자동차용 냉각팬 에자동차용 냉각팬 에자동차용 냉각팬 에자동차용 냉각팬 에BLDC MotorBLDC MotorBLDC MotorBLDC Motor

관한 신뢰성향상 지원관한 신뢰성향상 지원관한 신뢰성향상 지원관한 신뢰성향상 지원

최종보고서최종보고서최종보고서최종보고서( )( )( )( )

2005. 06. 302005. 06. 302005. 06. 302005. 06. 30

주관기관 해원바이오텍 주주관기관 해원바이오텍 주주관기관 해원바이오텍 주주관기관 해원바이오텍 주: ( ): ( ): ( ): ( )

위탁기관 자동차부품연구원위탁기관 자동차부품연구원위탁기관 자동차부품연구원위탁기관 자동차부품연구원::::

산 업 자 원 부산 업 자 원 부산 업 자 원 부산 업 자 원 부

- 2 -

제 출 문제 출 문제 출 문제 출 문

부품 소재통합연구단장 귀 하부품 소재통합연구단장 귀 하부품 소재통합연구단장 귀 하부품 소재통합연구단장 귀 하ㆍㆍㆍㆍ

본 보고서를 자동차용 냉각팬 의 신뢰성 향상에 관한 신뢰성향상지“ BLDC Motor

원 개발기간 과제의 최종보고서로 제출합니다”( : 2004. 06.~2005. 05.) .

2005. 06. 30.2005. 06. 30.2005. 06. 30.2005. 06. 30.

주관기관명주관기관명주관기관명주관기관명 :::: 해원바이오텍 주해원바이오텍 주해원바이오텍 주해원바이오텍 주( )( )( )( )

주관책임자주관책임자주관책임자주관책임자 :::: 최 성 인최 성 인최 성 인최 성 인

선임연구원선임연구원선임연구원선임연구원 :::: 이 강 운이 강 운이 강 운이 강 운

선임연구원선임연구원선임연구원선임연구원 :::: 이 율 재이 율 재이 율 재이 율 재

주임연구원주임연구원주임연구원주임연구원 :::: 박 현 동박 현 동박 현 동박 현 동

연 구 원연 구 원연 구 원연 구 원 :::: 김 성 선김 성 선김 성 선김 성 선

연 구 원연 구 원연 구 원연 구 원 :::: 문 성 철문 성 철문 성 철문 성 철

선임연구원선임연구원선임연구원선임연구원 :::: 송영식송영식송영식송영식(KATECH)(KATECH)(KATECH)(KATECH)

선임연구원선임연구원선임연구원선임연구원 :::: 서영교서영교서영교서영교(KATECH)(KATECH)(KATECH)(KATECH)

전임연구원전임연구원전임연구원전임연구원 :::: 신외경신외경신외경신외경(KATECH)(KATECH)(KATECH)(KATECH)

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중소기업신뢰성향상지원사업 보고서 초록중소기업신뢰성향상지원사업 보고서 초록중소기업신뢰성향상지원사업 보고서 초록중소기업신뢰성향상지원사업 보고서 초록

관리번호관리번호관리번호관리번호

과 제 명과 제 명과 제 명과 제 명 자동차용 냉각팬 의 신뢰성 향상BLDC Motor

키 워 드키 워 드키 워 드키 워 드 냉각팬BLDC / Motor / / Drive / Brushless

사업목표 및 내용사업목표 및 내용사업목표 및 내용사업목표 및 내용

최종 목표최종 목표최종 목표최종 목표1.1.1.1.

자동차용 냉각팬 모터는 고온 내구성이 뛰어나야 하며 주로 열에 의한 컨트롤러의 고장현상BLDC

을 재현함으로서 제품의 신뢰성향상 기술을 얻고자 한다.

가 자동차용 냉각팬 사용환경조건 및 모터의 고장현상 파악. BLDC

나 브러시리스모터의 특성평가 및 분석.

다 신뢰성시험방법 도출 고장재현시험 수명시험방법도출 고온내구시험. ( , , )

라 고장원인 분석 및 수명예측.

마 제품 설계기술에 반영.

신뢰성 저해요인 정밀진단 내용신뢰성 저해요인 정밀진단 내용신뢰성 저해요인 정밀진단 내용신뢰성 저해요인 정밀진단 내용2.2.2.2.

가 이 온도 변화에 따른 오작동 및 파손. Drive IC chip

나 전해콘덴서 등 부품 소자의 내열 온도의 상향 보완. MOS-FET,

다 및 상회로 패턴 두께 수정 보완. FET POWER U. V. W

라 의 조립 공정에서 발생하는 품질 불량이 신뢰성에 잠재적 불량 요인으로 내제 되어 있. Motor

어 개선 등 변경개선Winding JTG , Rear cover

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

가 의 변경. Drive IC chip : NCV33035DW

나 주요 부품의 내열 온도 변경 전해콘덴서 등. (MOS-FET, DIODE, )

다 페턴의 상회로 두께를 보완하여 전류 흐름의 효율화로 열 발생을 최소화. PCB

신뢰성 적응결과 사업전 후 정량적 비교신뢰성 적응결과 사업전 후 정량적 비교신뢰성 적응결과 사업전 후 정량적 비교신뢰성 적응결과 사업전 후 정량적 비교4. ( )4. ( )4. ( )4. ( )ㆍㆍㆍㆍ

시험 항목 사업전 사업후 비고

Hot step stress 110℃ 130℃ 140 Shot℃

급속온도변화시험 100℃ 120℃ 회로 불안정130 ℃

진동스텝스트레스 25℃ 30℃ 볼트 풀림35 G

온도 진동 복합 스트레스, 100℃ 120℃ 회로 불안정130 ℃

가 제품의 신뢰도를 보증 할 수 있는 환경 조건 개선.

나 개선전과 개선후 제품의 신뢰도를 보증 할 수 있는 환경 조건이 파악 되어 사전에 에게. user

상품의 사용 조건을 명확하게 하여 신뢰도를 향상

- 4 -

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

가 기술적 측면.

자동차용 는 현재 도입기로 신뢰성 개선이 매우 중요한 제품이며 신뢰성 확보에(1) BLDC Motor

많은 시간이 필요한 제품군으로 신뢰성 평가 자료로 활용 한다.

제품의 신뢰성 수준을 파악 할 수 있었다(2) .

당사 제품의 신뢰성 기술을 향상 시켜 신뢰성 기술 수준을 국제 수준으로 향상(3)

제품의 사용 환경에 따른 고장원인을 파악 할 수 있게 되었고 응용 개발 제품에 본 신뢰성(4)

향상 과제를 응용 적응하여 빠르게 신뢰성을 보장 할 수 있게 되었다.

자체 고장원인 분석 및 시험평가기술 확보로 대외 경쟁력 확보(5)

나 산업 경제적 측면. ,

현재 확보한 고객에 대하여 신뢰성 평가 개선을 통하여 기존 물량을 화보 한다(1) .

자동차용 시장에서 필요한 의 신뢰성 기술을 확보하고 개발에 적용하여(2) Motor BLDC Motor

신뢰성에 대한 우위를 확보하고 신뢰성 평가 시간을 단축 조기에 양산 도입 한다.

신뢰성 평가 결과와 개선 사례를 활용하여 고객의 요구에 부응한다(3) .

적용분야적용분야적용분야적용분야6.6.6.6.

가 사업화 목표로 개발 완료한 제품을 군수용 특장차 벤츄레이타 생산. ( ) Motor

나 특수용 엠블런스 샵벤 크레인용 개발 진행중. , ,

다 사업화 제품의 응용개발 일본 개 업체 국내 개 업체와 제품 개발 진행중. : 2 , 2

라 기존 거래처에 고객 만족을 할 수 있도록 대응 품질 납기 가격. ( , , )

마 신규 거래처의 발굴 민수용 제품군의 개발. ( )

바 대외 경쟁력을 확보 하여 매출 증대에 총력.

사 기존의 거래처 외에 의 신뢰성 시험 결과 보고서를 제출한 결과 로. Slotless BLDC Motor User

부터 좋은 평가를 얻어 개발 제의가 많이 들어오고 있어 제품의 다양화 개발을 통한 매출 증대가

기대 된다.

- 5 -

목 차목 차목 차목 차

제 장 자동차용 의 신뢰성 향상 사업의 배경제 장 자동차용 의 신뢰성 향상 사업의 배경제 장 자동차용 의 신뢰성 향상 사업의 배경제 장 자동차용 의 신뢰성 향상 사업의 배경1 BLDC Motor1 BLDC Motor1 BLDC Motor1 BLDC Motor제 절 신뢰성 향상 사업의 개요제 절 신뢰성 향상 사업의 개요제 절 신뢰성 향상 사업의 개요제 절 신뢰성 향상 사업의 개요1111제 절 신뢰성 향상에 따른 활용방안제 절 신뢰성 향상에 따른 활용방안제 절 신뢰성 향상에 따른 활용방안제 절 신뢰성 향상에 따른 활용방안2222

제 장 신뢰성 향상 목표제 장 신뢰성 향상 목표제 장 신뢰성 향상 목표제 장 신뢰성 향상 목표2222제 절 신뢰성 개발 목표제 절 신뢰성 개발 목표제 절 신뢰성 개발 목표제 절 신뢰성 개발 목표1111제 절 신뢰성 향상 평가 항목제 절 신뢰성 향상 평가 항목제 절 신뢰성 향상 평가 항목제 절 신뢰성 향상 평가 항목2222

제 장 자동차용 의 사용 환경 조사제 장 자동차용 의 사용 환경 조사제 장 자동차용 의 사용 환경 조사제 장 자동차용 의 사용 환경 조사3 Motor3 Motor3 Motor3 Motor

제 장 신뢰성 향상 사양제 장 신뢰성 향상 사양제 장 신뢰성 향상 사양제 장 신뢰성 향상 사양4 Model4 Model4 Model4 Model제 절 신뢰성 향상 대상 의 선정제 절 신뢰성 향상 대상 의 선정제 절 신뢰성 향상 대상 의 선정제 절 신뢰성 향상 대상 의 선정1 Model1 Model1 Model1 Model제 절 기존 제품의 분석제 절 기존 제품의 분석제 절 기존 제품의 분석제 절 기존 제품의 분석2222제 절 설계 사양제 절 설계 사양제 절 설계 사양제 절 설계 사양3333제 절 품질 신뢰성 평가 자체 평가제 절 품질 신뢰성 평가 자체 평가제 절 품질 신뢰성 평가 자체 평가제 절 품질 신뢰성 평가 자체 평가4 , ( )4 , ( )4 , ( )4 , ( )

제 장 신뢰성 평가 차 평가제 장 신뢰성 평가 차 평가제 장 신뢰성 평가 차 평가제 장 신뢰성 평가 차 평가5 (KATECH, 1 )5 (KATECH, 1 )5 (KATECH, 1 )5 (KATECH, 1 )제 절 냉각팬 구성품제 절 냉각팬 구성품제 절 냉각팬 구성품제 절 냉각팬 구성품1 BLDC1 BLDC1 BLDC1 BLDC제 절 신뢰성 시험제 절 신뢰성 시험제 절 신뢰성 시험제 절 신뢰성 시험2222

