KR101966463B1 - 소음 억제 필름 커패시터 모듈 및 이를 갖는 차량용 인버터 - Google Patents

소음 억제 필름 커패시터 모듈 및 이를 갖는 차량용 인버터 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일실시예에 따른 소음 억제 필름 커패시터 모듈은, 개방면이 형성되는 커패시터 케이스; 배향면이 상기 커패시터 케이스의 내측면으로 향하게 배치되는 다수의 필름 커패시터 소자; 및 상기 다수의 필름 커패시터 소자의 상단 또는 하단에 연결되는 전극단자;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

소음 억제 필름 커패시터 모듈 및 이를 갖는 차량용 인버터{Film capacitor module for suppressing noise and Inverter for vehicle having the same}
본 발명은 차량 인버터용 커패시터의 소음 억제 구조로서, 더 상세하게는 리플 전류에 의해 발생한 진동을 커패시터 밖으로 전달되지 않도록 경로를 차단하는 소음 억제 필름 커패시터 모듈 및 이를 갖는 차량용 인버터에 대한 것이다.
하이브리드 차량, 플러그인 차량, 및 연료전지 차량 등의 환경차량에는 전기모터(미도시)에 구동전력을 제공하는 고전압 배터리(미도시)와 전기모터(미도시)를 제어하는 인버터가 탑재된다.
또한, 인버터의 내부에는 고주파 리플 전류를 저감하고 배터리로부터 승압된 직류 전압을 평활하기 위하여 필름 커패시터가 설치된다.
필름 커패시터는 산업용뿐만 아니라 인버터 시스템에서 일반화된 응용기술로서, 환경차량의 구동모터를 제어하는 인버터에서는 직류 입력 전압단의 전압맥동 성분을 제거하기 위한 평활 및/또는 스위칭에 의한 고주파 리플 전류를 흡수하기 위하여 필름 커패시터를 인버터의 스위치에 가깝게 위치시켜 직류 입력단에 사용한다.
이러한 필름 커패시터의 구조를 도면이 도 1에 도시된다. 도 1을 참조하면, 커패시터 케이스(110), 이 커패시터 케이스(110)에 조립되는 필름 커패시터 소자(120), 필름 커패시터 소자(120)의 일측에 조립되는 전력 변환 모듈 체결단(130) 및 인버터 입력단(140) 등이 구성된다.
이때, 필름 커패시터 소자(120)는 커패시터 케이스(110) 내부에 장착된 후 에폭시를 주입하여 필름 커패시터 소자(120)를 고정한다.
이를 개념적으로 보여주는 도면이 도 2에 도시된다. 도 2를 참조하면, 필름 커패시터 소자(120)에서 발생하는 진동 방향(218)과 에폭시 주입 방향이 일치된다.물론, 커패시터 케이스(110)에는 소음 차단면(223)이 형성되며, 인버터(미도시)에 조립되기 위해 마운팅부(225)가 4개의 모서리마다 형성된다.
그러나, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 리플 전류 경로에 의해 필름이 상하면에서 상방향 및/또는 하방향으로 진동하게 되므로 소음이 발생하였다.즉, 필름 진동 방향이 에폭시 주입방향과 일치되어 에폭시 주입면으로 진동이 전달되었다.
이러한 소음은 외부로 전달되어 인버터 구동시 실내 운전자에게까지 스위칭 소음이 들리게 되는 악영향을 끼치게 되었다.
1.한국공개특허번호 제10-2010-0067968호 2.한국공개특허번호 제10-2012-0017983호
본 발명은 위 배경기술에 따른 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로서, 인버터 PWM(Pulse Width Modulation) 스위칭시 발생하는 리플 전류가 평활용 커패시터로 전기적 도통될 때, 커패시터 내부 필름은 리플 전류에 반응하여 진동을 발생시키게 되는데 이러한 진동이 커패시터 외부로 전달되지 못하게 하게 하는 소음 억제 필름 커패시터 모듈 및 이를 갖는 차량용 인버터를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 진동이 발생했을 경우 진동량 자체를 저감할 수 있는 소음 억제 필름 커패시터 모듈 및 이를 갖는 차량용 인버터를 제공하는데 다른 목적이 있다.
본 발명은 위에서 제시된 과제를 달성하기 위해서, 인버터 PWM(Pulse Width Modulation) 스위칭시 발생하는 리플 전류가 평활용 커패시터로 전기적 도통될 때, 커패시터 내부 필름은 리플 전류에 반응하여 진동을 발생시키게 되는데 이러한 진동이 커패시터 외부로 전달되지 못하게 하게 하는 소음 억제 필름 커패시터 모듈을 제공한다.
