KIAT-0191.HWP

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1 자동차용윈도우리프트모터의신뢰성평가 ( 최종보고서 ) 주관기관위탁기관 ( 주 ) 캐프스자동차부품연구원 산업자원부

2 최종보고서제출서 2006 년부품ㆍ소재신뢰성기반기술확산사업에의하여완료한( 사업명 : 자동차용 윈도우리프트모터의신뢰성향상) 의최종보고서를동사업운영지침 18항에 의하여별첨과같이제출합니다 첨부 : 최종보고서 10 부 주관책임자 : 박재승 주관기관 : ( 주 ) 캐프스대표백세동 한국부품소재산업진흥원귀하 - 2 -

3 제출문 한국부품소재산업진흥원장귀하 본보고서를 자동차용윈도우리프트모터의신뢰성평가 ( 사업기간 : ~ ) 과제의최종보고서로제출합니다 주관기관명 : ( 주 ) 캐프스 주관책임자 : 박재승 연 구 원 : 김경환 ( 캐프스 ) 연 구 원 : 김형민 ( 캐프스 ) 연 구 원 : 모동헌 ( 캐프스 ) 연 구 원 : 김정식 ( 캐프스 ) 연 구 원 : 서영교 ( 자동차부품연구원 ) 연 구 원 : 정도현 ( 자동차부품연구원 ) 연 구 원 : 윤형로 ( 자동차부품연구원 ) 연 구 원 : 신외경 ( 자동차부품연구원 ) - 3 -

4 중소기업신뢰성향상지원사업보고서초록 관리번호사업명키워드 자동차용윈도우리프트모터의신뢰성향상 윈도우/ 웜기어/ 모터 사업목표및내용 1 최종목표 - 윈도우리프트모터의내구신뢰성향상 ( 신뢰수준 90%, 25,000회의 B10 수명확보) 2 신뢰성지혜요인정밀진단내용 - DFMEA, FTA 분석을통한부품기능및상호작용파악 - 시험을통한고장모드재현및분석 3 고장원인분석및대처결과 적합한설계치수의재정립 구조적형상변경 적합한재질선정 4 신뢰성적용결과 ( 사업전ㆍ후정량적비교 ) - 내구신뢰성향상 : 기존제품 B10수명신뢰하한 6,831 회, 형상모수 38 : 개선제품 B10수명신뢰하한 38,307 회, 형상모수 내환경성향상: 내수성확보 5 기대효과 ( 기술적및경제적효과 ) 가 기술적효과 - - 감속기어를가진모터의특성파악 내구도향상을위한설계구조및재질파악 - 지적재산권출원 : 특허출원 나 경제적효과 - - 내구신뢰성향상및내환경성확보로인한시장개척활동 고장모드의조기발견및해결을통한개발비용절감효과 6 적용분야 - 감속기어를갖는자동차용모터개발시기술적수평전개가능 - 4 -

5 목 차 제 1 장서론 제 1 절개요 제 2 절신뢰성향상지원목표및내용 제 2 장신뢰성평가기준 제 1 절신뢰성시험항목 제 2 절기본성능평가기준 제 3 절내환경성평가기준 제 4 절수명평가기준 제 3 장기존제품의신뢰성평가 제 1 절기본성능평가 제 2 절내환경성평가 제 3 절수명평가 제 4 장고장분석및설계개선 제 1 절분석기법을통한고장분석 제 2 절성능평가를통한설계개선 - 5 -

6 제 5 장개선제품의신뢰성평가 제 1 절기본성능평가 제 2 절내환경성평가 제 3 절수명평가 제 6 장결론 제 1 절과제추진내용및개선사항 제 2 절추진성과 - 6 -

7 제 1 장서론 제 1 절개요 1 윈도우모터신뢰성향상의필요성 자동차용윈도우리프트모터는자동차의도어나썬루프븐레귤레이터에장착되어 윈도우의개폐를위한토크를발생시키는장치이다 주괸기관인캐프스는모터시장의개척을목적으로윈도우리프르모터를선행개발 하였으나, 요구수준이점차증가되는내구신뢰성및내환경성의부족으르인해서 시장개척에어려움이있었다 본과제를통하여주관기관은설계기법을이용하여기존제품설계적인자를재검토 하였으며, 자동차부품연구원의전문인력과고장분석프로세스및전문장비를이용 하여기존제품이가지고있는문제점을분석하였다 그리고도출된문제점을개선 함으로써최종의목표인 B 10 보할수있었다 25,000회의내구수명및내수성등의내환경성을확 2 국내외기술동향 자동차시스템이고급화되면서자동차의전기시스템화가급슥히진행되고있다 현재약 20~60개의소형모터가고유의기능을수행하기위해승용차의엑츄에이 터로서적용되고있다 향후하이브리드시스템이나전기자동차, 연료전지자동차에 이르기까지자동차에있어서모터는더욱더중요한요소로자리잡게될것이며, 적응의폭도더욱확대될것으로생각된다 윈도우모터는사용자의편의를위해적용된전장시스템이며, 초기의단순작동에 중점을두었으나, 최근에는시스템화되어제어장치등과더불어사용되고있다 제 어장치와의결합으로원터치기능이나안전성을위한세이프티기능등이부가되고 있다 그리고윈도우모터가가지고있는고유특성인기어드타입은기어비를이 용하여모터의힘을증폭시켜사용함으로서고토크를필요로하는자동차시스템 에전반적으로적용이가능하다 - 7 -

8 전기모터의수요는차량의안전성, 편의성, 경제성, 친환경성및소비자의지속적 요구에따라더욱확대적용될것으로예상된다 그림 1-1 자동차에적용되는다양한 DC 모터 - 8 -

9 3 자동차용윈도우리프트모터자동차용윈도우리프트모터는모터부와웜기어부로구성되며, 웜기어의특성상모터에의한윈도우작동이가능하지만윈도우에힘이가해졌을때에는모터가역회전하지않는특징을가진다 최근에는동작에대한성능인자뿐만아니라사용자의편의성및감성품질이요구되고있으며, 컨트롤러와함께조립되어사용되기도한다 기어시스템그림 1-2 와이어시스템윈도우리프트모터 자동차용윈도우리프트모터는크게모터부와웜기어구조를가지는동력전달부 그리고윈도우와의연결을위한레귤레이터부로이루어진다 모터는 DC모터로서전기에너지를회전자계를통하여기계적에너지로변환하는최 초의동력을발생시키는장치이다 동력전달을위한웜기어는역전되지않는특징 을가지며, 초기발생된동력을저속, 고토크상태로출력축에전달한다 레귤레이터장치는기어구조나와이어구조를가지며, 발생된동력을일련의링크 장치를통해회전토크를윈도우의상승, 하강을위한왕복운동으로전환한다 윈도우모터의장착위치는도어의외측으로서우천시에는수분에노출될수있으 며, 외부온도및환경에대하여직접적으로영향을받을수있다 또한차량의도 어가개폐될때충격이가해질수있는장착환경의특징을가진다 따라서내환 경성또한매우중요하다 - 9 -

10 그림 1-3 도어에장착된윈도우모터

11 제 2 절신뢰성향상지원목표및내용 1 최종목포 기존제품의신뢰수준파악과고장모드분석을통해이를개선하여내환경성및 B 10 25,000 회의내구신뢰성확보하는것이본과제최종목표이다 2 세부내용가 고장원인분석방법 - DFME분석을통한제품간의상호작용및내구성관련인자분석 - FTA분석을통한성능인자확보 - 신뢰성평가를통한고장원인분석 나 고장원인해결방안 - 분석기법을통한성능인자를파악하여성능향상 - 시험평가를통해서고장모드를표현하고, 이를개선 다 신뢰성향상지원결과의활용방안 - 자체고장원인분석및시험평가기술확보로대외경쟁력확보 - B 10 25,000회의내구수명을확보함으로써보증기간의연장 - 국내시장개척 - 국외시장개척

