KR20240036364A - 전력 변환 장치 - Google Patents

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KR20240036364A
KR20240036364A KR1020220115110A KR20220115110A KR20240036364A KR 20240036364 A KR20240036364 A KR 20240036364A KR 1020220115110 A KR1020220115110 A KR 1020220115110A KR 20220115110 A KR20220115110 A KR 20220115110A KR 20240036364 A KR20240036364 A KR 20240036364A
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cooling
capacitor
housing
conversion device
cooler
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KR1020220115110A
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임지환
김경민
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현대자동차주식회사
기아 주식회사
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Abstract

본 발명에서는 종래에 별도 냉각채널을 통해 냉각을 수행하던 구조에 대비하여 전열패드를 포함한 부품들이 삭제되어 구조가 단순화되고, 충진제의 두께를 최소화함으로써 열전도 효율이 상승되어 냉각 성능이 확보된다.
또한, 커패시터 뿐만 아니라 버스바의 냉각도 함께 수행됨에 따라 버스바의 사이즈가 축소되고, 커패시터의 냉각 효과가 확보되어 인버터의 전체 효율이 증가된다.
또한, 커패시터와 냉각 유로관이 충진제에 도포됨에 따라 절연 및 수밀 성능이 확보되어 냉각매체의 유출에 의한 손상이 회피된다. 아울러, 하우징 내에 충진제를 채워 커패시터와 냉각 유로관을 고정함에 따라, 각 부품을 고정하기 위한 별도의 설치용 부품들이 삭제되고, 그에 따라 전체 레이아웃이 간소화되며, 작업성이 향상되는 전력 변환 장치가 소개된다.

Description

전력 변환 장치 {POWER CONVERTING APPARATUS}
본 발명은 전력 변환 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 커패시터의 냉각 성능이 향상되고, 구조가 단순화되면서 절연 및 수밀 성능이 확보되는 전력 변환 장치에 관한 것이다.
전동화 차량의 다상 모터를 구동하기 위해서는 복수의 스위칭 소자를 구비하는 인버터가 요구된다.
일반적으로, 인버터는 복수의 상에 각각 대응되는 한 쌍의 스위칭 소자를 포함하는 복수의 스위칭 소자를 구비한다. 예를 들어 삼상 모터의 경우 각 상마다 한 쌍의 스위칭 소자가 적용되어 총 여섯 개의 스위칭 소자가 적용될 수 있다. 각 상에 대응되는 두 스위칭 소자는 모터 구동 시 상호 상보 관계가 되도록 온/오프 되며 전체 스위칭 소자는 펄스폭 변조 방식에 의해 온/오프 제어됨으로써 모터 구동에 필요한 전력을 모터로 제공하게 된다.
한편, 인버터 내부에는 커패시터가 구성되며, 기존의 대용량 커패시터는 플라스틱 하우징, 필름, 버스바가 구성된다. 여기서, 하우징이 금속 소재일 경우에는 절연 및 조립가이드 역할을 하는 플라스틱 구조물이 추가적으로 구성된다.
일반적으로 인버터를 구성시, 하우징 또는 별도의 냉각기에 대용량 커패시터를 부착하여 간접 냉각 방식을 통해 커패시터 과열을 방지한다. 커패시터는 냉각 성능에 따라 용량과 내구 수명이 달라지는데, 이는 인버터의 사이즈, 중량 및 원가 측면에서 중요한 요소이다.
한편, 커패시터 필름의 절연 및 수밀 성능을 위해서는 에폭시를 충진하게 된다. 하지만 커패시터 필름과 내부 버스바가 각각 원통과 판 형상이기에 잉여 공간이 존재하여 에폭시가 과하게 충전될 우려가 있다. 에폭시의 열전도율은 0.3W/mK 수준으로 매우 낮은 열전도율을 가지기에 과도하게 충전될 경우, 냉각 성능이 크게 저하될 우려가 있다.
또한, 현재의 커패시터 구조는 열원(커패시터 필름, 버스바)과 냉각기 사이에 에폭시, 플라스틱 가이드 등이 존재하여 열전도 효율이 낮아지게 된다. 이로 인해, 커패시터의 과온 보호를 목적으로 커패시터의 용량이 커지게 되며, 이는 인버터 사이즈와 중량 그리고 원가에 악영향을 준다.
