KR20240056953A - 모터제어기 절연 게이트 양극성 트랜지스터 모듈용 냉각장치 - Google Patents

모터제어기 절연 게이트 양극성 트랜지스터 모듈용 냉각장치 Download PDF

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bipolar transistor
insulated gate
gate bipolar
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김대연
조상준
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현대로템 주식회사
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Abstract

본 발명은 모터제어기 절연 게이트 양극성 트랜지스터 모듈용 냉각장치에 관한 것으로서, 특히 구조변경을 통해 병렬형 직접 냉각방식을 적용함으로써 냉각성능을 증대시킴과 동시에 상(U/V/W)간 냉각유량 불균형에 따른 정션온도 차이를 해결하도록 하는 모터제어기 절연 게이트 양극성 트랜지스터 모듈용 냉각장치에 관한 것이다. 구성은 모터제어기 절연 게이트 양극성 트랜지스터 모듈용 냉각장치에 있어서, 일측면에 냉각수가 유입되는 냉각수 유입구(Inlet)가 형성되는 제1 배관과, 상기 냉각수 유입구와 소정의 간격을 두는 위치에 형성되며 냉각수가 배출되는 냉각수 배출구(Outlet)가 형성되는 제2 배관을 포함하는 하우징과; 상기 하우징의 길이 방향을 따라 복수 개가 병렬로 형성되고, 일단은 상기 제1 배관과 각각 연결되고 타 일단은 제2 배관과 각각 연결되어 냉각수가 유량편차 없이 균일하게 순환되도록 하여 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT)모듈이 냉각되도록 하는 냉각수조; 로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

모터제어기 절연 게이트 양극성 트랜지스터 모듈용 냉각장치{Cooling device for motor controller insulated gate bipolar transistor module}
본 발명은 모터제어기 절연 게이트 양극성 트랜지스터 모듈용 냉각장치에 관한 것으로서, 특히 구조변경을 통해 병렬형 직접 냉각방식을 적용함으로써 냉각성능을 증대시킴과 동시에 상(U/V/W)간 냉각유량 불균형에 따른 정션온도 차이를 해결하도록 하는 모터제어기 절연 게이트 양극성 트랜지스터 모듈용 냉각장치에 관한 것이다.
일반적으로 하이브리드 자동차나 전기자동차 등에는 동력원으로 전기 모터가 구비되고, 전기 모터의 회전속도와 토크 제어를 위해 전력변환부품으로 모터제어기(MCU : Motor Control Unit)가 사용된다.
그리고, 상기 모터제어기는 전력의 흐름을 제어하는 파워모듈과 커패시터와 같은 다수의 전자부품으로 구성됨으로써 다량의 열을 발생시킬 수밖에 없고, 이로 인해 열을 냉각하기 위한 냉각장치가 필수적으로 적용되고 있다.
또, 상기 모터제어기(MCU)의 파워모듈은 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT : Insulated Gate Bipolar mode Transistor)와 같은 반도체 소자로 구성되고, DC 고전압을 빠른 스위칭을 통해 AC 3상(U/V/W) 전류로 변환시켜 구동모터로 전달한다.
상기 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT) 모듈의 경우 빠른 스위칭에 따른 손실이 발생하게 되고 이러한 손실은 열로 변환되므로 냉각수를 통해 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT) 모듈을 냉각하게 되는데 도 1에 도시된 바와 같이, 일반적인 직렬형 냉각 유로를 통해 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT) 모듈을 냉각하게 되면 각 상(U/V/W)에 유량은 일정하나 냉각수 출구쪽(Outlet)에 배치된 상의 경우 냉각 수온이 증가하게 되어 특정 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT)의 정션온도만 높아지는 현상이 발생한다.
또, 도 2에 도시된 바와 같이 종래의 모터제어기 절연 게이트 양극성 트랜지스터 모듈용 병렬형 냉각장치는 기본적으로 3상(U/V/W) 이상의 절연 게이트 양극성 트랜지스터 모듈이 부착되고, 부착되는 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT) 모듈의 수량에 따라 3열에서 6열까지 확장이 가능하며, 냉각수 유입구(Inlet)와 냉각수 배출구(Outlet)는 긴 관통배관에 형성되어 냉각수가 유입/유출 되는데 이러한 관통배관 사이에 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT)모듈 냉각핀을 직접 냉각시키는 수조를 병렬로 배치한다.