상기 소음 억제 필름 커패시터 모듈은,
개방면이 형성되는 커패시터 케이스;
배향면이 상기 커패시터 케이스의 내측면으로 향하게 배치되는 다수의 필름 커패시터 소자; 및
상기 다수의 필름 커패시터 소자의 상단 또는 하단에 연결되는 전극단자;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 배향면은 상기 다수의 필름 커패시터 소자의 진동 방향과 일치하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 다수의 필름 커패시터 소자는 접착제에 의해 상기 커패시터 케이스 내측에 고정되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 개방면을 통한 상기 접착제의 주입 방향과 상기 다수의 필름 커패시터 소자의 배향면 방향이 직교하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 접착제는 에폭시 수지, 폴리우레탄, 및 실리콘 고무 중 어느 하나인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 전극단자는 제 1 전극 단자와 제 2 전극 단자로 이루어지며, 상기 커패시터 케이스의 상단 일측 가장자리에 걸리도록 걸림턱이 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
다른 한편으로, 본 발명의 다른 일실시예는, 위에서 기술된 필름 커패시터 모듈; 상기 필름 커패시터 모듈과 조립되는 인버터 몸체; 및 상기 인버터 몸체 내측에 조립되어 상기 필름 커패시터 모듈과 전기적으로 연결되는 전력 변환 모듈;을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 인버터를 제공한다.
이때, 상기 필름 커패시터 모듈과 인버터 몸체의 조립은 상기 필름 커패시터 모듈이 상기 인버터 몸체에 조립되는 다수의 마운팅 지점에 고무 부쉬를 이용하여 이루어지는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 따르면, 리플전류에 의해 필름 커패시터 소자에서 발생한 소음진동을 커패시터 내에서 자체 흡수하도록 필름 커패시터 소자의 배치 방향을 에폭시 주입 방향에 수직으로 배치시켜 커패시터 외부로 소음이 전달되지 않으므로 인버터 시스템 소음을 감소시킨다.
본 발명의 다른 효과로서는 고무 부쉬를 마운팅 지점에 추가 장착함으로써 커패시터에서 발생하는 진동이 인버터로 전달되지 않음을 들 수 있다.
도 1은 일반적인 필름 커패시터 모듈의 분해도이다.
도 2는 일반적으로 필름 커패시터 소자에 에폭시 주입 방향을 보여주는 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 필름 커패시터 모듈의 사시도이다.
도 4는 도 3에 도시된 필름 커패시터 모듈이 적용되는 환경 차량의 시스템 구성도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다.
제 1, 제 2등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 소음 억제 필름 커패시터 모듈 및 이를 갖는 차량용 인버터를 상세하게 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 필름 커패시터 모듈의 사시도이다. 도 3을 참조하면, 상기 소음 억제 필름 커패시터 모듈(300)은, 커패시터 케이스(310), 상기 커패시터 케이스(310)의 내측에 장착되는 필름 커패시터 소자(330), 상기 필름 커패시터 소자(330)의 상단 및/또는 하단을 연결하는 전극 단자(331,333) 등을 포함하여 구성된다.
커패시터 케이스(310)는 상단에 개방면(319)이 형성되고, 사면에 측벽이 형성되며, 이들 측벽(317)의 하단에 바닥면(318)이 형성된다. 즉, 사면과 바닥면이 일체로 형성되는 박스 구조이다.
또한, 필름 커패시터 소자(330)는 배향면(335)이 커패시터 케이스(310)의 내측벽인 내측면 방향으로 배치된다. 도면에서는 3개의 커패시터 케이스(310)가 일렬로 배치되어 한 묶음이 된다.
여기서, 배향면(335)은 필름 커패시터 소자의 구조상 상기 다수의 필름 커패시터 소자(330)의 진동 방향과 일치되는 면이다. 즉, 필름 커패시터 소자(330)에 전류가 유입되면, 리플 전류 경로에 의해 필름막이 진동하게 되는데, 이러한 진동 방향이 배향면(335)에서 발생한다.
또한, 필름 커패시터 소자(330)의 상단에는 (+)인 제 1 전극 단자(331)가 연결되고, 필름 커패시터 소자(330)의 하단에는 (-)인 제 2 전극 단자(333)가 연결된다.
물론, 전극 단자(331,333)의 위치는 변경될 수 있다. 즉, 상단에 (-) 전극 단자가 연결될 수 있고, 하단에 (+) 전극 단자가 연결될 수 있다.
또한, 전극 단자(331,333)에는 커패시터 케이스(310)의 상단면 가장자리에 걸리게 걸림턱(333-1)이 형성된다. 이러한 걸림턱(333-1)은 말단이 "7"자 형상이 된다.
