KR20180076868A

KR20180076868A - 자동차 헤드램프

Info

Publication number: KR20180076868A
Application number: KR1020160181489A
Authority: KR
Inventors: 서태일
Original assignee: 인천대학교 산학협력단
Priority date: 2016-12-28
Filing date: 2016-12-28
Publication date: 2018-07-06

Abstract

자동차 헤드램프이 개시된다. 본 발명의 자동차 헤드램프은, 제1 개구와 제2 개구를 형성하는 중공튜브; 제1 개구로 공기를 유입시키는 팬; 제2 개구 쪽으로부터 중공튜브를 둘러싸고, 중공튜브와의 사이에 제2 개구에서 나온 공기가 흐르는 유로를 형성하는 복수의 방열부재; 방열부재의 바깥면과 각각 접촉하는 기판에 엘이디가 실장된 복수의 엘이디모듈; 및 팬과 방열부재 사이에 구비되고, 유로를 지난 공기가 배출되는 배기홀이 형성된 차량장착부재를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 고가의 히트파이프를 배제한 상태에서 히트싱크의 크기를 축소하더라도 엘이디 발열에 대한 방열성능이 향상되고, 엘이디의 방열에 소모되는 전기에너지를 최소화하도록 이루어지는 자동차 헤드램프를 제공할 수 있게 된다.

Description

자동차 헤드램프{CAR HEADLAMP}

본 발명은 자동차 헤드램프에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 엘이디에서 발생하는 열을 신속하게 방출하도록 이루어지는 자동차 헤드램프에 관한 것이다.

헤드램프(head lamp)는 그동안 할로겐램프가 많이 사용되어 왔다. 그러나 근래에 들어 자동차 조명 시스템에 우수한 내구성 및 빠른 응답성, 반영구적인 수명, 낮은 소비전력을 가지고 있는 LED 램프의 적용 비중이 높아지고 있다. 특히 고출력 전조등용 LED 램프가 개발되면서 세계의 자동차 램프 업계는 저탄소, 친환경 자동차의 전조등에 이러한 LED 램프를 적용하고 있다.

할로겐램프 50W의 경우 유사한 밝기를 내기 위해서는 LED 램프는 약 8∼10 W의 용량이 필요하다. 이는 LED 램프가 할로겐램프에 비해 약 80% 효율이 더 우수하기 때문이며 수명 또한 할로겐램프에 비해 10배 이상 길다.

한편, LED 램프는 칩(chip) 접합부의 온도가 135∼150℃가 되면 칩 단선 현상이 발생하여 그 기능을 상실하게 된다. 따라서, LED 칩 접합부의 단선을 예방하고 LED 램프의 효율 및 수명 연장을 위해서는 효율적인 냉각이 요구된다.

이와 관련하여 대한민국 등록특허공보 제1272748호에는 차량용 엘이디 헤드램프가 개시되어 있다. 등록특허공보 제1272748호는 엘이디가 구비된 엘이디패널, 상기 엘이디로부터 발생하는 고온의 열을 히트싱크부로 열을 전달하는 히트파이프, 엘이디패널 장착부, 히트파이프 결합홀 및 베이스부로 이루어진 제1방열체, 테두리에 다수 개의 냉각홀이 구비되어 있으며 중심에는 중공이 형성되어 상기 제1방열체 베이스부가 상기 중공에 결합되는 브라켓, 테두리에 방사형으로 형성된 다수 개의 방열핀이 구비되고 중심에 중공이 형성되어 상기 제1방열체 베이스부와 결합되는 제2방열체 및 상기 제2방열체의 하류에 결합되어 강제대류를 형성하는 냉각팬을 포함하여 구성됨으로써, 엘이디의 발생열을 효과적이고도 효율적으로 냉각할 수 있다.

그러나 등록특허공보 제1272748호의 차량용 엘이디 헤드램프는 엘이디의 열을 냉각하기 위한 수단으로서 주요한 구성인 히트싱크, 히트파이프 및 냉각팬 3가지를 함께 사용하여 냉각효율을 향상시키기는 하였으나, 히트싱크로 충분한 냉각성능을 나타내기 위해서는 부피가 커져야하는 공간상의 문제가 있으며, 히트파이프는 고가의 부품이므로 경제성 측면에서 다른 구성으로 대체해야 할 필요성이 있다.

