KR101893071B1 - 전기 자동차용 수냉 인버터 히트싱크 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기 자동차용 수냉 인버터 히트싱크에 있어서 빠르고 효율적인 열배출이 필요한 파워모듈과의 면접촉을 통해 열을 전달받고 냉각핀과 냉각수를 통해 열배출을 하는 구조에 있어서 열전달의 효율성을 높이기 위해서는 파워모듈과 면접촉하는 히트싱크 배면의 평탄도를 확보하여야 하며, 이를 확보하기 위하여 히트싱크의 높이를 곡면으로 형성하거나, 히트싱크와 접촉하는 히트싱크 커버부를 곡면으로 형성함으로써, 인버터 구조물의 조립과 작동시에 발생하는 곡면형상의 변형을 상쇄하여 평면을 이루도록 구성하여, 궁극적으로는 파워모듈에서 발생하는 열을 면접촉에 의해 전달받고 히트싱크를 통해 열배출을 하는 수냉시스템의 효율을 높이는 것이다.

Description

전기 자동차용 수냉 인버터 히트싱크 { water cooling type inverter heat sink for electric vehicle }

본 발명은 전기 자동차용 수냉 인버터 히트싱크에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 냉각 성능을 극대화하기 위해 인버터 내부에 설치된 각 보드들이 효율적으로 배치 결합되고, 히트싱크부와 냉각유로의 구조가 간단하게 제작될 수 있는 전기 자동차용 수냉 인버터 구조물에 있어서 나사결합 및 브레이징결합 후 온도상승과 내부 압력에 의한 변형을 원인으로 열배출 효율이 떨어지지 않도록 히트싱크의 높이 또는 히트싱크커버의 내측 형상을 조정하여 상기 변형에 대응하는 전기 자동차용 수냉 인버터 히트싱크에 관한 것이다.

현재, 자동차용 엔진으로 널리 사용되는 가솔린 기관을 비롯한 내연기관은 연료를 실린더 내에서 연소시켜 발생되는 열에너지를 동력으로 이용한다. 이러한 내연기관에 있어서, 연소 후에 배출되는 배기가스 중에는 연소에 의한 질소산화물과 불완전연소로 인한 일산화탄소 및 탄화수소와 같은 유해한 성분이 함유되어 있어, 대기를 오염시킨다. 이와 같은 환경오염 문제 및 화석연료의 고갈로 인해 세계 여러 나라에서는 태양열이나 전기와 같은 대체에너지를 이용한 자동차용 엔진에 대한 연구가 더욱 활발하게 진행되고 있다.

이러한 대체에너지를 이용한 자동차용 엔진 중에서 가장 실용화 가능성이 높은 것이 전기에너지를 이용하여 차량을 구동하는 방식인 전기 자동차(electric vehicle)용 엔진이다. 전기 자동차용 엔진은 가솔린기관의 휘발유 대신에, 축전지에서 공급되는 전기에 의해 모터를 회전시킴으로써, 이 때 발생되는 모터의 회전력을 감속기에 의해 감속시킨 다음, 차동장치를 통해 좌·우측 구동륜으로 전달하여 차량의 주행을 가능케 하는 구조를 가진다.

일반적으로 전기 자동차는 에너지원에 해당하는 축전지로부터 공급되는 전기에 의해 구동계를 구성하는 구동모터가 구동하여 바퀴에 동력을 전달하는 원리로 되어 있다. 구동모터와 이를 제어해 주는 인버터로 구성되는 상기 구동계는 구조적 특성 및 작동 특성으로 인하여 구동 중 고열을 수반하기 때문에 이러한 고열을 제거하기 위한 방안으로 냉각시스템을 운용하고 있다. 구동계를 냉각하기 위한 시스템은 라디에이터 → 냉각펌프 → 인버터 → 구동모터, 다시 라디에이터의 순서로 냉각수가 순환된다.

