KR101831196B1 - 인버터의 발열소자 냉각장치 - Google Patents

인버터의 발열소자 냉각장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 인버터의 발열소자 냉각장치에 관한 것으로서, 인버터의 케이스의 내부에 구비되는 발열소자를 냉각시키는 인버터의 발열소자 냉각장치로서, 상기 케이스의 외면에 배치되는 히트싱크; 및 상기 히트싱크와 접촉되는 공기의 유동을 촉진시키는 냉각팬;을 포함하고, 상기 히트싱크는, 상기 발열소자에 비해 큰 크기를 가지며 상기 발열소자와 대응되게 상기 케이스의 외면에 일 측면이 접촉되는 방열판; 상기 발열소자에 대응되게 상기 방열판의 타 측면으로부터 돌출되고 상기 냉각팬에 의한 공기의 이동방향을 따라 연장되고 제1간격으로 이격 형성되는 제1핀; 및 상기 제1핀의 주변에 상기 방열판으로부터 돌출되고 상기 공기의 이동방향을 따라 연장되고 상기 제1간격에 비해 큰 제2간격으로 이격 형성되는 복수의 제2핀;을 구비하여 구성된다. 이에 의해, 발열소자를 신속하고 효과적으로 냉각할 수 있다.

Description

인버터의 발열소자 냉각장치{HEAT-GENERATING ELEMENT COOLING APPARATUS FOR INVERTER}
본 발명은, 인버터의 발열소자 냉각장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 발열소자의 냉각을 촉진시켜 고온에 기인한 오작동을 억제할 수 있도록 한 인버터의 발열소자 냉각장치에 관한 것이다.
주지된 바와 같이, 인버터는 직류전력을 교류전력으로 변환하는 장치이다.
이러한 인버터는 고주파 전원을 이용하여 금속 등을 가열하는 유도 가열 장치 또는 3상 교류 모터의 구동에 널리 이용되고 있다.
상기 인버터는, 내부에 수용공간을 형성하는 케이스와, 상기 케이스의 내부에 배치되고 직류 전원을 스위칭하여 고주파 전원으로 출력하는 스위칭소자(예를 들면, 사이리스터, 파워트랜지스터, 아이지비티 등)를 구비한 회로부를 포함하여 구성된다.
또한, 상기 인버터에는 상기 회로부에서 발생된 열을 방출하여 냉각시키는 냉각장치가 구비된다.
상기 냉각장치는 상기 스위칭소자에 결합되어 상기 스위칭소자를 방열시키는 히트싱크(HEAT SINK)를 구비할 수 있다.
도 1은 종래의 인버터의 발열소자의 냉각장치의 일 예를 도시한 도면이고, 도 2는 도 1의 히트싱크의 평면도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 인버터는, 수용공간을 형성하는 케이스(10)와, 상기 케이스(10)의 내부에 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 출력하는 회로부(20)를 구비한다.
상기 인버터는 상기 회로부(20)의 냉각을 위해 상기 케이스(10)의 외면에 배치되는 발열소자 냉각장치(30)를 구비한다.
상기 인버터의 발열소자 냉각장치(30)는 히트싱크(40) 및 냉각팬(50)을 구비하여 구성된다.
상기 히트싱크(40)는, 판상의 방열판(41)과, 상기 방열판(41)의 표면에 돌출되는 복수의 방열핀(fin)(42)을 구비한다.
상기 각 방열핀(42)은 상기 방열판(41)의 판면으로부터 돌출되고 일 방향을 따라 연장 형성된다.
상기 방열핀(42)은 서로 일정 간격(d)으로 이격되어 나란하게 배치된다.
상기 회로부(20)의 발열소자(예를 들면 아이지비티(IGBT))(25)는 상기 방열판(41)의 일 측 판면에 열전달 가능하게 배치된다.
한편, 상기 히트싱크(40)의 적어도 일 측에는 공기의 유동을 촉진시킬 수 있게 냉각팬(50)이 배치된다.
상기 냉각팬(50)은 상기 방열핀(42)의 길이방향을 따라 일 측 또는 양 측에 구비된다.
그런데, 이러한 종래의 인버터의 발열소자 냉각장치에 있어서는, 히트싱크(40)의 방열핀(42)은 일정한 간격(d) 및 길이로 형성하도록 되어 있어 상기 발열소자(25)의 온도를 낮추는데 한계가 있다.
특히, 상기 발열소자(25)의 냉각이 미흡하게 될 경우 상기 발열소자(25)의 열이 주변으로 확산되고 상기 케이스(10)의 내부 온도가 상승되어 회로부(20)의 오작동이 유발될 수 있다.
