KR20110047908A - 에이치칠 규격의 차량용 엘이디 전조등 - Google Patents

Abstract

본 고안은 자동차 전조등의 규격 중 하나인 H7를 특별한 장치의 구입이나 자동차 내부의 전기.전자.기계 장치의 변경 없이, LED소자를 직접 광원으로 제작된 전조등으로 운전자 스스로 1:1 교체가 가능하게 할 목적으로 고안이 된 것이다.

LED의 발열 문제를 해결하기 위해 3개의 10W급 백색 LED 아래쪽에 MPCB을 부착하고, LED와 MPCB 부착은 방열 양면 테이프를 이용하여 접착하였다.

MPCB 아래에는 열전소자를 장치했으며, MPCB과 열전소자의 냉각 부분을 방열 양면 테이프로 부착하여 1차 냉각을 하였다.

열전소자의 방열 부분과 알루미늄 방열판을 방열 양면 테이프로 부착하여 2차 냉각을 하였으며, 내부 방열판과 외부 방열판은 직접 연결되어 있기 때문에 내부 방열판에서 외부 방열판으로 직접 열이 전달된다.

외부 방열판에서 직접적인 열을 방출하게 되고, 방열판은 H7규격의 고정 수단과 용접이 된 냉각부에 10W급 백색 LED를 3개 직렬로 연결하고 , 저항은 LED에 2W급 2옴 저항을 직렬로 연결했으며, 열전소자와 20옴의 저항을직렬 연결하였다.

LED 와 열전소자 부분을 병렬로 연결한 발광부로 구성된 자동차 LED전조등은 기존의 고전력 소비의 할로겐 램프를 대체하여 자동차의 전력 소비량을 줄여 주면서, 전조등의 수명을 대폭 연장하는 효과가 있다.

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Description

에이치칠 규격의 차량용 엘이디 전조등 {H7 Type LED headlight bulb}

본 안은 H7 타잎의 규격화된 할로겐 자동차 전조등을 LED소자로 변경한 것으로써, 기존의 할로겐 램프를 사용자가 손쉽게 1:1 교체할 수 있는 H7 타잎의 LED 전조등의 양산을 목적으로 개발 되었으며, 문제시되는 LED 방열은 열전소자를 이용하였다.

현재 단순 교체가 가능한 형태의 자동차 LED전조등은 개발된 것이 없고, 전조등 프레임을 모두 교체해야만 하는 형태의 LED 전조등만 개발되어 일부 자동차에만 탑재된 상태로 출고되고 있다.

LED 전조등이 탑재된 차량은 2009년부터 시판되는 수입 일부 차량과 국산차량중 대형 차량이 대부분이고, 그 외 자동차에는 LED 방열 문제를 기술적으로 해결하지 못하였고, 제조 단가의 인상등의 이유로 LED 전조등을 사용하지 못하고 있는 실정이 다.

현재 가장 많이 사용되고 있는 H7규격의 전조등 크기에 LED소자를 장착하여 사용하였을 경우, 1500LUX이상의 광량을 보장하는 LED소자를 사용하였을 경우에 LED의 수명과 효율에 큰 영향을 미치는 방열 문제가 발생한다.

단순한 공랭식의 방법은 공간이 협소하여서 LED에서 방출되는 고열을 충분히 내보낼 수 없으며, 수냉식 또한 냉각의 효율은 좋으나 수냉식 펌프와 파이프가 차지하는 부피가 커서 전조등 프레임내에 장착하기 어렵다.

자동차 전체의 전력 소모량은 자동차내 각종 전자기기의 사용이 늘어남에 따라 동일하게 증가하는 추세이며, 할로겐 램프의 경우 전력 소비량 대비 효율이 떨어지는 문제점 등이 있다.

본 고안은 사용자가 별도의 전기적, 기계적 장치의 변경 없이 손쉽게 할로겐 램프에서 LED 램프로 교체 할 수 있으며, 전용 LED 냉각 장치를 통해서 주위의 환경과 무관하게 일정 온도를 유지하도록 하고, 자동차의 소비 전력을 줄여서 이산화탄소 저감에 그 목적이 있다.

본 고안은 자동차 규격램프 H7을 특별한 별도의 장치를 구입하거나 자동차 내부의 구조변경 없이 LED 전조등으로 1:1 교체가 가능하게 할 목적으로 고안이 되었다.

LED소자에서 방출되는 고열을 해결하기 위해 3개의 10W급 백색 LED 아래쪽에 MPCB을 놓고, LED와 MPCB 부착은 방열 양면 테이프를 이용하여 접착하였다.

MPCB 아래에는 열전소자를 놓고, MPCB 과 열전소자의 냉각 부분을 방열양면 테이프로 부착 1차 냉각을 하고, 열전소자의 방열 부분과 알루미늄 방열판을 다시 방열 양면 테이프로 부착하여 2차 냉각을 하였다.