상기 구동계를 구성하는 구동모터의 경우에 있어서는 내구성이 강해 열에 어느 정도 견딜 수 있도록 설계되어 있다. 그러나, 많은 전자칩들로 구성되어 있는 인버터는 열에 매우 민감하여 제대로 냉각이 이루어지지 못했을 경우에 인버터의 작동이나 효율, 제어에 악영향을 미칠 뿐만 아니라 소자를 접합하고 있는 납땜이 녹아 회로의 접속 불량을 야기 시키는 문제가 발생한다. 상기 인버터의 본체 내부에 설치되는 회로보드는 일반적으로 파워모듈, 제어보드, 전원보드 및 구동보드로 구성되며, 특히 복수의 전력스위칭소자로 이루어진 파워모듈에서 대부분의 발열이 일어난다.

이러한 파워모듈로부터 열을 흡수하고 흡수한 열을 외부로 방출하는 냉각수단으로서 가장 보편적으로 사용되는 것이 히트싱크(heat sink)이다.

히트싱크란 발열원과 결합하여 냉각수를 통해 열을 방열하는 장치로서, 발열원인 인버터와 결합하여 열을 흡수하는 방열판과 상기 방열판이 흡수한 열을 방출하는 방열핀으로 구성된다.

이때, 방열핀의 높이는 가공의 용이성등을 이유로 높이가 일정하게 형성되어 배치됨이 일반적이다.

그러나, 히트싱크를 파워모듈과 결합하는 과정에서 나사결합에 의한 응력의 집중과 온도상승에 의한 팽창으로 인해 나사가 체결되지 않는 부분은 도 5, 도 6, 도 7과 같이 형상의 변형이 발생하고 있고, 이로 인하여 높은 열이 발생하는 파워모듈과 균일하게 면접촉 함으로써 효율적인 열배출을 하여야 하는 히트싱크 반대면에 이러한 변형으로 인하여 균일하게 접촉하지 않음으로써 열배출의 효율을 떨어뜨리는 문제를 갖게 된다.

한편, 종래기술로서 특허출원서 출원번호 10-2016-0040441(냉각핀이 형성된 히트싱크)에 의하면, 내측에 냉각수가 흐를 수 있도록 입구와 출구를 갖는 냉각유로(50)가 형성되고, 상기 냉각유로(50)에는 냉각핀(100)이 형성되되, 상기 냉각핀(100)은 수평단면이 타원 또는 마름모형으로서, 복수개가 전후좌우방향으로 일정간격 이격되게 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 냉각핀이 형성된 히트싱크라고 기재되어 있다.

다른 종래기술로서, 특허출원서 출원번호 10-2016-0040439(전기 자동차용 수냉 인버터 구조물)에 의하면, 하부가 개구된 상부커버(32)와 상부가 개구된 하부커버(38)가 결합된 것으로, 상기 상부커버(32)와 하부커버(38)가 결합된 내부공간에는 파워모듈(36)이 장착되되, 상기 상부커버(32)와 파워모듈(36) 사이에는 상부히트싱크(35)가 개재되어 있고, 상기 하부커버(38)와 파워모듈(36) 사이에는 하부히트싱크(37)가 개재되어 있는 전기 자동차용 수냉 인버터 구조물에 있어서, 상기 상부히터싱커부(35)와 상부커버(32) 사이에는 상부가스켓(34-1)이 장착되고, 상기 하부히터싱커부(37)와 하부커버(38) 사이에 하부가스켓(34-2)이 장착되어 있되, 상기 상,하부가스켓(34-1,34-2)은 가스켓 모양의 용가재로서, 용접 또는 브레이킹 공정에 사용되어, 상,하부히트싱크(35,37)와 상,하부커버(32,38)를 각각 일체화시켜, 조립공차 및 열변형을 줄여, 냉각효율을 높이는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 수냉 인버터 구조물이 공개되어 있다.

