KR20150033060A

KR20150033060A - 전동압축기 인버터의 커패시터 방열장치

Info

Publication number: KR20150033060A
Application number: KR20130112558A
Authority: KR
Inventors: 박성준; 이영훈; 신승환; 박희권; 오세원; 정경훈
Original assignee: 한라비스테온공조 주식회사
Priority date: 2013-09-23
Filing date: 2013-09-23
Publication date: 2015-04-01

Abstract

본 발명은 자동차 배터리로부터 공급되는 전원을 공급받아 모터의 회전속도를 제어하는 인버터를 지지하는 인버터 하우징, 및 상기 인버터 하우징의 일측에 구비되고 커패시터의 열을 하우징으로 전달하도록 그 커패시터의 외주면에 접촉되어 구비되는 방열부를 포함하는 전동압축기 인버터의 커패시터 방열장치에 관한 것이다.

Description

전동압축기 인버터의 커패시터 방열장치{Device for radiating heat of capacitor of an inverter in a electric compressor}

본 발명은 차량용 전동압축기에서 배터리로부터 공급되는 전원을 공급받아 모터의 회전속도를 제어하는 인버터의 커패시터를 방열시키는 전동압축기 인버터의 커패시터 방열장치에 관한 것이다.

자동차는 실내의 냉난방을 위한 공조시스템(Air Conditioning System)을 구비하고 있다. 이러한 공조시스템은 냉방시스템의 구성으로서 증발기로부터 인입된 저온 저압의 기상 냉매를 고온 고압의 기상 냉매로 압축시켜 응축기로 보내는 압축기를 포함하고 있다. 이와 같은 압축기에는 엔진을 구동원으로 회전을 하여 압축을 수행하는 기계식과, 모터를 구동원으로 하는 전동식이 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 전동압축기는 압축을 수행하는 압축부(100)와, 압축부(100)를 구동시키는 모터부(200), 및 자동차의 배터리로부터 전원을 공급받아 모터부(200)의 회전속도를 제어하여 냉매의 압축량을 조절하는 인버터부(300)로 구성된다.

도 2와 도 3에 도시된 바와 같이, 인버터부(300)는 상기 모터부(200)의 후단에 결합되는 인버터 하우징(330)와, 인버터 하우징(330)의 내부에 인쇄회로기판(PCB)(310)에 스위칭소자(IGBT;Insulated Gate Bipolar Transistor)와 커패시터(320)를 비롯한 각종 회로소자가 실장된 형태로 구비되는 인버터를 포함한다.

상기 인버터의 스위칭 소자와 커패시터(320)는 열이 많이 발생하여 방열을 필요로 하는데, 특히, 커패시터(320)는 인버터의 전자 부품 중에서 크기가 가장 크고 타 부품들에 비해 주변 환경의 영향을 크게 받으므로 인버터의 수명을 결정하는 가장 큰 요소 중의 하나이다.

즉, 전동압축기는 엔진 룸에 장착되므로 주변온도가 100℃ 이상의 고온상태가 됨에도 불구하고 방열이 제대로 이루어지지 않아 커패시터(320)의 수명을 크게 단축시키게 된다. 가령, 종래 커패시터(320)는 인버터 하우징(330)에 실리콘과 같은 고정용 접착제로 고정되기도 하는데, 이 경우 접착제로 인해 방열 성능이 크게 저하되어 커패시터(320)의 수명을 단축시키게 된다.

또한, 커패시터(320)에 흐르는 리플 전류량이 커패시터(320)의 허용치보다 큰 경우가 많아 커패시터(320)의 수명이 더욱 단축되고 있으며, 이는 인버터의 수명단축으로 이어지고 있다.

기존에 전동압축기가 극히 제한적인 용도로 사용되었을 때에는 전동압축기 인버터의 수명을 증대시키기 위해 특별한 조치를 해주지 않아도 문제가 없었으나, 히트 펌프 모드(Heat Pump Mode), 정격전압 증대 등 전동압축기의 사용범위가 점점 넓어지면서 수명에 대한 신뢰성 확보가 중요한 문제가 되고 있다

본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 접촉방식에 의한 방열을 통해 커패시터의 온도를 현저하게 낮춤으로써 커패시터의 내구성을 향상시켜 인버터의 수명을 증대시킬 수 있는 전동압축기 인버터의 커패시터 방열장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 전동압축기 인버터의 커패시터 방열장치는, 자동차 배터리로부터 공급되는 전원을 공급받아 모터의 회전속도를 제어하는 인버터를 지지하는 인버터 하우징, 및 상기 인버터 하우징의 일측에 구비되고 커패시터의 열을 하우징으로 전달하도록 그 커패시터의 외주면에 접촉되어 구비되는 방열부를 포함한다.

