KR100455884B1

KR100455884B1 - 차량용 교류발전기 및 이에 내장되는 히트싱크

Info

Publication number: KR100455884B1
Application number: KR10-2000-7002060A
Authority: KR
Inventors: 아사오요시히토; 나카시마신지; 아다치가쓰미
Original assignee: 미쓰비시덴키 가부시키가이샤
Priority date: 1998-07-01
Filing date: 1998-07-01
Publication date: 2004-11-08
Also published as: US6184600B1; KR20010023418A; JP3527516B2; WO2000002429A1; DE69819194T2; DE69819194D1; EP1030545A4; EP1030545B1; EP1030545A1

Abstract

본 발명은 우수한 냉각성능을 확보하고 양산성이 높은 히트싱크를 얻는것 및 정류기의 다이오드 및 고정자의 온도상승을 억제하고, 안정되게 구동할 수 있는 차량용 교류발전기를 얻는 것을 목적으로 한다.이 히트싱크는 일면측을 발열부품의 실장면으로 하는 대략 직방형의 평면 형상을 이루는 평판상의 베이스(41)와 이 베이스(41)의 타면상에 이 베이스이 길이방향으로 피치(P)로 설치되고 각각 이 베이스의 타면에서 수직으로 또 이 베이스의 길이방향으로 돌출 설치되어 있는 다수의 핀(42)을 가지며 이 핀의 베이스로 부터 돌출높이(H)를 핀두께(T)의 5배 이상으로 하는 다이케스트제이다.그리고, 다수의 핀(42)은 핀두께(T), 높이(H) 및 피치(P)가 T1mm 이고 또 0.35T/P

Description

차량용 교류발전기 및 이에 내장되는 히트싱크{ALTERNATING - CURRENT GENERATOR FOR VEHICLES AND HEAT SINK INCORPORATED THEREIN}

도 12는 종래의 차량용 교류발전기의 한예를 표시하는 측단면도이다. 도 12에서, 교류발전기는 알루미늄제의 프론트 브래킷(1)과 리어브래킷(2)으로 구성된 케이스(3)와, 이 케이스(3)내에 베어링(20)을 통해서 회전이 자유롭게 배치되고, 풀리(4)가 일단에 고정된 샤프트(6)와, 이 샤프트(6)에 고정되어 케이스(3)내에 수용된 런델(Lundell)타입의 회전자(7)와, 이 회전자(7)의 양측면에 고정된 팬(5)과, 회전자(7)을 둘러싸도록 케이스(3)의 내벽면에 고정된 고정자(8)와, 샤프트(6)의 타단측에 고정되고, 회전자(7)에 전류를 공급하는 슬립링(9)과, 슬립링(9)에 슬라이드하도록 케이스(3)내에 배치된 한쌍의 브러시(10)와, 이 브러시(10)를 수납하는 브러시 홀더(11)와, 고정자(8)에 전기적으로 접속되고, 고정자(8)에서 생긴 교류를 직류로 정류하는 정류기(12)와, 브러시 홀더(11)에 끼워 붙여진 히트싱크(17)와, 이 히트싱크(17)에 접착되고, 고정자(8)에서 발생한 교류 전압의 크기를 조정하는 레귤레이터(18)를 구비하고 있다.

레귤레이터(18)는 회전자(7)로의 여자전류를 제어하기 위한 파워 트랜지스터와 기타의 제어회로가 세라믹 기판에 실장되어 구성되어 있다.

그리고, 세라믹 기판의 이면(파워 트랜지스터 및 제어회로가 실장되어 있지 않은 쪽의 면)에는 다수의 핀을 갖는 히트싱크(17)가 접착되고, 파워 트랜디스터의발열을 방열 하도록 되어 있다.

정류기(12)는 도 13 및 도 14에 표시된 바와같이 일방향 도통소자로서의 정극측 다이오드(23)가 여러개 접합된 정극측의 히트싱크(24)와, 일방향 도통소자로서의 부극측 다이오드(25)가 여러개 접합된 부극측 히트싱크(26)와, 서키드 보드(27)로 구성되어 있다.

정극측 및 부극측의 히트싱크(24),(26)는 각각 샤프트(6)과 직각방향으로 돌출되고, 또, 샤프트(6)과 평행하게 뻗는 직선상의 핀(24a),(26a)를 여러개 갖고 있다. 이들 핀(24a),(26a)은 예를들어 두께가 돌출방향으로 평균해서 1.3mm, 피치가 2.5mm, 돌출고가 14mm로 20매 설치되어 있다.

또, 히트싱크(24),(26)의 핀(24a),(26a)이 설치된 면과 반대측의 샤프트(6)와 평행인 면에는 각각 여러개의 다이오드(23),(25)가 일정간격을 두고 납땜으로 접합되어 있다.

그리고, 히트싱크(24),(26)는, 각 다이오드(23),(25)의 배면이 직경방향에서 대향 하도록 조합되어 있다. 정극측 및 부극측의 다이오드(23),(25)의 쌍을 이루는 리드(23a),(25a)는 서키드 보드(27)의 접속단자(27a)와 한곳에 정리되고, 각각 고정자 코일(16)의 출력단자(16a)에 접속되어 3상 교류를 정류 하도록 되어 있다. 또, 발전에 의한 다이오드(23),(25)의 발열을 히트싱크(24),(26)에 설치된 핀 (24a),(26a)으로 부터 방열된다.

회전자(7)는 전류를 흘려서 자속을 발생하는 회전자 코일(13)과, 이 회전자 코일(13)을 덮도록 설치되고, 자속에 의해 자극이 형성되는 폴코어(14)로 구성되어 있다.

이 폴코어(14)는 한쌍의 교대로 맞물린 제1의 폴코어 체(21)와 제2의 폴코어체(22)로 구성되어 있다.

고정자(8)는 고정자 코어(15)와, 이 고정자 코어(15)에 도선이 감겨져서 이루어지고 회전자(7)의 회전에 따라 회전자 코일(13)로 부터의 자속의 변화로 교류가 생기는 고정자 코일(16)로 구성되어 있다.

