KR102579439B1 - Cooling device for power semiconductor - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전력반도체용 냉각장치에 관한 것으로서, 전력반도체를 중심으로 상·하부에 냉각기가 장착되고, 상기 냉각기의 사이에는 복수개의 적층구가 장착되는 전력반도체용 냉각장치에 있어, 상기 적층구는 내부에 공간이 형성되고 중앙에 냉각수 통로가 형성되는 상·하부 적층부재를 대칭으로 접합하여 형성된다.
본 발명에 의한 전력반도체용 냉각장치는 냉각기와 냉각기의 사이에 위치하는 적층구에 별도 구조물을 적용하여 기밀 구조를 단순화하고, 전력반도체의 두께에 따라 가변적으로 냉각기의 조립 높이를 조절하여 냉각기의 조립성과 기밀성능을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 그에 따른 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다. The present invention relates to a cooling device for power semiconductors, in which coolers are mounted on the upper and lower parts centered on a power semiconductor, and a plurality of laminating spheres are installed between the coolers, wherein the laminating spheres are located inside It is formed by symmetrically joining the upper and lower laminated members with a space formed in the center and a cooling water passage formed in the center.
The cooling device for power semiconductors according to the present invention simplifies the airtight structure by applying a separate structure to the laminate located between the cooler and the cooler, and assembles the cooler by variably adjusting the assembly height of the cooler according to the thickness of the power semiconductor. Not only can it improve security and confidentiality performance, but it can also reduce costs.
Description
본 발명은 전력반도체용 냉각장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전력반도체를 냉각하는 냉각장치의 적층구를 개선하여 조립성 및 기밀성능을 향상시킬 수 있도록 한 전력반도체용 냉각장치에 관한 것이다. The present invention relates to a cooling device for power semiconductors, and more specifically, to a cooling device for power semiconductors that improves assembly and airtightness by improving the lamination of the cooling device for cooling power semiconductors.
최근 하이브리드 자동차와 전기 자동차 및 이 둘의 장점을 결합한 플러그인 하이브리드 자동차가 활발하게 개발되고 있으며, 이러한 환경차들은 모터를 구동하기 위해 AC 3상 전압을 필요로 하게 된다. Recently, hybrid cars, electric cars, and plug-in hybrid cars that combine the advantages of both have been actively developed, and these environmentally friendly cars require AC three-phase voltage to drive the motor.
따라서 전원인 고전압 배터리의 DC 전압을 모터를 구동하기 위한 AC 3상 전압으로 변환하는 장치가 필요하고, 차량에 쓰이는 12V 저전압으로도 변환을 위한 장치도 필요하다. Therefore, a device is needed to convert the DC voltage of the high-voltage battery, which is the power source, into AC three-phase voltage to drive the motor, and a device to convert it to the 12V low voltage used in vehicles is also needed.
전방에 위치하는 것을 인버터라 칭하고, 후방에 위치하는 것을 LDC (Low DC DC Converter)라 하며, 이 둘을 합쳐서 전력변환장치라 한다. The one located in the front is called an inverter, and the one located in the rear is called an LDC (Low DC DC Converter), and the two together are called a power conversion device.
도시된 도 1은 하이브리드 자동차의 구성을 나타낸 것으로서, 하이브리드 자동차는 고전압배터리(1), 저전압배터리(2), 전력변환장치(3), 모터(4), 발전기(5), 엔진(6)으로 구성된다. Figure 1 shows the configuration of a hybrid vehicle. The hybrid vehicle consists of a high-voltage battery (1), a low-voltage battery (2), a power conversion device (3), a motor (4), a generator (5), and an engine (6). It is composed.
그리고 플러그인 하이브리드의 경우에는 충전기가 추가되고, 전기차의 경우에는 하이브리드 차량 대비 발전기와 엔진이 없고 충전기가 추가되는 구조로 구성된다. In the case of plug-in hybrids, a charger is added, and in the case of electric vehicles, compared to hybrid vehicles, there is no generator or engine and a charger is added.
한편, 환경차에서 전력변환장치는 구동 시스템에서 가장 중요한 부품으로 전압을 변동시켜야 하기 때문에 내부에는 작동하면서 열을 발생시키는 부품들이 장착되고, 이러한 부품들은 성능향상을 위해 점점 소형화되는 추세이다. Meanwhile, in eco-friendly vehicles, the power converter is the most important component in the driving system, and since it must change voltage, it is equipped with components that generate heat while operating, and these components are increasingly becoming smaller in order to improve performance.