대한민국 등록특허공보 제1272748호 (등록일: 2013.06.03)

본 발명의 목적은, 고가의 히트파이프를 배제한 상태에서 히트싱크의 크기를 축소하더라도 엘이디 발열에 대한 방열성능이 향상되고, 엘이디의 방열에 소모되는 전기에너지를 최소화하도록 이루어지는 자동차 헤드램프를 제공하는 것이다.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 제1 개구와 제2 개구를 형성하는 중공튜브; 상기 제1 개구로 공기를 유입시키는 팬; 상기 제2 개구 쪽으로부터 상기 중공튜브를 둘러싸고, 상기 중공튜브와의 사이에 상기 제2 개구에서 나온 공기가 흐르는 유로를 형성하는 복수의 방열부재; 상기 방열부재의 바깥면과 각각 접촉하는 기판에 엘이디가 실장된 복수의 엘이디모듈; 및 상기 팬과 상기 방열부재 사이에 구비되고, 상기 유로를 지난 공기가 배출되는 배기홀이 형성된 차량장착부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차 헤드램프에 의하여 달성된다.

상기 방열부재는, 상기 기판과 접촉면을 형성하는 접촉부; 및 상기 접촉부로부터 각각 연장되어 상기 중공튜브와 접촉면을 형성하고, 서로 사이에 상기 유로를 형성하는 복수의 전달부를 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 접촉부는 열전소자를 포함하고, 상기 열전소자에서 생성된 열전류는 상기 팬으로 공급되도록 이루어질 수 있다.

본 발명에 의하면, 방열부재가 중공튜브를 둘러싸면서 중공튜브와의 사이에 제2 개구에서 나온 공기가 흐르는 유로를 형성함으로써, 고가의 히트파이프를 배제한 상태에서 히트싱크의 크기를 축소하더라도 엘이디 발열에 대한 방열성능이 향상되도록 이루어지는 자동차 헤드램프를 제공할 수 있게 된다.

또한, 접촉부에서 생성된 열전류를 팬에 공급함으로써, 엘이디의 방열에 소모되는 전기에너지를 최소화하도록 이루어지는 자동차 헤드램프를 제공할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 자동차 헤드램프의 분리사시도.
도 2는 도 1의 자동차 헤드램프의 종단면도.
도 3은 도 1의 자동차 헤드램프의 횡단면도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세하게 설명하면 다음과 같다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은, 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.

본 발명의 자동차 헤드램프는, 고가의 히트파이프를 배제한 상태에서 히트싱크의 크기를 축소하더라도 엘이디 발열에 대한 방열성능이 향상되고, 엘이디의 방열에 소모되는 전기에너지를 최소화하도록 이루어진다.

도 1은 본 발명의 자동차 헤드램프의 분리사시도, 도 2는 도 1의 자동차 헤드램프의 종단면도, 도 3은 도 1의 자동차 헤드램프의 횡단면도.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 자동차 헤드램프(10)는 콤팩트하고 단순한 구조이면서도 엘이디(520)의 열을 신속하게 방출하도록 이루어지며, 중공튜브(100), 팬(200), 방열부재(300), 바디(400), 엘이디모듈(500) 및 차량장착부재(600)를 포함하여 구성된다.

차량장착부재(600)는 차체에 결합되는 구성으로서, 관통홀(610) 및 배기홀(620)이 형성된다. 차량장착부재(600)는 비교적 얇은 두께의 원통형 또는 다각형 블록형태로 형성된다. 차량장착부재(600)의 가장자리에는 차체에 결합하기 위한 돌출부(630)가 형성된다. 차량장착부재(600)는 팬(200)과 방열부재(300) 사이에 구비된다.

관통홀(610)은 삽입부(430)가 삽입되는 부분으로 삽입부(430)의 외주면에 대응되는 내주면을 형성한다. 배기홀(620)은 방열부재(300)의 열을 흡수한 공기가 배출되는 부분으로, 관통홀(610)의 둘레를 따라 복수로 형성된다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 바디(400)는 방열부재(300), 차량장착부재(600) 및 팬(200)을 결합하기 위한 구성으로서, 프레임(410), 격판(420) 및 삽입부(430)를 포함하여 구성된다.

이하에서는 본 발명의 용이한 이해를 돕기 위해 도 2를 기준으로 좌측은 전방 또는 앞쪽으로 우측은 후방 또는 뒤쪽으로 지칭하여 설명하기로 한다. 전방 또는 앞쪽은 엘이디(520)의 빛이 나아가는 차량의 앞쪽을 의미하고, 후방 또는 뒤쪽은 차량의 안쪽을 의미한다.

삽입부(430)는 관통홀(610)에 삽입되는 부분으로, 전방 쪽에서 후방 쪽으로 관통홀(610)에 삽입된다. 삽입부(430)에는 중공튜브(100)가 삽입되는 삽입홀(431)이 형성된다.