이와 같이 종래의 모터제어기 절연 게이트 양극성 트랜지스터 모듈용 냉각장치는 발생하는 정션온도의 편차로 인해 동일한 동작 조건에서 특정 모터제어기 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT) 모듈의 수명을 단축시키게되고 최악의 경우 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT)의 소손을 유발시키는 문제점이 있었다.
또, 종래의 직접 냉각 방식인 모터제어기 절연 게이트 양극성 트랜지스터 모듈용 냉각장치는 각 상(U/V/W)으로 균일한 냉각효율을 발휘하게 할 수 없었기 때문에 냉각수 입구(Inlet)쪽에 배치된 상에 비해 출구(Outlet)쪽에 배치된 상의 경우 냉각 수온이 증가하게 되어 특정 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT)의 정션온도만 높아지는 문제점이 있었다.
공개특허 10-2010-0018233 공개특허 10-2013-0136738
이에, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 병렬로 배치되는 상(U/V/W)에 대응하는 정션온도 편차를 방지하는 냉각수조를 병렬로 배치함으로써 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT) 모듈의 냉각성능을 증대시킴과 동시에 수명 향상을 이루도록 하는 모터제어기 절연 게이트 양극성 트랜지스터 모듈용 냉각장치를 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 모터제어기 절연 게이트 양극성 트랜지스터 모듈용 냉각장치에 있어서, 일측면에 냉각수가 유입되는 냉각수 유입구(Inlet)가 형성되는 제1 배관과, 상기 냉각수 유입구와 소정의 간격을 두는 위치에 형성되며 냉각수가 배출되는 냉각수 배출구(Outlet)가 형성되는 제2 배관을 포함하는 하우징과; 상기 하우징의 길이 방향을 따라 복수 개가 병렬로 형성되고, 일단은 상기 제1 배관과 각각 연결되고 타 일단은 제2 배관과 각각 연결되어 냉각수가 유량편차 없이 균일하게 순환되도록 하여 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT)모듈이 냉각되도록 하는 냉각수조; 로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 모터제어기 절연 게이트 양극성 트랜지스터 모듈용 냉각장치에 있어서, 상기 제1 배관과 제2 배관에는 길이 방향을 따라 복수 개의 장착홈이 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 모터제어기 절연 게이트 양극성 트랜지스터 모듈용 냉각장치에 있어서, 상기 제1 배관과 제2 배관은 냉각수조 보다 낮게 위치하도록 배치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 모터제어기 절연 게이트 양극성 트랜지스터 모듈용 냉각장치에 있어서, 상기 냉각수조는 모터제어기의 3상(U/V/W) 또는 6상(U1/V1/W1/U2/V2/W2)에 대응하는 갯수로 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 모터제어기 절연 게이트 양극성 트랜지스터 모듈용 냉각장치에 있어서, 상기 각 냉각수조는 선단측에 냉각수 유입 슬릿이 형성되고, 후단측에는 냉각수 배출 슬릿이 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 모터제어기 절연 게이트 양극성 트랜지스터 모듈용 냉각장치에 있어서, 상기 각 냉각수조의 냉각수 유입 슬릿과 냉각수 배출 슬릿은 면적을 달리하여 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 모터제어기 절연 게이트 양극성 트랜지스터 모듈용 냉각장치에 있어서, 상기 각 냉각수조의 냉각수 유입 슬릿과, 냉각수 배출 슬릿의 폭은 동일하게 형성되고 높이는 상호 다르게 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 모터제어기 절연 게이트 양극성 트랜지스터 모듈용 냉각장치에 있어서, 상기 각 냉각수조의 냉각수 유입 슬릿과, 냉각수 배출 슬릿의 폭은 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT)모듈의 폭(Y)에 따라 폭(Y)값이 결정되고, 슬릿의 높이는 상간 유량 편차 계수(k)와 기준 높이(x)의 곱으로 결정되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 냉각장치를 구비하는 모터제어기 절연 게이트 양극성 트랜지스터 모듈을 더 제공할 수 있다.