12 3 사업추진체계및수행주체별역할가 사업추진체계 나 수행주체별역할 (1) 주관기관의역할사업의목표에도달할수있도록단계별로위탁기관과긴밀히협조하여, 위탁기관이시험평가하는데있어서신속하고정확한시험이진행될수있도록지원하였으며, 결과에대해공동으로평가하고개선안을도출하여그결과를제품개선에충실히반영하였다 - FMEA분석및 FTA분석 - 시제품제작 - 도출된개선안에대한설계반영및제품반영 - 모터의성능에관계된시험수행 - 도출된결과의제품반영

13 (2) 위탁기과의역할 위탁기관은전문적인신뢰성지식과경험을바탕으로, 특히시험스트레스도출결 과와고장메카니즘분석결과를바탕으로시험방법을설정하고, 수명시험에서는 온도특성, 구속부하, 휴지, 회전방향에따른부하와모터특성을이용한시험방법을 적용하여기존제품의정확한평가를진행하였다 이러한과정을통해얻어진결과 와고장모드재현을통해서기존제품의문제점을해결할수있었다 고장항목을분석한후항목별고장재현시험하여원인분석 사용환경검토및고장현상분석 주요고장의시험재현및시험방법설계 시험평가현황조사및분석 - 현상분석 : 시험결과에따른품질데이터분석 - 시험결과에따라수명예측( 통계적인기법이용) - 윈도우모터의신뢰수준 90% 에 B 10 25,000회보증 - 고장원인을단계별로분석및평가한후제품고장원인사전제거 - 수명평가 : 고장원인을분석한후수명평가방법결정

14 제 2 장신뢰성평가기준 제 1 절신뢰성시험항목 1 윈도우모터의신뢰성평가기준 자동차용윈도우모터의사용환경은실내에서탑승자나운전자가직접적으로사용함으로도어의윈도우레귤레이터와모터의구동에의하여유리의하중을올리고내리게하므로작등시구속전류가요구되고있으며정회전, 역회전을수시로반복하게되므로자체열보호기능이필요하다 진동및열에의한단자변형미구속에의한축마모및브러시마모등이고장의대표적인요인이된다 모터의신뢰성시험은많은시험중에서가장중요한시험만을선정하여시험진행하였다 모터의기본성능항목인전기적성능시험과운전자의감성을부분이측정할수있는소음시험과내환경시험은차량에서발생하는진동을단품부품에서시험을실시하여차량장착시진동에의한문제점확인하는진동시험과우천시도어의틈을통하여흘러들어오는비에의한영향을평가할수있는살수시험, 저온과고온에서모터의고장발생여부를확인하는온도시험과본시험에서가장중요한수명시험을실시하여모터가고장이발생할때까지실시하여모터의수명분포를확인하는방법으로하였다

15 2 모터의구성및구조적특성 그림 2-1 모터의구조 윈도우모터는크게모터부와감속기어를포함한동력전달부로구성된다 입력된 전원은모터에의해회전운동에너지로변환되며, 감속기를거치면서그힘이증폭 되어최종출력글에전달된다 주요근성품으로는프레임, 아마츄어, 브러쉬홀더, 하우징등이있다 프레임에는 자석과마모방지를위한부싱등이결합되며, 아마추어가회전시지지해주는역 할과모터가전기에너지를받아회전력을얻을수있도록자계를형성하는역할을 한다 아마추어는회전토크형성을위한코일이적층되어있으며, 코어및샤프트로구 성된다 샤프트끝단에는마모방지를위한엔드볼이조립되어있으며, 엔드볼은 축의충격을흡수하고마찰을감소시키는역할을한다 샤프트의기어맞물림부에 는전조처리된기어구조가포함되어발생된동력을기어를통해전달한다 그리고 코일에전원을공급하기위해서정류자가조립되어있다 브러쉬홀더는브러쉬및터미널등을포함하고있으며, 외부단자를통해입력된 전원을아마추어의정류자에전달하는역할을한다 그리고프레임부위나하우징 부위와조립되는조립면에 공한다 Seal구조를가지고있어서최종조립시방수기능을제

16 하우징에는일정감속비를가진기어를포함하고있으며, 아마추어끝단이조립되는면에는마찰과충격을감소시키는구조를가진다 그리고마찰면에는일정량의윤활유가도포되어마찰및소음을감소시키는역할을한다 모터의최종조립은두개의볼트에의해이루어지며, 이때두볼트의체결력을조절하여모터의성능을안정화한다 그림 2-2 모터의구성품 모터의구성품과그구조를바탕으로표 2-1 과같이시험항목을선정하였다

17 표 2-1 모터구성품및구조에따른검증시험항목선정 확인사항관련부품구성품검토사항검증시험 ㆍ Armature Ass'y 사양검토 :Winding 횟수검토 -Armature Ass'y ㆍ저전류확보를위한간섭 모터성능안정화 -각종Bearing Bushing -Brush 및 최소화 ㆍBrush 재질에따른검토 : 재질의조성을달리하여성능 전기적성능시험 -Warm Gear 및소음특성확보 (2 종검토) ㆍ Gear 부의조립조건향상 -Armature Ass'y -각종Bearing 및 ㆍ Brush&Commutator Matching 소음성능의확보 Bushing -Brush ㆍGrease 적정재질및도포량 ㆍGear 구동소음최소화, 소음시험 -Worm Gear 이음방지 -Grease 사양 ㆍ Magnet 의진동에의한 내진동성확보 -Magnet -End Ball 이탈방지 ㆍ End Ball 변형최소화 진동시험 ( 축방향유격최소화 ) 내온도성확보내수성확보 -Magnet -Grease -Housing -Housing -Brush Holder Ass'y -각종Bearing 및 ㆍ Magnet 의이탈및감자조건 ㆍ Grease 의내온도성검토 ㆍHousing 변형검토 ㆍ Sealing 부위검토 ㆍ Vent Hall 의방향적절배치 (Motor 장착위치고려) ㆍ마모조건을고려한 Brush재질 내온도시험내수성시험 Bushing 및형상검토 내구신뢰성 -Brush -Worm Gear ㆍEnd Ball 재질및형상검토를 통한축방향유격최소화 환경내구시험 -Grease 사양 ㆍ기타재구관련인자 -End Ball 검토 (FMEA)

18 표 2-2 윈도우리프트모터의신뢰성평가항목 시험항목 평가기준 전기적 성능시험 ( 무부하 ) 전기적 성능시험 ( 부하) 회전속도 (80±10)rpm 이상, 전류 3 A 이하 회전속도 (60±12)rpm 이상, 전류 8 A 이하 구속시 : 토크 (95±2)N ㆍm 이상, 전류 30 A 이하 소음시험무부하작동시 53dB(A) 이하 진동시험 온도성능시험 전기적성능( 무부하, 부하) 및소음평가기준을만족하고, 윈도모터의 균열, 변형, 파손, 느슨함등의유해한이상이없어야한다 윈도우모터는 3Nㆍm의부하조건에서 5초이내에 30rpm 이상의속도 로회전해야한다 내수성시험시험후작동상의이상이없어야한다 수명평가시험 윈ㄷ우모터의부하시험, 구속시험의전류와회전수성능값을측정하 여지정된값( 도면기준 ) 에대한성능열화 10% 이내