제 장 신뢰성 개선 개발제 장 신뢰성 개선 개발제 장 신뢰성 개선 개발제 장 신뢰성 개선 개발6666제 절 시험 결과 및 개선점제 절 시험 결과 및 개선점제 절 시험 결과 및 개선점제 절 시험 결과 및 개선점1111제 절 작업 공정별 개선 내역제 절 작업 공정별 개선 내역제 절 작업 공정별 개선 내역제 절 작업 공정별 개선 내역2222제 절 주요 부품의 개선제 절 주요 부품의 개선제 절 주요 부품의 개선제 절 주요 부품의 개선3 BLDC Motor3 BLDC Motor3 BLDC Motor3 BLDC Motor제 절 의 개선제 절 의 개선제 절 의 개선제 절 의 개선4 Drive4 Drive4 Drive4 Drive

제 장 신뢰성 개선 시료 제작 및 평가제 장 신뢰성 개선 시료 제작 및 평가제 장 신뢰성 개선 시료 제작 및 평가제 장 신뢰성 개선 시료 제작 및 평가7777제 절 개선 시료의 제작제 절 개선 시료의 제작제 절 개선 시료의 제작제 절 개선 시료의 제작1111제 절 품질 평가 자체 평가제 절 품질 평가 자체 평가제 절 품질 평가 자체 평가제 절 품질 평가 자체 평가2 ( )2 ( )2 ( )2 ( )제 절 신뢰성 시험 결과 분석 차평가제 절 신뢰성 시험 결과 분석 차평가제 절 신뢰성 시험 결과 분석 차평가제 절 신뢰성 시험 결과 분석 차평가3 ( KATECH, 2 )3 ( KATECH, 2 )3 ( KATECH, 2 )3 ( KATECH, 2 )

제 장 신뢰성 시험 결과제 장 신뢰성 시험 결과제 장 신뢰성 시험 결과제 장 신뢰성 시험 결과8888제 절 신뢰성 시험 항목 및 시험 결과제 절 신뢰성 시험 항목 및 시험 결과제 절 신뢰성 시험 항목 및 시험 결과제 절 신뢰성 시험 항목 및 시험 결과1111제 절 평가 항목 및 평가 결과제 절 평가 항목 및 평가 결과제 절 평가 항목 및 평가 결과제 절 평가 항목 및 평가 결과2222제 절 신뢰성 시험 결과 분석제 절 신뢰성 시험 결과 분석제 절 신뢰성 시험 결과 분석제 절 신뢰성 시험 결과 분석3333

제 장 신뢰성 향상 개발 성과 분석제 장 신뢰성 향상 개발 성과 분석제 장 신뢰성 향상 개발 성과 분석제 장 신뢰성 향상 개발 성과 분석9999제 절 신뢰성 향상 개발 성과제 절 신뢰성 향상 개발 성과제 절 신뢰성 향상 개발 성과제 절 신뢰성 향상 개발 성과1111제 절 신뢰성 향상 개발의 애로 사항제 절 신뢰성 향상 개발의 애로 사항제 절 신뢰성 향상 개발의 애로 사항제 절 신뢰성 향상 개발의 애로 사항2222제 절 사업성 전망 및 향후 계획제 절 사업성 전망 및 향후 계획제 절 사업성 전망 및 향후 계획제 절 사업성 전망 및 향후 계획3333

부 록 및 관련도면부 록 및 관련도면부 록 및 관련도면부 록 및 관련도면: MOTOR ASS'Y DRIVE: MOTOR ASS'Y DRIVE: MOTOR ASS'Y DRIVE: MOTOR ASS'Y DRIVE

- 6 -

제 장 자동차용 의 신뢰성 향상 사업의 배경제 장 자동차용 의 신뢰성 향상 사업의 배경제 장 자동차용 의 신뢰성 향상 사업의 배경제 장 자동차용 의 신뢰성 향상 사업의 배경1 BLDC Motor1 BLDC Motor1 BLDC Motor1 BLDC Motor

제 절 신뢰성 향상 사업의 개요제 절 신뢰성 향상 사업의 개요제 절 신뢰성 향상 사업의 개요제 절 신뢰성 향상 사업의 개요1111

신뢰성 향상 개발의 필요성1.

기존의 모터는 구조적으로 정류자와 브러시의 마찰에 의해 발생되는 신뢰성의DC

저하 수명 단축 유지 보수의 필요성이 대두되어 개선이 요구됨에 따라, BLDC

의 장수명의 특징과 고 에너지 밀도를 갖는 마그네트를 이용한 고효율화 및Motor

소형차가 유리하다는 장점을 가지고 있어 반도체 및 가전기기 정밀기기 등에 적용,

되고 있으며 이를 자동차의 냉각팬 및 송풍기에 적용시켜 저소음 진동감소 내구성, ,

향상 및 신뢰성 향상 기술을 확보하여 부품 안정성을 얻고자 한다.

국내 외 관련기술의 현황2. ㆍ

자동차용 냉각팬 는 로 사용 되어 지고 있으며 일본과 미국을 위주Motor DC Motor

로 하여 가 점진적으로 확대 되어 가고 있는 추세이며 현재 국내 실정BLDC Motor ,

은 가 도입 되고 있는 단계로서 신뢰성 평가 및 분석에 대하여는 초보BLDC Motor

적인 수준에 있어 신뢰성 시험과 신뢰성 향상이 매우 필요한 제품군이다.

제 절 신뢰성 향상에 따른 활용방안제 절 신뢰성 향상에 따른 활용방안제 절 신뢰성 향상에 따른 활용방안제 절 신뢰성 향상에 따른 활용방안2222

기술개발 시 예상되는 파급효과 및 활용방안1.

가 기술적 측면.

자동차용 는 현재 도입기로 신뢰성 개선이 매우 필요한 제품이며(1) BLDC Motor

신뢰성 확보에 많은 시간이 필요한 제품이다.

신뢰성 시험 방법의 표준화가 필요하다(2) .

당사 제품의 신뢰성 기술을 향상 시켜 신뢰성 기술 수준을 국제 수준으로 향상(3)

나 산업 경제적 측면. ,

현재 확보한 고객에 대하여 신뢰성 평가 개선을 통하여 기존 물량을 확보 한다(1) .

자동차용 시장에서 필요한 의 신뢰성 기술을 확보하고 개발(2) Motor BLDC Motor

에 적용하여 신뢰성에 대한 우위를 확보하고 신뢰성 평가 시간을 단축 조기에 양산

도입 한다.

- 7 -

신뢰성 평가 결과와 개선 사례를 활용하여 고객의 요구에 부응한다(3) .

다 신뢰성향상지원 결과의 활용)

신규 개발차종에 적용(1)

해외 수출차종에 적용하여 에 대응(2) Global Sourcing

제품의 품질 향상과 신뢰성 향상(3)

제품 불량에 따른 사전 제거(4) Claim

고장수명 및 가속수명 선정으로 자체 기술력 확보(5)

자체 고장원인 분석 및 시험평가기술 확보로 대외 경쟁력 확보(6)

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제 장 신뢰성 향상 목표제 장 신뢰성 향상 목표제 장 신뢰성 향상 목표제 장 신뢰성 향상 목표2222

제 절 신뢰성 개발 목표제 절 신뢰성 개발 목표제 절 신뢰성 개발 목표제 절 신뢰성 개발 목표1111

자동차용 냉각팬 모터는 고온 내구성이 뛰어나야 하며 주로 열에 의한 컨트롤BLDC

러의 고장현상을 재현함으로서 제품의 신뢰성향상 기술을 얻고자 한다.

가 자동차용 냉각팬 사용환경조건 및 모터의 고장현상 파악) BLDC

불량률 자료조사 고장현상 파악(1) Field :

자동차 냉각팬의 작동조건 분석(2)

나 브러시리스모터의 특성평가 및 분석)

모터의 단품상태의 특성평가(1) BLDC

냉각팬 모듈상태에서의 특성평가(2)

고온작동상태에서의 특성평가(3)

다 신뢰성시험방법 도출)

고장재현시험 시험으로 온도 및 진동 요인(1) : HALT(Highly Accelerate Life Test)

을 고려한 시험을 통하여 고장재현시험을 실신한다.

수명시험방법도출 고장모드와 고장인자를 얻어 수명시험뿐 아니라 가속수명(2) :

시험 방법에 적용하도록 한다.

고온내구시험(3)

라 고장원인 분석 및 수명예측)

기존제품에 대한 고장분석(1)

수명에 영향을 미치는 요소인자 검출(2)

상기 시험결과에 따른 수명예측 년 에 대한 근거지료(3) (10 160,000km )

마 제품 설계기술에 반영)

가 내구성능 및 고장분석에 의한 결과를 적용하여 설계기술 개선( )

나 개선방안 도출로 양산제품에 적용검토( )

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제 절 신뢰성 향상 평가 항목제 절 신뢰성 향상 평가 항목제 절 신뢰성 향상 평가 항목제 절 신뢰성 향상 평가 항목2222

세부 평가 항목1.

평가항목

주요성능( Spec)단위

비중

(%)

세계최고 수준

보유국 보유기업( / )

지원전

성능 수준

최종목표

성능수준

평가방법

평가기관( )

정격 토그1. kg cm 15 미국100% ( )

정격

사양

±10%

이내

정격

사양

±5%

이내

자동차부품연구원

정격회전수2. RPM 15 미국100% ( ) 자동차부품연구원

경격 전류3. A 10 미국100% ( ) 자동차부품연구원

정격출력4. W 10 미국100% ( ) 자동차부품연구원

최대효율5. % 10 미국100% ( ) 70 75 자동차부품연구원

소음6. dB 20 미국100% ( ) 50 45 자동차부품연구원

수명7. HR 20 미국100% ( ) 10,000 15,000 자동차부품연구원

- 10 -

제 장 자동차용 의 사용 환경 조사제 장 자동차용 의 사용 환경 조사제 장 자동차용 의 사용 환경 조사제 장 자동차용 의 사용 환경 조사3 Motor3 Motor3 Motor3 Motor

자동차에 사용되고 있는 부품들이 다양하고 사용자의 습관에 따라 많은 변수가 작

용한다고 볼 수 있다 일반적으로 자동차 부품의 사용 환경을 분석하기 위해서는.

부품의 장착위치에 따라 작동조건 사용 환경 기후조건 등을 고려한다 가장 많이, , .

보편화 되어 있는 것은 온도 및 진동환경조건을 고려하게 되는데 그림 에서 보3-1

는바와 같이 자동차에 장착되는 위치에 따라 온도범위가 정해져 있고 이 온도범위

에 견딜 정도의 내구성을 가진 제품을 설계하게 된다 따라서 자동차 전자부품의.

온도환경범위는 그림 에 나타낸 바와 같다3-1 .

자동차에 사용되는 모터의 고장을 유발하는 환경조건은 고 저온 습도 노면으로부, ,ㆍ

터의 진동 및 먼지 등이 있다 이의 영향으로 인하여 소음 작동불능 이상마모 및. , ,

단락 단선 고장이 발생한다 그러나 수명에 미치는 가장 중요한 고장은 일반 모, . DC

터의 경우 브러시 마모에 의한 마모고장으로 주로 판단하지만 모터의 경우BLDC

컨트롤러의 회로부분의 단락이나 단선의 경우로 판단하는 경우가 많으며 이는 온도

및 진동의 영향을 매우 많이 받으므로 자동차의 진동에 의한 요인을 평가하기 위하

여 내 진동시험 모터 내부의 전기적 소자의 고장을 알아보기 위한 온습도 사이클,

시험 실내 및 외기 공기순환 작동에서 먼지 입자로 인한 고장을 알아보기 위한 분,

진시험 등이 필요하며 고온 및 저온에서 장시간 방치 후 작동여부를 확인하는 온

도작동시험을 해야 하며 이들 시험을 바탕으로 예측하고 고장원인 및 고장형태를

발견하여 분석할 필요가 있다고 판단된다 또한 모터 단품의 가속수명시험을 위하.