격판(420)은 한 쌍으로 구비되어 삽입부(430)와 프레임(410)을 연결하는 부분으로, 각각 구멍(421,422)이 뚫린 플레이트 형태로 형성된다. 앞쪽 격판(420)에 형성된 구멍(421)에는 제2 방열부재(300)의 전달부(320)가 삽입된다. 뒤쪽 격판(420)에 형성된 구멍(422)은 삽입홀(431)과 연결되어 중공튜브(100)가 삽입된다. 뒤쪽 격판(420)의 구멍(422) 주변에는 복수의 배출홀(423)이 형성된다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 프레임(410)은 방열부재(300)가 결합되는 부분으로, 서로 이격되어 한 쌍의 격판(420)을 연결하는 복수의 바로 이루어진다. 방열부재(300)는 전달부(320)가 중공튜브(100)를 향하는 상태에서 프레임(410) 사이에 결합된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 프레임(410)에는 접촉부(310)의 돌기가 끼워지는 홈이 형성된다.

중공튜브(100)는 팬(200)의 공기가 유입 및 배출되는 경로를 형성하는 구성으로서, 양단에 제1 개구(101)와 제2 개구(102)를 형성하는 중공형 튜브로 구비된다. 중공튜브(100)는 알루미늄 등 열전도율이 높은 금속재질로 제작된다.

중공튜브(100)는 제1 개구(101) 쪽이 삽입홀(431)에 삽입된 상태로 조립되어, 전체가 바디(400)의 내부에 위치한다. 이하에서 중공튜브(100) 내부의 공간은 유입유로(L1)로 지칭하기로 한다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 엘이디모듈(500)은 기판(510) 및 엘이디(520)를 포함하여 구성된다. 엘이디(520)는 기판(510)의 바깥면에 실장된다.

엘이디(520)는 고출력 단일 LED 칩 대신 복수 개의 저출력 LED 칩으로 이루어진다. 저출력 LED 칩을 복수 개 사용하면 (단일의 고출력 LED 칩보다) 기판(510)의 전면적에 걸쳐 열밀도를 분산시킬 수 있기 때문이다. 엘이디모듈(500)은 복수로 구비된다.

방열부재(300)는 기판(510)의 열을 배출하는 구성으로서, 접촉부(310) 및 전달부(320)를 포함하여 구성된다.

복수의 방열부재(300)는 전달부(320)가 중공튜브(100)를 향하는 상태에서 프레임(410) 사이에 각각 결합되어, 제2 개구(102) 쪽에서 중공튜브(100)를 둘러싸는 형태를 형성한다. 방열부재(300)와 중공튜브(100) 사이에는 제2 개구(102)에서 나온 공기가 흐르는 유로(이하 '순환유로(L2)')를 형성한다.

접촉부(310)는 그 바깥면이 기판(510)과 접촉면을 형성한다. 따라서 기판(510)의 열은 접촉부(310)를 통해 전달부(320)로 전달된다.

복수의 전달부(320)는 접촉부(310)로부터 각각 연장되어, 그 단부가 중공튜브(100)와 접촉면을 형성한다. 따라서 순환유로(L2)는 중공튜브(100)의 원주방향을 따라 복수의 전달부(320)에 의해 복수 개로 구획된다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 접촉부(310)는 열전소자(311)를 포함한다. 열전소자(311)는 제베크효과에 의해 열기전력을 형성하는 구성으로서, 접촉부(310)의 내부에 배치된다. 열전소자(311)는 팬(200)과 전선으로 연결되어 제베크효과에 의해 생성된 열전류를 팬(200)에 공급한다.

제베크효과(Seebeck effect)는 두 종류의 금속을 고리 모양으로 연결하고 한쪽 접점을 고온, 다른 쪽을 저온으로 했을 때 그 회로에 전류가 생기는 현상이다. 이 전류를 열전류라 하고, 금속선간에 생기는 기전력을 열기전력이라 한다.

자세하게 도시되지 않았으나, 열전소자(311)는 p형 반도체와 n형 반도체로 구성되는 금속 소자로 이루어진다. p형 반도체와 n형 반도체로 구성되는 열전소자(311)는 공지된 기술이므로 이의 구조 및 원리에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 팬(200)은 제1 개구(101)로 공기를 유입시키는 구성으로서, 하우징(210)에 의해 제1 개구(101)의 뒤쪽에 배치된다. 하우징(210)은 장착부(211)와 설치부(212)를 포함하여 구성된다. 하우징(210)에는 장착부(211)와 설치부(212)를 관통하는 구멍이 형성된다.

