KR20030097223A - Cooling fan resister using ceramic PTC thermistor - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 세라믹 PTC소자를 이용한 쿨링 팬 레지스터에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 기존의 코일 타입 레지스터(Coil type resistor)를 대신하여, PTC소자의 R-T 특성을 이용하여 자가 퓨징(self-fusing)기능을 갖도록 한 PTC소자를 이용한 쿨링 팬 레지스터에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a cooling fan resistor using a ceramic PTC device. More particularly, the present invention provides a self-fusing function using RT characteristics of a PTC device in place of a conventional coil type resistor. The present invention relates to a cooling fan resistor using a PTC element.
통상적으로, 자동차의 엔진룸 전면쪽에는 라디에이터가 설치되어 있고, 이 라디에이터를 흐르는 엔진 냉각수의 과도한 온도상승을 강제로 냉각시켜주는 쿨링 팬이 라디에이터의 앞쪽에 설치되어 있다.Typically, a radiator is installed at the front of the engine room of a vehicle, and a cooling fan is provided at the front of the radiator for forcibly cooling the excessive temperature rise of the engine coolant flowing through the radiator.
또한, 엔진 냉각수 온도에 따라 쿨링 팬 모터의 속도를 조절해주는 장치로서, 쿨링 팬의 풍량 제어를 통해 엔진의 안정적 성능을 보완해주는 쿨링 모듈 시스템의 쿨링 팬 레지스터가 앞범퍼 뒤쪽 공간에 설치되어 있다.In addition, as a device to adjust the speed of the cooling fan motor according to the engine coolant temperature, a cooling fan resistor of the cooling module system is installed in the space behind the front bumper to compensate for the stable performance of the engine by controlling the flow rate of the cooling fan.
보다 상세하게는, 상기 쿨링 팬 레지스터는 엔진의 과열 방지, 배터리의 전력소모 최소화, 팬의 수명 연장효과등의 역할을 담당하면서, 쿨링 팬의 풍량제어및 휴즈 기능을 갖는 부품이다.More specifically, the cooling fan resistor is a component having a function of controlling the air volume of the cooling fan and a fuse function while playing a role of preventing overheating of the engine, minimizing power consumption of the battery, extending the life of the fan, and the like.
이와 같은 종래의 쿨링 팬 레지스터의 구조를 첨부한 도 6을 참조로 설명하면 다음과 같다.Referring to Figure 6 attached to the structure of the conventional cooling fan resistor as follows.
종래의 쿨링 팬 레지스터는 알루미늄 하부케이스(70)의 내부에 U자형 요홈을 갖는 세라믹 케이스(30)가 내재되고, 상기 세라믹 케이스(30)에 형성된 U자형 요홈에 니크롬 와이어(40)가 삽입되며, 니크롬 와이어(40)의 일측단에는 써멀 휴즈(50)(Thermal fuse)가 연결되어 있는 구조로 되어 있다.In the conventional cooling fan resistor, a ceramic case 30 having a U-shaped groove is embedded in the aluminum lower case 70, and a nichrome wire 40 is inserted into the U-shaped groove formed in the ceramic case 30. One end of the nichrome wire 40 has a structure in which a thermal fuse 50 is connected.
또한, 상기 세라믹 케이스(30)의 상면에는 내부 부품(니크롬 와이어 및 써멀 휴즈등)을 고정시키고, 열에 의한 성능 저하를 방지하기 위하여 세라믹 몰딩재(60)가 몰딩되고, 이 몰딩된 세라믹 케이스의 상면에 알루미늄 상부케이스(80)가 부착되어진다.In addition, in order to fix internal parts (such as nichrome wire and thermal fuse) on the upper surface of the ceramic case 30, and to prevent performance degradation due to heat, the ceramic molding material 60 is molded, and the upper surface of the molded ceramic case An aluminum upper case 80 is attached thereto.