또한, 전력변환장치를 설계할 때 중요한 부분이 냉각구조로서, 전력반도체를 냉각하는 구조를 얼마나 컴팩트하게 구성하느냐에 따라 성능이 영향을 받게 된다. In addition, an important part when designing a power conversion device is the cooling structure, and performance is affected by how compact the structure for cooling the power semiconductor is configured.
도시된 도 2는 종래의 적층형 전력반도체 냉각장치를 나타낸 도면을 나타낸 것으로서, 종래의 적층형 전력반도체 냉각장치는 PCU에 적용된 냉각기의 압착식 적층 구조이다. Figure 2 is a diagram showing a conventional stacked power semiconductor cooling device. The conventional stacked power semiconductor cooling device is a compression-type stacked structure of a cooler applied to a PCU.
이 구조는 각 층별 냉각기 사이에 별도 기밀구조가 적용되어 있지 않고 일체형으로 브래이징 한 후 접합부를 압축하여 조립하는 방식이다. This structure does not have a separate airtight structure between the coolers on each floor, and is assembled by brazing as an integrated piece and then compressing the joints.
그러나 종래의 적층형 전력반도체 냉각장치는 냉각기 측면에서 제작 후 조립될 때 변형이 발생하는 구조로 설계 및 제조가 어려울 뿐만 아니라 제조과정에서 불량이 발생하는 문제점이 있었다. However, the conventional stacked power semiconductor cooling device has a structure that causes deformation when manufactured and assembled on the side of the cooler, so it is not only difficult to design and manufacture, but also has problems with defects occurring during the manufacturing process.
본 발명은 상기와 같은 실정을 감안하여 제안된 것으로서, 냉각기와 냉각기의 사이에 위치하는 적층구에 별도 구조물을 적용하여 기밀 구조를 단순화하고, 전력반도체의 두께에 따라 가변적으로 냉각기의 조립 높이를 조절하여 냉각기의 조립성과 기밀성능을 향상시킬 수 있는 전력반도체용 냉각장치를 제공하는데 그 목적이 있다. The present invention was proposed in consideration of the above situation, and simplifies the airtight structure by applying a separate structure to the laminate located between the cooler and the cooler, and variably adjusts the assembly height of the cooler depending on the thickness of the power semiconductor. The purpose is to provide a cooling device for power semiconductors that can improve the assembly and airtightness of the cooler.
본 발명의 일실시예에 의한 전력반도체용 냉각장치는 전력반도체를 중심으로 상·하부에 냉각기가 장착되고, 상기 냉각기의 사이에는 복수개의 적층구가 장착되는 전력반도체용 냉각장치에 있어, 상기 적층구는 내부에 공간이 형성되고 중앙에 냉각수 통로가 형성되는 상·하부 적층부재를 대칭으로 접합하여 형성된다. A cooling device for power semiconductors according to an embodiment of the present invention is a cooling device for power semiconductors in which coolers are mounted on the upper and lower parts centered on a power semiconductor, and a plurality of stacking spheres are installed between the coolers, The sphere is formed by symmetrically joining upper and lower laminated members with a space inside and a cooling water passage in the center.
그리고 상기 상·하부 적층부재는 냉각수 통로가 형성되는 중앙부분으로 냉각기와 밀착되는 수평 형상의 밀착부가 외부 방향으로 돌출형성될 수 있다. In addition, the upper and lower stacking members have a central portion where a cooling water passage is formed, and a horizontal close contact portion that is in close contact with the cooler may be formed to protrude outward.
또한, 상기 상·하부 적층부재는 맞닿는 가장자리 끝단으로 결합부가 수평방향으로 연장형성될 수 있다. In addition, the upper and lower laminated members may have a joining portion extending in the horizontal direction at the end of the edge where the upper and lower laminated members come into contact.
또한, 상기 밀착부와 결합부의 사이에 수직방향으로 주름 형상의 완충부가 형성될 수 있다. Additionally, a wrinkle-shaped buffer portion may be formed in the vertical direction between the close contact portion and the coupling portion.
여기서, 상기 상·하부 적층부재의 공간으로 하나 또는 복수개의 스프링이 장착될 수 있다. Here, one or a plurality of springs may be installed in the space between the upper and lower stacking members.