이에 따라, 하우징에 별도의 냉각채널을 마련하고 전열패드를 구비하여 커패시터가 간접적으로 냉각되도록 하는데, 레이아웃 상의 한계에 의해 제한 사항이 발생된다. 또한, 냉각 채널이 별도로 생김으로 인해, 냉각수 유출의 문제가 발생될 수도 있다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
KR 10-2005-0082494 A (2005.08.24)
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 커패시터의 냉각 성능이 향상되고, 구조가 단순화되면서 절연 및 수밀 성능이 확보되는 전력 변환 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전력 변환 장치는 커패시터가 배치되는 내부공간과, 내부공간으로부터 측방으로 개통된 냉각공간이 형성되며, 냉각매체가 유통되도록 유통포트가 구비된 하우징; 냉각공간에 삽입되어 냉각공간에 결합됨으로써 냉각공간을 밀폐시키고, 유통포트에 연통되어 냉각매체가 유통되는 냉각유로가 형성된 냉각 유로관; 하우징의 외측에 배치되고 유통포트와 연통되어 냉각매체가 유통되는 냉각기; 및 냉각기에 접하도록 마련된 파워모듈;을 포함한다.
하우징에는 내부공간에 커패시터가 배치되고, 냉각공간에 냉각 유로관이 삽입된 상태에서 내부공간과 냉각공간에 충진제가 채워져 커패시터와 냉각 유로관이 밀폐되어 고정된 것을 특징으로 한다.
커패시터에는 전기 부품이 구비되고, 냉각 유로관은 전기가 흐르는 재질로 구성될 경우 전기 부품이 냉각 유로관으로부터 절연거리 이격되며 이격된 공간으로 충진제가 채워진 것을 특징으로 한다.
커패시터에는 전기 부품이 구비되고, 냉각 유로관은 전기가 흐르지 않은 절연 재질로 구성될 경우 전기 부품이 냉각 유로관측에 접촉되도록 위치된 것을 특징으로 한다.
하우징의 냉각공간에는 냉각 유로관이 안착되어 가고정되는 가고정부가 형성된 것을 특징으로 한다.
하우징에는 냉각공간에 냉각 유로관이 삽입된 상태에서 내부공간의 하측으로 커패시터가 삽입되고, 커패시터의 삽입시 냉각 유로관에 접촉되어 삽입이 가이드되는 것을 특징으로 한다.
하우징의 유통포트는 입구포트와 출구포트로 구성되고, 입구포트에는 냉각기가 연통되도록 연결되며, 출구포트에는 냉각 유로관이 연통되도록 연결된 것을 특징으로 한다.
냉각기는 제1 냉각기와 제2 냉각기로 구성되고, 제1 냉각기와 제2 냉각기 사이에 파워모듈이 개재된 것을 특징으로 한다.
냉각 유로관은 냉각유로가 커패시터의 상측 또는 하측으로 연장되도록 형성된 것을 특징으로 한다.
냉각 유로관은 냉각유로가 커패시터의 상측 또는 하측에서 연장된 후 커패시터의 반대편까지 연장되어 커패시터를 감싸도록 형성된 것을 특징으로 한다.
파워모듈의 외측에 결합되어 외부의 구동부와 파워모듈을 전기적으로 연결시키는 버스바 모듈;을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
냉각기의 외측에 마련되고 하우징에 결합되어 냉각 유로관, 냉각기, 파워모듈을 커버링하는 측방 커버;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
하우징의 상부에 마련되며 파워모듈의 작동을 제어하는 제어보드; 및 하우징의 상부에서 제어보드를 커버하도록 결합되어 제어보드를 절연하는 상부 커버;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같은 구조로 이루어진 전력 변환 장치는 종래에 별도 냉각채널을 통해 냉각을 수행하던 구조에 대비하여 전열패드를 포함한 부품들이 삭제되어 구조가 단순화되고, 충진제의 두께를 최소화함으로써 열전도 효율이 상승되어 냉각 성능이 확보된다.
또한, 커패시터 뿐만 아니라 버스바의 냉각도 함께 수행됨에 따라 버스바의 사이즈가 축소되고, 커패시터의 냉각 효과가 확보되어 인버터의 전체 효율이 증가된다.