이와같이 구성된 종래의 차량용 교류발전기에서는 배터리(도시하지 않음)로부터 브러시(10), 슬립링(9)을 통해서 회전자 코일(13)에 전류가 공급되어 자속이 발생하고, 한편 엔진의 회전토크가 풀리(4)를 통해서 샤프트(6)에 전달되어 회전자(7)가 회전된다.

이 결과 회전자계가 고정자 코일(16)에 부여되고 고정자 코일(16)에는 기전력이 생긴다. 이 교류의 기전력이 정류기(12)를 통해서 직류로 정류되는 동시에 그 크기가 레귤레이터(18)에 의해 조정되어 배터리에 충전된다.

여기서 회전자 코일(12), 고정자 코일(16), 정류기(12) 및 레귤레이터(18)는발전중 항상 발열하고 있다.

정격 출력전류가 100A 클래스의 발전기의 온도적으로 높은 회전 포인트로, 회전자코일(12),고정자코일(16),정류기(12) 및 레귤레이터(18)는 각각 60W, 500W, 120W 및 6W의 발생 열량이 있다.

프론트 브래킷(1)과 리어 브래킷(2)에는 회전자(7)에 설치된 팬(5)에 의한 바람을 유통 시키는 흡기공(1a),(2a) 및 배기공(1b),(2b)이 뚫려있다.

그래서 리어측에서는 팬(5)(회전자 7)이 회전함으로써 외부의 공기가 히트싱크(17),(24),(26)에 대향해서 설치된 흡기공(2a)으로 부터 케이스(3)내에 유입 되고 히트싱크(17),(24),(26)를 유통해서 정류기(12) 및 레귤레이터(18)를 냉각한다.

그리고, 이 공기는 팬(5)에 의해 원심방향으로 구부러지고, 리어측의 고정자 코일엔드를 냉각한 후 배기공(2b)로 부터 외부로 토출된다. 프론트측에서는 팬(5)이 회전함으로써 외부의 공기가 흡기공(1a)으로부터 케이스(3)내에 축방향으로 유입되고, 팬(5)에 의해 원심방향으로 구부려지고, 프론트측의 고정자 코일엔드를 냉각한 후 배기공(1b)로 부터 외부로 토출된다.

히트싱크(17),(24),(26)에 설치된 핀은 세라믹 기판 및 다이오드와 히트싱크 (17),(24),(26)와의 접합면에 대해 수직으로 형성되어 있고, 핀간을 유통하는 공기와의 열교환에 의해 정류기(12)의 다이오드(23),(25) 및 레귤레이터(18)의 파워 트랜지스터의 온도상승이 억제된다. 온도상승치 dt는 발열량, 물성을 일정하게 하면 히트싱크를 유통하는 공기의 속도V와 핀 표면적 A에 크게 의존하고 그 관계식은 식(1)로 표시된다.

dt ∝ Q/(AㆍV^α)............(식 1)

또, α는 히트싱크간을 흐르는 공기의 상태에 의해 결정되고 흐름이 층류상태인 경우 0.5, 난류상태인 경우 0.8이다.

이 관계식(1)에서 핀 표면적 A를 증가 시키면 온도상승 dt를 억제하는 것을 알 수 있고, 한정된 스페이스중에서는 핀의 두께를 얇게해서 핀의 개수를 증가하게된다. 그러나, 핀의두께를 얇게해서 핀의 개수를 증가하면 핀의 표면적을 증가 시킬 수는 있으나 통풍 풍량이 감소해서 공기의 속도 V가 작아지고 결과적으로는 온도상승을 억제할 수 없게 된다.

도 15는 예를들어 일본국 특개평 8-182279호 공보에 기재된 종래의 차량용 교류발전기의 다른예를 표시하는 측단면도, 도 16은 도 15에 표시되는 차량용 교류 발전기의 리어 브래킷 평면투시도, 도 17 및 도 18은 각각 도 15에 표시되는 차량용 교류발전기에 적용되는 정류기를 표시하는 사시도 및 평면도이다.

이 종래의 차량용 교류발전기는 정류기(30)를 사용하고 있는 점을 제외하고, 도 12에 표시된 종래의 차량용 교류발전기와 같이 구성되어 있다.

이 종래의 차량용 교류발전기에 적용되는 정류기(30)는 정극측의 다이오드 (23)가 여러개 접합된 정극측의 히트싱크(31)와, 부극측의 다이오드(25)가 여러개 접합된 부극측의 히트싱크(32)와, 서키드 보드(33)로 구성되어 있다.

히트싱크(31),(32) 및 서키드 보드(33)는 각각 말발굽 형상으로 형성되어 있다. 그리고 다수의 핀(31a)이 정극측의 히트싱크(31)의 일면에 방사상으로 설치되어 있다. 또 히트싱크(31)의 핀(31a)이 설치되면과 반대측면에는 여러개의 다이오드(23)가 일정 간격을 두고 납땜으로 접합되어 있다.

한편, 부극측의 히트싱크(32)에는 핀이 설치되어 있지 않고, 그 주면에 여러개의 다이오드(25)가 일정 간격을 두고 납땜으로 접합되어 있다.

히트싱크(31),(32)는 다이오드(23),(25)의 실장면이 동일면이 되고, 또 각 다이오드(23),(25)의 쌍을 이루는 리드(23a),(25a)가 직경방향에서 대향 하도록 같은 축에 조합되어 있다.

그리고, 다이오드(23),(25)의 쌍을 이루는 리드(23a),(25a)는 서키드 보드 (33)의 접속단자(33a)와 한장소에 정리되고 각각 고정자 코일(16)의 출력단자(16a)에 접속되어 있다.

이와같이 구성된 정류기(30)는 히트싱크(31),(32)의 다이오드(23),(25)의 실장면이 샤프트(6)의 축심방향과 직교하고, 또 샤프트(6)과 동축으로 리어 브래킷(2)에 부착되어 있다.

