KR102291151B1 - 전력변환장치용 냉각유로모듈 및 이를 구비한 전력변화장치 - Google Patents

전력변환장치용 냉각유로모듈 및 이를 구비한 전력변화장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전력변환장치용 냉각유로모듈 및 이를 구비한 전력변화장치에 관한 것으로서, 특히 인버터, LDC 등으로 이루어진 전력변환장치를 냉각시키는 냉각유로모듈의 구조를 단순화하여 제작 및 조립이 용이한 전력변환장치용 냉각유로모듈 및 이를 구비한 전력변화장치에 관한 것이다.
본 발명의 전력변환장치용 냉각유로모듈은, 전력변환장치에 장착되어 전력변환장치를 구성하는 발열체를 냉각시키는 냉각유로모듈에 있어서, 흡입유로와; 상기 흡입유로와 평행하게 배치된 배출유로와; 상기 흡입유로와 배출유로를 연통시키고, 상부 또는 하부에 배치되는 상기 발열체를 냉각시키는 냉각파이프를 포함하여 이루어지되, 상기 냉각파이프는 다수개로 이루어져 상호 평행하게 배치된 상기 흡입유로의 측부와 상기 배출유로의 측부를 상호 연통시키는 것을 특징으로 한다.

Description

전력변환장치용 냉각유로모듈 및 이를 구비한 전력변화장치 { COOLING FLOW CHANNEL MODULE FOR POWER CHANGING DEVICE AND POWER CHANGING DEVICE HAVING THE SAME }
본 발명은 전력변환장치용 냉각유로모듈 및 이를 구비한 전력변화장치에 관한 것으로서, 특히 인버터, LDC 등으로 이루어진 전력변환장치를 냉각시키는 냉각유로모듈의 구조를 단순화하여 제작 및 조립이 용이한 전력변환장치용 냉각유로모듈 및 이를 구비한 전력변화장치에 관한 것이다.
하이브리드 자동차, 전기자동차와 같은 친환경자동차는 구동모터를 통하여 동력을 발생시키고, 상기 구동모터를 비롯하여 상기 구동모터에 전원을 공급하기 위한 인버터, LDC(Low DC/DC Converter), 고전압 배터리 등과 같은 전력변환장치를 포함하고 있다.
이러한 전력변환장치는 각종 스위칭소자, 변압기, IGBT(Insulated Gate Bipolar mode Transistor)등과 같은 발열소자를 갖고 있기 때문에, 작동에 따라 발생하는 열을 냉각시키기 위한 냉각장치를 필요로 한다.
냉각장치는 차량에서의 위치에 따라서 수냉식과 공냉식으로 적용되는데, 통상 엔진룸이라 부르는 차량의 전방에서는 수냉식이 적용되고, 차량 후방의 트렁크룸에는 공냉식이 적용된다.
이중에서, 차량의 전방에 장착되는 LDC와 인버터 등과 같은 전력변환장치에는 냉각수를 순환시키는 수냉식 냉각장치가 적용되고 있으며, 소형화, 냉각효율 향상 등의 목적에 의해서 인접하게 배치되는 두 LDC와 인버터 사이에 냉각유로를 공유하는 구조를 갖는다.
보다 구체적으로 살펴보면, 상기 LDC하우징과 인버터 하우징을 각각 별개로 제작한 후, LDC하우징과 인버터하우징을 씰런트 등을 이용하여 상호 결합시켰다.
그리고, LDC하우징의 저면과 인버터하우징의 상부면에는 각각 냉각유로가 형성되고, 그 사이에 유로분리판이 장착되어 있다.
그러나 이러한 구조에서는 인버터하우징의 냉각유로의 형상이 복잡하여 금형제작이 어렵고 제작 후 관리에서도 어려움이 많다.
또한 인버터하우징과 LDC하우징을 씰런트를 이용하여 접하기 때문에, 불량이 발생될 가능성이 높다.
대한민국 공개특허 제10-2013-0130302호
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로써, 전력변환장치에 장착되는 냉각유로모듈의 구조를 단순화시켜 그 제작 및 조립이 용이하고, 중량 및 부피도 줄여 경량화가 가능하며, 인버터부 및 컨버터부(LDC 등)를 제작하기 위한 금형 설계를 단순화시킬 수 있는 전력변환장치용 냉각유로모듈 및 이를 구비한 전력변화장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 전력변환장치용 냉각유로모듈은, 전력변환장치에 장착되어 전력변환장치를 구성하는 발열체를 냉각시키는 냉각유로모듈에 있어서, 흡입유로와; 상기 흡입유로와 평행하게 배치된 배출유로와; 상기 흡입유로와 배출유로를 연통시키고, 상부 또는 하부에 배치되는 상기 발열체를 냉각시키는 냉각파이프를 포함하여 이루어지되, 상기 냉각파이프는 다수개로 이루어져 상호 평행하게 배치된 상기 흡입유로의 측부와 상기 배출유로의 측부를 상호 연통시키는 것을 특징으로 한다.
