KR20200083739A - A motor driving system of 3-phase variable winding with themal energy harvesting function and integrated with a switch block of electromagnetic selection - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 전기차 주행 시 차량에 장착되어 전압변환 및 모터 구동을 수행하는 전력 변환 컨버터 및 인버터에 대하여, 전력 스위칭부와 열전소자로 결합된 열 발전부 및 방열부로 구성하여, 동작 시 스위칭 모듈에서 발생되는 열을 전기발전 모듈에서 전기에너지로 변환시키는, 전자기 변속 스위치 블록 일체형 열발전 탑재 3상 권선 가변구조의 모터 구동 시스템에 관한 것이다.The present invention consists of a thermal power generation unit and a heat dissipation unit combined with a power switching unit and a thermoelectric element for a power conversion converter and inverter mounted on a vehicle when driving an electric vehicle to perform voltage conversion and motor driving, and generated in a switching module during operation It relates to a motor drive system of a three-phase winding variable structure equipped with an electromagnetic transmission switch block integrated thermal power generation, which converts the heat generated from the electrical power generation module into electrical energy.
전 세계적으로 대기 오염에 의한 온난화가 급속히 진행됨에 따라, 온난화를 개선하고자 다양한 대응 방안들이 만들어지고 있다. 특히, 종래 화석 연료에 의해 운행되는 자동차에 대해서도 대기 오염을 일으키는 이산화탄소 발생을 억제하고자 하는 대응 방안들이 규제화 되어지고 있다. 이러한 대응 방안들 중 하나로서, 차량의 전력구동 시스템의 효율을 높이거나 버려지는 에너지를 다시 사용하는 것이 제시되고 있다.As global warming due to air pollution rapidly progresses, various countermeasures are being made to improve the warming. In particular, countermeasures to suppress the generation of carbon dioxide, which causes air pollution, have been regulated even for vehicles operated by fossil fuels. As one of these countermeasures, it has been proposed to increase the efficiency of the vehicle's power driving system or reuse the wasted energy.
일반적으로, 전기차는 배터리로부터의 공급되는 전력만으로 주행이 가능하다. 대부분의 전기차는 컨버터 및 인버터에 의해 차량이 구동되는 방식으로 구성되는데, 컨버터 및 인버터는 배터리로부터 공급되는 전원을 사용한다[특허문헌 1]. 또한, 엔진과 결합된 하이브리드 형태 구조에 의해서도 전기차로도 작동 가능하나, 이때도 컨버터 및 인버터가 결합되어 차량을 구동한다.In general, an electric vehicle can be driven only with power supplied from a battery. Most electric vehicles are configured in such a way that the vehicle is driven by a converter and an inverter, and the converter and the inverter use power supplied from a battery [Patent Document 1]. In addition, it is also possible to operate an electric vehicle by a hybrid type structure combined with an engine, but a converter and an inverter are also combined to drive the vehicle.
한편, 이러한 전기차에 탑재된 전력 변환 컨버터 및 모터 구동 인버터는 구동 시 인버터 및 컨버터 내부에 탑재된 스위칭 소자에서 집중적으로 열이 발생한다. 이와 같이 발생된 열을 제거하여 위하여, 모터구동 방식의 펌프를 적용하여 수냉방식으로 방열을 하거나 공냉 방식을 이용하여 방열을 수행한다[특허문헌 2].On the other hand, the power conversion converter and the motor-driven inverter mounted in the electric vehicle generate heat intensively in the inverter and the switching element mounted inside the converter when driving. In order to remove the heat generated in this way, a motor-driven pump is applied to perform heat dissipation using a water cooling method or heat dissipation using an air cooling method [Patent Document 2].
그런데 이와 같은 방열을 수행하면서 다시 전력을 소비한다. 이와 같은 방열 수행 시 발생되는 열을 방열시키는 구조는 알루미늄 방열판 등을 이용한 단일소재의 단순 구조로 이루어져 있다. 따라서 모든 주행 조건에서 전원을 사용하면서 방열을 수행하는 구조이므로, 열원을 효율적으로 사용하는 할 수 없다. 즉, 전기차의 구동 시스템에서 발생되는 열들은 모두 버려지게 된다.However, power is consumed again while performing the heat dissipation. The structure for dissipating heat generated when performing the heat dissipation consists of a simple structure of a single material using an aluminum heat sink or the like. Therefore, it is a structure that performs heat dissipation while using a power source in all driving conditions, so it is not possible to efficiently use a heat source. That is, all heat generated in the driving system of the electric vehicle is wasted.
따라서 이러한 문제를 해결하기 위하여, 전기차 운행중 실시간으로 전기차 컨버터 및 인버터 스위칭 소자에서 발생되는 열을 이용하기 위한 시스템을 설계하는 기술이 필요하다. 즉, 전기차의 운행과정에서 발생되는 컨버터 및 인버터 내부의 열을 전기차의 주 에너지원인 전기로 변경시켜주는 기술이 필요하다.Therefore, in order to solve this problem, there is a need for a technique for designing a system for using heat generated from an electric vehicle converter and an inverter switching element in real time while the electric vehicle is running. That is, there is a need for a technology that converts the heat generated in the operation process of the electric vehicle into the converter, which is the main energy source of the electric vehicle.
본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 스위칭 소자에서 발생된 열을 전기 에너지로 변환하기 위하여, 컨버터 및 인버터 내부에, 전력변환 및 모터 구동을 위해 전력변환 스위칭을 수행하는 스위칭 모듈부, 열을 전기로 변환하는 소자들로 구성된 열전 발전부, 및, 발생되는 열을 냉각시켜주는 방열부로 구성되는, 전자기 변속 스위치 블록 일체형 열발전 탑재 3상 권선 가변구조의 모터 구동 시스템을 제공하는 것이다. 특히, 가변구조의 적용가능한 전기차 모터 시스템을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to solve the problems as described above, in order to convert the heat generated in the switching element into electrical energy, switching in the converter and the inverter, power conversion switching for power conversion and motor driving Provided is a motor drive system of a three-phase winding variable structure equipped with an electromagnetic transmission switch block-integrated thermal power generation, consisting of a module unit, a thermoelectric power generation unit composed of elements that convert heat to electricity, and a heat dissipation unit for cooling generated heat. Is to do. In particular, it is to provide an applicable electric vehicle motor system having a variable structure.
즉, 본 발명의 목적은 전기적 다단 변속 구조의 전기차 운행 중, 실시간으로 전기차 컨버터 및 인버터 스위칭 소자에서 발생되는 열을 이용하기 위해, 컨버터 및 인버터 내부의 열을 전기차의 주 에너지원인 전기로 변경시켜주는, 전자기 변속 스위치 블록 일체형 열발전 탑재 3상 권선 가변구조의 모터 구동 시스템을 제공하는 것이다.That is, an object of the present invention is to change the heat inside the converter and the inverter to electricity, which is the main energy source of the electric vehicle, in order to use the heat generated by the electric vehicle converter and the inverter switching element in real time during the operation of the electric vehicle of the electric multi-stage transmission structure. , It is to provide a motor drive system of a three-phase winding variable structure equipped with an electromagnetic transmission switch block integrated thermal power generation.
특히, 본 발명의 목적은 컨버터 및 인버터 내부에 전력변환 및 모터 구동을 위해 전력변환 스위칭을 수행하는 스위칭 모듈부, 열을 전기로 바꾸어주는 소자들이 모여있는 열전 발전부, 발생되는 열을 방열시켜 주면서 발전부 양단에 온도 편차를 발생시켜 줄 수 있는 방열부로 구성되는, 전자기 변속 스위치 블록 일체형 열발전 탑재 3상 권선 가변구조의 모터 구동 시스템을 제공하는 것이다.In particular, the object of the present invention is a switching module unit for performing power conversion switching for power conversion and motor driving inside a converter and an inverter, a thermoelectric power generation unit in which elements that convert heat to electricity are gathered, while radiating generated heat. It is to provide a motor drive system of a three-phase winding variable structure with an electromagnetic transmission switch block integrated thermal power generation, which is composed of a heat dissipation unit capable of generating temperature deviations at both ends of the power generation unit.
