KR102651742B1 - 방열판 어셈블리 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 인버터의 크기를 최소화하기 위하여, 중앙에 곡면 형태로 돌출된 격벽을 구비하는 판 형상의 몸체와, 격벽에서 몸체 가장자리로 연장되며 몸체와 직교하여 배치되는 다수의 방열핀을 포함하는 방열판과, 방열판 하부에 배치되며, 방열핀이 안착되는 안착부와 안착부 외측을 따라 아래로 절곡되는 배출부를 포함하는 하우징을 포함하는 방열판 어셈블리를 제공한다.

Description

방열판 어셈블리{A HEAT SINK ASSEMBLY}
본 발명은 방열판 어셈블리에 관한 것이다.
일반적으로, 차량용 교류 발전기는 엔진의 크랭크축과 연결되어 엔진의 구동력을 전달 받아 전압을 발생시켜 차량 운행시 부하에 사용하며, 배터리를 충전시키는 역할을 한다.
이러한 차량용 교류 발전기로는 저속에서 발생 전압을 높이고 고속에서 안정된 전압이 발생되도록 통상 3개의 코일이 각각 독립되게 권선된 3상 교류 발전기가 가장 보편적으로 사용되고 있다.
그리고, 차량용 교류 발전기는 회전자(ROTOR)와 고정자(STATOR)로 구성되어 있는데, 여기서 회전자는 코어의 외면에 영구자석(PERMANENT MAGNET)들이 일정간격으로 부착되어 있고, 고정자는 원주방향을 따라 일정간격으로 돌출 형성되어 있는 철심에 출력용 3상 코일이 각각 권선되어 있다.
이러한 차량용 교류 발전기는 회전자가 회전하게 되면 N극으로부터 나오는 자속이 고정자의 철심을 거쳐 S극으로 되돌아가는 자기회로를 형성하고, 이 자기회로의 자속이 고정자에 권선된 3상 코일과 상호 작용하여 고정자의 권선에 교류의 유기전압이 발생된다.
그리고, 차량용 교류 발전기는 모터에 의해 발생된 교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 인버터를 구비하며, 이러한 인버터에는 스위칭 소자 등의 다수의 회로 소자가 구비된다.
한편, 인버터가 교류 전력을 직류 전력으로 변환할 때 많은 열이 발생하는데, 이러한 열로 인해 인버터에 포함된 다수의 회로 소자들이 손상될 수 있다.
이에 따라, 종래의 차량용 교류 발전기는 방열판 및 방열팬을 구비하여 인버터를 방열하고 있다.
구체적으로, 종래의 인버터 방열 방식은 인버터 중앙에 모터 축 방향으로 관통홀을 형성하고, 방열팬을 이용해 상기 관통홀로 외부 공기를 유입하여 이를 인버터 중앙에서 가장자리로 보내주는 방식이다.
그러나, 종래의 인버터 방열 방식은 인버터 중앙에 관통홀을 형성해야 하며 이러한 관통홀로 인해 인버터의 크기가 증가되는 문제점이 있다. 특히, 출력이 큰 BSG(Belt-Driven Starter Generator)의 경우 비교적 크기가 큰 인버터를 사용하기 때문에 상기 문제점은 더욱더 커지게 된다.
또한, 외부로부터 인버터 내로 유입되는 수분을 차단하기 위해서는 인버터 중앙에 형성된 관통홀에 대해 별도의 복잡한 실링 공정을 거쳐야 하므로, 차량용 교류 발전기의 제조 공정 수가 증가하고 제조 비용이 증가하는 문제점이 있다.
본 발명은 방열판 상부에 위치한 인버터의 회로 소자들을 효율적으로 방열하는 방열판 어셈블리를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 인버터의 크기를 최소화할 수 있고, 최소화된 크기의 인버터에 회로소자들을 집적할 수 있는 방열판 어셈블리를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 인버터의 밀폐 구조를 단순화할 수 있어 외부로부터 유입되는 수분을 효율적으로 차단할 수 있는 방열판 어셈블리를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 중앙에 곡면 형태로 돌출된 격벽을 구비하는 판 형상의 몸체와, 격벽에서 몸체 가장자리로 연장되며 몸체와 직교하여 배치되는 다수의 방열핀을 포함하는 방열판과, 방열판 하부에 배치되며, 방열핀이 안착되는 안착부와 안착부 외측을 따라 아래로 절곡되는 배출부를 포함하는 하우징을 포함하는 방열판 어셈블리를 제공한다.
