WO2022154260A1 - 전력전자기기의 하부 모듈 - Google Patents

전력전자기기의 하부 모듈 Download PDF

Info

Publication number
WO2022154260A1
WO2022154260A1 PCT/KR2021/018194 KR2021018194W WO2022154260A1 WO 2022154260 A1 WO2022154260 A1 WO 2022154260A1 KR 2021018194 W KR2021018194 W KR 2021018194W WO 2022154260 A1 WO2022154260 A1 WO 2022154260A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
lower module
heat dissipation
reactor
heat
module
Prior art date
Application number
PCT/KR2021/018194
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
황수용
정길주
이수형
최원석
김규화
Original Assignee
엘에스일렉트릭 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 엘에스일렉트릭 주식회사 filed Critical 엘에스일렉트릭 주식회사
Priority to US18/272,155 priority Critical patent/US20240147677A1/en
Priority to CN202180082385.9A priority patent/CN116569468A/zh
Publication of WO2022154260A1 publication Critical patent/WO2022154260A1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/2089—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating for power electronics, e.g. for inverters for controlling motor
    • H05K7/20909—Forced ventilation, e.g. on heat dissipaters coupled to components
    • H05K7/20918—Forced ventilation, e.g. on heat dissipaters coupled to components the components being isolated from air flow, e.g. hollow heat sinks, wind tunnels or funnels
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/2089—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating for power electronics, e.g. for inverters for controlling motor
    • H05K7/209—Heat transfer by conduction from internal heat source to heat radiating structure
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/003—Constructional details, e.g. physical layout, assembly, wiring or busbar connections
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/20009—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating using a gaseous coolant in electronic enclosures
    • H05K7/20136—Forced ventilation, e.g. by fans
    • H05K7/20172—Fan mounting or fan specifications
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/2039—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating characterised by the heat transfer by conduction from the heat generating element to a dissipating body
    • H05K7/20509—Multiple-component heat spreaders; Multi-component heat-conducting support plates; Multi-component non-closed heat-conducting structures
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/2089—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating for power electronics, e.g. for inverters for controlling motor
    • H05K7/20909—Forced ventilation, e.g. on heat dissipaters coupled to components

Definitions

  • the present invention relates to a lower module of a power electronic device, and more particularly, to a lower module included in a power electronic device divided into an upper module and a lower module by an intermediate plate.
  • Industrial power electronic devices are provided with a plurality of heating components, and have a structure for effectively dissipating heat emitted from the heating components.
  • an inverter device has a structure divided into an upper module and a lower module, and each module has a unique system for dissipating heat.
  • a natural cooling system that naturally introduces outside air through a plurality of vent holes provided in the outer housing and then discharges it again through heat exchange is formed.
  • a forced cooling system is formed in which a blower fan is installed to forcibly suck in external air, and then discharges it to the outside through heat exchange.
  • the air introduced into the blower fan is dispersed to the upper heat sink 60 side and the lower DC reactor 70 side to form two air flows. Then, they come together again and are discharged through the discharge plate. This is to simultaneously cool the upper heat sink and the lower DC reactor in consideration of the structure in which the heat sink 60 and the DC reactor 70 are arranged up and down.
  • An embodiment of the present invention is to provide a lower module capable of improving heat dissipation performance by efficiently arranging components in a lower module of a power electronic device.
  • An embodiment of the present invention is to provide a lower module that can minimize the size.
  • the lower module included in the power electronic device divided into an upper module and a lower module by an intermediate plate the lower module is installed on one side of the lower module and air flows into the inner space of the lower module from the outside.