여 모터 베어링 마모에 의한 가속시험방법을 적용하는 것도 검토하여야 하겠다.

그림 자동차 전자부품의 사용 환경 온도그림 자동차 전자부품의 사용 환경 온도그림 자동차 전자부품의 사용 환경 온도그림 자동차 전자부품의 사용 환경 온도3-13-13-13-1

- 11 -

자동차용 모터의 잠재적 고장형태 및 영향분석 설계자동차용 모터의 잠재적 고장형태 및 영향분석 설계자동차용 모터의 잠재적 고장형태 및 영향분석 설계자동차용 모터의 잠재적 고장형태 및 영향분석 설계1. ( FMEA)1. ( FMEA)1. ( FMEA)1. ( FMEA)

부품 기/

능

잠재적

고장

형태

고장의

잠재적 영향

삼

각

도

분

류

고장의 잠재적 원인

발생 과정/

발

생

도

현

설계관리

검

출

도

위

험

우

선

순

위

권

고

조

치

사

항

조치 결과

조

치

내

용

삼

각

도

발

생

도

검

출

도

위

험

우

선

순

위

프레임

용접부

파손파손- 7

사이가 뜨거나 취-

성으로 인한 파손 초

래

3내진동시①

험3 63

체결부

들뜸

진동에-

의한 체결

풀림

7 홀 이 작다- (TAPER) 3내진동시①

험3 63

로터베어링

마모

진동 및-

편심 발생7

로터지지 베어링의-

과다 마모로 진동 및

과다 편심 발생

1작동내구①

시험2 14

STATOR이물 유

입

소음 증-

대3

이물 유입에 의한-

소음 증대1

분진시험①

소음시험②1 3

정류자쇼트 발

생모터 소손- 9

고논 및 열충격으-

로 인한 표면 높이차

발생

2

내열 및①

내한성시험

온 습 도②

시험

3 54

아 마 추

어 샤프

트

샤프트

마모소음발생- 3

먼지에 의한 샤프-

트 마모로 소음 유발1

분진시험①

소음시험②1 3

Oilless

베어링

의 고착

베어링-

고착으로 인

한 과부하

발생

5

저온에서 오일레스-

베어링의 고착으로

인한 과부하 발생

1저온기동①

시험1 5

비 고 심각도 발생도 검출도1. = 1~10/ = 1~10/ = 1~5

위험발생순위 심각도 발생도 검출도2. : x x

- 12 -

모터부에 대한 고장모드 및 고장원인모터부에 대한 고장모드 및 고장원인모터부에 대한 고장모드 및 고장원인모터부에 대한 고장모드 및 고장원인2.2.2.2.

항목

목록부분품 고장모드 고장원인 고장영향

모터모터모터모터

절연파괴

과다부하

특성열화

내부파손

모터재질 문제로 인한 혹은 등의 부- Case Shaft

식으로 인한 과다마모 및 부식으로 인한 절연 파괴

등의 문제 발생됨

접촉부위의 부식으로 인한 접촉저항 증가 및-Rotor

접촉에 기인하는 마모증대로 전기적 혹은 기계적인

특성 열화

제품의 특성열화

의 구속현상Motor

의 감소RPM

각종 소음증대 등

를 구성하는각종 부품류의 문제로 인한 조- Motor

립소음 발생

의 적용 의 과다 적용시- Motor Torque Over

발생 및 구속현상 발생 됨Torque Rotor

를 구성하는 부품류의 공차 및 조립시 문제- Motor

로 인한 구동시 문제 발생됨RPM down

모터기능 상실 및

제품의 기능상실 등

로터

회전시 간섭에 의Rotor

한 소음발생으로 제품

의 특성반감

부품의 변형 특히 지지 등 이물 유입- ( Rotor Shaft ),

에 의한 소음발생 부품의 치수공차 문제로 인한 제,

품내부 소음 발생 등의 문제를 유발함.

소음증가

로터

및 정류자 의Mg ROTOR

권선상의 문제로 인한

과다불량 문제

착자불량 혹은 공정중에 착자 후 감자 과정- Mg

을 거치는 과정에서 불량 문제 발생

정류자 위치 틀어지는 문제 및 권선의 오배선 등-

에 기인하는 문제 발생

파형불량

로터

상태 불량Rotor Ass'y

에 기인하는 진동문제

로 소형모터 적용제품

의 품질이 급격하게 반

감 되는 문제

권선이나 가 한쪽편으로 편심이 되는 이유로- Core

인하여 진동이 급격하게 발생됨.제품의 특성 상실

베어링 베어링 과다마모,

진동에 의한 베어링 고정 부위 과다마모 발생 및-

모터 효율 감소

정격이상의 으로 인한 이상진동 발생 혹은- RPM

에 의한 과다 진동 발생Over-Load

제품의 특성 열화

베어링 에어링의 고착 및 파손

베어링에 적용되는 각종 윤활유의 적용성 평가부-

재에 의한 윤활상태 문제에 의한 베어링의 마모 심

화 및 극심한 과다마모로 인하여 베어링 파손 및

고착

파손 고착 등,

동력부제품의 기능정지 및

Over-run,

전기적 충격에 의한 과전압 발생으로 제품동작의-

현상 발생과 함께 제품의 기능정지의 원Over-run

인이 됨,

기능정지

- 13 -

샤프트부에 대한 고장모드 및 고장원인샤프트부에 대한 고장모드 및 고장원인샤프트부에 대한 고장모드 및 고장원인샤프트부에 대한 고장모드 및 고장원인3.3.3.3.

항목

목록부분품 고장모드 고장원인 고장영향

Shaft 구동물

가공 불량으로Shaft

에 추부 및 이송시SET

위치 불량 발생

제품의 가공 바이트 문제에 의한 가공상의 문-.

제점이 위치불량 문제를 유발시킴위치불량

구동물3rd Harmonic

문제 발생.

착자 불량 정류자 위치 틀어짐에 기인-.Magnet ,

하는 파형 문제 유발

권선 오 배선에 의한 파형 문제 발생-.

문제에 의한 파형 불량 유발-.3rd Harmonic

구동회로의 결함 혹은-.Motor Harmonic filter

구

제품의 특성열화 및

타제품에 악영향 유

발

구동축 동작불량 및 파손열처리 불량 및 기구적인 불량 혹은 재질적용-.

오류로 인한 발생Crack동작불량

플라스틱류 화학적인 특성변화

고온에 의한 화학제품류의 분자구조 변형에-.

기인하는 내부 및 표면 등의 각종 문Crack Crack

제점 발생

외관불량 및 제품의

기능손상

구동축

함금 황동 양: ( ,

백 스텐레스,

등)

파손동합금 혹은 염화물 스텐레스 등이 응력에 노-. ( )

출될 경우 파손되는 문제를 유발한다.파손

구동축

강: ( )鋼파손

도금표면을 산으로 세척하는 경우 수소취성에-.

의해 도금면이 파손되는 문제 발생,파손

- 14 -

제어회로부에 대한 고장모드 및 고장원인제어회로부에 대한 고장모드 및 고장원인제어회로부에 대한 고장모드 및 고장원인제어회로부에 대한 고장모드 및 고장원인4.4.4.4.

항목

목록부분품 고장모드 고장원인 고장영향

제어회로 PCB

진동에 의한 동박PCB

면의 및 들뜸현Crack

상으로 제품의 기능상

실

지나친 진동 혹은 지속적인 진동이 면에 가-. PCB

해지게 되면 동박의 열화가 진행되게 되며, , Creep

현상에 의해 및 기계적인 응력으로 인한 들Crack

뜸현상이 발생 된다

제품의 기능상실-.

PCB회로결손

속의Hole void

결손에 의한 전기 검출이 않되는 문제로-. Checker

인하여 회로결손 현상이 발생 됨

부분적인 로 인하여 진행성으로 문제 발생-. void

됨

제품의 특성열화-.

PCB

전선의 단선

기판의 동박 패턴PCB

의 단선 및 들뜸 현상

발생

전선 구조의 불량 및 전선의 연신율 관리기준의-.

문제 혹은 전선자체의 불량에 기인하는 문제

기판의 동박 패턴의 설계구조 불량 및 동박-.PCB

자체의 면의 접착 상태 불량PCB

제품 및 부품의-.

기능 상실

PCB제품 혹은 부품의 특성

변화 유발

곤충의 배설물 혹은 곤충자체의 유기물 형성에-.

의한 부식물질 추출에 기인하는 혹은 각종 단PCB

자류 동박면의 부식 유발에 기인하는 특성변화 발,

생

제품 혹은 부품의-.

기능 상실

Fixed

Resistor

Lead

문제OPEN

성분의 침투에 의한 상의 각종-.“CI" PCB Fixed

의 의 발청에 의한 산화 촉Components Lead wire

진으로 전기적인 문제 발생Open

전기적 특성 상실-.

및 제품의 기능 상

실

저항

Resistor저항의 특성값 상실

저항기를 구성하는 필름 부분의 음이온 산화에-.

기인하는 단선 및 절연성 열화

전기적 성질의 변화 구조물의 파괴-.

분활불량 및 직각도 불량에 의한 저항값의 편차-.

발생

소성불량에 의한 저항치 분포의 발생-.

인쇄위치 어긋남에 따른 인쇄불량으로 인하여 저-.

항값 분류의 오류 발생

시스템 중지 부품-. ,

기능상실

형Chip

저항기내구수명 반감

생산공정중 혹은 제품동작 상태에서 열적피로에-.

의한 내부 구조 손상 및 발생 근CHIP CHIP Crack ,

본적인 원인은 열적 피로에 의한 Mechanical

발생으로 내부 의 힘이 약화 되어 문Stress Strength

제를 유발함

공정에서 을 실시하는 과정에서 온-.SMT Soldering

도 관리를 잘못할 경우 칩형저항기 파손 및profile

특성 열화를 촉진 할 수 있음

관련제품 혹은-.

에 적용된PCB,PBA

회로의 동작 및 특

성 불량을 유발함

저항기 변색 저항치증대 단선, ,

온도 직로전계 의 환경에 노출되엇을 경우 결로-.“ + ”

혹은 직류 플스부하에 의해 발열부품의 전해부식이,

발생됨

발열부품의 전해-.

부식

다이오드내구수명반감

동작불량

과도전류에 의한 혹은 값의 과-. Over Heat Timax

도 현상으로 인하여 의 특성 상실 혹은, Dilde

접합부 온도의 급격한 상승으로 인한 다이오Diode

드 파손등의 현상 발생

각종 혹은-. Diode

전력 등Diode

- 15 -

하우징에 대한 고장모드 및 고장원인하우징에 대한 고장모드 및 고장원인하우징에 대한 고장모드 및 고장원인하우징에 대한 고장모드 및 고장원인5.5.5.5.