상기와 같이, 종래 기술에 의한 인버터용 히트싱크에 의하면, 나사결합에 의한 응력에 의하여 발열원인 파워모듈과의 접촉부가 평탄하지 못하게 되는 현상으로 인하여 인버터에서 발생하는 순간적인 고열을 신속하게 방열하지 못하여, 인버터의 일정 제어에 따른 스위칭시 순간적으로 발생하는 고열에 의한 스위칭 신호의 오류를 발생시킬 수 있는 문제점이 있다.

또한 종래 기술에 의한 인버터용 히트싱크 냉각핀의 조립 후 사용의 과정에서 열에의한 변형으로 파워모듈과의 접촉부가 평탄하지 못하게 되는 현상으로 열배출 효율이 떨어지는 문제점이 있다.

또한, 다른 종래기술로서 등록특허공보 등록번호 제10-0873821호의 전기 자동차용 수냉 인버터 구조물에 있어서, 하면에 소정의 깊이를 가진 주냉각유로가 일체로 성형되고 상기 주냉각유로의 입구 및 출구가 형성된 히트싱크와, 상면이 상기 히트싱크의 하면과 결합된 언더커버와, 하면이 상기 히트싱크의 상면과 결합된 하우징과, 상기 하우징 내부에 위치되고 상기 히트싱크의 상면으로부터 돌출된 형상으로 결합된 파워모듈안착부와, 상기 히트싱크 상면에 위치되며 상기 파워모듈안착부에 고정되고 커넥터를 구비한 파워모듈과, 상기 파워모듈안착부에 고정되며 상기 파워모듈 상방에 위치되고 각각이 커넥터를 구비하며 그 중 어느 하나 이상이 상기 파워모듈과 커넥터로 직접 결합됨과 동시에 각각이 인접하여 커넥터로 직접 결합된 구동보드, 제어보드 및 전원보드와, 하면이 상기 하우징의 상면에 결합되는 탑커버를 포함하여 이루어진 전기 자동차용 수냉 인버터 구조물이라고 기재되어 있다.

또 다른 종래기술로서 등록특허공보 등록번호 제10-2013-0021570호의 수냉식 인버터에 있어서, 전류 스위칭시 열을 발생시키는 파워모듈 부위만을 가려 냉각수를 흘려주는 메인냉각공간과; 상기 메인냉각공간의 냉각수공간을 다수의 구간으로 구획하여 상기 냉각수의 직선흐름을 형성하여 주는 방열핀과; 입구니플로보내진 냉각수가 상기 메인냉각공간으로 유입되기전 모이도록 상기 메인냉각공간의 한쪽으로 형성된 서브냉각공간과; 상기 서브냉각공간의 냉각수공간으로 들어온 냉각수가 상기 메인냉각공간쪽으로 퍼져나가는 흐름을 형성하는 배열구조를 갖춘 방열핀과; 상기 메인냉각공간을 지난 빠져나온 상기 냉각수가 출구니플로 빠져나가기 전 모이도록 상기 메인냉각공간의 반대쪽으로 형성된 또 다른 서브냉각공간과; 상기 또 다른 서브냉각공간의 냉각수공간으로 들어온 냉각수가 상기 출구니플쪽으로 모여드는 흐름을 형성하는 배열구조를 갖춘 방열핀; 을 포함해 구성된 것을 특징으로 하는 수냉식 인버터라고 기재되어 있다.

그러나 상기와 같은 종래의 구성들은 각 부품이 따로 구성됨으로써 열변형이 발생하게 되며, 열변형으로 인해 밀착되지 못하여 파워모듈의 온도가 정상적으로 감소하지 못하게 되고, 파워모듈의 온도를 감소시키지 못하여 인버터의 주기능인 전력변환의 효율을 저하시킴으로써 인버터의 신뢰성을 떨어뜨리게 되고, 제조공정이 복잡하다는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 극복하기 위해 안출된 것으로, 상단 히트싱크부의 각 냉각핀 또는, 하단 히트싱크부를 구성하는 각 냉각핀들의 영역에서 변형 발생이 예상되는 부위에 대응하는 히트싱크 각 부분의 높이를 곡면의 형상으로 형성하여 나사조립 후 및 사용 중 발생하는 열에 의한 변형을 상쇄할 수 있는 전기 자동차용 수냉 인버터 히트싱크를 제공하고자 하는 것이다.