또한, 커패시터와 냉각 유로관이 충진제에 도포됨에 따라 절연 및 수밀 성능이 확보되어 냉각매체의 유출에 의한 손상이 회피된다. 아울러, 하우징 내에 충진제를 채워 커패시터와 냉각 유로관을 고정함에 따라, 각 부품을 고정하기 위한 별도의 설치용 부품들이 삭제되고, 그에 따라 전체 레이아웃이 간소화되며, 작업성이 향상된다.
도 1은 본 발명에 따른 전력 변환 장치를 나타낸 도면.
도 2는 도 1에 도시된 전력 변환 장치의 조립도.
도 3은 도 1에 도시된 전력 변환 장치의 냉각매체의 흐름를 나타낸 도면.
도 4는 도 1에 도시된 전력 변환 장치의 내부 도면.
도 5는 종래의 전력변환장치를 나타낸 도면.
도 6는 본 발명에 따른 전력 변환 장치의 구조를 설명하기 위한 도면.
도 7은 본 발명에 다른 실시예에 따른 전력 변환 장치를 나타낸 도면.
도 8은 본 발명에 또 다른 실시예에 따른 전력 변환 장치를 나타낸 도면.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.
본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 명세서에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전력 변환 장치에 대하여 살펴본다.
도 1은 본 발명에 따른 전력 변환 장치를 나타낸 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 전력 변환 장치의 조립도이며, 도 3은 도 1에 도시된 전력 변환 장치의 냉각매체의 흐름를 나타낸 도면이고, 도 4는 도 1에 도시된 전력 변환 장치의 내부 도면이다.
도 5는 종래의 전력변환장치를 나타낸 도면이고, 도 6는 본 발명에 따른 전력 변환 장치의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
한편, 도 7은 본 발명에 다른 실시예에 따른 전력 변환 장치를 나타낸 도면이고, 도 8은 본 발명에 또 다른 실시예에 따른 전력 변환 장치를 나타낸 도면이다.
본 발명에 따른 전력 변환 장치는 도 1 내지 4에 도시된 바와 같이, 커패시터(20)가 배치되는 내부공간(11)과, 내부공간(11)으로부터 측방으로 개통된 냉각공간(12)이 형성되며, 냉각매체가 유통되도록 유통포트(13)가 구비된 하우징(10); 냉각공간(12)에 삽입되어 냉각공간(12)에 결합됨으로써 냉각공간(12)을 밀폐시키고, 유통포트(13)에 연통되어 냉각매체가 유통되는 냉각유로(31)가 형성된 냉각 유로관(30); 하우징(10)의 외측에 배치되고 유통포트(13)와 연통되어 냉각매체가 유통되는 냉각기(40); 및 냉각기(40)에 접하도록 마련된 파워모듈(50);을 포함한다. 하우징(10), 냉각 유로관(30), 냉각기(40), 파워모듈(50)이 조립되면 인버터 하우징(110)에 내장될 수 있다.
이러한 본 발명은 하우징(10)에 커패시터(20) 및 냉각 유로관(30)이 구비되고, 하우징(10)의 냉각공간(12)이 내부공간(11)으로부터 측방으로 개통됨으로써, 내부공간(11)에 커패시터(20)를 배치하고 냉각공간(12)에 냉각 유로관(30)을 배치한 상태에서 내부공간(11)과 냉각공간(12)에 충진제(60)를 채워 커패시터(20)와 냉각 유로관(30)이 고정되고 수밀 구조를 갖도록 한다.
즉, 도 5에 도시된 바와 같이, 종래에는 커패시터(1)가 안착되는 커패시터 하우징(2) 외부에 전열패드(5)를 마련하고, 인버터 하우징(3)에 내장된 상태에서 외부에 별도 냉각채널(4)을 마련하여 커패시터(1)의 냉각을 수한다. 하지만, 커패시터(1)와 냉각채널(4) 사이에 커패시터 하우징(2), 전열패드(5), 인버터 하우징(3) 등 각종 구조물이 마련됨에 따라 열원과 냉각매체 간의 거리가 증대되고, 열저항이 증가되어 냉각효율이 저하된다. 이와 더불어, 종래에는 부품수도 증대됨에 따라 복잡한 구조를 이루게 된다.
