자동차용 윈도우 리프트 모터의 신뢰성 평가 ( ) 최종보고서 2007. 8. … · 제 절수명평가기준4444 제 장기존제품의신뢰성평가3333 제 절기본성능평가1111

자동차용 윈도우 리프트 모터의 신뢰성 평가자동차용 윈도우 리프트 모터의 신뢰성 평가자동차용 윈도우 리프트 모터의 신뢰성 평가자동차용 윈도우 리프트 모터의 신뢰성 평가

최종보고서최종보고서최종보고서최종보고서( )( )( )( )

2007. 8. 312007. 8. 312007. 8. 312007. 8. 31

주관기관주관기관주관기관주관기관 주 캐프스주 캐프스주 캐프스주 캐프스( )( )( )( )

위탁기관위탁기관위탁기관위탁기관 자동차부품연구원자동차부품연구원자동차부품연구원자동차부품연구원

산 업 자 원 부산 업 자 원 부산 업 자 원 부산 업 자 원 부

- 2 -

최 종 보 고 서 제 출 서최 종 보 고 서 제 출 서최 종 보 고 서 제 출 서최 종 보 고 서 제 출 서

년 부품 소재신뢰성기반기술확산사업에 의하여 완료한 사업명 자동차용2006 ( :ㆍ

윈도우 리프트 모터의 신뢰성 향상 의 최종보고서를 동사업 운영지침 항에) 18

의하여 별첨과 같이 제출합니다.

첨 부 최종보고서 부첨 부 최종보고서 부첨 부 최종보고서 부첨 부 최종보고서 부: 10: 10: 10: 10

2007. 8. 31.2007. 8. 31.2007. 8. 31.2007. 8. 31.

주관책임자주관책임자주관책임자주관책임자 :::: 박 재 승박 재 승박 재 승박 재 승

주 관 기 관주 관 기 관주 관 기 관주 관 기 관 :::: 주 캐프스 대표 백 세 동주 캐프스 대표 백 세 동주 캐프스 대표 백 세 동주 캐프스 대표 백 세 동( )( )( )( )

한국부품소재산업진흥원 귀하한국부품소재산업진흥원 귀하한국부품소재산업진흥원 귀하한국부품소재산업진흥원 귀하

- 3 -

제 출 문제 출 문제 출 문제 출 문

한국부품소재산업진흥원장 귀 하한국부품소재산업진흥원장 귀 하한국부품소재산업진흥원장 귀 하한국부품소재산업진흥원장 귀 하

본 보고서를 자동차용 윈도우 리프트 모터의 신뢰성 평가 사업기간“ ” ( : 2006. 8.

과제의 최종보고서로 제출합니다1~2007. 7. 31) .

2007. 8. 31.2007. 8. 31.2007. 8. 31.2007. 8. 31.

주관기관명주관기관명주관기관명주관기관명 :::: 주 캐프스주 캐프스주 캐프스주 캐프스( )( )( )( )

주관책임자주관책임자주관책임자주관책임자 :::: 박 재 승박 재 승박 재 승박 재 승

연 구 원연 구 원연 구 원연 구 원 :::: 김경환 캐 프 스김경환 캐 프 스김경환 캐 프 스김경환 캐 프 스( )( )( )( )

연 구 원연 구 원연 구 원연 구 원 :::: 김형민 캐 프 스김형민 캐 프 스김형민 캐 프 스김형민 캐 프 스( )( )( )( )

연 구 원연 구 원연 구 원연 구 원 :::: 모동헌 캐 프 스모동헌 캐 프 스모동헌 캐 프 스모동헌 캐 프 스( )( )( )( )

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연 구 원연 구 원연 구 원연 구 원 :::: 신외경 자동차부품연구원신외경 자동차부품연구원신외경 자동차부품연구원신외경 자동차부품연구원( )( )( )( )

- 4 -

중소기업신뢰성향상지원사업 보고서 초록중소기업신뢰성향상지원사업 보고서 초록중소기업신뢰성향상지원사업 보고서 초록중소기업신뢰성향상지원사업 보고서 초록

관리번호관리번호관리번호관리번호

사 업 명사 업 명사 업 명사 업 명 자동차용 윈도우 리프트 모터의 신뢰성향상

키 워 드키 워 드키 워 드키 워 드 윈도우 웜기어 모터/ /

사업목표 및 내용사업목표 및 내용사업목표 및 내용사업목표 및 내용

최종 목표최종 목표최종 목표최종 목표1.1.1.1.

윈도우리프트 모터의 내구 신뢰성 향상-

신뢰수준 회의 수명 확보( 90%, 25,000 B10 )

신뢰성 지혜요인 정밀진단 내용신뢰성 지혜요인 정밀진단 내용신뢰성 지혜요인 정밀진단 내용신뢰성 지혜요인 정밀진단 내용2.2.2.2.

분석을 통한 부품기능 및 상호작용 파악- DFMEA, FTA

시험을 통한 고장모드 재현 및 분석-

고장원인분석 및 대처결과고장원인분석 및 대처결과고장원인분석 및 대처결과고장원인분석 및 대처결과3.3.3.3.

적합한 설계 치수의 재정립-

구조적 형상 변경-

적합한 재질 선정-

신뢰성 적용결과 사업 전 후 정량적 비교신뢰성 적용결과 사업 전 후 정량적 비교신뢰성 적용결과 사업 전 후 정량적 비교신뢰성 적용결과 사업 전 후 정량적 비교4. ( )4. ( )4. ( )4. ( )ㆍㆍㆍㆍ

내구신뢰성 향상-

기존제품 수명 신뢰하한 회 형상모수: B10 6,831 , 3.8

개선제품 수명 신뢰하한 회 형상모수: B10 38,307 , 8.54

내환경성 향상 내수성 확보- :

기대효과 기술적 및 경제적 효과기대효과 기술적 및 경제적 효과기대효과 기술적 및 경제적 효과기대효과 기술적 및 경제적 효과5. ( )5. ( )5. ( )5. ( )

가 기술적 효과가 기술적 효과가 기술적 효과가 기술적 효과....

감속기어를 가진 모터의 특성 파악-

내구도 향상을 위한 설계구조 및 재질 파악-

지적재산권 출원 특허출원- :

나 경제적 효과나 경제적 효과나 경제적 효과나 경제적 효과....

내구신뢰성 향상 및 내환경성 확보로 인한 시장개척 활동-

고장모드의 조기 발견 및 해결을 통한 개발 비용 절감 효과-

적용분야적용분야적용분야적용분야6.6.6.6.

감속기어를 갖는 자동차용 모터 개발 시 기술적 수평전개 가능-

- 5 -

목 차목 차목 차목 차

제 장 서 론제 장 서 론제 장 서 론제 장 서 론1111

제 절 개 요제 절 개 요제 절 개 요제 절 개 요1111

제 절 신뢰성향상 지원목표 및 내용제 절 신뢰성향상 지원목표 및 내용제 절 신뢰성향상 지원목표 및 내용제 절 신뢰성향상 지원목표 및 내용2222

제 장 신뢰성 평가기준제 장 신뢰성 평가기준제 장 신뢰성 평가기준제 장 신뢰성 평가기준2222

제 절 신뢰성 시험항목제 절 신뢰성 시험항목제 절 신뢰성 시험항목제 절 신뢰성 시험항목1111

제 절 기본성능 평가기준제 절 기본성능 평가기준제 절 기본성능 평가기준제 절 기본성능 평가기준2222

제 절 내환경성 평가기준제 절 내환경성 평가기준제 절 내환경성 평가기준제 절 내환경성 평가기준3333

제 절 수명 평가기준제 절 수명 평가기준제 절 수명 평가기준제 절 수명 평가기준4444

제 장 기존제품의 신뢰성 평가제 장 기존제품의 신뢰성 평가제 장 기존제품의 신뢰성 평가제 장 기존제품의 신뢰성 평가3333

제 절 기본성능 평가제 절 기본성능 평가제 절 기본성능 평가제 절 기본성능 평가1111

제 절 내환경성 평가제 절 내환경성 평가제 절 내환경성 평가제 절 내환경성 평가2222

제 절 수명 평가제 절 수명 평가제 절 수명 평가제 절 수명 평가3333

제 장 고장분석 및 설계개선제 장 고장분석 및 설계개선제 장 고장분석 및 설계개선제 장 고장분석 및 설계개선4444

제 절 분석기법을 통한 고장 분석제 절 분석기법을 통한 고장 분석제 절 분석기법을 통한 고장 분석제 절 분석기법을 통한 고장 분석1111

제 절 성능평가를 통한 설계 개선제 절 성능평가를 통한 설계 개선제 절 성능평가를 통한 설계 개선제 절 성능평가를 통한 설계 개선2222

- 6 -

제 장 개선제품의 신뢰성 평가제 장 개선제품의 신뢰성 평가제 장 개선제품의 신뢰성 평가제 장 개선제품의 신뢰성 평가5555

제 절 기본성능 평가제 절 기본성능 평가제 절 기본성능 평가제 절 기본성능 평가1111


제 절 수명 평가제 절 수명 평가제 절 수명 평가제 절 수명 평가3333

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론6666

제 절 과제추진내용 및 개선사항제 절 과제추진내용 및 개선사항제 절 과제추진내용 및 개선사항제 절 과제추진내용 및 개선사항1111

제 절 추진 성과제 절 추진 성과제 절 추진 성과제 절 추진 성과2222

- 7 -

제 장 서 론제 장 서 론제 장 서 론제 장 서 론1111

제 절 개 요제 절 개 요제 절 개 요제 절 개 요1111

윈도우 모터 신뢰성 향상의 필요성윈도우 모터 신뢰성 향상의 필요성윈도우 모터 신뢰성 향상의 필요성윈도우 모터 신뢰성 향상의 필요성1.1.1.1.

자동차용 윈도우 리프트 모터는 자동차의 도어나 썬루프븐 레귤레이터에 장착되어

윈도우의 개폐를 위한 토크를 발생시키는 장치이다.

주괸기관인 캐프스는 모터시장의 개척을 목적으로 윈도우 리프르모터를 선행 개발

하였으나 요구수준이 점차 증가되는 내구신뢰성 및 내환경성의 부족으르 인해서,

시장개척에 어려움이 있었다.

본 과제를 통하여 주관기관은 설계기법을 이용하여 기존제품 설계적 인자를 재검토

하였으며 자동차부품연구원의 전문 인력과 고장분석 프로세스 및 전문장비를 이용,

하여 기존제품이 가지고 있는 문제점을 분석 하였다 그리고 도출된 문제점을 개선.

함으로써 최종의 목표인 B10 회의 내구수명 및 내수성 등의 내 환경성을 확25,000

보할 수 있었다.

국내외 기술동향국내외 기술동향국내외 기술동향국내외 기술동향2.2.2.2.

자동차 시스템이 고급화 되면서 자동차의 전기 시스템화가 급슥히 진행되고 있다.

현재 약 개의 소형 모터가 고유의 기능을 수행하기 위해 승용차의 엑츄에이20~60

터로서 적용되고 있다 향후 하이브리드 시스템이나 전기자동차 연료전지 자동차에. ,

이르기 까지 자동차에 있어서 모터는 더욱 더 중요한 요소로 자리 잡게 될 것이며,

적응의 폭도 더욱 확대될 것으로 생각된다.

윈도우 모터는 사용자의 편의를 위해 적용된 전장 시스템이며 초기의 단순작동에,

중점을 두었으나 최근에는 시스템화 되어 제어장치등과 더불어 사용되고 있다 제, .

어장치와의 결합으로 원터치 기능이나 안전성을 위한 세이프티 기능 등이 부가되고

있다 그리고 윈도우 모터가 가지고 있는 고유 특성인 기어드 타입은 기어비를 이.

용하여 모터의 힘을 증폭 시켜 사용함으로서 고 토크를 필요로 하는 자동차 시스템

에 전반적으로 적용이 가능하다.

- 8 -

전기 모터의 수요는 차량의 안전성 편의성 경제성 친 환경성 및 소비자의 지속적, , ,

요구에 따라 더욱 확대 적용될 것으로 예상된다.