상기 흡입유로와 배출유로 사이에 배치되는 냉각플레이트를 더 포함하여 이루어지되, 상기 냉각파이프는 상기 냉각플레이트의 상부와 하부에 각각 배치된다.
상기 냉각플레이트에는 상기 냉각파이프가 안착되는 안착홈이 형성된다.
상기 냉각파이프는 상기 안착홈에 삽입된 후 압착되어 상기 안착홈에 대응되는 단면형상으로 성형된다.
상기 안착홈은 사각홈 형상으로 형성되고, 상기 안착홈에 안착된 상기 냉각파이프는 상기 발열체와 대면하는 상기 냉각플레이트의 반대면이 평평한 형상으로 성형된다.
상기 냉각파이프는 상기 흡입유로 및 배출유로에 용접결합된다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 냉각유로모듈을 구비한 전력변환장치는, 발열체를 구비한 인버터부와; 상기 인버터부의 상부 또는 하부에 배치되고, 발열체를 구비한 컨버터부와; 상기 인버터부와 컨버터부 사이에 배치되는 냉각유로모듈을 포함하여 이루어지되, 상기 냉각유로모듈은, 흡입유로와; 상기 흡입유로와 평행하게 배치된 배출유로와; 상기 흡입유로와 배출유로를 연통시키고, 상부 또는 하부에 배치되는 상기 발열체를 냉각시키는 냉각파이프를 포함하여 이루어지며, 상기 냉각파이프는 다수개로 이루어져 상호 평행하게 배치된 상기 흡입유로의 측부와 상기 배출유로의 측부를 상호 연통시키는 것을 특징으로 한다.
메인하우징과; 상기 메인하우징의 상부 또는 하부 중 어느 하나를 덮는 제1커버와; 상기 메인하우징의 상부 또는 하부 중 나머지 하나를 덮는 제2커버를 포함하여 이루어지되, 상기 메인하우징과 제1커버는 상기 인버터부를 형성하고, 상기 메인하우징과 제2커버는 상기 컨버터부를 형성하며, 상기 냉각유로모듈은 상기 제1커버와 제2커버 사이에서 상기 메인하우징에 결합된다.
상기 메인하우징에는 관통공이 형성되고, 상기 냉각유로모듈은 상기 관통공의 상부에서 상기 메인하우징에 결합되되, 상기 발열체는 상기 냉각파이프의 상부와 하부에서 상기 냉각파이프에 접하여 배치된다.
상기 냉각유로모듈은, 상기 흡입유로와 배출유로 사이에 배치되는 냉각플레이트를 더 포함하여 이루어지되, 상기 냉각파이프는 상기 냉각플레이트의 상부와 하부에 각각 배치되고, 상기 냉각플레이트는 상기 메인하우징에 결합된다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 전력변환장치용 냉각유로모듈 및 이를 구비한 전력변화장치에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
전력변환장치에 장착되는 냉각유로모듈의 구조를 단순화시켜 그 제작 및 조립이 용이하고, 중량 및 부피도 줄여 경량화가 가능하며, 인버터부 및 컨버터부(LDC 등)를 제작하기 위한 금형 설계를 단순화시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전력변환장치용 냉각유로모듈의 사시도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전력변환장치용 냉각유로모듈의 분해사시도,
도 3은 도 1의 A-A'선을 취하여 본 단면도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전력변환장치용 냉각유로모듈에서 냉각파이프를 성형하는 과정을 도시한 과정도,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 냉각유로모듈을 구비한 전력변환장치의 개략적인 단면구조도.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전력변환장치용 냉각유로모듈의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전력변환장치용 냉각유로모듈의 분해사시도이며, 도 3은 도 1의 A-A'선을 취하여 본 단면도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전력변환장치용 냉각유로모듈에서 냉각파이프를 성형하는 과정을 도시한 과정도이며, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 냉각유로모듈을 구비한 전력변환장치의 개략적인 단면구조도이다.
본 발명의 전력변환장치용 냉각유로모듈은 전력변환장치에 장착되어 전력변환장치를 구성하는 발열체를 냉각시키는 것으로써, 특히 하이브리드자동차 또는 전기자동차에 장착되어 있는 인버터 및 LDC(Low DC-DC Converter) 등의 전력변환장치를 냉각시키는 것이다.
이러한 본 발명의 전력변환장치용 냉각유로모듈(100)은 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 흡입유로(110)와 배출유로(120)와 냉각파이프(130)와 냉각플레이트(140)를 포함하여 이루어진다.