반면, 본 발명은 도 6에 도시된 바와 같이, 하우징(10)에 냉각 유로관(30)이 삽입된 상태에서 충진제(60)에 의해 일체화됨에 따라 냉각 유로관(30)이 하우징(10) 내에 마련되는 구조를 이룬다. 이로 인해, 하우징(10) 내에서 커패시터(20)와 냉각 유로관(30) 사이의 거리가 축소되고, 충진제(60)를 통해 냉각 유로관(30)의 위치가 고정됨과 더불어, 커패시터(20) 및 냉각 유로관(30)의 위치가 특정된 상태에서 충진제(60)가 채워짐에 따라 충진제(60)의 두께가 최소화됨으로써 냉각매체와 열전도 효율이 상승되어 냉각 성능이 확보된다.
상술한 본 발명에 대해서 구체적으로 설명하면 하기와 같다.
하우징(10) 내부에는 커패시터(20)가 배치되는 내부공간(11)이 형성되고, 내부공간(11)에서 측방으로 냉각공간(12)이 형성된다. 하우징(10)의 냉각공간(12)은 전력 변환 장치의 사양에 따라 파워모듈(50)이 복수 구성될 경우 내부공간(11)의 주변으로 복수개 형성되고, 각각의 냉각공간(12)에 냉각기(40) 및 파워모듈(50)이 마련될 수 있다.
또한, 하우징(10)에는 유통포트(13)가 구비되어, 냉각매체가 유통포트(13)를 통해 순환될 수 있다. 여기서 냉각매체는 냉각수가 될 수 있으며, 유통포트(13)를 통해 냉각수가 하우징(10)의 내부로 유입된 후 냉각 유로관(30)의 냉각유로 및 냉각기(40)에 유통된 후 배출될 수 있다.
한편, 냉각 유로관(30)은 하우징(10)의 냉각공간(12)에 삽입된 상태에서 하우징(10)에 결합된다. 이러한 냉각 유로관(30)은 냉각공간(12)을 실링하도록 하우징(10)에 결합된다.
냉각 유로관(30)은 냉각유로가 유통포트(13)에 연통되도록 연결되고, 냉각기(40)가 하우징(10)의 외측에서 유통포트(13)와 연통되도록 연결됨으로써, 유통포트(13)를 통해 유통된 냉각매체가 냉각기(40) 및 냉각유로에 순환되는 냉각매체의 흐름을 형성할 수 있다.
즉, 하우징(10)의 유통포트(13)는 입구포트(13a)와 출구포트(13b)로 구성되고, 입구포트(13a)에는 냉각기(40)가 연통되도록 연결되며, 출구포트(13b)에는 냉각 유로관(30)이 연통되도록 연결될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 입구포트(13a)를 통해 유입된 냉각매체는 냉각기(40)에 유통되어 파워모듈(50)과 열교환되고, 이후 냉각 유로관(30)의 냉각유로에 순환되어 커패시터(20)와 열교환된 후 출구포트(13b)를 통해 배출되는 냉각매체의 흐름이 형성된다.
이로 인해, 냉각매체는 상대적으로 높은 열원이 발생되는 파워모듈(50)과 열교환된 후 상대적으로 낮은 열원이 발생되는 커패시터(20)와 열교환됨에 따라 파워모듈(50) 및 커패시터(20)의 온도를 효율적으로 관리할 수 있다. 여기서, 냉각 유로관(30)은 핀 구조가 적용되어 냉각 효율이 향상되도록 할 수 있으며, 냉각기(40)의 경우 압축냉각기가 적용될 수 있다.
한편, 냉각기(40)는 제1 냉각기(41)와 제2 냉각기(42)로 구성되고, 제1 냉각기(41)와 제2 냉각기(42) 사이에 파워모듈(50)이 개재될 수 있다.
이렇게, 냉각기(40)는 제1 냉각기(41)와 제2 냉각기(42)로 복수 구성되고, 제1 냉각기(41)와 제2 냉각기(42) 사이로 파워모듈(50)이 개재됨에 따라 파워모듈(50)에 대한 냉각성능이 확보된다. 제1 냉각기(41)와 제2 냉각기(42)는 모두 입구포트(13a)에 연통될 수 있으며, 제1 냉각기(41), 제2 냉각기(42), 냉각 유로관(30)의 냉각유로는 냉각매체가 순환될 수 있도록 연결될 수 있다.