그림 자동차에 적용되는 다양한 모터그림 자동차에 적용되는 다양한 모터그림 자동차에 적용되는 다양한 모터그림 자동차에 적용되는 다양한 모터1-1 DC1-1 DC1-1 DC1-1 DC

- 9 -

자동차용 윈도우 리프트 모터자동차용 윈도우 리프트 모터자동차용 윈도우 리프트 모터자동차용 윈도우 리프트 모터3.3.3.3.

자동차용 윈도우 리프트 모터는 모터부와 웜기어부로 구성되며 웜기어의 특성상,

모터에 의한 윈도우 작동이 가능하지만 윈도우에 힘이 가해졌을 때에는 모터가 역

회전 하지 않는 특징을 가진다.

최근에는 동작에 대한 성능인자 뿐만 아니라 사용자의 편의성 및 감성품질이 요구

되고 있으며 컨트롤러와 함께 조립되어 사용되기도 한다, .

기어 시스템기어 시스템기어 시스템기어 시스템 와이어 시스템와이어 시스템와이어 시스템와이어 시스템

그림 윈도우 리프트 모터그림 윈도우 리프트 모터그림 윈도우 리프트 모터그림 윈도우 리프트 모터1-21-21-21-2

자동차용 윈도우 리프트 모터는 크게 모터부와 웜기어 구조를 가지는 동력 전달부

그리고 윈도우와의 연결을 위한 레귤레이터부로 이루어진다.

모터는 모터로서 전기에너지를 회전자계를 통하여 기계적 에너지로 변환하는 최DC

초의 동력을 발생시키는 장치이다 동력전달을 위한 웜기어는 역전되지 않는 특징.

을 가지며 초기 발생된 동력을 저속 고 토크 상태로 출력축에 전달한다, , .

레귤레이터 장치는 기어구조나 와이어 구조를 가지며 발생된 동력을 일련의 링크,

장치를 통해 회전 토크를 윈도우의 상승 하강을 위한 왕복 운동으로 전환 한다, .

윈도우 모터의 장착 위치는 도어의 외측으로서 우천 시에는 수분에 노출될 수 있으

며 외부 온도 및 환경에 대하여 직접적으로 영향을 받을 수 있다 또한 차량의 도, .

어가 개폐될 때 충격이 가해 질 수 있는 장착환경의 특징을 가진다 따라서 내 환.

경성 또한 매우 중요하다.

- 10 -

그림 도어에 장착된 윈도우 모터그림 도어에 장착된 윈도우 모터그림 도어에 장착된 윈도우 모터그림 도어에 장착된 윈도우 모터1-31-31-31-3

- 11 -

제 절 신뢰성향상 지원목표 및 내용제 절 신뢰성향상 지원목표 및 내용제 절 신뢰성향상 지원목표 및 내용제 절 신뢰성향상 지원목표 및 내용2222

최종 목포최종 목포최종 목포최종 목포1.1.1.1.

기존 제품의 신뢰수준 파악과 고장모드 분석을 통해 이를 개선하여 내환경성 및

B10 회의 내구신뢰성 확보하는 것이 본 과제 최종 목표이다25,000 .

세부 내용세부 내용세부 내용세부 내용2.2.2.2.

가 고장원인 분석방법가 고장원인 분석방법가 고장원인 분석방법가 고장원인 분석방법....

분석을 통한 제품 간의 상호 작용 및 내구성 관련인자 분석- DFME

분석을 통한 성능 인자 확보- FTA

신뢰성 평가를 통한 고장원인 분석-

나 고장원인 해결방안나 고장원인 해결방안나 고장원인 해결방안나 고장원인 해결방안....

분석기법을 통한 성능인자를 파악하여 성능 향상-

시험평가를 통해서 고장모드를 표현하고 이를 개선- ,

다 신뢰성향상지원 결과의 활용방안다 신뢰성향상지원 결과의 활용방안다 신뢰성향상지원 결과의 활용방안다 신뢰성향상지원 결과의 활용방안....

자체 고장원인분석 및 시험평가기술 확보로 대외 경쟁력 확보-

- B10 회의 내구수명을 확보함으로써 보증기간의 연장25,000

국내시장개척-

국외시장개척-

- 12 -

사업 추진체계 및 수행주체별 역할사업 추진체계 및 수행주체별 역할사업 추진체계 및 수행주체별 역할사업 추진체계 및 수행주체별 역할3.3.3.3.

가 사업추진체계가 사업추진체계가 사업추진체계가 사업추진체계....

나 수행주체별 역할나 수행주체별 역할나 수행주체별 역할나 수행주체별 역할....

주관기관의 역할주관기관의 역할주관기관의 역할주관기관의 역할(1)(1)(1)(1)

사업의 목표에 도달 할 수 있도록 단계별로 위탁기관과 긴밀히 협조하여 위탁기관,

이 시험평가 하는데 있어서 신속하고 정확한 시험이 진행될 수 있도록 지원하였으

며 결과에 대해 공동으로 평가하고 개선안을 도출하여 그 결과를 제품개선에 충실,

히 반영하였다.

분석 및 분석- FMEA FTA

시제품 제작-

도출된 개선안에 대한 설계반영 및 제품반영-

모터의 성능에 관계된 시험 수행-

도출된 결과의 제품 반영-

- 13 -

위탁기과의 역할위탁기과의 역할위탁기과의 역할위탁기과의 역할(2)(2)(2)(2)

위탁기관은 전문적인 신뢰성 지식과 경험을 바탕으로 특히 시험 스트레스 도출 결,

과와 고장 메카니즘 분석 결과를 바탕으로 시험 방법을 설정하고 수명 시험에서는,

온도특성 구속부하 휴지 회전방향에 따른 부하와 모터특성을 이용한 시험방법을, , ,

적용하여 기존제품의 정확한 평가를 진행하였다 이러한 과정을 통해 얻어진 결과.

와 고장모드 재현을 통해서 기존 제품의 문제점을 해결할 수 있었다.

고장 항목을 분석한 후 항목별 고장재현 시험하여 원인 분석-

사용 환경검토 및 고장현상 분석-

주요 고장의 시험 재현 및 시험방법 설계-

시험평가 현황 조사 및 분석-

현상 분석 시험결과에 따른 품질 데이터 분석- :

시험결과에 따라 수명예측 통계적인 기법 이용- ( )

윈도우 모터의 신뢰수준 에- 90% B10 회 보증25,000

고장 원인을 단계별로 분석 및 평가한 후 제품 고장원인 사전 제거-

수명평가 고장원인을 분석한 후 수명평가방법 결정- :

- 14 -

제 장 신뢰성 평가기준제 장 신뢰성 평가기준제 장 신뢰성 평가기준제 장 신뢰성 평가기준2222

제 절 신뢰성 시험항목제 절 신뢰성 시험항목제 절 신뢰성 시험항목제 절 신뢰성 시험항목1111

윈도우 모터의 신뢰성 평가기준윈도우 모터의 신뢰성 평가기준윈도우 모터의 신뢰성 평가기준윈도우 모터의 신뢰성 평가기준1.1.1.1.

자동차용 윈도우 모터의 사용 환경은 실내에서 탑승자나 운전자가 직접적으로 사용

함으로 도어의 윈도우 레귤레이터와 모터의 구동에 의하여 유리의 하중을 올리고

내리게 하므로 작등 시 구속전류가 요구되고 있으며 정회전 역회전을 수시로 반복,

하게 되므로 자체 열 보호 기능이 필요하다.

진동 및 열에 의한 단자 변형 미 구속에 의한 축 마모 및 브러시마모 등이 고장의

대표적인 요인이 된다 모터의 신뢰성 시험은 많은 시험 중에서 가장 중요한 시험.

만을 선정하여 시험 진행하였다.

모터의 기본성능항목인 전기적 성능시험과 운전자의 감성을 부분이 측정할 수 있는

소음시험과 내 환경시험은 차량에서 발생하는 진동을 단품 부품에서 시험을 실시하

여 차량 장착 시 진동에 의한 문제점 확인하는 진동 시험과 우천 시 도어의 틈을

통하여 흘러들어오는 비에 의한 영향을 평가할 수 있는 살수시험 저온과 고온에서,

모터의 고장 발생여부를 확인하는 온도시험과 본 시험에서 가장 중요한 수명 시험

을 실시하여 모터가 고장이 발생할 때까지 실시하여 모터의수명분포를 확인하는 방

법으로 하였다.

- 15 -

모터의 구성 및 구조적 특성모터의 구성 및 구조적 특성모터의 구성 및 구조적 특성모터의 구성 및 구조적 특성2.2.2.2.

그림 모터의 구조그림 모터의 구조그림 모터의 구조그림 모터의 구조2-12-12-12-1

윈도우 모터는 크게 모터부와 감속기어를 포함한 동력 전달부로 구성된다 입력된.

전원은 모터에 의해 회전 운동에너지로 변환되며 감속기를 거치면서 그 힘이 증폭,

되어 최종 출력글에 전달된다.

주요 근성품 으로는 프레임 아마츄어 브러쉬 홀더 하우징 등이 있다 프레임에는, , , .

자석과 마모방지를 위한 부싱 등이 결합되며 아마추어가 회전 시 지지해 주는 역,

할과 모터가 전기에너지를 받아 회전력을 얻을 수 있도록 자계를 형성하는 역할을

한다.

아마추어는 회전 토크 형성을 위한 코일이 적층되어 있으며 코어 및 샤프트로 구,

성된다 샤프트 끝단에는 마모 방지를 위한 엔드 볼이 조립되어 있으며 엔드볼은. ,

축의 충격을 흡수하고 마찰을 감소시키는 역할을 한다 샤프트의 기어 맞물림 부에.

는 전조 처리된 기어구조가 포함되어 발생된 동력을 기어를 통해 전달한다 그리고.

코일에 전원을 공급하기 위해서 정류자가 조립되어 있다.

브러쉬 홀더는 브러쉬 및 터미널 등을 포함하고 있으며 외부 단자를 통해 입력된,

전원을 아마추어의 정류자에 전달하는 역할을 한다 그리고 프레임 부위나 하우징.

부위와 조립되는 조립면에 구조를 가지고 있어서 최종 조립 시 방수기능을 제Seal

공한다.

- 16 -

하우징에는 일정 감속비를 가진 기어를 포함하고 있으며 아마추어 끝단이 조립되,

는 면에는 마찰과 충격을 감소시키는 구조를 가진다 그리고 마찰 면에는 일정량의.

윤활유가 도포되어 마찰 및 소음을 감소시키는 역할을 한다.

모터의 최종 조립은 두 개의 볼트에 의해 이루어지며 이때 두 볼트의 체결력을 조,

절하여 모터의 성능을 안정화 한다.

그림 모터의 구성품그림 모터의 구성품그림 모터의 구성품그림 모터의 구성품2-22-22-22-2

모터의 구성품과 그 구조를 바탕으로 표 과같이 시험 항목을 선정하였다2-1 .

- 17 -

표 모터 구성품 및 구조에 따른 검증시험 항목 선정표 모터 구성품 및 구조에 따른 검증시험 항목 선정표 모터 구성품 및 구조에 따른 검증시험 항목 선정표 모터 구성품 및 구조에 따른 검증시험 항목 선정2-12-12-12-1

확인 사항 관련 부품 구성품 검토 사항 검증 시험

모터 성능 안정화

-Armature Ass'y

각종 및- Bearing

Bushing

-Brush

-Warm Gear

사양검토Armature Ass'yㆍ

횟수 검토:Winding

저 전류 확보를 위한 간섭ㆍ

최소화

재질에 따른 검토Brushㆍ

재질의 조성을 달리하여 성능:

및 소음 특성 확보

종 검토(2 )

부의 조립조건 향상Gearㆍ

전기적

성능시험

소음 성능의 확보

-Armature Ass'y

각종 및- Bearing

Bushing

-Brush

-Worm Gear

사양-Grease

Brush&Commutator Matchingㆍ

적정 재질 및 도포량Greaseㆍ

구동소음 최소화Gear ,ㆍ

이음방지

소음시험

내진동성 확보-Magnet

-End Ball

의 진동에 의한Magnetㆍ

이탈방지

변형 최소화End Ballㆍ

축 방향 유격 최소화( )

진동시험

내온도성 확보

-Magnet

-Grease

-Housing

의 이탈 및 감자조건Magnetㆍ

의 내온도성 검토Greaseㆍ

변형 검토Housingㆍ

내

온도시험

내수성 확보-Housing

-Brush Holder Ass'y

부위 검토Sealingㆍ

의 방향 적절 배치Vent Hallㆍ

장착위치 고려(Motor )

내수성시험

내구 신뢰성

각종 및- Bearing

Bushing

-Brush

-Worm Gear

사양-Grease

-End Ball

마모조건을 고려한 재질Brushㆍ

및 형상 검토

재질 및 형상검토를End Ballㆍ

통한 축 방향 유격 최소화

기타 재구관련인자ㆍ

검토(FMEA)

환경내구

시험

- 18 -

표 윈도우 리프트 모터의 신뢰성 평가 항목표 윈도우 리프트 모터의 신뢰성 평가 항목표 윈도우 리프트 모터의 신뢰성 평가 항목표 윈도우 리프트 모터의 신뢰성 평가 항목2-22-22-22-2

시험항목 평가기준

전기적

성능시험 무부하( )회전 속도 이상 전류 이하(80±10)rpm , 3 A .

