KR20140100223A

KR20140100223A - 전동 압축기용 인버터 모듈

Info

Publication number: KR20140100223A
Application number: KR1020130013285A
Authority: KR
Inventors: 박성준; 이영훈; 정경훈; 안일환; 조경석
Original assignee: 한라비스테온공조 주식회사
Priority date: 2013-02-06
Filing date: 2013-02-06
Publication date: 2014-08-14
Also published as: KR101701553B1

Abstract

본 발명은 전동 압축기에 탑재되는 인버터의 고전압부와 저전압부를 단일 기판상에 실장하여 전동 압축기의 부피를 상대적으로 작게 하면서 고전압부와 저전압부 간의 노이즈 커플링을 저감할 수 있는 전동 압축기용 인버터 모듈에 관한 것으로, 전동 압축기용 인버터 모듈은, 제1 주면(Main Surface) 및 제1 주면과 마주하는 제2 주면을 구비하는 기판과, 기판의 제1 영역인 고전압부에 실장되는 IC(Integrated Circuit) 및 모터 동작 전원용 제1 소자들과, 기판의 제2 영역인 저전압부에 실장되는 통신용 제2 소자들을 포함하고, 여기서, 제1 소자들은 전원소자의 필터용 제1 인덕터를 구비하고, 제2 소자들은 통신소자의 필터용 제2 인덕터를 구비하며, 제1 인덕터는 기판(11)의 제1 주면(11a)에 실장되고, 상기 제2 인덕터(22)는 상기 인쇄회로기판(11)의 제2 주면(11b)에 실장되는 것을 특징으로 한다.

Description

전동 압축기용 인버터 모듈{INVERTOR MODULE FOR ELECTRIC COMPRESSOR}

본 발명은 전동 압축기용 인버터 모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전동 압축기에 탑재되는 인버터의 고전압부와 저전압부를 단일 기판상에 실장하여 전동 압축기의 부피를 상대적으로 작게 하면서 고전압부와 저전압부 간의 노이즈 커플링을 저감할 수 있는 전동 압축기용 인버터 모듈에 관한 것이다.

전동 압축기는 모터에 의해 압축기를 구동시켜 유체를 압축하는 장치이다. 인버터 일체형 전동 압축기는 모터를 구동 및 제어하는 인버터 모듈을 전동 압축기에 일체화한 장치로서, 특히 차량용 공조 시스템에서 냉매의 압축에 널리 이용되고 있다.

인버터 일체형 전동 압축기에 사용되는 인버터 모듈은 크게 고전압부와 저전압부로 구분될 수 있다. 고전압부는 주요 IC(Integrated Circuit)의 동작 전원과 모터 동작 전원을 위한 소자들로 이루어져 있으며, 약 12V의 전압에 의해 구동되는 저전압부는 차량과 CAN(Controller Area Network) 통신을 하기 위한 통신용 소자들로 이루어져 있다.

고전압부에 많이 사용되는 전력용 반도체 스위치 소자로는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor), MOSFET(Metal Oxide Silicon Field Effect Transistor) 등이 있다. IGBT는 300V 이상의 전압 영역에서 동작 가능하며, 고효율, 고속의 전력 시스템에 적합하다.

한편, 종래의 대부분의 인버터 일체형 전동 압축기에 사용되는 인버터 모듈은 고전압부와 저전압부를 서로 다른 기판에 배치하고, 고전압부와 저전압부 사이에 절연성 수지 재료를 충진하도록 이루어지며, 이러한 구조를 통해 내진동성, 내습성, 절연성 등에 대한 성능 향상할 수 있도록 이루어진다. 이러한 인버터 모듈이 탑재된 인버터 일체형 전동 압축기의 일례가 일본 공개특허공보 제2011-001869호에 개시되어 있다.

그러나, 복수의 기판들 사이에 절연성 수지가 채워지는 구조를 가지는 인버터 모듈은 전동 압축기의 부피를 크게 하는 단점이 있다. 즉, 전술한 인버터 모듈을 전동 압축기의 모터 축 방향에서 모터와 마주하도록 배치하면, 전동 압축기의 모터 축 방향에서의 길이가 길어져 전동 압축기를 차량 등에 설치할 때 더 넓은 설치 공간을 확보해야 하는 단점이 있다. 또한, 전술한 인버터 모듈을 전동 압축기의 모터 축과 직교하는 방향(특정 직경 방향)으로 배치하면, 전동 압축기의 직경 방향에서의 길이가 길어져 여전히 상대적으로 넓은 설치 공간이 요구되는 단점이 있다.