이와 같은 구조의 종래 쿨링 팬 레지스터의 각 구성품 기능을 간략히 설명하면, 상기 써멀 휴즈는 차종별로 그 규격차이는 있으나, 과전류 및 과부하시 화재를 막기 위한 수단이고, 상기 니크롬 와이어는 저항값을 구성하며, 상기 세라믹 케이스는 니크롬 와이어와 방열 케이스(알루미늄 케이스)간의 절연을 담당하며, 상기 세라믹 몰딩재는 규소(SiO2)+알코올(Alchol)을 배합한 것으로서, 내부 부품의 고정 및 열에 의한 성능 저하 방지의 기능을 담당하며, 상기 알루미늄 케이스는 내부 보호 및 방열 기능을 한다.When briefly explaining the function of each component of the conventional cooling fan resistor having a structure as described above, the thermal fuse is a means for preventing a fire in the event of overcurrent and overload, although there is a difference in the standard for each vehicle type, the nichrome wire constitutes a resistance value, The ceramic case is responsible for insulation between the nichrome wire and the heat dissipation case (aluminum case), and the ceramic molding material is made of silicon (SiO 2 ) + alcohol (Alchol), and functions to prevent performance degradation due to fixing of internal parts and heat. It is responsible for, the aluminum case has an internal protection and heat dissipation function.
이러한 종래의 쿨링 팬 레지스터는 다음과 같은 문제점이 제기되고 있다.These conventional cooling fan resistors have the following problems.
1) 엔진룸에 장착되는 특성으로 고열에 의한 내구성 확보를 위하여 방열판(알루미늄 케이스)의 크기 및 부피등이 커서 무게가 많이 나가는 단점이 있고, 그에따라 쿨링 팬의 풍량 간섭 및 화재 발생 가능성을 고려하여 쿨링 팬 모듈로부터 이격시켜 장착하고 있다.1) As it is installed in the engine room, the size and volume of the heat sink (aluminum case) are large to secure the durability due to high heat, and thus the weight is large. Therefore, in consideration of the airflow interference and the possibility of fire of the cooling fan, It is mounted away from the cooling fan module.
2) 쿨링 팬 모터의 구속시, 상기 써멀 휴즈의 단락(분위기 온도 약 105℃)이 발생하면, A/S요인이 되는 바, 레지스터의 교체에 따른 비용소모가 발생하고, 재생이 불가한 단점이 있다.2) When the cooling fan motor is constrained, if the thermal fuse has a short circuit (at an ambient temperature of about 105 ° C), it becomes an A / S factor. have.
3) 주요 구성품인 세라믹 케이스(Al2O3(30%∼96%))와 니크롬 와이어(Ni+Cr wire)를 수입에 의존해야 되는 관계로 원가 상승을 부추기는 원인이 되고 있다.3) As the main components (ceramic case (Al 2 O 3 (30% to 96%)) and nichrome wire (Ni + Cr wire) have to depend on imports, they are causing the cost increase.
4) 종래의 쿨링 팬 레지스터의 저항 구성은 전열기에 사용되는 니크롬 와이어로 구성됨으로 인해, 장시간 레지스터를 동작시, 과열 및 주변기기의 화재 위험이 있고, 이를 개선하기 위하여 니크롬 와이어 일측에 상기 써멀 휴즈를 설치하였으나, 써멀 휴즈의 불량 및 기타 요인으로 인하여 단락 조건에서도 써멀 휴즈의 단락이 이루어지지 않아 화재의 위험성이 있는 문제점이 있고, 이러한 점을 고려하여 일부 제품에는 릴레이를 부가하였지만, 부품이 고가이며 부피가 커지게 되는 공간확보의 문제와 노이즈 발생의 단점을 가지고 있다.4) Since the resistance configuration of the conventional cooling fan resistor is composed of nichrome wire used for the heater, there is a risk of overheating and fire of peripheral devices when the resistor is operated for a long time, and the thermal fuse is installed on one side of the nichrome wire to improve the resistance. However, due to thermal fuse defects and other factors, there is a problem of a fire hazard due to a short circuit of the thermal fuse even in a short circuit condition. In view of this, a relay is added to some products, but parts are expensive and bulky. It has a problem of securing space and noise generation.