여기서, 다수의 방열핀은 방사형으로 배치되며, 격벽의 곡면 형태는 오목한 형상이다.
또한, 안착부는 다수의 방열핀 사이의 격벽에 대응되는 영역에 제1개구부를 구비하고, 배출부는 다수의 방열핀 사이의 몸체에 대응되는 영역에 제2개구부를 구비한다.
또한, 하우징은 안착부 외측으로 연장되는 연장부를 더 포함한다.
또한, 격벽은 높이 보다 더 큰 폭을 가지며, 방열판 상부에는 회로소자가 배치되며 격벽의 폭은 회로소자의 길이 보다 작다.
또한, 하우징 내에 배치되되 배출부 및 안착부와 각각 이격되는 방열팬을 더 포함한다.
또한, 배출부와 방열팬 사이에 배치되되 안착부와 이격되며 제2개구부에 의해 일부 노출되는 모터 권선을 더 포함한다.
또한, 안착부와 모터 권선의 이격 거리는 안착부와 방열팬의 이격 거리 보다 더 작다.
본 발명에 따르면 외부의 공기가 방열핀 사이의 몸체에 지속적으로 공급됨으로써, 방열판 상부에 위치한 인버터의 회로 소자들을 효율적으로 방열하는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면 인버터의 회로소자들을 방열하기 위해 인버터 중앙에 관통홀을 구비할 필요가 없어 인버터의 크기를 최소화할 수 있고, 최소화된 크기의 인버터에 회로소자들을 집적할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면 인버터의 밀폐 구조를 단순화할 수 있어 외부로부터 유입되는 수분을 효율적으로 차단할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 교류 발전기를 도시한 도면으로서, 상기 교류 발전기 내부의 방열판 어셈블리가 보이도록 상기 교류 발전기의 일부를 절개한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 방열판을 도시한 도면이다.
도 3은 도 2의 방열판의 방열핀 사이의 몸체를 절단한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 하우징을 도시한 도면이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 방열판 어셈블리를 방열핀 사이에서 절단한 단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참고부호를 붙였다.
본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 교류 발전기를 도시한 도면으로서, 상기 교류 발전기 내부의 방열판 어셈블리가 보이도록 상기 교류 발전기의 일부를 절개한 도면이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 교류 발전기(100)는 인버터(190), 방열판(110), 하우징(130) 및 방열팬(150)을 포함한다.
여기서, 인버터(190)는 스위칭 소자 등의 다수의 회로 소자(195)를 포함하며, 모터에 의해 발생된 교류 전력을 직류 전력으로 변환한다. 한편, 인버터(190)가 교류 전력을 직류 전력으로 변환할 때 많은 열이 발생하는데, 이러한 열로 인해 인버터(190)에 포함된 다수의 회로 소자들이 손상될 수 있다.
이와 같이, 다수의 회로 소자(195)를 열로부터 보호하기 위해, 인버터(190) 하부에 방열판(110), 하우징(130) 및 방열팬(150)을 포함하는 방열판 어셈블리가 배치된다.
구체적으로, 방열판(110)은 몸체와 방열핀을 포함하는데, 여기서 몸체는 판 형상을 가지며, 중앙에 곡면 형태로 돌출된 격벽을 구비한다. 그리고, 방열핀은 격벽에서 몸체 가장자리로 연장되며 몸체와 직교하여 다수가 배치된다. 이 때, 다수의 방열핀은 방사형으로 배치되는 것이 바람직하다.
그리고, 방열판(110) 하부에 배치된 다수의 방열핀으로 인해 방열판(110)의 표면적이 증가되고, 증가된 방열판(110)의 표면적으로 인해 방열판(110) 상부에 위치한 인버터(190)의 회로 소자(195)들을 효율적으로 방열할 수 있다.
그리고, 하우징(130)은 방열판(110) 하부에 배치되며, 방열핀이 안착되는 안착부와 안착부 외측을 따라 아래로 절곡되는 배출부를 포함한다. 그리고, 안착부는 다수의 방열핀 사이의 격벽에 대응되는 영역에 제1개구부를 구비하며, 배출부는 다수의 방열핀 사이의 몸체에 대응되는 영역에 제2개구부를 구비한다.