이를 통해, 하우징(10) 내부에 마련된 커패시터(20)는 냉각 유로관(30)의 냉각유로에 순환되는 냉각매체와 간접적으로 열교환되어 냉각될 수 있고, 파워모듈(50)은 냉각기(40)에 순환되는 냉각매체와 간접적으로 열교환되어 냉각될 수 있다.
특히, 본 발명은 커패시터(20)와 냉각 유로관(30)이 하우징(10)의 내부공간(11)과 냉각공간(12)에 채워지는 충진제(60)에 의해 고정된다. 즉, 하우징(10)에는 내부공간(11)에 커패시터(20)가 배치되고, 냉각공간(12)에 냉각 유로관(30)이 삽입된 상태에서 내부공간(11)과 냉각공간(12)에 충진제(60)가 채워져 커패시터(20)와 냉각 유로관(30)이 밀폐되어 고정된다. 여기서, 충진제(60)는 에폭시가 될 수 있다.
이렇게, 냉각 유로관(30)은 하우징(10)의 냉각공간(12)에 채워지는 충진제(60)가 경화되면서 고정됨으로써, 충진제(60)에 의해 하우징(10)의 내부공간(11)과 냉각공간(12)이 밀폐된다. 이로 인해, 하우징(10)에 냉각 유로관(30)을 고정하기 위한 별도의 고정체가 요구되지 않으며, 충진제(60)가 경화되면서 하우징(10)의 외벽 역할을 수행함에 따라 중량 및 패키지가 축소되는 효과가 있다. 아울러, 충진제(60)가 하우징(10)의 내부공간(11)과 냉각공간(12)에 채워지면서 절연 및 수밀 성능을 모두 만족하고, 실링을 위한 가스켓과 같은 추가 부품이 불필요하여 구조를 컴팩트화할 수 있다.
이처럼, 본 발명은 하우징(10) 내부에 커패시터(20)와 함께 냉각 유로관(30)이 충진제(60)에 의해 일체화됨에 따라 절연 및 수밀 성능을 확보하고, 부품수 감소에 따라 레이아웃을 축소할 수 있다.
한편, 냉각 유로관(30)의 재질에 따라서도 절연 성능을 만족할 수 있다.
일실시예로, 커패시터(20)에는 전기 부품(21)이 구비되고, 냉각 유로관(30)은 전기가 흐르는 재질로 구성될 경우 전기 부품(21)이 냉각 유로관(30)으로부터 절연거리만큼 이격되며 이격된 공간으로 충진제(60)가 채워질 수 있다. 여기서, 커패시터(20)의 전기 부품(21)은 전기적 연결 및 전기 흐름이 형성되는 것으로, 커패시터(20)에 구성되는 버스바, 필름 등이 될 수 있다.
이에 따라, 냉각 유로관(30)이 알루미늄, 구리와 같은 금속 재질로 구성될 경우 냉각 유로관(30)을 통해 전기가 흐르기 때문에, 커패시터(20)에서 발생된 전기가 냉각 유로관(30)을 통해 다른 부품으로 흘러 전기적 소손이 발생될 수 있다.
따라서, 커패시터(20)의 전기 부품(21)과 냉각 유로관(30)은 절연거리가 확보되도록 이격 배치함으로써, 커패시터(20)의 전기 부품(21)에서 발생된 전기가 냉각 유로관(30)으로 흘러 전기적 소손이 발생되지 않도록 한다.
상술한 절연거리는 커패시터(20)의 전기 부품(21)과 냉각 유로관(30) 간의 전기 흐름이 발생되지 않는 거리로서, 미리 실험을 통해 결정될 수 있으며, 최소 2mm이상으로 설정될 수 있다.
이와 더불어, 커패시터(20)의 전기 부품(21)과 냉각 유로관(30)이 절연거리만큼 이격됨에 따라 발생된 공간에는 충진제(60)가 채워짐으로써, 절연 성능이 향상되며 각 부품의 안정적인 고정을 통해 구조적으로 안정화된다.
다른 실시예로, 커패시터(20)에는 전기 부품(21)이 구비되고, 냉각 유로관(30)은 전기가 흐르지 않은 절연 재질로 구성될 경우 전기 부품(21)이 냉각 유로관(30)측에 접촉되도록 위치될 수 있다.