이상에서와 같은 본 발명은 정션온도 편차를 방지하기 위해 냉각수를 순환시키는 냉각수조를 통해 냉각수를 병렬형 상(U/V/W)에 유량 편차 없이 균일하게 공급하여 냉각성능을 향상시키는 효과가 있다.
또, 본 발명은 병렬형 각 상(U/V/W)에 대응하는 냉각수 유입 슬릿(Slit)의 면적(크기)을 조절함으로써 각 상(U/V/W)에 균일한 유량 확보가 가능하게 함으로써, 유량 차이에 의한 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT) 정션온도 편차를 최소화하여 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT) 모듈의 수명을 증대시키고 나아가 특정 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT)의 소손을 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 일반적인 직렬형 냉각방식에서의 IGBT 모듈의 정션온도 편차를 도시한 것이다.
도 2는 종래의 일반적인 병렬형 냉각방식에서의 IGBT 모듈 하부 유량에 따른 정션온도 편차를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 모터제어기 절연 게이트 양극성 트랜지스터 모듈용 냉각장치의 요부 분해도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 모터제어기 절연 게이트 양극성 트랜지스터 모듈용 냉각장치의 조립도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 모터제어기 절연 게이트 양극성 트랜지스터 모듈용 냉각장치의 요부단면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 냉각장치의 냉각수 유입 슬릿 면적을 달리함에 따라 상(U/V/W)간 유량 개선에 의한 정션온도 변화를 나타낸 것이다.
도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 냉각장치의 사용 상태도로서 모터제어기 절연 게이트 양극성 트랜지스터 모듈을 냉각시키는 상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 보다 구체적으로 설명한다.
여기서, 하기의 모든 도면에서 동일한 기능을 갖는 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 반복적인 설명은 생략하며, 아울러 후술 되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 것으로서, 이것은 고유의 통용되는 의미로 해석되어야 함을 명시한다.
도 3 내지 도 6에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 모터제어기 절연 게이트 양극성 트랜지스터 모듈용 냉각장치(100)는 하우징(110)과 냉각수조(120)로 대별되어 이루어진다.
상기 하우징(110)은 6면체의 사각박스 형상을 이루고, 일측면에 냉각수가 유입되는 냉각수 유입구(Inlet)(111a)가 형성되는 제1 배관(111)과, 상기 냉각수 유입구(111a)와 소정의 간격을 두는 위치에 형성되며 냉각수가 배출되는 냉각수 배출구(Outlet)(112a)가 형성되는 제2 배관(112)을 포함하여 구성된다.
또, 상기 하우징(110)은 6면체의 사각박스 형상을 이루고 있으나, 모터제어기에 장착되는 절연 게이트 양극성 트랜지스터 모듈(210)과 긴밀한 접촉을 이루어 열교환을 이룰 수 있는 형태라면 이에 한정되지 않고 다양한 형상으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 냉각수 유입구(111a)가 형성된 제1 배관(111)과 냉각수 배출구(112a)가 형성된 제2 배관(112)은 냉각수의 원활한 흐름을 위해 원통형으로 형성되는 것이 바람직하다. 그러나, 제1 배관(111)과 제2 배관(112)은 필요에 따라 사각박스형 등으로 형성될 수도 있다.
상기 제1 배관(111)과 제2 배관(112)에는 길이 방향을 따라 상기 냉각수조(120)의 장착을 위한 복수 개의 장착홈(111b),(112b)이 형성된다.
여기서, 상기 제1 배관(111)은 냉각수 유입구(111a)의 반대편 단면이 폐쇄되고, 제2 배관(112)은 냉각수 배출구(112a)의 반대편 단면이 폐쇄되는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 제1 배관(111)과 제2 배관(112)은 상기 각 장착홈(111b),(112b)을 통해 결합되는 냉각수조(120)에 의해 냉각수가 유동하도록 상호 연결된다.
또, 본 발명에 따른 상기 하우징(110)의 내부에 설치(장착)되는 제1 배관(111)과 제2 배관(112)은 상기 냉각수조(120) 보다 낮게 위치하도록 배치되는 것이 바람직하다.