또한, 본 발명의 목적은 열전 발전부와 스위칭 모듈부를 연결시켜주는 전원 연결부의 소재 및 전류 연결 패턴, 열전 발전부와 방열부의 소재 및 전원 연결 패턴으로 구성되는, 전자기 변속 스위치 블록 일체형 열발전 탑재 3상 권선 가변구조의 모터 구동 시스템을 제공하는 것이다.In addition, the object of the present invention is composed of a material and a current connection pattern of a power connection portion connecting a thermoelectric power generation unit and a switching module, a material of a thermoelectric power generation unit and a heat radiation unit, and a power connection pattern, mounted with an electromagnetic transmission switch block integrated thermoelectric power generation 3 It is to provide a motor drive system having a variable phase winding structure.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 전자기 변속 스위치 블록 일체형 열발전 탑재 3상 권선 가변구조의 모터 구동 시스템에 관한 것으로서, DC 전원을 공급하는 배터리; 전기차의 주행 바퀴를 구동하는 모터; 상기 모터의 권선에 설치되어 권선 연결을 변환하는 다수의 스위치로 구성되는 스위치 블록; 및, 스위칭 소자로 구성된 스위칭 회로를 구비하고, 상기 배터리로부터 DC 전원이 공급되면 스위칭 소자의 온/오프(On/Off) 동작에 의해 3상의 출력 전압을 상기 모터의 권선으로 전달하는 인버터를 포함하고, 상기 인버터는, 세라믹 기판(또는 메탈 PCB) 및, 상기 세라믹 기판(또는 메탈 PCB) 상에 형성되는 다수의 스위칭 소자를 포함하는 스위칭 소자 다이 모듈; 상기 스위칭 소자 다이 모듈의 상측과 하측에 모두에 부착되는 방열판; 상기 방열판과 연결되는 히트싱크(또는 수냉 히트싱크); 및, 상기 방열판 및 상기 히트싱크 사이에 형성되는 열전발전 모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention relates to a motor drive system having a variable-speed three-wire winding structure equipped with an electromagnetic transmission switch block integrated thermal power generation, a battery for supplying DC power; A motor that drives the driving wheels of the electric vehicle; A switch block installed on the winding of the motor and composed of a plurality of switches for converting the winding connection; And an inverter that includes a switching circuit composed of a switching element, and when DC power is supplied from the battery, outputs a three-phase output voltage to the winding of the motor by an on/off operation of the switching element. , The inverter includes: a switching element die module including a ceramic substrate (or metal PCB) and a plurality of switching elements formed on the ceramic substrate (or metal PCB); A heat sink attached to both the upper side and the lower side of the switching element die module; A heat sink (or water-cooled heat sink) connected to the heat sink; And a thermoelectric power module formed between the heat sink and the heat sink.
또한, 본 발명은 전자기 변속 스위치 블록 일체형 열발전 탑재 3상 권선 가변구조의 모터 구동 시스템으로서, 상기 스위칭 소자는 베어 다이 소자로 형성되고, 상기 세라믹 기판 또는 메탈 기판과 솔더링으로 부착되는 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention is a motor drive system of a three-phase winding variable structure equipped with an electromagnetic transmission switch block integrated thermal power generation, wherein the switching element is formed of a bare die element and is attached by soldering with the ceramic substrate or metal substrate. .
또한, 본 발명은 전자기 변속 스위치 블록 일체형 열발전 탑재 3상 권선 가변구조의 모터 구동 시스템으로서, 상기 인버터는 상기 방열판과 상기 히트싱크를 연결하여 열전발전을 일으키는 열 전달 연결체를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention is a motor drive system of a three-phase winding variable structure equipped with an electromagnetic transmission switch block-integrated thermal power generation, wherein the inverter further comprises a heat transfer connector for generating thermoelectric power by connecting the heat sink and the heat sink. Is done.
또한, 본 발명은 전자기 변속 스위치 블록 일체형 열발전 탑재 3상 권선 가변구조의 모터 구동 시스템으로서, 상기 스위칭 소자의 베어다이 소자의 하면에는 솔더용 본딩부가 형성되어 크림솔더를 통해 하부의 세라믹 기판(또는 메탈 PCB)의 솔더패드(이하 하부 솔더패드)로 연결되고, 상기 베어다이 소자가 하부 솔더패드에 고정된 후 상기 베어다이 소자의 상면에 형성된 와이어용 본딩부에 와이어를 본딩하고, 와이어가 본딩된 후 상기 베어다이 소자의 상면에 형성된 솔더용 본딩부에 상부의 세라믹 기판 또는 메탈 기판의 메탈 PCB 솔더패드(이하 상부 솔더패드)로 솔더링을 통해 연결되는 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention is a motor drive system of a three-phase winding variable structure equipped with an electromagnetic power switch block integrated thermal power generation, a bonding portion for solder is formed on the lower surface of the bare die element of the switching element, and a lower ceramic substrate (or Metal PCB) is connected to a solder pad (hereinafter, a lower solder pad), and after the bare die element is fixed to the lower solder pad, the wire is bonded to the bonding portion for the wire formed on the upper surface of the bare die element, and the wire is bonded. After that, it is characterized in that the bonding portion for solder formed on the upper surface of the bare die device is connected through soldering with a metal PCB solder pad (hereinafter, an upper solder pad) of an upper ceramic substrate or a metal substrate.
또한, 본 발명은 전자기 변속 스위치 블록 일체형 열발전 탑재 3상 권선 가변구조의 모터 구동 시스템으로서, 상기 스위칭 소자의 베어다이 소자의 하면에는 솔더용 본딩부가 형성되어 크림솔더를 통해 하부의 세라믹 기판 또는 메탈 기판의 메탈 PCB 솔더패드(이하 하부 솔더패드)로 연결되고, 상기 베어다이 소자가 하부 솔더패드에 고정된 후 상기 베어다이 소자의 상면에 형성된 와이어용 본딩부에 와이어를 본딩하고, 와이어가 본딩된 후 상기 베어다이 소자의 상면에 형성된 솔더용 본딩부에 솔더링을 통해 클립타입 솔더패드를 부착되, 상기 클립타입 솔더패드의 위측에 상부의 세라믹 기판 또는 메탈 기판의 메탈 PCB 솔더패드(이하 상부 솔더패드)로 솔더링을 통해 연결되는 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention is a motor drive system of a three-phase winding variable structure equipped with an electromagnetic transmission switch block integrated thermal power generation, a bonding portion for solder is formed on the lower surface of the bare die element of the switching element, and a ceramic substrate or metal underneath through a cream solder. It is connected to a metal PCB solder pad (hereinafter, a lower solder pad) of the substrate, and after the bare die element is fixed to the lower solder pad, the wire is bonded to the bonding portion for the wire formed on the upper surface of the bare die element, and the wire is bonded. After that, a clip type solder pad is attached to the bonding portion for solder formed on the upper surface of the bare die device, and a metal PCB solder pad of an upper ceramic substrate or a metal substrate (hereinafter, an upper solder pad) is attached to the upper side of the clip type solder pad. It is characterized by being connected through soldering.
또한, 본 발명은 전자기 변속 스위치 블록 일체형 열발전 탑재 3상 권선 가변구조의 모터 구동 시스템으로서, 상기 스위치 블록은 상기 모터의 3상 권선 각각에 스위치를 구비하고, 모터의 각 상에 대하여 독립적으로 해당 스위치를 온/오프하여 제어하되, 상기 스위치 블록은, 상기 모터의 3상 각각에 대하여, 각 상에서 2개의 권선을 병렬로 연결하고 각 상의 제1 권선의 후단에 각 상의 제1 스위치를 구비하고, 각 상에서 제2 권선의 전단에 각 상의 제3 스위치를 구비하고, 각 상의 제1 권선의 후단과 각 상의 제1 스위치 전단 사이 부분과, 각 상의 제3 권선의 전단과 각 상의 제3 스위치의 후단 사이 부분을 연결하는 선 상에 각 상의 제2 스위치를 구비하는 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention is a motor drive system of a three-phase winding variable structure equipped with an electromagnetic transmission switch block integrated thermal power generation, wherein the switch block includes a switch on each of the three-phase windings of the motor, and independently corresponds to each phase of the motor. The switch block is controlled by turning on/off, wherein the switch block, for each of the three phases of the motor, connects two windings in each phase in parallel and has a first switch in each phase at the rear end of the first winding in each phase, A third switch of each phase is provided at the front end of the second winding of each phase, a portion between the rear end of the first winding of each phase and the first switch front of each phase, the front end of the third winding of each phase and the rear end of the third switch of each phase It is characterized by having a second switch on each phase on the line connecting the inter-portion.