이렇게, 냉각 유로관(30)이 플라스틱 소재로 구성될 경우, 커패시터(20)의 전기 부품(21)과 하우징(10) 사이에 배치된 냉각 유로관(30)에 의해 절연 성능이 만족된다. 즉, 냉각 유로관(30)은 재질의 특성에 의해 전류 흐름이 차단됨에 따라, 커패시터(20) 전기 부품(21)과 하우징(10) 사이에 냉각 유로관(30)이 배치되는 것으로 절연 성능이 만족된다.
이와 더불어, 냉각 유로관(30)의 경우 전기 부품(21)과 접촉되도록 구성할 수 있다. 여기서, 냉각 유로관(30)을 커패시터(20)의 전기 부품(21) 중 버스바와 접촉되도록 구성할 경우 버스바가 냉각 유로관(30)에 의해 직접 냉각됨으로써 버스바의 기본 냉각 성능 확보를 위한 사이즈를 축소할 수 있다.
또한, 냉각 유로관(30)이 커패시터(20)의 전기 부품(21) 및 이에 연결된 다른 부품 간에도 직접 접촉 구조를 구성할 수 있음에 따라, 냉각 성능이 확보되어 전력 변환 장치의 전체적인 효율이 증대된다.
한편, 본 발명의 전력 변환 장치는 구조의 단순화를 통해 제작이 용이하다.
즉, 하우징(10)의 냉각공간(12)에는 냉각 유로관(30)이 안착되어 가고정되는 가고정부(14)가 형성될 수 있다. 이러한 가고정부(14)는 하우징(10)의 냉각공간(12)에 형성될 수 있으며, 냉각 유로관(30)이 안착된 상태에서 위치가 유지될 수 있도록 냉각 유로관(30)의 외곽 형상에 매칭되거나, 냉각 유로관(30)의 일부분에 접촉되어 냉각 유로관(30)이 지지되도록 구성될 수 있다.
이를 통해, 하우징(10)에 냉각 유로관(30)을 삽입시, 냉각 유로관(30)이 가고정부(14)에 가고정되어 위치가 유지됨으로써, 충진제(60)를 채워 커패시터(20)와 냉각 유로관(30)의 위치를 고정하기가 용이하고, 냉각 유로관(30)의 설치 위치를 안정화할 수 있다.
이렇게, 하우징(10)의 냉각공간(12)에 냉각 유로관(30)을 가고정한 상태에서, 커패시터(20)를 하우징(10)의 내부공간(11)에 삽입하여, 하우징(10) 내에 냉각 유로관(30)과 커패시터(20)를 마련할 수 있다.
여기서, 하우징(10)에는 냉각공간(12)에 냉각 유로관(30)이 삽입된 상태에서 내부공간(11)의 하측으로 커패시터(20)가 삽입되고, 커패시터(20)의 삽입시 냉각 유로관(30)에 접촉되어 삽입이 가이드되도록 할 수 있다. 본 발명의 일실시예에 따르면, 하우징(10)은 내부공간(11)이 하방으로 개방되고, 냉각공간(12)이 내부공간(11)의 측방으로 개방된다. 이에 따라, 하우징(10)에 커패시터(20)를 먼저 삽입할 경우 냉각공간(12)에 의해 커패시터(20)의 위치 규제가 어렵다. 따라서, 하우징(10)은 냉각공간(12)에 냉각 유로관(30)을 먼저 삽입하여 배치함에 따라 냉각공간(12)이 폐쇄되고, 내부공간(11)의 하측으로 커패시터(20)를 삽입시 냉각 유로관(30)에 접촉되어 삽입이 가이드되며, 내부공간(11)에 위치시 냉각 유로관(30)에 의해 위치가 규제된다. 이렇게, 하우징(10) 내부에 커패시터(20)와 냉각 유로관(30)의 위치가 고정된 상태에서, 충진제(60)를 채워 경화시킴에 따라 커패시터(20)와 냉각 유로관(30)이 고정되고, 충진제(60)에 의해 절연 및 수밀 구조를 가지며 보호될 수 있다.
한편, 본 발명에 냉각 유로관(30)은 다양한 실시 형태로 적용될 수 있다.
일실시예로, 도 7에 도시된 바와 같이, 냉각 유로관(30)은 냉각유로가 커패시터(20)의 상측 또는 하측으로 연장되도록 형성될 수 있다.