전술한 문제를 고려하여, 고전압부와 저전압부를 단일 기판상에 설치하는 것을 고려할 수 있지만, 전동압축기의 제한된 공간에 설치될 수 있는 크기를 가진 기판 상에 고전압부와 저전압부를 함께 실장하는 경우, 고전압부에서 발생하는 전자파가 저전압부에 삽입되어 차량의 전장 부품의 오동작을 유발하거나 차량 내 멀티미디어 시스템(오디오 장치, 비디오 장치 등)에 잡음을 발생시키는 문제가 있다.

일본 공개특허공보 제2011-001869호(2011.01.06)

본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 전동 압축기에 탑재되는 인버터의 고전압부와 저전압부를 단일 기판상에 실장하여 전동 압축기의 부피를 상대적으로 작게 하면서 고전압부와 저전압부 간의 노이즈 커플링을 저감할 수 있는 전동 압축기용 인버터 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 또한 전동 압축기에 탑재하기 위해 한정된 크기를 가지는 인버터 모듈에서 고전압부의 전원소자의 필터용 인덕터에서 발생하는 노이즈가 저전압부의 필터용 인덕터에 커플링되어 저전압 케이블을 통하여 외부로 방사되는 것을 방지할 수 있는 전동 압축기용 인버터 모듈을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

상기한 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른 전동 압축기용 인버터 모듈은, 제1 주면(Main Surface) 및 제1 주면과 마주하는 제2 주면을 구비하는 기판; 기판의 제1 영역인 고전압부에 실장되는 IC(Integrated Circuit) 및 모터 동작 전원용 제1 소자들; 및 기판의 제2 영역인 저전압부에 실장되는 통신용 제2 소자들을 포함하고, 여기서, 제1 소자들은 전원소자의 필터용 제1 인덕터를 구비하고, 제2 소자들은 통신소자의 필터용 제2 인덕터를 구비하며, 제1 인덕터는 기판(11)의 제1 주면(11a)에 실장되고, 상기 제2 인덕터(22)는 상기 인쇄회로기판(11)의 제2 주면(11b)에 실장되는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에서, 제1 인덕터는 전류형 인덕터 회로의 전류 평활용 인덕터를 포함하는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에서, 제1 인덕터의 인덕턴스는 200 마이크로헬리 이상인 것을 특징으로 한다.

일 실시예에서, 제1 인덕터와 제2 인덕터는 기판을 사이에 두고 적어도 일부가 서로 마주하도록 배치되는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에서, 기판은 중공부를 가진 원반 형상의 PCB(Printed Circuit Board)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 전동 압축기용 인버터 모듈은, 전동 압축기에 탑재되는 인버터의 고전압부와 저전압부를 단일 기판상에 실장하여 전동 압축기의 부피를 상대적으로 작게 하면서 고전압부와 저전압부 간의 노이즈 커플링을 저감할 수 있는 효과를 제공한다.

또한, 본 발명의 실시예에 의한 전동 압축기용 인버터 모듈은, 전동 압축기에 탑재하기 위해 한정된 크기를 가지는 인버터 모듈에서 고전압부의 전원소자의 필터용 인덕터에서 발생하는 노이즈가 저전압부의 필터용 인덕터에 커플링되어 저전압 케이블을 통하여 외부로 방사되어 차량 내 노이즈 레벨이 높아지는 것을 방지할 수 있는 전동 압축기용 인버터 모듈을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 전동 압축기용 인버터 모듈의 평면도.
도 2는 도 1의 전동 압축기용 인버터 모듈의 저면도.
도 3은 도 1의 전동 압축기용 인버터 모듈의 우측면도.
도 4는 도 1의 전동 압축기용 인버터 모듈에 채용할 수 있는 스위칭 모듈의 회로도.
도 5는 도 1의 전동 압축기용 인버터 모듈이 탑재된 인버터 일체형 전동 압축기의 개략적인 단면도.

본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정되어 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 전동 압축기용 인버터 모듈의 평면도이다. 도 2는 도 1의 전동 압축기용 인버터 모듈의 저면도이다. 그리고, 도 3은 도 1의 전동 압축기용 인버터 모듈의 우측면도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 전동 압축기용 인버터 모듈(10)은, 기판(11)과, IC(Integrated Circuit)의 동작전원과 모터 동작전원을 공급하기 위한 제1 소자들(21, 111, 112, 113, 114, 115)과, CAN(Controller Area Network) 통신용 제2 소자들(22, 116, 117)을 구비한다.

또한, 전동 압축기용 인버터 모듈(이하, 간략히 인버터 모듈이라 함)은 제1 소자들에 포함되는 것으로서, 인버터 구동 및 제어 회로에 연결되는 전력용 반도체 스위칭 회로(IGBT 모듈 등)를 구비할 수 있다.