장착부(211)는 하우징(210)을 삽입부(430)에 결합하기 위한 부분으로, 장착부(211)는 그 내주면이 삽입부(430)의 외주면에 밀착된 형태로 삽입부(430)와 결합된다. 설치부(212)는 팬(200)이 결합되는 부분으로 장착부(211)의 후방에 위치한다. 팬(200)은 작은 전압에 의해서도 작동하는 초소형 팬으로 구비된다.

이하에서는 본 발명의 자동차 헤드램프(10)의 방열구조를 자세하게 설명하기로 한다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 엘이디(520)의 열은 기판(510)을 통해 방열부재(300)로 전달된다. 엘이디는 팬(200)에 의한 강제냉각이 이루어지지 않는 조건에서 1분 이내에 100℃ 이상으로 상승하게 된다.

방열부재(300)의 접촉부(310)는 기판(510)과 접촉면을 형성하므로, 기판(510)의 열은 접촉부(310), 전달부(320)를 거쳐 전달부(320)의 단부와 접하는 중공튜브(100)로 전달된다.

팬(200)은 최초 별도의 전원에 의해 작동하게 된다. 팬(200)이 작동하면, 공기는 제1 개구(101)를 통해 유입유로(L1)로 유입된다. 유입유로(L1)로 유입된 공기는 전방 쪽으로 이동하면서 중공튜브(100)를 집중적으로 냉각시키게 된다.

유입유로(L1)를 흐르는 공기는 중공튜브(100)를 냉각한 후 다소 온도가 상승한 상태에서 제2 개구(102)를 통과한 후 방향을 전환하여 순환유로(L2)를 따라 후방 쪽으로 흐르게 된다. 공기는 순환유로(L2)에서 전달부(320), 접촉부(310) 및 중공튜브(100)의 외주면을 집중적으로 냉각시키게 된다. 이후 공기는 배출홀(423)과 배기홀(620)을 통해 차량장착부재(600)의 후방으로 배출된다.

상술한 바와 같이, 팬(200)에 의해 제1 개구(101)로 유입된 공기는 유입유로(L1)를 흐른 후 역전하여 순환유로(L2)를 흐르면서 중공튜브(100) 및 전달부(320)를 빠르게 냉각시키게 되며, 접촉부(310)의 외면과 내면 사이에는 점차 큰 온도차가 형성된다.

이에 따라 접촉부(310)에 설치된 열전소자(311)는 열전류를 생성하게 되고, 팬(200)은 별도의 전원을 끊더라도 열전소자(311)로부터 공급되는 열전류에 의해 작동하게 된다.

앞에서, 본 발명의 특정한 실시예가 설명되고 도시되었지만 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 일이다. 따라서, 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 기술적 사상이나 관점으로부터 개별적으로 이해되어서는 안되며, 변형된 실시예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

10 : 헤드램프
100 : 중공튜브 400 : 바디
101 : 제1 개구 410 : 프레임
102 : 제2 개구 410 : 격판
L1 : 유입유로 421,422 : 구멍
200 : 팬 423 : 배출홀
210 : 하우징 430 : 삽입부
211 : 장착부 500 : 엘이디모듈
212 : 설치부 510 : 기판
300 : 방열부재 520 : 엘이디
310 : 접촉부 600 : 차량장착부재
311 : 열전소자 610 : 관통홀
320 : 전달부 620 : 배기홀
L2 : 순환유로 630 : 돌출부

Claims

제1 개구와 제2 개구를 형성하는 중공튜브;
상기 제1 개구로 공기를 유입시키는 팬;
상기 제2 개구 쪽으로부터 상기 중공튜브를 둘러싸고, 상기 중공튜브와의 사이에 상기 제2 개구에서 나온 공기가 흐르는 유로를 형성하는 복수의 방열부재;
상기 방열부재의 바깥면과 각각 접촉하는 기판에 엘이디가 실장된 복수의 엘이디모듈; 및
상기 팬과 상기 방열부재 사이에 구비되고, 상기 유로를 지난 공기가 배출되는 배기홀이 형성된 차량장착부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차 헤드램프.
제1항에 있어서,
상기 방열부재는,
상기 기판과 접촉면을 형성하는 접촉부; 및
상기 접촉부로부터 각각 연장되어 상기 중공튜브와 접촉면을 형성하고, 서로 사이에 상기 유로를 형성하는 복수의 전달부를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차 헤드램프.
제2항에 있어서,
상기 접촉부는 열전소자를 포함하고, 상기 열전소자에서 생성된 열전류는 상기 팬으로 공급되는 것을 특징으로 하는 자동차 헤드램프.