전기적

성능시험 부하( )

회전 속도 이상 전류 이하(60±12)rpm , 8 A .

구속시 토크 이상 전류 이하: (9.5±2)N m , 30 A .ㆍ

소음 시험 무부하 작동시 이하53dB(A)

진동 시험전기적 성능 무부하 부하 및 소음평가 기준을 만족하고 윈도모터의( , ) ,

균열 변형 파손 느슨함 등의 유해한 이상이 없어야 한다, , , .

온도 성능 시험윈도우 모터는 의 부하조건에서 초 이내에 이상의 속도3N m 5 30rpmㆍ

로 회전해야 한다.

내수성 시험 시험 후 작동상의 이상이 없어야 한다.

수명평가 시험윈 우 모터의 부하시험 구속시험의 전류와 회전수 성능 값을 측정하,ㄷ

여 지정된 값 도면기준 에 대한 성능열화 이내( ) 10%

- 19 -

제 절 기본성능 평가기준제 절 기본성능 평가기준제 절 기본성능 평가기준제 절 기본성능 평가기준2222

전기적 무부하 성능시험전기적 무부하 성능시험전기적 무부하 성능시험전기적 무부하 성능시험1.1.1.1.

가 시험조건가 시험조건가 시험조건가 시험조건....

토크 및 회전 속도 지정된 기준에서 명시하는 요구사항에 따라 무부하 성능을(1)

측정한다.

전 압(2) : (12±0.2)V

나 시험방법나 시험방법나 시험방법나 시험방법....

토크 회전수 및 전류를 동시에 측정할 수 있고 측정되는 특성의 허용 오차를 충족(1) , ,

시킬 수 있는 시험 장비를 사용한다.

시험 시료를 성능 시험기에 부착한다(2) .

시험 조건에 따라 시험을 실시하며 모터 출력 특성은 초 이내에 측정하고 시험(3) , 10 ,

이 이루어지는 동안 제품의 기능 및 성능에 저해하는 현상를 확인한다.

지정된 성능을 만족하는지 확인한다(4) .

다 평가기준 제시도면 규격다 평가기준 제시도면 규격다 평가기준 제시도면 규격다 평가기준 제시도면 규격. ( ). ( ). ( ). ( )

무부하시 회전 속도 이상 전류 이하(1) : (80 ±10)rpm , 3 A .

전기적 부하 성능시험전기적 부하 성능시험전기적 부하 성능시험전기적 부하 성능시험2.2.2.2.


토크 및 회전 속도 지정된 기준에서 명시하는 요구사항에 따라 무부하 성능을 측정(1)

한다.

전 압(2) : (12 ±0.2)V

토 크(3) : (3 ±0.5)N mㆍ

- 20 -


구속토크 회전수 및 전류를 동시에 측정할 수 있고 측정되는 특성의 허용 오(1) , ,

차를 충족시킬 수 있는 시험 장비를 사용한다.

시험 시료를 성능 시험기에 부착한다(2) .

시험 조건에 따라 시험을 실시하며 모터 출력 특성은 초 이내에 측정하고(3) , 10 ,

시험이 이루어지는 동안 제품의 기능 및 성능에 저해하는 현상를 확인한다.

지정된 성능을 만족하는지 확인한다(4) .


부하시 회전 속도(1) : 이상 전류 이하(60±12)rpm , 8 A .

구속시 토크(2) : (9.5±2)N mㆍ 이상 전류 이하, 30 A .

소음 시험소음 시험소음 시험소음 시험3.3.3.3.


시료에 시험전압을 인가하고 무부하 작동상태에서 소음성능을 측정한다(1) .

시험장소는 주위의 반사음에 대한 영향이 없어야 한다(2) .

측정장소는 측정시료의 소음보다 이상 소음레벨이 낮아야 한다(3) 10 dB(A) .

청감 보청회로는 특성을 소음계의 동특성은 빠름 을 사용한다(4) A , (Fast) .

전압 로 인가한다(5) DC 13.5 V .


소음측정 장비는 주파수 및 소음레벨을 충분히 계측할 수 있는 장비이어야 한다(1) .

마이크로 폰 소음계는 의 조건을 만족해야 한다, KS C 1502 .

- 21 -

그림 에 예시된 바와 같이 윈도모터는 바닥면으로부터 진동이 전달되지 않(2) 2-1

도록 두께의 스펀지 위에 놓고 윈도모터와 마이크로폰 사이의 거리는 윈도100mm

모터에서 수직으로 이격시켜 장착한다300 mm .

안정된 특성을 얻기 위하여 회 정도 무부하 상태로 작동한다(3) 10 .

측정 조건 상태에서 소음을 측정한다(4) .

그림 소음 시험 구성도그림 소음 시험 구성도그림 소음 시험 구성도그림 소음 시험 구성도2-32-32-32-3


무부하 작동 시 이하- 53dB(A)

- 22 -

제 절 내환경성 평가기준제 절 내환경성 평가기준제 절 내환경성 평가기준제 절 내환경성 평가기준3333

진동 시험진동 시험진동 시험진동 시험1.1.1.1.


윈도모터 단품상태에서 실차 장착상태와 유사한 조건으로 장착한다(1) .

가진 방향 상하 전후 좌우 각 진폭(2) : , , 1.0 mm

스위프 주기(3) (12~50) Hz

가진 시간 시간 상하 시간 전후 시간 좌우 시간(4) 8 ( 4 , 2 , 2 )

지구는 공진이 발생하지 않아야 한다(5) .


시료는 실차 장착상태와 동일하게 장착한다(1) .

상기 조건에 대하여 스위프 진동시험을 실시한다(2) .

시험 중 외형상 변형 균일 등을 점검한다(3) , .

시험 후 전기적 성능시험 및 소음시험을 실시한다(4) .

다 평가기준다 평가기준다 평가기준다 평가기준....

전기적 성능 무부하 부하 및 소음평가 기준을 만족하고 윈도모터의 균열 변(1) ( , ) , ,

형 파손 느슨함 등의 유해한 이상이 없어야 한다, , .

- 23 -

온도성능 시험온도성능 시험온도성능 시험온도성능 시험2.2.2.2.


시험 온도조건은 저온 고온(1) (-30±3) , (60±3)℃ ℃


시료를 차량 부착 상태와 유사한 조건으로 준비한다(1) .

시험온도는 우선 저온조건에서 시간 동안 방치한다(2) 4 .

저온 방치한 후 분 이내에 모터성능시험기에 시료를 설치하여 모터는(3) 1 3N mㆍ

의 부하조건에서 초 이내에 이상의 속도로 회전하는지 확인한 후 상온에5 30 rpm

서 시간 이상 방치한다2 .

고온조건에서 시간 동안 방치한다(4) 4 .

고온 방치한 후 분 이내에 모터성능시험기에 시료를 설치하여 모터는(5) 1 3 N mㆍ

의 부하조건에서 초 이내에 이상의 속도로 회전하는지 확인한다5 30 rpm .


윈도우 모터는 의 부하조건에서 초 에 이상의 속도로 회전해(1) 3N m 5 dlo 30rpmㆍ

야 한다.

- 24 -

내순성 시험내순성 시험내순성 시험내순성 시험3.3.3.3.


온도 조건 상온 전방수량(1) : , : 3.2L/min

시험시간(2) : 48hr

살수방향은 물이 떨어지는 방향으로만 하고 살수관은 회전되지 않는다(3) .

시험장치는 의 시험이 가능한 살수시험장치를 사용한다(4) KS R 0015 .


모터를 실차장착상태로 고정하고 상온상태에 의 시험 조건으로(1) KS R 0015 R2

살수 후 시간 방치한다24 .

살수 시 모터는 작동되지 않게 한다(2) .

시험 후 모터내에 침수가 없어야 하고 정상작동 해야 한다(3) .

다 평가기준다 평가기준다 평가기준다 평가기준. :. :. :. :

시험 후 작동상의 이상이 없어야 한다(1) .

- 25 -

제 절 수명 평가기준제 절 수명 평가기준제 절 수명 평가기준제 절 수명 평가기준4444

수명평가 시험항목 선정수명평가 시험항목 선정수명평가 시험항목 선정수명평가 시험항목 선정1.1.1.1.

승용차용 윈도모터는 운전자 및 탑승자가 도어의 창문을 승 하강시키고자 할 때ㆍ

동력원을 제공하는 역할을 수행한다 탑승자의 직접적인 사용에 편리성을 주는 부.

품으로 작동상의 문제점이 발견되면 소비자의 불만이 강하게 나타나는 부품이다.

유리의 하중을 올리고 내리게 하므로 작동 시 구속전류가 요구되고 있으며 정회전,

역회전을 수시로 반복하게 되므로 자체 열 보호기능이 필요하며 진동 및 열에 의한

단자 변형 및 구속에 의한 축 마모 및 브러시마모 등이 고장의 대표적인 요인이 된

다.

수명에 영향을 미치는 가장 중요한 고장은 모터의 브러시 마모와 축 마모에 의한

고장으로 이는 작동 시간의 영향을 받는다 사용조건을 고려하여 수명시험 시 저온. ,

고온 상온의 온도조건과 사이클을 고려하여 설정하였다 평가기준은 모터에 대한, .

성능 전기적 성능 열화가 지정값 기준 가 되는 시점을 고장으로 보아 수명을( ) ( ) 10%

예측하고 고장원인 및 고장 형태를 분석하였다.


모터 전원(1) : (13.5±0.2)V

시험 사이클 휴지 우회전 부하 구속부하 휴지 좌회전 부하 구속부하 휴(2) : → → → → → →

지를 사이클로 하여 시험을 실시한다1 .

- 26 -

그림 수명시험그림 수명시험그림 수명시험그림 수명시험2-4 Cycle2-4 Cycle2-4 Cycle2-4 Cycle

온도 조건 상온 고온 저온(3) : , (80±3) , (-30±3)℃ ℃

우회전 및 좌회전 부하토크(4) : 3N.m

작동 회수 신뢰수준(5) : 90%, B10 수명이 회 이상23 000

나 시험 방법나 시험 방법나 시험 방법나 시험 방법....

윈도모터를 작동내구시험기에 실차장착조건과 유사하게 설치한다(1) .

먼저 상온조건에서 작동시험을 회 실시한다(2) 8 000 .

고온 조건에서 작동시험을 회 실시한다(3) 1 000 .

저온 조건에서 작동시험을 회 실시한다(4) 1 000 .

모터 전류 및 회전수를 확인하여 고장상태를 확인한다(5) .

의 순서로 주기 반복 시험을 실시한다(6) (2)~(5) 2 .

상기 시험까지 완료된 시료를 상온조건에서 작동시험을 고장 발생시 또는 등급(7)

별 보충수명을 만족할 수 있는 횟수까지 계속 진행한다.

의 시험 중간에 모터 성능 특성 전류 및 회전수 확인 은 작동 시험 회(8) (7) ( ) 5 000

실시마다 성능특성을 확인한다.

시험 종료시점에서 고장발생이 없었던 부품에 대하여 작동특성시험을 실시하여(9)

지정된 값의 성능열화가 이내이어야 한다10 % .