이에 따라, 냉각 유로관(30)은 하우징(10) 내부에서 커패시터(20)의 상측 또는 하측으로 연장되도록 형성될 수 있으며, 냉각 유로관(30)의 형태에 따라 냉각유로가 커패시터(20)의 상측 또는 하측으로 연장될 수 있다. 도면에서는 냉각 유로관(30)의 경우 커패시터(20)의 바닥면 측으로 연장된 형태로 도식하였다.
이를 통해, 냉각 유로관(30)은 커패시터(20)를 고정하는 구조물 역할을 함께 수행할 수 있으며, 커패시터(20)와 접촉 면적이 증대됨에 따라 커패시터(20)의 냉각 성능이 향상된다.
또한, 냉각 유로관(30)은 커패시터(20)의 측방에서 하방으로 연장됨에 따라 냉각유로의 구성 범위가 확대되어 냉각매체의 입구 및 출구의 위치도 설계에 따라 자유롭게 변경 가능하여 전체 패키지를 구성함에 있어서도 용이하다.
다른 실시예로, 도 8에 도시된 바와 같이, 냉각 유로관(30)은 냉각유로가 커패시터(20)의 상측 또는 하측에서 연장된 후 커패시터(20)의 반대편까지 연장되어 커패시터(20)를 감싸도록 형성될 수 있다.
해당 실시예에서, 냉각 유로관(30)은 전기가 흐르지 않는 재질로 구성할 수 있다. 이를 통해, 냉각 유로관(30)은 하우징(10) 내부에서 커패시터(20)를 감싸는 형태로 형성됨으로써, 커패시터(20)의 절연 성능과 더불어 냉각 성능까지 확보할 수 있다.
또한, 냉각 유로관(30)이 커패시터(20)를 감싸는 형태를 이룸에 따라 커패시터(20)를 안정적으로 고정하고, 커패시터(20)와 접촉 면적이 증대되어 커패시터(20)의 냉각 성능이 향상된다.
또한, 냉각 유로관(30)은 냉각유로의 구성 범위가 확대되어 냉각매체의 입구 및 출구의 위치도 설계에 따라 자유롭게 변경 가능하여 전체 패키지를 구성함에 있어서도 용이하다.
한편, 파워모듈(50)의 외측에 결합되어 외부의 구동부와 파워모듈(50)을 전기적으로 연결시키는 버스바 모듈(70);을 더 포함한다. 여기서 구동부는 모터로 구성될 수 있으며, 도면에서는 미도시하였다.
이렇게, 파워모듈(50)의 외측으로는 커패시터(20)에서 변환된 교류전압을 파워모듈(50)을 통해 외부의 구동부로 입력하기 위해, 파워모듈(50)과 구동부를 연결하는 버스바 모듈(70)이 마련된다. 여기서 버스바 모듈(70)은 전류센서를 포함할 수 있으며, 전류센서는 파워모듈(50)에서 구동부로 입력되는 전류를 측정하여 파워모듈(50)이 오작동되는 것을 확인할 수 있다.
한편, 냉각기(40)의 외측에 마련되고 하우징(10)에 결합되어 냉각 유로관(30), 냉각기(40), 파워모듈(50)을 커버링하는 측방 커버(80);를 더 포함할 수 있다. 이로 인해, 하우징(10)에는 냉각 유로관(30), 냉각기(40), 파워모듈(50)이 내장된 상태에서, 측방 커버(80)에 의해 하우징(10) 내부의 부품들이 보호되고 고정될 수 있다.
한편, 하우징(10)의 상부에 마련되며 파워모듈(50)의 작동을 제어하는 제어보드(90); 및 하우징(10)의 상부에서 제어보드(90)를 커버하도록 결합되어 제어보드(90)를 절연하는 상부 커버(100);를 더 포함한다.
이렇게, 제어보드(90)는 하우징(10)의 상방에 배치되며, 파워모듈(50)과 전기적으로 연결될 수 있다. 이러한 제어보드(90)는 파워모듈(50)에서 구동부로 입력되는 전류를 제어한다.
이러한 제어보드(90)는 상부커버(100)를 통해 고정 및 절연되어, 외부의 충격 또는 진동이 발생되더라도 하우징(10)에 고정된 상태가 유지될 수 있다.
상술한 바와 같은 구조로 이루어진 전력 변환 장치는 종래에 별도 냉각채널을 통해 냉각을 수행하던 구조에 대비하여 전열패드를 포함한 부품들이 삭제되어 구조가 단순화되고, 충진제(60)의 두께를 최소화함으로써 열전도 효율이 상승되어 냉각 성능이 확보된다.
