KR20180002663U - 방열구조 - Google Patents

Abstract

방열구조가 개시된다. 본 고안의 방열구조는, 제1베이스의 양측에서 각각 수직으로 연장되는 제1 및 제2측면부와, 상기 제1 및 제2측면부로부터 수직으로 외부를 향하여 연장되는 제1 및 제2연결부와, 상기 제1 및 제2측면부의 사이에서, 상기 제1베이스로부터 수직으로 각각 연장되는 판형상의 복수의 제1방열핀을 구비하는 상부 히트싱크; 및 상기 상부 히트싱크의 하부에 배치되어, 상기 상부 히트싱크와 대칭으로 형성되는 하부 히트싱크를 포함한다.

Description

방열구조{THERMAL RADIATING STRUCTURE}

본 고안은 방열구조에 대한 것이다.

일반적으로, 인버터는 상용 교류전원을 입력으로 하여 이를 직류전원으로 변환한 후, 다시 전동기에 적합한 교류전원으로 변환하여 전동기에 공급하는 전력변환장치이다. 이러한 인버터는 전동기를 효율적으로 제어함으로써 전동기의 소모전력을 감소시켜 에너지 효율을 높인다.

이러한 인버터는 보통 교류(AC)의 상용전압을 인가받아 정류하는 정류 다이오드로 구성되는 컨버터부와, 정류된 직류전압을 평활하는 직류링크 커패시터, 및 이 직류전압을 제어하여 사용자가 원하는 전압과 주파수를 가지는 AC 전압을 출력하는 인버터부로 이루어지며, 이때 인버터부는 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT)와 같은 대표적인 전력반도체로 이루어진다.

즉, 인버터의 전력변환에는 컨버터부의 정류 다이오드와 인버터부의 IGBT 등 파워소자가 파워모듈의 형태로 사용되는데, 이러한 파워모듈은 전력변환시 상당한 열을 발생하므로, 인버터의 내부에는 파워모듈의 방열을 위해 히트싱크 및 팬을 배치하여, 인버터 내부의 온도상승을 억제한다.

도 1은 종래 인버터 방열구조의 히트싱크의 정면도이고, 도 2는 종래 인버터 방열구조의 히트싱크의 사시도이다.

히트싱크(100)는, 베이스(110)와, 베이스(110)의 양 측부에서 수직으로 아래방향으로 연장되는 제1측면부(120) 및 제2측면부(130)와, 제1 및 제2측면부(120, 130) 사이에서 베이스(110)로부터 수직으로 아래방향으로 연장되는 복수의 방열핀(140)으로 구성된다.

이러한 히트싱크(100)의 정면으로부터 A 방향으로 외기가 유입되며, 외기가 유입되는 반대방향에 보통 쿨링팬이 설치되어 외기의 유출을 돕는다.

파워모듈(200)은 이러한 히트싱크(100)의 베이스(110)에 배치되며, 파워모듈(200)로부터 발산되는 열은 베이스(110)를 통해 방열핀(140)으로 전도되고, A 방향으로 유입되어 유출되는 외기에 의한 대류열전달에 의해 방열된다. 즉, 쿨링팬에 의해 생성된 기류에 의해 파워모듈(200)로부터 방출되는 열이 배출될 수 있다.

이러한 히트싱크(100)의 베이스(110)에는 보통 인버터부의 IGBT와 같은 전력반도체소인 파워모듈(200)이 6개 배치된다. 그런데 파워모듈(200)은 외부와 버스바 플레이트로 연결되므로, 베이스(110)에 넓게 퍼진 파워모듈(200)과 연결되는 버스바 플레이트에 의해 공간적인 제약이 발생하게 되는 문제점이 있다.

한편, 인버터 설계시 크기의 제약이 가장 많이 고려되는 부분이 히트싱크(100)이며, 방열효과를 극대화하기 위해 높은 사양의 쿨링팬이 필요하지만, 높은 사양의 쿨링팬은 가격이 비싸므로, 히트싱크의 방열성능을 높일 필요가 있다.

본 고안이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 히트싱크를 상하부로여 형성함으로써 제품의 크기를 줄이고 방열효과를 극대화하는, 방열구조를 제공하는 것이다.

상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 고안의 일실시예의 방열구조는, 제1베이스의 양측에서 각각 수직으로 연장되는 제1 및 제2측면부와, 상기 제1 및 제2측면부로부터 수직으로 외부를 향하여 연장되는 제1 및 제2연결부와, 상기 제1 및 제2측면부의 사이에서, 상기 제1베이스로부터 수직으로 각각 연장되는 판형상의 복수의 제1방열핀을 구비하는 상부 히트싱크; 및 상기 상부 히트싱크의 하부에 배치되어, 상기 상부 히트싱크와 대칭으로 형성되는 하부 히트싱크를 포함할 수 있다.