또한, 본 발명은 전자기 변속 스위치 블록 일체형 열발전 탑재 3상 권선 가변구조의 모터 구동 시스템에 관한 것으로서, 배터리부터 DC/DC 컨버터를 통하여 전력 공급을 받거나 또는 배터리에서 직접 연결되어 차량을 구동하는 권선 가변 구조 모터, 구동하는 출력을 발생시키는 모터 구동 열발전 탑재 인버터, 상기 구동 인버터와 모터 사이에 삽입되어 모터의 권선 구조를 변경시켜주는 가변 열발전 탑재 스위치 블록을 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention relates to a motor driving system having a variable structure of a three-phase winding mounted with thermal power generation integrated with an electromagnetic shift switch block, which receives power from a battery through a DC/DC converter, or is connected directly from a battery to change a winding that drives a vehicle. It is characterized by including a structure motor, a motor-driven thermoelectric-mounted inverter that generates a driving output, and a variable heat-generating switch block inserted between the drive inverter and the motor to change the winding structure of the motor.
또한, 본 발명은 전자기 변속 스위치 블록 일체형 열발전 탑재 3상 권선 가변구조의 모터 구동 시스템으로서, 권선 가변 구조 모터, 모터 권선 전환을 위한 열발전 탑재 스위치 모듈, 및 열발전 탑재 인버터의 연결 구조를 구성하되, 모터와 연결되는 스위치 블록의 스위치와 모터 권선의 구조가 모터 3상의 각 상에 대하여 독립적으로 제어하고, 3상 모터의 하나의 상 스위칭 작용이 스위칭이 발생되지 않는 다른 상에 대하여 전류의 영향을 최소화 시킬 수 있는 스위칭 연결 구조를 구성하는 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention is a motor drive system of a three-phase winding variable structure equipped with an electromagnetic transmission switch block integrated thermal power generation, comprising a variable structure winding motor, a switch module for thermal power generation for switching the motor winding, and a connection structure for a thermal power generation inverter. However, the structure of the switch and the motor winding of the switch block connected to the motor independently controls each phase of the three phases of the motor, and one phase switching action of the three phase motor influences the current on the other phase where switching does not occur. It is characterized by configuring a switching connection structure that can minimize the.
또한, 본 발명은 전자기 변속 스위치 블록 일체형 열발전 탑재 3상 권선 가변구조의 모터 구동 시스템으로서, 전기차를 다단계로 구동하는 다단계의 가변 구조를 안정화 되게 스위칭하기 위하여, 전력을 공급하는 적어도 하나의 배터리로 구성된 배터리 팩; 전기차의 배터리로부터 공급되는 전력으로 상기 전기차의 구동용 모터를 구동하는 출력을 발생시키는 모터 구동 인버터; 상기 모터의 권선구조 변경을 수행하기 위한 스위치 블록; 및, 상기 스위치 블록에 의해 권선 전환이 되는 가변 구조의 3상 모터를 포함하고, 상기 인버터 및 배터리는 순환구조의 수냉 연결 구조를 갖는 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention is a motor drive system of a three-phase winding variable structure equipped with an electromagnetic transmission switch block integrated thermal power generation, in order to stably switch the multi-stage variable structure for driving an electric vehicle in multiple stages, with at least one battery that supplies power. A configured battery pack; A motor drive inverter generating an output driving the motor for driving the electric vehicle with electric power supplied from a battery of the electric vehicle; A switch block for changing the winding structure of the motor; And a three-phase motor having a variable structure in which windings are switched by the switch block, and the inverter and the battery have a water-cooled connection structure of a circulation structure.
또한, 본 발명은 전자기 변속 스위치 블록 일체형 열발전 탑재 3상 권선 가변구조의 모터 구동 시스템에 관한 것으로서, DC 전원을 공급하는 배터리; 전기차의 주행 바퀴를 구동하는 모터; 상기 모터의 권선에 설치되어 권선 연결을 변환하는 다수의 스위치 및 열전소자 결합으로 구성되는 스위치 블록; 및, 스위칭 소자로 구성된 스위칭 회로를 구비하고, 상기 배터리로부터 DC 전원이 공급되면 스위칭 소자의 온/오프(On/Off) 동작에 의해 3상의 출력 전압을 상기 모터의 권선으로 전달하는 열전발전 탑재 인버터; 및, 모터의 전류를 감지하여 상기 스위치 블록의 스위치들을 선택적으로 온/오프 시키는 모터 권선전환 스위치 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention relates to a motor drive system having a variable-speed three-wire winding structure equipped with an electromagnetic transmission switch block integrated thermal power generation, a battery for supplying DC power; A motor that drives the driving wheels of the electric vehicle; A switch block installed on the winding of the motor and composed of a plurality of switches and thermoelectric element combinations for converting the winding connection; And a switching circuit composed of a switching element. When a DC power is supplied from the battery, a thermoelectric power generation inverter that transmits a three-phase output voltage to a winding of the motor by an on/off operation of the switching element. ; And, it characterized in that it comprises a motor winding switching switch control section for sensing the current of the motor to selectively turn on / off the switches of the switch block.
또한, 본 발명은 전자기 변속 스위치 블록 일체형 열발전 탑재 3상 권선 가변구조의 모터 구동 시스템으로서, 상기 모터는 상기 스위치 블록의 각 스위치를 상기 모터 내의 권선에 일체화 하여 구성하고, 상기 인버터와는 분리하고, 상기 인버터의 3상 출력과, 모터의 3상 입력을 연결하여 결합하는 연결구조를 형성하는 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention is a motor drive system of a three-phase winding variable structure equipped with an electromagnetic transmission switch block integrated thermal power generation, wherein the motor is configured by integrating each switch of the switch block into a winding in the motor, and separating it from the inverter. , It forms a connection structure for connecting the three-phase output of the inverter and the three-phase input of the motor to combine.
또한, 본 발명은 전자기 변속 스위치 블록 일체형 열발전 탑재 3상 권선 가변구조의 모터 구동 시스템으로서, 상기 스위치 블록은 상기 모터의 3상 권선 각각에 스위치를 구비하고, 모터의 각 상에 대하여 독립적으로 해당 스위치를 온/오프하여 제어하는 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention is a motor drive system of a three-phase winding variable structure equipped with an electromagnetic transmission switch block integrated thermal power generation, wherein the switch block includes a switch on each of the three-phase windings of the motor, and independently corresponds to each phase of the motor It is characterized by controlling the switch on/off.
또한, 본 발명은 전자기 변속 스위치 블록 일체형 열발전 탑재 3상 권선 가변구조의 모터 구동 시스템으로서, 상기 스위칭 블록의 스위치는 3상의 인버터에 각각 권선 구조를 변경해 주는 싸이리스터(THYRISTOR) 소자 기반 모듈 또는 트랜지스터들(FET, BJT)의 가변 스위칭 모듈과 열전발전부를 결합시키는 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention is a three-phase winding variable-structure motor drive system equipped with an electromagnetic transmission switch block integrated thermal power generation, wherein the switch of the switching block is a thyristor element-based module or transistor that changes the winding structure to a three-phase inverter, respectively. It is characterized by combining a variable switching module of the field (FET, BJT) and a thermoelectric generator.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 전자기 변속 스위치 블록 일체형 열발전 탑재 3상 권선 가변구조의 모터 구동 시스템에 의하면, 열전발전 탑재 스위칭 특성의 다단 가변 구조의 모터 구동 시스템을 도입함으로써, 종래기술에 따른 전기차의 권선 고정형 모터의 조건에서 차량 주행 조건에 따라 최적 구동효율을 얻을 수 없는 문제점을 개선하고 열로 버려지는 에너지를 재활용할 수 있는 효과가 얻어진다.As described above, according to the motor drive system of a three-phase winding variable structure equipped with an electromagnetic transmission switch block integrated thermal power generation according to the present invention, by introducing a multi-stage variable structure motor driving system having a switching characteristic equipped with thermoelectric power, according to the prior art, In the condition of the fixed motor of the winding of the electric vehicle, the problem that the optimum driving efficiency cannot be obtained according to the driving condition of the vehicle can be improved, and the effect of recycling energy that is wasted as heat is obtained.
또한, 본 발명은 기존 모터에서와 같이 통합된 구조의 모터 구동 출력이 3개의 구동 전원선 만을 가져 이전 인버터 시스템과 같은 구동 전원선을 갖는다. 또한 내부에 존재하는 스위치 블록의 스위치들은 인버터에서 전달되는 각 스위치의 온(ON)/오프(OFF) 신호를 입력 받아 절연형 방식으로 각 스위치를 제어한다.In addition, the present invention has the same drive power line as the previous inverter system because the motor drive output of the integrated structure has only three drive power lines as in the conventional motor. In addition, the switches of the switch blocks existing therein receive on/off signals of each switch transmitted from the inverter to control each switch in an isolated manner.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전기차의 모터 구동 시스템의 구성을 나타내는 블록도.