본 발명의 실시예에 따른 전동압축기 인버터의 커패시터 방열장치에 있어서, 상기 방열부는 커패시터의 길이방향을 따라 연장되어 형성될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 전동압축기 인버터의 커패시터 방열장치에 있어서, 상기 방열부는 커패시터의 외주면에 접촉되는 접촉면의 단면이 원호형상으로 형성될 수 있고, 상기 접촉면은 커패시터의 외주면과 동일한 곡률로 형성되는 것이 바람직하다.

본 발명의 실시예에 따른 전동압축기 인버터의 커패시터 방열장치에 있어서, 상기 방열부는 상기 인버터 하우징과 일체로 형성될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 전동압축기 인버터의 커패시터 방열장치에 있어서, 상기 방열부는 상기 인버터 하우징과 일체로 형성되고 커패시터와 소정간격을 두고 이격되어 구비되는 방열몸체, 및 상기 방열몸체와 커패시터의 사이에 구비되고, 커패시터의 외주면에 접촉되도록 일측에 접촉면이 형성되는 방열패드를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 전동압축기 인버터의 커패시터 방열장치에 있어서, 상기 방열패드는 신축가능한 연성의 재질로 형성될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 전동압축기 인버터의 커패시터 방열장치에 있어서, 상기 방열패드는 단면이 원호형상으로 형성되고 커패시터의 길이방향을 따라 연장된 판형상으로 형성되고, 상기 방열몸체는 그 방열패드가 안착되는 방열패드 수용부를 구비할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 전동압축기 인버터의 커패시터 방열장치에 있어서, 인버터는 인쇄회로기판의 일측에 커패시터를 고정시키는 커패시터 고정구를 구비하고, 상기 커패시터 고정구는 커패시터의 외주면을 물어 잡는 1쌍의 집게부를 구비하며, 상기 방열패드는 그 원호방향의 양단이 상기 1쌍의 집게부의 선단에 걸려 거동이 저지되도록 그 1쌍의 집게부 사이에 구비될 수 있다.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.

본 발명에 따르면, 접촉방식에 의한 방열을 통해 커패시터의 온도를 현저하게 낮춤으로써 수명을 증대시킬 수 있고, 진동에 의한 커패시터의 파손을 방지할 수 있으며, 인버터 하우징의 구조를 간단하게 변경하여 커패시터의 방열구조를 구현함으로써 제조단가를 최소화하면서 인버터의 수명을 증대시킬 수 있게 된다.

도 1은 전동압축기를 나타낸 사시도,
도 2는 전동압축기의 인버터 어셈블리를 나타낸 분해사시도,
도 3은 도 2의 커패시터가 조립된 상태를 나타낸 사시도,
도 4는 종래의 기술에 따른 전동압축기의 인버터 어셈블리를 나타낸 개략적 조립단면도,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동압축기 인버터의 커패시터 방열장치를 나타낸 개략적 단면도,
도 6은 도 5에 도시된 인버터 하우징을 나타낸 평면도,
도 7은 도 5에 도시된 인버터 하우징을 나타낸 부분 사시도,
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전동압축기 인버터의 커패시터 방열장치를 나타낸 개략적 단면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 전동압축기 인버터의 커패시터 방열장치에 관하여 상세히 설명하기로 한다.

도 5 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전동압축기 인버터의 커패시터 방열장치는, 인버터를 지지하는 인버터 하우징(20), 및 커패시터(11)의 외주면에 접촉되어 구비되는 방열부(21)를 포함한다.

인버터는 스위칭소자(IGBT;Insulated Gate Bipolar Transistor)와 커패시터(11)를 비롯한 각종 회로소자가 인쇄회로기판(PCB)(10)에 실장된 형태로 인버터 하우징(20)의 내부에 구비된다.

상기 인버터의 인쇄회로기판(10)은 상기 인버터 하우징(20)의 일측에 나사로 고정결합되고, 인쇄회로기판(10)의 일측에 커패시터 고정구(12)가 인버터 하우징(20) 쪽으로 돌출되게 구비되어 있다.

상기 커패시터 고정구(12)는 1쌍의 집게부(13)를 구비하여 원통형의 커패시터(11)의 외주면을 물어 잡고 있다.

상기 인버터 하우징(20)은 단면 형상이 대략 'ㄷ'자 형상으로 형성되어, 인쇄회로기판(10)의 일측으로 돌출된 커패시터(11)를 비롯한 전자부품들을 수용하게 된다. 상기 인버터 하우징(20)의 바닥면에는 상기 방열부(21)가 내측으로 돌출되게 형성되어 있다.