상기 흡입유로(110)와 배출유로(120)는 중공파이프 형상으로 이루어지고, 상호 이격된 상태로 평행하게 배치된다.
상기 흡입유로(110)에는 냉각수가 유입되고, 상기 배출유로(120)에는 상기 흡입유로(110)를 통해 유입된 냉각수가 배출된다.
상기 냉각파이프(130)는 상기 흡입유로(110)와 배출유로(120) 사이에 배치되어 상기 흡입유로(110)와 배출유로(120)를 상호 연통시킨다.
보다 구체적으로 상기 냉각파이프(130)는 다수개로 이루어져 상호 평행하게 이격 배치된 상기 흡입유로(110)의 측부와 상기 배출유로(120)의 측부에 연결되어 그 내부를 상호 연통시킨다.
상기 냉각파이프(130)의 상부 및/또는 하부에는 상기 전력변환장치에 장착되는 발열체(330)가 배치되어 상기 냉각파이프(130)가 상기 발열체(330)를 냉각시키도록 한다.
냉각효율의 증대를 위해 상기 냉각파이프(130)는 구리로 이루어짐이 바람직하다.
이러한 상기 냉각파이프(130)는 상기 흡입유로(110) 및 배출유로(120)에 용접결합되도록 함이 바람직하다.
용접을 통해 상기 냉각파이프(130)의 연결부위에서 냉각수가 누수되는 것을 원천적으로 방지할 수 있다.
상기 냉각플레이트(140)는 상기 흡입유로(110)와 배출유로(120) 사이에 배치된다.
상기 냉각플레이트(140)의 상부와 하부에는 다수개의 상기 냉각파이프(130)가 배치되어 있다.
상기 냉각플레이트(140)에는 상기 냉각파이프(130)가 안착되는 안착홈(141)이 형성된다.
상기 안착홈(141)은 상기 냉각플레이트(140)의 상면 하면 모두에 형성되어 있어, 상기 냉각파이프(130)가 상기 냉각플레이트(140)의 상부와 하부에 각각 용이하게 배치될 수 있도록 한다.
또한, 상기 안착홈(141)에 상기 냉각파이프(130)를 안착시킨 후 상기 냉각파이프(130)를 상기 흡입유로(110) 및 배출유로(120)에 안정적으로 용접시킬 수 있어, 상기 냉각플레이트(140)가 지그 역할을 한다.
상기 냉각파이프(130)는 도 4에 도시된 바와 같이 상기 안착홈(141)에 삽입된 후 프레스 등에 의해 압착되어 상기 안착홈(141)에 대응되는 단면형상으로 성형된다.
상기 안착홈(141)은 사각홈 형상으로 형성되어 있다.
따라서, 사각홈 형상의 상기 안착홈(141)에 원형단면을 갖는 상기 냉각파이프(130)를 삽입한 후 프레스 등을 이용하여 상기 냉각파이프(130)를 압착하게 되면, 상기 냉각파이프(130)는 상기 안착홈(141)에 대응되는 형상 즉 사각형상으로 변형되어 성형되게 된다.
이렇게 사각형상으로 성형된 상기 냉각파이프(130)는, 상기 발열체(330)와 대면하는 상기 냉각플레이트(140)의 반대면이 평평한 형상으로 성형되어, 상기 발열체(330)와의 접촉면적이 넓어져 냉각효과를 증대시킬 수 있다.
이러한 상기 냉각플레이트(140)는 금속으로 이루어진 상기 냉각파이프(130)에 의한 열전달이 보다 잘 이루어지도록 함이 바람직하다.
위와 같은 상기 냉각유로모듈(100)은 도 5에 도시된 바와 같이 전력변환장치에 장착된다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 냉각유로모듈(100)을 구비한 전력변환장치의 개략적인 단면구조도이다.
본 발명의 전력변환장치는, 인버터부(310)와, 컨버터부(320)와, 냉각유로모듈(100)을 포함하여 이루어진다.
상기 인버터부(310)는 내부에 발열체(330)가 구비되어 있다.
상기 컨버터부(320)는 내부에 발열체(330)가 구비되어 있고, 상기 인버터부(310)의 상부 또는 하부에 배치된다.
본 실시예에서는 상기 컨버터부(320)가 상기 인버터부(310)의 상부에 배치되도록 하였다.
상기 컨버터부(320)는 LDC(Low DC-DC Convertor) 등으로 이루어진다.
상기 냉각유로모듈(100)은 상기 인버터부(310)와 상기 컨버터부(320) 사이에 배치된다.
본 실시예에서 상기 인버터부(310)와 컨버터부(320)를 구성하기 위해, 상기 전력변환장치는 메인하우징(210)과, 제1커버(220)와, 제2커버(230)로 이루어진다.
상기 제1커버(220)는 상기 메인하우징(210)의 상부 또는 하부 중 어느 하나를 덮고, 상기 제2커버(230)는 나머지 하나를 덮는다.