내부 방열판과 외부 방열판은 직접 연결이 되어 있어서, 내부 방열판에서 외부 방열판으로 열이 직접 전달되게 하였으며, 외부 방열판에서 직접적인 열을 방출하게 되며, 방열판은 H7규격램프를 전조등 프레임과 고정하기 위한 장치와 용접이 된 냉각부; 10W급 백색 LED를 3개 직렬로 연결하고 , 저항은 LED에 2W급 2옴저항을 직렬로 연결하였으며, 열전소자와 20옴저항을 직렬 연결하고, LED와 열전소자 부분을 병렬로 연결한 발광부 및 상기 발광부로 구성된 것을 특징으로 한다.

또한 내부 방열판의 경우, 발광부의 앞쪽으로부터 약 30mm 이격되어 있는 빛 직진투과 방지용 고정장치에 나와 있는 것으로 램프의 후면방향으로 새어 나가는 LED의 빛을 반사시켜서 낭비되는 광량을 줄이고, 전조등 내부의 직사광선을 차단하는 소켓 부분의 공간을 활용한 것을 특징으로 한다.

또한 외부 방열판의 경우 내부 방열판과 탈부착 가능한 형태의 구리 방열판을 사용하였고, 전기를 공급하는 소켓의 후면에 원형 형태로 부착하도록 설계한 것을 특징으로 한다.

본 고안은 H7규격의 자동차 전조등을 별도의 특수한 장치나 구조 변경 없이 도 사용자 스스로 LED 전조등으로 쉽게 1:1 교체가 가능하며, LED의 방열을 효과적으로 제어함으로써 LED의 수명과 광량을 보장하고, 자동차 내부의 전력 소비량을 줄임으로써 장기적으로는 차량 유지 비용의 절감과 이산화탄소 저감을 통한 환경개선 효과가 있다.

본 고안을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도1~도3에 도시된 바와 같이, 본 고안은 규격화된 전조등을 대체할 목적이지만 실제 크기는 기존의 H7보다는 크다. 전체적으로는 알루미늄 또는 구리로 구성된 지지대(10)가 발광부(LED(13), MPCB(14))와 열전소자(15)를 받치고 있으며 차량의 흔들림이나 충격에도 모양의 변화가 없게 유지를 해주는 역할을 한다.

전면 방열판(12)는 차량에 기본적으로 부착이 되어 있는 전면으로 직사광선을 막아주는 소켓 부분으로 향해 있으며 이는 사용되지 않는 공간의 활용을 목적으로 하였다. 또한 알루미늄 판을 1mm 이하의 두께로 배치하여 방열을 돕도록 하였다.

하부 방열판(11)는 바(10)의 아래쪽으로 2mm 이하의 높이로 제작되어 열 전달 및 방열의 효과를 가지게 된다. 열전소자(15)의 방열 부분과 직접적으로 맞닿아 있는 부분으로 두께를 최대한 얇게 하여 방열판의 숫자를 늘여 단위 면적당 부피를 넓힘으로써 방열의 효과를 극대화한다.

MPCB(14)는 LED(13) 직렬 연결, 고정 및 효율적인 열 전달을 해주는 것으로 알루미늄 소자로 되어 있다. 통상 MPCB를 사용하였을 경우 LED 방열이 30% 이상 향상되고 충격이나 진동에도 잘 견딜 수 있게 LED(13)과 MPCB (14)은 납땜(26)으로 연결되어 있고, 열 전달이 이루어지는 부분에는 방열 양면 테이프로 접착하였다. LED(13) 하단부 방열 부분과 MPCB(14) 사이에 Thermal을 접착하여서 효율적인 열 전달이 되도록 하였다.

열전소자(15)는 상부가 냉각, 하부가 발열 부분으로써 열전소자(15)의 냉각부는 MPCB(14) 하단부와 방열 양면 테이프로 접착이 되어 있고, 과 냉각을 하였을 경우 열전소자(15)의 방열에 어려움이 있어서 적절한 전류를 흘려 주어 필요한 용량만 냉각을 하게 한다. 열전소자(15)의 하단부와 지지대(10)사이에는 방열 양면 테이프를 이용하여 접착을 한다.

고정부(16)는 지지대(10)과 일체형으로 되어 있으며, 지지대의 열을 외부 방열판으로 전달하는 역할을 한다. LED(13)와 열전소자(14)에 전원을 공급하기 위하여 홀(22)을 2개 뚫었다. 홀(22)을 통해 전선이 연결되고 전선은 접지부(17)과 연결이 된다. 고정부(16) 양쪽에는 외부 방열판(19)과 고정부(16)가 탈착 가능하도록 홈(23)이 파져 있고 외부 방열판(19)에는 U자형 고리(18)가 있다.