즉, 본 발명에 따른 상기 하우징(110)의 내부에 설치(장착)되는 제1 배관(111)과 제2 배관(112)은 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT)모듈(210)이 안착되는 상기 냉각수조(120) 보다 낮게 위치하도록 배치되는 것이 바람직하다.
그 이유는, 상기 제1 배관(111)과 제2 배관(112)을 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT)모듈(210)이 안착되는 상기 냉각수조(120) 보다 낮게 위치하도록 배치함으로써, 제1 배관(111)의 냉각수 유입구(111a)를 통해 냉각수가 유입되면 상기 냉각수조(120)로 냉각수가 차오르면서 냉각수조(120) 전체로 확산된 후 상기 제2 배관(112)의 냉각수 배출구(112a)로 원활하게 배출될 수 있도록 하기 위한 것이다.
상기 냉각수조(120)는 상기 하우징(110)의 길이 방향을 따라 복수 개가 병렬로 형성되고, 일단은 상기 제1 배관(111)과 각각 연결되고 타 일단은 제2 배관(112)과 각각 연결되어 냉각수가 유량편차 없이 균일하게 순환되도록 하여 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT)모듈(210)의 열교환이 이루어지도록 한다.
여기서, 상기 각 냉각수조(120)는 모터제어기의 3상(U/V/W) 또는 6상(U1/V1/W1/U2/V2/W2)에 대응하는 갯수로 형성된다.
예컨대, 3상(U/V/W)의 모터제어기에 장착되는 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT)모듈(210)을 냉각하기 위해서는 상기 하우징(110)에 U상 냉각수조(121)와, V상 냉각수조(122) 및 W상 냉각수조(123)를 병렬로 형성하고, 6상(U1/V1/W1/U2/V2/W2)의 모터제어기에 장착되는 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT)모듈(210)을 냉각하기 위해서는 6개의 냉각수조(120)를 병렬로 형성한다.
이와 같이, 본 발명에 따른 모터제어기 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT)모듈용 냉각장치(100)는 기본적으로 3상(U/V/W) 이상의 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT)모듈(210)이 부착되고, 부착되는 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT)모듈(210)의 수량에 따라 3열에서 6열까지 확장이 가능하다.
그리고, 상기 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT)모듈(210)의 냉각핀(미도시)은, 형상에 따라 냉각수의 동일 유량에서 일정한 차압을 가지는데 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT)모듈(210)을 병렬형 직접냉각방식으로 냉각하는 경우 상기 냉각핀의 형상과 장착 수량 및 관통배관의 길이와 형상에 따라 각 상(U/V/W)에 흐르는 냉각수의 유량에 편차가 발생하게 된다.
이와 같이 발생하는 냉각수의 유량 편차로 인해 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT)모듈(210)의 냉각 성능에 차이가 발생하게 되고 이로 인해 특정 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT)의 정션온도가 기준에 비해 높게 상승하면서 동일한 동작조건에서 특정 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT)의 수명이 낮아질 수 있다.
상기 냉각수조(120), 즉 U상 냉각수조(121)와, V상 냉각수조(122) 및 W상 냉각수조(123)의 상면 가장자리 부분에 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT)모듈(210)과 결합시 확실한 밀폐를 위한 밀폐링(121a),(122a),(123a)이 구비된다.
그리고, 상기 각 냉각수조(120)는 상면으로부터 아래 방향으로 냉각수가 담겨지도록 소정의 깊이를 이루도록 형성된다.
또, 상기 U상 냉각수조(121)와, V상 냉각수조(122) 및 W상 냉각수조(123)는 각 상(U/V/W)에 흐르는 냉각수의 유량에 편차가 발생하는 것을 방지하기 위해, 선단측에는 냉각수 유입 슬릿(121b),(122b),(123b)이 형성되고, 후단측에는 냉각수 배출 슬릿(121c),(122c),(123c)이 형성된다.
그리고, 상기 U상 냉각수조(121)와, V상 냉각수조(122) 및 W상 냉각수조(123)는 모터제어기의 3상(U/V/W) 또는 6상(U1/V1/W1/U2/V2/W2)에 대응하는 갯수로 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 U상 냉각수조(121)와, V상 냉각수조(122) 및 W상 냉각수조(123)의 냉각수 유입 슬릿(121b),(122b),(123b)과, 냉각수 배출 슬릿(121c),(122c),(123c)의 폭은 동일하게 형성되고 높이는 상호 다르게 형성되는 것이 바람직하다.
