KR101423178B1 - 방열구조를 갖는 인덕터 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전기자동차의 전장 회로에 사용되는 인덕터에 관한 것으로서 특히 방열구조를 구비하여 높은 효율로 내부의 열을 방출할 수 있는 인덕터에 관한 것이다.
본 발명은 하우징; 코어와 코어 주위에 권선된 권선코일로 이루어지며, 상기 하우징의 내부에 배치된 코어부; 상기 하우징 내부에서 열이 발생하는 위치에 설치되며 상기 하우징의 저부로부터 연장되어 일체로 형성되는 냉각부; 상기 하우징의 내부에 몰딩재로 충전되는 몰딩부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방열구조를 갖는 인덕터를 제공한다.
본 발명에 따르면 몰딩된 인덕터 내에 발생하는 열을 전장기기에 장착되는 케이스를 통하여 외부로 방출할 수 있도록 하여 인덕터의 코어와 코일의 열을 감소시켜 시스템의 효율을 개선할 수 있다.

Description

방열구조를 갖는 인덕터 {Inductor with the cooling structure}
본 발명은 전기자동차의 전장 회로에 사용되는 인덕터에 관한 것으로서 특히 방열구조를 구비하여 높은 효율로 내부의 열을 방출할 수 있는 인덕터에 관한 것이다.
인덕터는 전기회로를 이루는 가장 중요한 부품 가운데 하나로서, 구리 또는 알루미늄 등을 절연성 재료로 싸서 나사 모양으로 여러 번 감은 솔레노이드를 주로 사용하거나, 도선을 감은 코일 내에 자성체인 코어를 삽입하여 사용하기도 한다.
이러한 인덕터는 특허문헌 1과 같이 코일 그대로 사용하기도 하지만, 코일의 절연 또는 보호의 목적으로 코일의 주변을 몰딩재로 몰딩하여 사용하기도 한다.
또한 인덕터의 종류에 따라서는 자기 특성을 향상시키기 위하여 1쌍 이상의 코일을 병행 사용하여 그 주변을 몰딩하는 경우도 종종 있다.
도 1a는 종래의 인덕터의 외관도이며, 도 1b는 종래의 인덕터의 단면도이다.
인덕터의 본체(100)는 케이스(120)의 내부에 몰딩재가 충전된 몰딩부(140)가 형성되고, 몰딩부(140)의 외부로 단자부(160)가 돌출된다.
도 1b의 단면도를 보면, 케이스(120)의 내부에는 코어(170) 외부에 코일(180)이 권선된 코어부(190)가 세워져 정렬되어 있다.
이러한 형태의 종래의 인덕터는 내부에서 발생하는 열이 효율적으로 외부로 방출되지 않아 인덕터의 특성이 열화되고, 인덕터의 코어와 코일의 발열로 인하여 시스템의 효율을 크게 떨어뜨리는 문제점이 있다.
전기자동차의 전장 회로는 수냉각(Water cooling) 방식으로 65℃ 전후의 냉각수가 순환되므로, 알루미늄제 케이스(120)의 하부로 배관이 연결되어 있어 하부로 열이 방출되는 형태이다.
그러나, 종래의 인덕터는 상부의 발생열이 하부까지 전달되는 매개체가 몰딩재로 되어 있어 열의 이동이 제한적이었다.
특허문헌 1 : 등록특허공보 10-996979호
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 인덕터의 형태와 전장기기에 장착되는 인덕터 케이스의 방열구조 형상의 개선으로 외부로의 열의 발산을 극대화하여 효율이 우수한 인덕터를 제공하는 것을 그 해결하고자 하는 과제로 한다.