도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 모터 구동 시스템의 자가 열발전 탑재 인버터, 자가 열발전 탑재 스위치 블록, 및 가변구조 모터의 전기적 외부 연결에 대한 구성도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 자가 열발전 결합 IGBT 또는 TR로 구성된 모터 구동 인버터 스위칭 회로의 구조도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 가변 구조 모터, 및 전동 구동 인버터, 그리고 모터와 인버터의 연결을 수행하는 높은 수량 (3개 이상)의 스위치들을 갖는 스위치블록의 전기적 결선 회로 구성도.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 스위칭 블록의 내부 연결 구성(내부 스위치(SW)에 대한 회로도로서, (a) 2,5,8번 ON, 그 외 OFF)에 따른 전류 흐름 구성도와, (b) 스위칭 블록의 내부 연결 구성(내부 스위치(SW) 중 2,5,8번 OFF, 그 외 ON)에 따른 전류 흐름 구성도.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 인버터의 스위칭 소자 다이 모듈(110)의 구성을 나타낸 예시도.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 인버터 또는 스위칭 소자 다이 모듈에 탑재된 방열발전 모듈에 대한 사시도.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 인버터 또는 스위칭 소자 다이 모듈에 탑재된 방열발전 모듈에 대한 단면도.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 스위칭 소자 다이 모듈 및 방열발전 모듈에 대한 구성도.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 스위칭 다이 베어 소자에 대한 (a) 평면도 및 (b) 배면도.
도 11은 본 발명의 제1 실시예에 따른 스위칭 소자 다이 모듈 및 방열발전 모듈의 결합 구조도.
도 12는 본 발명의 제2 실시예에 따른 스위칭 소자 다이 모듈 및 방열발전 모듈의 결합 구조도.1 is a block diagram showing the configuration of a motor drive system of an electric vehicle according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a configuration diagram for the electrical external connection of the self-heated power generation inverter, the self-heated power generation switch block, and the variable structure motor of the motor drive system according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a structural diagram of a motor-driven inverter switching circuit composed of a self-heating combined IGBT or TR according to an embodiment of the present invention.
4 is a block diagram of an electrical connection circuit of a switch block having a variable structure motor according to an embodiment of the present invention, and an electric drive inverter, and a high number of switches (three or more) for performing a connection between a motor and an inverter.
5 is a circuit diagram for the internal connection configuration of the switching block according to an embodiment of the present invention (a circuit diagram for the internal switch SW, (a) 2,5,8 ON, other OFF), (b) Diagram of current flow according to the internal connection configuration (2,5,8 of the internal switches (SW) OFF, other ON) of the switching block.
Figure 6 is an exemplary view showing the configuration of the switching
7 is a perspective view of a heat dissipation power module mounted on an inverter or switching element die module according to an embodiment of the present invention.
8 is a cross-sectional view of a heat dissipation power module mounted on an inverter or switching element die module according to an embodiment of the present invention.
9 is a block diagram of a switching element die module and a heat dissipation power module according to an embodiment of the present invention.
10 is a (a) plan view and (b) a rear view of a switching die bare device according to an embodiment of the present invention.
11 is a combined structure diagram of a switching element die module and a heat dissipation power module according to the first embodiment of the present invention.
12 is a combined structure diagram of a switching element die module and a heat dissipation power module according to a second embodiment of the present invention.
이하, 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 도면에 따라서 설명한다.Hereinafter, specific contents for carrying out the present invention will be described in accordance with the drawings.
또한, 본 발명을 설명하는데 있어서 동일 부분은 동일 부호를 붙이고, 그 반복 설명은 생략한다.In describing the present invention, the same parts are denoted by the same reference numerals, and repeated explanation is omitted.
먼저, 본 발명의 일실시예에 따른 전자기 변속 스위치 블록 일체형 열발전 탑재 3상 권선 가변구조의 모터 구동 시스템의 구성을 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한다. 상기 모터 구동 시스템에는 다단계 가변 구조가 적용된다.First, the configuration of the motor drive system of the three-phase winding variable structure equipped with an electromagnetic power transmission switch block integrated thermal power generation according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2. A multi-stage variable structure is applied to the motor drive system.
도 1에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 전기차의 모터 구동 시스템은 배터리 팩(100), 모터구동 열전발전 내재 인버터(102), 열전발전 내재 스위치 블록(104), 구동용 모터(또는 전동기)(106)로 구성된다. 또한, 추가적으로 차량 상위제어기 시스템(미도시)을 더 포함하여 구성될 수 있다.1, the motor drive system of the electric vehicle according to the present invention includes a
구동용 모터 또는 전기차 구동 모터(106)는 차량의 주행 바퀴를 구동하는 모터로서, 직접 전기차를 운행할 수 있는 회전 동력을 발생시킨다. 모터구동 열전발전 내재 인버터 또는 모터제어 인버터(102)는 배터리 팩(100)으로부터 공급되는 전력으로 주행 용 모터(106)를 구동하는 출력을 발생시킨다.The driving motor or the electric
특히, 도 2에서 보는 바와 같이, 배터리(100)로부터 전원라인(101)을 통해, 배터리의 전원이 열전발전 내재 인버터(102)에 입력된다. 입력된 전원(또는 직류전원)은 열전발전 내재 인버터(102)에서 고속의 스위칭을 구동한다. 그리고 인버터(102)에서 스위칭 작용에 의해 변환된 AC 전원이 전원라인(103)을 거쳐서 열전발전 내재 스위치 블록(104)에 공급된다.In particular, as shown in FIG. 2, the power of the battery is input from the
열전발전 내재 스위치 블록(104)에서는 모터(106)의 내부 권선과 상호 연결되어 있는 스위치들로 구성된다. 한편, 도 1과 같이, 인버터(102) 내에는 모터 권선전환 스위치 제어부(81)가 구성된다. 이때, 인버터(102) 내의 모터 권선전환 스위치 제어부(81)에서, 모터 권선 스위치 제어선(82)를 통하여, 스위치 블록(104)의 각 스위치별 신호가 전송된다. 전송된 신호(또는 스위치별 신호)는 절연방식의 신호 전달을 통해 스위치 블록(104)의 각 스위치들을 온/오프 시켜 모터의 전체 권선 연결 구조를 변경한다.In the thermoelectric
한편, 모터(106)는 스위치 블록(104)과 일체화 하여 형성한다. 즉, 스위치 블록(104)의 각 스위치를 모터(106) 내의 권선에 일체화 하여 구성한다. 또한 모터(106)는 인버터(102)와는 분리하여 구성한다. 즉, 인버터(102)의 3상 출력과, 모터(106)의 3상 입력을 연결하여 결합하는 연결구조를 형성시킨다. 즉, 인버터(102)와, 스위치 블록(104)과 일체화한 모터(106)는 서로 분리하여 구성하되, 연결구조를 통해 3상 출력과 입력만을 연결시킬 수 있도록 구성한다.Meanwhile, the
다음으로, 본 발명의 일실시예에 따른 인버터 회로에 대한 구성을 도 3을 참조하여 구체적으로 설명한다.Next, the configuration of the inverter circuit according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 3.
도 3에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 인버터(102)의 스위칭 회로는 6개의 스위칭 소자(111)로 구성된다. 바람직하게는, 스위칭 소자는 IGBT(Insulated gate bipolar transistor) 또는 트랜지스터(TR) 소자이다. DC 전원 입력 단자 또는 전원 라인(101)으로부터 DC 전원이 공급되면 6개의 스위칭 소자의 온/오프(On/Off)동작에 의해 출력단자 또는 전원 라인(103)으로 출력 전압이 전달된다. 3, the switching circuit of the
다음으로, 본 발명의 일실시예에 따른 3상 모터와 인버터, 그리고 스위치 블록의 연결 구성을 도 4를 참조하여 설명한다.Next, a connection configuration of a three-phase motor, an inverter, and a switch block according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 4.