  • a blower fan that introduces; a plurality of capacitors suspended from the intermediate plate and spaced apart from the blower fan by a predetermined distance;
  • a heat sink having a plurality of heat dissipation fins through which heat generated from a heat generating component disposed in the upper module is conducted, and disposed adjacent to the capacitor, whereby the plurality of heat dissipation fins are cooled by the air moved from the side of the plurality of capacitors ;
  • a DC reactor disposed between the plurality of heat dissipation fins and the other side opposite to one side of the lower module and cooled by the air moved from the heat dissipation fin side and disposed on the other side of the lower module, the DC reactor and a discharge plate having a vent hole so that the air moved from the
  • the capacitor, the heat sink, and the DC reactor may be arranged such that at least a portion overlaps each other.
  • the DC reactor may be disposed so as not to deviate from the heat sink.
  • the predetermined distance by which the plurality of capacitors are spaced apart from the blower fan may be within a thickness of the blower fan.
  • At least four of the plurality of capacitors may be spaced apart from each other along the width direction of the lower module, so that at least three air passages may be formed between the at least four capacitors.
  • the heat dissipation fin may extend to a position adjacent to the base surface of the lower module.
  • the end of the heat dissipation fin may be in contact with the base surface of the lower module, whereby heat may be conducted from the heat dissipation fin to the base surface.
  • the plurality of heat dissipation fins may be disposed to be parallel to each other while being perpendicular to the discharge plate, and may have a thickness of at least 1 mm to be formed by an extrusion process.
  • the DC reactor may include a main body fixed to the base surface of the lower module; A connecting line extending from the main body and connected to the upper module side and one end are connected to the main body and the other end is fixed to the middle plate or the upper module, and there is a space through which the connecting line can pass to protect the connecting line. It may include a connector housing formed.
  • a fixing member detachably coupled to the electronic component included in the intermediate plate or the upper module may be provided at the other end of the connecting wire housing.
  • the lower module of the power electronic device optimizes heat dissipation performance by forming a straight-line air flow that does not branch by arranging a DC reactor on the rear side of the heat sink, and increases the separation distance from the blower fan to the capacitor. can be reduced
  • the length of the heat dissipation fin is extended sufficiently long to improve heat dissipation performance, and the height direction length of the lower module can be reduced.
  • the lower module of the power electronic device may facilitate air flow between the plurality of capacitors by arranging three or more miniaturized capacitors in the width direction.
  • the lower module of the power electronic device can stably protect the connecting line of the DC reactor from external force by having the connecting line housing.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing an upper module and a lower module of a power electronic device according to the related art.
  • FIG. 2 is a perspective view of a power electronic device including a lower module according to an embodiment of the present invention as viewed from the blower fan.
  • FIG 3 is a perspective view of a power electronic device including a lower module according to an embodiment of the present invention as viewed from the discharge plate side.
  • FIG. 4 is an exploded perspective view showing an upper module and a lower module of a power electronic device including a lower module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating an upper module and a lower module of a power electronic device including a lower module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a perspective view illustrating a DC reactor of a lower module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a thermal image for explaining a heat dissipation effect of a lower module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view showing an upper module and a lower module of a power electronic device including a lower module according to another embodiment of the present invention.
  • the position between each component based on the direction from the blower fan 40 to the discharge plate 80, it is defined as being located on the front side as it is adjacent to the blower fan, and the discharge plate It is defined as being located at the rear as it is closer to the .
  • the direction from the blower fan to the discharge plate is defined as the longitudinal direction (x direction) of the lower module, and the direction perpendicular to the longitudinal direction (y direction) is defined as the width direction of the lower module.
  • a direction (z direction) perpendicular to the longitudinal direction and the width direction is defined as the height direction.
  • 1 is a cross-sectional view showing an upper module and a lower module of a power electronic device according to the related art.
  • 2 is a perspective view of a power electronic device including a lower module according to an embodiment of the present invention as viewed from the blower fan.
  • 3 is a perspective view of a power electronic device including a lower module according to an embodiment of the present invention as viewed from the discharge plate side.
  • 4 is an exploded perspective view showing an upper module and a lower module of a power electronic device including a lower module according to an embodiment of the present invention.
  • 5 is a cross-sectional view illustrating an upper module and a lower module of a power electronic device including a lower module according to an embodiment of the present invention.