- 27 -


윈도우 모터의 부하시험 구속시험의 전류와 회전수 성능 값을 측정하여 지정(10) ,

된 값 도면기준 에 대한 성능열화 이내( ) 10%

수명평가 시험시간 산정근거수명평가 시험시간 산정근거수명평가 시험시간 산정근거수명평가 시험시간 산정근거2.2.2.2.

가 전체조건가 전체조건가 전체조건가 전체조건....

자동차 부품의 경우 정비지침서 까지 표시 에 교환 또는 정비주기가 없(100,000km )

는 부품은 자동차 수명과 동일하다고 가정하고 일반적으로 통용되고 있는 자동차,

수명에 근거하여 년 를 보증하는 것으로 간주한다10 /160,000km .

나 산정 근거나 산정 근거나 산정 근거나 산정 근거....

문헌에 따르면 운전석을 기준으로 사용된 윈도 레귤레이터의 일 평균 작동횟수는1

회로 되어 있다 이를 기준으로 년간의 작동횟수는 회 일 일 년7 . 10 (7 /1 )×(365 /1 )×10

년 회이며 년 기준의 경우는 약 회 정도 작동한다고25,000 5 100,000 km 16,000≒

볼 수 있다 따라서 윈도 레귤레이터 수명시험은 유리창의 상승 하강을 회로 가. , 1

정하여 회 회 동안의 작동 횟수를 보증할 수 있으면 년 년을 보증25,000 /16,000 10 /5

할 수 있다고 판단된다.

고온 및 저온의 작동회수는 가장 낮은 저온기온과 가장 높은 고온기온이 년 기준1

으로 한 달을 가정하면 일 회 년 회의 작동 회수를 가정할 수 있으30 ×7 ×10 2,000≒

므로 고온 및 저온 조건에서 각각 회씩 작동하도록 하였다 따라서 수명 데이2,000 .

터를 와이블 해석하여 신뢰수준 로90% B10 수명이 회 이상이면 년25,000 10

를 보증하는 것이 타당하다고 본다/160,000km .

- 28 -

신뢰성 샘플링신뢰성 샘플링신뢰성 샘플링신뢰성 샘플링3.3.3.3.

와이블 분포에서 샘플 수는 다음과 같다.

여기서

샘플 수n :

x2b 카이 자승 분포[2(C+1)] :

소비자 위험 종 오류b : (2 )

합격 판정 개수C :

누적 고장율F(t) :

B100p 수명을 보증할 경우 위치 모수가 이고 누적 고장율이 적을 때 이하0 (20% )

누적 고장율은 식 와 같고 샘플 수는 식 과 같다(2) (3) .

여기서

시험 시간t :

감마 함수r(1+1 over ) :β

형상 모수:β

평균 수명MTTF :

분신뢰도: (Bρ 10 수명이면 = 0.1)ρ

B100ρ 보증 수명:

- 29 -

이 때 샘플 수는 시험시간 보증하고자하는( B100ρ 수명과의 비 과 형상 모수 신뢰) ,

수준 합격 판정 개수에 의하여 정하여진다 또한 샘플 수를 정하고 이에 대한 시험, .

시간을 정할 수도 있다.

무고장인 경우 에는(C=0) x2b 이므로[2] -2ln(b) = -2ln(1-CL)≒

여기서 신뢰수준CL :

윈도우 리프트 모터의 샘플 수는 개로 하였다 윈도우 모터에서 가장 취약한 모터6 .

의 경우 관련 자료를 참조하면 형상 모수는 정도이었다 와이블 분포에서 형3~8 .

상 모수를 윈도우 모터의 형상 모수 중 최저인 으로 가정하고 신뢰수준 샘3 , 90%,

플 수가 개이면 무 고장 시험시간은 다음과 같다6 .

즉 개의 샘플로 보증하고자 하는, 6 B10 수명의 배 시험을 하여 개 모두 고장1.538 6

이 없으면 B10 수명을 의 신뢰 수준으로 보증할 수 있다90% .

본 기준에서는 수명 데이터로부터 형상 모수를 추정하므로 고장이 발생할 때까지

시험을 하여야 하며 추정된 형상모수가 이 아닐 경우 식 을 이용하여 시험시간3 (6)

을 다시 계산하고 개의 수명 데이터가 모두 시험 시간을 초과할 경우에 신뢰 수, 6

준 로90% B10 수명을 보증한다 샘플 수가 개 신뢰수준 일 때 형상 모수. 6 , 90 %

와 무고장 시험시간과의 관계는 표 와 같다2-2 .

- 30 -

표 형상 모수와 시험시간과의 관계표 형상 모수와 시험시간과의 관계표 형상 모수와 시험시간과의 관계표 형상 모수와 시험시간과의 관계2-22-22-22-2

형상 모수 시험 시간 보증하고자하는( B10 수명과의 비)

3 1.538

5 1.295

8 1.175

10 1.138

- 31 -

제 장 기존제품의 신뢰성 평가제 장 기존제품의 신뢰성 평가제 장 기존제품의 신뢰성 평가제 장 기존제품의 신뢰성 평가3333

제 절 기본성능 평가시험제 절 기본성능 평가시험제 절 기본성능 평가시험제 절 기본성능 평가시험1111

전기적 무부하 부하 성능 시험전기적 무부하 부하 성능 시험전기적 무부하 부하 성능 시험전기적 무부하 부하 성능 시험1. ,1. ,1. ,1. ,

기존 제품 개에 대하여 전기적 무부하 부하 성능시험을 실시하였다 그 결과는6 , .

도면에 기준에 모두 만족하였다.

그림 전기적 무부하 부하 성능 측정그림 전기적 무부하 부하 성능 측정그림 전기적 무부하 부하 성능 측정그림 전기적 무부하 부하 성능 측정3-1. ,3-1. ,3-1. ,3-1. ,

가 전기적 무부하 부하 성능 시험결과가 전기적 무부하 부하 성능 시험결과가 전기적 무부하 부하 성능 시험결과가 전기적 무부하 부하 성능 시험결과. ,. ,. ,. ,

- 32 -

무부하 성능에 대한 회전수와 소비전류무부하 성능에 대한 회전수와 소비전류무부하 성능에 대한 회전수와 소비전류무부하 성능에 대한 회전수와 소비전류(a)(a)(a)(a)

부하 성능에 대한 회전수와 소비전류부하 성능에 대한 회전수와 소비전류부하 성능에 대한 회전수와 소비전류부하 성능에 대한 회전수와 소비전류(b)(b)(b)(b)

구속 성능에 대한 토크와 소비전류구속 성능에 대한 토크와 소비전류구속 성능에 대한 토크와 소비전류구속 성능에 대한 토크와 소비전류(c)(c)(c)(c)

- 33 -

소음 시험소음 시험소음 시험소음 시험2.2.2.2.

기존 제품 시료 개 대하여 소음시험을 실시하였다 단자의 전압 에서3 . (13.5±0.2)V

측정한 결과가 회전방향에 따라 에서 으로 평가기준 이하 에48.5dB 54.4dB (53dB )

벗어난 경우가 발생하여 브러쉬 재질에 대한 소음 검토와 전류변화에 대하여 검토

를 하였다.

그림 기존제품의 소음시험그림 기존제품의 소음시험그림 기존제품의 소음시험그림 기존제품의 소음시험3-23-23-23-2

가 소음 시험결과가 소음 시험결과가 소음 시험결과가 소음 시험결과....

그림 기존 제품의 소음 시험 결과 시료 시료그림 기존 제품의 소음 시험 결과 시료 시료그림 기존 제품의 소음 시험 결과 시료 시료그림 기존 제품의 소음 시험 결과 시료 시료3-3 _ 1 ~ 33-3 _ 1 ~ 33-3 _ 1 ~ 33-3 _ 1 ~ 3

- 34 -

제 절 내환경성 평가시험제 절 내환경성 평가시험제 절 내환경성 평가시험제 절 내환경성 평가시험2222

내수성 시험내수성 시험내수성 시험내수성 시험1.1.1.1.

기존제품의 내 환경시험은 내수성 시험만 실시하였고 개선된 시료에 대하여 진동,

내수성 온도시험을 추가하였다 초기 시료에서는 와, . Frame Ass'y Brush ㅙ ㄷㄱ

사이에서 시일 문제로 인하여 수분이 유입되었다 시일 두께 부분을 수정하Ass'y .

여 시료 개에 대하여 실시하였다 시험 조건은 상온이며 전방수량 시2 . , : 3.2L/min,

험시간은 분 동안 살수 후 상온에서 시간 방치한 후 기본성능 시험을 실시하10 24

였다 살수시험 전 후의 기본성능 데이터는 열화부분이 발생하였으나 평가기준에서.

는 만족하였다.

그림 기존제품의 살수 시험그림 기존제품의 살수 시험그림 기존제품의 살수 시험그림 기존제품의 살수 시험3-3.3-3.3-3.3-3.

가 내수성 시험결과가 내수성 시험결과가 내수성 시험결과가 내수성 시험결과....

- 35 -

내수성 시험 전 후 무부하 회전수와 소비전류 시료내수성 시험 전 후 무부하 회전수와 소비전류 시료내수성 시험 전 후 무부하 회전수와 소비전류 시료내수성 시험 전 후 무부하 회전수와 소비전류 시료(a) _ 4(a) _ 4(a) _ 4(a) _ 4

내수성 시험 전 후 부하 회전수와 소비전류 시료내수성 시험 전 후 부하 회전수와 소비전류 시료내수성 시험 전 후 부하 회전수와 소비전류 시료내수성 시험 전 후 부하 회전수와 소비전류 시료(b) _ 4(b) _ 4(b) _ 4(b) _ 4

내수성 시험 전 후 구속 토크와 소비전류 시료내수성 시험 전 후 구속 토크와 소비전류 시료내수성 시험 전 후 구속 토크와 소비전류 시료내수성 시험 전 후 구속 토크와 소비전류 시료(c) _ 4(c) _ 4(c) _ 4(c) _ 4

- 36 -

내수성 시험 전 후 무부하 회전수와 소비전류 시료내수성 시험 전 후 무부하 회전수와 소비전류 시료내수성 시험 전 후 무부하 회전수와 소비전류 시료내수성 시험 전 후 무부하 회전수와 소비전류 시료(a) _ 5(a) _ 5(a) _ 5(a) _ 5

내수성 시험 전 후 부하 회전수와 소비전류 시료내수성 시험 전 후 부하 회전수와 소비전류 시료내수성 시험 전 후 부하 회전수와 소비전류 시료내수성 시험 전 후 부하 회전수와 소비전류 시료(b) _ 5(b) _ 5(b) _ 5(b) _ 5

내수성 시험 전 후 구속 토크와 소비전류 시료내수성 시험 전 후 구속 토크와 소비전류 시료내수성 시험 전 후 구속 토크와 소비전류 시료내수성 시험 전 후 구속 토크와 소비전류 시료(c) _ 5(c) _ 5(c) _ 5(c) _ 5

- 37 -

제 절 수명 평가시험제 절 수명 평가시험제 절 수명 평가시험제 절 수명 평가시험3333

초기 윈도우 모터의 수명 시험시 피니언 기어부분인 중심부에서 크랙이 발생하여

샤프트 피니언 형상을 변경하여 개선이 된 시료에 개에 대하여 시험한 결과 윈도5

우 모터의 구성 부품인 부싱엔드부의 이탈로 인하여 모터가 고착 정지 되는 현상이( )

발생하였다 또한 본 제품이 양산이 이루어지는 제품이 아니라 개발을 완료한 제품.

이므로 초기 품질에 문제점이 그대로 나타나고 있는 현상을 볼 수 있다.

수명시험 전에 초기 제품에 대한 전기적 기본성능 측정하고 수명시험 사이클,

회 이상부터 주기적으로 성능 회전수와 전류 을 측정하는 것으로 진행하였으20,000 ( )

나 개선 전 제품에서는 회 부분에서 고장이 많이 발생하였으며 본 과제에, 20,000 ,

서 목표하는 수명을 확보하기 위하여 많은 부분에서 개선이 필요한 제품이다.

그림 기존제품의 수명시험그림 기존제품의 수명시험그림 기존제품의 수명시험그림 기존제품의 수명시험3-4.3-4.3-4.3-4.