여기서, 부극측의 히트싱크(32)가 리어 브래킷(2)의 좌면에 붙여지고 어스 접지되어 있다. 또 핀(31a)은 히트싱크(31)의 한쪽면에서 직각으로 샤프트(6)의 축심방향과 평행하게 돌출되고 또, 샤프트(6)의 축심을 향해 뻗은 방사상을 이루고 있다.

이 종래의 차량용 교류발전기에서는 히트싱크(31)의 다이오드 실장면이 샤프트(6)의 축심에 대해 직교해 있으므로 팬(5)의 회전에 의해 핀(31a)과 대향하는 흡기공(2a)로부터 유입된 공기는 핀(31a)간을 유통한 후 히트싱크(31)와 샤프트(6)와의 사이를 통해서 팬(5)에 유입한다.

이 히트싱크(31)는 말발굽 형상으로 형성되어 있으므로 핀(31a)간의 극간을 샤프트(6)측 만큼 좁게되어 있다.

그래서, 핀(31a)의 두께를 얇게해서 개수를 증가하면 공기의 흐름이 샤프트 (6)측에서 초크해서 냉각성능을 손상하게 된다.

이들 히트싱크(24),(26),(31),(32)는 통상 다이케스트 제법으로 제작되어 있고, 핀의 두께를 너무 얇게하면 더운물의 순환이나 래핑(rapping)시의 문제가 생겨서 히트싱크를 제작할 수 없게된다. 역으로 핀의 두께에 대한 핀간거리에 상당하는 형의 두께가 너무 얇으면 통상의 금형이 20만 숏(shot)성형 가능한대 대해 형의 수명을 현저하게 저하 시키게 된다.

[발명의 개시]

본 발명은 우수한 냉각성능을 확보하여 양산성이 높은 히트싱크를 얻는 것을 목적으로 한다.

또, 정류기의 다이오드 및 고정자의 온도 상승을 억제하고 안정되게 구동할 수 있는 차량용 교류발전기를 얻는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 의한 히트싱크는 일면측을 발열부품의 실장면으로 하는 대략 직방형의 평면 형상을 이루는 평판상의 베이스와, 이 베이스의 타면상에 이 베이스의 길이방향으로 피치(P)로 설치되고, 각각이 베이스의 타면으로 부터 수직으로 또 이 베이스의 길이방향으로 돌출 설치되어 있는 다수의 핀을 갖고, 이 핀의 베이스로부터의 돌출높이(H)를 핀두께(T)의 5배 이상으로 하는 다이케이스제의 히트싱크에서 상기 다수의 핀은 핀두께(T),높이(H) 및 피치(P)가 T1mm, 또 0.35T0.6을 만족하는 형상으로 형성되어 있는 것이다.

또, 본 발명에 의한 히트싱크는 1면측을 발열부품의 실장면으로 하는 말발굽형의 평면형상을 이루는 평판상의 베이스와 이 베이스의 타면상에 이 베이스의 원주방향에 등각피치로 방사상으로 설치되고 각각 이 베이스의 타면으로 부터 수직으로 돌출 설치되어 있는 다수의 핀을 갖고 이 핀의 베이스로부터의 돌출높이(H)를 핀두께(T)의 5배 이상으로 하는 다이케스트제의 히트싱크에서 상기 다수의 핀은 핀두께(T),높이(H) 및 내주단의 핀 피치(P)가 T1mm, 또 0.35T/P0.6을 만족하는 형상으로 형성되어 있는 것이다.

또, 본 발명에 의한 차량용 교류발전기는 케이스의 내부에 수용되고, 회전축을 통해서 회전이 자유롭게 지지된 회전자와, 케이스의 내부에 이 회전자의 외주를둘러 싸도록 배치된 고정자와, 정극측 및 부극측의 일방향 도통소자를 각각 지지하는 정극측 및 부극측의 히트싱크를 갖고, 상기 고정자에서 발생하는 교류 전류를 정류하는 정류기를 구비한 차량용 교류발전기에서, 상기 양 히트싱크는 각각 내경이 다른 말발굽형의 평면 형상을 이루는 평판상의 베이스로 구성되고, 각 말발굽형의 평면이 상기 회전축과 직교하는 대략 평면상에 있고, 또 양 베이스가 직경방향으로 겹치도록 배치되며 양 베이스의 일면상에 상기 정극측 및 부극측의 일방향 도통소자를 각각 지지시키고 내주측에 설치된 상기 히트싱크는 상기 베이스의 타면상에 이 베이스의 원주방향에 등각 피치로 방사상으로 여러개 설치되고, 각각이 베이스의 타면으로부터 수직으로 돌출 설치되어 있는 다수의 핀을 갖고 이 핀의 베이스로부터의 돌출높이(H)를 핀 두께(T)의 5배 이상으로 하는 다이케스트제이고, 상기 다수의 핀은 핀두께(T),높이(H) 및 내주단의 핀피치(P)가 T1mm, 또 0.35T/P0.6을 만족하는 형상으로 형성되어 있는 것이다.

본 발명은 차량의 엔진에 부착되는 차량용 교류 발전기 및 그 정류기에 내장되는 히트싱크에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예 1에 관한 히트싱크를 표시하는 평면도,