  • 6 is a perspective view illustrating a DC reactor of a lower module according to an embodiment of the present invention.
  • 7 is a thermal image for explaining a heat dissipation effect of a lower module according to an embodiment of the present invention.
  • the lower module (hereinafter, 'lower module') of the power electronic device according to an embodiment of the present invention is based on the middle plate 34, and the upper module 20 ) and the lower module 30 of the power electronic device divided into the lower module 30, and by effectively arranging the components included in the lower module, excellent heat dissipation effect and space saving effect can be obtained.
  • the lower module 30 may include a blower fan 40 , a capacitor 50 , a heat sink 60 and a DC reactor 70 , for example, DC power It may be a sub-module of an inverter device that converts AC power having a desired magnitude of voltage and frequency.
  • the application of the lower module according to an embodiment of the present invention is not limited to the inverter device, and a power electronic device including a blower fan 40 , a capacitor 50 , a heat sink 60 , and a DC reactor 70 . It should be noted that it can be applied to any device. However, for convenience of description, it is assumed that the lower module according to an embodiment of the present invention is applied to an inverter device.
  • the lower module 30 includes a blower fan 40 for introducing air into the inner space of the lower module 30 from the outside.
  • the blower fan 40 may be a well-known axial flow type blower capable of introducing air in a direction parallel to the rotation axis by having an impeller rotating about the rotation axis.
  • the blower fan 40 may be disposed on one side of the lower module 30 .
  • one side of the lower module 30 may be one of the two sides having a shorter width in the width direction among the four side surfaces constituting the lower module 30 of the housing shape.
  • a plurality of blower fans 40 may be installed side by side in the width direction of the one side as shown in FIG. 2 .
  • the lower module 30 includes a discharge plate 80 disposed on the other side opposite to the one side where the blower fan 40 is installed.
  • the discharge plate 80 is formed in the shape of a plate disposed to face the blower fan 40 described above, and has a plurality of vent holes 81 therein so that air can be discharged to the outside of the lower module.
  • the capacitor 50, the heat The sink 60 and the DC reactor 70 can be efficiently disposed.
  • the capacitor 50 may be disposed at a position closest to the blower fan 40 .
  • the capacitor 50 is the blower fan 40 .
  • a predetermined distance D2 may be spaced apart from each other. This is to prevent a significant number of eddy currents from being generated before the flow of air in one direction is induced when the capacitor 50 is disposed in close contact with the blower fan 40 .
  • the separation distance D2 between the blower fan 40 and the capacitor 50 increases, the volume of the power electronic device also increases.
  • the separation distance D2 may be within the maximum thickness D1 of the blower fan 40 .
  • the lower part according to an embodiment of the present invention In the case of the module 30, it is possible to achieve epoch-making space reduction.
  • the lower module 30 can reduce the separation distance D2 between the blower fan 40 and the capacitor 50 is the capacitor 50 and the heat sink 60 to be described later. ) and an efficient arrangement between the DC reactor 70 is possible. This will be described in more detail after the overall description of each configuration is completed.
  • the number of capacitors 50 installed in a suspended form on the intermediate plate 34 may be plural.
  • At least four capacitors 50 may be disposed to be spaced apart from each other along the width direction of the lower module 30 .
  • at least three air passages 52 may be formed between the capacitors 50 spaced apart from each other. It may be moved toward the sink 60 .
  • the capacitor 50 may be cooled by heat exchange between the air moving through the air passage 52 and the capacitor 50 .
  • the lower module ( ) may be miniaturized by providing a plurality of capacitors having small capacitances and small diameters instead of conventional high-capacity capacitors.
  • a stable straight movement space of air can be secured, and heat exchange can be improved by increasing the contact area of the capacitor 50 .
  • vortex generation can be suppressed. There is also an effect of reducing the separation distance D2 between the blower fan 40 and the capacitor 50 through this.
  • a heat sink 60 is disposed on the rear side of the capacitor 50 .