도 4에서 보는 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 모터 구동 시스템의 연결 구성은 스위치 블록을 일체로 구성한 가변 구조의 모터와, 인버터의 구성을 나타내고 있다. 즉, 가변 구조 모터제어를 위한 스위치 블록을 갖는 구동 시스템의 인버터, 모터, 스위치블록의 모듈 연결 구조를 보여준다.As shown in Figure 4, the connection configuration of the motor drive system according to an embodiment of the present invention shows the configuration of a motor and an inverter of a variable structure that integrally configures a switch block. That is, the module connection structure of an inverter, a motor, and a switch block of a drive system having a switch block for controlling a variable structure motor is shown.
도 4와 같이, 인버터의 DC 전압 입력 단자는 배터리와 연결되며, 인버터의 출력단자와 스위칭 블록이 연결된다. 도 4에서는 9개 스위치를 갖는 블록의 적용 예로써 설명된다. 그러나 가변되는 단계의 개수에 따라 스위치 개수는 감소 또는 증가 등 변경될 수 있다.4, the DC voltage input terminal of the inverter is connected to the battery, and the output terminal and the switching block of the inverter are connected. In FIG. 4, it is described as an example of application of a block having 9 switches. However, the number of switches may be reduced or increased depending on the number of steps to be varied.
스위칭 블록의 스위치는 3상의 인버터에 각각 권선 구조를 변경해 주는 싸이리스터(THYRISTOR) 소자 기반 모듈 또는 트랜지스터들(FET, BJT)의 가변 스위칭 모듈로 사용한다.The switch of the switching block is used as a THYRISTOR element-based module or a variable switching module of transistors (FET, BJT) that changes the winding structure of each of the three-phase inverters.
일실시예로서, 도 4와 같이, 3상 각각에 대하여, 2개의 권선을 병렬로 연결한다. 그리고 각 상(a,b,c)의 제1 권선(La1, Lb1, Lc1)의 후단에 제1 스위치(SW1, SW4, SW7)를 구비하고, 제2 권선(La2, Lb2, Lc2)의 전단에 제3 스위치(SW3, SW6, SW9)를 구비한다. 그리고 제1 권선의 후단과 제1 스위치 전단 사이 부분과, 제3 권선의 전단과 제3 스위치의 후단 사이 부분을 연결하는 선 상에 제2 스위치(SW2,SW5,SW8)를 구비한다.As an embodiment, as shown in FIG. 4, for each of the three phases, two windings are connected in parallel. And the first switch (SW1, SW4, SW7) is provided at the rear end of the first winding (La1, Lb1, Lc1) of each phase (a,b,c), the front end of the second winding (La2, Lb2, Lc2) In the third switch (SW3, SW6, SW9) is provided. The second switches SW2, SW5, and SW8 are provided on a line connecting a portion between the rear end of the first winding and the front end of the first switch and a portion between the front end of the third winding and the rear end of the third switch.
또한, 가변 스위치 모듈은 내부에 인버터와 같이 여러 개 스위치로 구성되어 있다. 6개의 인버터 스위치들에서 출력되는 3개의 출력 선이 스위치 블록과 연결된다. 모터의 출력선들은 모터의 가변 구조 특징에 따라 다양한 개수의 출력선을 만들어 스위칭 연결을 조합하여 3상의 모터 특성을 가질 수 있도록 구성된다.In addition, the variable switch module is composed of several switches like an inverter inside. Three output lines from six inverter switches are connected to the switch block. The output lines of the motor are configured to have a three-phase motor characteristic by combining the switching connections by making various output lines according to the variable structural characteristics of the motor.
이와 같은 3상의 특징을 갖는다. 또한, 제어 시 모터의 권선 구조 가변을 위한 스위칭이 필요할 때, 각 상의 현 전류을 순차적으로 원하는 시점에서 오프(OFF)시키고 순차적으로 온(ON)할 수 있는 변경된 구조로 연결되도록 설계된다.It has such three-phase characteristics. In addition, when switching to change the winding structure of the motor is required during control, it is designed to be connected to a modified structure that can sequentially turn off (OFF) and sequentially turn on (ON) the current current in each phase.
즉, 스위치 블록은 각 상에 대해 직렬과 병렬적 특성을 조합하여 각 상의 독립적 제어를 수행할 수 있도록, 모터 3상에 대하여 각각의 최소 3개 이상의 온/오프 가능 직렬 구조 스위치로 연결된다. 또한, 각 상에 대한 독립적 제어를 위해 병렬로 최소 3개 이상의 연결이 구성되어 3상 모터의 각 상의 스위칭 시 제로(영)전류에 의해 최소화된 스위치 적용을 통해 제품의 원가를 낮출 수 있는 구조이다.That is, the switch block is connected to at least three on/off-capable serial structure switches of each of the three phases of the motor so that independent control of each phase can be performed by combining series and parallel characteristics for each phase. In addition, for independent control of each phase, at least three or more connections are configured in parallel to reduce the cost of the product through the application of a switch minimized by zero (zero) current when switching each phase of the three-phase motor. .
본 발명에서는 스위치 블록의 전체 스위치 개수가 많기 때문에, 모터, 스위치 블록, 인버터의 일체화가 어렵다. 따라서 모터와 스위치 블록을 일체화 시키고 인버터를 분리한다.In the present invention, since the total number of switches in the switch block is large, it is difficult to integrate the motor, the switch block, and the inverter. Therefore, the motor and the switch block are integrated and the inverter is separated.
모터의 열적 부하와 통합 무게를 줄이기 위하여 인버터와 스위치 블록이 일체화로 구성될 수 있으나, 이런 경우 모터 권선 가변 전환을 위한 모터의 연결 컨넥터 및 와이어의 수가 너무 많기 때문에, 인버터와 스위치 블록의 일체화는 전기적 시스템 구조상 비 효율적이다.In order to reduce the thermal load of the motor and the integrated weight, the inverter and the switch block may be integrated, but in this case, the inverter and the switch block are integrated because the number of connecting connectors and wires of the motor for variable switching of the motor winding is too large. Inefficient due to system structure.
따라서 본 발명의 모터 구동 시스템은 스위치 블록을 모터와 일체화 시킨 후 모터와 공용 방열 구조를 선택한다. 이를 통해, 전체 부피의 축소하고 전기적 연결선도 매우 짧게하여 전기적 손실을 최소화 할 수 있다. 즉, 이와 같은 스위치블록 일체형 권선 절환 가변 모터는 분할되어 연결되는 권선들의 연결이 모터 내부에서 이루어져 인버터와의 연결은 기존 모터와 같이 3선의 구동 전원선으로 연결되어 구동 전원라인이 단순화되며, 모터와 방열 구조를 최대화 시켜 구동 시스템의 전체 크기를 축소화 시킬 수 있다.Therefore, the motor drive system of the present invention integrates the switch block with the motor and selects a common heat dissipation structure with the motor. Through this, it is possible to minimize the electrical loss by reducing the overall volume and making the electrical connection line very short. That is, such a switch block-integrated winding switching variable motor is divided and connected to the windings to be connected inside the motor, so the connection with the inverter is connected to the three-line driving power line, and the driving power line is simplified. By maximizing the heat dissipation structure, the overall size of the drive system can be reduced.
즉, 본 발명은 모터 및 스위치 블록을 일체화 시키고 인버터를 독립적으로 구성한다. 즉, 가변 모터 권선은 기본 모터와 같이 모터의 커버 면에 각 권선의 독립적 연결이 가능한 권선연결 커넥터를 형성하고, 이를 스위치 블록의 스위치들과 연결한다. 그리고 이후 다시 스위치 블록의 커버를 모터 커버와 결합시켜 일체화 시킨다. 이를 통해, 모터 내부로부터의 직접적인 열적, 전기적 영향을 최소화 할 수 있다. 또한, 모터 권선 연결 커넥터를 모터의 커버 케이스에 만들지 않고, 가변 모터 권선과 스위치 블록의 스위치들을 직접 연결시킨 후 커버를 두어 일체화 결합 사이즈를 최소화 시킬 수 있다. That is, the present invention integrates the motor and the switch block and configures the inverter independently. That is, the variable motor winding forms a winding connection connector capable of independently connecting each winding on the cover surface of the motor, like a basic motor, and connects it to switches of the switch block. Then, the cover of the switch block is again combined with the motor cover to be integrated. Through this, direct thermal and electrical effects from the inside of the motor can be minimized. In addition, without making the motor winding connection connector on the cover case of the motor, it is possible to minimize the combined coupling size by placing the cover after directly connecting the switches of the variable motor winding and the switch block.