또한, 상기 발열소자(25)의 온도를 낮추기 위해 냉각팬(50)의 용량을 증대시킬 수 있으나, 용량 증대시 전력소비가 그만큼 증가되고 소음이 증가하게 되는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은, 발열소자를 신속하고 효과적으로 냉각할 수 있는 인버터의 발열소자 냉각장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 냉각팬의 수를 증가시키지 아니하고 냉각효율을 제고시킬 수 있는 인버터의 발열소자 냉각장치를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
본 발명은, 상기한 바와 같은 목적 달성을 위해, 인버터의 케이스의 내부에 구비되는 발열소자를 냉각시키는 인버터의 발열소자 냉각장치로서, 상기 케이스의 외면에 배치되는 히트싱크; 및 상기 히트싱크와 접촉되는 공기의 유동을 촉진시키는 냉각팬;을 포함하고, 상기 히트싱크는, 상기 발열소자에 비해 큰 크기를 가지며 상기 발열소자와 대응되게 상기 케이스의 외면에 일 측면이 접촉되는 방열판; 상기 발열소자에 대응되게 상기 방열판의 타 측면으로부터 돌출되고 상기 냉각팬에 의한 공기의 이동방향을 따라 연장되고 제1간격으로 이격 형성되는 제1핀; 및 상기 제1핀의 주변에 상기 방열판으로부터 돌출되고 상기 공기의 이동방향을 따라 연장되고 상기 제1간격에 비해 큰 제2간격으로 이격 형성되는 복수의 제2핀;을 구비하는 것을 특징으로 하는 인버터의 발열소자 냉각장치를 제공한다.
여기서, 상기 발열소자는 상기 방열판의 중앙영역에 배치되고, 상기 제1핀은 상기 방열판의 중앙영역에 형성되고, 상기 제2핀은 상기 제1핀의 양 측에 나란하게 각각 배치되게 구성될 수 있다.
상기 제2간격은 상기 제1간격의 1.5배 내지 2.5배 이내로 구성될 수 있다.
상기 제1핀은 상기 공기의 유동방향을 따라 상기 방열판의 중앙영역에 배치되고, 상기 히트싱크는 상기 제1핀의 전방 또는 후방에 상기 방열판의 판면으로부터 돌출되고 상기 공기의 유동방향을 따라 연장되며 제3간격으로 이격배치되는 제3핀을 더 포함하여 구성될 수 있다.
상기 제3간격은 상기 제1간격의 3.5배 내지 4.5배 이내로 구성될 수 있다.
상기 냉각팬은, 상기 제1핀의 상류측에 배치되는 제1팬; 및 상기 제1핀의 하류측에 배치되는 제2팬을 구비하여 구성될 수 있다.
상기 제2팬은 복수 개로 구성될 수 있다.
상기 제1팬은 상기 공기의 유동방향을 따라 상기 방열판의 상류측 단부 중앙에 배치되고, 상기 제2팬은 복수 개로 구성되어 상기 방열판의 하류측 단부에 구비될 수 있다.
상기 발열소자는 아이지비티(IGBT)로 구현될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 히트싱크가 방열판 및 방열판에 대해 서로 다른 간격으로 배치되는 방열핀을 구비하도록 함으로써, 발열소자를 신속하고 효과적으로 냉각할 수 있다.
또한, 발열소자의 작동시 발생하는 열이 제1핀에 의해 신속하게 열교환되어 냉각되도록 함으로써 냉각팬의 수를 증가시키지 아니하고 냉각효율을 제고시킬 수 있다.
도 1은 종래의 인버터의 발열소자 냉각장치를 도시한 도면,
도 2는 도 1의 히트싱크를 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터의 발열소자 냉각장치의 사용상태의 사시도,
도 4는 도 3의 인버터의 발열소자 냉각장치의 사시도,
도 5는 도 4의 평면도,
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 인버터의 발열소자 냉각장치의 도 5에 대응되는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터의 발열소자 냉각장치(130)는, 인버터의 케이스(110)의 내부에 구비되는 발열소자(125)를 냉각시키는 인버터의 발열소자 냉각장치(130)로서, 상기 케이스(110)의 외면에 배치되는 히트싱크(140); 및 상기 히트싱크(140)와 접촉되는 공기의 유동을 촉진시키는 냉각팬(160);을 포함하고, 상기 히트싱크(140)는, 상기 발열소자(125)에 비해 큰 크기를 가지며 상기 발열소자(125)와 대응되게 상기 케이스(110)의 외면에 일 측면이 접촉되는 방열판(141); 상기 발열소자(125)에 대응되게 상기 방열판(141)의 타 측면으로부터 돌출되고 상기 냉각팬(160)에 의한 공기의 이동방향을 따라 연장되고 제1간격(d1)으로 이격 형성되는 제1핀(151); 및 상기 제1핀(151)의 주변에 상기 방열판(141)으로부터 돌출되고 상기 공기의 이동방향을 따라 연장되고 상기 제1간격(d1)에 비해 큰 제2간격(d2)으로 이격 형성되는 복수의 제2핀(152);을 구비하여 구성될 수 있다.