상기 방열부(21)는 커패시터(11)의 아래쪽 인버터 하우징(20)의 바닥면에 구비되고, 커패시터(11)의 외주면과 접촉하는 접촉면(21a)이 형성되어 있다.

상기 방열부(21)의 접촉면(21a)은 단면이 원호형상으로 형성되되 원통형 커패시터(11)의 외주면과 동일한 곡률로 형성되고 커패시터(11)의 길이방향을 따라 연장되어 형성된다. 따라서, 상기 접촉면(21a)이 커패시터(11)의 외주면에 밀착되고 그로 인해 커패시터(11)의 열을 전달받아 인버터 하우징(20)으로 전달할 수 있게 된다.

본 실시예의 방열부(21)는 인버터 하우징(20)과 일체로 형성되어 커패시터(11)의 열을 인버터 하우징(20)으로 그대로 전달하게 되나, 상기 방열부(21)와 인버터 하우징(20)을 별개로 구비하고 서로 접촉되게 결합함으로써 열교환이 이루어지도록 하는 것도 가능하다.

상기 방열부(21)가 인버터 하우징(20)과 일체로 형성되는 경우 그 재질 또한 동일하게 형성된다. 결국 상기 방열부(21)는 인버터 하우징(20)과 동일한 열전도율(Thermal Conductivity)을 갖게 된다.

한편, 차량의 운행시에는 다양한 진동이 전동압축기로 전달되기 때문에 인버터도 장시간의 지속적인 진동에 의해 수명이 짧아지거나 성능이 저하되는 등의 문제가 발생하게 된다. 특히, 커패시터(11)는 회로소자 중에서 가장 크기가 크기 때문에 진동에 의한 충격에 가장 취약하다.

도 8을 참조하여 방진기능을 추가로 구비한 전동압축기 인버터의 커패시터 방열장치의 다른 실시예에 대해 설명한다.

본 실시예의 방열부는 커패시터(11)와 소정간격을 두고 이격되어 구비되는 방열몸체(31), 및 상기 방열몸체(31)와 커패시터(11)의 사이에 구비되는 방열패드(32)를 포함한다.

상기 방열몸체(31)는 인버터 하우징(20)과 일체로 형성되어 방열패드(32)로부터 전달되는 열을 인버터 하우징(20)으로 그대로 전달하게 된다. 상기 방열몸체(31)의 상부면에는 방열패드(32)가 안착되는 방열패드 수용부(31a)가 형성되어 있다.

상기 방열패드(32)는 상부면에 접촉면(32a)이 형성되어 커패시터(11)의 외주면에 접촉되고 저면이 상기 방열몸체(31)의 방열패드 수용부(31a) 내측벽에 접촉된다. 즉, 상기 방열패드(32)는 그 단면이 원호형상의 접촉면(32a)을 따라 원호형상으로 형성됨으로써 상부면이 커패시터(11)와 접촉됨과 동시에 저면이 방열몸체(31)와 접촉하게 되는 것이다. 또한, 상기 방열패드(32)는 원호형의 단면 형상이 커패시터(11)의 길이방향을 따라 연장되어 형성됨으로써 전체적으로 휘어진 판형상으로 형성된다.

상기 방열패드(32)는 상기 방열몸체(31)와 커패시터(11)의 사이 공간에 구비되고, 상기 방열몸체(31)의 방열패드 수용부(31a)에 안착된 상태에서 상부 접촉면(32a)이 커패시터(11)와 접촉됨과 동시에 저면이 방열몸체(31)와 접촉됨으로써 커패시터(11)로부터 열을 전달 받아 방열몸체(31)로 전달하게 된다.

상기 방열패드(32)는 상기 커패시터 고정구(12)의 1쌍의 집게부(13) 사이에 구비된다. 상기 1쌍의 집게부(13)는 커패시터(11)의 외주면을 물어 잡고 있는데 집게부(13)가 커패시터(11)의 외측에 노출된 상태로 위치하게 되므로, 상기 방열패드(32)의 양단이 상기 1쌍의 집게부(13)의 선단에 걸려 거동이 저지된다. 그로 인해 별도의 고정수단 없이 방열패드(32)가 커패시터(11)와 방열몸체(31)의 사이에서 이탈되지 않게 되는 것이다.