본 발명은 상기의 과제를 해결하기 위한 수단으로 하우징; 코어와 코어 주위에 권선된 권선코일로 이루어지며, 상기 하우징의 내부에 배치된 코어부; 상기 하우징 내부에서 열이 발생하는 위치에 설치되며 상기 하우징의 저부로부터 연장되어 일체로 형성되는 냉각부; 상기 하우징의 내부에 몰딩재로 충전되는 몰딩부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방열구조를 갖는 인덕터를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 코어는 트로이덜 형상으로 상기 코어의 내부에 상기 냉각부가 형성되는 것을 특징으로 하는 방열구조를 갖는 인덕터를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 코어부는 복수개이며, 상기 코어부는 상하로 적층되며, 상기 코어부의 사이에 보빈부가 배치되는 것을 특징으로 하는 방열구조를 갖는 인덕터를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 코어부는 복수개이며, 상기 코어부는 횡으로 배치되는 것을 특징으로 하는 방열구조를 갖는 인덕터를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 코어는 일자형상이며, 상기 코어는 복수개이며, 코어부와 코어부 사이에 냉각부가 형성되는 것을 특징으로 하는 방열구조를 갖는 인덕터를 제공한다.
본 발명에 따르면 몰딩된 인덕터 내에 발생하는 열을 전장기기에 장착되는 케이스를 통하여 외부로 방출할 수 있도록 하여 인덕터의 코어와 코일의 열을 감소시켜 시스템의 효율을 개선할 수 있다.
도 1a은 종래의 인덕터의 외관도
도 1b는 종래의 인덕터의 단면도
도 2a는 본 발명의 일실시예의 인덕터의 외관도
도 2b는 본 발명의 인덕터의 단면도
도 3a는 발명예의 온도 측정결과 그래프도
도 3b는 비교예의 온도 측정결과 그래프도
도 4a는 본 발명의 일실시예의 인덕터의 사시도
도 4b는 본 발명의 일실시예의 인덕터 내부의 사시도
도 5a는 본 발명의 타실시예의 단면도
도 5b는 발명예와 종래예의 특성 비교도
본 발명은 하우징 내에 코어부가 삽입되고 하우징의 공간을 몰딩하는 인덕터의 구조에 있어서, 인덕터 내에 열이 발생하는 부분에 냉각부를 설치하여 그 냉각부를 통하여 인덕터 내부에서 발생하는 열을 외부로 고효율로 방출하는 것에 관한 것이다.
코어는 트로이덜 형태로 내부에 냉각부가 설치되고, 코어부는 1 개가 삽입될 수 있고, 또는 2개 이상을 적층할 수도 있다.
또한 일자형상의 코어가 서로 횡으로 배치되는 경우에는 코어부와 코어부 사이에 냉각부가 설치될 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 설명한다.
도 2a는 본 발명의 일실시예의 부분 사시도이고, 도 2b는 본 발명의 인덕터의 단면도이다.
상기한 바와 같이 코어부는 1개 또는 복수일 수 있으나, 도 2a 및 도 2b는 코어부가 2개인 실시예를 나타낸다.
도 2a는 2개의 코어부중에 하부의 코어부만이 장착된 상태를 보여준다.
코어(2)와 권선코일(4)로 구성되는 트로이덜 형태의 코어부(6)가 상하로 적층되고, 코어부(6)의 중심부의 구멍에 하우징(10)의 저부로부터 연장되어 일체로 냉각부(8)가 형성된다.
냉각부(8)의 표면은 코어부(6)의 내부 표면으로부터 1~10mm의 간격으로 떨어져 있다.
간격이 1mm 미만에서는 권선코일(4)과 절연을 유지하기 어렵고, 10mm를 초과하면 냉각 효과를 보기 어렵다.
냉각부(8)의 높이는 하우징(10)의 최상단부보다는 낮은 것이 바람직하다.
본 발명의 실시예와 같이 코어부가 2개 이상인 경우에는 코어부와 코어부의 사이를 절연하기 위하여 보빈부(12)가 설치된다.
하우징(10)의 내부에는 하부에 하나의 코어부(6)가 장착되고, 그 상부에 보빈부(12)가 장착되고, 그 보빈부(12)의 상부에 또 하나의 코어부(6)가 장착된다.
내부에 몰딩재가 충전되어 몰딩부(9)가 형성된다.