본 고안의 일실시예에서, 상기 하부 히트싱크는, 제2베이스; 상기 제2베이스의 양측에서 각각 수직으로 연장되는 제3 및 제4측면부; 상기 제3 및 제4측면부로부터 수직으로 외부를 향하여 연장되는 제3 및 제4연결부; 및 상기 제3 및 제4측면부의 사이에서, 상기 제2베이스로부터 수직으로 각각 연장되는 판형상의 복수의 제2방열핀을 포함할 수 있다.

본 고안의 일실시예에서, 상기 제1연결부와 상기 제3연결부가 서로 접하도록 배치되고, 상기 제2연결부와 상기 제4연결부가 서로 접하도록 배치될 수 있다.

본 고안의 일실시예에서, 상기 제1, 제2, 제3 및 제4연결부에는 적어도 하나 이상의 나사홀이 형성될 수 있다.

본 고안의 일실시예에서, 상기 제1연결부와 상기 제3연결부의 길이가 서로 대응하고, 상기 제2연결부와 상기 제4연결부의 길이가 서로 대응할 수 있다.

본 고안의 일실시예에서, 상기 제1방열핀의 길이는, 상기 제1측면부 및 상기 제3측면부의 내측 길이의 합보다 다소 짧고, 상기 제2방열핀의 길이는, 상기 제1측면부 및 상기 제3측면부의 내측 길이의 합보다 다소 짧을 수 있다.

본 고안의 일실시예에서, 상기 제2방열핀은, 상기 제1방열핀 사이에 교호하여 배치될 수 있다.

상기와 같은 본 고안은, 종래의 방열구조보다 온도가 다소 낮으면서도, 부피는 절반가량 감소하게 되며, 이에 따라 히트싱크의 길이를 줄일 수 있으므로, 쿨링팬의 사양을 낮추게 하는 효과가 있다.

도 1은 종래 인버터 방열구조의 히트싱크의 정면도이다.
도 2는 종래 인버터 방열구조의 히트싱크의 사시도이다.
도 3은 본 고안의 일실시예의 방열구조를 설명하기 위한 일실시예 사시도이다.
도 4a는 종래의 방열구조의 열해석을 설명하기 위한 온도분포도이다.
도 4b는 본 고안의 일실시예의 방열구조의 열해석을 설명하기 위한 온도분포도이다.

본 고안의 구성 및 효과를 충분히 이해하기 위하여, 첨부한 도면을 참조하여 본 고안의 바람직한 실시예들을 설명한다. 그러나 본 고안은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라, 여러가지 형태로 구현될 수 있고 다양한 변경을 가할 수 있다. 단지, 본 실시예에 대한 설명은 본 고안의 개시가 완전하도록 하며, 본 고안이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 고안의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다. 첨부된 도면에서 구성요소는 설명의 편의를 위하여 그 크기를 실제보다 확대하여 도시한 것이며, 각 구성요소의 비율은 과장되거나 축소될 수 있다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소의 '상에' 있다거나 '접하여' 있다고 기재된 경우, 다른 구성요소에 상에 직접 맞닿아 있거나 또는 연결되어 있을 수 있지만, 중간에 또 다른 구성요소가 존재할 수 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면, 어떤 구성요소가 다른 구성요소의 '바로 위에' 있다거나 '직접 접하여' 있다고 기재된 경우에는, 중간에 또 다른 구성요소가 존재하지 않은 것으로 이해될 수 있다. 구성요소간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 예를 들면, '～사이에'와 '직접 ～사이에' 등도 마찬가지로 해석될 수 있다.

'제1', '제2' 등의 용어는 다양한 구성요소를 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소는 위 용어에 의해 한정되어서는 안 된다. 위 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 고안의 권리범위를 벗어나지 않으면서 '제1구성요소'는 '제2구성요소'로 명명될 수 있고, 유사하게 '제2구성요소'도 '제1구성요소'로 명명될 수 있다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 표현하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. '포함한다' 또는 '가진다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하기 위한 것으로, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 부가될 수 있는 것으로 해석될 수 있다.

본 고안의 실시예에서 사용되는 용어는 다르게 정의되지 않는 한, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 통상적으로 알려진 의미로 해석될 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 고안의 바람직한 실시예를 설명함으로써 본 고안을 상세히 설명한다.