항목

목록부분품 고장모드 고장원인 고장영향

하우징 모터커버

부품의 변형으로 인한

와의 취부조건 문제SET

및 형합이 제대로 되지 않

을 경우 작동시 소음을 유

발시킴

의 변형 및 각 조립부품의 치수공차 설계-.Cover

시 잘못된 o

적용등으로 제품의 작동 소음 유발-.Level

소음-.

커넥터 통전불량,Open

접촉저항 증가로 인한 접촉장애 문제 유발-.

플러그 연결부분의 납땜 불량 및 연결부위 단선-.

발생에 의한 통전불량

플러그 및 잭의 치수문제로 인하여 불-. , Matching

일치로 통전문제 유발

습기 침투로 인한 플러그 표면의 부식에 의한 통-.

전 및 접촉 불량.

제품 및 부품의-.

기능 상실

커넥터

(4Pin

파손 및Locking System

기능상실

의 삽입부 구조결함 혹은 진동에 의한 이-.Pin PIN

탈문제 발생

작업시 작업자의 작업표준 미준수로 인한 이-. Pin

탈문제 유발됨

제품 혹은 부품-.

의 기능 상실

철

과다한 습기에 제품이 노

출되는 경우 내식성이 결

여된 제품의 경우 부식으

로 인하여 제품의 기능이

상실 됨

하절기 혹은 주변 환경자체가 다습할 경우 철강-.

제품의 재질이 내식성이 약한 경우 산화될 수 있는

성질이 강하게 되며 이러한 이유로 인하여 제품의,

내부구조 혹은 외부표면의 손상이 발생 된다

제품의 특성열화-.

합금 황동(

양백 스, ,

텐레스

등)

파손.동합금 혹은 염화물 스텐레스 등이 응력에 노출-. ( )

될 경우 파손되는 문제를 유발한다.파손-.

강( )鋼 파손.도금표면을 산으로 세척하는 경우 수소취성에 의-.

해 도금면이 파손되는 문제 발생파손-.

커넥터

미세분진 및 각종 분진에

의한 통풍구 및 방열구의

차단으로 인하여 방열문제

발생

미세분진의 침적에 의한 통풍구 및 방열구 막힘-.

과 방열판의 방열구조에 악영향을 미침으로써 방열

문제 유발시킴

방열불량-.

플라스틱압력에 의한 제품의 변형

발생

내부압력에 의한 제품의 기구적인 메카니즘변형-.

및 구조변경

제품변형 및 구-.

조변경

플라스틱부압에 의한 제품 변형 및

기구적인 파손 유발

부압에 의한 내부압력 소진에 근거하는 문제 발-.

생

제품의 기능 상-.

실 혹은 파손

- 16 -

시험항목 비교표시험항목 비교표시험항목 비교표시험항목 비교표6.6.6.6.

비고 시험방법 규격이 있음 조사된 규격이 없음1. . × .○

은 송풍기 모터에 한정된 시험이 아니라 전장부품에 대한 환경시험2. JASO D001

을 통칙하는 규격임을 참고로 밝힌다.

- 17 -

하우징에 대한 고장모드 및 고장원인하우징에 대한 고장모드 및 고장원인하우징에 대한 고장모드 및 고장원인하우징에 대한 고장모드 및 고장원인5.5.5.5.

평가항목 시험방법 A 시험방법 B 시험방법 C 시험방법 D

성능1.

시험

상온 상습조건- ,

전압 실제전압- 12V or

- Air flow resistance

분이상 작동 후 출력특성측정-30

전류 회전수( , )

정압특성 풍량- ( )

무부하 및 부하시-

의 성능측정 도면:

사양 만족

성능시험은 도면사양

을 따르는 것을 원칙

으로 한다.

최고 속도로 분간 운전 후- 2

전류 소비량을 측정한다.

시동전압은 이하로 이- 3V Fan

기동하여야 한다.

출력특성은 동안- 15±1min

온시조건에서 운전한후 출력특

성값을 측정한다 출력특성곡.(

선)

소음2.

시험

방음실 암소음 이하 에서- ( 30dB )

와 을 이용하여 모터Flange String

를 수평하게 설치

마이크로폰을 모터 후방- 10cm

에 설치 스케일 하고 정격회전(A ) ,

수 에서 측정하여 소음(1000rpm)

전자음 풍음 은 도면 규( , ) Level

격치를 만족할 것

등에 공진점이- Blower, braket

없고, Brushdma, Bearingdma

등 이상음의 발생이 없을 것

스폰지위- 15mm ,

수편선상 150mmrjfl

에서 측정

무부하 상태-

(1500rpm)

규정값 이하-

모터의 냉각홀에서

의 위치에서100mm

트렉킹 데이터 및

시 분석데이1500rpm

터를 측정한다

-

전자3.

파시험

1. Conducted emission

에서: CISPR/D 25 Table 6,7

이하일 것class 3 level

2. Radiated emission

에서: CISPR/D 25 Table 10,11

이하일 것class 3 level

- -

1. Electromagnetic capability

자체규격 정리-

2. Vehicle-MF-short

distance radio shielding

절연4.

저항

시험

절연저항계를 사용하- DC 500V

여 전원선과 하우징 그리고 전원

선과 축 사이의 절연 저항을 측

정하여 이상이어야 한다1㏁

터미널과 샤프트-

간의 이상1㏁- -

비고 표시부는 좌측의 규격과 동일함1. ←

지정은 인수 인도 당사자의 협정을 의미함 이하 동일2. ( )ㆍ

표시는 지정되지 않았거나 미확인 상태임 이하 동일3. - ( )

- 18 -

내진동시험내진동시험내진동시험내진동시험8.8.8.8.

항목 JASO D001 시험방법 A 시험방법 B 시험방법 C 시험방법 D

장착상태1.

실차장착상태-

비작동상태-

작동상태-

의KS R 1034

에 의한 시험4G

실차장착상태-

비작동상태-

작동상태-1. Sine vibrating test

- Frequency : 10 ~ 300Hz

- Wweep rate : 1Hz/s

- Acceleration : 10m/s

2rms

2. Wide band noise

- Frequency : 10 ~ 1000Hz

- Power spectral density :

5.3m2/s

2at 10Hz

0.179m2/s

2at 300Hz

0.0162m2/s

2at 1000Hz

- Acceleration : 15m/s

2rms

진동주파수2. - 5~200Hz - 66.70Hz - 66.70Hz

입력진동3.

가속도- 44.1m/s

2- 21.5m/s

2

- 28.4m/s2

- 21.5m/s2

- 28.4m/s2

시험시간4.

상하- : 4h

좌우- : 2h

전후- : 2h

시간 시간8 + 8

상하- : 4h

좌우- : 2h

전후- : 2h

시간 시간8 + 8

상하- : 4h

좌우- : 2h

전후- : 2h

시험모드5.

및 진동형태사인파형태- 사인파형태-

주파수6.

변환조건

기타7.

변형 이상음,

없어야 함.

성능만족

비작동상태에서는

로-40 , 80℃ ℃

나누어 시험

변형 이상음 없,

어야 함 초기성.

능의 이내15%

비작동상태에서는

로-40 , 80℃ ℃

나누어 시험

-

분진시험분진시험분진시험분진시험9.9.9.9.

항목 JASO D001 시험방법 A 시험방법 B

먼지농도1. 100mg/m3

← ←

시험온도2. (20=15)℃ 상온 ←

상대습도3. 45~85% 상습 ←

교반주기4. 5sec 5sec ←

정지시간5. 15min 10min ←

반복합계6.

시간( )8h 8h 8h

기타7. - JIS D 0207 F3전압인가 : 12V

의 종 종 더스트사용JIS Z 8901 6 , 8

전원인가 : 13.5V

의 종 종 더스트사용JIS Z 8901 6 , 8

- 19 -

온습도 시험온습도 시험온습도 시험온습도 시험10.10.10.10.

평가항목 시험방법 A 시험방법 B 시험방법 C 시험방법 D

저온

시험

작동( ,

시동,

방치)

에서 시간 이상 방치- -30 2℃

후 상온 에서 분 운전, 10V 15

이상소음이 없고 성능저하는-

초기출력전류의 이하일 것5%

냉열반복( )

분 분80 (60 ) 3℃ → →

분 분30 ( 6 0 ) 3 ,℃ →

실시10cycle

초기성능의 이- 15%

내 이음 및 파손 없,

을 것

블로우 유닛 스크롤 을 차- ( )

량에 장착시킨 자세로 고정

하여 분위기온도 에서-30℃

시간 이상 방치 후 등일조2 ,

내에서 를 인가하고 팬2.5V

회전이 안정될때까지 시간을

측정 전류파형에서 확인( )

초 이내에서 팬회전이 안- 2

정할 것.

기동후 분 운전시 이음발, 15

생이 없을 것 저온기동시험( )

에서- -40±3 8±0.5h℃

방치

응축수에서 방치- 485h

정류자

환경시험

내한성,

내열성

시험

단자전압- 13.5V, Hi(15h),

시간 연속운전후 정Lo(225 )

류자 편간 가 발생하지SHOT

않을 서r .

-

온습도사

이를 시

험

- -

블로우 유닛 스크롤 을 차- ( )

량에 장착시킨 자세로 무통

전하여 상온(1H) 85 (4H)→ ℃

패40 (10H) 40 (2H)→ ℃ → ℃

턴을 사이클 운전한다 고10 .

온상온에서는 전압 습13.5V ,

도 이고 저온에서는95±5%

습도없이 무통전으로 시험한

다.

시험평가 이상소음이 없- :

고 소음은 이하37dB

회전수(N=1500RPM), -7%

이내 입력 이내, +7%

에서- 110±2.5℃

방치16±0.5h

시험완료후 기능상 이-

상이 없어야 한다.

- 20 -

냉각팬 모터의 수명평가시험냉각팬 모터의 수명평가시험냉각팬 모터의 수명평가시험냉각팬 모터의 수명평가시험11.11.11.11.

수명평가시험항목이 신뢰성평가항목에서 중요한 부분을 차지한다 기존에 내구 또.

는 내구작동시험으로 얼마간의 시간만큼 시험하여 통과하면 되는 것이었으나 본 과

제에서의 수명평가시험은 말 그대로 제품의 수명을 확인하는 시험이라고 할 수 있

다 기본성능평가시험과 내환경성 평가시험과 마찬가지로 이 시험의 평가조건과 평.

가방법을 결정하는 중요한 요소가 고장모드이다 물론 시험방법과 조건은 제품이.

사용되는 실 환경을 고려하여 최대한 실차환경조건을 구비하여 시험하는 것이 원칙

이다 따라서 이 평가를 위해서는 실제 데이터 실제 환경스트레스 시료수 전제조. , , ,

건들이 중요한 요소라고 할 수 있다.

수명평가시험 시 중요한 것 중에 하나가 시료수이다 일반적으로 내구시험에는 시.

료수가 개 이상 사용하였으나 수명평가시험을 통하여 통계적인 기법으로 수명을2

예측하고 산출하기 위해서는 최소한의 시료가 필요하다 따라서 수명평가에 필요한.

신뢰성 샘플링에 대하여 언급하고자 한다.

와이블 분포에서 소비자 위험 종 오류 이 합격 판정 개수가(2 ) ,β C일 때 샘플 수 n

은 다음과 같다.

B10 수명을 보증할 경우 위치 모수 이고 누정 고장율이 적을 때 이하= 0 (20% )μ

누적 고장을 F(t)는 식 와 같고 샘플 수(2) n 은 식 과 같다(3) .