본발명은 전기 자동차용 수냉 인버터 히트싱크에 관한 것으로, 내측에 냉각수가 흐를 수 있도록 냉각수 입구(510)와 출구(520)를 갖는 냉각수 유로가 형성되고, 상기 냉각수 유로에는 적어도 한 개 이상의 냉각핀(11)이 형성되어진 한 쌍 이상의 히트싱크부(100)와 냉각핀 커버(20)로 히트싱크(10)가 구성되되, 상기 히트싱크부(100)에 배열된 냉각핀(11)들의 상단부를 연결한 면이 볼록한 곡면을 이루도록 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 전기 자동차용 수냉 인버터 구조물에 있어서 파워모듈과의 면접촉하는 히트싱크 배면의 평탄도를 확보하기 위하여 히트싱크의 높이를 곡면으로 형성하거나, 히트싱크와 접촉하는 히트싱크 커버부를 곡면으로 형성함으로써, 인버터 구조물의 조립과 작동시에 발생하는 변형을 상쇄하여 평면을 이루도록 구성하여, 궁극적으로 파워모듈에서 발생하는 열을 면접촉에 의해 전달받고 히트싱크를 통해 열배출을 하는 수냉시스템의 효율을 높이는 현저한 효과가 있다.

도 1은 종래 수냉식 쿨러에서 냉각수 유로와 파워모듈의 상부냉각핀의 형상을 보인 분해도.
도 2는 종래 수냉식 쿨러에서 냉각수 유로와 파워모듈의 하부냉각핀의 형상을 보인 분해도.
도 3은 본 발명의 종래 기술에 해당하는 냉각유로 구성을 위한 부품간 나사결합과 고무씰을 사용하여 조립되는 전기 자동차용 수냉 인버터 구조물의 조립된 사시도.
도 4는 본 발명의 종래 기술에 해당하는 냉각유로 구성을 위한 부품간 나사결합과 고무씰을 사용하여 조립되는 전기 자동차용 수냉 인버터 구조물의 조립된 평면도.
도 5는 본 발명의 종래 기술에 해당하는 냉각유로 구성을 위한 부품간 나사결합과 고무씰을 사용하여 조립되는 전기 자동차용 수냉 인버터 구조물의 조립 및 작동시의 변형의 방향과 경향을 간략화한 정면도.
도 6은 본 발명의 종래 기술에 해당하는 냉각유로 구성을 위한 부품간 나사결합과 고무씰을 사용하여 조립되는 전기 자동차용 수냉 인버터 구조물의 조립 및 작동시의 변형의 방향과 경향을 간략화한 측면도.
도 7은 도5, 6을 냉각유로와 냉각핀을 포함한 수냉식 쿨러의 조립후 또는 작동시의 형상변형을 도식화한 사시도.
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전기 자동차용 수냉 히트싱크의 냉각핀 높이를 곡면의 형태로 만드는 개념에 대한 사시도.
도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전기 자동차용 수냉 히트싱크의 냉각핀 높이를 곡면의 형태로 구성한 형상에 대한 사시도.
도 10은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전기 자동차용 수냉 히트싱크의 냉각핀 높이를 곡면의 형태로 구성한 형상에 대한 정면도.
도 11은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전기 자동차용 수냉 히트싱크의 냉각핀 커버의 내측에 냉각핀과 만나는 면을 곡면의 형태로 구성하는 개념에 대한 사시도.
도 12는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전기 자동차용 수냉 히트싱크의 냉각핀 커버의 내측에 냉각핀과 만나는 면을 곡면의 형태로 구성하는 실제의 형상에 대한 사시도.
도 13은 본 발명의 냉각핀이 설치된 히트싱크의 가공공구 이동경로에 따른 예시도.
도 14는 본 발명의 냉각핀이 형성된 히트싱크의 각 간격에 따른 예시도.