이들 필름 커패시터 소자(330)들은 접착제에 의해 상기 커패시터 케이스(310)의 내측에 고정된다. 부연하면, 커패시터 케이스(310)의 내측에 커패시터 케이스(310)를 배치한 후, 개방면(319)을 통해 접착제를 주입한다.
따라서, 접착제의 주입 방향과 상기 필름 커패시터 소자(330)의 진동 방향이 수직된다. 즉, 주입 방향과 배향면 방향이 직교하게 되므로, 접착제의 주입 방향이 진동방향과 수직이 된다. 따라서, 필름 커패시터 소자(330)의 배향면(즉 진동면)이 접착제 주입방향이 아닌 커패시터 케이스면으로 향하게 된다.
이 경우, 필름 커패시터 소자(330)의 진동이 접착제 주입면으로 전달되지 않게 된다. 따라서, 소음이 억제될 수 있다.
여기서, 접착제는 에폭시 수지를 들어서 설명하였으나, 이외에도 폴리우레탄, 실리콘 고무 등이 사용될 수 있다.
도 4는 도 3에 도시된 필름 커패시터 모듈이 적용되는 환경 차량의 시스템 구성도이다. 도 4를 참조하면, 이 환경 차량의 시스템(400)에는 고전압 배터리(410), 상기 고전압 배터리(410)의 전원을 온 및/또는 오프하는 메일 릴레이(420), 리플 전류를 흡수하는 필름 커패시터 모듈(300), EMC(Electro Magnetic Compatibility)를 방지하기 위한 EMC용 커패시터(440), 모터(470)에 공급하기 위해 3상 전원으로 변환하는 전력 변환 모듈(450), 모터(470)에 입력되는 모터 전류를 센싱하는 전류 센서(460), 모터(470) 및 엔진(480) 등을 포함하여 구성된다.
인버터(430)는 필름 커패시터 모듈(300), EMC용 커패시터(440), 전력 변환 모듈(450), 및 전류 센서(460) 등을 포함한다.
상기 필름 커패시터 모듈(300)을 인버터(430) 몸체에 바로 조립하는 경우, 진동이 인버터(430)로 전달되어 소음의 원인이 될 수 있다.
따라서, 상기 필름 커패시터 모듈(300)이 상기 인버터 몸체에 조립되는 경우, 필름 커패시터 모듈(300)의 마운팅부(도 2의 225)에 해당하는 다수의 마운팅 지점에 고무 부쉬를 추가로 장착한다.
225: 마운팅부
300: 필름 커패시터 모듈
310: 커패시터 케이스 317: 측벽
318: 바닥면 319: 개방면
330: 필름 커패시터 소자 331: 제 1 전극 단자
333: 제 2 전극 단자 333-1: 걸림턱
400: 환경 차량의 시스템
410: 고전압 배터리 420: 메인 릴레이
430: 인버터
440: EMC(Electro Magnetic Compatibility)용 커패시터
450: 전력 변환 모듈 460: 전류 센서
470: 모터 480: 엔진

Claims (8)

  1. 개방면이 형성되는 커패시터 케이스;
    배향면이 상기 커패시터 케이스의 내측면으로 향하게 배치되는 다수의 필름 커패시터 소자; 및
    상기 다수의 필름 커패시터 소자의 상단 또는 하단에 연결되는 전극단자;를 포함하며,
    상기 배향면은 상기 다수의 필름 커패시터 소자의 진동 방향과 일치하며,
    상기 개방면을 통한 접착제의 주입 방향과 상기 다수의 필름 커패시터 소자의 배향면 방향이 직교하는 것을 특징으로 하는 소음 억제 필름 커패시터 모듈.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 필름 커패시터 소자는 상기 접착제에 의해 상기 커패시터 케이스 내측에 고정되는 것을 특징으로 하는 소음 억제 필름 커패시터 모듈.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 접착제는 에폭시 수지, 폴리우레탄, 및 실리콘 고무 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 소음 억제 필름 커패시터 모듈.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극단자는 제 1 전극 단자와 제 2 전극 단자로 이루어지며, 상기 커패시터 케이스의 상단 일측 가장자리에 걸리도록 걸림턱이 형성되는 것을 특징으로 하는 소음 억제 필름 커패시터 모듈.
  7. 제 1 항, 제 3 항, 및 제 5 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항의 필름 커패시터 모듈;
    상기 필름 커패시터 모듈과 조립되는 인버터 몸체;
    상기 인버터 몸체 내측에 조립되어 상기 필름 커패시터 모듈과 전기적으로 연결되는 전력 변환 모듈;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 인버터.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 필름 커패시터 모듈과 인버터 몸체의 조립은 상기 필름 커패시터 모듈이 상기 인버터 몸체에 조립되는 다수의 마운팅 지점에 고무 부쉬를 이용하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 차량용 인버터.
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