기판(11)은 중공부를 가진 원반 형상의 PCB(Printed Circuit Board)로 마련될 수 있다. 즉, 기판(11)은 제1 소자들 간의 전기적인 연결, 제2 소자들 간의 전기전인 연결, 그리고 제1 소자들과 제2 소자들 간의 전기적인 연결을 위한 도전성 패턴을 구비할 수 있다. 또한, 기판(11)은 소정을 두께를 가지고 기판(11)의 제1 주면(11a)과 제2 주면(11b) 간에 소정의 전자파 차폐성을 구비할 수 있다.

제1 소자들은 고전압부를 형성하며, 기판(11)의 제1 영역(A1)에 설치된다. 제1 소자들 중 하나는 고전압부의 전원소자의 필터용 제1 인덕터(21)이다. 그리고, 제2 소자들은 저전압부를 형성하며, 기판(11)의 제2 영역(A2)에 설치된다. 제2 소자들 중 하나는 저전압부의 필터용 제2 인덕터(22)이다.

본 실시예에 있어서, 고전압부의 전원소자의 필터용 제1 인덕터(21)는, 기판(11)의 제1 주면(11a)에 실장되고, 저전압부의 필터용 제2 인덕터(22)는 제1 주면과 마주하는 기판(11)의 제2 주면(11b)에 실장된다(도 3 참조). 기판(11)을 사이에 두고 기판(11)의 양측 주면에 제1 인덕터(21)와 제2 인덕터(22)를 실장할 때, 도면에 명확하게 도시하지는 않았지만, 제1 인덕터(21)와 제2 인덕터(22)는 적어도 일부가 서로 마주하도록 배치될 수 있다(도 3 참조).

여기서, 제1 주면(11a)은 인버터 모듈(10)을 전동 압축기에 설치할 때, 전동 압축기 내의 모터와 바로 마주하는 면이 될 수 있다.

전술한 구성에 의하면, PCB를 이용하여 간편하게 제1 인덕터(21)와 제2 인덕터(22) 간의 노이즈 커플링을 차단할 수 있을 뿐만 아니라 제1 인덕터(21)와 제2 인덕터(22)의 좌우 방향 거리에서의 이격이 필요 없게 되어 제한된 기판에서의 소자 실장에 대한 설계 자유도가 향상될 수 있다.

본 실시예에 의하면, 전동 압축기에 일체로 탑재되는 인버터 모듈에 있어서, 제한된 크기를 가지는 인버터 모듈의 기판에서 인덕터들 간에 충분한 이격 거리를 확보하기 어려울 때, 제1 인덕터(21)와 제2 인덕터(22)를 기판(11)을 사이에 두고 그 양면(11a, 11b)에 각각 실장함으로써 기판 자체의 절연성 및 전자파 차폐성에 의해 제1 인덕터(21) 및 제2 인덕터(22) 간에 전자파 간섭이 일어나는 것을 효과적으로 차단할 수 있다. 즉, 인버터 일체형 전동 압축기의 인버터 모듈에 있어서, 단일 기판상에 실장되는 제1 인덕터(21)와 제2 인덕터(22) 간의 고전압 노이즈 커플링에 의해 저전압 케이블에서 방사되던 노이즈를 제거할 수 있다.

도 4는 도 1의 전동 압축기용 인버터 모듈에 채용할 수 있는 스위칭 모듈의 회로도이다.

도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 스위칭 모듈(30)은 인버터 모듈을 전류형 인버터로 작동하도록 하는 전류형 인버터 회로를 구비한다. 스위칭 모듈(30)은 입력단(RST)에 연결되는 입력단 3상 브리지 회로와 모터(M)의 3상 입력단(UVW)에 연결되는 출력단 3상 브리지 회로를 구비한다.

입력단 3상 브리지 회로는 6개의 스위칭 소자(Q1, Q2, Q3, Q4, Q5, Q6)를 구비하고, 출력단 3상 브리지 회로는 6개의 스위칭 소자(S1, S2, S3, S4, S5, S6)를 구비한다. 각 스위칭 소자는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 등의 전력 반도체 트랜지스터로 이루어질 수 있다. 3상 브리지 회로와 출력단 3상 브리지 회로는 인버터 구동 및 제어 회로(미도시)에 연결되어 모터의 구동 및 제어에 이용된다.

또한, 입력단 3상 브리지 회로와 출력단 3상 브리지 회로는 제1 인덕터(L, 21)에 의해 직렬 연결된다. 제1 인덕터(21)는 입력단 3상 브리지 회로와 출력단 3상 브리지 회로 간의 전류 평활을 위해 이용된다. 본 실시예에서, 제1 인덕터(21)의 인덕턴스는 200 마이크로헬리 이상일 수 있다.