도 2는 본 발명의 실시예 1에 관한 히트싱크를 표시하는 정면도,

도 3은 본 발명의 실시예 1에 의한 히트싱크를 내장한 차량용 교류발전기에서의 고정자 및 정류기의 다이오드의 온도상승을 표시하는 도면,

도 4는 수축 모델의 저항계를 표시하는 도면,

도 5는 본 발명의 실시예 1에 의한 히트싱크의 T/P와 냉각성과의 관계를 표시하는 도면,

도 6은 본 발명의 실시예 2에 관한 히트싱크를 표시하는 평면도,

도 7은 본 발명의 실시예 2에 관한 히트싱크를 내장한 차량용 교류발전기의 리어브래킷 평면 투시도,

도 8은 비교예의 히트싱크를 내장한 차량용 교류발전기의 리어 브래킷 평면 투시도,

도 9는 본 발명의 실시예 3에 의한 히트싱크를 내장한 차량용 교류발전기의리어브래킷 평면 투시도,

도 10은 본 발명의 실시예 4에 관한 히트싱크를 표시하는 평면도,

도 11은 본 발명의 실시예 4에 관한 히트싱크의 작용효과를 설명하는 도면,

도 12는 종래의 차량용 교류발전기를 표시하는 측단면도,

도 13은 종래의 정류기를 표시하는 사시도,

도 14는 종래의 히트싱크 어셈블리를 표시하는 사시도,

도 15는 종래의 다른 차량용 교류발전기를 표시하는 측단면도,

도 16은 종래의 차량용 교류발전기의 리어브래킷 평면 투시도,

도 17은 도 15에 표시되는 종래의 차량용 교류발전기에 사용되는 정류기를 표시하는 사시도.

도 18은 도 15에 표시되는 종래의 차량용 교류발전기에 사용되는 정류기를 표시하는 평면도,

[발명을 실시하기 위한 최량의 형태]

이하 본 발명의 적합한 형태에 대해 도면을 참조하여 설명한다.

실시예 1.

도 1 및 도 2는 각각 본 발명의 실시예 1에 관한 차량용 교류발전기에 적용되는 정류기의 히트싱크를 표시하는 평면도 및 정면도이다.

도 1 및 도 2에서 히트싱크(40)는 ADC10을 재료로 한 다이케스트제로 일면측을 발열부품인 다이오드의 실장면으로 하는 대략 장방형의 평면 형상을 이루는 평판상의 베이스(41)와 이 베이스(41)의 타면에 일정한 두께(T)로 일정높이(H)에 베이스(41)의 길이방향과 직교하도록 돌출되고, 또 일정한 피치(P)로 베이스(41)의 길이방향으로 병설된 다수의 핀(42)을 구비하고 있다.

이 히트싱크(40)를 사용해서 정류기를 조립하는데는 우선, 정극측의 다이오드를 베이스(41)의 일면에 베이스(41)의 길이방향으로 다수 접합해서 되는 히트싱크(40)와, 부극측의 다이오드를 베이스(41)의 일면에 베이스(41)의 길이방향으로 다수 접합해서 된 히트싱크(40)를 준비한다.

그리고, 정극측 다이오드의 배면과 부극측 다이오드의 배면이 직경 방향에서 대향 하도록 양 히트싱크(40)를 조합하고, 또 서키드 보드를 양 히트싱크(40)상에 겹치고, 정극측 및 부극측의 다이오드의 쌍을 이루는 리드를 서키드 보드의 접속단자와 한곳으로 정리해서 정류기가 조립된다.

또, 다이오드 및 서키드 보드에 종래의 것이 사용된다.

이와같이 조립된 정류기는 종래의 정류기(12) 대신에 차량용 교류발전기에 부착된다. 여기서, 두께(T)가 0.8mm, 또 높이(H)가 14mm의 핀(42)을 피치(P) 1.6mm로 39매 형성해서 되는 히트싱크(40)를 사용해서 정류기를 제작하고, 고정자 코어(15)의 외경()가 128mm, 정류기 출력이 12V/100A의 차량용 교류발전기에 이 정류기를 내장시켜 다이오드 및 고정자의 리어측 코일의 온도상승을 특정한 결과를 도 3에 표시한다. 또 비교하기 위해 두께(T)가 높이 평균으로 1.3mm, 또 높이(H)가 14mm의 핀(24a),(26a)을 피치(P) 2.5mm로 20매 형성하여 되는 히트싱크(23),(25)를 사용한 종래의 정류기(12)에 대해서도 마찬가지로 다이오드의 온도상승을 측정 하였다.

도 3에서 이 실시예 1에 의한 정류기를 사용한 차량용 교류 발전기에서는 다이오드의 온도가 87℃, 고정자 온도가 165℃ 인데 대해 종래의 정류기를 사용한 차량용 교류발전기에서는 다이오드의 온도가 101℃가 되고, 히트싱크(40)를 사용함으로써 온도 저감효과가 얻어지는 것을 알았다.

계속해 핀 두께(T)를 0.8mm로 하고, 피치(P)에 대한 핀두께(T)의 비율(T/P)를 변경한 히트싱크(40)를 사용해서 정류기를 제작하고, 차량용 교류발전기에 이 정류기를 내장시켜 다이오드 및 고정자의 리어측 코일의 온도 상승을 측정한 결과를 도 3에 표시한다.

도 3에서 T/P가 커질수록 다이오드 온도상승치는 내려가나 고정자의 온도는 증가 경향으로 된다, 이는 T/P가 커짐에 따라 핀 간격이 좁아지고 히트싱크부에서의 압력 손실이 증가해서 흡입 풍량이 감소하기 때문이라고 생각된다.

단 다이오드에 대해서는 흡인 풍량이 감소 됨으로써 냉각에 기여하는 핀간의 공기의 속도가 늦어지나 그 이상으로 피치가 작아짐에 따라 형성되는 핀의 매수가 증가해서 냉각에 기여하는 핀 표면적(A)이 증가하기 때문이라고 생각된다.

도 3에서 다이오드 및 고정자의 온도의 양립을 고려하면 T/P를 0.3이상 또 0.7 이하로 하는 것이 바람직하다.

냉각효과를 올리기 위해서는 핀을 얇게해서 매수를 증가할 필요가 있다. 통상 히트싱크는 다이케스트 제법에 의해 제작되어 있고, 핀의 높이가 핀두께의 5배 이상이 되는 키가 높은 핀에서 핀두께를 1mm 이하를 얇게하면 더운물의 순환이나 래핑(rapping)의 문제가 생기고, 예를들면 0.4mm보다 얇게하면 히트싱크의 제작이 불가능해진다.