즉, 상기 상 냉각수조(121)와, V상 냉각수조(122) 및 W상 냉각수조(123)의 냉각수 유입 슬릿(121b),(122b),(123b)과, 냉각수 배출 슬릿(121c),(122c),(123c)의 폭은 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT)모듈(210)의 폭(Y)에 따라 폭(Y)값이 결정되고, 슬릿의 높이는 모터제어기의 3상(U/V/W) 또는 6상(U1/V1/W1/U2/V2/W2)의 각 상간 냉각수의 유량 편차의 정도를 나타내는 상간 유량 편차 계수(k)와 기준 높이(x)의 곱으로 결정되는 것이 바람직하다.
또, 본 발명에 따른 상기 U상 냉각수조(121)와, V상 냉각수조(122) 및 W상 냉각수조(123)의 냉각수 유입 슬릿(121b),(122b),(123b)과, 냉각수 배출 슬릿(121c),(122c),(123c)의 면적은 모터제어기의 상별로 다르게 설계되어 상간 냉각수의 유량 편차를 최소화 시킨다.
즉, 본 발명에 따른 상기 U상 냉각수조(121)와, V상 냉각수조(122) 및 W상 냉각수조(123)는 모터제어기의 3상(U/V/W)에 대응하도록 하우징(110)에 병렬로 3개가 형성되는 경우, 냉각수 유입 슬릿(121b),(122b),(123b)과, 냉각수 배출 슬릿(121c),(122c),(123c)의 면적은 대, 중, 소를 이루도록 형성된다.
좀 더 구체적으로는, 상기 제1 배관(111)의 냉각수 유입구(111a)와 가장 가까운 곳에 위치하는 U상 냉각수조(121)의 냉각수 유입 슬릿(121b)으로는 냉각수의 유입량이 V상 냉각수조(122)와, W상 냉각수조(123)에 비해 상대적으로 많기 때문에 냉각수 유입 슬릿(121b)과, 냉각수 배출 슬릿(121c)의 면적은 가장작은 소(小) 면적을 이루도록 형성한다.
또, 상기 냉각수 유입구(111a)와 2번째로 가까운 곳에 위치하는 V상 냉각수조(122)의 냉각수 유입 슬릿(122b)으로는 냉각수의 유입량이 U상 냉각수조(121)의 냉각수 유입 슬릿(121b) 보다는 적고, W상 냉각수조(123)의 냉각수 유입 슬릿(123b)에 비해서는 상대적으로 많기 때문에 냉각수 유입 슬릿(122b)과, 냉각수 배출 슬릿(122c)의 면적은 중간(中)을 이루도록 형성한다.
또한, 상기 냉각수 유입구(111a)와 가장 먼 곳에 위치하는 W상 냉각수조(123)의 냉각수 유입 슬릿(123b)으로는 냉각수의 유입량이 U상 냉각수조(121)와 V상 냉각수조(122)에 비해 상대적으로 적기 때문에 냉각수 유입 슬릿(123b)과, 냉각수 배출 슬릿(123c)의 면적은 큰 대(大)를 이루도록 형성된다.
이와 같이, 본 발명은 상기 U상 냉각수조(121)와, V상 냉각수조(122) 및 W상 냉각수조(123)의 냉각수 유입 슬릿(121b),(122b),(123b)의 면적을 달리 함으로써, 각 상(U/V/W)에 공급되는 냉각수의 유량 편차를 방지하거나 최소화할 수 있다.
여기서, 본 발명에 따른 U상 냉각수조(121)와, V상 냉각수조(122) 및 W상 냉각수조(123)의 냉각수 유입 슬릿(121b),(122b),(123b)과, 냉각수 배출 슬릿(121c),(122c),(123c)의 면적은 상기 제1 배관(111)의 냉각수 유입구(111a)와 제2 배관(112)의 냉각수 배출구(112a)에 동일하게 적용된다.
또, 본 발명에 따른 U상 냉각수조(121)와, V상 냉각수조(122) 및 W상 냉각수조(123)의 냉각수 유입 슬릿(121b),(122b),(123b)과, 냉각수 배출 슬릿(121c),(122c),(123c)은 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT)모듈(210)의 냉각핀(미도시)의 형상에 따라 그 크기의 제한이 있을 수 있다.