19 제 2 절기본성능평가기준 1 전기적무부하성능시험 가 시험조건 (1) 토크및회전속도지정된기준에서명시하는요구사항에따라무부하성능을 측정한다 (2) 전압 : (12±02)V 나 시험방법 (1) 토크, 회전수및전류를동시에측정할수있고, 측정되는특성의허용오차를충족 시킬수있는시험장비를사용한다 (2) 시험시료를성능시험기에부착한다 (3) 시험조건에따라시험을실시하며, 모터출력특성은 10 초이내에측정하고, 시험 이이루어지는동안제품의기능및성능에저해하는현상를확인한다 (4) 지정된성능을만족하는지확인한다 다 평가기준 ( 제시도면규격 ) (1) 무부하시: 회전속도 (80 ±10)rpm 이상, 전류 3 A 이하 2 전기적부하성능시험 가 시험조건 (1) 토크및회전속도지정된기준에서명시하는요구사항에따라무부하성능을측정 한다 (2) 전압 : (12 ±02)V (3) 토크 : (3 ±05)Nㆍm

20 나 시험방법 (1) 구속토크, 회전수및전류를동시에측정할수있고, 측정되는특성의허용오 차를충족시킬수있는시험장비를사용한다 (2) 시험시료를성능시험기에부착한다 (3) 시험조건에따라시험을실시하며, 모터출력특성은 10 초이내에측정하고, 시험이이루어지는동안제품의기능및성능에저해하는현상를확인한다 (4) 지정된성능을만족하는지확인한다 다 평가기준 ( 제시도면규격 ) (1) 부하시: 회전속도 (60±12)rpm 이상, 전류 8 A 이하 (2) 구속시: 토크 (95±2)Nㆍm이상, 전류 30 A 이하 3 소음시험 가 시험조건 (1) 시료에시험전압을인가하고무부하작동상태에서소음성능을측정한다 (2) 시험장소는주위의반사음에대한영향이없어야한다 (3) 측정장소는측정시료의소음보다 10 db(a) 이상소음레벨이낮아야한다 (4) 청감보청회로는 A 특성을, 소음계의동특성은빠름(Fast) 을사용한다 (5) 전압 DC 135 V 로인가한다 나 시험방법 (1) 소음측정장비는주파수및소음레벨을충분히계측할수있는장비이어야한다 마이크로폰, 소음계는 KS C 1502 의조건을만족해야한다

21 (2) 그림 2-1에예시된바와같이윈도모터는바닥면으로부터진동이전달되지않 도록 모터에서 100mm 두께의스펀지위에놓고윈도모터와마이크로폰사이의거리는윈도 300 mm 수직으로이격시켜장착한다 (3) 안정된특성을얻기위하여 10 회정도무부하상태로작동한다 (4) 측정조건상태에서소음을측정한다 그림 2-3 소음시험구성도 다 평가기준 ( 제시도면규격 ) - 무부하작동시 53dB(A) 이하

22 제 3 절내환경성평가기준 1 진동시험 가 시험조건 (1) 윈도모터단품상태에서실차장착상태와유사한조건으로장착한다 (2) 가진방향 : 상하, 전후, 좌우각진폭 10 mm (3) 스위프주기 (12~50) Hz (4) 가진시간 8 시간( 상하 4 시간, 전후 2 시간, 좌우 2 시간) (5) 지구는공진이발생하지않아야한다 나 시험방법 (1) 시료는실차장착상태와동일하게장착한다 (2) 상기조건에대하여스위프진동시험을실시한다 (3) 시험중외형상변형, 균일등을점검한다 (4) 시험후전기적성능시험및소음시험을실시한다 다 평가기준 (1) 전기적성능( 무부하, 부하) 및소음평가기준을만족하고, 윈도모터의균열, 변 형, 파손, 느슨함등의유해한이상이없어야한다

23 2 온도성능시험가 시험조건 (1) 시험온도조건은저온 (-30±3), 고온 (60±3) 나 시험방법 (1) 시료를차량부착상태와유사한조건으로준비한다 (2) 시험온도는우선저온조건에서 4 시간동안방치한다 (3) 저온방치한후 1분이내에모터성능시험기에시료를설치하여모터는 3Nㆍm 의부하조건에서 5초이내에 30 rpm 이상의속도로회전하는지확인한후상온에 서 2 시간이상방치한다 (4) 고온조건에서 4 시간동안방치한다 (5) 고온방치한후 1분이내에모터성능시험기에시료를설치하여모터는 3 Nㆍm 의부하조건에서 5초이내에 30 rpm 이상의속도로회전하는지확인한다 다 평가기준 (1) 윈도우모터는 3Nㆍm의부하조건에서 5초 dlo에 30rpm 이상의속도로회전해 야한다

24 3 내순성시험 가 시험조건 (1) 온도조건: 상온, 전방수량: 32L/min (2) 시험시간 : 48hr (3) 살수방향은물이떨어지는방향으로만하고살수관은회전되지않는다 (4) 시험장치는 KS R 0015 의시험이가능한살수시험장치를사용한다 나 시험방법 (1) 모터를실차장착상태로고정하고상온상태에 KS R 0015 R2의시험조건으로 살수후 24 시간방치한다 (2) 살수시모터는작동되지않게한다 (3) 시험후모터내에침수가없어야하고정상작동해야한다 다 평가기준 : (1) 시험후작동상의이상이없어야한다

25 제 4 절수명평가기준 1 수명평가시험항목선정 승용차용윈도모터는운전자및탑승자가도어의창문을승ㆍ하강시키고자할때 동력원을제공하는역할을수행한다 탑승자의직접적인사용에편리성을주는부 품으로작동상의문제점이발견되면소비자의불만이강하게나타나는부품이다 유리의하중을올리고내리게하므로작동시구속전류가요구되고있으며정회전, 역회전을수시로반복하게되므로자체열보호기능이필요하며진동및열에의한 단자변형및구속에의한축마모및브러시마모등이고장의대표적인요인이된 다 수명에영향을미치는가장중요한고장은모터의브러시마모와축마모에의한 고장으로이는작동시간의영향을받는다 사용조건을고려하여수명시험시저온, 고온, 상온의온도조건과사이클을고려하여설정하였다 평가기준은모터에대한 성능( 전기적성능) 열화가( 지정값기준) 10% 가되는시점을고장으로보아수명을 예측하고고장원인및고장형태를분석하였다 가 시험조건 (1) 모터전원: (135±02)V (2) 시험사이클: 휴지 우회전부하 구속부하 휴지 좌회전부하 구속부하 휴 지를 1 사이클로하여시험을실시한다

26 그림 2-4 수명시험 Cycle (3) 온도조건: 상온, 고온(80±3), 저온(-30±3) (4) 우회전및좌회전부하토크 : 3Nm (5) 작동회수: 신뢰수준 90%, B 10 수명이 회이상 나 시험방법 (1) 윈도모터를작동내구시험기에실차장착조건과유사하게설치한다 (2) 먼저상온조건에서작동시험을 회실시한다 (3) 고온조건에서작동시험을 회실시한다 (4) 저온조건에서작동시험을 회실시한다 (5) 모터전류및회전수를확인하여고장상태를확인한다 (6) (2)~(5) 의순서로 2 주기반복시험을실시한다 (7) 상기시험까지완료된시료를상온조건에서작동시험을고장발생시또는등급 별보충수명을만족할수있는횟수까지계속진행한다 (8) (7) 의시험중간에모터성능특성( 전류및회전수확인) 은작동시험 5 000회 실시마다성능특성을확인한다 (9) 시험종료시점에서고장발생이없었던부품에대하여작동특성시험을실시하여 지정된값의성능열화가 10 % 이내이어야한다