개선전 제품의 수명시험 결과개선전 제품의 수명시험 결과개선전 제품의 수명시험 결과개선전 제품의 수명시험 결과1.1.1.1.

가 제시도면 규격가 제시도면 규격가 제시도면 규격가 제시도면 규격....

무부하시 회전 속도 이상 전류 이하(1) : (±10)rpm , 3 A .

- 38 -

부하시 회전 속도 이상 전류 이하(2) : (60±12)rpm , 8 A .

구속시 토크 이상 전류 이하(3) : (9.5±2)N m , 30 Aㆍ

나 평가기준 고장판정 기준나 평가기준 고장판정 기준나 평가기준 고장판정 기준나 평가기준 고장판정 기준. ( ). ( ). ( ). ( )

윈도우 모터의 부하시험 구속시험의 전류와 회전수 성능 값을 측정하여 지정된(1) ,

값 도면기준 에 대한 성능열화 이내( ) 10%

다 시험시간 및 고장모드다 시험시간 및 고장모드다 시험시간 및 고장모드다 시험시간 및 고장모드....

개선 전 시료의 수명결과 작동횟수가 에서 회에서 고장발생 하였다10,243 20,191 .

시료 시료 시료 에 대하여 부싱 엔드부 이탈과 시료 에 대하여 부하시 전6, 7, 8 9

기적 성능인 회전수가 초과하였으며 시료 에 대하여서는 부하시 회전수와10% , 10

소비전류치가 초과하였으며 이 부분에 대한 설계개선이 필요하다10% , .

표 수명 시험결과의 고장현상 및 고장모드표 수명 시험결과의 고장현상 및 고장모드표 수명 시험결과의 고장현상 및 고장모드표 수명 시험결과의 고장현상 및 고장모드2-32-32-32-3

시료번호 작동횟수 고장여부 고장현상 고장모드

시료 6 20,191 고장 모터의 작동불량 부싱 앤드부 이탈



시료 9 20,000 고장부하시 회전수 10%

초과전기적 성능 열화

시료 10 20,000 고장부하시 회전수 전류,

초과10%전기적 성능 열화

- 39 -

시료

번호시험 전 시험 후

시료

6

시료

7

시료

8

그림 개선 제품의 수명시험결과에 대한 고장분석 시료 시료그림 개선 제품의 수명시험결과에 대한 고장분석 시료 시료그림 개선 제품의 수명시험결과에 대한 고장분석 시료 시료그림 개선 제품의 수명시험결과에 대한 고장분석 시료 시료3-5 ( 6~ 8)3-5 ( 6~ 8)3-5 ( 6~ 8)3-5 ( 6~ 8)

- 40 -

라 수명시험의 전기적 기본 성능 측정 결과라 수명시험의 전기적 기본 성능 측정 결과라 수명시험의 전기적 기본 성능 측정 결과라 수명시험의 전기적 기본 성능 측정 결과....

- 41 -

마 수명 시험의 기본성능 특성치의 열화 결과마 수명 시험의 기본성능 특성치의 열화 결과마 수명 시험의 기본성능 특성치의 열화 결과마 수명 시험의 기본성능 특성치의 열화 결과....

개선전 기본 특성치 열화 결과 무부하 회전수와 소비전류 시료개선전 기본 특성치 열화 결과 무부하 회전수와 소비전류 시료개선전 기본 특성치 열화 결과 무부하 회전수와 소비전류 시료개선전 기본 특성치 열화 결과 무부하 회전수와 소비전류 시료(a) _ _ 6(a) _ _ 6(a) _ _ 6(a) _ _ 6

개선전 기본 특성치 열화 결과 부하 회전수와 소비전류 시료개선전 기본 특성치 열화 결과 부하 회전수와 소비전류 시료개선전 기본 특성치 열화 결과 부하 회전수와 소비전류 시료개선전 기본 특성치 열화 결과 부하 회전수와 소비전류 시료(b) _ _ 6(b) _ _ 6(b) _ _ 6(b) _ _ 6

개선전 기본 특성치 열화 결과 구속 토크와 소비전류 시료개선전 기본 특성치 열화 결과 구속 토크와 소비전류 시료개선전 기본 특성치 열화 결과 구속 토크와 소비전류 시료개선전 기본 특성치 열화 결과 구속 토크와 소비전류 시료(c) _ _ 6(c) _ _ 6(c) _ _ 6(c) _ _ 6

- 42 -




- 43 -




- 44 -

바 와이블 분포 해석바 와이블 분포 해석바 와이블 분포 해석바 와이블 분포 해석. (Weibull++). (Weibull++). (Weibull++). (Weibull++)

그림 개선전 수명시험의 와이블 분석 결과그림 개선전 수명시험의 와이블 분석 결과그림 개선전 수명시험의 와이블 분석 결과그림 개선전 수명시험의 와이블 분석 결과3-63-63-63-6

- 45 -

기존 제품의 와이블 분석결과 신뢰수준 에90% B10에 해당되는 작동 횟수는 신뢰하

한 회이고 형상모수는 이므로 윈도우 모터의 부싱 엔드 부품의 개선과 전6,831 3.8

기적 성능 열화 부분을 설계 변경하여 목표하는 B10 회 이상으로 도달할 수2,000

있도록 개선이 필요하다.

- 46 -

제 장 고장분석 및 설계개선제 장 고장분석 및 설계개선제 장 고장분석 및 설계개선제 장 고장분석 및 설계개선4444

제 절 분석기법을 통한 고장 분석제 절 분석기법을 통한 고장 분석제 절 분석기법을 통한 고장 분석제 절 분석기법을 통한 고장 분석1111

1. FMEA1. FMEA1. FMEA1. FMEA

가가가가. DFMEA(Design Failure Mode Effects Analysis). DFMEA(Design Failure Mode Effects Analysis). DFMEA(Design Failure Mode Effects Analysis). DFMEA(Design Failure Mode Effects Analysis)

좋은 품질을 확보하기 위해서는 설계 초기단계에서 설계에 적합성을 검토하고 제조

공정에서 야기될 수 있는 고장 결함 또는 불량에 대한 사전 검토와 대책을 세우는,

일이 필수적이다 고장모드 및 영향 해석. (Failure Mode and Effect Analysis:

은 이러한 목적에 맞는 가장 적합한 종합적이고 체계적인 접근 방법이라 할FMEA)

수 있다 효과적인 의 실시를 위해서는 무엇보다도 윈도우 리프트 모터에 대. FMEA

한 고장모드 고장원인 고장영향 등에 대한 분석이 필수적이다, , .

고장모드 및 영향 해석의 과정은 부품 수준으로부터 고장모드를 분석하여 개발과정

에서의 에러를 최소화하는데 목적이 있다 윈도우 리프트모터의 를 수행함으. FMEA

로써 각 부품간의 상호작용과 잠재적 고장모드를 파악할 수 있었으며 각 부품의,

재질 및 치수 조립조건 등을 설정하는데 근거를 마련할 수 있었다.

고장발생시기에 따라 초기고장 우발고장 마모고장으로 분류하고 고장요인이나 고, ,

장결과의 중요도에 따라 내재적 고장과 외재적 고장으로 분류 치명고장 중대고, , ,

장 경미고장 미소고장으로 구분하는 방법 등으로 제조 공정 및 필드에서 발생 할, ,

수 있는 문제점을 사전에 예측함으로써 제품의 성능확보와 신뢰성 향상에 큰 도움

을 주었다.

고장 모드 및 영향해석을 통해 제품의 성능과 신뢰성에 가장 큰 영향을 주는 부품

의 핵심인자를 확인하여 기존 제품의 설계검토를 진행하였다, .

- 47 -

표 자동차용 윈도우리프트 모터의 잠재적 고장형태 및 영향분석표 자동차용 윈도우리프트 모터의 잠재적 고장형태 및 영향분석표 자동차용 윈도우리프트 모터의 잠재적 고장형태 및 영향분석표 자동차용 윈도우리프트 모터의 잠재적 고장형태 및 영향분석4-14-14-14-1

부품 기능/ 잠재적고장 형태

고장의잠재적 영향

심각도

고장의 잠재적 원인메카니즘/

반생도

현설계관리검출

검출도

위험우선순위

TUBBE ,VENT공기순환-통로

Vent Hole누수

모터 작동불능 7

차량의 모터장착상-태 미 고려 2

내수성 시험 2 28

G E A R ,DRIVE-Regulato와의 맞r물림-Regulator구동력 전달

C e a r ,이Drive

격

모터 반전-음 발생모터 작동-불능

6

상대품과의 치수-을 고려치Matching

않은 치수 설계(Tolerance)