인터버의 케이스(110)의 내부에는 전원(예를 들면 직류 전원)을 고주파 전원으로 변환하여 출력하는 회로부(120)가 구비될 수 있다.
상기 회로부(120)는 동작시 고온을 발생시키는 발열소자(125)(예를 들면 아이지비티(IGBT:Insulated Gate Bipolar Transistor)를 구비할 수 있다.
상기 발열소자(125)는 대략 직사각형 형상으로 구현될 수 있다. 본 실시예에서는 상기 발열소자(125)가 정사각형 형상으로 구현된 경우를 예시하고 있다.
상기 케이스(110)의 외면에는 상기 발열소자(125)를 냉각시킬 수 있게 인버터의 발열소자 냉각장치(130)가 구비될 수 있다.
본 실시예의 인버터의 발열소자 냉각장치(130)는, 상기 케이스(110)의 외면에 배치되는 히트싱크(140) 및 상기 히트싱크(140)와 접촉되는 공기의 유동을 촉진시키는 냉각팬(160)을 구비할 수 있다.
상기 히트싱크(140)는 상기 발열소자(125)에 비해 큰 크기를 구비하게 구성될 수 있다.
상기 히트싱크(140)는, 예를 들면, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 발열소자(125)에 비해 큰 크기를 가지며 상기 발열소자(125)와 대응되게 상기 케이스(110)의 외면에 일 측면이 접촉되는 방열판(141), 상기 발열소자(125)에 대응되게 상기 방열판(141)의 타 측면으로부터 돌출되고 상기 냉각팬(160)에 의한 공기의 이동방향을 따라 연장되고 제1간격(d1)으로 이격 형성되는 제1핀(151), 상기 제1핀(151)의 주변에 상기 방열판(141)으로부터 돌출되고 상기 공기의 이동방향을 따라 연장되고 상기 제1간격(d1)에 비해 큰 제2간격(d2)으로 이격 형성되는 제2핀(152)을 구비하여 구성될 수 있다.
상기 방열판(141)은 상기 발열소자(125)가 중앙영역에 대응(배치)되게 상기 케이스(110)의 외면에 구비(배치)될 수 있다.
상기 방열판(141)의 일 판면은 상기 케이스(110)의 외면에 접촉되고 타 판면에는 상기 제1핀(151) 및 제2핀(152)이 각각 형성될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 제1핀(151)은, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 발열소자(125)에 대응되는 영역에 형성될 수 있다. 본 실시예에서, 상기 방열판(141)은 상기 발열소자(125)가 중앙영역에 대응되게 배치되므로 상기 제1핀(151)은 상기 방열판(141)의 중앙영역에 형성된 경우를 예시하고 있다.
상기 제1핀(151)은 상기 방열판(141)의 타 판면으로부터 돌출되고 상기 냉각팬(160)에 의한 공기의 이동방향을 따라 미리 설정된 길이(L1)로 연장되게 배치될 수 있다.
여기서, 상기 제1핀(151)의 설치면적은 상기 발열소자(125)의 크기에 대응되게 형성될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 제1핀(151)의 길이(L1)는 상기 발열소자(125)의 일 변(예를 들면 세로)의 길이에 대응되고, 상기 제1핀(151)이 형성되는 폭은 상기 발열소자(125)의 폭(예를 들면, 가로)에 대응되게 구성될 수 있다. 본 실시예에서, 상기 발열소자(125)가 정사각형 형상으로 구현되고, 이에 대응되게 상기 제1핀(151)의 길이 및 설치영역의 폭이 거의 동일하게 정사각형 형상으로 구성된 경우를 예를 들고 있으나, 상기 제1핀(151)의 길이 및 설치영역의 폭은 상기 발열소자(125)의 형상에 대응되게 적절히 조절될 수 있다.
한편, 상기 방열판(141)의 타 판면에는 제2핀(152)이 구비될 수 있다.
상기 제2핀(152)은 상기 제1핀(151)의 주위에 형성될 수 있다.
상기 제2핀(152)은 상기 제1핀(151)의 이격방향을 따라 상기 제1핀(151)의 양 측 영역에 상기 제1핀(151)과 나란하게 배치되게 각각 형성될 수 있다.