27 다 평가기준 (10) 윈도우모터의부하시험, 구속시험의전류와회전수성능값을측정하여지정된값( 도면기준) 에대한성능열화 10% 이내 2 수명평가시험시간산정근거 가 전체조건 자동차부품의경우정비지침서(100,000km 까지표시) 에교환또는정비주기가없 는부품은자동차수명과동일하다고가정하고, 일반적으로통용되고있는자동차 수명에근거하여 10 년/160,000km 를보증하는것으로간주한다 나 산정근거 문헌에따르면운전석을기준으로사용된윈도레귤레이터의 1일평균작동횟수는 7 회로되어있다 이를기준으로 10 년간의작동횟수는 (7 회/1 일) (365 일/1 년) 10 년 25,000회이며 5년 100,000 km기준의경우는약 16,000회정도작동한다고 볼수있다 따라서윈도레귤레이터수명시험은유리창의상승, 하강을 1회로가 정하여 25,000 회/16,000회동안의작동횟수를보증할수있으면 10 년/5년을보증 할수있다고판단된다 고온및저온의작동회수는가장낮은저온기온과가장높은고온기온이 1년기준 으로한달을가정하면 30 일 7 회 10년 2,000회의작동회수를가정할수있으 므로고온및저온조건에서각각 2,000 회씩작동하도록하였다 따라서수명데이 터를와이블해석하여신뢰수준 90% 로 B 10 수명이 25,000회이상이면 10년 /160,000km 를보증하는것이타당하다고본다

28 3 신뢰성샘플링와이블분포에서샘플수는다음과같다 여기서 n : 샘플수 x 2 b [2(C+1)] : 카이자승분포 b : 소비자위험(2 종오류) C : 합격판정개수 F(t) : 누적고장율 B 100p 수명을보증할경우위치모수가 0 이고누적고장율이적을때(20% 이하) 누적고장율은식 (2) 와같고샘플수는식 (3) 과같다 여기서 t : 시험시간 r(1+1 over β) : β : MTTF : 형상모수 평균수명 감마함수 ρ : 분신뢰도 (B10 수명이면 ρ = 01) B 100ρ : 보증수명

29 이때샘플수는시험시간( 보증하고자하는 B 100ρ 수명과의비) 과형상모수, 신뢰 수준, 합격판정개수에의하여정하여진다 또한샘플수를정하고이에대한시험 시간을정할수도있다 무고장인경우 (C=0) 에는 x 2 b[2] -2ln(b) = -2ln(1-CL) 이므로 여기서 CL : 신뢰수준 윈도우리프트모터의샘플수는 6 개로하였다 윈도우모터에서가장취약한모터 의경우관련자료를참조하면형상모수는 3~8 정도이었다 와이블분포에서형 상모수를윈도우모터의형상모수중최저인 3 으로가정하고, 신뢰수준 90%, 샘 플수가 6 개이면무고장시험시간은다음과같다 즉, 6개의샘플로보증하고자하는 B 10 수명의 1538배시험을하여 6개모두고장 이없으면 B 10 수명을 90% 의신뢰수준으로보증할수있다 본기준에서는수명데이터로부터형상모수를추정하므로고장이발생할때까지 시험을하여야하며추정된형상모수가 3 이아닐경우식 (6) 을이용하여시험시간 을다시계산하고, 6개의수명데이터가모두시험시간을초과할경우에신뢰수 준 90% 로 B 10 수명을보증한다 샘플수가 6 개, 신뢰수준 90 % 일때형상모수 와무고장시험시간과의관계는표 2-2 와같다

30 표 2-2 형상모수와시험시간과의관계 형상모수시험시간 ( 보증하고자하는 B 10 수명과의비 )

31 제 3 장기존제품의신뢰성평가 제 1 절기본성능평가시험 1 전기적무부하, 부하성능시험 기존제품 6 개에대하여전기적무부하, 부하성능시험을실시하였다 그결과는 도면에기준에모두만족하였다 그림 3-1 전기적무부하, 부하성능측정 가 전기적무부하, 부하성능시험결과

32 (a) 무부하성능에대한회전수와소비전류 (b) 부하성능에대한회전수와소비전류 (c) 구속성능에대한토크와소비전류

33 2 소음시험 기존제품시료 3 개대하여소음시험을실시하였다 단자의전압(135±02)V에서 측정한결과가회전방향에따라 485dB에서 544dB 으로평가기준(53dB 이하) 에 벗어난경우가발생하여브러쉬재질에대한소음검토와전류변화에대하여검토 를하였다 그림 3-2 기존제품의소음시험 가 소음시험결과 그림 3-3 기존제품의소음시험결과 _ 시료 1 ~ 시료

34 제 2 절내환경성평가시험 1 내수성시험 기존제품의내환경시험은내수성시험만실시하였고개선된시료에대하여진동, 내수성, 온도시험을추가하였다 초기시료에서는 Frame Ass'y와 Brush ㅙ ㄷㄱ Ass'y 사이에서시일문제로인하여수분이유입되었다 시일두께부분을수정하 여시료 2 개에대하여실시하였다 시험조건은상온이며, 전방수량: 32L/min, 시 험시간은 10분동안살수후상온에서 24시간방치한후기본성능시험을실시하 였다 살수시험전후의기본성능데이터는열화부분이발생하였으나평가기준에서 는만족하였다 그림 3-3 기존제품의살수시험 가 내수성시험결과

35 (a) 내수성시험전후무부하회전수와소비전류 _ 시료 4 (b) 내수성시험전후부하회전수와소비전류 _ 시료 4 (c) 내수성시험전후구속토크와소비전류 _ 시료

36 (a) 내수성시험전후무부하회전수와소비전류 _ 시료 5 (b) 내수성시험전후부하회전수와소비전류 _ 시료 5 (c) 내수성시험전후구속토크와소비전류 _ 시료

37 제 3 절수명평가시험 초기윈도우모터의수명시험시피니언기어부분인중심부에서크랙이발생하여 샤프트피니언형상을변경하여개선이된시료에 5개에대하여시험한결과윈도 우모터의구성부품인부싱엔드부의이탈로인하여모터가고착( 정지) 되는현상이 발생하였다 또한본제품이양산이이루어지는제품이아니라개발을완료한제품 이므로초기품질에문제점이그대로나타나고있는현상을볼수있다 수명시험전에초기제품에대한전기적기본성능측정하고, 수명시험사이클 20,000 회이상부터주기적으로성능( 회전수와전류) 을측정하는것으로진행하였으 나, 개선전제품에서는 20,000 회부분에서고장이많이발생하였으며, 본과제에 서목표하는수명을확보하기위하여많은부분에서개선이필요한제품이다 그림 3-4 기존제품의수명시험 1 개선전제품의수명시험결과 가 제시도면규격 (1) 무부하시: 회전속도 (±10)rpm 이상, 전류 3 A 이하

38 (2) 부하시: 회전속도 (60±12)rpm 이상, 전류 8 A 이하 (3) 구속시: 토크 (95±2)Nㆍm 이상, 전류 30 A 이하 나 평가기준 ( 고장판정기준 ) (1) 윈도우모터의부하시험, 구속시험의전류와회전수성능값을측정하여지정된값( 도면기준) 에대한성능열화 10% 이내 다 시험시간및고장모드 개선전시료의수명결과작동횟수가 10,243에서 20,191 회에서고장발생하였다 시료 6, 시료 7, 시료 8에대하여부싱엔드부이탈과시료 9에대하여부하시전 기적성능인회전수가 10% 초과하였으며, 시료 10에대하여서는부하시회전수와 소비전류치가 10% 초과하였으며, 이부분에대한설계개선이필요하다 표 2-3 수명시험결과의고장현상및고장모드 시료번호 작동횟수 고장여부 고장현상 고장모드 시료 6 20,191 고장 모터의작동불량 부싱앤드부이탈 시료 7 10,243 고장 모터의작동불량 부싱앤드부이탈 시료 8 15,543 고장 모터의작동불량 부싱앤드부이탈 시료 9 20,000 고장 시료 10 20,000 고장 부하시회전수 10% 초과 부하시회전수, 전류 10% 초과 전기적성능열화 전기적성능열화

