있어서, 상기 중앙 처리 유닛은,
상기 수집된 소음 정보와 상기 비정상 전자기적 소음 정보가 일치한 것으로 판단한 경우, 상기 차량용 전기 모터는 상기 철심의 고장을 진단하는 것을 특징으로 하는 차량용 전기 모터의 이상 진단 장치.
제2항에 있어서, 상기 중앙 처리 유닛은,
상기 수집된 소음 정보와 상기 비정상 기계적 소음 정보가 일치한 것으로 판단한 경우, 상기 베어링, 상기 회전자 및 상기 브러시 중 적어도 하나를 고장 진단하는 것을 특징으로 하는 차량용 전기 모터의 이상 진단 장치.
제2항에 있어서, 상기 중앙 처리 유닛은,
상기 수집된 소음 정보와 상기 비정상 통풍 소음 정보가 일치한 것으로 판단한 경우, 상기 전기 모터의 회전수에 대해 고장 진단하는 것을 특징으로 하는 차량용 전기 모터의 이상 진단 장치.
차량용 전기 모터의 동작 시, 상기 차량용 전기 모터를 구성하는 내부 구성별로 발생하는 정상 및 비정상 소음 상태를 측정하고, 측정된 정상 및 비정상 소음 상태를 상기 내부 구성 별로 데이터베이스화하는 단계;
차량용 전기 모터의 회전축 부근에 위치한 마이크로폰을 이용하여 상기 마이크로폰에서 발생한 현재의 소음 상태를 수집하는 단계;
수집된 상기 현재의 소음 상태와 상기 내부 구성 별로 데이터 베이스화된 정상 및 비정상 소음 상태를 비교하여, 상기 차량용 전기 모터를 구성하는 해당 내부 구성의 이상 상태를 진단하는 단계;
를 포함하는 차량용 전기 모터의 이상 진단 방법.
제6항에 있어서, 상기 데이터베이스화하는 단계는,
고정자, 회전자에 작용하는 주기적인 전자기적인 가진력에 의한 철심의 진동에 의한 정상 및 비정상 전자기적 소음 상태를 데이터베이스화하는 단계;
상기 비정상 기계적 소음 정보는,
베어링, 회전자, 브러시에 의한 정상 및 비정상 기계적 소음 상태를 데이터베이스화하는 단계; 및
상기 전기 모터의 회전수에 의한 정상 및 비정상 통풍 소음 상태를 데이터베이스화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 전기 모터의 이상 진단 방법.