(3)

이 때 샘플 수는 시험시간 보증하고자하는( B10 수명과의 비 과 형상 모수 신뢰 수) ,

준 합격 판정 개수에 의하여 정하여진다 또한 샘플 수를 정하고 이에 대한 시험시, .

간을 정할 수도 있다 와이블 해석을 하려면 개 이상의 데이터가 필요하므로 시료. 5

수는 개로 하였다 와이블 분포에서 형상 모수6 . m을 로 가정하고 신뢰수준5 , 90%

합격판정계수( = 0.1),β C 일 때 샘플수가 개이면 시험시간은 다음과 같다= 0 6 .

- 21 -

즉 개의 샘플로 보증하고자 하는, 6 B10 수명의 배 시험을 하여 고장이 개도1.2950 1

없으면 B10 수명을 의 신뢰 수준으로 보증할 수 있다90% .

본 기준에서는 수명 데이터로부터 형상 모수를 추정하므로 고장이 발생할 때까지

시험을 하여야 하며 추정된 형상모수가 가 아닐 경우 식 를 이용하여 시험시간5 (4)

을 다시 계산하고 개의 수명 데이터가 모두 시험시간을 초과할 경우에 신뢰 수준, 6

로90% B10 수명을 보증한다 형상모수와 시험시간과의 관계는 표.**와 같다.

표 형상 모수와 시험시간과의 관계표 형상 모수와 시험시간과의 관계표 형상 모수와 시험시간과의 관계표 형상 모수와 시험시간과의 관계1111

즉 시험 시간이 보증하고자 하는 평균수명과 같을 때 개 개 개 개 개, 6 , 8 , 10 , 15 , 20

의 샘플에 대하여 시험하고 고장이 개도 없으면 목표수명을 의 신뢰도로 보증1 90%

할 수 있다.

수명평가시험은 수명을 예측하기 위한 시험항목이므로 가장 중요한 시험이라고 할

수 있다 실주행모드와 유사한 모드로 시험을 수행하여 냉각팬모터의 작동. FTP-75

시간을 산정하여 수명평가시험의 근거로 하였다 먼저 전제조건은 자동차부품인 경. ,

우 정비지침서상 만 까지 표현됨 교환 또는 정비주기가 없는 부품은 자동차(10 km )

수명과 동일하다고 가정할 경우 일반적으로 통용되고 있는 자동차 수명에 근거하여

년 또는 를 보증하는 것으로 간주한다 본 신뢰성 평가시험에 소요되10 160,000km .

는 시험시간의 산정을 위한 자료로서 각 국가별 차량의 평균 주행거리는 자동차공

업협회와 교통안전공단의 통계 조사자료 차량의 평균 주행속도에 관하여는 유럽의,

연비인정 모드에 사용되는 모드 주행평균속도는 와 미국ECE-15+EUDC ( 33.8km/h)

의 연비시험 시 사용하는 모드의 주행평균 속도를 이용하였다 모FTP-75 . FTP-75

드의 주행평균 속도는 이다 여기서는 시험시간 산정을 위하여34.06km/hr .

모드의 주행평균 속도를 채택하였다 또한 각국의FTP-75 . DOT(Department of

에서 조사한 통계자료에 따르면 승용차 기준으로 연간 주transportation) 16,197km

행하므로 일 평균 주행거리는 이다 따라서 일 평균 차량운행시간은1 44.38km/day . 1

- 22 -

일 일 이다 그럼 년 기분으로는 차량운행 시1.301hr/ {(44.38km/ ) / (34.1km/hr)} . 10

간은 시간 일 일 년 이다 기준으로 주행시간4,749 {(1.301h/ )x(10x365 /10 )} . 160,000km

을 산정하면 시간 이다 훨씬 더 가혹한 조건은4,692 (160,000km/h ÷ 34.1km/h) .

시간이므로 이 주행시간을 기준으로 실제 주행시간시 냉각팬의 작동시간을 측4,749

정하여 작동시간을 산정하였다.

그림그림그림그림 1 FTP 75 Mode1 FTP 75 Mode1 FTP 75 Mode1 FTP 75 Mode

실 도로주행을 통하여 냉각팬의 작동시간을 매초마다 출력전압으로 데이터를 얻어,

이를 카운팅하여 실제 작동시간을 산정하였다 따라서 본체에서 표 의 사용환경. , 2

에서 작동시간은 약 시간이 산정되었으며 이 작동시간을 만족하면 년 또는1,200 10

를 신뢰수준160,000km 90%, B10 수명을 보증할 수 있다.

- 23 -

그림 차량 측정 데이터그림 차량 측정 데이터그림 차량 측정 데이터그림 차량 측정 데이터2.2.2.2.

도로운전 표준에 관하여는 자동차부품연구원에서 개발한 운전 프로파일에 따라 고

속도로 시내도로 일반국도의 도로종류별 구성비율에 따르는 것으로 하였다, , .

표 도로 운전 프로파일에 따른 작동회수표 도로 운전 프로파일에 따른 작동회수표 도로 운전 프로파일에 따른 작동회수표 도로 운전 프로파일에 따른 작동회수2222

- 24 -

제 장 신뢰성 향상 사양제 장 신뢰성 향상 사양제 장 신뢰성 향상 사양제 장 신뢰성 향상 사양4 Model4 Model4 Model4 Model

제 절 신뢰성 향상 대상 의 선정제 절 신뢰성 향상 대상 의 선정제 절 신뢰성 향상 대상 의 선정제 절 신뢰성 향상 대상 의 선정1 Model1 Model1 Model1 Model

대상 특장차 군수용 냉각팬1. Model : ( ) Motor

선정 사유2.

가 특장차용으로 공급 중인 제품.

나 사업화 초년도로 품질의 안정화 및 신뢰성 검증이 필요함.

다 군수용 특장차로 수량은 많지 않으나 성능 품질 및 특히 신뢰성이 중요함. ,

라 민수용 자동차 의료기기 등으로 확대가 예상됨. ,

마 관련 회사로부터 신뢰성 평가 자료의 요구가 많음.

대상 의 사양3. Model

가 신뢰도 및 장 수명 필요. BLDC Motor ( )

나 이하 이상. DC 24V, 2A , 1200RPM

다 온도상승 이하. : 40deg

라 절연저항 메가로 측정하여 충전부와 비충전부 사이의 절연저항은. : 500V 1MΩ

이상 일 것

마 내전압 정현파 전압을 충전부와 비충전부 사이에 인가하여 이상. : 500V, 60Hz

이 없을 것

바 컨트롤러 는 에 내장 되어 있을 것. Drive ( ) Motor

사 수명 이상 일 것. : 15,000 HR

제 절 기존 제품의 분석제 절 기존 제품의 분석제 절 기존 제품의 분석제 절 기존 제품의 분석2222

구조1. BLDC Motor

가 와 일체형 구조로 설계 내장형 구조. Drive Motor ( Drive )

나 를 삭제하고 일체형 구조로 하여 센서 의 단선등에 의한 신뢰성. Lead wire Wire

문제를 사전 차단

다 는 외부 분진으로부터 보호하기 위하여 밀폐형 구조로 설계. Motor

라 습기 분진 등 주위 환경에 취약한 는 처리. , Drive Moulding

- 25 -

특성 설계2. Slotless BLDC Motor

가 설계 프로그램을 이용 기구적 사양 전기적 사양 설계. ,

나 보유 금형을 변형하지 않고 최대한 사용 할 수 있도록 설계.

다 설계 결과. Simulation

역기전압(1) : 14.34 v/krpm

상수(2) Torque : 19.39 oz.in/amp

역기전력(3) : 0.136 v/r/x

잔류자속밀도(4) : 6983 Gauss (wb/m2)

총 도체수(5) : 1200

무부하 속도(6) : 1673rpm

제 절 설계 사양제 절 설계 사양제 절 설계 사양제 절 설계 사양3333

설계 프로그램을 이용 기구적 사양 설계 설계1. (Simulation )

- 26 -

설계 프로그램을 이용 전기적 사양 설계2.

- 27 -

부품3. Motor part list( )

- 28 -

4. Drive part list

가. Main Drive

- 29 -

나 센서. Drive

- 30 -

다 내장형. Drive

라 내장형 회로도. Drive

- 31 -

제 절 품질 신뢰성 평가 자체 평가제 절 품질 신뢰성 평가 자체 평가제 절 품질 신뢰성 평가 자체 평가제 절 품질 신뢰성 평가 자체 평가4 , ( )4 , ( )4 , ( )4 , ( )

무부하 검사 차 조립 시료 전수 검사 실시함1. (1 )

가 시험 전압은 로 함. DC 24V

나 평균값 전류 회전수. 0.12A, 1600RPM

다 검사시 특이한 문제점은 발견되지 않음.

기본성능 평가 자체 시험2. ( )

상기 규격은 규격임1) USER

사양을 변경하지 않고 동일하게 적용2) DC Motor BLDC Motor

전류 및 회전수만 관리 규격임3)

완 제품의 품질특성은 양호함4)

- 32 -

성능 시험 시험3. Motor (Torque )

가 종합 시험기 시험. (Torque meter) Data (DC 24V)

- 33 -

나 곡선 곡선. N-T (RPM, Torque )

자로 분석4. Slotless BLDC Motor

자로를 구성하는 에 이 없는 구조로 에서 발생하는 자계가 찌그러지Stator Slot Slot

지 않고 일정하여 에서 발생하는 가 적은 구조이다Motor Noise .

그림 의 자속의 흐름그림 의 자속의 흐름그림 의 자속의 흐름그림 의 자속의 흐름: Slotless BLDC Motor: Slotless BLDC Motor: Slotless BLDC Motor: Slotless BLDC Motor

생산 기술 연구원 분석 자료생산 기술 연구원 분석 자료생산 기술 연구원 분석 자료생산 기술 연구원 분석 자료

- 34 -

제 장 신뢰성 평가 시험제 장 신뢰성 평가 시험제 장 신뢰성 평가 시험제 장 신뢰성 평가 시험5 (KATECH )5 (KATECH )5 (KATECH )5 (KATECH )

자동차에 사용되고 있는 모터류는 대부분 소형 모터가 주로 사용되고 있으며DC

모터의 적용은 아직 미흡한 수준이다 기존의 모터는 구조적으로 정류자BLDC . DC

와 브러시의 마찰에 의해 발생되는 신뢰성의 저하 수명단축 유지 보수의 필요성이, ,

대두되어 개선이 요구됨에 따라 모터의 장수명의 특징과 고에너지 밀도를 갖BLDC

는 마그네트를 이용한 고효율화 및 소형화가 유리하다는 장점을 가지고 있어 반도

체 및 가전기기 정밀기기 등에 적용되고 있으며 이를 자동차의 냉각팬에 적용시켜,

저소음 및 진동감소 내구성향상 및 신뢰성 향상 기술을 확보하여 부품의 안정성을,

얻고자 한다.

본 과제에 적용하고자 하는 모터는 자동차용 냉각팬 모터로서 일반 승용차가BLDC

아니라 군수용 차량의 실내 루프에 장착되어 차안의 공기를 순환시켜 주는 역할을

하는 부품이다 따라서 이 부품은 온도범위는 실내 온도범위를 고려하고 진동은 차.

체 진동을 고려하여 시험방법을 적용 하여야 한다 그리고 본 모터는 컨트롤. BLDC

러가 내장되어 있어 온도 및 진동에 내구성을 가져야 한다.