그리고, 방열팬(150)은 하우징(130) 내에 배치되되 하우징(130)의 배출부 및 안착부와 각각 이격되고, 모터 권선(170)은 하우징(130)의 배출부와 방열팬(150) 사이의 이격된 영역에 배치되되 하우징(130)의 안착부와 이격된다.
이와 같은 방열판 어셈블리의 동작을 살펴보면, 방열팬(150)이 회전함에 따라 외부의 공기는 방열판(110) 가장자리에서 중앙으로 방열핀 사이의 몸체를 따라 흐르다가, 곡면 형태의 격벽을 따라 하부로 흐르게 되고, 다시 하우징(130)의 제1개구부와 제2개구부를 거쳐 외부로 배출되게 된다.
이와 같이 외부의 공기가 방열핀 사이의 몸체에 지속적으로 공급됨으로써, 방열판(110) 상부에 위치한 인버터(190)의 회로 소자(195)들을 효율적으로 방열하게 된다.
즉, 본 발명의 실시예에 따른 교류 발전기(100)는 인버터(190)의 회로소자(195)들을 방열하기 위해 인버터(190) 중앙에 관통홀을 구비할 필요가 없어 인버터(190)의 크기를 최소화할 수 있고, 최소화된 크기의 인버터(190)에 회로소자(195)들을 집적할 수 있다. 그리고, 인버터(190)의 밀폐 구조를 단순화할 수 있어 외부로부터 유입되는 수분을 효율적으로 차단할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 방열판을 도시한 도면이고, 도 3은 도 2의 방열판의 방열핀 사이의 몸체를 절단한 단면도이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 방열판(110)은 몸체(111), 격벽(113) 및 방열핀(115)을 포함한다.
구체적으로, 몸체(111)는 판 형상을 가지며 중앙에 곡면 형태로 돌출된 격벽(113)을 구비한다. 그리고, 방열핀(115)은 격벽(113)에서 몸체(111) 가장자리로 연장되며 몸체(111)와 직교하여 다수가 배치된다.
이 때, 다수의 방열핀(115)은 방사형으로 배치되는 것이 바람직하며, 다수의 방열핀(115)이 방사형으로 배치되면 이와 연결되는 격벽(113)은 원형으로 배치될 수 있다.
그리고, 방열판(110)에 하부에 배치된 다수의 방열핀(115)으로 인해 방열판(110)의 표면적이 증가되고, 증가된 방열판(110)의 표면적으로 인해 방열판(110) 상부에 위치한 인버터(190)의 회로 소자(195)들을 효율적으로 방열할 수 있다.
그리고, 이와 같은 방열판(110)은 열전도성이 우수한 물질 예를 들면, 알루미늄 등으로 이루어질 수 있다.
그리고, 격벽(113)의 곡면 형태는 오목한 형상으로 이루어지는 것이 바람직하다. 이는 방열핀(115) 사이에 형성된 흡입 유로를 통해 흐르는 외부 공기를 오목한 형상의 격벽(113)을 따라 자연스럽게 방열판(110) 하부로 배출시킬 수 있기 때문이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 방열판(110) 상부에는 방열 대상인 회로 소자(195)가 위치하며, 방열판(110)을 통해 회로 소자를 방열하게 된다.
여기서, 격벽(113)의 높이(H1)가 격벽(113)의 폭(L2) 보다 크면 격벽(113) 상부에 위치한 회로 소자(195)는 격벽(113)의 큰 높이로 인해 외부 공기와의 접촉에 방해가 되어 회로 소자(195)를 효율적으로 방열할 수 없게 된다.
이에 따라, 격벽(113)은 곡면 형태(A)로 돌출되며 높이(H1) 보다 더 큰 폭(L2)을 갖는 것이 바람직하다. 예를 들면, 격벽(113)의 높이(H1)는 격벽(113)의 폭(L2)의 40%~60%인 것이 바람직하다.
한편, 격벽(113)의 폭(L2)이 방열판(110) 상부에 위치한 회로 소자(195)의 길이(L1) 보다 크면 외부의 공기가 회로 소자(195)를 방열하기 전에 격벽(113)을 따라 방열판(110) 하부로 배출되기 때문에 회로 소자(195)를 효율적으로 방열할 수 없다.
이에 따라, 격벽(113)의 폭(L2)은 방열판(110) 상부에 위치한 회로 소자(195)의 길이(L1)보다 작은 것이 바람직하다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 하우징을 도시한 도면이다.
