KR101901134B1 - 무선급전 선로에 연결되는 캐패시터 함체 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무선급전 선로에 연결되는 캐패시터 함체 구조에 관한 것으로; 무선급전 선로에 연결되는 캐패시터 함체에 있어서, 내부에 복수의 캐패시터가 구비되는 금속재질의 함체와, 상기 함체의 외측에 구비되는 방열판으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 복수의 캐패시터가 내부에 구비되는 함체의 외부에 방열판을 구비하고 내부에 구비되는 각 캐패시터 사이에 전기 전도성이 좋고 열전도성이 우수한 열전도용 도체판을 구비하여 캐패시터에서 발생하는 열을 함체 내부면에 구비되는 절연인 열전도성 패드를 통해 함체로 전달하여 방열 효율을 높이는 효과가 있다.

Description

무선급전 선로에 연결되는 캐패시터 함체 구조 {Capacitor case structure}

본 발명은 무선급전 선로에 연결되는 캐패시터 함체 구조에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는 공진 캐패시터의 특성과 무선급전 선로의 체결과 함체의 기능을 방해하지 않으면서도 캐패시터에서 발생하는 열을 효과적으로 외부로 전달할 수 있는 캐패시터 함체 구조에 관한 것이다.

일반적으로 전기자동차, RTGC(Rubber-Tired Grantry Crane), RMGC(Rail-Mounted Grantry Crane) 및 전기철도차량 등의 전기차량(이하 '전기차량'이라 한다.)은 전기차량의 운행을 위해 동력원으로 사용되는 전력을 접촉식 또는 비접촉식으로 전송받게 된다.

이때, 종전 접촉방식의 집전장치는 주행 중, 전기차량으로의 집전과 차량 내부 배터리 충전을 위한 전력 집전이 가능한 장점이 존재하지만, 기계적 마찰에 의한 마모, 소음 발생 현상을 해소하고, 차량에의 집전손실로 작용할 수 있는 아크, 공기마찰 등의 전기적, 환경적 손실 등의 문제가 있다.

이에 최근에는 비접촉식으로 차량에 전력을 전송하는 비접촉 전력 집전방식에 대한 연구가 활발히 진행되고 있으며, 등록특허 제10-1535284호, 공개특허 제10-2015-0050952호 등을 통해 다양한 시스템이 제안되고 있다.

한편, 도 1을 참고하면 종래 무선급전 선로에 사용되는 공진 캐패시터의 함체(1)는 캐패시터와 그 부속들을 내부에 구비하고 외부에 연결을 위한 단자만 노출하는 형태로 이루어져, 캐패시터와 체결부를 외부의 충격 등에 보호하기 위해 제작되었고 방열을 위한 추가적인 구조는 고려되지 않았다.

이때, 함체 내부에 은닉된 상태로 구비되는 캐패시터는 자체 저항 성분으로 인해 전류가 흐르면 발열이 생기고 온도가 상승한다. 따라서 온도가 일정 이상 상승하면 캐패시터의 특성(정전용량)이 변화하기 때문에 제품마다 동작 온도 범위가 정해져 있다.

그리고, 캐패시터에 발생하는 열의 정도는 캐패시터에 흐르는 전류의 크기에 비례하는데 대전력 무선급전(예. 경전철 무선급전)에서는 수백 암페어의 전류가 선로에 흐르므로 발열이 쉽게 발생한다.

또한, 기존의 캐패시터 함체(1)는 폐쇄된 공간에서 캐패시터를 보호하고 캐패시터의 회로 절연을 위해 함체가 열전도성이 낮은 부도체로 만들어졌거나 도체로 만들어졌더라도 열전도성이 낮은 절연 물질을 사용하여 캐패시터와 함체를 분리시키는 구조를 사용하였다.