구체적인 시험방법이 제시되어 있지 않은 제품이므로 기존에 사용된 자동차용 냉각

팬 모터의 시험에 적용하여 차 신뢰성 시험을 진행하였고 컨트롤러의 내성을 알아1

보기 위하여 초가속수명 시험을 진행하였다 아래 표 은 신뢰성 시험항목들이다. 1 .

표 모터의 시험항목표 모터의 시험항목표 모터의 시험항목표 모터의 시험항목1 BLDC1 BLDC1 BLDC1 BLDC

시험항목 시료수 비고

기본성능

전기적 성능시험 전수 ○

소음시험 전수 ○

저온기동시험 2 ○

절연저항시험 2 ○

내환경성

내진동시험 4 ○

분진시험 2 ○

온습도사이클 2 ○

내열성시험 2 ○

내한성시험 2 ○

시험HALT 6 ○

- 35 -

제 절 냉각팬의 구성품제 절 냉각팬의 구성품제 절 냉각팬의 구성품제 절 냉각팬의 구성품1 BLDC1 BLDC1 BLDC1 BLDC

이 부품은 모터만 생산되어 기존의 팬과 시라우드에 장착하여 성능을 확인한다 각.

각의 사진들은 냉각팬의 구성품들이다 모터의 제품명은 구급차 전압은. BLDC LU ,

정격회전수는 이상 회전수 오차범위는 회전방향은DC24V, 1200RPM , ±10%,

최대전류는 이하이다CW/CCW, 2A .

그림 냉각팬 구성부품그림 냉각팬 구성부품그림 냉각팬 구성부품그림 냉각팬 구성부품1111 그림 모터가 장착될 시라우드그림 모터가 장착될 시라우드그림 모터가 장착될 시라우드그림 모터가 장착될 시라우드2 BLDC2 BLDC2 BLDC2 BLDC

그림 풍량을 불어줄 날개팬그림 풍량을 불어줄 날개팬그림 풍량을 불어줄 날개팬그림 풍량을 불어줄 날개팬3333 그림 시라우드 덮개그림 시라우드 덮개그림 시라우드 덮개그림 시라우드 덮개4444

- 36 -

그림 모터 컨트롤러 내장형그림 모터 컨트롤러 내장형그림 모터 컨트롤러 내장형그림 모터 컨트롤러 내장형5 BLDC ( )5 BLDC ( )5 BLDC ( )5 BLDC ( )

제 절 신뢰성 시험제 절 신뢰성 시험제 절 신뢰성 시험제 절 신뢰성 시험2222

전기적 성능시험1.

이 시험은 모터의 출력 특성을 측정하는 시험으로 모터성능시험기(1N m,ㆍ

에 모터 단품을 부착시키고 모터의 출력토크 전류 회전수 인가전압 효5000rpm) , , , ,

율을 확인할 수 있는 시험이다 이 시험은 초 이내 측정을 하였으며 전 시료에. 10

대하여 시험을 실시하였다 시험전압 를 인가하여 정격토크와 및 의. 24V CW CCW

정격회전수 및 정격전류값을 알아보았다 거의 일정한 값들을 얻을 수 있었다. .

그림 모터의 전기적 성능 시험그림 모터의 전기적 성능 시험그림 모터의 전기적 성능 시험그림 모터의 전기적 성능 시험6666

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표 전기적 성능 시험 결과표 전기적 성능 시험 결과표 전기적 성능 시험 결과표 전기적 성능 시험 결과2222

소음시험2.

소음시험은 모터 단품으로 소음정도를 알아보기 위하여 시험을 실시하였으며BLDC

시험장소는 주위의 반사음에 대한 영향이 없어야 하고 측정장소는 측정시표의 소음

보다 이상 소음레벨이 낮아야 하고 청감보청회로는 특성을 소음계의 동특10dB(A) A

성은 빠름 를 사용하여 작동조건에서 모터축을 중심으로 거(FAST) 1200RPM 10mm

리에서 마이크로폰을 장착하여 소음레벨을 측정한다 이때의 소음레벨은 이. 45dB(A)

하의 값을 얻었다.

그림 모터 소음 시험그림 모터 소음 시험그림 모터 소음 시험그림 모터 소음 시험9 BLDC9 BLDC9 BLDC9 BLDC

- 38 -

표 소음 시험 결과표 소음 시험 결과표 소음 시험 결과표 소음 시험 결과3333

저온기동시험3.

이 시험은 모터 단품상태가 아니라 차량장착상태와 유사하게 냉각팬 유닛상태에서

시험을 실시한다 기온이 낮은 겨울의 경우 방치 상태에서 갑자기 작동시켰을때 원.

할이 이루어지지 않는 경우가 발생하므로 이를 위한 시험이다 시험방법은. -30℃

에서 시간동안 방치하고 동일조내에서 팬회전이 작동하는지를 확인한다 최±3 2 .℃

저 팬작동전압은 이고 이때의 팬회전 안정시간은 초 초였으며 기동11V 4.47 , 4.99

후 이음발생은 없었다.

그림 저온기동시험그림 저온기동시험그림 저온기동시험그림 저온기동시험10101010 그림 저온 기동 시간 그래프그림 저온 기동 시간 그래프그림 저온 기동 시간 그래프그림 저온 기동 시간 그래프11111111

- 39 -

표 저온기동시험 결과표 저온기동시험 결과표 저온기동시험 결과표 저온기동시험 결과4444

시료 팬회전의 안정시간 분위기 온도 기동 후 이음발생정도

23 4.47 sec -30 ± 3℃ ℃ 이음발생 없음.

24 4.99 sec -30 ± 3℃ ℃ 이음발생 없음.

절연저항시험4.

이 시험은 모터의 외함 및 전원선 하우징과 축사이 등의 절연저항을 측정하는 시,

험이었으나 본 모터는 절연물체의 통전부와 비통전부로 나누어져 있지 않았BLDC

으므로 절연시험이 의미가 없는 것으로 판단됨.

그림 절연저항 시험그림 절연저항 시험그림 절연저항 시험그림 절연저항 시험12121212

분진시험5.

분진시험은 냉각팬이 대기중의 먼지에 노출되어 있으면 이에 대한 분진내성을 확인

하기 위한 시험으로 분진은 포틀랜트시멘트를 사용하였고 교반주기는 초5 ON, 10

분 주기로 회를 반복하여 시간 시험을 실시하며 이때 송풍기모터는 전원OFF 47 8

인가상태이여야 한다 시멘트 가루가 침투되어 기능상 문제를 유발하는지를 정확하.

게 확인하고 전기적 성능 및 소음에 이상이 없는지를 확인해야 한다 이 시험은 냉.

각팬 유닛상태에서 시험을 실시한다.

- 40 -

그림 분진시험그림 분진시험그림 분진시험그림 분진시험13131313

표 분진시험 결과표 분진시험 결과표 분진시험 결과표 분진시험 결과5555

온습도 사이클 시험6.

아래 그림과 같이 고온 상온 저온조건과 습도조건 그리고 작동조건에서 시험을, , ,

실시한다 이 시험은 냉각팬 유닛상태에서 시험을 실시하며 이때의 인가전압은. 24V

이어야 한다 온습도 시험을 하여 기능상 문제를 유발하는지를 확인하고 전기적 성.

능 및 소음에 이상이 없는지를 확인해야 한다 이때의 시험결과를 보면 특별한 이.

상이 없었다.

그림 온습도 사이클 조건그림 온습도 사이클 조건그림 온습도 사이클 조건그림 온습도 사이클 조건14141414 그림 온습도 사이클 시험그림 온습도 사이클 시험그림 온습도 사이클 시험그림 온습도 사이클 시험15151515

- 41 -

시료시험전압

(V)소음(dB)

Torque

(kgcm)

회전수

1200 rpm

이상

전류(A)

13 24 42.1 1.08 1368 0.9

14 24 43.5 1.08 1362 0.9

표 온습도 사이클 시험 결과표 온습도 사이클 시험 결과표 온습도 사이클 시험 결과표 온습도 사이클 시험 결과6666

그림 시료 온습도사이클 시험 후 상태그림 시료 온습도사이클 시험 후 상태그림 시료 온습도사이클 시험 후 상태그림 시료 온습도사이클 시험 후 상태16 #13 (1)16 #13 (1)16 #13 (1)16 #13 (1)

그림 시료 온습도사이클 시험 후 상태그림 시료 온습도사이클 시험 후 상태그림 시료 온습도사이클 시험 후 상태그림 시료 온습도사이클 시험 후 상태17 #13 (2)17 #13 (2)17 #13 (2)17 #13 (2)

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그림 시료 온습도사이클 시험 후 상태그림 시료 온습도사이클 시험 후 상태그림 시료 온습도사이클 시험 후 상태그림 시료 온습도사이클 시험 후 상태18 #1418 #1418 #1418 #14

내열 및 내한성 시험7.

냉각팬 유닛상태에서 시험을 실시하며 내열성시험에서는 에서 시간 방80 ±3 72℃ ℃

치한 후 의 전압을 인가하여 시간 운전하고 전기적성능 및 소음을 측정한다24V 1 .

내한성시험은 에서 시간 방치한 후 의 전압을 인가하여 시간 운-30 ±3 72 24V 1℃ ℃

전하고 전기적성능 및 소음성능을 측정한다 이때의 시험결과를 보면 특별한 이상.

이 없었다.

표 내열 및 내한성 시험 결과표 내열 및 내한성 시험 결과표 내열 및 내한성 시험 결과표 내열 및 내한성 시험 결과7777

그림 내열 및 내한성 시험그림 내열 및 내한성 시험그림 내열 및 내한성 시험그림 내열 및 내한성 시험19191919

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내 진동 시험8.

냉각팬 모터는 송풍기 유닛을 차량장착상태와 유사한 조건으로 고정하여 시험하며

전원을 인가하지 않은 비작동 상태와 전원을 인가하여 동작시킨 상태에서 각각 별

도로 시험을 실시하였다 시험조건은 다음과 같다. .

가 비작동상태가 비작동상태가 비작동상태가 비작동상태.... 시험전압은 시험온도는 에서 실시한다 시험시간0V, -40 , 80 .℃ ℃

은 상하 시간 에서 시간 에서 시간 좌우 시간 에서 시간4 (-40 2 , 80 2 ), 2 (-40 1 ,℃ ℃ ℃

에서 시간 전후 시간 에서 시간 에서 시간 시험한다 가진 조80 1 ), 2 (-40 1 , 80 1 ) .℃ ℃ ℃

건은 21.5m/s

2로 한다{2.0G}, 66.7Hz .

나 작동상태나 작동상태나 작동상태나 작동상태.... 시험전압은 시험온도는 시험시간은 상하 시간 좌우13V, 20 , 4 , 2℃

시간 전후 시간 시험한다 가진 조건은, 2 . 28.4m/s

2로 한다{2.9G}, 66.7Hz .

각각 시간 시험을 실시한 후 외형상 변형 균열 등을 점검하고 시험 후 성능시험8 , ,

및 소음시험을 실시하여 초기성능을 만족하는지를 확인하였다 그 결과 특별한 이.

상은 없었으며 기준을 만족하였다.