39 시료 번호 시험전 시험후 시료 6 시료 7 시료 8 그림 3-5 개선제품의수명시험결과에대한고장분석 ( 시료 6~ 시료 8)

40 라 수명시험의전기적기본성능측정결과

41 마 수명시험의기본성능특성치의열화결과 (a) 개선전기본특성치열화결과 _ 무부하회전수와소비전류 _ 시료 6 (b) 개선전기본특성치열화결과 _ 부하회전수와소비전류 _ 시료 6 (c) 개선전기본특성치열화결과 _ 구속토크와소비전류 _ 시료

42 (a) 개선전기본특성치열화결과 _ 무부하회전수와소비전류 _ 시료 9 (b) 개선전기본특성치열화결과 _ 부하회전수와소비전류 _ 시료 9 (c) 개선전기본특성치열화결과 _ 구속토크와소비전류 _ 시료

43 (a) 개선전기본특성치열화결과 _ 무부하회전수와소비전류 _ 시료 10 (b) 개선전기본특성치열화결과 _ 부하회전수와소비전류 _ 시료 10 (c) 개선전기본특성치열화결과 _ 구속토크와소비전류 _ 시료

44 바 와이블분포해석 (Weibull++) 그림 3-6 개선전수명시험의와이블분석결과

45 기존제품의와이블분석결과신뢰수준 90% 에 B 10 에해당되는작동횟수는신뢰하 한 6,831회이고형상모수는 38이므로윈도우모터의부싱엔드부품의개선과전 기적성능열화부분을설계변경하여목표하는 B 10 있도록개선이필요하다 2,000회이상으로도달할수

46 제 4 장고장분석및설계개선 제 1 절분석기법을통한고장분석 1 FMEA 가 DFMEA(Design Failure Mode Effects Analysis) 좋은품질을확보하기위해서는설계초기단계에서설계에적합성을검토하고제조 공정에서야기될수있는고장, 결함또는불량에대한사전검토와대책을세우는 일이필수적이다 고장모드및영향해석(Failure Mode and Effect Analysis: FMEA) 은이러한목적에맞는가장적합한종합적이고체계적인접근방법이라할 수있다 효과적인 FMEA의실시를위해서는무엇보다도윈도우리프트모터에대 한고장모드, 고장원인, 고장영향등에대한분석이필수적이다 고장모드및영향해석의과정은부품수준으로부터고장모드를분석하여개발과정 에서의에러를최소화하는데목적이있다 윈도우리프트모터의 FMEA를수행함으 로써각부품간의상호작용과잠재적고장모드를파악할수있었으며, 재질및치수조립조건등을설정하는데근거를마련할수있었다 각부품의 고장발생시기에따라초기고장, 우발고장, 마모고장으로분류하고고장요인이나고 장결과의중요도에따라내재적고장과, 외재적고장으로분류, 치명고장, 중대고 장, 경미고장, 미소고장으로구분하는방법등으로제조공정및필드에서발생할 수있는문제점을사전에예측함으로써제품의성능확보와신뢰성향상에큰도움 을주었다 고장모드및영향해석을통해제품의성능과신뢰성에가장큰영향을주는부품 의핵심인자를확인하여, 기존제품의설계검토를진행하였다

47 표 4-1 자동차용윈도우리프트모터의잠재적고장형태및영향분석 부품/ 기능 T U B B E, VENT -공기순환통로 G E A R, DRIVE -Regulato r와의맞물림 -Regulato r 구동력전달 P I N O N ASS'Y -KWM 구동력전달 DRMPER, WIIEEL - M o t o r 작동시 W o r m W h e e l 부댐핑역할 W O R M WHEEL -KWM 동력전달 GREASE - M o t o r 윤할작용 RETAINE R, BEARING -Bearing 이탈방지 BUSHING, END -Shaft 유격방지 잠재적고장형태 Vent Hole 누수 C e a r, Drive 이격 Pinion 몰딩부마모 / 파손 고장의잠재적영향 모터작동불능 - 모터반전음발생 - 모터작동불능 -Motor 불능 작동 구속시 -모터작동 Motor 손상불능 W o r m 손 Wheel 상 Housi ng 및 Wheel 조기마모 Bearing의과도한유격, 마모 Housing 끝단의균열 Bushing, End 이탈 -Motor 작동 시 이음 발 생 -Motor 작동 불능 -Motor 역전 심각도 Noise 발생 4 - 모터작동불능 - G r e a s e separation -Shaft 조립어려움 -모터작동불능 고장의잠재적원인 / 메카니즘 - 차량의모터장착상태미고려 -상대품과의 치수 Matching 을 고려치 않은 치수 설계 (Tolerance) -Pinion Shaft 형상 부적절 -Pinion 재질의 부 적합 - 부적합한뎀핑량선정 반생도 현설계관리검출 내수성험 시 -장착조건에따른 Test -Motor 구시험 내 - 재질및강도검사 검출도 위험우선순위 Worm Wheel 재질 7 의물성부족 1 -Motor 내 1 7 구시험 -Motor 역 7 -치강도부적합 1 전방지시 1 7 험 모터성능저하 6 -Noise 발생 -모터 Stall -모터작동불능 7 -Grease 도포량부 적합 -Grease 도포량부 적합 -Grease 등급부적 합 -Grease 등급부적 합 -상대품과의 치수 Matching 을 고려치 않은 치수 설계 (Tolerance) -Bearing - H o u s i n g 내 Bushing, End 압입깊이과도설정 - H o u s i n g 내 Bushing, End 압입깊이과소설정 Motor 내 2 구시험 Motor 성능시험 -Motor 진동시험 -Housing 끝단 파손 또 Crack 는유 무확인 -압입깊이 확인 : 양 호

48 부품/ 기능 HOUSING - W o r m W h e e l, Armature A s s ' y, asscmblin g part 잠재적고장형태 Housi ng 볼트구멍균열느슨한볼트조임 Regulator 조립시 Housi ng 파손 고장의잠재적영향 -Motor 성능저하 -조립의어려움 -Motor&Re gulator 상위공정문제 심각도 4 7 고장의잠재적원인 / 메카니즘 -Housing 건 조립 조 고려하지않은치수 설계 -Frame 합설정 감성 부적 발생도 3 2 현실계관리검출 -Motor 성능시험 -Motor 충격시험 - 파괴강도 Test 검출도 위험우선순위 BRUSH -Commut ator 와접촉하여전류전달 M O T O R PROTECT OR -과전류에따른모터손상방지 B A L L, END -Armatur e 끝단마모방지 COIL - 전류전달 COMMUT ATOR - 전류전달 Brush 접 촉 상태 부적절 C i r c u i t B r e a k e r 미작동 Ball, 마모 End Armature 전 Ass'y 기적성능열화 Commuta tor 균열 Commuta tor 유동 -Noise 발생 -모터작동불안정 -Motor 불능 작동 -Noise 발생 -모터작동불안정 -모터파손 - 모터성능저하 -부조현상 -Noise 발생 -부조현상 -Noise 발생 6 7 -Brush spring force 부적합 -Brush 와 wire 인장강도부적합 -Brush 단면적부적합 -부적절한 Circuit Breaker 사양선정 7 -Ball 재질부적합 코일의권선수부족설계 - 코일선경의부적합 -Shaft Commutator 부적합설계 외경과압입량 -Commutator 의몰딩부두께부적합 -Commutator 재질부적합 - S h a f t 외경과 Commutator Slot간극과다설정 -Commutator 부적합 ( 연질) 재질 M o t o r Dyn a mi c Test -Motor 내구시험 -Motor 회로보호시험 -Motor 구시험 내 - M o t o r Dyn a mi c Test -Motor 성능시험 -Motor 소음시험 - M o t o r Dyn a mi c Test -Motor 내구성시험 - M o t o r Dyn a mi c Test -Motor 소음시험 - M o t o r Dyn a mi c Test -Motor 내구성시험