상기 제2핀(152)은 상기 제1핀(151)에 비해 긴 길이(L2)를 구비할 수 있다.
예를 들면, 상기 제2핀(152)은 상기 방열판(141)의 폭에 대응되는 길이(L2)를 구비하게 구성될 수 있다.
상기 제2핀(152)은 상기 제1핀(151)의 이격 간격(제1간격(d1))에 비해 큰 제2간격(d2)으로 이격되게 형성될 수 있다.
여기서, 상기 제2간격(d2)은 상기 제1간격(d1)의 1.5배 내지 2.5배 이내로 구성될 수 있다.
한편, 상기 냉각팬(160)의 공기의 이동방향을 따라 상기 제1핀(151)의 상류측 및/또는 하류측에는 제3핀(153)이 구비될 수 있다.
상기 제3핀(153)은 상기 방열판(141)의 타 판면으로부터 돌출되고 상기 냉각팬(160)의 공기의 이동방향을 따라 미리 설정된 길이(L3)로 연장될 수 있다.
상기 제3핀(153)의 길이(L3)는, 예를 들면, 상기 방열판(141)의 공기의 이동방향을 따라 상류측 단부로부터 상기 제1핀(151)의 상류측 단부 사이 길이에 대응되게 형성될 수 있다.
또한, 상기 제3핀(153)은, 상기 방열판(141)의 공기의 이동방향을 따라 상기 방열판(141)의 하류측 단부로부터 상기 제1핀(151)의 하류측 단부 사이 길이에 대응되는 길이(L3)를 구비하게 형성될 수 있다.
상기 제3핀(153)은 상기 제1핀(151)의 제1간격(d1) 및 제2간격(d2)에 비해 더 큰 제3간격(d3)으로 이격 배치되게 구성될 수 있다.
상기 제3간격(d3)은, 예를 들면, 상기 제1간격(d1)의 3.5배 내지 4.5배 이내로 구성될 수 있다. 여기서, 상기 제3핀(153)은 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 제2핀(152)의 제2간격(d2)과 동일한 간격으로 구성될 수도 있다.
한편, 상기 냉각팬(160)은, 상기 제1핀(151)의 상류측에 배치되는 제1팬(161) 및 상기 제1핀(151)의 하류측에 배치되는 제2팬(162)을 구비하여 구성될 수 있다. 상기 제1팬(161) 및 제2팬(162)은 모두 전원 공급시 회전되는 전기모터를 구비하여 각각 구성될 수 있다.
상기 제1팬(161) 및 제2팬(162)은, 예를 들면, 축류팬으로 구성될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 제1팬(161) 및 제2팬(162)은, 관통부(172)를 구비한 케이싱(171), 상기 케이싱(171)의 관통부(172)의 내부에 회전 가능하게 설치되는 팬부(175)를 각각 구비하게 구성될 수 있다. 상기 각 팬부(175)는, 전원 인가 시 회전되는 전기모터(176)와, 상기 전기모터(176)의 회전축에 연결되어 회전하는 회전날개(177)를 구비할 수 있다.
상기 제1팬(161)은, 예를 들면, 상기 공기의 유동방향을 따라 상기 방열판(141)의 상류측 단부 중앙에 배치될 수 있다. 이에 의해, 상기 제1핀(151)으로 공기가 더욱 신속하게 이동될 수 있다. 이에 따라 상기 발열소자(125)의 고열을 신속하게 냉각(열교환)하여 발열소자(125)의 온도를 낮출 수 있다.
상기 제2팬(162)은 복수 개로 구성될 수 있다.
상기 제1팬(161)은, 예를 들면, 상기 발열소자(125)의 폭에 대응되는 회전반경을 구비하게 구성될 수 있다. 이에 의해 상기 제1핀(151)으로 비교적 균일하게 공기가 공급될 수 있다.
상기 제2팬(162)은 상기 제1팬(161)과 동일한 회전 반경을 구비하게 구성될 수 있다.
상기 제2팬(162)은 상기 방열판(141)의 하류측 단부에 4개가 구비될 수 있다.
이러한 구성에 의하여, 상기 발열소자(125)가 동작하면 상기 발열소자(125)는 발열하여 온도가 상승될 수 있다. 상기 발열소자(125)에서 발생한 열은 상기 방열판(141)에 상기 발열소자(125)에 대응되게 집중 형성된 제1핀(151)에 의해 신속하게 열교환되어 냉각될 수 있다. 이에 의해, 상기 발열소자(125) 영역의 국부 온도 상승을 억제할 수 있고, 발열소자(125)의 열이 주변으로 확산되는 것을 억제할 수 있다. 이에 따라, 상기 케이스(110)의 내부의 온도가 낮은 상태로 유지될 수 있어 온도 상승에 기인한 상기 회로부(120)의 오동작 및/또는 효율 저하를 방지할 수 있다.