본발명은 전기 자동차용 수냉 인버터 히트싱크에 관한 것으로, 내측에 냉각수가 흐를 수 있도록 냉각수 입구(510)와 출구(520)를 갖는 냉각수 유로가 형성되고, 상기 냉각수 유로에는 적어도 한 개 이상의 냉각핀(11)이 형성되어진 한 쌍 이상의 히트싱크부(100)와 냉각핀 커버(20)로 히트싱크(10)가 구성되되, 상기 히트싱크부(100)에 배열된 냉각핀(11)들의 상단부를 연결한 면이 볼록한 곡면을 이루도록 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 히트싱크부(100)의 냉각핀(11)들의 상단부를 연결한 면이 평면으로 구성될 경우, 상기 히트싱크부(100)와 결합되는 냉각핀 커버(20)의 내측이 상기 냉각핀(11)의 방향으로 볼록한 곡면으로 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 냉각핀 커버(20)는 상부 냉각핀 커버(21)와 하부 냉각핀 커버(22)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 히트싱크부(100)는 상단 히트싱크부(110)와 하단 히트싱크부(120)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본발명을 첨부도면에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 종래 수냉식 쿨러에서 냉각수 유로와 파워모듈의 상부냉각핀의 형상을 보인 분해도, 도 2는 종래 수냉식 쿨러에서 냉각수 유로와 파워모듈의 하부냉각핀의 형상을 보인 분해도, 도 3은 본 발명의 종래 기술에 해당하는 냉각유로 구성을 위한 부품간 나사결합과 고무씰을 사용하여 조립되는 전기 자동차용 수냉 인버터 구조물의 조립된 사시도, 도 4는 본 발명의 종래 기술에 해당하는 냉각유로 구성을 위한 부품간 나사결합과 고무씰을 사용하여 조립되는 전기 자동차용 수냉 인버터 구조물의 조립된 평면도, 도 5는 본 발명의 종래 기술에 해당하는 냉각유로 구성을 위한 부품간 나사결합과 고무씰을 사용하여 조립되는 전기 자동차용 수냉 인버터 구조물의 조립 및 작동시의 변형의 방향과 경향을 간략화한 정면도, 도 6은 본 발명의 종래 기술에 해당하는 냉각유로 구성을 위한 부품간 나사결합과 고무씰을 사용하여 조립되는 전기 자동차용 수냉 인버터 구조물의 조립 및 작동시의 변형의 방향과 경향을 간략화한 측면도, 도 7은 도5, 6을 냉각유로와 냉각핀을 포함한 수냉식 쿨러의 조립후 또는 작동시의 형상변형을 도식화한 사시도, 도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전기 자동차용 수냉 히트싱크의 냉각핀 높이를 곡면의 형태로 만드는 개념에 대한 사시도, 도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전기 자동차용 수냉 히트싱크의 냉각핀 높이를 곡면의 형태로 구성한 형상에 대한 사시도, 도 10은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전기 자동차용 수냉 히트싱크의 냉각핀 높이를 곡면의 형태로 구성한 형상에 대한 정면도, 도 11은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전기 자동차용 수냉 히트싱크의 냉각핀 커버의 내측에 냉각핀과 만나는 면을 곡면의 형태로 구성하는 개념에 대한 사시도, 도 12는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전기 자동차용 수냉 히트싱크의 냉각핀 커버의 내측에 냉각핀과 만나는 면을 곡면의 형태로 구성하는 실제의 형상에 대한 사시도, 도 13은 본 발명의 냉각핀이 설치된 히트싱크의 가공공구 이동경로에 따른 예시도, 도 14는 본 발명의 냉각핀이 형성된 히트싱크의 각 간격에 따른 예시도이다.