여기서, 상기 방열몸체(31)는 인버터 하우징(20)과 동일한 강성의 열전도체로 형성되는 반면, 상기 방열패드(32)는 그와 다른 신축가능한 연성의 재질로 형성된다. 이와 같이 상기 방열패드(32)가 신축성을 구비함으로써 인버터 하우징(20)으로부터 커패시터(11)로 전달되는 진동을 흡수하는 한편, 커패시터(11)로부터 인버터 하우징(20)으로 전달되는 진동을 흡수하여 커패시터(11)를 진동으로부터 보호하는 방진기능을 수행하게 된다.

상기 방열패드(32)는 연성의 재질로 형성되기는 하나 열전도율(Thermal Conductivity)이 우수한 재질로 형성된다. 따라서, 방진성능과 방열성능을 동시에 만족시킬 수 있게 된다.

종래 열전도율이 0.17 W/m-K 인 커패시터 고정용 실리콘의 경우 주변온도 100℃에서 모터를 4000rpm으로 구동할 때 커패시터(11)의 표면온도가 114℃ 정도였으나, 열전도율이 3.0 W/m-K 인 방열패드(32)의 경우 동일한 조건에서 커패시터(11)의 표면온도가 약 30℃ 가량 낮아진 85℃로 나타났다. 일반적으로 커패시터는 10℃ 온도가 상승할 때 수명이 1/2로 감소하므로 약 8배 정도 수명이 증대하는 효과를 가져올 수 있게 된다.

이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명은 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.

10 : 인쇄회로기판 11 : 커패시터
12 : 커패시터 고정구 13 : 집게부
20 : 인버터 하우징 21 : 방열부
21a,32a : 접촉면 31 : 방열몸체
31a : 방열패드 수용부 32 : 방열패드

Claims

자동차 배터리로부터 공급되는 전원을 공급받아 모터의 회전속도를 제어하는 인버터의 커패시터(11)를 방열시키는 전동압축기 인버터의 커패시터 방열장치에 있어서,
인버터를 지지하는 인버터 하우징(20); 및
상기 인버터 하우징(20)의 일측에 구비되고, 커패시터(11)의 열을 그 인버터 하우징(20)으로 전달하도록 그 커패시터(11)의 외주면에 접촉되어 구비되는 방열부(21);를 포함하는 전동압축기 인버터의 커패시터 방열장치.
제1항에 있어서,
상기 방열부(21)는 커패시터(11)의 길이방향을 따라 연장되어 형성된 것을 특징으로 하는 전동압축기 인버터의 커패시터 방열장치.
제1항에 있어서,
상기 방열부(21)는 커패시터(11)의 외주면에 접촉되는 접촉면(21a)의 단면이 원호형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 전동압축기 인버터의 커패시터 방열장치.
제1항에 있어서,
상기 방열부(21)의 접촉면(21a)은 커패시터(11)의 외주면과 동일한 곡률로 형성된 것을 특징으로 하는 전동압축기 인버터의 커패시터 방열장치.
제1항에 있어서,
상기 방열부(21)는 인버터 하우징(20)과 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 전동압축기 인버터의 커패시터 방열장치.
제1항에 있어서, 상기 방열부는
커패시터(11)와 소정간격을 두고 이격되어 구비되는 방열몸체(31); 및
상기 방열몸체(31)와 커패시터(11)의 사이에 구비되고, 커패시터(11)의 외주면에 접촉되도록 일측에 접촉면(32a)이 형성되는 방열패드(32);를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동압축기 인버터의 커패시터 방열장치.
제6항에 있어서,
상기 방열패드(32)는 신축가능한 연성의 재질로 형성된 것을 특징으로 하는 전동압축기 인버터의 커패시터 방열장치.
제6항에 있어서,
상기 방열패드(32)는 단면이 원호형상으로 형성되고 커패시터(11)의 길이방향을 따라 연장된 판형상으로 형성되고, 상기 방열몸체(31)는 그 방열패드(32)가 안착되는 방열패드 수용부(31a)를 구비한 것을 특징으로 하는 전동압축기 인버터의 커패시터 방열장치.
제8항에 있어서,
인버터는 인쇄회로기판(10)의 일측에 커패시터(11)를 고정시키는 커패시터 고정구(12)를 구비하고, 상기 커패시터 고정구(12)는 커패시터(11)의 외주면을 물어 잡는 1쌍의 집게부(13)를 구비하며, 상기 방열패드(32)는 그 원호방향의 양단이 상기 1쌍의 집게부(13)의 선단에 걸려 거동이 저지되도록 그 1쌍의 집게부(13) 사이에 구비되는 것을 특징으로 하는 전동압축기 인버터의 커패시터 방열장치.