따라서, 이러한 종래의 캐패시터의 함체(1) 구조에서는 캐패시터의 발열이 있더라도 열이 외부에 방출되지 않고 함체(1) 내부의 온도가 지속적으로 상승하여 캐패시터의 온도가 급격히 상승할 수 있으며, 이 경우 정상 온도범위를 초과하여 캐패시터가 정상 동작하지 않게 되는 문제점이 있다.

참고문헌: 등록특허 제10-1535284호 참고문헌: 공개특허 제10-2015-0050952호

따라서, 본 발명은 이러한 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 무선급전 선로에 사용되는 기존 공진 캐패시터의 특성과 무선급전 선로의 체결과 함체의 기능을 방해하지 않으면서도 캐패시터에서 발생하는 열을 효과적으로 함체 외부로 전달할 수 있는 캐패시터 함체 구조를 제공하는데 그 목적이 있다.

이와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명은;

무선급전 선로에 연결되는 캐패시터 함체에 있어서, 내부에 복수의 캐패시터가 구비되는 금속재질의 함체와, 상기 함체의 외측에 구비되는 방열판으로 구성되는 것을 특징으로 하는 무선급전 선로에 연결되는 캐패시터 함체 구조를 제공한다.

이때, 상기 함체는 내부에 수용부가 형성되어 복수의 캐패시터가 직렬로 연결되게 구비되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 함체는 전후방향으로 관통공이 형성되어 급전용 선로가 연결되는 접속단자가 설치되는 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 방열판은 알루미늄 또는 카본 재질로 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 캐패시터들의 사이에는 캐패시터에서 발생되는 열을 함체의 내부 좌우 양측면으로 전달하는 열전도용 도체판이 구비되는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 열전도용 도체판은 인접한 캐패시터 사이에 양측면이 밀착되는 제1밀착부와 상기 함체의 내부면에 일측면이 향하도록 제2밀착부가 기역(ㄱ)자 형상으로 절곡형성된 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 함체의 수용부 내부면과 열전도용 도체판의 제2밀착부 사이에는 열전도성 패드가 밀착되는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 열전도성 패드는 절연인 열전도성 실리콘 패드인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 복수의 캐패시터가 내부에 구비되는 함체의 외부에 방열판을 구비하고 내부에 구비되는 각 캐패시터 사이에 전기 전도성이 좋고 열전도성이 우수한 열전도용 도체판을 구비하여 캐패시터에서 발생하는 열을 함체 내부면에 구비되는 절연인 열전도성 패드를 통해 함체로 전달하여 방열 효율을 높이는 효과가 있다.

아울러, 본 발명은 캐패시터에서 발생하는 열을 효율적으로 외부로 배출 가능해 함체 내부의 완전한 밀폐로 인한 함체의 방수기능을 갖도록 설계가 가능해 캐패시터 함체의 안정적인 운용을 할 수 있다.

도 1은 종래 일반적인 무선급전 선로용 캐패시터 함체의 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 무선급전 선로에 연결되는 캐패시터 함체 구조를 설명하기 위해 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 무선급전 선로에 연결되는 캐패시터 함체 구조를 설명하기 위해 도시한 평면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 무선급전 선로에 연결되는 캐패시터 함체 구조를 설명하기 위해 도시한 정면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 무선급전 선로에 연결되는 캐패시터 함체 구조를 설명하기 위해 도시한 측면도이다.

이하, 본 발명에 따른 무선급전 선로에 연결되는 캐패시터 함체 구조를 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 기술되는 실시 예에 의하여 그 특징들을 이해할 수 있을 것이다.

이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들은 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 2 내지 도 5를 참고하면, 본 발명에 따른 무선급전 선로에 연결되는 캐패시터 함체(100)는 통상의 캐패시터(110)의 특성과, 급전용 선로의 체결 및 함체(100)의 기능을 방해하지 않으면서도 캐패시터(110)에서 발생하는 열을 효과적으로 함체(100)의 외부로 전달할 수 있다.

