KR20030094295A - 전기 동작 장치의 전자부품의 냉각 시스템 - Google Patents

전기 동작 장치의 전자부품의 냉각 시스템 Download PDF

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KR20030094295A
KR20030094295A KR10-2003-7012415A KR20037012415A KR20030094295A KR 20030094295 A KR20030094295 A KR 20030094295A KR 20037012415 A KR20037012415 A KR 20037012415A KR 20030094295 A KR20030094295 A KR 20030094295A
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주하니 히베리넨
사미 와이니오
일카 티. 이코넨
키모 포르스만
마티 푀이회넨
조르마 린타-발카마
알렉스 단치
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플랙트 우즈 에이비
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Abstract

본 발명은, 전기 구동 회전 장치의 구성요소의 냉각을 위한 냉각 시스템에 관한 것으로, 시스템에 있어서 장치의 회전 부분(4)은 공기와 같은 매질의 흐름을 생성하고, 전기 장치는 장치를 회전하기 위한 전기 모터(5)와 이를 제어하는 전자 제어유닛(6)으로 이루어지고, 냉각 시스템은 구성요소를 냉각하기 위한 적어도 하나의 냉각 엘리먼트(62)를 구비하여 구성된다. 냉각 엘리먼트(62)는 회전 부분(4)에 의해 야기된 흐름 근처에 배치되어, 구성요소에 의해 생성된 열이 직접적으로 그리고/또는 열적 전도 수단을 매개로 회전 장치에 의해 생성된 냉각 매질(63)의 흐름으로 전달될 수 있다.