표 내진동시험 후 성능 및 소음시험결과표 내진동시험 후 성능 및 소음시험결과표 내진동시험 후 성능 및 소음시험결과표 내진동시험 후 성능 및 소음시험결과8888

비작동 상태(a) 작동 상태(b)

그림 내진동 시험그림 내진동 시험그림 내진동 시험그림 내진동 시험20202020

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초가속수명시험9. (HALT : High Accelerated Lift Test)

이 시험은 가속스트레스 시험이라고도 하는데 어셈블리 유닛 등에 결점을 가속할,

수 있는 스트레스를 인가하여 설계상의 약점과 설계여유를 확인하고 강건설계를 하

기 위한 시험이다 에서 스트레스 범위를 작동한계와 파괴한계로 구분하는데. HALT

작동한계는 어떤 스트레스 온도 진동 수준에서 아이템이 기능을 수행하지 못하거( , )

나 성능이 규격을 벗어나지만 스트레스가 줄어들거나 제거되면 아이템이 정상으로

회복되는 스트레스 수준으로 작동한계하한과 작동한계상한으로 구분한다 여기에는.

주로 온도계단형 스트레스 진동계단형 스트레스 온도 및 진동 복합시험으로 구분, ,

하여 시험을 실시하였다 온도시험에는 과 급속. Cold step stress hot step stress,

온도변화스트레스 으로 나누어 실시하였다(rapid thermal transitions test) .

그림 시험방법그림 시험방법그림 시험방법그림 시험방법21 HALT21 HALT21 HALT21 HALT

그림 모터의 시험그림 모터의 시험그림 모터의 시험그림 모터의 시험22 BLDC HALT22 BLDC HALT22 BLDC HALT22 BLDC HALT

가 온도 계단형 스트레스 시험.

시 험 명 : Cold & Hot Step Stress◎

시 험 일 : 2005.03.12◎

- 45 -

시험방법 온도스텝스트레스 시험: (Thermal Step Stress Test : Cold, Hot)◎

상온 에서 시작하여 간격으로 온도를 증가 감소- (20~30 ) 10℃ ℃ ㆍ

온도유지 시간은 시료의 온도가 충분히 안정화 될 수 있는 시간을 설정 분- : 10

시료의 작동한계까지 계속 온도 증가 감소 챔버의 최대 온도범위까지 시행- orㆍ

작동한계가 결정후 씩 온도를 변화시켜 파괴한계나 챔버의 최대 온도 범위- 10℃

까지 시행

그림 온도스텝스트레스 시험그림 온도스텝스트레스 시험그림 온도스텝스트레스 시험그림 온도스텝스트레스 시험23232323

표 시험결과표 시험결과표 시험결과표 시험결과9 Cold step stress9 Cold step stress9 Cold step stress9 Cold step stress

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표 시험결과표 시험결과표 시험결과표 시험결과10 Hot step stress (1)10 Hot step stress (1)10 Hot step stress (1)10 Hot step stress (1)

표 시험결과표 시험결과표 시험결과표 시험결과11 Hot step stress (2)11 Hot step stress (2)11 Hot step stress (2)11 Hot step stress (2)

- 47 -

시 험 명 : Thermal Shock◎

시 험 일 : 2005.03.13◎

시험방법 :◎ 급속온도변화스트레스 시험급속온도변화스트레스 시험급속온도변화스트레스 시험급속온도변화스트레스 시험(Rapid Thermal Transitions Test)(Rapid Thermal Transitions Test)(Rapid Thermal Transitions Test)(Rapid Thermal Transitions Test)

급속온도변화스트레스 시험은 일반적으로 사이클 시험이 완료되기 전에 시료의- 3

고장이 발생하지 않는다면 최소 사이클 시험을 수행 온도의 변화율은 장비가 허3 ,

용하는 범위 안에서 가능한 빨리 변화시킨다.

온도변화 범위는 과 의 범위 안에서 설정한다 예들 들어 만약- LOL UOL 5 .℃

이 이고 이 이면 최소한 허용되는 온도변화 범위는 와LOL -50 UOL +100 , -45℃ ℃ ℃

가 된다+95 .℃

온도 유지 시간은 시료에 부착되어 있는 열전대의 반응에 의하여 결정되며 최소-

한 분 이상이어야 한다 온도 유지 시간은 시료의 열 용량에 의해 변화될 수 있5 .

다.

그림 급속온도변화스트레스 시험그림 급속온도변화스트레스 시험그림 급속온도변화스트레스 시험그림 급속온도변화스트레스 시험25252525

표 급속온도변화스트레스 시험결과표 급속온도변화스트레스 시험결과표 급속온도변화스트레스 시험결과표 급속온도변화스트레스 시험결과12121212

Cycle 시험조건시험 결과 양호 불량 동작이상( : , ×, : )○ △

컨트롤러내장BLDC ( )

1

-90~110℃

Total

30min

에서 회전불안정 상온에선 정상작동110 .℃

2 상동

3 상동

4 상동

5 상동

비고모터내에 컨트롤러나 내장 시료가 열충격 시험에PCB

불안정

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진동 계단식 스트레스 시험2)

시 험 명 : Vibration◎

시 험 일 : 2005.03.13◎

시험방법 진동스텝스트레스 시험: (Vibration Step Stress Test)◎

진동 스텝스트레스 시험은 나 에서 시작하며 일반적으로 근씩- 5Grms 10Grms 5G

증가시키며 실험을 실시

최소 진동유지시간은 분이며 분의 진동유지간이 끝난 후에 기능적인 성능측- 10 10

정을 실시한다 기능측정은 각 단계마다 반드시 측정하여야 하며 최소 분의 시간. 10

은 유지하여야 한다.

진동시험은 시료의 까지 계속 실시하거나 챔버의 최고한계까지 시험을 실시- UOL

한다.

일단 작동한계가 결정되면 나 챔버 최고한계까지 시험을 실시한다- UDL .

그림 진동스텝스트레스 시험그림 진동스텝스트레스 시험그림 진동스텝스트레스 시험그림 진동스텝스트레스 시험26262626

표 진동스텝스트레스 시험 결과표 진동스텝스트레스 시험 결과표 진동스텝스트레스 시험 결과표 진동스텝스트레스 시험 결과13131313

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온도 및 진동 복합 스트레스 시험3)

시 험 일 : Combined Environment Test◎

시 험 일 : 2005.03.14◎

시험방법 복합환경스트레스 시험: (Combined Environment Test)◎

복합환경스트레스 시험은 사이클안에 파괴고장이 발생하지 않는다면 최소 사- 5 5

이클을 수행한다.

최소 유지기간은 분을 기본으로 한다- 10 .

진동조건은 진동스텝스트레스 시험에서 정해진 최대 진동조건을 단계로 나누어- 5

적용한다 예를 들어 진동스텝스트레스 시험에서 정해진 시료의 파괴고장이.

에서 발생하였다면 초기 진동조건은 가 되며 증가분은 역시35Grms 7Grms 7Grms

가 된다.

그림 복합환경스트레스 시험그림 복합환경스트레스 시험그림 복합환경스트레스 시험그림 복합환경스트레스 시험27272727

표 복합환경스트레스 시험 결과표 복합환경스트레스 시험 결과표 복합환경스트레스 시험 결과표 복합환경스트레스 시험 결과14141414

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제 장 신뢰성 개선 개발제 장 신뢰성 개선 개발제 장 신뢰성 개선 개발제 장 신뢰성 개선 개발6666

제 절 시험 결과 및 개선점제 절 시험 결과 및 개선점제 절 시험 결과 및 개선점제 절 시험 결과 및 개선점1111

신뢰성 시험 및 시 양산 결과에 따른 개선점1.

가 시험 결과.

기본 특성(1)

가 입력 전류 전압 회전수 등 양호한 결과 산출( ) , , , , Torque

나 최대 효율 개선 개발 필요 현재 목표( ) ( 72% 75% )→

신뢰성 시험 품질 특성(2) ( )

가 작업을 하지 않은 관계로 냉납 등의 품질 불량 발생( ) SMD

나 온도에 따른 신뢰성 문제점 예상( )

다 조립시 품질 문제점 발생( ) Motor

나 개선점 문제점. ( )

(1) Drive

가 정 역 기능 추가 회로 수정 보완 필요( ) ,

나 위치 변경 필요( ) MOS-FET

다 및 상회로 패턴 두께 수정 보완 필요( ) FEET POWER U. V. W

라 입력전원 케이블 연결 부위 패턴 보완 필요( )

마 부품별 온도 특성 상향 보완 필요 이상( ) (100 )℃

(2) Motor

가 개선 필요 두께에 적절한 개선 개발 필요( ) Winding JIG (Stator JIG )

나 압입 개발 필요 압입시 필요함( ) Frame JIG (Stator )

나 금형 수정 필요 에 고정 위치 향상 개선 필요( ) (Rear cover Drive )

다 및 개선하여 시생산 후 차 신뢰성 시험하기로 함( ) Motor Drive 2

- 51 -

제 절 작업 공정별 개선점제 절 작업 공정별 개선점제 절 작업 공정별 개선점제 절 작업 공정별 개선점2222

제조 공정도1. Speedyne Motor

- 52 -

공정별 개선점 공정별 문제점 및 대책2. Motor ( )

공정명 문제점 개선 대책

Coil Winding

권선 무효분 증가 정형 불량1.

권선후 인출이 어렵다2. Coil

권선 의 휨 발생3. JIG

권선 작업 저하4.

구조적으로 강도가 약하여 차 개5. 1

발권선 는 파손됨JIG

차 권선 취약 부분1. 1 JIG

보완 차 제작2 JIG

차 작업성 저하2. 2 JIG

차 개선 보완 설계3. 3 JIG

압입STATOR

에 를 열간 압입1. Frame stator

에 열을 가했을 때 열팽창이2. Frame

균일하지 않아 압입이 되지 않는 치명

적인 불량 발생

열간 압입은 불가 판정3.

압입 방법 변경1.

유압 프레스로 압입2.

압입시 발생하는 는3. Burr

제거후 조립

압입BEARING

수작업으로 에 삽입1. Shaft Bearing

가공 공차 불안정으로 조립2. Shaft

이 어려움

와 공차에 따른 소음3. Shaft Bearing

발생

가공 정밀도 개선1. Shaft

선반 가공 연마 변경( --> )

압입 제작2. Bearing JIG

DRIVE

구성 부품의 냉땜으로 인한1. Drive

불량 발생

소량으로 인하여 작업을 하지2. SMD

못하여 발생 수작업( )

작업 실행1. SMD

회로기판의 소자 위치 변2.

경

에REAR COVER

조립DRIVE

에 조립이1. Rear cover support nut

어려움

강도가 취약하여 조립2. support nut

시 부러짐

금형 수정1. Rear cover

에 부를2. Rear cover boss

만들어 를 제외support nut

하고 로 조립Screw

- 53 -

제 절 주요 부품의 개선제 절 주요 부품의 개선제 절 주요 부품의 개선제 절 주요 부품의 개선3 Motor3 Motor3 Motor3 Motor

신뢰성 시험 및 자체 품질 시험 결과를 토대로 하여 다음과 같이 개선 설계 하였

다.

주요 부품용도 및 변경1. Motor

가. MAGNET : N-38SH(Nd-Fe-B) , W12.8, L15, T6

효율 개선을 목적으로 두께를 으로 변경 설계Motor T5.5 T6→

현재 효율 개선 방 버중 가장ㅂ 경재적인 방법은 의 외경을 증가하여Rotor core

을 줄이는 것이지만 금형 수정 문제가 대두되어 차선책을 선택함Air-cap core .