이와 같은 본 발명에 따른 무선급전 선로에 연결되는 캐패시터 함체 구조는 내부에 복수의 캐패시터(110)가 구비되는 함체(100)의 외측에 방열판(120)이 구비되되, 상기 함체(100)는 열전도성이 우수한 금속재질로 이루어진다.

이하, 본 발명의 각부 구성을 구체적으로 설명한다.

상기 함체(100)는 열전도성이 우수한 금속재질로 이루어지며, 전체적으로 사각형상으로 이루어지며 내부에 복수의 캐패시터(110)가 직렬로 연결되게 구비되는 수용부(102)가 형성된다.

이와 같은 함체(100)는 급전용 선로의 연결이 방해받지 않도록 전후방향으로 관통공(104)이 형성되어 접속단자(130)가 설치되며, 함체(100)의 외측 특히 좌우 양측면에는 방열을 위한 방열판(120)이 일체로 부착 구비된다.

상기 방열판(120)은 알루미늄 또는 카본 재질로 이루어질 수 있으며, 표면에 복수의 방열핀(122)이 형성되어 공기와의 접촉면적을 넓혀 방열효과를 높여준다.

한편, 상기 함체(100)의 수용부(102)에 구비되는 캐패시터(110)는 일반적으로 여러개가 직렬로 연결되어 있는데 양끝의 접속단자(130)는 급전용 선로와 연결된다.

이때, 각 캐패시터(110)의 연결부위에는 기존구조의 전기적 특성을 방해하지 않고 열 전도성이 높은 열전도용 도체판(140)이 구비된다. 즉 상기 각각의 캐패시터(110a,110b)의 사이에는 캐패시터(110a,110b)에서 발생되는 열을 함체(100)의 내부 좌우 양측면으로 전달하는 열전도용 도체판(140)이 구비된다.

좀 더 구체적으로 설명하면 상기 열전도용 도체판(140)은 전기 전도성이 높고 열전달특성이 좋은 금속 재질로 이루어지는 것으로, 캐패시터(110a,110b) 사이에 양측면이 밀착되는 제1밀착부(142)와 상기 함체(100)의 내부면에 일측면이 향하도록 제2밀착부(144)가 기역(ㄱ)자 형상으로 절곡형성된다.

이때, 상기 제2밀착부(144)는 방열판(120) 방향으로 함체(100)의 좌우 양측면 방향으로 향하도록 설치된다. 물론, 상기 방열판(120)은 함체(100)의 좌우측 이외에도 다양한 방향으로 설치될 수 있으며, 이 경우 방열판(120)의 제2밀착부(144) 역시 상기 방열판(120)을 향하도록 배치하여 열 방출 효과를 극대화함이 바람직하다.

즉, 상기 열전도용 도체판(140)은 기역자 모양으로 절곡되어 함체(100)의 내부면에 밀착되는데, 상기 열전도용 도체판(140)은 전기 전도성과 열 전도성이 모두 좋고 저항성분이 매우 낮은 도체로서, 함체(100)와 전기적인 절연을 유지하도록 설치되어 캐패시터(110)의 성능에 영향을 주지 않는다. 이때, 기역자의 방향은 함체(100)의 수용부(102) 좌측 또는 우측 어느쪽 벽면으로도 가능하며 다른 열전도용 도체판(140)과의 중첩 또는 간섭이 일어나지 않도록 그 사이즈를 제작함이 바람직하다.

물론, 상기 캐패시터(110a,110b)는 직렬로 나란히 배치되므로 양끝단에 위치하는 캐패시터의 양측에도 열전도용 도체판(140)의 제1밀착부(142)의 일면이 밀착되어 열을 방출한다.

한편, 상기 함체(100)의 수용부(102) 내부면과 열전도용 도체판(140)의 제2밀착부(144) 사이에는 전기 전도성이 없고 열전도성이 높은 열전도성 패드(150)가 밀착된다.