또한, 커패시터(20) 뿐만 아니라 버스바의 냉각도 함께 수행됨에 따라 버스바의 사이즈가 축소되고, 커패시터(20)의 냉각 효과가 확보되어 인버터의 전체 효율이 증가된다.
또한, 커패시터(20)와 냉각 유로관(30)이 충진제(60)에 도포됨에 따라 절연 및 수밀 성능이 확보되어 냉각매체의 유출에 의한 손상이 회피된다. 아울러, 하우징(10) 내에 충진제(60)를 채워 커패시터(20)와 냉각 유로관(30)을 고정함에 따라, 각 부품을 고정하기 위한 별도의 설치용 부품들이 삭제되고, 그에 따라 전체 레이아웃이 간소화되며, 작업성이 향상된다.
본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
10:하우징 11:내부공간
12:냉각공간 13:유통포트
13a:입구포트 13b:출구포트
14:가고정부 20:커패시터
21:전기 부품 30:냉각 유로관
40:냉각기 41:제1 냉각기
42:제2 냉각기 50:파워모듈
60:충진제 70:버스바 모듈
80:측방 커버 90:제어보드
100:상부 커버

Claims (13)

  1. 커패시터가 배치되는 내부공과, 내부공간으로부터 측방으로 개통된 냉각공간이 형성되며, 냉각매체가 유통되도록 유통포트가 구비된 하우징;
    냉각공간에 삽입되어 냉각공간에 결합됨으로써 냉각공간을 밀폐시키고, 유통포트에 연통되어 냉각매체가 유통되는 냉각유로가 형성된 냉각 유로관;
    하우징의 외측에 배치되고 유통포트와 연통되어 냉각매체가 유통되는 냉각기; 및
    냉각기에 접하도록 마련된 파워모듈;을 포함하는 전력 변환 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    하우징에는 내부공간에 커패시터가 배치되고, 냉각공간에 냉각 유로관이 삽입된 상태에서 내부공간과 냉각공간에 충진제가 채워져 커패시터와 냉각 유로관이 밀폐되어 고정된 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    커패시터에는 전기 부품이 구비되고, 냉각 유로관은 전기가 흐르는 재질로 구성될 경우 전기 부품이 냉각 유로관으로부터 절연거리 이격되며 이격된 공간으로 충진제가 채워진 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    커패시터에는 전기 부품이 구비되고, 냉각 유로관은 전기가 흐르지 않은 절연 재질로 구성될 경우 전기 부품이 냉각 유로관측에 접촉되도록 위치된 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    하우징의 냉각공간에는 냉각 유로관이 안착되어 가고정되는 가고정부가 형성된 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    하우징에는 냉각공간에 냉각 유로관이 삽입된 상태에서 내부공간의 하측으로 커패시터가 삽입되고, 커패시터의 삽입시 냉각 유로관에 접촉되어 삽입이 가이드되는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    하우징의 유통포트는 입구포트와 출구포트로 구성되고, 입구포트에는 냉각기가 연통되도록 연결되며, 출구포트에는 냉각 유로관이 연통되도록 연결된 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    냉각기는 제1 냉각기와 제2 냉각기로 구성되고, 제1 냉각기와 제2 냉각기 사이에 파워모듈이 개재된 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    냉각 유로관은 냉각유로가 커패시터의 상측 또는 하측으로 연장되도록 형성된 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  10. 청구항 1에 있어서,
    냉각 유로관은 냉각유로가 커패시터의 상측 또는 하측에서 연장된 후 커패시터의 반대편까지 연장되어 커패시터를 감싸도록 형성된 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  11. 청구항 1에 있어서,
    파워모듈의 외측에 결합되어 외부의 구동부와 파워모듈을 전기적으로 연결시키는 버스바 모듈;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  12. 청구항 1에 있어서,
    냉각기의 외측에 마련되고 하우징에 결합되어 냉각 유로관, 냉각기, 파워모듈을 커버링하는 측방 커버;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  13. 청구항 1에 있어서,
    하우징의 상부에 마련되며 파워모듈의 작동을 제어하는 제어보드; 및
    하우징의 상부에서 제어보드를 커버하도록 결합되어 제어보드를 절연하는 상부 커버;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
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