따라서, 본 발명은 상기와 같이 종래의 쿨링 팬 레지스터에서 제기된 문제점을 해결하기 위하여, 온도에 따라 저항이 변화하는 특성을 지닌 세라믹 PTC를 이용한 쿨링 팬 레지스터를 발명한 것으로서, 자가 퓨징 기능을 보유하면서 화재의 위험이 없고, 콤팩트한 크기로 취급과 조립성이 우수하며, 내구성이 뛰어나 반영구적으로 사용 가능한 PTC소자를 이용한 쿨링 팬 레지스터를 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention is to invent a cooling fan resistor using a ceramic PTC having a characteristic that the resistance changes with temperature in order to solve the problems raised in the conventional cooling fan resistor as described above, while having a self-fusing function It is an object of the present invention to provide a cooling fan resistor using a PTC element that can be used semi-permanently because of its compactness, excellent handling and assembly, and excellent durability.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 접촉단자를 포함하는 장착판과, 이 장착판의 접촉단자에 올려지는 PTC소자와, 상기 PTC소자를 포함하는 장착판의 상면에 체결되는 방열용 히트싱크로 구성된 것을 특징으로 하는 PTC소자를 이용한 쿨링 팬 레지스터를 제공한다.The present invention for achieving this object consists of a mounting plate comprising a contact terminal, a PTC element mounted on the contact terminal of the mounting plate, and a heat dissipation heat sink fastened to the upper surface of the mounting plate including the PTC element. A cooling fan resistor using a PTC device is provided.
바람직하게는, 상기 PTC소자를 가압 고정시키는 가압편이 상기 방열용 히트싱크내에 더 포함되는 것을 특징으로 한다.Preferably, the pressing piece for pressing and fixing the PTC element is further included in the heat dissipation heat sink.
더욱 바람직한 구현예로서, 상기 PTC소자는 큐리온도 180℃ ±10℃, 저항값 0.96Ω±10%, 단면적 375㎟ ±10㎟, 두께 6mm∼8mm이고, 상기 방열용 히트싱크는 체적 5,082 ㎣ ±10 ㎣, 방열면적 3647㎟ ±10㎟ 인 것을 사용한 것을 특징으로 한다.In a more preferred embodiment, the PTC element has a Curie temperature of 180 ° C. ± 10 ° C., a resistance of 0.96Ω ± 10%, a cross-sectional area of 375 mm 2 ± 10 mm 2, a thickness of 6 mm to 8 mm, and the heat dissipation heat sink has a volume of 5,082 ㎣ ± 10 ㎣ It is characterized by using a heat radiation area of 3647 mm 2 ± 10 mm 2.