이 실시예 1과 같이 핀두께를 0.8mm, 높이를 14mm로 한 경우 T/P가 0.6을 초과하면 핀간의 형의 두께가 높이 14mm에 대해 약 0.5mm로 작아진다.

이 결과 형이 강도적으로 약해지고, 숏수가 5만회 정도로 형의 이 부위에 표면 크랙이 생기고 성형불량을 일으키거나 형의 에지부로 부터 마모가 생기고 이 이상의 성형이 불가능해진다.

아래에 상술한 경향에 대해 정성적으로 논한다.

온도상승치를 결정하는 인자는 상술한(식 1)로 부터 AㆍV^α이고 이를 냉각성 K라고 한다. 또(식 1)에서 Q는 동일 출력전류를 정류 한다고 생각 하므로 일정 하다고 생각한다.

K = AㆍV^α

여기서 핀을 형성하는 스페이스는 일정, 즉 히트싱크의 베이스의 핀 형성면의면적은 일정 하므로 핀 표면적 A는

A ∝(핀의 매수) ㆍ(핀의 효율)

∝(W/P)ㆍξ

으로 표시된다. 또 W는 베이스의 핀 형성면의 길이 방향의 길이 ξ는 핀의 효율이다.

마찬가지로 통풍단면 A＇는

A＇∝(핀의매수) ㆍ(핀피치 핀두께)/(핀피치)

∝(P-T)ㆍP

로 표시된다.

또 저항계수 ∂는 일반적인 수축의 경우 도 4에 표시된 바와 같이 수축전의 통과 단면적을 Ai, 수축후의 통과 단면적을 Ao라고 하면

∂= k ㆍ{1-(AO/aI) ²}

으로 표시된다. 또 K 는 정수이다.

본 히트싱크의 서언으로 대치하면

∂= Kㆍ[1-{A＇/(WㆍH)}²]

∝1-{A＇/(WㆍH)}²

가 된다.

압력손실 △P와 속도 V의 관계는

△P = ∂ㆍ(공기밀도)/2ㆍV²

∝∂ㆍV²

에서 속도 V는

V = (△P/∂)½

이 된다.

여기서 냉각 팬을 같고, 압력손실 변동이 아주적어 무시할 수 있다고 하면

V ∝ ∂^-1/2

가 된다.

따라서 냉각성 K는

K = A ㆍV^α

∝(W/P)ㆍξㆍ(∂^-1/2)^α

로 표시된다.

여기서 W = 60mm, H = 15mm의 히트싱크에서 핀 두께를 0.4mm, 0.6mm, 0.8mm, 1.0mm,1.2mm로 한 경우의 T/P와 냉각성 K의 관계를 도 5에 표시한다.

도 5에서 핀두께가 일정한 경우 T/P가 클수록 냉각성 K가 향상되어 있고, 먼저의 실험결과와 같은 경향이다.

이는 T/P가 커지면 형성되는 핀의 매수를 증가할 수 있고, 냉각에 기여하는 핀 표면적 A가 증가되는 것에 기인한다.

또, 핀 두께가 얇을수록 냉각성이 향상되어 있다. 그리고, 냉각성 K로부터 핀두께는 1mm 이하가 바람직하다.

또, 도 5에서 공기의 흐름이 층류상태인 경우에서의 냉각성 K의 곡선과 공기의 흐름이 난류상태인 경우에서의 냉각성 K의 곡선과의 사이에 T/P = 0.3 근방에 크로스 포인트가 존재하고 있는 것을 알 수 있다.

냉각성능은 공기의 흐름의 상태로 변화한다. 이는 흐름이 층류상태인 경우 열전달면과 공기와의 사이의 열전달율이 공기의 속도의 0.5승에, 난류상태인 경우는, 0.8승에 의존하기 때문이다. 흐름의 상태는 주류의 레이놀즈수에 으해 결정되나 간섭물과의 충돌이나 흐름의 굴곡등으로 미크로적으로는 난류현상과 층류현상과의 중간 영역도 있다.

이 결과에 의하면 α가 0.5에서 0.8로 변화할때, T/P가 0.3 근방에 크로스 포인트가 있고, T/P가 0.3 근방 이외에서는 흐름의 상태변화에 의한 냉각성의 역전현상은 일어나지 않는다.

따라서, 공기의 흐름의 상태가 발전기의 사이즈나 회전수에 의해 변화 하므로 히트싱크를 설계하는데는 T/P를 0.3 근방에서 벗어나게 설정함으로써 흐름의 상태에 영향되지 않는 안정된 냉각 성능의 히트싱크를 얻을 수 있다.

이와같이 이 실시예 1에 의하면 H/T5로 한 키가 큰 핀을 갖는 히트싱크에서 T1mm, 또 0.35T/P0.6을 만족하는 핀 형상으로 하였으므로 고정자 온도에 악 영향을 주지 않고, 다이오드 온도를 낮게 억제할 수 있으며, 또 양산성이 높은 히트싱크를 얻을 수 있다.

또 이 핀 형상의 관계는 공기의 흐름의 상태에 영향받지 않는 안정된 냉각성능의 히트싱크를 얻는 설계지표가 된다.

또, 이 실시예 1에서는 핀 두께가 높이 방향으로 일정하다고 보고 논하고 있으나 다이케스트 제법으로 제작되는 경우는 실제로는 1도 정도의 제거 구배가 필요 하게 된다. 그러나 상기한 핀두께T에 핀의 선단과 근원의 평균 두께를 적용해도 핀 표면적 및 공기통과 단면적은 거의 변하지 않으므로 상기 설계지표에 의한 효과는 변하지 않는다.

또, 이 실시예 1에서는 히트싱크가 차량용 교류 발전기의 정류기에 사용되는 것으로 설명하고 있으나, 본 히트싱크는 차량용 교류발전기의 정류기용에 한정되는 것은 아니고, 강제 공냉되는 다른 용도에 적용해도 같은 효과가 얻어진다.

실시예 2.

도 6은 본 발명의 실시예 2에 관한 히트싱크를 표시하는 평면도이다.