49 부품/ 기능 S H A F T, ARMATUR E - C o r e, Commuta t o r Asscmbli ng part CORE - 자재회로형성 Magnet - 자기장형성 잠재적고장형태 Armature 유 Shaft 동 웜휠과의유동 Armature 의 A s s ' y 전기적특성불충분 자속량이적음 - M o t o r S t a l l T o r q u e 부족 -고 RPM 저 RPM M a g n e t 내경부위균열 Demagnet ization 자속량이적음 고장의잠재적영향 -Noise 발생 -모터진동증가 -모터반전음발생 심각도 6 -내구수명단축 5 -Noise 발생 -성능저하 6 -성능저하 6 - 모터성능미달 - 모터성능미달 6 6 -Noise 발생 6 -성능저하 5 -성능저하 6 고장의잠재적원인 / 메카니즘 -Armature Shaft 전장길이부적합설계 -Worm Shaft 의치수부적합설정 -Core 적층수부족설계 -Core 외경부적합설계 -Core 합 재질의부적 -Magnet Flux 부적합설정( 낮은 Br 값) -Magnet Flux 과도설정( 높은 Br 값) -Air Gap 의부적합설정 발생도 -Magnet 두께부족설정 1 -보자력과소설정 -Air Gapdml 과도 설정 -Magnet 유효면적 부적합 현실계관리검출 -Motor 능시험 성 -Motor 성능시험 -Motor 내구성시험 -Motor 진동시험 - M o t o r Dyn a mi c Test - M o t o r Dyn a mi c Test - M o t o r Dyn a mi c Test -Flux 측정 - M o t o r Dyn a mi c Test -Flux 측정 - M o t o r Dyn a mi c Test -Motor 진동시험 - M o t o r Dyn a mi c Test -Flux 측정 - M o t o r Dyn a mi c Test -Flux 측정 검출도 위험우선순위

50 2 FTA(Fault Tree Analysis) FTA 는시스템고장을발생시키는사상(event) 과그원인과의인과관계를논리관계로설명하는게이트나사상기호를사용하여나뭇가지모양의그림(Fault Tree) 으로나타내고, 이에의거하여시스템의고장확률을구함으로써시스템의신뢰성을개선하는계량적고장해석및신뢰성평가방법을말하며하향식전개방식을가진다

51 - 51 -

52 그림 4-1 Fault Tree

53 3 분석을통해선정된인자의설계검증 가 전기적성능인자의점검 전기적성능인자를점검하기위해서해석프로그램을사용하였으며, 이과정을통해 전기장내의부품의자계포화유무, 적정권선수, 와인딩패턴등을재확인하였다 그림 4-2 모터의회전자계해석

54 나 Brush 재질의적정성검토 Brush는전류를 Commutator에전달하는다리역할을하는부품으로전기적 Noise, 전자파특성, 감성소음, 내구성등에영향을주는부품이다 검토대상품은열적특성과내마모성등을고려해서선정된 2종의 Brush를대상으 로전기적특성및감성소음을분석하여재질을선정하였다 (1) 전기적안정성평가를위한전류파형분석전기적안정성분석을위해서고정저항과시험모터가포함된회로를구성하여모터가회전시전류파형의변화를관찰하였다 그림 4-3 전류파형의비교 시료의조건은 Brush 를제외한모든부품을동일하게사용하였다 전류의변화를 검토한결과 Brush A가 Brush B 보다안정한전류특성을보였으며, 이와같은결과 를토대로볼때 Brush A 및소음성능이안정할것으로예상하였다 적용시더욱안정한전기적특성으로인해서내구성능

55 (2) 소음성능의비교위에서검토했던두샘플에대한감성소음을평가한결과다음과같은결과를얻었다 그림 4-4 Brush 재질별소음비교

56 다 End Ball 의재질별마모도비교 End Ball은모터의 Shaft 끝단에장착되어마찰을줄여주고, 충격을흡수하는역할 을하는부품으로모터의성능과정역고체시의유격그리고감성적품질을결정하 는중요한부품이다 Ball 의마모가과도하게진행되면내구수명이단축되며, 윈도 우작동중방향반전시순간적인충격음을유발할수있다 따라서내열및내마모성을고려하여몇가지재질을선정하고그중에서다시최 종 4 종의재질을선정하여일정내구후마모정도를측정하였다 그림 4-5 End Ball A 마모사진 그림 4-6 End Ball B 마모사진

57 그림 4-7 간이내구상은 1,000cycle 후재질별마모량비교 측정결과그림 4-7과같이최대 16mm에서최소 054mm 의결과를얻었으며, 재 질 B 의경우가내마모성및내열성이우수한것으로나타났다

58 제 2 절성능시험을통한고장분석및개선 1 Pinion Gear 의 Shaft 이탈 가 부품의기능 그림 4-8의 Pinion Ass'y 부품은모터로부터형성된토크를외부로전달하는역할 을하는부품으로최종의출력단이라고할수있다 따라서모터가구동되는동안 항상높은토크를받게된다 또한윈도우의상승하강시회전방향이역전되어 일정부하로구동시보다더큰순간하중을받기도한다 나 고장모드 기존제품의내구성평가중기존모터가가지고있는사각형구조의샤프트가플라 스틱에삽입, 몰딩된구조에서그림 4-8과같이피로하중에의한크랙이발생하여 모터가구동은하지만발생된토크가최종출력단에전달되지못하여정상작동하지 못하는결함이발생되었다 그림 4-8 Shaft 이탈

59 다 고장의개선 분석결과고장의원인은모터가정, 역방향으로지속적으로회전하면서누적된 피로하중으로인해사각형의모서리부분에서크랙이시작되었으며, 시작이지날수 록크랙이확장되어결국 Shaft 가플라스틱에서이탈된것으로확인되었다 그림 4-9 개선된 Pinion Ass'y 이와같은고장모드를개선하기위해서그림 4-9와같이축을원형구조로의변경 을시도하였으며, 응력을분산시키기위해서축에 4 개소의돌출부를두었다 이와 같은구조는축의회전방향하중뿐만아니라축방향하중에대한보강도가능할 것으로생각된다

60 2 End Bushing 이탈 가 부품의기능 End Bushing은모터 Shaft끝단에장착되어모터회전시마찰을감소시키고 Shaft 를고정하는기능을하는부품이다 대부분모터의 Shaft보다경도가약한재질을 사용하며, 내열성과내마모성을가진플라스틱재질이주로사용된다 나 고장모드 그림 4-10과그림 4-11은 Bushing 이이탈된사진을보여준다 그림 4-10은 X-Ray분석시스템을이용하여제품을분해하지않고 Bushing의위치를검사함으 로서분해시에발생할수있는고장모드가사라지는현상을방지할수있었다 그림 4-10 Bushing 이탈 X-Ray 사진그림 4-11 Bushing 이탈사진 분석결과고장의원인은 Bushing의치수가하우징의압입치수와비교하여적정압 입조건을이루지못하여모터의발열과회전이지속되면서 어의맞물림부위까지이동함으로서모터의구속현상을초래하였다 Bushing이이탈하여기