도 1a,1b는 본 발명에 따른 세라믹 PTC소자를 이용한 쿨링 팬 레지스터의 구조를 나타내는 분리 사시도 및 조립 사시도,1A and 1B are an exploded perspective view and an assembled perspective view illustrating a structure of a cooling fan resistor using a ceramic PTC device according to the present invention;
도 2는 본 발명에 따른 쿨링 팬 레지스터에 적용되는 세라믹 PTC소자의 R-T특성을 나타내는 그래프,2 is a graph showing the R-T characteristics of a ceramic PTC device applied to a cooling fan resistor according to the present invention;
도 3은 본 발명에 따른 세라믹 PTC소자를 이용한 쿨링 팬 레지스터의 회로도,3 is a circuit diagram of a cooling fan resistor using a ceramic PTC device according to the present invention;
도 4a,4b,4c,4d는 본 발명에 따른 세라믹 PTC소자를 이용한 쿨링 팬 레지스터의 각 실시예에 대한 시험 결과를 나타내는 그래프,4A, 4B, 4C, and 4D are graphs showing test results for respective embodiments of a cooling fan resistor using a ceramic PTC element according to the present invention;
도 5는 본 발명에 따른 세라믹 PTC소자를 이용한 쿨링 팬 레지스터의 시험을 위한 시험회로도,5 is a test circuit diagram for a test of a cooling fan resistor using a ceramic PTC device according to the present invention;
도 6은 종래의 쿨링 팬 레지스터의 구조를 보여주는 사진,6 is a photo showing the structure of a conventional cooling fan resistor,
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
10 : PTC소자12 : 장착판10 PTC element 12: Mounting plate
14 : 장착용 홀16 : 접촉단자14: mounting hole 16: contact terminal
18 : 가압편20 : 방열용 히트싱크18: pressurized piece 20: heat sink for heat dissipation
30 : 세라믹 케이스40 : 니크롬 와이어30 ceramic case 40 nichrome wire
50 : 써멀 휴즈60 : 세라믹 몰딩재50: thermal fuse 60: ceramic molding material
70 : 알루미늄 하부케이스80 : 알루미늄 상부 케이스70: aluminum upper case 80: aluminum upper case
이하, 본 발명을 첨부도면을 참조로 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
첨부한 도 1a,1b는 본 발명에 따른 세라믹 PTC소자를 이용한 쿨링 팬 레지스터의 구조를 나타내는 분리 사시도 및 조립 사시도이다.1A and 1B are an exploded perspective view and an assembled perspective view illustrating a structure of a cooling fan resistor using a ceramic PTC device according to the present invention.
본 발명의 세라믹 PTC소자를 이용한 쿨링 팬 레지스터는 PTC소자를 이용하여, 자가 퓨징 기능을 갖도록 함으로써, 반영구적으로 사용할 수 있도록 한 것이다.The cooling fan resistor using the ceramic PTC element of the present invention can be used semi-permanently by using a PTC element to have a self-fusing function.
본 발명의 세라믹 PTC소자를 이용한 쿨링 팬 레지스터의 각 구성을 보다 상세하게 살펴보면 다음과 같다.Looking at each configuration of the cooling fan resistor using the ceramic PTC device of the present invention in more detail as follows.
PTC소자를 이용한 쿨링 팬 레지스터의 장착을 위한 장착판(12)이 구비되는데, 이 장착판(12)은 평평한 판형으로서, 양쪽끝부에 장착용 홀(14)이 형성되고, 그 일면상에는 전기배선과 연결되는 접촉단자(16)가 부착되어 있다.A mounting plate 12 for mounting a cooling fan resistor using a PTC element is provided. The mounting plate 12 has a flat plate shape, and mounting holes 14 are formed at both ends thereof. The contact terminal 16 to be connected is attached.
여기서 상기 장착판(12)의 접촉단자(16)에는 PTC소자(10)가 올려지게 된다.Here, the PTC device 10 is placed on the contact terminal 16 of the mounting plate 12.
상기 세라믹 PTC는 정 온도계수(Positive Temperature Coefficient)를 가지는 써미스터(Thermistor)로서, 도 2에서 보는 바와 같이 온도에 따라 저항이 변화하는 특성을 가지고 있는 물질이다. 이러한 세라믹 PTC는 특정온도(큐리온도)이하에서는 온도에 따라 저항값이 서서히 감소하지만, 큐리 온도 이상이 되면 저항이 급격히 증가하는 특성을 갖는다. 보통, 상기 PTC 써미스터는 성분이 주로 티탄산 바륨계 산화물(BaTiO3)로서, 이 물질은 현재 온도센서, 회로보호, 정온발열체 등으로 광범위하게 쓰이고 있다.The ceramic PTC is a thermistor having a positive temperature coefficient, and is a material having a property of changing resistance with temperature as shown in FIG. 2. The ceramic PTC has a characteristic that the resistance value gradually decreases with temperature at or below a specific temperature (Curie temperature), but when the temperature exceeds the Curie temperature, the resistance is rapidly increased. In general, the PTC thermistor is mainly composed of barium titanate oxide (BaTiO 3 ), which is widely used as a temperature sensor, a circuit protection, a constant temperature heating element, and the like.