도 3은 본 고안의 일실시예의 방열구조를 설명하기 위한 일실시예 사시도이다.

도면에 도시된 바와 같이, 본 고안의 일실시예의 방열구조는, 상부 히트싱크(10) 및 상부 히트싱크(10)의 대칭으로 형성되며, 상부 히트싱크(10)의 하부에 배치되는 하부 히트싱크(20)를 포함할 수 있다.

상부 히트싱크(10)는, 제1베이스(11), 제1베이스(11)의 일측에서 수직으로 연장되는 제1측면부(12), 제1베이스(11)의 타측에서 수직으로 연장되는 제2측면부(13), 제1측면부(12)로부터 수직으로 외부를 향하여 연장되는 제1연결부(14), 제2측면부(13)로부터 수직으로 외부를 향하여 연장되는 제2연결부(15) 및 제1측면부(12)와 제2측면부(13) 사이에서, 제1베이스(11)로부터 수직으로 각각 연장되는 판형상의 복수의 제1방열핀(16)을 포함할 수 있다.

또한, 하부 히트싱크(20)는, 제2베이스(21), 제2베이스(21)의 일측에서 수직으로 연장되는 제3측면부(22), 제2베이스(21)의 타측에서 수직으로 연장되는 제4측면부(23), 제3측면부(22)로부터 수직으로 외부를 향하여 연장되는 제3연결부(24), 제4측면부(23)로부터 수직으로 외부를 향하여 연장되는 제4연결부(25) 및 제3측면부(22)와 제4측면부(23) 사이에서, 제2베이스(21)로부터 수직으로 각각 연장되는 판형상의 복수의 제2방열핀(26)을 포함할 수 있다.

상부 히트싱크(10)의 제1연결부(14)와 하부 히트싱크(20)의 제3연결부(24)는 각각 서로 접하도록 배치되며, 또한, 제2연결부(15)와 제4연결부(25) 역시 각각 접하도록 배치될 수 있다. 상부 히트싱크(10)의 제1연결부(14)와 제2연결부(15)에는 각각 복수의 나사홀(제2연결부(15)의 나사홀이 '15a')이 형성되고, 또, 하부 히트싱크(20)의 제3연결부(24)와 제4연결부(25)는 각각 복수의 나사홀이 형성되어, 제1연결부(14)와 제3연결부(24)가 나사에 의해 연결될 수 있고, 제2연결부(15)와 제4연결부(25)가 나사에 의해 연결될 수 있을 것이다. 제1연결부(14)와 제3연결부(24)의 길이는 서로 대응할 수 있고, 또한 제2연결부(15)와 제4연결부(25)의 길이는 서로 대응할 수 있을 것이다.

제1베이스(11)와 제2베이스(21)의 길이는 서로 대응하며, 그 길이 L2는 도 2의 종래의 히트싱크(100)의 길이 L1의 약 1/2일 수 있다. 다만, 이는 본 고안의 일실시예에 의해 한정되는 것은 아니고, 종래의 히트싱크(100)의 길이 L1에 비해 본 고안의 일실시예의 히트싱크(10)의 길이 L2가 짧아지는 것이면, 그 비율은 제한적이지 않다 할 것이다.

또한, 제1측면부(12)와 제3측면부(22)의 길이 역시 서로 대응할 수 있다. 제2측면부(13)와 제4측면부(23)의 길이 역시 서로 대응할 수 있을 것이다.

한편, 제1베이스(11)로부터 연장되는 복수의 제1방열핀(16)은 제2베이스(21)에 거의 도달하도록 그 길이가 형성될 수 있다. 즉, 제1방열핀(16)의 길이는 제1측면부(12) 및 제3측면부(22)의 내측 길이의 합보다 다소 짧을 수 있다.

마찬가지로, 제2베이스(21)로부터 연장되는 복수의 제2방열핀(26)은 제1베이스(11)에 거의 도달하도록 그 길이가 형성될 수 있다. 즉, 제2방열핀(26)의 길이는 제1측면부(12) 및 제3측면부(22)의 내측 길이의 합보다 다소 짧을 수 있다.

복수의 제2방열핀(26)은 복수의 제1방열핀(16)의 사이에 배치될 수 있으며, 또한 복수의 제1방열핀(16)은 복수의 제2방열핀(26)의 사이에 배치될 수 있다. 즉, 두개의 제2방열핀(26)의 사이에 하나의 제1방열핀(16)이 배치될 수 있으며, 또한 두개의 제1방열핀(16) 사이에 하나의 제2방열핀(26)이 배치될 수 있다.