본 실시예에 의하면, 전류형 인버터를 사용하는 인버터 일체형 전동 압축기에서 전류형 인버터의 제1 인덕터(21)와 저전압부의 통신용 제2 인덕터 간에 발생하는 고전압 노이즈 커플링에 의해 저전압 케이블에서 방사되던 노이즈를 기판 양면에 제1 인덕터(21)와 제2 인덕터를 실장하는 구조에 의해 효과적으로 제거할 수 있다.

도 5는 도 1의 전동 압축기용 인버터 모듈이 탑재된 인버터 일체형 전동 압축기의 개략적인 단면도이다.

도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 인버터 일체형 전동 압축기는, 스크롤 압축기로서, 구동부(100), 압축부(200) 및 제어부(300)를 구비한다.

구동부(100)는, 모터 헤드 하우징(120)과 센터 헤드 하우징(130)으로 분리 가능하게 형성된 구동부 하우징(110)의 내부에 삽입되고 축선을 따라 통공이 형성되도록 코일(142) 다발이 권선되어 있는 스테이터(140)와, 이 스테이터(140)의 통공(141)에 삽입되고 모터 헤드 하우징(120)과 센터 헤드 하우징(130)에 각각 형성된 베어링 하우징(150, 160)에 회전 가능하게 설치되는 로터(170)를 구비하고, 스테이터(140)와 로터(170)의 상호 작용에 의해 회전 구동력을 발생시킨다.

압축부(200)는, 센터 헤드 하우징(130)의 일측에 결합되는 압축부 하우징(210)의 내부에 상대 회전하도록 설치되는 선회 스크롤(220) 및 고정 스크롤(230)을 구비한다.

제어부(300)는, 모터 헤드 하우징(120)의 일측에 위치하고 구동부(100)의 스테이터(140)에 전기적으로 연결되어, 구동부(100)의 동작을 제어한다. 본 실시예에서, 제어부(300)는 도 3에 도시한 인버터 모듈(10)을 구비한다. 인버터 모듈(10)은 기판의 제1 주면에 실장되는 제1 인덕터(21)와, 제1 주면과 마주하는 기판의 제2 주면에 실장되는 제2 인덕터(22)를 구비한다. 그리고, 인버터 모듈(10)은 제1 주면이 전동 압축기의 축 방향(y)으로 모터와 바로 마주하도록 배치될 수 있다.

본 실시예에 의하면, 인버터의 고전압부와 저전압부를 단일 기판상에 실장하여 전동 압축기의 부피를 상대적으로 작게 하면서 고전압부와 저전압부 간의 노이즈 커플링을 저감할 수 있는 인버터 일체형 전동 압축기를 제공할 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경, 치환, 수정이 가능할 것이며, 이러한 변경, 치환, 수정 등은 본 발명의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

10: 인버터 모듈
11: 기판
11a: 제1 주면
11b: 제2 주면
21: 제1 인덕터
22: 제2 인덕터
A1: 고전압부
A2: 저전압부

Claims

제1 주면(11a) 및 상기 제1 주면과 마주하는 제2 주면(11b)을 구비하는 기판(11);
상기 기판(11)의 제1 영역(A1)인 고전압부에 실장되는 IC(Integrated Circuit) 및 모터 동작 전원용 제1 소자들(21, 111, 112, 113, 114, 115); 및
상기 기판(11)의 제2 영역(A2)인 저전압부에 실장되는 통신용 제2 소자들(22, 116, 117);
을 포함하고,
상기 제1 소자들은 전원소자의 필터용 제1 인덕터(21)를 구비하고,
상기 제2 소자들은 통신소자의 필터용 제2 인덕터(22)를 구비하며,
상기 제1 인덕터(21)는 상기 기판(11)의 제1 주면(11a)에 실장되고, 상기 제2 인덕터(22)는 상기 기판(11)의 제2 주면(11b)에 실장되는 것을 특징으로 하는 전동 압축기용 인버터 모듈.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 인덕터(21)는 전류형 인덕터 회로의 전류 평활용 인덕터를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동 압축기용 인버터 모듈.
청구항 2에 있어서,
상기 제1 인덕터(21)의 인덕턴스는 200 마이크로헬리 이상인 것을 특징으로 하는 전동 압축기용 인버터 모듈.
청구항 3에 있어서,
상기 제1 인덕터(21)와 제2 인덕터(22)는 기판(11)을 사이에 두고 적어도 일부가 서로 마주하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 전동 압축기용 인버터 모듈.
청구항 1에 있어서,
상기 기판(11)은 중공부를 가진 원반 형상의 PCB(Printed Circuit Board)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동 압축기용 인버터 모듈.