그리고 상기 상·하부 적층부재는 외부 방향으로 적어도 한 개 이상의 강성 보강부가 형성될 수 있다. In addition, the upper and lower laminated members may have at least one rigid reinforcement portion formed in the outward direction.
또한, 상기 강성 보강부는 주름 형상으로 형성될 수 있다. Additionally, the rigid reinforcement portion may be formed in a wrinkle shape.
본 발명에 의한 전력반도체용 냉각장치는 냉각기와 냉각기의 사이에 위치하는 적층구에 별도 구조물을 적용하여 기밀 구조를 단순화하고, 전력반도체의 두께에 따라 가변적으로 냉각기의 조립 높이를 조절하여 냉각기의 조립성과 기밀성능을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 그에 따른 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다. The cooling device for power semiconductors according to the present invention simplifies the airtight structure by applying a separate structure to the laminate located between the cooler and the cooler, and assembles the cooler by variably adjusting the assembly height of the cooler according to the thickness of the power semiconductor. Not only can it improve security and confidentiality performance, but it can also reduce costs.
도 1은 일반적인 하이브리드 자동차의 구성을 나타낸 도면.
도 2는 종래의 적층형 전력반도체 냉각장치를 나타낸 도면.
도 3은 본 발명에 따른 전력반도체용 냉각장치를 나타낸 단면도.
도 4 및 5는 본 발명에 따른 전력반도체용 냉각장치를 구성하는 적층구를 나타낸 사시도 및 단면도.
도 6 및 7은 본 발명에 따른 전력반도체용 냉각장치를 구성하는 적층구의 다른 실시 예를 나타낸 도면. 1 is a diagram showing the configuration of a typical hybrid vehicle.
Figure 2 is a diagram showing a conventional stacked power semiconductor cooling device.
Figure 3 is a cross-sectional view showing a cooling device for power semiconductors according to the present invention.
4 and 5 are a perspective view and a cross-sectional view showing a stacked sphere constituting a cooling device for power semiconductors according to the present invention.
6 and 7 are diagrams showing another example of a laminate constituting a cooling device for power semiconductors according to the present invention.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 기재에 의해 정의된다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자 이외의 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.The advantages and features of the present invention and methods for achieving them will become clear by referring to the embodiments described in detail below along with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below and will be implemented in various different forms. The present embodiments only serve to ensure that the disclosure of the present invention is complete and that common knowledge in the technical field to which the present invention pertains is not limited. It is provided to fully inform those who have the scope of the invention, and the invention is defined by the claims. Meanwhile, the terms used in this specification are for describing embodiments and are not intended to limit the present invention. As used herein, singular forms also include plural forms, unless specifically stated otherwise in the context. As used in the specification, “comprises” or “comprising” means the presence or presence of one or more other components, steps, operations and/or elements other than the mentioned elements, steps, operations and/or elements. Addition is not ruled out.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면, 도 3은 본 발명에 따른 전력반도체용 냉각장치를 나타낸 단면도이고, 도 4 및 5는 본 발명에 따른 전력반도체용 냉각장치를 구성하는 적층구를 나타낸 사시도 및 단면도이다. Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Figure 3 is a cross-sectional view showing a cooling device for power semiconductors according to the present invention, and Figures 4 and 5 are a cooling device for power semiconductors according to the present invention. This is a perspective view and cross-sectional view showing the laminated spheres that make up the .