도 4에 도시한 바와 같이, 하우징(130)은 방열판(110) 하부에 배치되며, 방열핀(115)이 안착되는 안착부(131)와 안착부(131) 외측을 따라 아래로 절곡되는 배출부(135)를 포함한다. 이 때, 배출부(135)는 안착부(131)의 측단면을 둘러싸게 된다.
그리고, 안착부(131)는 다수의 방열핀(115) 사이의 격벽(113)에 대응되는 영역에 제1개구부(132)를 구비하며, 배출부(135)는 다수의 방열핀(115) 사이의 몸체(115)에 대응되는 영역에 제2개구부(133)를 구비한다. 이러한 제1개구부(132)와 제2개구부(133)는 다수개가 구비될 수 있다.
이에 따라, 하우징(130)의 안착부에 방열핀(115)이 안착되면 다수의 방열핀(115) 사이 마다 외부 공기가 흐를 수 있는 흡입 유로가 형성되게 된다.
여기서, 방열핀(115) 사이에 형성된 흡입 유로를 통해 흐르는 공기는 격벽(113)을 따라 방열판(110) 하부로 흐르고, 이후 제1개구부(132)를 통해 배출되기 때문에, 제1개구부(132)와 격벽(113)의 폭은 서로 유사해야 한다. 예를 들면, 제1개구부(132)의 폭은 격벽(113)의 폭의 90%~110%인 것이 바람직하다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 방열판 어셈블리를 방열핀 사이에서 절단한 단면도이다.
도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이, 방열팬(150)은 하우징(130) 내에 배치되되 하우징(130)의 배출부(135) 및 안착부(131)와 각각 이격되고, 모터 권선(170)은 하우징(130)의 배출부(135)와 방열팬(150) 사이의 이격된 영역에 배치되되 하우징(130)의 안착부(131)와 이격된다. 이 때, 모터 권선(170)은 배출부(135)에 구비된 제2개구부(133)에 의해 외부로 일부 노출될 수 있다.
이에 따라, 하우징(130)의 안착부(131), 방열팬(150) 및 모터 권선(170)에 의해 배출 유로가 형성된다.
이와 같은 배출 유로를 통해 뜨거워진 공기를 효율적으로 배출하기 위해서는, 안착부(131)와 모터 권선(170)의 이격 거리가 안착부(131)와 방열팬(150)의 이격 거리 보다 더 작은 것이 바람직하다. 특히, 안착부(131)와 모터 권선(170)의 이격 거리는 3~6mm인 것이 바람직하다.
이와 같은 방열판 어셈블리의 동작을 살펴보면, 방열팬(150)이 회전함에 따라 외부의 공기는 방열판(110) 가장자리에서 중앙으로 방열핀(115) 사이의 몸체(111) 즉, 방열판(110)의 방열핀(115)과 하우징(130)의 안착부(131)에 의해 형성된 흡입 유로를 따라 흐르다가, 격벽(113)을 만나면 곡면 형태의 격벽(113)을 따라 방열판(110) 하부로 흐르게 된다. 이 때, 외부의 공기가 방열판(110)의 흡입 유로로 공급되어 방열판(110) 상부의 회로 소자(195)를 냉각 시키게 된다.
이후, 회로 소자(195)를 냉각 시킨 공기는 회로 소자(195)에 발생된 열로 인해 뜨거워지고, 뜨거워진 공기는 곡면 형태의 격벽(113)에 의해 방열판(110) 하부로 그 방향이 바뀌어 하우징(130)의 제1개구부(132)를 통해 방열판(110) 하부로 흐르게 된다. 이후, 하우징(130)의 안착부(131), 방열팬(150) 및 모터 권선(170)에 의해 형성된 배출 유로를 통해 흐르다가 배출부(135)의 제2개구부(133)를 통해 외부로 배출되게 된다.
한편, 배출부(135)의 제2개구부(133)는 하우징(130)의 안착부(131)의 측단면을 노출시킬 수 있다.
이 때, 안착부(131) 및 격벽(113)의 맞닿는 지점에서 안착부(131)의 측단면까지의 안착부(131)의 길이는 방열핀(115)의 길이와 유사하거나 방열핀(115)의 길이 보다 더 큰 것이 바람직하다. 예를 들어, 안착부(131)의 길이는 방열핀(115)의 길이의 90%~120%일 수 있다.
이는, 안착부(131)의 길이가 방열핀(115)의 길이 보다 작으면 외부로 배출된 뜨거운 공기가 방열핀(115)과 안착부(131)에 의해 형성된 흡입 유로로 다시 유입될 수 있으며, 이는 방열판(110)의 방열 성능을 저하시키기 때문이다.