Description

전기 동작 장치의 전자부품의 냉각 시스템{COOLING OF THE ELECTRONICS OF AN ELECTRICALLY OPERATED DEVICE}
예컨대, 미국 특허명세서 제4,618,806호는 공기 임펠러(impeller)를 개시하는데, 이 명세서에서는 직류모터의 로터가 블레이드가 형성된 휠과 결합되고, 공기 임펠러 및 모터가 공통의 프레임 및 하우징을 갖게 된다. 상기 인용 발명에 따른 공기 임펠러에 있어서, 디씨(DC)모터의 스테이터는 회전 동작을 블레이드가 형성된 휠 및 자체의 외측 림에 위치된 로터로 분배한다. 이 발명에 있어서, 공기 임펠러는 공기 임펠러의 외측 에지 근방의 분리 케이스 내에 위치되어 모터를 제어하는 정류회로를 구비한다.
종래 기술의 전기 동작 공기 임펠러 뿐 아니라 장치와 통합된 제어 전자부품에 의해 모터가 제어된 전기 모터에 의해 구동된 그 밖의 회전 장치의 단점은, 전기 부품이 열을 발생한다는 것으로, 이 열은 구성요소를 과열시키고 손상시키는 것을 방지시키기 위해 제거되어야 한다.
전자부품으로부터의 열을 제거하기 위한 통상적인 해결책은, 전자부품이 장치의 하우징 외측의 외부 공기에 노출되게 하거나, 분리 공기 임펠러를 사용해서 장치 내로 냉각 공기를 불어넣는 것이다. 전자의 대안은 모든 경우에 충분히 효과적이지 않고, 후자의 해결책은 외측 공기에 의해 수반되는 먼지 및 습기가 구성요소와 접촉하도록 함에 따라 구성요소 상에 불순물이 모이는 문제를 포함한다. 이들은 장치의 서비스 라이프를 감소시키고, 그 신뢰성을 손상시킨다. 더욱이, 공기를 장치 내로 불어넣는 것은 분리된 공기 임펠러를 요구하므로, 추가 비용이 요구되고 장치가 취약해진다.
본 발명의 목적은, 종래 기술에 따른 해결책의 단점을 제거하고, 전기 동작 회전 장치의 전자부품을 위한 신규한 타입의 냉각 시스템을 달성하는 것이다. 본 발명의 해결책에 있어서, 회전하는 장치의 하우징과 통합된 제어 전자부품을 위한 공간은, 구성요소에 의해 생성된 열이 회전하는 장치에 의해 생성된 공기 흐름 내로 통과될 수 있도록 설계된다.
본 발명의 냉각 시스템의 형태적 특징은, 이하 첨부된 청구항에 의해 특정된다.
본 발명의 주된 장점은, 전자부품의 하우징 내로 먼지 및 습기가 진입하는 것을 방지하는 것이다. 본 발명은 장치의 제조 비용을 감소시키고, 자체 구조를단순화시키고, 신뢰성을 향상시킨다.
본 발명은, 장치의 회전 부분이 공기와 같은 매질의 흐름을 생성하고, 전기 드라이브가 장치를 회전하기 위한 전기 모터와 이를 제어하는 전자 제어유닛으로 이루어지며, 그 냉각 시스템이 구성요소를 냉각하기 위한 적어도 하나의 냉각 엘리먼트를 구비하여 구성되는 전기 구동 회전 장치의 전자 구성요소를 냉각하기 위한 냉각 시스템에 관한 것으로, 이 시스템에서 장치의 회전 부분은 공기와 같은 매질의 흐름을 생성한다.
도 1은 축의 임펠러에서의 본 발명의 냉각 시스템을 나타낸 도면이다.
이하, 도면을 참조한 실시예의 도움으로 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.
도면은 축 방향으로의 공기 흐름을 생성하는 축의 임펠러(axial impeller)를 나타낸다. 축의 임펠러는 2개의 하브(halve)로 이루어지는 플라스틱 하우징과, 예컨대 스크루 수단에 의해 함께 고정되는 프론트 커버(도시생략) 및 백 커버(2)를 갖춤과 더불어 하우징은 임펠러의 프레임으로서 기능한다. 프론트 및 백 커버(1,2)에 샤프트 저널(3;shaft journal)이 고정되는데, 플라스틱 임펠러 휠(4)이 상기 샤프트 저널 상에 탑재된다. 임펠러 휠은 자체의 중심에 샤프트를 위한 홀(41)을 갖추고, 임펠러 블레이드(42)가 내측 원통부(43)와 제2의 외측 원통부(44) 사이에서 홀(41) 주위에 고정된다.
임펠러 휠(4)은 전기 모터 드라이브에 의해 회전되고, 따라서 임펠러 휠이 공기 흐름을 생성한다. 전기 드라이브는 동기 모터(5)와, 3상 교류 네트워크 또는 매질 레벨 직류 네트워크에 연결되어 이를 제어하는 주파수 컨버터(6) 또는 인버터를 구비하여 구성되는데, 상기 주파수 컨버터 또는 인버터는 제어된 주파수 변화와 함께 사인 출력 전압을 생성한다. 스테이터가 임펠러 휠(4)의 외측 림 주위에서하우징 내에 탑재되고, 로터가 임펠러 휠과 통합되므로, 외측 환형상부(44) 주변에 고정된 영구자석(51)을 구비하게 된다. 스테이터는, 임펠러 휠(4) 주위의 동일 거리에서 대칭적으로 위치된 4개의 스테이터 세그먼트로 이루어지는데, 각 세그먼트는 스테이터 프레임(52)과 스테이터 세그먼트의 만곡된 내측 림에서 홀(53) 내에 감겨진 스테이터 권선(54)을 구비하여 구성된다. 각각의 스테이터 세그먼트는 임펠러 휠(4)의 주변 상에 대략 45°의 세그먼트를 형성한다.
스테이터 세그먼트(52)는, 임펠러 하우징의 수직 및 수평 에지에 평행한 외측 에지를 갖고, 스테이터에 의해 요구된 공간을 최소화하기 위해서 로터(4)의 외측 림에 대한 탄젠트 평면의 약간 외측에만 연장한다. 더욱이, 스테이터 세그먼트(52)는, 스테이터 세그먼트가 하우징 내에 구비된 탑재용 핀에 고정되게 하기 위해서 탑재용 홀을 구비할 수 있다. 더욱이, 하우징부는 다른 하우징부에 부착하기 위한 탑재용 핀(21)을 구비하고, 스테이터 아래에 주파수 컨버터(6)를 위한 공간(23)을 갖추며, 이 공간은 2개의 스테이터 세그먼트로부터 파티션(22)에 의해 분리된 길이방향 축에 의해 결정된 축 방향에 수직한 동일 평면 내에 위치된다. 따라서, 전체 공기 임펠러는 동일 하우징(1,2) 내에 통합되는데, 모든 구성요소가 축 방향에 직교한 동일 평면 내에 위치되기 때문에 이 하우징은 매우 얇게 된다. 더욱이, 하우징은 탑재용 베이스로 기능하므로, 그것 상에 다양한 고정된 구성요소가 상기된 바와 같이 탑재되고 고정된다. 하우징은 스테이터를 위한 베어링 및 주파수 컨버터 또는 인버터를 위한 고정 엘리먼트를 갖는다. 더욱이, 탑재용 베이스는 모터 공간으로부터 주파수 컨버터 또는 인버터의 하우징 내로의 모터 도체를 위한 리드 스루 엘리먼트(lead-through element)로서 기능한다.
주파수 컨버터는, 자체의 하부 내에 하우징부(2) 내측에 고정된 회로기판 유닛(61)을 구비하여 구성된다. 이 회로기판 상에 공기 임펠러 모터의 제어용 전자부품, 예컨대 파워 트랜지스터를 탑재한다. 분리 하우징부(24) 내의 냉각 핀(62)이 회로기판 유닛(61)의 전방에 대해서 고정된다. 냉각 핀(62)은 2개의 스테이터 세그먼트(52) 사이에서 임펠러 휠(4) 옆에 위치된다. 전자 구성요소에 의해 생성된 열은 냉각 핀(62)과 임펠러 휠(4) 사이에서 공기 갭(63) 내로 직접 통과하고, 공기 갭 내로 흐르는 기류는 핀(62) 그러므로 전자 구성요소를 냉각한다.
또한, 전자 구성요소에 의해 생성된 열은, 스테이터 세그먼트(52)와 접촉해서 냉각 엘리먼트를 고정함으로써 모터의 스테이터 세그먼트(52) 내로 전도될 수 있는데, 기류에 의해 냉각된다. 이 방법에 있어서, 냉각 엘리먼트의 사이즈를 감소시키는 한편, 하우징의 구조 뿐 아니라 냉각 엘리먼트의 구조를 단순화하는 것이 가능하다.
임펠러 휠에 의해 생성된 기류가 구성요소를 냉각하도록 안내되는 분리 공기 채널을 설계하는 것도 가능하다.
당업자에 있어서, 본 발명의 다른 실시예가 상기된 예에 한정하지 않고, 첨부되는 청구항의 범위 내에서 변화될 수 있는 것은 명백하다.