도 6에서 히트싱크(43)는 ADC10을 재료로 해서 다이케스트 제법으로 제작되는 말발굽형의 평면형상을 이루는 평판상의 베이스(44)와, 이 베이스(44)의 일면에서 각각 수직으로 돌출되어 점 0을 중심으로 하는 방사상으로 설치된 다수의 핀(45)을 갖고 있다.

그리고 다수의 핀(45)의 내주단부는 하나 걸러서 직경방향의 길이가 2mm 짧게 형성되고 인접하는 핀 간격을 0.8mm로 확보하고 있다.

이 히트싱크(43)는 정극측의 히트싱크로 사용된다. 이 히트싱크(43)를 사용한 정류기는 도 7에 표시된 바와 같이 베이스(44)의 주면이 샤프트(6)의 축심에 대해 직교하고, 또 방사상의 핀(45)의 중심(점 0)이 샤프트(6)의 축심과 대략 일치 하도록 리어 브래킷(2)에 부착된다.

그리고, 팬(5)의 회전에 의해 공기가 핀(45)과 대향하는 부위에 설치된 흡입공(2a) 및 핀(45)의 직경방향 외측의 부위에 설치된 흡입공(2a)으로 부터 케이스(3)내로 유입하고, 핀(45)간을 유통한 후 히트싱크(43)와 샤프트(6)와의 사이를 통하여 팬(5)에 유입한다.

이 실시예 2에 의한 히트싱크(43)를 내장한 차량용 교류발전기로 정류기의 다이오드 및 고정자의 온도 상승을 측정한바, 다이오드의 온도 상승이 88℃로 억제되고, 고정자의 온도 상승이 165℃로 억제 되었다.

여기서 비교를 위해 다수의 핀(37)이 베이스(36)의 일면에 방사상으로 설치된 히트싱크(35)를 제작하고, 도 8에 표시되는 바와 같이 이 히트싱크(35)를 사용한 정류기를 내장한 차량용 교류발전기로 정류기의 다이오드 및 고정자의 온도상승을 측정한바, 다이오드의 온도 99℃로 상승하고, 고정자의 온도가 180℃로 상승하고 있었다.

또, 비교예 로서의 히트싱크(35)는 핀의 내주 단부의 형상을 제외하고, 히트싱크(43)와 같은 형상으로 형성되고, 내주 단부에서의 핀 간격은 0.5mm로 되어 있다.

이와같이 실시예 2에 대한 히트싱크(43)는 비교예의 히트싱크(35)에 비해 냉각성능이 향상되는 결과가 얻어졌다.

이것은 실시예 2에서는 내주 단부에서의 핀간격이 0.8mm로 넓어져 있으므로 핀간을 유통하는 공기의 흐름이 내주 단부측에서 쵸크하지않고 흡입풍량의 감소를 억제할 수 있는 것에 기인된다.

즉, 비교예에서는 내주 단부에서의 핀 간격이 0.5mm로 좁아져 있으므로 핀(37)간을 유통하는 공기의 흐름이 내주 단부측에서 쵸크되어 흡입풍량이 감소하고 냉각성능을 손상하게 된다.

또, 이 실시예 2에서는 다수의 핀(45)의 내주 단부를 하나 걸러 직경방향의길이를 짧게 형성하고 있으므로 비교예에 대해 내주 단부측에서의 인접하는 핀 간격을 넓게할 수 있다.

즉, 실시예 2와 비교예에서 내주 단부측에서의 인접하는 핀 간격을 같게하면 실시예 2는 비교예에 비해 핀의 매수를 많게할 수 있고 냉각성능을 향상 시킬 수 가 있다.

실시예 3.

상기 실시예 2에서는 리어 브래킷(2)의 핀대향부에 설치된 흡입공(2a)은 그 내주연부가 핀(45)의 내주단부에 대략 일치하도록 설치되어 있으나 이 실시의 형태 3에서는 도 9에 표시되는 바와 같이 흡입공(2a)의 내주연부가 직경방향 길이를 짧게한 핀(45)의 내주단부에서 직경방향 외측으로 2mm 어긋난 위치에 하도록 리어 브래킷(2)에 설치되어 있다.

이 차량용 교류발전기에서 정류기의 다이오드 및 고정자의 온도상승을 측정한바, 다이오드의 온도상승이 79℃로 억제되고, 고정자의 온도상승이 165℃로 억제되는 결과가 얻어졌다.

이는 흡입공(2a)의 내주연부를 직경방향의 길이를 짧게한 핀(45)의 내주단부에서 직경방향 외측으로 2mm 어긋나게 함으로써 흡입공(2a)로부터 핀(45)의 내주단부에 직접 유입한 공기가 핀(45)의 외주측으로 유입해서 냉각에 기여하게 되어 다이오드의 온도상승이 한층 억제되기 때문이다.

실시예 4.

도 10은 본 발명의 실시예 4에 관한 히트싱크를 표시하는 평면도이다.

도 10에서 히트싱크(43)는 여러개의 핀(45)의 외주 단부측에 두꺼운 부분(46)이 형성되어 있다. 또 두꺼운 부분(46)과 인접하는 핀(45)과의 극간이 내주단부의 핀간격과 동등 또는 그 이상으로 되어 있다.

또, 다른 구성은 상기 실시예 2와 같이 구성되어 있다.

히트싱크(43)는 베이스(44)가 말발굽 형상의 평면 형상으로 형성되어 있으므로 외주측의 핀간격이 넓게 되어 있다. 이런 히트싱크(43)를 성형한 후 쌍으로 해서 상자에 넣어 운반하는 경우, 도 11에 표시된 바와 같이 핀간견이 넓은 외주측 끼리가 서로 맞물려서(도 11의 B부분), 핀(45)의 결손이나 크래킹을 발생시키고 있다. 이 실시예 4에 의한 히트싱크(43)에서는 일부의 핀(45)의 외주단부측에 두꺼운 부분(46)이 설치되어 있으므로 한쌍의 히트싱크(43)의 외주측에서의 겹치기가 없고, 핀(45)의 결손이나 크래킹을 방지할 수 있다.