한편, 도 6에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 하우징(130)은 안착부(131) 외측으로 연장되는 연장부(140)를 더 포함할 수 있다.
이와 같은 연장부(140)는 하우징(130)의 안착부(131) 및 배출부(133)와 함께 일체로 형성되거나, 별개로 형성되어 하우징(130)의 안착부(131)에 조립될 수 있다.
한편, 연장부(140)가 안착부(131)에 조립되는 경우 연장부(140)는 제2개구부(133)에 의해 노출된 안착부(131)의 측단면과 결합될 수 있다.
이와 같은 연장부(140)를 추가 배치함으로써, 안착부(131)의 길이가 외측으로 연장되어 외부로 배출된 뜨거운 공기가 방열핀(115)과 안착부(131)에 의해 형성된 흡입 유로로 다시 유입되는 것을 차단할 수 있게 되어 방열판(110)의 방열 성능을 향상시킬 수 있다.
이와 같이 외부의 공기가 방열핀(115) 사이의 몸체(111) 및 안착부(131)에 의해 형성된 흡입 유로에 지속적으로 공급됨으로써, 방열판(110) 상부에 위치한 인버터(190)의 회로 소자(195)들을 효율적으로 방열할 수 있게 된다.
즉, 본 발명의 실시예에 따른 방열판 어셈블리는 인버터(190)의 회로소자(195)들을 방열하기 위해 인버터(190) 중앙에 관통홀을 구비할 필요가 없어 인버터(190)의 크기를 최소화할 수 있고, 최소화된 크기의 인버터(190)에 회로소자(195)들을 집적할 수 있다. 이에 따라, 비교적 크기가 큰 인버터를 사용하는 BSG(Belt-Driven Starter Generator)에 적용할 수 있다
그리고, 인버터(190) 중앙에 형성된 관통홀에 대해 별도의 복잡한 실링 공정을 거칠 필요가 없어 인버터(190)의 밀폐 구조를 단순화할 수 있고 외부로부터 유입되는 수분을 효율적으로 차단할 수 있다. 이에 따라, 차량용 교류 발전기의 제조 공정 수를 줄이고 제조 비용을 절감할 수 있다.
이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.
100 : 교류 발전기
110 : 방열판
130 : 하우징
150 : 방열팬

Claims (10)

  1. 중앙에 곡면 형태로 돌출된 격벽을 구비하는 판 형상의 몸체와, 상기 격벽에서 상기 몸체 가장자리로 연장되며 상기 몸체와 직교하여 배치되는 다수의 방열핀을 포함하는 방열판; 및
    상기 방열판 하부에 배치되며, 상기 방열핀이 안착되는 안착부와 상기 안착부 외측을 따라 아래로 절곡되는 배출부를 포함하는 하우징을 포함하고,
    상기 다수의 방열핀 사이에 흡입 유로가 형성되고,
    상기 격벽의 곡면 형태는
    상기 흡입 유로에서 연장되며 상기 방열판 하측 방향으로 오목한 형상을 갖는
    방열판 어셈블리.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 방열핀은 방사형으로 배치되는 방열판 어셈블리.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 안착부는 상기 다수의 방열핀 사이의 상기 격벽에 대응되는 영역에 제1개구부를 구비하고,
    상기 배출부는 상기 다수의 방열핀 사이의 상기 몸체에 대응되는 영역에 제2개구부를 구비하는
    방열판 어셈블리.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 하우징은
    상기 안착부 외측으로 연장되는 연장부를 더 포함하는 방열판 어셈블리.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 격벽은 높이 보다 더 큰 폭을 갖는 방열판 어셈블리.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 방열판 상부에는 회로소자가 배치되며 상기 격벽의 폭은 상기 회로소자의 길이 보다 작은 방열판 어셈블리.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 하우징 내에 배치되되 상기 배출부 및 안착부와 각각 이격되는 방열팬을 더 포함하는 방열판 어셈블리.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 배출부와 상기 방열팬 사이에 배치되되 상기 안착부와 이격되며 상기 제2개구부에 의해 일부 노출되는 모터 권선을 더 포함하는 방열판 어셈블리.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 안착부와 상기 모터 권선의 이격 거리는 상기 안착부와 상기 방열팬의 이격 거리 보다 더 작은 방열판 어셈블리.
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