본 고안의 일실시예에서는 복수의 제1방열핀(16)과 제2방열핀(26)의 간격이 동일한 것을 예를 들어 설명하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 중앙의 간격이 측부의 간격보다 더 넓을 수도 있고, 방열 형태에 따라 그 간격이 다양하게 결정될 수 있을 것이지만, 복수의 제2방열핀(26)이 복수의 제1방열핀(16)의 사이에 배치되고, 복수의 제1방열핀(16)이 복수의 제2방열핀(26)의 사이에 배치되는 것은 다르지 않을 것이다.

파워모듈은 상부 히트싱크(10)의 제1베이스(11)과 하부 히트싱크(20)의 제2베이스(21)의 각각 상면에 배치될 수 있다. 따라서, 이와 같은 구조에 의해 파워모듈을 연결하는 버스바 플레이트를 조밀한 공간에 배열할 수 있으므로, 공간 자유도가 종래기술에 비해 더 커지게 된다.

본 고안의 일실시예에서, 상부 및 하부 히트싱크(10, 20)의 재질은 열전도율이 우수한 알루미늄일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.

도 4a는 종래의 방열구조의 열해석을 설명하기 위한 온도분포도이고, 도 4b는 본 고안의 일실시예의 방열구조의 열해석을 설명하기 위한 온도분포도이다.

온도분포를 확인하기 위해, 도 4a의 경우 상부 베이스에 100W의 발열이 있는 경우를 나타내었으며, 도 4b의 경우 제1베이스(11) 및 제2베이스(21)에 각각 50W의 발열이 있는 경우를 나타내었다. 또한, 제1베이스(11) 및 제2베이스(21)의 길이는 종래 히트싱크의 1/2에 해당하도록 제작하였다.

도면에 도시된 바와 같이, 종래 방열구조에서 최대값은 54℃이고, 본 고안의 일실시예의 방열구조에서 최대값은 52.8℃임을 알 수 있다.

따라서, 본 고안의 일실시예의 방열구조에 의하면, 종래의 방열구조보다 온도가 다소 낮으면서도, 부피는 절반가량 감소하게 됨을 알 수 있다. 이에 따라 히트싱크의 길이를 줄일 수 있으므로, 쿨링팬의 사양을 낮출 수 있다.

이상에서 본 고안에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 고안의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

10, 20: 히트싱크 11, 21: 베이스
12, 13, 22, 23: 측면부 14, 15, 24, 25: 연결부
16, 26: 방열핀

Claims (7)

1. 제1베이스의 양측에서 각각 수직으로 연장되는 제1 및 제2측면부와, 상기 제1 및 제2측면부로부터 수직으로 외부를 향하여 연장되는 제1 및 제2연결부와, 상기 제1 및 제2측면부의 사이에서, 상기 제1베이스로부터 수직으로 각각 연장되는 판형상의 복수의 제1방열핀을 구비하는 상부 히트싱크; 및
   상기 상부 히트싱크의 하부에 배치되어, 상기 상부 히트싱크와 대칭으로 형성되는 하부 히트싱크를 포함하는 방열구조.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 하부 히트싱크는,
   제2베이스;
   상기 제2베이스의 양측에서 각각 수직으로 연장되는 제3 및 제4측면부;
   상기 제3 및 제4측면부로부터 수직으로 외부를 향하여 연장되는 제3 및 제4연결부; 및
   상기 제3 및 제4측면부의 사이에서, 상기 제2베이스로부터 수직으로 각각 연장되는 판형상의 복수의 제2방열핀을 포함하는 방열구조.
   
3. 제1항에 있어서, 상기 제1연결부와 상기 제3연결부가 서로 접하도록 배치되고, 상기 제2연결부와 상기 제4연결부가 서로 접하도록 배치되는 방열구조.
   
4. 제1항에 있어서, 상기 제1, 제2, 제3 및 제4연결부에는 적어도 하나 이상의 나사홀이 형성되는 방열구조.
   
5. 제1항에 있어서, 상기 제1연결부와 상기 제3연결부의 길이가 서로 대응하고, 상기 제2연결부와 상기 제4연결부의 길이가 서로 대응하는 방열구조.
   
6. 제1항에 있어서, 상기 제1방열핀의 길이는, 상기 제1측면부 및 상기 제3측면부의 내측 길이의 합보다 다소 짧고,
   상기 제2방열핀의 길이는, 상기 제1측면부 및 상기 제3측면부의 내측 길이의 합보다 다소 짧은 방열구조.
   
7. 제1항에 있어서, 상기 제2방열핀은, 상기 제1방열핀 사이에 교호하여 배치되는 방열구조.

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