본 실시예의 도면에서는 상기 제1커버(220)가 상기 메인하우징(210)의 상부를 덮고 있고, 상기 제2커버(230)가 상기 메인하우징(210)의 하부를 덮고 있다.
이러한 상기 메인하우징(210)과 제1커버(220)는 상기 인버터부(310)를 형성하고, 상기 메인하우징(210)과 제2커버(230)는 상기 컨버터부(320)를 형성한다.
그리고, 상기 냉각유로모듈(100)은 상술한 바와 같은 구조로 미리 조립된 후, 상기 제1커버(220)와 제2커버(230) 사이에서 상기 메인하우징(210)에 결합된다.
보다 구체적으로 상기 냉각유로모듈(100)은 상기 냉각플레이트(140)가 상기 메인하우징(210)에 볼트 결합된다.
상기 메인하우징(210)에는 관통공(240)이 형성되고, 상기 냉각유로모듈(100)은 상기 관통공(240)의 상부에서 상기 메인하우징(210)에 볼트 결합된다.
상기 발열체(330)는 상기 냉각파이프(130)의 상부와 하부에서 상기 냉각파이프(130)에 접하여 배치된다.
상기 인버터부(310)에 구비된 발열체(330)는 상기 관통공(240)을 통해 상기 냉각파이프(130)의 하면에 접하고, 상기 컨버터부(320)에 구비된 발열체(330)는 상기 냉각파이프(130)의 상면에 접하도록 되어 있다.
위와 같은 본 발명의 냉각유로모듈(100)에 의해 소형화 및 경량화를 이룰 수 있고, 또한 인버터부(310)와 컨버터부(320)의 유로 형성을 위한 금형 설계가 단순화되면, 인버터부(310)와 컨버터부(320)를 씰런트를 이용하여 도포 및 경화는 것보다 조립시간을 단축시킬 수 있다.
본 발명인 전력변환장치용 냉각유로모듈 및 이를 구비한 전력변화장치는 전술한 실시예에 국한하지 않고, 본 발명의 기술 사상이 허용되는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.
100 : 냉각유로모듈,
110 : 흡입유로, 120 : 배출유로, 130 : 냉각파이프, 140 : 냉각플레이트, 141 : 안착홈,
210 : 메인하우징, 220 : 제1커버, 230 : 제2커버, 240 : 관통공,
310 : 인버터부, 320 : 컨버터부, 330 : 발열체,

Claims (10)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 발열체를 구비한 인버터부와;
    상기 인버터부의 상부 또는 하부에 배치되고, 발열체를 구비한 컨버터부와;
    상기 인버터부와 컨버터부 사이에 배치되는 냉각유로모듈;과
    메인하우징과;
    상기 메인하우징의 상부 또는 하부 중 어느 하나를 덮는 제1커버와;
    상기 메인하우징의 상부 또는 하부 중 나머지 하나를 덮는 제2커버를 포함하여 이루어지되,
    상기 냉각유로모듈은,
    흡입유로와;
    상기 흡입유로와 평행하게 배치된 배출유로와;
    상기 흡입유로와 배출유로를 연통시키고, 상부 또는 하부에 배치되는 상기 발열체를 냉각시키는 냉각파이프를 포함하여 이루어지며,
    상기 냉각파이프는 다수개로 이루어져 상호 평행하게 배치된 상기 흡입유로의 측부와 상기 배출유로의 측부를 상호 연통시키는 냉각유로모듈을 구비하고,
    상기 메인하우징과 제1커버는 상기 인버터부를 형성하고,
    상기 메인하우징과 제2커버는 상기 컨버터부를 형성하는 전력변환장치.
  8. 청구항7에 있어서,
    상기 냉각유로모듈은 상기 제1커버와 제2커버 사이에서 상기 메인하우징에 결합된 것을 특징으로 하는 냉각유로모듈을 구비한 전력변환장치.
  9. 청구항8에 있어서,
    상기 메인하우징에는 관통공이 형성되고,
    상기 냉각유로모듈은 상기 관통공의 상부에서 상기 메인하우징에 결합되되,
    상기 발열체는 상기 냉각파이프의 상부와 하부에서 상기 냉각파이프에 접하여 배치되는 것을 특징으로 하는 냉각유로모듈을 구비한 전력변환장치.
  10. 청구항8에 있어서,
    상기 냉각유로모듈은,
    상기 흡입유로와 배출유로 사이에 배치되는 냉각플레이트를 더 포함하여 이루어지되,
    상기 냉각파이프는 상기 냉각플레이트의 상부와 하부에 각각 배치되고,
    상기 냉각플레이트는 상기 메인하우징에 결합되는 것을 특징으로 하는 냉각유로모듈을 구비한 전력변환장치.
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