본발명 전기 자동차용 수냉 인버터 히트싱크구조는 상부 냉각핀 커버(21), 상부 개스킷(210), 상단 히트싱크부(110), 파워모듈(400), 상기 파워모듈(400)이 안착되는 하단 히트싱크부(120), 하부 개스킷(220), 하부 냉각핀 커버(22)가 상부에서부터 하부방향으로 순차적으로 볼트(40)에 의해 결합된다.

상기 개스킷, 상단 히트싱크부, 파워모듈, 상기 파워모듈이 안착되는 하단 히트싱크부, 개스킷, 하부 냉각핀 커버에는 내측 일측면에 냉각수 유로가 형성되어 하부 냉각핀 커버에 형성된 냉각수 입구(510)를 통해 냉각수가 인입되어 상승되었다가 내측 반대측 측면에 형성되는 냉각수 유로를 통해 하강한 후 하부 냉각핀 커버 전면에 형성된 냉각수 출구(520)로 배출된다.

상기 파워모듈은 하단 히트싱크부의 상면에 고정되어 있는 것으로, 상기 하단 히트싱크부의 상면에는 일측 방향으로 길이를 가지는 돌기가 복수 개 형성되어 있고, 파워모듈의 하면에는 상기 돌기에 대응하는 삽입홈인 파워모듈안착부가 형성되어 있다.

그리고 상기 파워모듈은 육면체 형상이되, 다수 개의 커넥터가 측방향으로 돌출 형성되는 것이며, 상기 커넥터에는 외부의 구동보드, 제어보드, 및 전원보드가 직접 결합될 수 있다.

특히, 상기 하단 히트싱크부의 파워모듈안착부에 파워모듈을 삽입할 시, 상기 파워모듈은 파워모듈안착부에 하단 히트싱크부의 돌출부가 없는 방향으로 커넥터가 위치하도록 삽입하여야 한다.

상기 파워모듈에 대해 자세히 설명하면, 전력사용에 의한 스위칭 작용에 의해 발열량이 상승하는 복수의 스위칭소자로 이루어지며, 이때, 상기 복수의 스위칭소자에 의해 발열량이 상승하는 파워모듈은 상단 히트싱크부의 하면과 하단 히트싱크부의 상면 사이에 충분히 냉각되도록 서로 밀접하게 설치하여 발열에 의한 상단 히트싱크부와 하단 히트싱크부의 변형을 최소화함으로써 밀착상태를 유지할 수 있다.

상기 스위칭 작용은 입력부의 전류가 일정 범위를 넘어서는 순간 출력부에 전류가 흐르게 되는 원리를 통해 회로를 On/Off 하는 작용으로, 전류를 통해 회로를 On/Off함으로써 열이 발생하게 된다.

그러므로 상기 파워모듈에서 발생하는 열을 냉각수순환통로에 흐르는 냉각수를 통해 냉각시킬 필요가 있다.

특히 본발명은 히트싱크의 냉각핀 및 냉각핀 커버에 관한 것으로, 내측에 냉각수가 흐를 수 있도록 냉각수 입구(510)와 출구(520)를 갖는 냉각수 유로가 형성된다.

상기 냉각핀 커버(20)는 상부 냉각핀 커버(21)와 하부 냉각핀 커버(22)로 이루어진다.

또한, 상기 히트싱크부(100)는 상단 히트싱크부(110)와 하단 히트싱크부(120)로 이루어진다.

상기 냉각수 유로에는 적어도 한 개 이상의 냉각핀(11)이 형성되어진 한 쌍 이상의 히트싱크부(100)와 냉각핀 커버(20)로 히트싱크(10)가 구성되되, 상기 히트싱크부(100)에 배열된 냉각핀(11)들의 상단부를 연결한 면이 볼록한 곡면을 이루도록 형성되어 있다.