한편, 본 발명은 상기 냉각장치(100)를 구비하는 모터제어기 절연 게이트 양극성 트랜지스터모듈(210)을 더 제공할 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 모터제어기 절연 게이트 양극성 트랜지스터 모듈용 냉각장치의 작용 상태를 설명하면 다음과 같다.
먼저, 본 발명에 따른 냉각장치(100)를 구비하는 모터제어기 절연 게이트 양극성 트랜지스터 모듈(210)을 냉각시키고자 할 경우, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이 상기 하우징(110)에 설치되어 있는 제1 배관(111)의 냉각수 유입구(111a)로 냉각수를 공급한다.
다음, 상기 냉각수 유입구(111a)를 통해 공급된 냉각수는 U상 냉각수조(121)와, V상 냉각수조(122) 및 W상 냉각수조(123)의 냉각수 유입 슬릿(121b),(122b),(123b)으로 유입된다.
즉, 상기 제1 배관(111)은 U상 냉각수조(121)와, V상 냉각수조(122) 및 W상 냉각수조(123) 보다 낮은 위치에 배치되어 있기 때문에 냉각수 유입구(111a)를 통해 공급된 냉각수는 높은 곳에 위치하는 U상 냉각수조(121)와, V상 냉각수조(122) 및 W상 냉각수조(123)의 냉각수 유입 슬릿(121b),(122b),(123b)을 거쳐 U상 냉각수조(121)와, V상 냉각수조(122) 및 W상 냉각수조(123) 내부 전체로 차오르면서 고르게 확산된다.
이때, 상기 냉각수 유입구(111a)와 가장 가까운 곳에 위치하며 면적이 가장작은 U상 냉각수조(121)의 냉각수 유입 슬릿(121b)과, 상기 냉각수 유입구(111a)와 2번째로 가까운 곳에 위치하며 면적이 중간인 V상 냉각수조(122)의 냉각수 유입 슬릿(122b) 및 상기 냉각수 유입구(111a)와 가장 먼 곳에 위치하며 면적이 가장 큰 W상 냉각수조(123)의 냉각수 유입 슬릿(123b)으로는 상호 상이한 면적에 의해 냉각수가 유량의 편차 없이 균일하게 공급된다.
이와 같이, 본 발명은 병렬로 형성되는 상기 U상 냉각수조(121)와, V상 냉각수조(122) 및 W상 냉각수조(123)의 냉각수 유입 슬릿(121b),(122b),(123b)의 면적을 다르게 설계함으로써, U상 냉각수조(121)와, V상 냉각수조(122) 및 W상 냉각수조(123)로 공급되는 냉각수의 유량 편차를 방지하거나 최소화할 수 있다.
즉, 상기 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT)모듈(210)의 냉각핀 형상과 장착 수량 및 관통배관의 길이와 형상에 따라 각 상(U/V/W)에 대응하는 U상 냉각수조(121)와, V상 냉각수조(122) 및 W상 냉각수조(123)로 흐르는 냉각수 유량에 편차가 발생하게 된다.
이를 방지하기 위해, U상 냉각수조(121)와, V상 냉각수조(122) 및 W상 냉각수조(123)의 냉각수 유입 슬릿(121b),(122b),(123b)의 폭은 동일하게 유지하고 높이를 조절함으로써 유량이 부족한 상의 유량을 보상하는 것이다.
계속해서, 상기 U상 냉각수조(121)와, V상 냉각수조(122) 및 W상 냉각수조(123)로 균일하게 유입된 냉각수는 상기 U상 냉각수조(121)와, V상 냉각수조(122) 및 W상 냉각수조(123)의 상부로 결합된 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT)모듈(210)의 냉각핀(미도시)을 통과하면서 열교환을 이루며 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT)모듈(210)을 냉각시킨다.
이후, 열교환된 U상 냉각수조(121)와, V상 냉각수조(122) 및 W상 냉각수조(123)의 냉각수는 각 냉각수 유입 슬릿(121b),(122b),(123b)을 통과하여 상기 제2 배관(112)의 냉각수 배출구(112c)를 통해 배출된다.