  • one side of the heat sink 60 may pass through the intermediate plate 34 to be connected to the heating component 22 installed in the upper module 20 .
  • the heat sink 60 may be connected to the heat generating component 22 so that heat generated from the heat generating component 22 can be conducted.
  • a plurality of heat dissipation fins 61 through which heat is emitted through heat exchange with air may be provided.
  • all of the plurality of heat dissipation fins 61 may be disposed perpendicular to the blower fan 40 or the discharge plate 80 and spaced apart from each other so as to be parallel to each other.
  • the air passing through the capacitor 50 disposed on the front side of the heat dissipation fin 61 through the space formed between the individual heat dissipation fins spaced apart from each other may flow toward the DC reactor 70 at the rear side.
  • the air flowing between the heat dissipation fins 61 heat-exchanges with the heat dissipation fins 61 to cool the heat dissipation fins 61, of course.
  • one end of the heat dissipation fin 61 may extend to a position adjacent to the base surface 32 of the lower module. Accordingly, the length of the heat dissipation fin 61 may be sufficiently extended.
  • a DC reactor 70 is disposed between the heat dissipation fin 61 and the base surface 32 .
  • This is, as described in relation to the background art, two airflows including an airflow F2 for cooling the heat sink 60 disposed on the upper side and an airflow F3 for cooling the DC reactor 70 disposed on the lower side. This is to cool the inside of the lower module 30 by branching the air into the furnace.
  • the height H2 of the heat dissipation fin may be far less than the height of the lower module H1. That is, the height H2 of the heat dissipation fin is inevitably limited by the lower DC reactor 70 .
  • the lower module when viewed from one side or the other side of the lower module 30, the capacitor 50 , at least a portion of the heat sink 60 and the DC reactor 70 may be disposed to overlap each other. That is, when viewed from one side or the other side of the lower module 30 , at least a portion of the capacitor 50 , the heat sink 60 , and the DC reactor 70 may be disposed to overlap each other.
  • the height direction length of the heat sink 60 and the DC reactor 70 overlaps, so that the lower module according to an embodiment of the present invention can minimize the height direction length.
  • the overall power electronic device can be miniaturized, thereby improving the space utilization according to the installation of the power electronic device.
  • the height direction length H1 of the lower module in order to extremely minimize the height direction length H1 of the lower module, as shown in FIG. It may be disposed so as not to deviate from the disposed heat sink 60 .
  • one end of the heat dissipation fin 61 may extend to directly contact the base surface 32 of the lower module. That is, as shown in FIG. 5 , the height of the heat dissipation fins H2 may be extended to be close to the height H1 of the lower module.
  • the DC reactor 70 is not disposed between the heat dissipation fin 61 and the base surface 32 .
  • the base surface 32 may also be formed of a material having excellent thermal conductivity, similarly to the heat dissipation fin 61 . Accordingly, when the heat dissipation fin 61 is in contact with the base surface 32 , heat can be conducted from the heat dissipation fin 61 toward the base surface 32 , so that the cooling of the heat dissipation fin 61 can be made more easily.
  • the amount of heat exchange between the heat dissipation fin 61 and air may be relatively reduced, and as a result, the temperature of the air present inside the lower module 30 is reduced. can be kept lower. As such, the lower temperature air may further improve the cooling efficiency of other components in the lower module 30 , for example, the DC reactor 70 present at the rear side.
  • the heat dissipation fin 61 of the heat sink 60 may have a thickness of at least 1 mm.
  • the heat dissipation fin 61 applied to the lower module 30 according to an embodiment of the present invention may have a sufficiently thick thickness to be formed by not only the press-in process but also the extrusion process. This is because the heat dissipation fin 61 by the lower module 30 according to an embodiment of the present invention can be extended long enough so that the heat dissipation fin 61 is adjacent to or in contact with the base surface 32 of the lower module 30, as in the prior art. ) because it is possible to secure sufficient heat dissipation performance without forming a thin thickness.