몰딩부(9)는 케이스의 최상단 높이보다는 동일하거나 낮게 형성되고 냉각부(8) 높이 전후로 몰딩된다.
몰딩부(9)의 외부로 단자부(14)가 돌출된다.
1쌍의 코어부(6)에서 발생하는 열은 냉각부(8)를 통하여 하우징(10)의 하부로 전달되고 냉각된다.
냉각부(8)가 존재하지 않는 종래의 인덕터는 상부의 열이 하부로 전달되지 않아 내부에 열이 그대로 잔존하여 있거나, 몰딩부를 통하여 매우 비효율적으로 전달된다.
본 발명에서는 인덕터 내부에서 열이 많이 발생하는 지역(Hot Zone)에 냉각부(8)가 형성되어 있기 때문에 종래의 인덕터와는 달리 열이 냉각부(8)를 통하여 하우징(10)의 저부로 신속하고 효율 좋게 열이 외부로 발산되므로 방열 효과가 뛰어나다.
즉, 종래에는 몰딩재를 통하여 열이 발산되는데, 몰딩재의 열전도율은 대략 0.5~2.0W/mK임에 대하여, 알루미늄재인 냉각부(8) 및 하우징(10)의 저부는 96 W/mK로서 열전도율이 약 50~200배 정도 우수하기 때문에 본 발명의 열 방출이 종래에 비하여 매우 우수하다.
도 3a는 발명예의 온도 측정결과 및 도 3b는 비교예의 온도 측정결과를 나타내는 그래프도이다.
비교예는 도 1a 및 도 1b와 같이 냉각부가 없는 구조이며, 발명예는 도 2a 및 도 2b와 같이 코어부 사이에 냉각부가 형성된 구조이다.
실험 조건은 자동차 내부 환경과 유사하도록 설정하였는데, 주위 온도는 105℃, 냉각수의 온도는 65℃, 냉각수량은 8LPM, 인풋 전압은 280V, DC-link 전압은 380 V, 주동작 전류 범위는 Irms = 9 A, Peak = 18.7A, △i = 7 A 이다. 약 13분 정도 인덕터를 작동시킨 후 서멀 레코더(Thermal Recorder)를 이용하여 하우징 내의 상부와 하부의 온도 포화를 확인하였다.
도 3a와 도 3b에서 두께가 두꺼운 선(a)이 인덕터의 상부, 두께가 얇은 선(b)이 인덕터의 하부의 측정 결과도이다.
그 결과로, 도 3a의 발명예의 인덕터의 상부의 포화온도가 85.8℃이며, 도 3b의 비교예는 인덕터의 상부의 포화온도가 89.3℃이어서 포화온도가 상당히 저하되었다. 즉, 코어부의 상부의 열이 효율적으로 방출되었음을 알 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 다른 실시예로서 횡형 구조의 인덕터를 나타낸다.
하우징(20)은 횡형으로 구성되고, 하우징(20)의 내부에 하나의 코어부(26)를 횡으로 삽입하거나 복수의 코어부(26)를 횡으로 장입할 수 있다.
코어부(26)는 트로이덜 형상으로서 코어부(26)의 내부 공간으로 냉각부(28)가 횡방향으로 설치된다. 몰딩부(29)의 외부로 단자부(24)가 돌출된다.
이 경우에도 코어부(26)가 복수인 경우에는 절연을 위하여 코어부(26)와 코어부(26) 사이에 보빈부가 설치된다.
도 5a는 본 발명의 또 다른 실시예의 설명도이다.
일자형상의 코어(32)와 코어(32) 주위를 권선하는 권선코일(34)로 구성되는 코어부(36)가 횡으로 정렬되고 그 사이에 하우징(30)의 저부로부터 연장되어 일체로 냉각부(38)가 형성된다.
냉각부(38)는 저부로부터 폭이 점차 증가하는 형상이며 상부에서는 폭이 매우 좁은 형태를 취한다.
냉각부(38)의 높이는 하우징(30)의 벽부보다는 낮은 것이 바람직하다.
하우징(30)에는 코어부(36)가 안착되고, 몰딩재가 충전되어 몰딩부(39)가 형성된다.