또, 두꺼운 부분(46)과 인접한 핀(45)의 극간이 내주단부의 핀간격과 같거나 또는 그 이상으로 되어 있으므로 공기의 흐름이 두꺼운 부분(46) 주위에서 쵸크하는 일도 없고 냉각성도 손상되는 일이 없다.

실시예 5.

상기 실시예 2 ~ 4 및 실시예 2에서의 비교예에서는 핀의 높이 H, 두께 T, 배열피치 P에 대해 언급하고 있지 않으나, 이 실시예 5에서는 히트싱크(43),(35)를H/T5로 한 키가 큰 핀을 갖는 히트싱크로 하고, 그 내주 단부에서의 핀 형상을 T1mm, 또 0.35T/P0.6을 만족 시키는 형상으로 하는 것으로 한다.

히트싱크(43),(35)는 베이스(44)의 말발굽의 평면 형상에 기인해서 핀 간격이 좁혀져 있는 내주 단부에서의 핀 형상을 T1mm, 또 0.35T/P0.6을 만족 시키는 형상으로 하고 있으므로 고정자 온도에 악 영향을 주지 않고, 다이오드 온도를 낮게 억제할 수가 있으며, 또 양산성이 높은 히트싱크를 얻을 수 있다.

이상 기술한 바와 같이 본 발명에 의하면 일면측을 발열부품의 실장면으로 하는 대략 직방형의 평면 형상을 이루는 평판상의 베이스와, 이 베이스의 타면상에 이 베이스의 길이방향으로 피치(P)로 설치되고, 각각이 베이스의 타면에서 수직으로 또 이 베이스의 길이방향으로 돌출 설치되어 있는 다수의 핀을 갖고, 이 핀의 베이스로 부터 돌출높이(H)를 핀 두께(T)의 5배 이상으로 하는 다이케스트제의 히트싱크에서, 상기 다수의 핀은 핀두께(T), 높이(H) 및 피치(P)가 T1mm 이고, 0.35T/P0.6을 만족하는 형상으로 형성되어 있는 것으로 하고 있으므로 우수한 냉각성능을 갖고, 또 양산성이 높은 히트싱크를 얻을 수 있다.

또, 일면측을 발열부품의 실장면으로 하는 말발굽형의 평면형상을 이루는 평판상의 베이스와, 이 베이스의 타면상에 이 베이스의 원주방향에 등각 피치로 방사상으로 설치되고, 각각이 베이스의 타면으로 부터 수직으로 돌출 설치되어 있는 다서의 핀을 갖고, 이 핀의 베이스로 부터의 돌출높이(H)를 핀 두께(T)의 5배 이상으로 하는 다이케스트제의 히트싱크에서, 상기 다수의 핀은 핀두께(T),높이(H) 및 내주단의 피치(P)가 T1mm 이고, 또 0.35T/P0.6을 만족하는 형상으로 형성되어 있으므로 우수한 냉각성능을 갖고, 또 양산성이 높은 히트싱크를 얻을 수가 있다.

또, 상기 다수의 핀은 하나를 건너서 내주단이 인접한 핀의 내주단에 대해 직경방향의 외측에 위치 하도록 형성되어 있으므로 우수한 냉각성능을 갖고 또 양산성이 높은 히트싱크를 얻을 수가 있다.

또, 두꺼운 부분이 일부의 핀의 외주단측에 설치되고, 이 두꺼운 부분과 인접한 핀과의 간격을 내주단에서의 핀 간격과 동등 이상으로 하였으므로 히트싱크 끼리의 맞물림이 없어지고 운반시의 핀의 결손이나 크래킹을 방지할 수가 있다.

또, 케이스 내부에 수용되고 회전축을 통해서 회전이 자유롭게 지지된 회전자와, 케이스의 내부에 이 회전자의 외주를 둘러 싸도록 배치된 고정자와, 정극측 및 부극측의 일방향 도통소자를 각각 지지하는 정극측 및 부극측의 히트싱크를 갖고 상기 고정자에서 발생하는 교류 전류를 정류하는 정류기를 구비한 차량용 교류발전기에서 상기 히트싱크는 일면측을 상기 일방향 도통소자의 실장면으로 하는 대략 직방형의 평면 형상을 이루는 평판상의 베이스와, 이 베이스의 타면상에 이 베이스의 길이방향으로 피치(P)로 설치되고, 각각 베이스의 타면에서 수직으로 또, 이 베이스의 길이방향으로 돌출 설치되어 있는 다수의 핀을 가지며, 이 핀의 베이스로 부터의 돌출높이(H)를 핀 두께(T)의 5배 이상으로 하는 다이케스트제이고, 상기 다수의 핀은 핀두께(T), 높이(H) 및 피치(P)가 T1mm 이고, 또 0.35T/P0.6을 만족하는 형상으로 형성되어 있으므로 고정자 온도 및 일방향 도통소자의 온도상승을 낮게 억제할 수가 있고, 안정되게 구동할 수 있는 차량용 교류발전기가 얻어진다.