이와 같이, 상기 냉각수 유입구(111a)를 통해 공급된 냉각수는 U상 냉각수조(121)와, V상 냉각수조(122) 및 W상 냉각수조(123)로 유입되어 열교환을 이룬 후 냉각수 배출구(112c)를 통해 배출되는 동작을 순환하게 된다.
따라서 본 발명은 이와 같은 작용을 지속적으로 반복함으로써 병렬형 냉각 수조의 구조에서 발생하는 상(U/V/W)간 냉각수의 유량 편차 문제를 해소하여 냉각 성능을 증대시킬 수 있는 것이다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지로 치환, 변형 및 균등한 타 실시예로의 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.
100 : 절연 게이트 양극성 트랜지스터 모듈용 냉각장치
110 : 하우징 111 : 제1 배관
111a : 냉각수 유입구(Inlet) 111b, 112b : 장착부
112 : 제2 배관 112a : 냉각수 배출구
120 : 냉각수조 121 : U상 냉각수조
121a, 122a, 123a : 밀폐링 121b, 122b, 123b : 냉각수 유입 슬릿
121c, 122c, 123c : 냉각수 배출 슬릿
122 : V상 냉각수조 123 : W상 냉각수조
210 : 절연 게이트 양극성 트랜지스터 모듈

Claims (9)

  1. 모터제어기 절연 게이트 양극성 트랜지스터 모듈용 냉각장치에 있어서,
    일측면에 냉각수가 유입되는 냉각수 유입구(Inlet)가 형성되는 제1 배관과, 상기 냉각수 유입구와 소정의 간격을 두는 위치에 형성되며 냉각수가 배출되는 냉각수 배출구(Outlet)가 형성되는 제2 배관을 포함하는 하우징과;
    상기 하우징의 길이 방향을 따라 복수 개가 병렬로 형성되고, 일단은 상기 제1 배관과 각각 연결되고 타 일단은 제2 배관과 각각 연결되어 냉각수가 유량편차 없이 균일하게 순환되도록 하여 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT)모듈이 냉각되도록 하는 냉각수조; 로 이루어지는 것을 특징으로 하는 모터제어기 절연 게이트 양극성 트랜지스터 모듈용 냉각장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 배관과 제2 배관에는 길이 방향을 따라 복수 개의 장착홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 모터제어기 절연 게이트 양극성 트랜지스터 모듈용 냉각장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 배관과 제2 배관은 냉각수조 보다 낮게 위치하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 모터제어기 절연 게이트 양극성 트랜지스터 모듈용 냉각장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 냉각수조는 모터제어기의 3상(U/V/W) 또는 6상(U1/V1/W1/U2/V2/W2)에 대응하는 갯수로 형성되는 것을 특징으로 하는 모터제어기 절연 게이트 양극성 트랜지스터 모듈용 냉각장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 각 냉각수조는 선단측에 냉각수 유입 슬릿이 형성되고, 후단측에는 냉각수 배출 슬릿이 형성되는 것을 특징으로 하는 모터제어기 절연 게이트 양극성 트랜지스터 모듈용 냉각장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 각 냉각수조의 냉각수 유입 슬릿과 냉각수 배출 슬릿은 면적을 달리하여 형성되는 것을 특징으로 하는 모터제어기 절연 게이트 양극성 트랜지스터 모듈용 냉각장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 각 냉각수조의 냉각수 유입 슬릿과, 냉각수 배출 슬릿의 폭은 동일하게 형성되고 높이는 상호 다르게 형성되는 것을 특징으로 하는 모터제어기 절연 게이트 양극성 트랜지스터 모듈용 냉각장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 각 냉각수조의 냉각수 유입 슬릿과, 냉각수 배출 슬릿의 폭은 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT)모듈의 폭(Y)에 따라 폭(Y)값이 결정되고, 슬릿의 높이는 상간 유량 편차 계수(k)와 기준 높이(x)의 곱으로 결정되는 것을 특징으로 하는 모터제어기 절연 게이트 양극성 트랜지스터 모듈용 냉각장치.
  9. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 냉각장치를 구비하는 모터제어기 절연 게이트 양극성 트랜지스터모듈.
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