다음으로, 본 발명의 일실시예에 따른 스위치 블록(104)에서 스위치 구조에 의해 권선구조를 변경하는 것을 도 5를 참조하여 설명한다.Next, changing the winding structure by the switch structure in the
도 5는 인버터의 3상 출력을 스위치하는 스위치 블록(104)을 나타낸다. 즉, 도 5는 도 4에서 제시된 구조에 인버터(102)부분과 가변구조 모터(106)가 스위치 블록(104)과 연결된 상태일 때, 각 스위치에 대하여 온/오프를 제어한 예들을 나타낸다.5 shows a
도 5a는 스위치 블록(104)에서 스위치 3개(SW2, SW5 ,SW8)가 온(ON)되고 나머지는 오프(OFF)된 상태를 나타낸다. 3상 모터의 각 상에 대해 2개의 모터 권선이 직렬 연결되어 순차적 각 상단 전류을 순차적으로 오프 및 온으로 진행 가능하다. 즉, 각 상에서 2개의 권선이 직렬로 연결되도록 절환한다.5A shows a state in which three switches SW2, SW5, and SW8 are turned on and the rest are turned off in the
도 5b는 스위치 블록(104)에서 스위치 6개(SW1, SW3, SW4, SW6, SW7, SW9)가 온(ON)되고 나머지는 오프(OFF) 된다. 3상 모터의 각 상에 대해 2개의 모터 권선이 병렬 연결되어 순차적 각 상단 전류를 순차적으로 오프 및 온으로 진행 가능하다. 즉, 각 상에서 2개의 권선이 병렬로 연결되도록 절환한다.5B, in the
도 5에서 제시한 연결 구조를 통해, 모터의 3상 각 상에 대하여 전기적으로 독립적 오프 및 온의 작동은 3상에 대하여 연속적이며 독립적으로 진행할 수 있는 구조를 보여준다.Through the connection structure shown in FIG. 5, the operation of the electric independent off and on for each phase of the three phases of the motor shows a structure capable of continuously and independently proceeding for the three phases.
가변 구조 모터는 저속의 고 토크 영역에서 고효율을 출력하기 위하여 직렬연결을 사용하며, 고속 영역에서 고효율을 내기 위하여 병렬 연결을 사용한다.Variable structure motors use a series connection to output high efficiency in a low-speed high-torque region, and a parallel connection to produce high efficiency in a high-speed region.
다음으로, 본 발명의 일실시예에 따른 인버터의 스위칭 소자 다이 모듈(110)의 구성을 도 6을 참조하여 구체적으로 설명한다.Next, the configuration of the switching
도 6에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 인버터(102)의 스위칭 소자(111)들은 단위 소자인 베어 다이(bare die)로 제작되고, 스위칭 베어 다이 소자(111)는 세라믹 기판(112) 상에 모아 놓고 연결을 시켜 스위칭 소자 다이 모듈(110)을 형성한다. 즉, 스위칭 소자 다이 모듈(110)은 스위칭 베어 다이 소자(111)와 세라믹 기판(112)으로 구성된다.As shown in FIG. 6, the switching
도 3의 6개의 스위칭 소자(111), 또는, 스위칭 베어 다이 소자(411)는 소자의 스위칭 시 열이 발생되어 각각의 열소스가 된다. 즉, 각 스위칭 베어 다이 소자(111)의 스위칭 시 흐르는 전류에 비례하는 열이 각 스위칭 소자에서 발생한다.The six
여기서, 세라믹 기판(112)은 세라믹 기판, 세라믹 PCB 등 외에도, 메탈 기판, 메탈 PCB 등도 적용될 수 있다. 따라서 이하에서 설명의 편의를 위하여 세라믹 기판이라 기재하지만, 메탈 기판도 적용될 수 있다.Here, the
다음으로, 본 발명의 일실시예에 따른 인버터 또는 스위칭 소자 다이 모듈에 탑재된 방열발전 모듈(400)의 구성을 도 7 및 도 8을 참조하여 설명한다.Next, the configuration of the heat dissipation
방열발전 모듈(400)은 방열 기능 및 발전 기능을 가지는 모듈로서, 방열판(410) 및 히트싱크(420) 등 방열 기능 요소들과, 발전 모듈(430) 등 발전 기능 요소들을 포함하는 모듈을 말한다.The heat dissipation
도 7 및 도 8에서 보는 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 방열발전 모듈(400)은 스위칭 베어 다이 소자(111)와 세라믹 기판(112)으로 구성된 스위칭 소자 다이 모듈(110)에 탑재되어 구성된다.7 and 8, the heat dissipation
도 7 및 도 8와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 열전 발전 모듈(400)은 스위칭 베어 다이 소자(111)의 상측 및 하측에 부착된 방열판(410), 방열판(410)의 열을 냉각시키는 히트싱크(420), 방열판(410) 및 히트싱크(420) 사이에 형성된 열전 발전 모듈(430), 및, 방열판(410)과 히트싱크(420)를 연결하는 열전달 연결체(440)으로 구성된다.7 and 8, the
먼저, 방열판(410)은 스위칭 베어 다이 소자(111) 또는 스위칭 소자 다이 모듈(110)의 상측과 하측에 모두 부착되어, 스위칭 베어 다이 소자(111)에서 발생되는 열을 흡수한다.First, the
즉, 방열판(410)은 스위칭 소자 다이 모듈(110)의 하부면에 부착되는 하부 방열판(411) 및 모듈(110)의 상부면에 부착되는 상부 방열판(412)으로 구성된다. 즉, 방열판(410)은 스위칭 소자 다이 모듈(110)의 상하 양측면에 모두 부착된다.That is, the
다음으로, 히트싱크(420)는 열을 방출시키는 통상의 히트싱크 모듈이다.Next, the
바람직하게는, 히트싱크(420)는 모터구동 방식의 펌프를 적용하는 수냉 방식으로 구성된다. 즉, 히트싱크(420)는 냉매가 지나가는 수냉 히트싱크로 구성된다. 그러나 히트싱크(420)는 공냉 방식의 히트싱크도 적용될 수 있다Preferably, the
바람직하게는, 히트싱크(420)도 세라믹 기판 상에 형성될 수 있다..Preferably, the
다음으로, 열전달 연결체(440)은 방열판(410)과 히트싱크(420)를 사이를 연결하고, 열전달 물질로 구성되어 방열판(410)에서 발생된 열을 히트싱크(420)로 전달한다. 특히, 열전달 연결체(440)은 방열판(410)과 히트싱크(420) 사이를 수직으로 연결되도록 형성된다. 즉, 열전달 연결체(440)은 방열판(410)과 히트싱크(420)를 연결하여 열전발전을 일으키는 연결체이다.Next, the
즉, 스위칭 다이 소자(111)가 형성된 스위칭 소자 다이 모듈(110)은 열이 발생되는 고온부를 형성하고, 히트싱크(420)는 온도가 낮은 저온부를 형성한다. 따라서 스위칭 소자(111)의 고온부의 열은 열전달 연결체(440)을 통해 히트싱크(420)의 저온부로 전달된다.That is, the switching
한편, 열전달 연결체(440)은 방열판(410)과 연결되되, 상측 방열판(411)과 하측 방열판(412)에 모두 연결된다. 따라서 열전달 연결체(440)은 상측 방열판(411)과 하측 방열판(412)에서 발생되는 열을 모두 히트싱크(420)로 전달한다.Meanwhile, the
다음으로, 열전발전 모듈(430)은 열 에너지를 전기 에너지로 변환하는 열전발전 소자로 구성되고, 고온부인 방열판(410)과 저온부인 히트싱크(420) 사이에 형성되어 방열판(410)의 열을 흡수하여 열 에너지를 전기 에너지로 변환한다.Next, the
열전발전 소자는 열 에너지를 전기 에너지로 변환하는 반도체 소자이다. 열전발전 소자는 통상의 발전소자를 이용한다.Thermoelectric devices are semiconductor devices that convert thermal energy into electrical energy. The thermoelectric element uses a conventional power generator.
또한, 열전발전 모듈(430)의 상면 또는/및 하면에는 각각 발전 전극(431)이 형성된다. 발전 전극(431)은 열전발전 모듈(430)에서 생성된 전기를 외부로 전달하기 위한 전극 단자이다. 바람직하게는 발전 전극(431)은 구리(Cu) 전극으로 형성된다. 즉, 발전 전극(431)에 전선을 연결하여 열전발전 모듈(430)에서 발생되는 전원을 외부로 공급한다.In addition, a
앞서 설명한 바와 같이, 본 발명의 방열발전 모듈(400)은 스위칭 소자 다이 모듈(110)의 상측과 하측에 각각 방열판(410)을 결합시켜, 스위칭 소자(111)에서 발생되는 열을 방출시킨다.As described above, the heat dissipation
기존 베어 다이 소자의 열 방출은 일반적으로 하측에만 방열판과 히트싱크를 일체로 형성한다. 즉, 방열판에 직접 히트싱크를 연결하여 열의 방출을 원할하게 한다.The heat dissipation of the conventional bare die device generally forms a heat sink and a heat sink integrally on the lower side. That is, the heat sink is directly connected to the heat sink to facilitate heat dissipation.