61 다 고장의개선 고장을개선하고자하우징과 Bushing의압입량을조절하여부품을제작하고일정 시간의내구시험을진행하면서이탈여부를확인함으로서개선효과를검토하였다 3 모터수분유입 가 부품의기능 모터내의수분유입방지기능을위해서 Brush Holder에 Sealing을위한재질이포 함되어있으며, 하우징과조립시 Sealing 부위가압축되어수분의유입을방지한다 수분의유입방지기능은하우징조립면의조도상태, Seal의압축량그리고최종조 립되는볼트의조립상태등에의해그성능이결정된다 그림 4-12 수분이유입된모터의사진 나 고장모드일정한압력의공기를주입하여수분이유입되는지점을찾아내었으며, 분석한결과하우징면과조립시굴곡부에서압입량부족으로인해서누수가발생한것으로확인되었다

62 다 고장의개선 모터조립시공차등을고려하여수분이유입되는부분의 Sealing 부위압입량을 그림 4-13 과같이개선하였다 이에대한검증으로일정압력의공기를주입하여 개선여부를점검하여개선되었음을확인하였다 그림 4-13 증가된 Seal ( 이전수치 - A1:15, A2:33)

63 제 5 장개선제품의신뢰성평가 제 1 절기본성능평가시험 1 전기적무부하, 부하성능시험 개선제품에대하여시료 6 개에대한전기적무부하, 부하성능시험을실시하였다 시험전압: (12±02)V, 토크: (3±05)Nㆍm 시험조건에서시험한결과는다음과같 다 그림 5-1 전기적무부하, 부하성능측정 가 전기적무부하, 부하성능시험결과

64 나 전기적무부하, 부하성능시험결과그래프 (a) 개선제품무부하성능에대한회전수와소비전류 (b) 개선제품부하성능에대한회전수와소비전류 (c) 개선제품구속성능에대한토크와소비전류

65 2 소음시험 개선제품에 3 개의시료에대하여단자전압 (135±02)V에서윈도모터는바닥면 으로부터진동이전달되지않도록 로폰사이의거리는윈도모터에서 100mm 두께의스폰지위에놓고시료와마이크 300mm수직으로이격시켜장착하고안정된특성 을얻기위하여 10 회정도무부하상태로작동한후소음을측정한다 소음시험결 과 482dB ~ 508dB 으로평가기준(53dB 이하) 에모두만족하였다 가 소음시험결과 그림 52 개선제품의소음비교분석결과

66 나 소음시험결과그래프 시료 번호 CW CCW 2-7 소음측정결과 : 482dB 소음측정결과 : 494dB 2-8 소음측정결과 : 495dB 소음측정결과 : 506dB 2-9 소음측정결과 : 486dB 소음측정결과 : 508dB

67 제 2 절내환경성평가 1 진동시험 시료는실차장착상태와동일하게장착하고상기조건에대하여스위프진동시험을 실시한다 시험중외형상변형, 균열등을점검하고시험후전기적성능시험및 소음시험을실시한다 진동시험결과시험전후의전기적성능( 무부하, 부하) 의평 가기준만족하였으며, 소음시험결과에대하여서도 482dB에서최대 508dB이하 이며, 윈도리프트모터의균열, 변형, 파손, 느슨함등유해한이상없이정상작동 되었다 그림 5-3 진동시험상하방향과전후방향 가 시험조건 - 가진방향 : 상하, 전후, 좌우각진폭 10mm - 스위프주기 : 12 ~ 50Hz - 가진시간 : 8 시간( 상하 4 시간, 전후 2 시간, 좌우 2 시간)

68 그림 5-4 진동시험조건 나 시험결과 (1) 전기적무부하및부하시험결과

69 (2) 전기적무부하및부하시험결과그래프 (a) 무부하성능에대한회전수와소비전류 _2-10 (b) 부하성능에대한회전수와소비전류 _2-10 (c) 구속성능에대한토크와소비전류 _

70 (a) 무부하성능에대한회전수와소비전류 _2-11 (b) 부하성능에대한회전수와소비전류 _2-11 (c) 구속성능에대한토크와소비전류 _

71 (2) 진동시험후소음시험결과 시료번호 CW 시험결과(dB) 이하 CCW 시험전 시험후 시험전 시험후 그림 5-5 진동시험전ㆍ후소음비교분석결과 _2-10,

72 2 온도성능시험 차량부착상태와유사한조건으로준비하고우선저온조건에서 4시간방치한후바 로커내어성능시험기에장착하여 3Nm의부하조건에서 5초이내에 30rpm 이상의 속도로회전하는지확인한후상온에서 2 시간이상방치한다 그다음은고온조건 에서 4시간방치한후 1분이내에기본성능시험기에장착하여모터의 3Nm의부 하조건에서 5초이내에 30rpm 이상의속도로회전하는지확인한다 온도성능시험 후의시험결과는저온에서는 46rpm과 50rpm 이며, 고온에서는 55rpm과 58rpm으 로평가기준에부합하였다 그림 5-6 온도특성시험과시험후회전수측정 가 시험조건 (1) 방치온도 저온 고온 -30 ±3, 4시간 60 ±3, 4시간 나 시험결과 시료번호 시험조건 회전수 (rpm) 2-12 저온방치후 46 고온방치후 저온방치후 50 고온방치후

73 그림 5-7 온도시험전ㆍ후회전수측정결과 3 내수성시험 윈도모터를실차장착상태로고정하고상온상태에서 KS R 0015 R2의시험조건으 로전방수량: 32L/min, 시험시간은 48시간동안살수후상온에서 24시간방치한 후시험전후전기적기본성능측정하였다 시료 2개에대하여시험후작동상의 이상이발생하지않았다 그림 5-8 개선제품의살수시험

74 가 내수성시험결과 나 내수성시험전후전기적성능분석결과 (a) 무부하성능에대한회전수와소비전류 _( 내수성전후 )

75 (b) 부하성능에대한회전수와소비전류 _( 내수성전후 ) (c) 구속성능에대한토크와소비전류 _( 내수성전후 )

76 제 3 절수명평가시험 개선제품시료 6 개에대하여수명시험을실시하였다 그동안시험하면서문제가 발생한부분을설계개선변경하여볼재질의변경, 앤드부부상설계변경, 시일의 씰링부분의설계변경, 피니온기어중심부의형상과샤프트형상변경을통하여많 은부분을개선시켰다 그결과개선제품에고장이발생하는횟수가 50,000회부터 75,000 회까지고장이발생하였다 이때의고장판정기준은윈도우모터의부하시 험, 구속시험의전류와회전수성능값을측정하여지정된값( 도면기준) 에대한성능 열화의 10% 까지로하였다 수명시험결과를와이블분석하여보면신뢰수준 90%, 신뢰하한 38,307회 B 10 수 명 25,000회를상회하는 153 배수준이며, 형상모수가 854으로매우우수한결과 를얻을수있었다 따라서수명산출근거잘에따라 10 년/160,000 km의 B 10 수명 을신뢰수준 90% 로보증할수있다 그림 5-9 개선제품의수명시험

77 1 개선제품의수명시험결과 가 제시도면규격 (1) 무부하시: 회전속도 (80±10)rpm 이상, 전류 3 A 이하 (2) 부하시: 회전속도 (60±12)rpm 이상, 전류 8 A 이하 (3) 구속시: 토크 (95±2)Nㆍm 이상, 전류 30 A 이하 나 평가기준 ( 고장판정기준 ) (1) 윈도우모터의부하시험, 구속시험의전류와회전수성능값을측정하여지정된값( 도면기준) 에대한성능열화 10% 이내 다 시험시간및고장모드 시료번호 작동횟수 고장여부 고장현상 고장모드 ,000~ 57,000 고장 부하시회전수 10% 초과 전기적성능열화 ,000~ 55,000 고장 부하시회전수 10% 초과 전기적성능열화 ,000~ 위엄기어의이상고장모터의작동불량 75,000 마모현상 ,000~ 60,000 고장 부하시회전수 10% 초과 전기적성능열화 ,000~ 부하시회전수, 소비전류고장 59,000 10% 초과 전기적성능열화 ,000~ 75,000 고장 부하시회전수 10% 초과 전기적성능열화