본원발명인 전력반도체용 냉각장치(100)는 전력반도체(200)를 중심으로 상·하부에 장착되는 냉각기(300), 상기 냉각기(300)의 사이에 장착되는 복수개의 적층구(400)로 구성된다. The
여기서, 상기 전력반도체용 냉각장치(100)를 구성하는 냉각기(300)는 도시된 도면 이외에도 공지된 냉각기가 적용될 수 있으며 별도의 설명은 생략하기로 한다. Here, as the cooler 300 constituting the
그리고 본원발명인 전력반도체용 냉각장치(100)는 적층구(400)를 개선하여 조립성 및 기밀성능을 향상시키는데 특징이 있다.In addition, the
상기 적층구(400)는 내부에 공간(S)이 형성되고, 중앙에 냉각수 통로(430)가 형성되는 상·하부 적층부재(410, 420)를 대칭으로 결합하여 형성된다. The
즉, 상기 적층구(400)는 상·하부 적층부재(410, 420)를 접합하여 일체로 형성하게 되고, 중앙에는 냉각기(300)와 연통되는 냉각수 통로(430)를 형성하게 된다. That is, the
좀 더 보충설명하면, 상기 적층구(400)는 하부 또는 상부가 개방되는 원반 형상의 상·하부 적층부재(410, 420)를 접합하여 일체로 구성하게 된다. To further explain, the
이때, 상기 상·하부 적층부재(410, 420)의 중앙에 형성되는 냉각수 통로(430)는 냉각기(300)에 형성되는 냉각수 통로(320)와 동일 또는 크게 형성된다. At this time, the
그리고 상기 상·하부 적층부재(410, 420)는 냉각수 통로(430)가 형성되는 중앙부분으로 냉각기(300)와 밀착되는 수평 형상의 밀착부(440)가 외부를 향해 돌출형성된다. In addition, the upper and
즉, 상기 상·하부 적층부재(410, 420)는 냉각수 통로(430)가 형성되는 밀착부(440)를 외부 방향으로 돌출형성하면서 수평 형상으로 형성하여, 상기 냉각기(300)와 원활하게 밀착되면서도 냉각수가 유출되는 것을 방지할 수 있게 된다. That is, the upper and
또한, 상기 상·하부 적층부재(410, 420)는 맞닿는 가장자리 끝단으로 고정 및 결합을 위한 수평 형상의 결합부(450)가 형성된다. In addition, the upper and lower laminated
즉, 상기 상·하부 적층부재(410, 420)는 가장자리 끝단으로 접합이 용이하도록 결합부(450)를 수평방향으로 연장하여 형성하게 된다. That is, the upper and lower laminated
또한, 상기 밀착부(440)와 결합부(450)의 사이에는 수직방향으로 압축성 구조를 가지는 주름 형상의 완충부(460)가 형성된다. In addition, a wrinkle-
여기서, 상기 완충부(460)를 주름 형상으로 형성한 것은 각 층별 냉각기(300)가 일체형으로 구성되기 때문에 사이에 발열체가 삽입되어야 하는 구조이기 때문이다. Here, the reason why the
다음으로, 상기 적층구(400)는 도시된 도 6 및 7과 같이 구성될 수 있다. Next, the
먼저, 도시된 도 6의 적층구(400)는 외부 방향으로 적어도 한 개 이상의 강성 보강부(470)를 형성하여 기밀성능을 향상시키게 된다.First, the laminated
즉, 상기 상·하부 적층부재(410, 420)는 외측 방향으로 주름 형상의 강성 보강부(470)을 형성하여 상기 상·하부 적층부재(410, 420)의 기밀 성능을 향상시키면서도 강도를 보강하게 된다. That is, the upper and
이때, 상기 강성 보강부(470)의 끝단 부분은 환경 및 목적 등에 따라 곡면 또는 경사 또는 다단 절곡형성된다.At this time, the end portion of the
그리고 도시된 도 7의 적층구(400)는 상·하부 적층부재(410, 420)의 공간(S)에 하나 또는 다수개의 스프링(500)이 장착되는 예를 나타낸 것이다.And the
즉, 상기 적층구(400)는 완충구(460)의 내부에 위치한 공간(S)에 스프링(500)을 장착하여, 상기 스프링(500)의 압축시 발생하는 힘에 대한 내부 강성을 보강한다.That is, the laminated
또한, 상기 적층구(400)는 공간(S)에 장착되는 스프링(500)을 통해 압축 후 영구 변형이 발생하지 않을 뿐만 아니라 상기 스프링(500)의 압축 전 초기 형상으로 환원이 가능하여 분해 및 재조립에 유리하게 된다. In addition, the laminated
상기와 같이 구성되는 전력반도체용 냉각장치의 실시 예를 살펴보면 다음과 같다. An example of a cooling device for power semiconductors configured as described above is as follows.