그러나 본 발명은 열전 발전 모듈(430)이 스위칭 소자 다이 모듈(110)에 결합되기 때문에, 인버터 및 스위칭 블록의 방열 효과가 축소되고, 이에 따라 방열 효율이 떨어진다. 또한 방열이 저하되면 스위칭 소자에서 열이 발생이 많이 되어, 에너지 소비가 많아져서 손실이 커져 스위칭 효율이 저하된다.However, in the present invention, since the
따라서 본 발명의 방열발전 모듈(400)은 스위칭 소자 다이 모듈(110)의 상측부에도 방열판(412)을 부착하여 방열을 수행하게 함으로써, 열전발전 소자(430)의 결합에 따른 효율 저하를 방지할 수 있다. 즉, 이와 같이 이중 방열을 통하여 열전발전 소자(430)의 부착에 의한 기존 소자의 방열과 비교하여 방열 효과가 떨어지는 것을 보완한다.Therefore, the heat dissipation
다음으로, 본 발명의 일실시예에 따른 스위칭 소자 다이 모듈(110) 및 방열발전 모듈(400)의 구성에 대하여 도 9를 참조하여 설명한다.Next, the configuration of the switching
도 9에서 보는 바와 같이, 스위칭 소자 다이 모듈(110)은 스위칭 베어 다이 소자(111)의 상면 및 하면에 본딩부를 형성하고 솔더(116) 또는 와이이(117)를 통해, 다른 소자나 PCB 기판 또는 세라믹 기판(112)에 본딩한다.As shown in FIG. 9, the switching
특히, 스위칭 베어 다이 소자(111)의 상면과 하면에 모두 본딩부를 형성하여 PCB 기판 또는 세라믹 기판(112)을 상측과 하측에 모두 본딩한다. 그리고 하면에 위치한 PCB 기판(112)의 하면에 방열판(412)을 형성하고, 상면에 위치한 PCB 기판(112)의 상면에 방열판(412)을 형성한다.In particular, bonding portions are formed on both the upper and lower surfaces of the switching
또한, 하부 방열판(412)의 하부면에 열전 발전 모듈(430)을 밀착하여 형성한다.In addition, the
다음으로, 본 발명의 제1 실시예에 따른 스위칭 소자 다이 모듈(110) 및 방열발전 모듈(400)을 생산하는 방법을 도 10 내지 도 11을 참조하여 설명한다.Next, a method for producing the switching
먼저, 베어 다이 생산 공정에서 베어 다이 소자(111)에 본딩하려는 메탈 PCB 솔더패드 또는 세라믹 기판(112)에 본딩부를 형성하되, 와이어 본딩할 부분(또는 본딩부)에는 알루미늄(Al) 도금을 형성하고, 솔더링이 필요한 부분에는 구리(Cu) 도금을 적용하여 제작한다.First, in a bare die production process, a bonding portion is formed on a metal PCB solder pad or a
다음으로, 베어 다이 소자(111)의 하면(bottom)에는 솔더링이 가능하게 도금 처리 진행하여 솔더용 본딩부(113)를 형성한다. 또한, 베어 다이 소자(111)의 상면(top)에는 솔더링 도금면(또는 솔더용 본딩부)(113)과 와이어본딩이 가능한 도금면(또는 와이어링용 본딩부)(114)을 생성한다.Next, a plating process is performed on the bottom surface of the
스위칭 베어 다이 소자(111)가 도 10에 도시되고 있다. 즉, 도 10(a)는 스위칭 베어 다이 소자(111)의 평면도이고, 도 10(b)는 스위칭 베어 다이 소자(111)의 배면도이다.The switching
도 10(a) 또는 도 10(b)에서 보는 바와 같이, 스위칭 베어 다이 소자(111)의 상면 또는 하면에는 솔더링을 위한 도금이 형성된 솔더용 본딩부(113) 또는, 와이어링을 위한 도금이 형성된 와이어링용 본딩부(114)가 형성된다.10(a) or 10(b), a
다음으로, 베어 다이 소자(111)의 하면(bottom)에 메탈 PCB 솔더패드 또는 세라믹 기판(112)를 연결한다. 이때, 베어 다이 소자(111)의 하면(bottom)에 형성된 솔더용 본딩부(113)에 크림솔더(116)를 이용하여 솔더링을 진행한다.Next, a metal PCB solder pad or a
다음으로, 베어 다이 소자(111)의 하면(bottom)이 메탈 PCB 솔더패드(112)에 고정된 상황에서, 와이어 본딩을 진행한다. 즉, 베어 다이 소자(111)의 상면(top)에 형성된 와이어용 본딩부(114)에 와이어(117)를 본딩한다.Next, in a situation in which the bottom of the
다음으로, 와이어 본딩이 완료되면, 베어 다이 소자(111)의 상면(top)에 메탈 PCB 솔더패드 또는 세라믹 기판(112)을 부착한다. 즉, 베어 다이 소자(111)의 상면(top)의 솔더용 본딩부(113)에 크림솔더(116)를 이용하여, PCB 솔더패드 또는 세라믹 기판(112)을 솔더링하여 모듈을 완성한다.Next, when the wire bonding is completed, a metal PCB solder pad or a
완성된 모듈이 도 11에 도시되고 있다.The completed module is shown in FIG. 11.
이후, 하부 PCB 솔더패드 또는 세라믹 기판(112)의 하면에 열전발전 모듈(430)을 형성한다.Thereafter, the
다음으로, 본 발명의 제2 실시예에 따른 스위칭 소자 다이 모듈(110) 및 방열발전 모듈(400)을 생산하는 방법을 도 12를 참조하여 설명한다.Next, a method of manufacturing the switching
본 발명의 제2 실시예는 클립을 이용하여 양면 베어 다이를 본딩하여 생산하는 방법이다.The second embodiment of the present invention is a method of producing by bonding a double-sided bare die using a clip.
먼저, 베어 다이 생산 공정에서 베어 다이 소자(111)에 본딩하려는 메탈 PCB 솔더패드 또는 세라믹 기판(112)에 본딩부를 형성하되, 와이어 본딩할 부분(또는 본딩부)에는 알루미늄(Al) 도금을 형성하고, 솔더링이 필요한 부분에는 구리(Cu) 도금을 적용하여 제작한다.First, in a bare die production process, a bonding portion is formed on a metal PCB solder pad or a
다음으로, 베어 다이 소자(111)의 하면(bottom)에는 솔더링이 가능하게 도금 처리 진행하여 솔더용 본딩부(113)를 형성한다. 또한, 베어 다이 소자(111)의 상면(top)에는 솔더링 도금면(또는 솔더용 본딩부)(113)과 와이어본딩이 가능한 도금면(또는 와이어링용 본딩부)(114)을 생성한다.Next, a plating process is performed on the bottom surface of the
다음으로, 베어 다이 소자(111)의 상면(top)에 솔더용 본딩부(113)를 접촉하고 고정할 수 있는 클립(118)을 제작한다.Next, a
다음으로, 베어 다이 소자(111)의 하면(bottom)에 메탈 PCB 솔더패드 또는 세라믹 기판(112)를 연결한다. 이때, 베어 다이 소자(111)의 하면(bottom)에 형성된 솔더용 본딩부(113)에 크림솔더(116)를 이용하여 솔더링을 진행한다.Next, a metal PCB solder pad or a
다음으로, 베어 다이 소자(111)의 하면(bottom)이 메탈 PCB 솔더패드(112)에 고정된 상황에서, 와이어 본딩을 진행한다. 즉, 베어 다이 소자(111)의 상면(top)에 형성된 와이어용 본딩부(114)에 와이어(117)를 본딩한다.Next, in a situation in which the bottom of the
다음으로, 와이어 본딩이 완료되면, 베어 다이 소자(111)의 상면(top)에 클립 PCB 솔더패드(118)를 고정한다. 이때 베어 다이 소자(111)의 상면(top)의 솔더용 본딩부(113)에 크림솔더(116)를 이용하여, 클립 PCB 솔더패드(118)를 솔더링하여 고정한다.Next, when the wire bonding is completed, the clip
다음으로, 베어 다이 소자(111)의 상면(top)에서 메탈 PCB 솔더패드(112)를 클립 솔더패드(117)의 면에 솔더링 또는 방열이 가능하도록 압착하여 모듈을 완성 한다.Next, the module is completed by pressing the metal
한편, 도 12(a)에서 보는 바와 같이, 클립타입 솔더패드(118)가 하부의 PCB 솔더패드(112)에 연결되고, 상단에 바로 상부 방열판(412)에 바로 부착될 수 있다. 또한, 다른 실시예로서, 도 12(b)에서 보는 바와 가이, 클립타입 솔더패드(118)가 하부의 PCB 솔더패드(112)에 연결되고, 상단에 상부 PCB 솔더패드(112)가 부착되고, 상부 PCB 솔더패드(112) 상에 상부 방열판(412)에 부착되어 연결될 수 있다.On the other hand, as shown in Figure 12 (a), the clip-
이상, 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.Above, although the invention made by the present inventors has been specifically described according to the above-described embodiments, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and it is needless to say that the invention can be changed in various ways without departing from the gist thereof.