다른 실시례로서 상기 히트싱크부(100)의 냉각핀(11)들의 상단부를 연결한 면이 평면으로 구성될 경우, 상기 히트싱크부(100)와 결합되는 냉각핀 커버(20)의 내측이 상기 냉각핀(11)의 방향으로 볼록한 곡면으로 형성된다.

곧, 본 발명은 전기 자동차용 수냉 인버터 구조물에 있어서 빠르고 효율적인 열배출이 필요한 파워모듈과의 면접촉을 통해 열을 전달받고 냉각핀과 냉각수를 통해 열배출을 하는 구조에 있어서 열전달의 효율성을 높이기 위해서는 파워모듈과 면접촉하는 히트싱크 배면의 평탄도를 확보하여야 하며, 이를 확보하기 위하여 히트싱크의 높이를 곡면으로 형성하거나, 히트싱크와 접촉하는 히트싱크 커버부를 곡면으로 형성함으로써, 인버터 구조물의 조립과 작동시에 발생하는 곡면형상의 변형을 상쇄하여 평면을 이루도록 구성하여, 궁극적으로는 파워모듈에서 발생하는 열을 면접촉에 의해 전달받고 히트싱크를 통해 열배출을 하는 수냉시스템의 효율을 높이는 것이다.

실시례로서, 냉각핀의 수평단면이 타원형 또는 마름모형이 복수개가 전, 후, 좌, 후 방향으로 일정간격 이격되게 배열될 경우에도, 냉각핀(11)들의 상단부를 연결한 면이 볼록한 곡면을 이루도록 형성되어 있다.

또한, 상기 상단 히트싱크부의 상면 또는 하단 히트싱크부 하면에는 열을 빠르고 효율적으로 배출하는 냉각핀이 형성되는 것으로, 상기 냉각핀은 소정의 깊이를 가지되 수평단면이 타원형 또는 마름모형이며, 복수 개가 전후좌우방향으로 일정간격 이격되게 배열될 수 있는 것이다.

특히, 상기 상하좌우 일정간격 이격되어 배열된 복수 개의 냉각핀에서, 후열에 배열되어 있는 냉각핀은 전열에 배열되어 있는 냉각핀 사이에 위치하는 것이다.

더 자세하게 설명하면, 상기 복수개의 냉각핀 중에서 동일한 열에서 근접한 냉각핀 사이 간격(b)은 냉각핀 내부의 폭보다 넓게 형성되는 것으로, 더 자세하게는 같은 열의 하나의 냉각핀과 그 우측의 냉각핀 사이 간격(b)이 냉각핀 내부좌우폭(a)보다 넓게 형성됨으로써 각각의 냉각핀이 좌우가 겹쳐지는 것을 방지하게 된다.

그리고 상기 냉각유로에 형성된 복수개의 냉각핀 중에서 전열(11-1)의 냉각핀 가로중심선(11-1a)과 후열(11-2)의 냉각핀 가로중심선(11-2a)간의 길이방향 사이 간격(c)은 냉각핀의 상하폭(d)보다 넓게 형성되는 것으로, 각각의 냉각핀이 상하가 겹쳐지는 것을 방지하게 된다.

그러므로 각각의 냉각핀이 좌우가 겹쳐지는 것을 방지함과 동시에 상하가 겹쳐지는 것을 방지하게 됨으로써, 냉각수가 통과할 수 있을 뿐만 아니라 동시에 적절한 폭을 가지게 됨으로써 유속이 상승하게 된다.

한편, 상기 타원형의 냉각핀은 수평단면이 타원형 형상으로, 길이가 긴 부분이 냉각수가 흐르는 방향과 같은 방향이 되도록 형성된다.

상기 마름모형의 냉각핀은 수평단면이 네 변의 길이가 같으며 내부 두 대각선의 길이가 서로 다른 마름모 형태인 것으로, 대각선 중 길이가 긴 부분이 냉각수가 흐르는 방향과 같은 방향이 되도록 형성된다.