나. BRACKET : ALDC, ID84.4, T13

를 에 부착하는 마운팅 구조물로 사용Motor Set AL Die-casting

다. FRAME : AL, ID74.4, OD78.2, L31.6

의 로 를 내장하여 외부로부터 를 보호하고 의 위치를Motor Case Stator Motor Cover

결정하는 구조물이며 로 설계하는 것이 가장 경제적이나 길이 방향으AL DC (L31.6)

로 변경을 용이하게 하여 여러 가지로 이용할 수 있도록 인발로 하고 압입Stator

를 개선하여 제작JIG

라. FRONT COVER : ALDC, D84.4, L14.7

의 출력축 부분의 로 가 원활히 회전 할 수 있도록 을 고Motor Cover Rotor Bearing

정하고 동심도 결정하는 구조물로 문제점은 없었다Motor

마. REAR COVER : ALDC, D84.4, L20

의 반 출력축 부분의 로 가 원활히 회전 할 수 있도록 을Motor cover Rotor Bearing

고정하고 동심도 결정하는 구조물이며 특히 회로 부분을 안착하고 보호Motor Drive

하는 기구 부품으로 지지 구조가 취약하고 작업성에 문제가AL Die-casting Drive

있어서 일체형 취부 구조물로 금형 형상을 변경함

바 느. SHAFT : -45C, D12, L100

의 회전을 원활히 할 수 있도록 하는 회전축으로 에서 발생하는 회전력Rotor Rotor

을 외부로 전달하며 을 고정하며 절삭 가공 기구부품으로 문제점은 없었다Bearing .

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제 절 개선제 절 개선제 절 개선제 절 개선4 Drive4 Drive4 Drive4 Drive

내장형 개발1. Module Driye

열에 취약한 변경 소자 직접화를 통하여 부품 수를 절감하여 신뢰성Drive Chip , FET

불안 요소를 제거하고자 에 부품을 내장한 형으로 개발하였Drive chip Module Drive

다.

가 내장형 제품( ) Drive chip Module

내장형내장형내장형내장형Module DriveModule DriveModule DriveModule Drive

나 내장형 회로도( ) Drive chip Module

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다 표준형 과 내장형 비교( ) Drive chip Module

DRIVEDRIVEDRIVEDRIVE 표준형 MODULEMODULEMODULEMODULE 형

FET TYPE POWER FET POWER TR

입력 전원FET ±60V ±60V

전류FET ±15A ±8A

Reverse Recovery

Timetrr (82ns) trr (1.0 us)

온도 특성FET

온도 변화에 특성 폭이 좁다 온도 변화에 특성 폭이 크다

MOTOR rpm 부하에 변동이 적다FAN rpm 부하에 변동이 크다FAN rpm

부하 온도FET +25℃ +35℃

양산성A'SSY 다소 어렵다 다소 쉽다

라 표준형 과 내장형 장 단점 비교( ) Drive chip ,

항 목 DRIVEDRIVEDRIVEDRIVE 표준형 MODULEMODULEMODULEMODULE 형

부품 점수 형 보다 많다1. Module 표준형보다 적다1.

장점

효율이 높다1. Motor

응답 속도가 매우 빠르다2.

전자파 차단 특성이 좋다3.

내장형으로 부품수가1. Module

적다

부품 가격이 싸다2.

부품수가 적어 제조가 쉽다3.

단점부품수가 많다1.

부품가격이 비싸다2.

효율이 낮다1. Motor (3.6%)

응답 속도가 느리다2.

구동 방식이라 전자파가3. TR

많이 발생 한다

용도성능 및 효율을 중요시1. Motor

하는 제품에 적용

보다는 가격에1. Motortjdsmd

우선하는 제품에 개발 적용

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마 에 따른 성능 비교( ) Drive Type Motor

항 목 표준형 Drive내장형

Module성능 분석

무부하

전류 (A) 0.12 0.11

내장형 이 표준형 보다1. Module

무부하 회전수 가 적음입력 (W) 2.76 2.64

회전수 1604 1545

부하

전류 (A) 0.92 0.92

내장형 이 표준형보다1. Module

효율이 감소 되었고Motor 3.6%

정격부하에서 출력이 감소되1W

었다.

동작성능에는 문제가 없2. Motor

음

입력 (W) 22.1 22.2

회전수 1350 1297

Torque

(kg-cm)

1

161.13

최대효율(%) 72.4 68.5

출력(W) 16.1 15.0

바 표준형 과 형 의 결정( ) Drive Module

개발 방향 결정 본 과제 및 특수용도로 사용하는 에서는 성능이 중요: BLDC Motor

하기 때문에 표준형 로 결정하였으나 향후에는 형 의 보완 개발Drive Module Drive

이 시급 하다고 판단됨

표준형 의 개선표준형 의 개선표준형 의 개선표준형 의 개선2. Drive2. Drive2. Drive2. Drive

차 신뢰성 시험 결과를 토대로 하여 열에 취약한 부품을 다음과 같이 변경 개선하1

여 문제점을 해결하고자 한다.

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가 개선 사양. Drive

NO 부 품 명 규 격

1 기관PCB원형 PCB

내정 외경( 28mm, 75mm)신규 개발Art-work,

2 HEX-FETN-Channel -55 170～ ℃ IRFZ44N(TO-220)

P-Channel -55 170～ ℃ IRF9Z34N(TO-220)

3 DRIVE CHIP MCV33035DW -40 125～ ℃ 구동BLDC MOTOR

4 DIODE IN5819 -65 125～ ℃ Schottky Rectifiers

5 HALL IC US2881 -40 125～ ℃ Speed sensing

6 전해콘덴서 50V/100,10uF -40 120～ ℃ NOISE

7 저항CHIP RES -40 125～ ℃

8 메탈저항 MPR 3W/0.1Ω 전류 제어

9 콘덴서CHIP 세라믹 -40 120～ ℃ NOISE

10 제너다이오드 ZD 18V -40 125～ ℃ 입력 전압 안정화

11 Bridge Diode SS34 -40 125～ ℃ 역 전압 방지

12 Diode IN4148 -40 125～ ℃ Soft Start

내전압 및 절연 저항 측정을 조립 전에 검사함(1) Motor

부의 부분을 접지로 설계함 로 인하여 이 오동작(2) Drive “ - ” (Noise Drive chip

하는 현상을 방지하기 위하여 접지 설계함)

나 주요 부품용도 및 변경 사유. Drive

(1) POWER MOS-FET : Metal Oxide Semiconductor FET

금속 산화 피막 전계 효과 트랜지스터 상당히 높은 입력 임피던스를 갖고 있으며:

저항도 낮기 때문에 대 전력용을 취급할 수 있다ON

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이것은 파워 의 고속성과 고전압 대 전류구동에 강하다는 성질을 겸비하MOS-FET ,

고 있기 때문이다.

그림 은 파워 의 기호를 나타낸다 게이트 드레인 소스 라는1 MOSFET . (G), (D), (S) 3

가지 단다가 있다 파워 에는 드레인 소스간을 형 반도체로 만드는 채널. MOSFET - N N

형 이하 채널 과 형 반도체로 만드는 채널형 이하 채널 의 종류가 있다( N ) P P ( P ) 2 .

구조상 드레인 소스 사이에 실리콘 다이오드 일명 보디 다이오드 가 만들어진다- ( : ) .

쓸데없는 부품인 것 같지만 스위칭 회로에 연결된 인덕터 부하에서 발생하는 역기

전력이 이 다이오드로 흘러 소자를 파괴로부터 보호할 수 있다는 메리트가 있다.

파워 은 게이트의 입력 임피던스가 매우 높으므로 인체에 축적된 정전기에MOSFET

의해 파괴돼버리는 경우가 있다 때문에 게이트 소스 사이에 보호용 제너다이오드. -

를 내장하고 있다.

파워 의 동작(2) MOSFET

그림 파워 의 그림기호그림 파워 의 그림기호그림 파워 의 그림기호그림 파워 의 그림기호1 MOSFET1 MOSFET1 MOSFET1 MOSFET 그림 파워 의 증폭 모델그림 파워 의 증폭 모델그림 파워 의 증폭 모델그림 파워 의 증폭 모델2 MOSFET2 MOSFET2 MOSFET2 MOSFET

그림 는파워 의 증폭동작 모델을 표현하고 있다 이 모델은 다음과 같은2 MOSFET .

가지 요소로 되어 있다3 .

게이트 소스 사이에 설치된 전압계. -

프로그래머블 전류원을 컨트롤하는 소프트웨어.

드레인 소스 사이에 설치된 프로그래머블 전류원. -

(3) CONTROLLER IC(MC33035DW/NCV33035DW)

기존 온도 사양: MC33035DW - -40 to +85

변경 온도 사양: NCV33035DW - -40 to +125

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부품 특성(4)

동작 특성(5)

의 입력 신호를 받아 내부 회로에서 상의HALL SENSOR HS1,2,3 U.V.W 3

출력을 보내 구동 시킨다MOS-FET TOP DRIVE, BOTTOM DRIVE .

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제 장 신뢰성 개선 시표 제작 및 평가제 장 신뢰성 개선 시표 제작 및 평가제 장 신뢰성 개선 시표 제작 및 평가제 장 신뢰성 개선 시표 제작 및 평가7777

제 절 개선 시료 제작제 절 개선 시료 제작제 절 개선 시료 제작제 절 개선 시료 제작1111

시양산 개발 목표1.

가 치 공구 개선 상항 확인인 문제점 발생시 보완.

나 를 작업시 문제점 및 차 시 생산에서 발생한 회로 냉땜 특성불량. Drive SMD 1 , ,

에 의한 오동작 등의 품질 부분과 신뢰성 개선 여부 확인Noise Drive

다 시양산 대. : 100

라 주요 부품 품질 검증.

회로 보완2. Drive

가 납땜 부분 패턴 수정 보완. MOS-FET

나 상 패턴 두께 수정 보완. M.V.W

다 패턴 수정 보완. POWER GRAND

라 전원 케이블 납땜 부분 수정 보완.

마 신호 대책 보완 회로 추가 보완. HALL SENSOR NOISE (R.C )

시양산 대 조립3. : 100

조립후 검사 그림A-GING

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제 절 품질 평가 자체 평가제 절 품질 평가 자체 평가제 절 품질 평가 자체 평가제 절 품질 평가 자체 평가2 ( )2 ( )2 ( )2 ( )

무부하 검사 조립 시료 전수 검사 실시함1. ( )

가 시험 전압은 로 함. DC 24V

나 평균값 전류 회전수. 0.119A, 1604RPM

다 전류는 회전수는 으로 일정한 값으로 측정됨. 0.11 ~ 0.14, 1572 ~ 1652RPM

라 조립시 발생한 불량은 수리하여 측정함.

소음 불량 대 청각 검사하여 불량 수리 교체(1) : 2 ( : Bearing )

특성불량 대 회로 불량으로 차 교제하여 조립 하고 불량 냉땜(2) (2 ) : Drive 1 Drive ,

부품 오삽입으로 판정

마 검사는 로 측정. CCW

특성 시험 결과2. BLDC Motor

항 목 입력(W) 전류(A)회전수

(RPM)

Torque

(kg-cm)

최대

효율내전압 절연저항

규 격

(user

규격)

무부하 - 이하0.5