Claims (5)

  1. 장치의 회전 부분(4)이 공기와 같은 매질의 흐름을 생성하고, 전기 드라이브가 장치를 회전하기 위한 전기 모터(5)와 이를 제어하는 전자 제어유닛(6)으로 이루어지며, 그 냉각 시스템이 구성요소를 냉각하기 위한 적어도 하나의 냉각 엘리먼트(62)를 구비하여 구성되는 전기 구동 회전 장치의 전자 구성요소를 냉각하기 위한 냉각 시스템에 있어서,
    냉각 엘리먼트(62)가 회전 부분(4)에 의해 생성된 흐름 근처에 배치되어, 구성요소에 의해 생성된 열이 직접적으로 그리고/또는 적어도 하나의 열적 전도 수단을 매개로 회전 장치에 의해 생성된 냉각 매질의 흐름(63)으로 전달되는 것을 특징으로 하는 냉각 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 냉각 엘리먼트(62)가 회전 부분(4) 근처에 고정되어, 그들 사이에서 흐르는 매질의 흐름을 위한 갭(63)을 형성하는 것을 특징으로 하는 냉각 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 냉각 엘리먼트 및/또는 구성요소가 회전 부분 근처에서 장치의 고정된 부분(5) 상에 고정되어, 구성요소를 냉각하기 위해 흐르는 매질의 흐름을 위한 갭이 고정된 부분과 회전 부분 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는 냉각 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 장치는 회전 부분(4)에 의해 생성된 매질의 흐름을 구성요소 근방에 흐르게 하기 위한 채널 구조를 구비하므로, 구성요소에 의해 생성된 열이 직접적으로 그리고/또는 열적인 전도 수단을 매개로 회전 장치에 의해 생성된 냉각 매질의 흐름으로 전달되는 것을 특징으로 하는 냉각 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 하우징(2)을 갖춘 장치에 있어서, 하우징(2) 내측의, 냉각 엘리먼트를 위한 하우징 부분(24)을 구비하여 구성되어, 냉각 엘리먼트(62)가 회전 부분(4)에 의해 생성된 흐름 근처에 고정될 수 있어, 구성요소에 의해 생성된 열이 직접적으로 그리고/또는 열적 전도 수단을 매개로 회전 장치에 의해 생성된 냉각 매질의 흐름(63)으로 전달될 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 냉각 시스템.
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