한편, 상기 회로부(120)가 동작함과 거의 동시에 상기 냉각팬(160)이 동작될 수 있다. 상기 냉각팬(160)이 구동되면 상기 방열핀(151,152,153)의 열교환이 더욱 촉진되어 상기 회로부(120)의 냉각이 더욱 촉진될 수 있다.
상기 제1핀(151)은 상기 제1팬(161) 및 제2팬(162)에 의해 공기의 유동속도가 더욱 증가됨으로써 더욱 신속하게 열교환되어 냉각되어 상기 발열소자(125)의 고열을 신속하게 해소할 수 있다.
이상에서, 본 발명의 특정한 실시예에 관하여 도시되고 설명되었다. 그러나, 본 발명은, 그 사상 또는 본질적인 특징에서 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 형태로 실시될 수 있으므로, 위에서 설명된 실시예는 그 상세한 설명의 내용에 의해 제한되지 않아야 한다.
또한, 앞서 기술한 상세한 설명에서 일일이 나열되지 않은 실시예라 하더라도 첨부된 특허청구범위에서 정의된 그 기술 사상의 범위 내에서 넓게 해석되어야 할 것이다. 그리고, 상기 특허청구범위의 기술적 범위와 그 균등범위 내에 포함되는 모든 변경 및 변형은 첨부된 특허청구범위에 의해 포섭되어야 할 것이다.
110 : 케이스 120 : 회로부
125 : 발열소자 130 : 발열소자 냉각장치
140 : 히트싱크 141 : 방열판
151 : 제1핀 152 : 제2핀
153 : 제3핀 160 : 냉각팬
161 : 제1팬 162 : 제2팬
171 : 케이싱 172 : 관통부
175 : 팬부 176 : 전기모터
177 : 회전날개

Claims (9)

  1. 인버터의 케이스의 내부에 구비되는 발열소자를 냉각시키는 인버터의 발열소자 냉각장치로서,
    상기 케이스의 외면에 배치되는 히트싱크; 및
    상기 히트싱크와 접촉되는 공기의 유동을 촉진시키는 냉각팬;을 포함하고,
    상기 히트싱크는,
    상기 발열소자에 비해 큰 크기를 가지고, 중앙 영역에 상기 발열소자가 배치되며, 상기 발열소자와 대응되게 상기 케이스의 외면에 일 측면이 접촉되는 방열판;
    상기 발열소자에 대응되게 상기 방열판의 중앙영역에 형성되고, 상기 방열판의 타 측면으로부터 돌출되고, 상기 냉각팬에 의한 공기의 이동방향을 따라 연장되고, 제1간격으로 이격 형성되는 제1핀;
    상기 제1핀의 주변에서 상기 제1핀의 양 측에 나란하게 각각 배치되고, 상기 방열판으로부터 돌출되고, 상기 공기의 이동방향을 따라 연장되고, 상기 제1간격에 비해 큰 제2간격으로 이격 형성되는 복수의 제2핀; 및
    상기 제1핀의 전방 또는 후방에 상기 방열판의 판면으로부터 돌출되고, 상기 공기의 유동방향을 따라 연장되며, 제3간격으로 이격 배치되는 제3핀을 구비하는 것을 특징으로 하는 인버터의 발열소자 냉각장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2간격은 상기 제1간격의 1.5배 내지 2.5배 이내인 것을 특징으로 하는 인버터의 발열소자 냉각장치.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제3간격은 상기 제1간격의 3.5배 내지 4.5배 이내인 것을 특징으로 하는 인버터의 발열소자 냉각장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 냉각팬은, 상기 제1핀의 상류측에 배치되는 제1팬; 및 상기 제1핀의 하류측에 배치되는 제2팬을 구비하는 것을 특징으로 하는 인버터의 발열소자 냉각장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제2팬은 복수 개로 구성되는 것을 특징으로 하는 인버터의 발열소자 냉각장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제1팬은 상기 공기의 유동방향을 따라 상기 방열판의 상류측 단부 중앙에 배치되고, 상기 제2팬은 복수 개로 구성되어 상기 방열판의 하류측 단부에 구비되는 것을 특징으로 하는 인버터의 발열소자 냉각장치.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 발열소자는 아이지비티(IGBT)인 것을 특징으로 하는 인버터의 발열소자 냉각장치.
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