3장착조건-에 따른Test

1 18

P I N O NASS'Y

구-KWM동력 전달

몰Pinion딩부 마모파손/

작동-Motor불능 7

형상-Pinion Shaft부적절

재질의 부-Pinion적합

3내-Motor

구 시험 1 24

DRMPER,WIIEEL- M o t o r작동 시W o r m

부Wheel댐핑 역할

구속 시손상Motor

모터 작동-불능 7

부적합한 뎀핑량-선정 2

재질 및-강도 검사 2 28

W O R MWHEEL

동-KWM력 전달

W o r m손Wheel

상

작동-Motor시 이음 발생

작동-Motor불능

역전-Motor

7재질-Worm Wheel

의 물성 부족 1 내-Motor구 시험

역-Motor전 방지 시험

1 7

7 치 강도 부적합- 1 1 7

GREASE- M o t o r윤할 작용

Housing및 Wheel조기 마모

발생-Noise 4 도포량 부-Grease적합

2

내-Motor구 시험

3 36

모터 작동-불능 5

도포량 부-Grease적합

등급 부적-Grease합

2 3 30

- G r e a s eseparation

4 등급 부적-Grease합

2 2 16

RETAINER ,BEARING-Bearing이탈방지

의Bearing과도한 유격 마모,

조립-Shaft어려움모터 작동-불능

5

상대품과의 치수-을 고려치Matching

않은 치수 설계(Tolerance)-Bearing

3

성-Motor능시험

진-Motor동 시험

1 15

BUSHING, END

유-Shaft격 방지

Housing끝단의 균열

모터 성능-저하

발생-Noise6

내- H o u s i n g압입Bushing, End

깊이 과도설정3

-Housing끝단 파손또 는

유Crack무 확인

1 18

Bushing,이탈End

모터- Stall모터 작동-불능

7내- H o u s i n g압입Bushing, End

깊이 과소설정2

압입깊이-확인 양:호

1 14

- 48 -

부품 기능/잠재적고장 형태


심각도


발생도

현실계관리검출

검출도

위험우선순위

HOUSING- W o r mW h e e l ,ArmatureA s s ' y ,asscmbling part

Housing볼트 구멍균열 느슨한 볼트조임

성능-Motor저하조립의 어-려움

4

조립 조-Housing건고려하지 않은 치수설계

3

성-Motor능시험

충-Motor격시험

1 12

Regulator조 립 시Housing파손

-Motor&Re상위gulator

공정 문제7

감성 부적-Frame합 설정 2

파괴강도-Test 2 28

BRUSH-Commut와 접ator

촉하여 전류 전달

접Brush촉 상태부적절

발생-Noise모터 작동-불안정

6

-Brush spring부적합force와 인장-Brush wire

강도 부적합단면적 부적-Brush

합

2

- M o t o rDynamicTest

내-Motor구시험

2 24

M O T O RPROTECTOR과전류에-따른 모터손상 방지

C i r c u i tB r e ake r미작동

작동-Motor불능

7 부적절한- Circuit사양 선정Breaker

1회-Motor

로 보호 시험

2 14

B A L L ,END-Armatur끝단 마e

모 방지

Ball, End마모

발생-Noise모터 작동-불안정모터 파손-

7 재질 부적합-Ball 3 내-Motor구시험

1 21

COIL전류전달-

Armature전Ass'y

기적 성능열화

모터 성능-저하

6

코일의 권선수 부-족 설계코일 선경의 부적-합

1- M o t o rDynamicTest

1 6

COMMUTATOR전류전달-

Commuta균열tor

부조현상-발생-Noise

7외경과-Shaft압입량Commutator

부적합 설계1

성-Motor능 시험

소-Motor음 시험

1 7

7

의 몰-Commutator딩부 두께 부적합

재질-Commutator부적합

1


내-Motor구성 시험

1 7

Commuta유동tor

부조현상-발생-Noise

7외 경 과- S h a f t

간Commutator Slot극 과다 설정

1


소-Motor음 시험

1 7

7재질-Commutator

부적합 연질( ) 1



1 7

- 49 -

부품 기능/잠재적고장 형태


심각도


발생도

현실계관리검출

검출도

위험우선순위

SHA F T ,ARMATURE- C o r e ,Commutat o rAsscmbling part

Armature유Shaft

동

발생-Noise모터 진동-증가모터 반전-음 발생

6전-Armature Shaft

장길이 부적합 설계 3성-Motor

능 시험 1 18

웜휠과의유동

내구 수명-단축

발생-Noise5

의 치-Worm Shaft수 부적합 설정 1

성-Motor능 시험


진-Motor동 시험

1 5

CORE자재회로-형성

Armature의A s s ' y

전기적 특성 불충분

성능 저하- 6

적층수 부족-Core설계

외경 부적합-Core설계


1 6

자속량이적음

성능 저하- 6 재질의 부적-Core합


2 12

Magnet자 기 장-형성

-M o t o rS t a l lT o r q u e부족고- RPM

모터 성능-미달 6

부적-Magnet Flux합 설정낮은 값( Br ) 1


측정-Flux

1 6

저 RPM모터 성능-미달 6

과도-Magnet Flux설정높은 값( Br ) 1


측정-Flux

1 6

M a g n e t내경부위균열

발생-Noise 6의 부적합-Air Gap

설정 1


진-Motor동 시험

1 6

Demagnetization 성능 저하- 5

두께 부족-Magnet설정보자력 과소 설정-

1


측정-Flux

1 5

자속량이적음

성능 저하- 6

과도-Air Gapdml설정

유효면적-Magnet부적합

1


측정-Flux

1 6

- 50 -

2. FTA(Fault Tree Analysis)2. FTA(Fault Tree Analysis)2. FTA(Fault Tree Analysis)2. FTA(Fault Tree Analysis)

는 시스템 고장을 발생시키는 사상 과 그 원인과의 인과관계를 논리관계FTA (event)

로 설명하는 게이트나 사상기호를 사용하여 나뭇가지 모양의 그림 으로(Fault Tree)

나타내고 이에 의거하여 시스템의 고장확률을 구함으로써 시스템의 신뢰성을 개선,

하는 계량적 고장 해석 및 신뢰성 평가 방법을 말하며 하향식 전개방식을 가진다.

- 51 -

- 52 -

그림그림그림그림 4-1 Fault Tree4-1 Fault Tree4-1 Fault Tree4-1 Fault Tree

- 53 -

분석을 통해 선정된 인자의 설계검증분석을 통해 선정된 인자의 설계검증분석을 통해 선정된 인자의 설계검증분석을 통해 선정된 인자의 설계검증3.3.3.3.

가 전기적 성능인자의 점검가 전기적 성능인자의 점검가 전기적 성능인자의 점검가 전기적 성능인자의 점검....

전기적 성능인자를 점검하기 위해서 해석프로그램을 사용하였으며 이 과정을 통해,

전기장내의 부품의 자계포화유무 적정 권선수 와인딩 패턴 등을 재확인 하였다, , .

그림 모터의 회전자계 해석그림 모터의 회전자계 해석그림 모터의 회전자계 해석그림 모터의 회전자계 해석4-24-24-24-2

- 54 -

나 재질의 적정성 검토나 재질의 적정성 검토나 재질의 적정성 검토나 재질의 적정성 검토. Brush. Brush. Brush. Brush

는 전류를 에 전달하는 다리역할을 하는 부품으로 전기적Brush Commutator Noise,

전자파특성 감성소음 내구성 등에 영향을 주는 부품이다, , .

검토대상품은 열적 특성과 내마모성 등을 고려해서 선정된 종의 를 대상으2 Brush

로 전기적 특성 및 감성소음을 분석하여 재질을 선정하였다.

전기적 안정성 평가를 위한 전류파형 분석전기적 안정성 평가를 위한 전류파형 분석전기적 안정성 평가를 위한 전류파형 분석전기적 안정성 평가를 위한 전류파형 분석(1)(1)(1)(1)

전기적 안정성 분석을 위해서 고정저항과 시험모터가 포함된 회로를 구성하여 모터

가 회전 시 전류파형의 변화를 관찰하였다.

그림 전류파형의 비교그림 전류파형의 비교그림 전류파형의 비교그림 전류파형의 비교4-34-34-34-3

시료의 조건은 를 제외한 모든 부품을 동일하게 사용하였다 전류의 변화를Brush .

검토한 결과 가 보다 안정한 전류특성을 보였으며 이와 같은 결과Brush A Brush B ,

를 토대로 볼 때 적용 시 더욱 안정한 전기적 특성으로 인해서 내구성능Brush A

및 소음성능이 안정 할 것으로 예상하였다.

- 55 -

소음성능의 비교소음성능의 비교소음성능의 비교소음성능의 비교(2)(2)(2)(2)

위에서 검토했던 두 샘플에 대한 감성소음을 평가한 결과 다음과 같은 결과를 얻었

다.

그림 재질별 소음비교그림 재질별 소음비교그림 재질별 소음비교그림 재질별 소음비교4-4 Brush4-4 Brush4-4 Brush4-4 Brush

- 56 -

다 의 재질별 마모도 비교다 의 재질별 마모도 비교다 의 재질별 마모도 비교다 의 재질별 마모도 비교. End Ball. End Ball. End Ball. End Ball

은 모터의 끝단에 장착되어 마찰을 줄여주고 충격을 흡수하는 역할End Ball Shaft ,

을 하는 부품으로 모터의 성능과 정역고체시의 유격 그리고 감성적 품질을 결정하

는 중요한 부품이다 의 마모가 과도하게 진행되면 내구수명이 단축되며 윈도. Ball ,

우 작동 중 방향 반전시 순간적인 충격음을 유발할 수 있다.

따라서 내열 및 내마모성을 고려하여 몇 가지 재질을 선정하고 그 중에서 다시 최

종 종의 재질을 선정하여 일정내구 후 마모정도를 측정하였다4 .

그림 마모사진그림 마모사진그림 마모사진그림 마모사진4-5 End Ball A4-5 End Ball A4-5 End Ball A4-5 End Ball A

그림 마모사진그림 마모사진그림 마모사진그림 마모사진4-6 End Ball B4-6 End Ball B4-6 End Ball B4-6 End Ball B

- 57 -

그림 간이내구 상은 후 재질별 마모량 비교그림 간이내구 상은 후 재질별 마모량 비교그림 간이내구 상은 후 재질별 마모량 비교그림 간이내구 상은 후 재질별 마모량 비교4-7 1,000cycle4-7 1,000cycle4-7 1,000cycle4-7 1,000cycle

측정결과 그림 과 같이 최대 에서 최소 의 결과를 얻었으며 재4-7 1.6mm 0.54mm ,

질 의 경우가 내마모성 및 내열성이 우수한 것으로 나타났다B .

- 58 -

제 절 성능시험을 통한 고장 분석 및 개선제 절 성능시험을 통한 고장 분석 및 개선제 절 성능시험을 통한 고장 분석 및 개선제 절 성능시험을 통한 고장 분석 및 개선2222

의 이탈의 이탈의 이탈의 이탈1. Pinion Gear Shaft1. Pinion Gear Shaft1. Pinion Gear Shaft1. Pinion Gear Shaft

가 부품의 기능가 부품의 기능가 부품의 기능가 부품의 기능....

그림 의 부품은 모터로부터 형성된 토크를 외부로 전달하는 역할4-8 Pinion Ass'y

을 하는 부품으로 최종의 출력단 이라고 할 수 있다 따라서 모터가 구동되는 동안.

항상 높은 토크를 받게 된다 또한 윈도우의 상승 하강 시 회전 방향이 역전되어.

일정부하로 구동 시 보다 더 큰 순간 하중을 받기도 한다.

나 고장 모드나 고장 모드나 고장 모드나 고장 모드....

기존 제품의 내구성 평가 중 기존모터가 가지고 있는 사각형 구조의 샤프트가 플라

스틱에 삽입 몰딩된 구조에서 그림 과 같이 피로하중에 의한 크랙이 발생하여, 4-8

모터가 구동은 하지만 발생된 토크가 최종 출력단에 전달되지 못하여 정상작동하지

못하는 결함이 발생되었다.

그림 이탈그림 이탈그림 이탈그림 이탈4-8 Shaft4-8 Shaft4-8 Shaft4-8 Shaft

- 59 -

다 고장의 개선다 고장의 개선다 고장의 개선다 고장의 개선....

분석 결과 고장의 원인은 모터가 정 역 방향으로 지속적으로 회전하면서 누적된,

피로하중으로 인해 사각형의 모서리 부분에서 크랙이 시작되었으며 시작이 지날수,

록 크랙이 확장되어 결국 가 플라스틱에서 이탈된 것으로 확인 되었다Shaft .

그림 개선된그림 개선된그림 개선된그림 개선된4-9 Pinion Ass'y4-9 Pinion Ass'y4-9 Pinion Ass'y4-9 Pinion Ass'y

이와 같은 고장모드를 개선하기 위해서 그림 와 같이 축을 원형 구조로의 변경4-9

을 시도하였으며 응력을 분산시키기 위해서 축에 개소의 돌출부를 두었다 이와, 4 .

같은 구조는 축의 회전방향 하중뿐만 아니라 축 방향 하중에 대한 보강도 가능 할

것으로 생각된다.

- 60 -

이탈이탈이탈이탈2. End Bushing2. End Bushing2. End Bushing2. End Bushing


은 모터 끝단에 장착되어 모터 회전 시 마찰을 감소시키고End Bushing Shaft Shaft

를 고정하는 기능을 하는 부품이다 대부분 모터의 보다 경도가 약한 재질을. Shaft

사용하며 내열성과 내마모성을 가진 플라스틱 재질이 주로 사용된다, .

나 고장모드나 고장모드나 고장모드나 고장모드....

그림 과 그림 은 이 이탈된 사진을 보여준다 그림 은4-10 4-11 Bushing . 4-10

분석 시스템을 이용하여 제품을 분해하지 않고 의 위치를 검사함으X-Ray Bushing

로서 분해 시에 발생할 수 있는 고장모드가 사라지는 현상을 방지할 수 있었다.

그림 이탈 사진그림 이탈 사진그림 이탈 사진그림 이탈 사진4-10 Bushing X-Ray4-10 Bushing X-Ray4-10 Bushing X-Ray4-10 Bushing X-Ray 그림 이탈사진그림 이탈사진그림 이탈사진그림 이탈사진4-11 Bushing4-11 Bushing4-11 Bushing4-11 Bushing

분석결과 고장의 원인은 의 치수가 하우징의 압입치수와 비교하여 적정 압Bushing

입조건을 이루지 못하여 모터의 발열과 회전이 지속되면서 이 이탈하여 기Bushing

어의 맞물림 부위까지 이동함으로서 모터의 구속 현상을 초래하였다.

- 61 -


고장을 개선하고자 하우징과 의 압입량을 조절하여 부품을 제작하고 일정Bushing

시간의 내구시험을 진행하면서 이탈여부를 확인함으로서 개선 효과를 검토하였다.

모터 수분 유입모터 수분 유입모터 수분 유입모터 수분 유입3.3.3.3.


모터내의 수분유입 방지 기능을 위해서 에 을 위한 재질이 포Brush Holder Sealing

함되어 있으며 하우징과 조립 시 부위가 압축되어 수분의 유입을 방지한다, Sealing .

수분의 유입방지 기능은 하우징 조립면의 조도상태 의 압축량 그리고 최종 조, Seal

립되는 볼트의 조립상태 등에 의해 그 성능이 결정된다.

그림 수분이 유입된 모터의 사진그림 수분이 유입된 모터의 사진그림 수분이 유입된 모터의 사진그림 수분이 유입된 모터의 사진4-124-124-124-12

나 고장모드나 고장모드나 고장모드나 고장모드....