  • a DC reactor is disposed on the rear side of the heat sink 60 , that is, in a space formed between the heat sink 60 and the discharge plate 80 .
  • the DC reactor 70 is a known electronic component installed in the D.C link to reduce harmonics included in the power supply current, and a normal DC reactor capable of smoothing the harmonics by smoothing the change in the current due to the current limiting action. (70) may mean.
  • the lower module 30 is a heat sink to reduce the height direction length H1 of the lower module 30 and unify the flow of air in the lower module 30 into one large flow.
  • the arrangement of the DC reactor 70 on the rear side, not on the lower portion of the 60 is the same as described above.
  • the DC reactor 70 includes a main body 71 and a connection line 74 extending from the main body 71 and connected to the upper module 20 side.
  • the DC reactor 70 may further include a connection wire housing 72 disposed to surround the connection wire so that the connection wire is not exposed to the outside in order to protect the connection wire from external force.
  • the connecting wire housing 72 may have one end connected to the main body 71 , and the other end may be fixed to the upper intermediate plate 34 .
  • the connecting wire housing 72 maintains an external shape fixed against external force, thereby preventing the internal connecting wire from moving by the external force.
  • connection line connected to the upper module 20 side existing on the upper side of the heat sink 60 is connected to a separate protective member. I had no choice but to expose it to the outside as it is. This is because, as in the embodiment of the present invention, as the heat sink 60 is located on the upper side of the DC reactor 70, it is not possible to provide a sufficient space for arranging the connection wire housing 72 that protects the connection wire. .
  • the other end of the connecting wire housing 72 fixed to the intermediate plate 34 is detachably coupled to the intermediate plate 34 or an electronic component (not shown) included in the upper module 20 .
  • a separate fixing member 73 may be provided. Through this, if necessary, the DC reactor 70 may be separated or combined from the intermediate plate 34 or the upper module 20 .
  • the main body 71 of the DC reactor 70 is detachable from the lower module 30 as needed. It can be fixed to the base surface.
  • the air forms a straight-line flow F4 passing in the order of the blower fan 40 - the capacitor 50 - the heat sink 60 - the DC reactor - the discharge plate, and through this, the capacitor 50, the heat sink 60 ), effectively cooling the DC reactor (70).
  • This is in stark contrast to the prior art airflow, which, as described above, forms a bifurcated upper and lower airflow.
  • the lower module 30 By forming a straight air flow that is not branched like this, the lower module 30 according to an embodiment of the present invention has many advantages in terms of heat dissipation effect and space utilization.
  • one air flow is formed, so that a sufficient amount of air can effectively cool each component including the heat dissipation fin 61 and the DC reactor 70 .
  • the heat dissipation fin 61 can be extended long to be adjacent to the base surface of the lower module 30, so that the heat dissipation effect by the heat dissipation fin 61 can be maximized.
  • the heat dissipation fin 61 is formed to be in contact with the base surface 32 of the lower module 30 , there is an advantage that the heat dissipation effect by the base surface 32 can also be obtained.
  • Such a heat dissipation effect of the lower module 30 according to an embodiment of the present invention is clearly confirmed through the thermal image of FIG. 7 . That is, the maximum temperature in the lower module 30 is only 75 degrees, which satisfies 100 degrees, which is the allowable heat resistance temperature of the power electronic device.
  • the heat sink 60 and the DC reactor 70 are not stacked vertically, but are arranged horizontally, so that the height direction length of the lower module 30 can be reduced. And since the thickness of the heat dissipation fin 61 can be formed relatively thick, there is an advantage in the process related to the heat dissipation fin 61 manufacturing.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view showing an upper module and a lower module of a power electronic device including a lower module according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 8 .
  • the suction plate 80 ′ may be disposed on the front side of the capacitor, and the blower fan 40 ′ may be disposed on the rear side of the DC reactor 70 .
  • the positional relationship between the capacitor 50 , the heat sink 60 , and the DC reactor 70 is the same as in the above-described embodiment.