이때, 상기 열전도성 패드(150)의 일면은 상기 함체(100)의 수용부(102) 내부면에 밀착되고, 상기 열전도성 패드(150)의 타면은 열전도용 도체판(140)의 제2밀착부(144)의 일면 즉 외부면에 밀착되는 구조로 이루어진다.

상기 열전도성 패드(150)는 열전도성이 높고 전기적으로 절연인 물질이 사용가능한 것으로, 일 예로 상기 열전도성 패드(150)는 Steatite, Forsterite, MgO, Al₂O₃, BeO, AlN 등을 이용한 세라믹 복합재료인 열전도성 실리콘 패드를 사용한다.

이와 같은 열전도성 패드(150)는 상기 함체(100)와 열전도용 도체판(140)을 직접 밀착시 그 사이에 존재하는 에어갭을 채워 줌으로서 높은 열전도 특성과 우수한 전기적 절열특성을 얻을 수 있다.

그리고, 상기 함체(100)의 상부에는 상기 함체(100)와 동일한 재질의 마감커버(106)를 장착하여 전체적으로 함체(100) 내부의 복수의 캐패시터(110)를 보호한다.

이 같은 구조에 의하면 급전용 선로에 투입되는 전력에 의해 캐패시터(110)에 흐르는 전류의 크기에 비례하여 캐패시터(110)에 열이 발생한다. 예를 들어 대전력 무선급전(예. 경전철 무선급전)에서는 수백 암페어의 전류가 선로에 흐르므로 발열이 쉽게 발생하게 된다.

이에 따라 캐패시터(110)에 발생되는 열은 열전도용 도체판(140)의 제1밀착부(142) 및 제2밀착부(144)를 통해 열전도성 패드(150)로 전달되며, 이후 열전도성 패드(150)가 밀착되는 함체(100)로 전달되며, 그 함체(100)의 외측에 부착되는 방열판(120)으로 열이 전달되어 외부로 방출되어 캐패시터(110)의 온도를 낮추게 된다.

이에 따라 열 방출이 효과적으로 이루어지므로 함체(100)는 완전 밀폐가 가능하며 방수 기능을 갖출 수 있도록 함체(100)의 수용부(102)를 마감처리함도 가능하다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형 가능한 것으로, 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100: 함체 110: 캐패시터
120: 방열판 130: 접속단자
140: 열전도용 도체판 142: 제1밀착부
144: 제2밀착부 150: 열전도성 패드

Claims (8)

1. 무선급전 선로에 연결되는 캐패시터 함체에 있어서,
   내부에 복수의 캐패시터가 구비되는 금속재질의 함체와, 상기 함체의 외측에 구비되는 방열판으로 구성되며,
   상기 캐패시터들의 사이에는 캐패시터에서 발생되는 열을 함체의 내부 좌우 양측면으로 전달하는 열전도용 도체판이 구비되고,
   상기 열전도용 도체판은 인접한 캐패시터 사이에 양측면이 밀착되는 제1밀착부와 상기 함체의 내부면에 일측면이 향하도록 제2밀착부가 기역(ㄱ)자 형상으로 절곡형성되며,
   상기 함체의 수용부 내부면과 열전도용 도체판의 제2밀착부 사이에는 열전도성 패드가 밀착되되, 상기 열전도성 패드는 세라믹 복합재료로 이루어져 절연성을 띄는 열전도성 실리콘 패드인 것을 특징으로 하는 무선급전 선로에 연결되는 캐패시터 함체 구조.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 함체는 내부에 수용부가 형성되어 복수의 캐패시터가 직렬로 연결되게 구비되는 것을 특징으로 하는 무선급전 선로에 연결되는 캐패시터 함체 구조.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 함체는 전후방향으로 관통공이 형성되어 급전용 선로가 연결되는 접속단자가 설치되는 것을 특징으로 하는 무선급전 선로에 연결되는 캐패시터 함체 구조.
   
4. 제 1항에 있어서,
   상기 방열판은 알루미늄 또는 카본 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 무선급전 선로에 연결되는 캐패시터 함체 구조.
   
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