일정한 압력의 공기를 주입하여 수분이 유입되는 지점을 찾아내었으며 분석한 결,

과 하우징 면과 조립 시 굴곡부에서 압입량 부족으로 인해서 누수가 발생한 것으로

확인되었다.

- 62 -


모터 조립 시 공차 등을 고려하여 수분이 유입되는 부분의 부위 압입량을Sealing

그림 과 같이 개선하였다 이에 대한 검증으로 일정압력의 공기를 주입하여4-13 .

개선여부를 점검하여 개선되었음을 확인 하였다.

그림 증가된 이전수치그림 증가된 이전수치그림 증가된 이전수치그림 증가된 이전수치4-13 Seal ( - A1:1.5, A2:3.3)4-13 Seal ( - A1:1.5, A2:3.3)4-13 Seal ( - A1:1.5, A2:3.3)4-13 Seal ( - A1:1.5, A2:3.3)

- 63 -

제 장 개선제품의 신뢰성 평가제 장 개선제품의 신뢰성 평가제 장 개선제품의 신뢰성 평가제 장 개선제품의 신뢰성 평가5555

제 절 기본성능 평가시험제 절 기본성능 평가시험제 절 기본성능 평가시험제 절 기본성능 평가시험1111

전기적 무부하 부하 성능 시험전기적 무부하 부하 성능 시험전기적 무부하 부하 성능 시험전기적 무부하 부하 성능 시험1. ,1. ,1. ,1. ,

개선제품에 대하여 시료 개에 대한 전기적 무부하 부하 성능시험을 실시하였다6 , .

시험 전압 토크 시험조건에서 시험한 결과는 다음과 같: (12±0.2)V, : (3±0.5)N mㆍ

다.

그림 전기적 무부하 부하 성능 측정그림 전기적 무부하 부하 성능 측정그림 전기적 무부하 부하 성능 측정그림 전기적 무부하 부하 성능 측정5-1. ,5-1. ,5-1. ,5-1. ,

가 전기적 무부하 부하 성능 시험결과가 전기적 무부하 부하 성능 시험결과가 전기적 무부하 부하 성능 시험결과가 전기적 무부하 부하 성능 시험결과. ,. ,. ,. ,

- 64 -

나 전기적 무부하 부하 성능 시험결과 그래프나 전기적 무부하 부하 성능 시험결과 그래프나 전기적 무부하 부하 성능 시험결과 그래프나 전기적 무부하 부하 성능 시험결과 그래프. ,. ,. ,. ,

개선 제품 무부하 성능에 대한 회전수와 소비전류개선 제품 무부하 성능에 대한 회전수와 소비전류개선 제품 무부하 성능에 대한 회전수와 소비전류개선 제품 무부하 성능에 대한 회전수와 소비전류(a)(a)(a)(a)

개선 제품 부하 성능에 대한 회전수와 소비전류개선 제품 부하 성능에 대한 회전수와 소비전류개선 제품 부하 성능에 대한 회전수와 소비전류개선 제품 부하 성능에 대한 회전수와 소비전류(b)(b)(b)(b)

개선 제품 구속 성능에 대한 토크와 소비전류개선 제품 구속 성능에 대한 토크와 소비전류개선 제품 구속 성능에 대한 토크와 소비전류개선 제품 구속 성능에 대한 토크와 소비전류(c)(c)(c)(c)

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소음시험소음시험소음시험소음시험2.2.2.2.

개선 제품에 개의 시료에 대하여 단자 전압 에서 윈도모터는 바닥면3 (13.5±0.2)V

으로부터 진동이 전달되지 않도록 두께의 스폰지 위에 놓고 시료와 마이크100mm

로폰 사이의 거리는 윈도모터에서 수직으로 이격시켜 장착하고 안정된 특성300mm

을 얻기 위하여 회 정도 무부하 상태로 작동한 후 소음을 측정한다 소음시험 결10 .

과 으로 평가기준 이하 에 모두 만족하였다48.2dB ~ 50.8dB (53dB ) .

가 소음 시험결과가 소음 시험결과가 소음 시험결과가 소음 시험결과....

그림 개선 제품의 소음 비교분석 결과그림 개선 제품의 소음 비교분석 결과그림 개선 제품의 소음 비교분석 결과그림 개선 제품의 소음 비교분석 결과5.2.5.2.5.2.5.2.

- 66 -

나 소음 시험결과 그래프나 소음 시험결과 그래프나 소음 시험결과 그래프나 소음 시험결과 그래프....

시료

번호CW CCW

2-7

소음측정 결과: 48.2dB 소음측정 결과: 49.4dB

2-8


2-9


- 67 -


진동 시험진동 시험진동 시험진동 시험1.1.1.1.

시료는 실차 장착상태와 동일하게 장착하고 상기 조건에 대하여 스위프 진동시험을

실시한다 시험 중 외형상 변형 균열 등을 점검하고 시험 후 전기적 성능 시험 및. ,

소음시험을 실시한다 진동시험 결과 시험 전 후의 전기적 성능 무부하 부하 의 평. ( , )

가기준 만족하였으며 소음 시험 결과에 대하여서도 에서 최대 이하, 48.2dB 50.8dB

이며 윈도리프트 모터의 균열 변형 파손 느슨함 등 유해한 이상 없이 정상 작동, , , ,

되었다.

그림 진동시험 상하 방향과 전후 방향그림 진동시험 상하 방향과 전후 방향그림 진동시험 상하 방향과 전후 방향그림 진동시험 상하 방향과 전후 방향5-35-35-35-3

가 시험 조건가 시험 조건가 시험 조건가 시험 조건....

가진방향 상하 전후 좌우 각 진폭- : , , 1.0mm

스위프주기- : 12 ~ 50Hz

가진시간 시간 상하 시간 전후 시간 좌우 시간- : 8 ( 4 , 2 , 2 )

- 68 -

그림 진동 시험조건그림 진동 시험조건그림 진동 시험조건그림 진동 시험조건5-45-45-45-4

나 시험 결과나 시험 결과나 시험 결과나 시험 결과....

전기적 무부하 및 부하 시험결과전기적 무부하 및 부하 시험결과전기적 무부하 및 부하 시험결과전기적 무부하 및 부하 시험결과(1)(1)(1)(1)

- 69 -

전기적 무부하 및 부하 시험결과 그래프전기적 무부하 및 부하 시험결과 그래프전기적 무부하 및 부하 시험결과 그래프전기적 무부하 및 부하 시험결과 그래프(2)(2)(2)(2)

무부하 성능에 대한 회전수와 소비전류무부하 성능에 대한 회전수와 소비전류무부하 성능에 대한 회전수와 소비전류무부하 성능에 대한 회전수와 소비전류(a) _2-10(a) _2-10(a) _2-10(a) _2-10

부하 성능에 대한 회전수와 소비전류부하 성능에 대한 회전수와 소비전류부하 성능에 대한 회전수와 소비전류부하 성능에 대한 회전수와 소비전류(b) _2-10(b) _2-10(b) _2-10(b) _2-10

구속 성능에 대한 토크와 소비전류구속 성능에 대한 토크와 소비전류구속 성능에 대한 토크와 소비전류구속 성능에 대한 토크와 소비전류(c) _2-10(c) _2-10(c) _2-10(c) _2-10

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- 71 -

진동시험 후 소음 시험 결과진동시험 후 소음 시험 결과진동시험 후 소음 시험 결과진동시험 후 소음 시험 결과(2)(2)(2)(2)

시료 번호시험 결과 이하(dB)

CW CCW

2-10시험 전 49.5 50.6

시험 후 48.2 48.8

2-11시험 전 48.6 50.8

시험 후 49.9 49.7

그림 진동시험 전 후 소음 비교 분석 결과그림 진동시험 전 후 소음 비교 분석 결과그림 진동시험 전 후 소음 비교 분석 결과그림 진동시험 전 후 소음 비교 분석 결과5-5 _2-10, 2-115-5 _2-10, 2-115-5 _2-10, 2-115-5 _2-10, 2-11ㆍㆍㆍㆍ

- 72 -

온도 성능 시험온도 성능 시험온도 성능 시험온도 성능 시험2.2.2.2.

차량 부착상태와 유사한 조건으로 준비하고 우선 저온조건에서 시간 방치한 후 바4

로 커내어 성능시험기에 장착하여 의 부하조건에서 초 이내에 이상의3Nm 5 30rpm

속도로 회전하는지 확인한 후 상온에서 시간 이상 방치한다 그 다음은 고온조건2 .

에서 시간 방치한 후 분 이내에 기본성능 시험기에 장착하여 모터의 의 부4 1 3Nm

하조건에서 초 이내에 이상의 속도로 회전하는지 확인한다 온도성능 시험5 30rpm .

후의 시험결과는 저온에서는 과 이며 고온에서는 과 으46rpm 50rpm , 55rpm 58rpm

로 평가기준에 부합하였다.

그림 온도 특성 시험과 시험 후 회전수 측정그림 온도 특성 시험과 시험 후 회전수 측정그림 온도 특성 시험과 시험 후 회전수 측정그림 온도 특성 시험과 시험 후 회전수 측정5-65-65-65-6

가 시험 조건가 시험 조건가 시험 조건가 시험 조건....

방치온도방치온도방치온도방치온도(1)(1)(1)(1)

저온 시간-30 ±3 , 4℃ ℃

고온 시간60 ±3 , 4℃ ℃

나 시험 결과나 시험 결과나 시험 결과나 시험 결과....

시료 번호 시험 조건 회전수(rpm)

2-12저온 방치 후 46

고온 방치 후 58

2-13저온 방치 후 50

고온 방치 후 55

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그림 온도시험 전 후 회전수 측정 결과그림 온도시험 전 후 회전수 측정 결과그림 온도시험 전 후 회전수 측정 결과그림 온도시험 전 후 회전수 측정 결과5-75-75-75-7 ㆍㆍㆍㆍ

내수성 시험내수성 시험내수성 시험내수성 시험3.3.3.3.

윈도모터를 실차장착 상태로 고정하고 상온상태에서 의 시험조건으KS R 0015 R2

로 전방수량 시험시간은 시간동안 살수 후 상온에서 시간 방치한: 3.2L/min, 48 24

후 시험 전 후 전기적 기본성능 측정하였다 시료 개에 대하여 시험 후 작동상의. 2

이상이 발생하지 않았다.

그림 개선 제품의 살수 시험그림 개선 제품의 살수 시험그림 개선 제품의 살수 시험그림 개선 제품의 살수 시험5-85-85-85-8

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가 내수성 시험결과가 내수성 시험결과가 내수성 시험결과가 내수성 시험결과....

나 내수성 시험 전 후 전기적 성능 분석 결과나 내수성 시험 전 후 전기적 성능 분석 결과나 내수성 시험 전 후 전기적 성능 분석 결과나 내수성 시험 전 후 전기적 성능 분석 결과....

무부하 성능에 대한 회전수와 소비전류 내수성 전 후무부하 성능에 대한 회전수와 소비전류 내수성 전 후무부하 성능에 대한 회전수와 소비전류 내수성 전 후무부하 성능에 대한 회전수와 소비전류 내수성 전 후(a) _( )(a) _( )(a) _( )(a) _( )

- 75 -

부하 성능에 대한 회전수와 소비전류 내수성 전 후부하 성능에 대한 회전수와 소비전류 내수성 전 후부하 성능에 대한 회전수와 소비전류 내수성 전 후부하 성능에 대한 회전수와 소비전류 내수성 전 후(b) _( )(b) _( )(b) _( )(b) _( )

구속 성능에 대한 토크와 소비전류 내수성 전 후구속 성능에 대한 토크와 소비전류 내수성 전 후구속 성능에 대한 토크와 소비전류 내수성 전 후구속 성능에 대한 토크와 소비전류 내수성 전 후(c) _( )(c) _( )(c) _( )(c) _( )

- 76 -

제 절 수명 평가시험제 절 수명 평가시험제 절 수명 평가시험제 절 수명 평가시험3333

개선 제품 시료 개에 대하여 수명 시험을 실시하였다 그 동안 시험하면서 문제가6 .

발생한 부분을 설계개선 변경하여 볼 재질의 변경 앤드부 부상 설계변경 시일의, ,

씰링 부분의 설계변경 피니온 기어 중심부의 형상과 샤프트 형상변경을 통하여 많,

은 부분을 개선시켰다 그 결과 개선제품에 고장이 발생하는 횟수가 회부터. 50,000

회까지 고장이 발생하였다 이때의 고장판정 기준은 윈도우 모터의 부하시75,000 .