먼저, 내부에 공간(S)이 형성되고, 중앙에는 냉각수 통로(430)가 형성되는 밀착부(440)가 형성되며, 가장자리 끝단에는 수평 형상의 결합부(450)가 형성되고, 상기 밀착부(440)와 결합부(450)의 사이에는 수직방향으로 주름 형상의 완충부(460)가 형성되는 상·하부 적층부재(410, 420)를 형성한다. First, a space S is formed inside, a
그리고 상기 상·하부 적층부재(410, 420)를 구성하는 결합부(450)를 맞닿도록 한 후 접합하는 과정을 통해 복수개의 적층구(400)를 형성한다. Then, the
다음으로, 하부에 냉각기(300)를 설치한 후, 상기 냉각기(300)의 중앙으로 전력반도체(200)를 장착한 다음, 상기 전력반도체(200)와 간격을 두고 적층구(400)를 장착한 후, 상기 전력반도체(200)와 적층구(400)의 상부에 냉각기(300)를 장착하는 방식으로 적층형의 전력반도체용 냉각장치(100)를 설치하면 된다.Next, after installing the cooler 300 in the lower part, the
여기서, 상기 전력반도체용 냉각장치의 조립순서는 상기와 다르게 이루어질 수 있음을 밝힌다.Here, it is revealed that the assembly sequence of the cooling device for power semiconductors may be different from the above.
이상의 설명은 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명의 본질적 특성을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다. The above description is merely an illustrative explanation of the technical idea of the present invention, and various modifications and variations can be made by those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention.
따라서, 본 발명에 표현된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것이 아니라, 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하고, 그와 동등하거나, 균등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.Accordingly, the embodiments expressed in the present invention do not limit the technical idea of the present invention, but are for illustrative purposes, and the scope of the present invention is not limited by these embodiments. The scope of protection of the present invention should be interpreted in accordance with the claims below, and all technical ideas that are equivalent or within the equivalent scope should be construed as being included in the scope of rights of the present invention.
100 : 전력반도체용 냉각장치 200 : 전력반도체
300 : 냉각기 320 : 냉각수 통로
400 : 적층구 410 : 상부 적층부재
420 : 하부 적층부재 430 : 냉각수 통로
440 : 밀착부 450 : 결합부
460 : 완충부 470 : 강성 보강부
500 : 스프링 S : 공간100: Cooling device for power semiconductor 200: Power semiconductor
300: Cooler 320: Coolant passage
400: laminated sphere 410: upper laminated member
420: Lower laminated member 430: Cooling water passage
440: close contact 450: coupling part
460: buffer part 470: rigidity reinforcement part
500: Spring S: Space
Claims (7)
상기 적층구는 내부에 공간이 형성되고 중앙에 냉각수 통로가 형성되는 상·하부 적층부재를 대칭으로 접합하여 형성되고,
상기 상·하부 적층부재는,
냉각수 통로가 형성되는 중앙부분으로 냉각기와 밀착되는 수평 형상의 밀착부가 외부 방향으로 돌출형성되며, 맞닿는 가장자리 끝단으로 결합부가 수평방향으로 연장형성되고,
상기 상·하부 적층부재의 공간으로 하나 또는 복수개의 스프링이 장착되는 전력반도체용 냉각장치.
A cooling device for power semiconductors in which coolers are mounted on the upper and lower parts centered on a power semiconductor, and a plurality of stacked spheres are mounted between the coolers,
The laminated sphere is formed by symmetrically joining upper and lower laminated members with a space formed inside and a coolant passage formed in the center,
The upper and lower laminated members are,
In the central part where the coolant passage is formed, a horizontal adhesion part in close contact with the cooler protrudes outward, and a coupling part extends in the horizontal direction at the end of the contact edge,
A cooling device for power semiconductors in which one or a plurality of springs are mounted in the space of the upper and lower stacking members.
상기 밀착부와 결합부의 사이에 수직방향으로 주름 형상의 완충부가 형성되는 것인 전력반도체용 냉각장치.
According to paragraph 1,
A cooling device for a power semiconductor in which a wrinkle-shaped buffer part is formed in a vertical direction between the close contact part and the coupling part.
상기 상·하부 적층부재는 외부 방향으로 적어도 한 개 이상의 강성 보강부가 형성되는 것인 전력반도체용 냉각장치.
According to paragraph 1,
A cooling device for a power semiconductor wherein the upper and lower laminated members have at least one rigid reinforcement portion formed in an outward direction.
상기 강성 보강부는 주름 형상으로 형성되는 것인 전력반도체용 냉각장치.According to clause 6,
A cooling device for a power semiconductor wherein the rigidity reinforcement portion is formed in a wrinkle shape.
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| JP2005142305A (en) * | 2003-11-05 | 2005-06-02 | Denso Corp | Lamination type cooling device and manufacturing method thereof |
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Family Cites Families (1)
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2019
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Patent Citations (3)
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| JP2005142305A (en) * | 2003-11-05 | 2005-06-02 | Denso Corp | Lamination type cooling device and manufacturing method thereof |
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