몰딩부(39)는 하우징의 측벽 높이보다는 낮게 형성되고 냉각부(38)보다는 높게 몰딩된다.
1쌍의 코어부(36)에서 발생하는 열은 도 5a의 화살표 방향으로 냉각부(38)를 통하여 하우징(30)의 하부로 전달되고 외부로 발산된다.
냉각부(38)가 존재하지 않는 종래 기술은 열이 발산되지 않아 내부에 열이 그대로 잔존하여 있거나, 몰딩부를 통하여 매우 비효율적으로 전달된다.
본 발명에서는 인덕터 내부에서 열이 많이 발생하는 지역(Hot Zone)에 냉각부(38)가 형성되어 있기 때문에 종래의 인덕터와는 달리 열이 냉각부(38)를 통하여 하우징(30)의 저부로 신속하고 효율좋게 열이 외부로 발산되므로 방열 효과가 뛰어나다.
즉, 종래에는 몰딩재를 통하여 열이 발산되는데, 몰딩재의 열전도율은 대략 1.6W/mK임에 대하여, 알루미늄재인 냉각부(38) 및 하우징(30)의 저부는 96 W/mK로서 열전도율이 약 60배 정도 우수하기 때문에 본 발명의 열 발산이 종래에 비하여 매우 우수하다.
도 5b는 인덕터의 내부의 온도 측정결과를 나타내는 그래프도이다.
발명예는 도 5a와 같이 코일 사이에 냉각부가 형성된 구조이며, 종래예는 냉각부가 없이 코어부 사이가 평평하여 몰딩재가 충전된 구조이다.
실험 조건은 자동차 내부 환경과 유사하도록 설정하였는데, 주위 온도는 105℃, 냉각수의 온도는 65℃, 냉각수의 량은 8LPM 이고, 인풋 전압은 180V, DC-link 전압은 400 V, 주동작 전류 범위는 Irms = 67 A, △i = 59 A 이다. 약 40분 정도 인덕터를 작동시킨 후 서멀레코더(Thermal Recorder)를 이용하여 코일간의 정중앙 부위의 온도 포화를 확인하였다.
그림중 (a)가 발명예의 결과이며, 포화온도가 80.2℃이며, (b)는 종래예의 결과로서 포화온도가 107.4℃이므로, 발명예가 포화온도가 상당히 저하되었음을 알 수 있다. 즉, 본 발명에 따라 코어부에서 발생한 열이 효율적으로 외부로 방출됨을 알 수 있다.
2, 32 : 코어
4, 34 : 권선코일
6, 26, 36 : 코어부
8, 28, 38 : 냉각부
9, 29, 39 : 몰딩부
10, 20, 30 : 하우징

Claims (5)

  1. 하우징;
    코어와 코어 주위에 권선된 권선코일로 이루어지며, 상기 하우징의 내부에 배치된 코어부;
    상기 하우징 내부에서 상기 권선코일에서 발생된 열의 영향을 받는 영역에 설치되며 상기 하우징의 저부로부터 연장되어 일체로 형성되는 냉각부;
    상기 하우징의 내부에 몰딩재로 충전되는 몰딩부로
    이루어지는 것을 특징으로 하는 방열구조를 갖는 인덕터.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 코어는 트로이덜 형상으로 상기 코어의 내부에 상기 냉각부가 형성되는 것을 특징으로 하는 방열구조를 갖는 인덕터.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 코어부는 복수개이며, 상기 코어부는 상하로 적층되며, 상기 코어부의 사이에 보빈부가 배치되는 것을 특징으로 하는 방열구조를 갖는 인덕터.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 코어부는 복수개이며, 상기 코어부는 횡으로 배치되는 것을 특징으로 하는 방열구조를 갖는 인덕터.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 코어는 직선 형상이며, 상기 코어부는 복수개로서 서로 횡으로 배치되며, 코어부와 코어부 사이에 냉각부가 형성되는 것을 특징으로 하는 방열구조를 갖는 인덕터.
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