또, 케이스 내부에 수용되고 회전축을 통해서 회전이 자유롭게 지지된 회전자와, 케이스 내부에 이 회전자의 외주를 둘러 싸도록 배치된 고정자와, 정극측 및 부극측의 일방향 도통소자를 각각 지지하는 정극측 및 부극측의 히트싱크를 갖고 있고, 상기 고정자에서 발생하는 교류전류를 정류하는 정류기를 구비한 차량용 교류발전기에서 상기 양 히트싱크는 각각 내경이 다른 말발굽형의 평면 형상을 이루는 평판상의 베이스로 구성되고, 각 말발굽형 평면이 상기 회전축과 직교하는 거의같은 평면상에 있고, 또 양 베이스가 직경방향으로 중첩되도록 배치되고, 양 베이스의 일면상에 상기 정극측 및 부극측의 일방향 도통소자를 각각 지지시키고 내주측에 설치된 상기 히트싱크는 상기 베이스의 타면상에 이 베이스의 원주방향에 등각 피치로 방사상으로 여러개 설치되며, 각각이 베이스의 다른면으로 부터 수직되게 돌출 설치되어 있는 다수의 핀을 갖고, 이 핀의 베이스로 부터의 돌출높이(H)를 핀두께(T)의 5배 이상으로 하는 다이케스트제이고, 상기 다수의 핀은 핀두께(T), 높이(H) 및 내주단의 핀피치(P)가 T1mm 이고 또 0.35T0.6을 만족하는 형상에 형성되어 있으므로 고정자 온도 및 일방향 도통소자의 온도상승을 낮게 억제할 수가 있고 안정되게 구동할 수 있는 차량용 교류발전기가 얻어진다.

또, 상기 다수의 핀은 하나 건너의 핀의 내주단이 인접하는 핀의 내주단에 대해 직경방향의 외측에 위치 하도록 형성되어 있으므로 고정자 온도 및 일방향 도통소자의 온도상승을 낮게 억제할 수가 있고 안정되게 구동할 수 있는 차량용 교류발전기가 얻어진다.

또, 공기를 취입하기 위한 흡입공이 상기 케이스의 상기 다수의 핀과 상대하는 부위에 상기 다수의 핀의 배열방향에 따라 말발굽형의 구멍형상에 설치되고, 이 흡입공의 내주연부가 인접하는 핀의 내주단에 대해 직경방향의 외측에 위치하는 상기 하나 건너의 핀의 내주단으로 부터 직경방향의 외측에 위치하고 있으므로 일방향 도통소자의 온도상승을 억제할 수가 있다.

Claims

삭제
일면측을 발열부품의 실장면으로 하는 말발굽형의 평면형상을 이루는 평판상의 베이스와, 이 베이스의 타면상에 이 베이스의 원주방향에 등각피치로 방사상으로 설치되고, 각각이 베이스의 타면에서 수직으로 돌출설치되어 있는 다수의 핀을 갖고, 이 핀의 베이스로부터의 돌출높이(H)를 핀두께(T)의 5배이상으로 하는 다이케스트제의 히트싱크에서 상기 다수의 핀은 핀두께(T), 높이(H) 및 내주단의 핀피치(P)가 T1mm이고, 또 0.35T/P0.6을 만족하는 형상으로 형성되며, 두꺼운 부분이 일부의 핀의 외주단측에 설치되고, 이 두꺼운 부분과 인접하는 핀과의 간극을 내주단에서의 핀 간격과 동등이상으로 한 것을 특징으로 하는 히트싱크.
삭제
일면측을 발열부품의 실장면으로 하는 말발굽형의 평면형상을 이루는 평판상의 베이스와, 이 베이스의 타면상에 이 베이스의 원주방향에 등각 피치로 방사상으로 설치되고, 각각이 베이스의 타면에서 수직으로 돌출설치되어 있은 다수의 핀을 갖고, 이 핀의 베이스로부터의 돌출높이(H)를 핀두께(T)의 5배이상으로 하는 다이케스트제의 히트싱크에서 상기 다수의 핀은 핀두께(T), 높이(H) 및 내주단의 핀피치(P)가 T1mm이고, 또 0.35T/P0.6을 만족하는 형상으로 형성되며, 또한 하나건너의 핀의 내주단이 인접하는 핀의 내주단에 대하여, 직경방향의 외측에 위치하도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 히트싱크.
제 4항에 있어서, 두꺼운 부분이 일부의 핀의 외주단측에 설치되고, 이 두꺼운 부분과 인접하는 핀과의 간극을 내주단에서의 핀간격과 동등이상으로 하는 것을 특징으로 하는 히트싱크.
케이스의 내부에 수용되고, 회전축을 통해서 회전이 자유롭게 지지된 회전자와, 케이스 내부에 이 회전자의 외주를 둘러싸도록 배치된 고정자와, 정극측 및 부극측의 일방향 도통소자를 각각 지지하는 정극측 및 부극측의 히트싱크를 갖고 상기 고정자에서 발생하는 교류전류를 정류하는 정류기를 구비한 차량용 교류발전기에서, 상기 양 히트싱크는 각각 내경이 다른 말발굽형의 평면형상을 이루는 평판상의 베이스로 구성되고, 각 말발굽형의 평면이 상기 회전축과 직교하는 대략 같은 평면상에 있으며, 또 양 베이스가 직경방향으로 겹치도록 배치되고, 양 베이스의 일면상에 상기 정극측 및 부극측의 일방향 도통소자를 각각 지지시키며, 내주측에 배치된 상기 히트싱크는 상기 베이스의 타면상에 이 베이스의 원주방향에 등각피치로 방사상으로 다수 설치되고, 각각이 베이스의 타면에서 수직으로 돌출설치되어 있는 다수의 핀을 가지며, 이 핀의 베이스로부터의 돌출높이(H)를 핀두께(T)의 5배 이상으로 하는 다이케스트제이고, 상기 다수의 핀은 핀두께(T), 높이(H) 및 내주단의 핀피치(P)가 T1mm이고, 또 0.35T/P 0.6을 만족하는 형상으로 형성되며, 또한 하나건너의 핀의 내주단이 인접하는 핀의 내주단에 대하여, 직경방향의 외측에 위치하도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 차량용 교류발전기.
삭제
제 6항에 있어서, 공기를 취입하기 위한 흡입공이 상기 케이스의 상기 다수의 핀과 상대하는 부위에 상기 다수의 핀의 배열방향을 따라, 말발굽형의 구멍형상으로 설치되고, 이 흡입공의 내주면 가장자리부가 인접하는 핀의 내주단에 대하여, 직경방향의 외측에 위치하는 상기 하나건너의 핀의 내주단으로부터 직경방향의 외측에 위치하고 있는 것을 특징으로 하는 차량용 교류발전기.