도 13에 도시된 바와 같이, 상기 타원형 및 마름모형 냉각핀은 냉각수에 대한 흐름저항이 낮아져 냉각수의 유속이 개선되고, 동시에 표면적이 넓게 되어 열 배출 효율이 상승한다.

특히, 상기 마름모형 냉각핀은 직선으로 이동되는 밀링 커터를 사용하는 밀링공정을 할 때, 상기 밀링 커터가 지나가는 경로가 직선이 되도록 단순화하여 생산성을 더 높일 수 있다.

다른 실시례로서 상기 히트싱크부(100)의 수평단면이 타원형 또는 마름모형의 냉각핀(11)들의 상단부를 연결한 면이 평면으로 구성될 경우, 상기 히트싱크부(100)와 결합되는 냉각핀 커버(20)의 내측이 상기 냉각핀(11)의 방향으로 볼록한 곡면으로 형성된다.

따라서 본 발명은 전기 자동차용 수냉 인버터 구조물에 있어서 파워모듈과의 면접촉하는 히트싱크 배면의 평탄도를 확보하기 위하여 히트싱크의 높이를 곡면으로 형성하거나, 히트싱크와 접촉하는 히트싱크 커버부를 곡면으로 형성함으로써, 인버터 구조물의 조립과 작동시에 발생하는 변형을 상쇄하여 평면을 이루도록 구성하여, 궁극적으로 파워모듈에서 발생하는 열을 면접촉에 의해 전달받고 히트싱크를 통해 열배출을 하는 수냉시스템의 효율을 높이는 현저한 효과가 있다.

10 : 히트싱크 11 : 냉각핀
11-1 : 전열 11-2 : 후열
11-1a, 11-2a : 가로중심선
20 : 냉각핀 커버 21 : 상부 냉각핀 커버
22 : 하부 냉각핀 커버 40 : 볼트
100 : 히트싱크부 110 : 상단 히트싱크부
120 : 하단 히트싱크부 210 : 상부 개스킷
220 : 하부 개스킷 400 : 파워모듈
510 : 냉각수 입구 520 : 냉각수 출구

Claims (4)

1. 상부 냉각핀 커버(21), 상부 개스킷(210), 상단 히트싱크부(110), 파워모듈(400), 상기 파워모듈(400)이 안착되는 하단 히트싱크부(120), 하부 개스킷(220), 하부 냉각핀 커버(22)가 상부에서부터 하부방향으로 순차적으로 볼트(40)에 의해 결합되고,
   상기 상부 개스킷(210), 상단 히트싱크부(110), 파워모듈(400), 상기 파워모듈(400)이 안착되는 하단 히트싱크부(120), 하부 개스킷(220), 하부 냉각핀 커버(22)에는 내측 일측면에 냉각수 유로가 형성되어 하부 냉각핀 커버에 형성된 냉각수 입구(510)를 통해 냉각수가 인입되어 상승되었다가 내측 반대측 측면에 형성되는 냉각수 유로를 통해 하강한 후 하부 냉각핀 커버 전면에 형성된 냉각수 출구(520)로 배출되고,
   상기 파워모듈은 하단 히트싱크부의 상면에 고정되어 있는 것으로, 상기 하단 히트싱크부의 상면에는 일측 방향으로 길이를 가지는 돌기가 복수 개 형성되어 있고, 파워모듈의 하면에는 상기 돌기에 대응하는 삽입홈인 파워모듈안착부가 형성되는 것이되,
   상기 상단 히트싱크부(110) 및 하단 히트싱크부(120의 냉각핀(11)들의 상단부를 연결한 면이 평면으로 구성될 경우, 상기 상단 히트싱크부(110) 및 하단 히트싱크부(120)과 결합되는 냉각핀 커버(20)의 내측이 상기 냉각핀(11)의 방향으로 볼록한 곡면으로 형성되어 있는 것이며,
   상기 냉각핀 커버(20)는 상부 냉각핀 커버(21)와 하부 냉각핀 커버(22)로 이루어지는' 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 수냉 인버터 히트싱크
   
   
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