보다 상세하게는, 본 발명에 사용되는 PTC소자(10)는 BaTiO3에 희토류 Y,La,Nd,Sb,Nb등을 미량 첨가한 산화물 반도체화시킨 재료로서, 첨가물의 종류에 따라 큐리온드를 조절 가능하다.More specifically, the PTC element 10 used in the present invention is an oxide semiconductor material in which a small amount of rare earth Y, La, Nd, Sb, Nb, etc. is added to BaTiO 3 , and the curion is adjusted according to the type of additive. It is possible.
특히, 본 발명의 PTC소자(10)는 자체 발열온도와 히트싱크의 방열온도가 큐리온도(Tc)내에서 균형이 이루어질 때 까지는 매우 안정적인 동작을 하다가 큐리온도(Tc)범위를 벗어나면 급격한 저항변화가 일어나 전류를 차단하여 회로를 보호하고 발열발화를 차단하는 자동 퓨징(fusing) 기능을 수행하는 특성을 가진다.In particular, the PTC element 10 of the present invention performs a very stable operation until the self-heating temperature and the heat dissipation temperature of the heat sink are balanced within the Curie temperature (Tc), but suddenly changes in resistance when it falls outside the Curie temperature (Tc) range. Occurs to cut off the current to protect the circuit and to perform the automatic fusing (fusing) function to block the exothermic ignition.
본 발명에 사용되는 PTC소자(10)는 큐리온도 180℃ ±10℃, 저항값 0.96Ω±10%, 단면적 375㎟ ±10㎟, 두께 6mm∼8mm인 것을 사용하는 것이 바람직하다.The PTC element 10 used in the present invention preferably has a Curie temperature of 180 ° C. ± 10 ° C., a resistance value of 0.96Ω ± 10%, a cross-sectional area of 375 mm 2 ± 10 mm 2, and a thickness of 6 mm to 8 mm.
여기서 상기 PTC소자(10)를 포함하는 장착판(12)의 상면에 PTC소자(10)를 가압 고정시키는 가압편(18)과 함께 방열용 히트싱크(20)가 장착판(12)에 체결되는 바, 체적 5,082 ㎣ ±10 ㎣ , 방열면적 3647㎟ ±10㎟ 인 것을 사용하는 것이 바람직하다.Here, the heat dissipation heat sink 20 is fastened to the mounting plate 12 together with the pressing piece 18 for pressing and fixing the PTC element 10 to the upper surface of the mounting plate 12 including the PTC element 10. It is preferable to use a bar having a volume of 5,082 mm 3 ± 10 mm 2 and a heat radiation area of 3647 mm 2 ± 10 mm 2.
이와 같이 구비된 본 발명의 쿨링 팬 레지스터는 기존의 설치위치와 동일하게 설치되어, 도 3에 도시한 바와 같은 회로를 구성하게 된다.The cooling fan resistor of the present invention provided as described above is installed in the same manner as the existing installation position, and constitutes a circuit as shown in FIG.
회로 구성에 있어서, ECU와 연결된 하이스텝(high step) 또는 로스텝(low step) 스위치와, 쿨링 팬 모터간에 본 발명의 레지스터가 연결된다.In the circuit arrangement, the resistor of the present invention is connected between a high step or low step switch connected to the ECU and a cooling fan motor.
본 발명의 PTC소자를 이용한 쿨링 팬 레지스터는 최종부하 전력이 160W 정도가 필요하다.The cooling fan resistor using the PTC element of the present invention requires about 160W of final load power.