험 구속시험의 전류와 회전수 성능값을 측정하여 지정된 값 도면기준 에 대한 성능, ( )

열화의 까지로 하였다10% .

수명시험 결과를 와이블 분석하여 보면 신뢰수준 신뢰하한 회90%, 38,307 B10 수

명 회를 상회하는 배 수준이며 형상모수가 으로 매우 우수한 결과25,000 1.53 , 8.54

를 얻을 수 있었다 따라서 수명산출 근거 잘에 따라 년 의. 10 /160,000 km B10 수명

을 신뢰수준 로 보증할 수 있다90% .

그림 개선제품의 수명 시험그림 개선제품의 수명 시험그림 개선제품의 수명 시험그림 개선제품의 수명 시험5-95-95-95-9

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개선 제품의 수명시험 결과개선 제품의 수명시험 결과개선 제품의 수명시험 결과개선 제품의 수명시험 결과1.1.1.1.

가 제시도면 규격가 제시도면 규격가 제시도면 규격가 제시도면 규격....

무부하시 회전 속도 이상 전류 이하(1) : (80±10)rpm , 3 A .

부하시 회전 속도 이상 전류 이하(2) : (60±12)rpm , 8 A .

구속시 토크 이상 전류 이하(3) : (9.5±2)N m , 30 A .ㆍ

나 평가기준 고장판정 기준나 평가기준 고장판정 기준나 평가기준 고장판정 기준나 평가기준 고장판정 기준. ( ). ( ). ( ). ( )

윈도우 모터의 부하시험 구속시험의 전류와 회전수 성능 값을 측정하여 지정된(1) ,

값 도면기준 에 대한 성능열화 이내( ) 10%

다 시험시간 및 고장모드다 시험시간 및 고장모드다 시험시간 및 고장모드다 시험시간 및 고장모드....

시료번호 작동횟수 고장여부 고장현상 고장모드

2-154,000~

57,000고장 부하시 회전수 초과10% 전기적 성능 열화

2-250,000~


2-370,000~

75,000고장 모터의 작동불량

위엄 기어의 이상

마모 현상

2-455,000~


2-555,000~

59,000고장

부하시 회전수 소비전류,

초과10%전기적 성능 열화

2-672,000~


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라 수명시험의 전기적 기본 성능 측정 결과라 수명시험의 전기적 기본 성능 측정 결과라 수명시험의 전기적 기본 성능 측정 결과라 수명시험의 전기적 기본 성능 측정 결과....

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마 수명시험의 전기적 성능의 열화 그래프마 수명시험의 전기적 성능의 열화 그래프마 수명시험의 전기적 성능의 열화 그래프마 수명시험의 전기적 성능의 열화 그래프....




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바 와이블 분포 해석바 와이블 분포 해석바 와이블 분포 해석바 와이블 분포 해석. (Weibull++). (Weibull++). (Weibull++). (Weibull++)

그림 개선품의 수명시험 결과에 따른 와이블 분석 결과그림 개선품의 수명시험 결과에 따른 와이블 분석 결과그림 개선품의 수명시험 결과에 따른 와이블 분석 결과그림 개선품의 수명시험 결과에 따른 와이블 분석 결과5-105-105-105-10

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제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론6666

제 절 과제 추진내용 및 개선사항제 절 과제 추진내용 및 개선사항제 절 과제 추진내용 및 개선사항제 절 과제 추진내용 및 개선사항1111

본 과제의 목표인 자동차용 윈도우 리프트 모터의 신뢰성 향상을 위한 방안을 마련

하고자 설계인자와 부품에 대한 광범위한 고찰을 실시하였다 그리고 기존제품의.

신뢰성 평가를 실시하여 고장모드에 대한 분석과 부적합한 설계인자를 검출하였으

며 여기에서 도출된 문제의 개선방안을 수립 적용하여 개선제품을 제작하여 신뢰, ,

성을 평가하였다.

과제 추진내용과제 추진내용과제 추진내용과제 추진내용1.1.1.1.

윈도우 리프트 모터의 내구 및 환경성능에 대한 점검항목을 선정하였으며 이를 토,

대로 기존 모터의 품질 수준을 평가하였다 또한 부품의 상호 기능과 연관성을 찾.

기 위해 잠재적 고장모드 분석 및 고장나무 분석을 실시하였다.

그리고 기존제품을 평가하여 여러 고장모드를 검출하였다 이러한 일련의 과정을.

통해 여러 가지 문제점이 밝혀졌으며 이를 해결함으로서 최종 목표에 도달 할 수,

있었다.

구체적인 활동은 다음과 같다.

및 분석- DFMEA FTA

분석을 통한 중요 설계 인자의 파악 및 개선-

기존 제품의 평가-

평가를 통한 제품 문제점 파악 및 개선-

최종 제품의 평가 및 목표 도달-

- 89 -

개선 사항개선 사항개선 사항개선 사항2.2.2.2.

고장원인 분석결과 개선한 사항은 다음과 같다.

가 설계 개선가 설계 개선가 설계 개선가 설계 개선....

의 최적 재질 확보의 최적 재질 확보의 최적 재질 확보의 최적 재질 확보(1) End Ball(1) End Ball(1) End Ball(1) End Ball

종의 재질별 비교 을 만들고 의 간이 내구 시험을 통해서 내구4 Sample 1,000Cycle

에 가장 내성이 강한 재질을 확보하였으며 이를 적용하여 최종 목표에 도달 할 수,

있었다.

재질의 검토재질의 검토재질의 검토재질의 검토(2) Brush(2) Brush(2) Brush(2) Brush

종의 최종 재질을 대상으로 전류시험 및 기본 소음 시험을 실시하였으며 그 결과2 ,

를 토대로 보다 안정한 재질을 최종사양으로 결정 하였다.

의 압입량 개선의 압입량 개선의 압입량 개선의 압입량 개선(3) End Bushing(3) End Bushing(3) End Bushing(3) End Bushing

기존 제품이 성능 평가 중 의 이탈에 의한 모터 고장이 발생하였으며End Bushing ,

이를 토대로 제품의 재질 및 치수를 개선하였다.

의 구조개선의 구조개선의 구조개선의 구조개선(4) Pinion Ass'y(4) Pinion Ass'y(4) Pinion Ass'y(4) Pinion Ass'y

기존 제품의 성능 평가 중 피로 하중으로 인한 의 이 발생하였으Pinion Ass'y Crack

며 이를 보강하고자 몰딩 되는 부분의 축 구조를 변경하였고 이를 사양 확정 하여,

최종시험에 적용 문제점을 해결하였다, .

수밀성의 개선수밀성의 개선수밀성의 개선수밀성의 개선(5)(5)(5)(5)

모터의 수밀성 관련하여 기존제품의 수밀성 평가를 진행하고 수분 유입 개소를 검

출하여 의 부분의 치수를 변경함으로서 수밀성을 확보하였다 최Brush Holder Seal .

종시험을 통해 수밀성 향상을 검증하였다.

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제 절 추진 성과제 절 추진 성과제 절 추진 성과제 절 추진 성과2222

수명 증가수명 증가수명 증가수명 증가1.1.1.1.

윈도우 리프트 모터의 신뢰성 분석과 평가를 통해 발견된 내구 신뢰성을 저해 요소

를 찾아 개선함으로서 수명을 증가 시킬 수 있었다.

기존 제품의 수명은 신뢰수준 90% B10 수명 신뢰하한 회 형상모수는 이6,831 , 3.8

었으나 개선 후에는 B10 수명 신뢰하한 회 형상모수 로 무려 배로38,307 , 8.54 5.61

수명이 증가하였으며 최종목표인, B10 수명 회를 상회하여 배 상승하는25,000 1.53

내구수명에 도달 할 수 있었다.

특허 출원특허 출원특허 출원특허 출원2.2.2.2.

제품의 구조 중 일체형 멤퍼에 관한 부분을 특히 출원 중에 이으며 자세한 내용은,

아래와 같다.

출원명칭 파워 윈도우 모터의 일체형 댐퍼- :

출원번호- : 10-2006-0097342 (2006. 10. 02)

요약【】

본 발명은 파워 윈도우 모터 에 사용되는 일체형 댐퍼(WLM; Sindow Lifting Motor)

에 관한 것으로서 탑승자의 의도에 따라 창문의 승하강 시 윈도우 모터가 작동하,

게 되는데 창문이 완전히 닫힐 때와 열릴 때 또는 중간 멈춤과 같은 외부요인에 의

하여 윈도우 모터에 가해지는 충격을 환충시키기 위하여 사용되는 댐퍼의 구조에

관한 것이다.

보다 구체적으로는 모터하우징 상기 모터하우징에 삽입되는 웜휠 댐퍼를 이용하, , ,

여 상기 웜휠과 체결되며 토크를 전달하는 드라이버 유닛 및 상기 웜휠에 회전력,

을 가하는 아마츄어를 포함하여 구성되는 파워 윈도우 모터에 있어서 상기 웜휠의,

돌기부에 끼움 장착되며 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 파워 윈도우 모터용

일체형 댐퍼를 제공하는 것이다.

- 91 -

발명의 효과【】

본 발명은 웜휠에 다수의 돌기부를 형성하고 상기 돌기부에 상응하는 돌출부를 갖

는 일체형 댐퍼를 결합 고정함으로써 잦은 창문의 개폐동작에 따른 기동과 멈춤 시

발생하는 충격을 댐퍼가 분담하여 완충시키며 종래 발생하던 집중응력을 다수개의

돌출부로 분산시키는 상승된 작용효과를 발휘한다.

또한 본 발명의 일체형 댐퍼는 웜휠 및 드라이버 유닛과 빈틈없이 조밀하게 끼워

맞춰줘 일체형으로 결합됨으로써 각 구성요소간의 유격을 최소화하여 장기간 사용

하더라도 진동이나 변형이 일어나지 않고 부드러운 작동과 함께 웜휠의 파손을 방

지할 수 있는 작용효과를 갖는다.

또한 본 발명의 일체형 댐퍼는 간단한 구조의 일체형 단일 부품으로 제작됨으로써

생산성 향상의 효과를 갖는다.

발명이 이루고자 하는 기술적 과제【】

본 발명의 목적은 위와 같은 문제점을 해결하기 위하여 웜휠에 다수의 돌기부를 형

성하고 상기 돌기부에 상응하는 돌출부를 갖는 일체형 댐퍼를 결합 고정함으로써

잦은 창문의 개폐동작에 따른 기동과 멈춤 시 발생하는 충격을 댐퍼가 분담하여 완

충시키며 종래 발생하던 집중응력을 다수개의 돌출부로 분산시킬 수 있는 개량된


본 발명의 또 다른 목적은 웜휠 및 드라이버 유닛과 빈틈없이 조밀하게 끼워 맞춰

져 일체형으로 결합됨으로써 각 구성요소간의 유격을 최소화하여 장기간 사용하더

라도 진동이나 변형이 일어나지 않고 부드러운 작동과 함께 훰휠의 파손을 방지할

수 있는 개량된 일체형 댐퍼를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 댐퍼를 간단한 구조의 일체형 단일 부품으로 제작함으로

써 웜휠 및 드라이버 유닛과의 조립이 용이하고 견고하게 결합될 수 있는 개량된


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그림 윈도우 모터의 구성품그림 윈도우 모터의 구성품그림 윈도우 모터의 구성품그림 윈도우 모터의 구성품6-16-16-16-1

그림 윈도우 모터 댐퍼 구조그림 윈도우 모터 댐퍼 구조그림 윈도우 모터 댐퍼 구조그림 윈도우 모터 댐퍼 구조6-26-26-26-2

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그림 댐퍼의 조립 구조그림 댐퍼의 조립 구조그림 댐퍼의 조립 구조그림 댐퍼의 조립 구조6-36-36-36-3

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Documents

자동차용 윈도우 리프트 모터의 신뢰성 평가 ( ) 최종보고서 2007. 8. … · 제 절수명평가기준4444 제 장기존제품의신뢰성평가3333 제 절기본성능평가1111