외부 방열판(19)는 원형판이고 원형판 외부에 두께 1mm 이하의 방열핀(20)이 촘촘히 연결 되어 있다. 외부 방열판은 내부의 열을 전달 받아 직접적인 방열을 하는 부분이다. 고정부(16)와 탈부착 방식을 사용한 이유는 고정부와 차량의 연결시 핀 으로 연결 되는 부분이 있어 외부 방열판(19)를 일체형으로 만들었을 경우 차량과 연결되는 부분의 어려움이 있기 때문이다.

반사판(21)은 LED(13)에서 나오는 빛을 반사시켜 전면으로 손실되는 빛이 없도록 막아 주고 방열판 역할을 동시에 수행 한다.

자동차 전원부(25)와 연결된 제너다이오드(24)는 반도체의 특성상 (+)극과(-)극의 방향이 정해져 있고 사용자가 자동차 전원부에서 공급되는 소겟의 방향을 잘못 연결하였을 경우 작동하지 않기 때문에 이를 방지하기 위함이고, 차량의 경우 엔진의 작동 여부에 따라 전압이 변하고 불안정한 전압의 공급은 LED(13)과 열전소자(14)의 손상을 가져다 줄 수 있으므로 별도의 정전압 회로 없이 정전압을 공급 하는 역할을 한다.

제너다이오드(24) 입력 전압은 (+)(-)극에 상관없이 자동차 전원부(25)에 연결되고, 제너다이오드(24)의 출력 전압의(+)(-)극은 병렬 연결된 열전소자(14)와 LED(13)로 직렬 연결된다.

저항(24-1)은 열전소자에 일정 이상의 전류를 흘려주는 것을 막아 주는 역할을 한다. 열전소자에 전류가 과하게 흐를 경우 발열의 용량이 방열의 용량을 초과하여 냉각 기능을 잃어 버리기 때문에 저항(24-1)을 연결 함으로써 정전류를 흘려 줄 수 가 있다. 저항(24-1)은 열전소자(14)와 직렬 연결 한다.

저항(24-2)은 LED(13-1, 13-2, 13-3)을 보호 하는 역할을 함과 동시에 정전류를 흘려주기 위함이다. Power LED의 경우 전압보다 전류에 의한 광도와 발열의 정도가 결정되기 때문에 저항(24-2)의 역할은 중요하다. 저항(24-2)와 LED(13)은 직렬로 연결한다.

LED의 효율을 높이기 위하여 LED(13-1), LED(13-2), LED(13-3)은 직렬 한다. 병렬 연결을 하였을 경우 효율이 낮아지고 회로도가 복잡해지는 단점이 있다.

LED전조등은 기존의 할로겐 전구에 비해서 저전력을 소모하기 때문에 자동차의 성능을 향상시키며, LED의 수명이 할로겐에 비해서 월등히 길기 때문에 자동차의 유지비용을 절감시킨다. 따라서 제조자나 소비자 양측 모두 유리한 점이 있기에 LED소자의 가격이 Watt당 100원(0.08달러)이하가 될 경우, 할로겐전구에 비해 가격 경쟁력이 있어서 자동차 전조등에 기본적으로 장착될 가능성이 높다.

도1은 본 고안에 의한 차량용 LED 전조등의 구조를 도시한 측면도

도2는 본 고안에 의한 차량용 LED 전조등의 발광부를 도시한 상면도

도3은 본 고안에 의한 차량용 LED 전조등의 회도로를 보인 블록도

Claims (6)

1. LED 발광부.

   열전소자를 이용한 1차 냉각부.

   발광부 전면 내부 방열판.

   고정부 후면 외부 방열판.

   지지대
2. 제 1항에 있어서 발광의 색이 3000K~9000K 사이의 LED, 0.1W~50W 사이의 전력을 사용하는 LED, 발광부와 MPCB 사이의 접착에 사용된 방열 양면 테이프는 0.01mm~10mm 두께를 가진다.
3. 제 1항에 있어서 0.1W~50W 전력, 1mm( 2) ~ 40*40mm( 2) 면적을 가지는 열전소자
4. 제 1항에 있어서 발광부 전면으로 뻗어 있는 구조로 위 방향으로 나와 있고 원형구조, 사각구조, 삼각구조, 별구조, 핀으로 구성되어 있는 내부 방열판, 내부 방열판 은 구리, 은, 금, 알루미눔이 포함된 재질이다
5. 제 1항에 있어서 고정부와 연결된 외부 방열판이 탈부착식이며, 방열판의 면적은 1mm( 2)~150mm( 2)이다. 외부 방열판은 구리, 은, 금, 알루미늄이 포함된 재질이다.
6. 제 1항에 있어서 지지대는 원형, 사각형, 삼각형, 방사형등을 포함하고 구리, 은, 금, 알루미늄이 포함된 재질이다. 지지대의 아래쪽은 방열판 및 방열핀으로 구성되어 있다.

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