78 라 수명시험의전기적기본성능측정결과

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81 마 수명시험의전기적성능의열화그래프 (a) 무부하성능에대한회전수와소비전류 _2-1 (b) 부하성능에대한회전수와소비전류 _2-1 (c) 구속성능에대한토크와소비전류 _

82 (a) 무부하성능에대한회전수와소비전류 _2-2 (b) 부하성능에대한회전수와소비전류 _2-2 (c) 구속성능에대한토크와소비전류 _

83 (a) 무부하성능에대한회전수와소비전류 _2-3 (b) 부하성능에대한회전수와소비전류 _2-3 (c) 구속성능에대한토크와소비전류 _

84 (a) 무부하성능에대한회전수와소비전류 _2-4 (b) 부하성능에대한회전수와소비전류 _2-4 (c) 구속성능에대한토크와소비전류 _

85 (a) 무부하성능에대한회전수와소비전류 _2-5 (b) 부하성능에대한회전수와소비전류 _2-5 (c) 구속성능에대한토크와소비전류 _

86 (a) 무부하성능에대한회전수와소비전류 _2-6 (b) 부하성능에대한회전수와소비전류 _2-6 (c) 구속성능에대한토크와소비전류 _

87 바 와이블분포해석 (Weibull++) 그림 5-10 개선품의수명시험결과에따른와이블분석결과

88 제 6 장결론 제 1 절과제추진내용및개선사항 본과제의목표인자동차용윈도우리프트모터의신뢰성향상을위한방안을마련 하고자설계인자와부품에대한광범위한고찰을실시하였다 그리고기존제품의 신뢰성평가를실시하여고장모드에대한분석과부적합한설계인자를검출하였으 며, 여기에서도출된문제의개선방안을수립, 적용하여개선제품을제작하여신뢰 성을평가하였다 1 과제추진내용윈도우리프트모터의내구및환경성능에대한점검항목을선정하였으며, 이를토대로기존모터의품질수준을평가하였다 또한부품의상호기능과연관성을찾기위해잠재적고장모드분석및고장나무분석을실시하였다 그리고기존제품을평가하여여러고장모드를검출하였다 이러한일련의과정을통해여러가지문제점이밝혀졌으며, 이를해결함으로서최종목표에도달할수있었다 구체적인활동은다음과같다 - DFMEA 및 FTA분석 - 분석을통한중요설계인자의파악및개선 - 기존제품의평가 - 평가를통한제품문제점파악및개선 - 최종제품의평가및목표도달

89 2 개선사항 고장원인분석결과개선한사항은다음과같다 가 설계개선 (1) End Ball 의최적재질확보 4종의재질별비교 Sample을만들고 1,000Cycle의간이내구시험을통해서내구 에가장내성이강한재질을확보하였으며, 이를적용하여최종목표에도달할수 있었다 (2) Brush 재질의검토 2 종의최종재질을대상으로전류시험및기본소음시험을실시하였으며, 를토대로보다안정한재질을최종사양으로결정하였다 그결과 (3) End Bushing 의압입량개선 기존제품이성능평가중 이를토대로제품의재질및치수를개선하였다 End Bushing 의이탈에의한모터고장이발생하였으며, (4) Pinion Ass'y 의구조개선 기존제품의성능평가중피로하중으로인한 Pinion Ass'y의 Crack이발생하였으 며, 이를보강하고자몰딩되는부분의축구조를변경하였고이를사양확정하여 최종시험에적용, 문제점을해결하였다 (5) 수밀성의개선 모터의수밀성관련하여기존제품의수밀성평가를진행하고수분유입개소를검 출하여 Brush Holder의 Seal 부분의치수를변경함으로서수밀성을확보하였다 최 종시험을통해수밀성향상을검증하였다

90 제 2 절추진성과 1 수명증가 윈도우리프트모터의신뢰성분석과평가를통해발견된내구신뢰성을저해요소 를찾아개선함으로서수명을증가시킬수있었다 기존제품의수명은신뢰수준 90% B 10 수명신뢰하한 6,831 회, 형상모수는 38이 었으나개선후에는 B 10 수명신뢰하한 38,307 회, 형상모수 854로무려 561배로 수명이증가하였으며, 최종목표인 B 10 수명 25,000회를상회하여 153배상승하는 내구수명에도달할수있었다 2 특허출원 제품의구조중일체형멤퍼에관한부분을특히출원중에이으며, 아래와같다 - 출원명칭 : 파워윈도우모터의일체형댐퍼 - 출원번호 : ( ) 자세한내용은 요약 본발명은파워윈도우모터(WLM; Sindow Lifting Motor) 에사용되는일체형댐퍼 에관한것으로서, 탑승자의의도에따라창문의승하강시윈도우모터가작동하 게되는데창문이완전히닫힐때와열릴때또는중간멈춤과같은외부요인에의 하여윈도우모터에가해지는충격을환충시키기위하여사용되는댐퍼의구조에 관한것이다 보다구체적으로는, 모터하우징, 상기모터하우징에삽입되는웜휠, 댐퍼를이용하 여상기웜휠과체결되며토크를전달하는드라이버유닛, 및상기웜휠에회전력 을가하는아마츄어를포함하여구성되는파워윈도우모터에있어서, 상기웜휠의 돌기부에끼움장착되며일체로형성되는것을특징으로하는파워윈도우모터용 일체형댐퍼를제공하는것이다

91 발명의효과 본발명은웜휠에다수의돌기부를형성하고상기돌기부에상응하는돌출부를갖 는일체형댐퍼를결합고정함으로써잦은창문의개폐동작에따른기동과멈춤시 발생하는충격을댐퍼가분담하여완충시키며종래발생하던집중응력을다수개의 돌출부로분산시키는상승된작용효과를발휘한다 또한본발명의일체형댐퍼는웜휠및드라이버유닛과빈틈없이조밀하게끼워 맞춰줘일체형으로결합됨으로써각구성요소간의유격을최소화하여장기간사용 하더라도진동이나변형이일어나지않고부드러운작동과함께웜휠의파손을방 지할수있는작용효과를갖는다 또한본발명의일체형댐퍼는간단한구조의일체형단일부품으로제작됨으로써 생산성향상의효과를갖는다 발명이이루고자하는기술적과제 본발명의목적은위와같은문제점을해결하기위하여웜휠에다수의돌기부를형 성하고상기돌기부에상응하는돌출부를갖는일체형댐퍼를결합고정함으로써 잦은창문의개폐동작에따른기동과멈춤시발생하는충격을댐퍼가분담하여완 충시키며종래발생하던집중응력을다수개의돌출부로분산시킬수있는개량된 일체형댐퍼를제공하는것이다 본발명의또다른목적은웜휠및드라이버유닛과빈틈없이조밀하게끼워맞춰 져일체형으로결합됨으로써각구성요소간의유격을최소화하여장기간사용하더 라도진동이나변형이일어나지않고부드러운작동과함께훰휠의파손을방지할 수있는개량된일체형댐퍼를제공하는것이다 본발명의또다른목적은댐퍼를간단한구조의일체형단일부품으로제작함으로 써웜휠및드라이버유닛과의조립이용이하고견고하게결합될수있는개량된 일체형댐퍼를제공하는것이다

92 그림 6-1 윈도우모터의구성품 그림 6-2 윈도우모터댐퍼구조

93 그림 6-3 댐퍼의조립구조

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