이와 같은 구성으로 이루어진 본 발명의 세라믹 PTC소자를 이용한 쿨링 팬 레지스터 4개를 표 1에 나타낸 규격으로 제작하여, 가장 효과적인 자가 퓨징 기능을 나타내는 시험을 하였는 바, 각 시험결과는 도 4a,4b,4c,4d에 나타낸 그래프와같다.Four cooling fan resistors using the ceramic PTC device of the present invention having such a configuration were manufactured according to the specifications shown in Table 1, and the test showing the most effective self-fusing function was performed. Each test result is shown in FIGS. 4A, 4B, and 4C. Same as the graph shown in 4d.
위의 표에서 보는 바와 같이, 각각의 PTC소자 4개를 실제 회로 연결과 같은 도 5의 시험회로로 연결한 다음, 전압을 인가하되, 이때 전압은 PTC저항 부하가 8.3W, 11W, 12W가 되도록 가변 조정하여 맞추고 시험을 실행하였다.As shown in the table above, connect each of the four PTC elements to the test circuit of Fig. 5, such as the actual circuit connection, and then apply a voltage so that the PTC resistance loads are 8.3W, 11W, 12W. Variable adjustments were made and the test was run.
이때, PTC 소자의 표면온도와 전류변화를 체크하여 기록한 것을 첨부한 도 4a,4b,4c,4d의 그래프에 나타내었다.At this time, the surface temperature and the current change of the PTC element were checked and recorded in the graphs of FIGS. 4A, 4B, 4C, and 4D.
시험 결과, PTC 단면적 및 방열면적, 체적이 클수록 전류제어 능력이 좋아짐을 알 수 있으나, 초기기동후 포화영역(정상작동영역)까지 이르는 시간이 길어짐으로서, 적용되는 쿨링 팬 모터의 사양에 따라 적절한 크기로 개발이 가능함을 알 수 있었고, 시험 시료중 #3시료가 온도특성이 최고 우수하나 과부하 제어 응답속도가 느리므로, 본 발명에서는 #4시료의 특성을 사용하는 것이 가장 바람직함을 알 수 있었다.The test results show that the greater the PTC cross-sectional area, heat dissipation area, and volume, the better the current control capability, but the longer the time to the saturation region (normal operating region) after initial startup, the appropriate size according to the specification of the cooling fan motor applied. It can be seen that it is possible to develop, and because the # 3 sample of the test sample has the best temperature characteristics, but the response speed of the overload control is slow, it was found that it is most preferable to use the characteristics of the # 4 sample in the present invention.
즉, 도 4d에서 보는 바와 같이, #4에 해당하는 PTC소자는 180℃ 온도의 큐리온도(Tc)내에서 균형이 이루어질 때 까지는 매우 안정적인 동작을 하다가 큐리온도(Tc)범위를 벗어나면 급격한 저항변화가 일어나 전류를 차단하여 효과가 가장 효율적으로 나타나, 자동 퓨징 기능을 가장 원할하게 수행하는 것을 알 수 있었다.That is, as shown in Figure 4d, the PTC element corresponding to # 4 is very stable operation until the balance is achieved within the Curie temperature (Tc) of 180 ° C temperature, but suddenly change resistance when out of the Curie temperature (Tc) range It turns out that the current is cut off and the effect appears most efficiently, and the automatic fusing function is performed most smoothly.
이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따른 세라믹 PTC소자를 이용한 쿨링 팬 레지스터에 의하면, 기존의 쿨링 팬 레지스터를 온도에 따라 저항이 변화하는 특성을 지닌 세라믹 PTC를 이용한 쿨링 팬 레지스터로 대체함으로써, 자가 퓨징 기능을 보유하면서 화재의 위험이 없고, 콤팩트한 크기로 취급과 조립성이 우수하며, 내구성이 뛰어나 반영구적으로 사용 가능한 장점을 제공한다.As described above, according to the cooling fan resistor using the ceramic PTC element according to the present invention, by replacing the existing cooling fan resistor with a cooling fan resistor using a ceramic PTC having a characteristic that the resistance changes with temperature, self-fusing It has the function, no risk of fire, compact size, excellent handling and assembling, and excellent durability, so it can be used semi-permanently.
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