81 : 모터 권선 전환 스위치 제어부
100 : 배터리 102 : 자가열전발전 결합 인버터
104 : 자가열전발전 결합 스위치 블록 106 : 모터
110 : 스위칭 소자 다이 모듈 111 : 스위칭 베어 다이 소자
112 : 세라믹 기판 113 : 솔더용 본딩부
114 : 와이어용 본딩부 116 : 크림솔더
117 : 와이어 118 : 클립 솔더패드
400 : 방열발전 모듈 410 : 방열판
420 : 히트싱크 430 : 열전발전 모듈
431 : 발전 전극 440 : 열전달 연결체81: motor winding changeover switch control
100: battery 102: self-thermoelectric power generation combined inverter
104: self-thermoelectric combined switch block 106: motor
110: switching element die module 111: switching bare die element
112: ceramic substrate 113: solder bonding portion
114: bonding portion for wire 116: cream solder
117: wire 118: clip solder pad
400: heat dissipation module 410: heat sink
420: heat sink 430: thermoelectric power module
431: power generation electrode 440: heat transfer connector
Claims (6)
DC 전원을 공급하는 배터리;
전기차의 주행 바퀴를 구동하는 모터;
상기 모터의 권선에 설치되어 권선 연결을 변환하는 다수의 스위치로 구성되는 스위치 블록; 및,
스위칭 소자로 구성된 스위칭 회로를 구비하고, 상기 배터리로부터 DC 전원이 공급되면 스위칭 소자의 온/오프(On/Off) 동작에 의해 3상의 출력 전압을 상기 모터의 권선으로 전달하는 인버터를 포함하고,
상기 인버터는,
기판 및, 상기 기판 상에 형성되는 다수의 스위칭 소자를 포함하는 스위칭 소자 다이 모듈;
상기 스위칭 소자 다이 모듈의 상측과 하측에 모두에 부착되는 방열판;
상기 방열판과 연결되는 히트싱크; 및,
상기 방열판 및 상기 히트싱크 사이에 형성되는 열전발전 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 시스템.
In the motor drive system of a three-phase winding variable structure equipped with an electromagnetic transmission switch block integrated heat generation
A battery that supplies DC power;
A motor that drives the driving wheels of the electric vehicle;
A switch block installed on the winding of the motor and composed of a plurality of switches for converting the winding connection; And,
It includes a switching circuit composed of a switching element, and when the DC power is supplied from the battery, including an inverter for transmitting the three-phase output voltage to the winding of the motor by the on/off operation of the switching element,
The inverter,
A switching element die module including a substrate and a plurality of switching elements formed on the substrate;
A heat sink attached to both the upper side and the lower side of the switching element die module;
A heat sink connected to the heat sink; And,
And a thermoelectric power module formed between the heat sink and the heat sink.
상기 스위칭 소자는 베어 다이 소자로 형성되고, 상기 기판과 솔더링으로 부착되는 것을 특징으로 하는 모터 구동 시스템.
According to claim 1,
The switching element is formed of a bare die element, the motor driving system, characterized in that attached to the substrate by soldering.
상기 인버터는 상기 방열판과 상기 히트싱크를 연결하여 열전발전을 일으키는 열 전달 연결체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 시스템.
According to claim 1,
The inverter further comprises a heat transfer connector that connects the heat sink and the heat sink to generate thermoelectric power.
상기 스위칭 소자의 베어다이 소자의 하면에는 솔더용 본딩부가 형성되어 크림솔더를 통해 하부의 기판의 메탈 PCB 솔더패드(이하 하부 솔더패드)로 연결되고, 상기 베어다이 소자가 하부 솔더패드에 고정된 후 상기 베어다이 소자의 상면에 형성된 와이어용 본딩부에 와이어를 본딩하고, 와이어가 본딩된 후 상기 베어다이 소자의 상면에 형성된 솔더용 본딩부에 상부의 기판의 메탈 PCB 솔더패드(이하 상부 솔더패드)로 솔더링을 통해 연결되는 것을 특징으로 하는 모터 구동 시스템.
According to claim 2,
After the bonding element for solder is formed on the bottom surface of the bare die element of the switching element, it is connected to the metal PCB solder pad (hereinafter, the lower solder pad) of the lower substrate through the cream solder, and after the bare die element is fixed to the lower solder pad. Bonding the wire to the bonding portion for the wire formed on the upper surface of the bare die element, and after the wire is bonded, the metal PCB solder pad of the upper substrate on the solder bonding portion formed on the upper surface of the bare die element (hereinafter upper solder pad) Motor drive system characterized by being connected via soldering furnace.
상기 스위칭 소자의 베어다이 소자의 하면에는 솔더용 본딩부가 형성되어 크림솔더를 통해 하부의 기판의 메탈 PCB 솔더패드(이하 하부 솔더패드)로 연결되고, 상기 베어다이 소자가 하부 솔더패드에 고정된 후 상기 베어다이 소자의 상면에 형성된 와이어용 본딩부에 와이어를 본딩하고, 와이어가 본딩된 후 상기 베어다이 소자의 상면에 형성된 솔더용 본딩부에 솔더링을 통해 클립타입 솔더패드를 부착되, 상기 클립타입 솔더패드의 위측에 상부의 기판의 메탈 PCB 솔더패드(이하 상부 솔더패드)로 솔더링을 통해 연결되는 것을 특징으로 하는 모터 구동 시스템.
According to claim 2,
After the bonding element for solder is formed on the bottom surface of the bare die element of the switching element, it is connected to the metal PCB solder pad (hereinafter, lower solder pad) of the lower substrate through the cream solder, and after the bare die element is fixed to the lower solder pad. The wire is bonded to the bonding portion for the wire formed on the upper surface of the bare die element, and after the wire is bonded, a clip type solder pad is attached to the bonding portion for solder formed on the upper surface of the bare die element through soldering, the clip type A motor driving system characterized in that the upper side of the solder pad is connected to the metal PCB solder pad (hereinafter, the upper solder pad) of the upper substrate through soldering.
상기 스위치 블록은 상기 모터의 3상 권선 각각에 스위치를 구비하고, 모터의 각 상에 대하여 독립적으로 해당 스위치를 온/오프하여 제어하되, 상기 스위치 블록은, 상기 모터의 3상 각각에 대하여, 각 상에서 2개의 권선을 병렬로 연결하고 각 상의 제1 권선의 후단에 각 상의 제1 스위치를 구비하고, 각 상에서 제2 권선의 전단에 각 상의 제3 스위치를 구비하고, 각 상의 제1 권선의 후단과 각 상의 제1 스위치 전단 사이 부분과, 각 상의 제3 권선의 전단과 각 상의 제3 스위치의 후단 사이 부분을 연결하는 선 상에 각 상의 제2 스위치를 구비하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 시스템.According to claim 1,
The switch block includes a switch on each of the three-phase windings of the motor, and controls the respective switch by turning on/off the corresponding switch independently for each phase of the motor, wherein the switch block, for each of the three phases of the motor, each The two windings of the phases are connected in parallel, the first switch of each phase is provided at the rear end of the first winding of each phase, the third switch of each phase is provided at the front end of the second winding of each phase, and the rear end of the first winding of each phase And a second switch on each phase on a line connecting a portion between the front end of the first switch of each phase and a front end of the third winding of each phase and a rear end of the third switch on each phase.
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