  • the suction plate 80 ′ is disposed on one side of the lower module 30 ′ as shown in the drawing, and may include a plurality of vent holes through which air can pass, like the discharge plate 80 .
  • the blower fan 40 ′ is disposed on the other side of the lower module to face the suction plate 80 ′, and may be an axial flow blower for flowing air in one direction as in the above-described embodiment. That is, compared with the above-described embodiment, only the positional relationship is reversed, the suction plate 80' and the blower fan 40' are the discharge plate 80 and the blower fan 40 included in the above-described embodiment and perform the same function as each other.
  • the air is introduced through the suction plate 80' and then to the blower fan 40'.
  • the plurality of capacitors 50, the heat sink 60, and the DC reactor 70 flow in this order, and after heat exchange, finally discharged to the outside of the lower module 30' through the blower fan 40'.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)

Abstract

전력전자기기의 하부 모듈이 개시된다. 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 전력전자기기의 하부 모듈은 중간판에 의해 상부 모듈과 하부 모듈로 구획되는 전력전자기기에 포함된 하부 모듈로서, 하부 모듈의 일측면에 설치되어 외부로부터 하부 모듈의 내부 공간으로 공기를 유입시키는 블로워 팬; 중간판에 매달린 형태로 설치되며, 블로워 팬으로부터 소정 거리 이격되어 배치되는 복수의 커패시터; 상부 모듈에 배치된 발열 부품으로부터 발생된 열이 전도되는 복수의 방열핀을 구비하며, 커패시터와 인접하여 배치됨으로써 복수의 커패시터 측으로부터 이동된 공기에 의해 복수의 방열핀이 냉각되는 히트싱크; 복수의 방열핀과, 하부 모듈의 일측면과 대향하는 타측면 사이에 배치되며, 방열핀 측으로부터 이동된 공기에 의해 냉각되는 직류 리액터 및 하부 모듈의 타측면에 배치되며, 직류 리액터 측으로부터 이동된 공기가 외부로 유출되도록 벤트홀을 구비하는 배출판을 포함하고, 공기는 블로워 팬 - 복수의 커패시터 - 히트싱크 - 직류 리액터 - 배출판 순으로 지나며 열교환 후 외부로 배출된다.

Description

전력전자기기의 하부 모듈
본 발명은 전력전자기기의 하부 모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 중간판에 의해 상부 모듈과 하부 모듈로 구획되는 전력전자기기에 포함된 하부 모듈에 관한 것이다.
산업용 전력전자기기는 다수의 발열 부품을 구비하고 있으며, 상기 발열 부품으로부터 방출되는 열을 효과적으로 방열하기 위한 구조를 구비하고 있다.
산업용 전력전자기기 중에서, 일례로 인버터 장치의 경우, 상부 모듈과 하부 모듈로 구분되는 구조를 가지고 있으며, 각각의 모듈은 열을 방출하기 위한 특유의 시스템을 가지고 있다.
구체적으로 상부 모듈의 경우, 도 1에 도시된 바와 같이, 외측의 하우징에 구비된 다수의 벤트홀을 통해 자연적으로 외기를 유입시킨 후, 열교환을 통해 다시 방출시키는 자연냉각 시스템이 형성되어 있다.
그리고, 하부 모듈의 경우, 블로워 팬을 설치하여 강제적으로 외기를 흡입한 후, 열교환을 통해 외부로 배출시키는 강제냉각 시스템이 형성되어 있다.
이와 관련하여, 종래 기술의 경우, 도 1에 도시된 바와 같이 블로워 팬으로 유입된 공기는 상부의 히트싱크(60) 측과 하부의 직류 리액터(70) 측으로 분산되어 2개의 공기의 흐름을 형성한 뒤 다시 하나로 모여 배출판을 통해 배출된다. 이것은 히트싱크(60)와 직류 리액터(70)가 위 아래로 배치되는 구조를 고려하여, 상측의 히트싱크와 하측의 직류 리액터를 동시에 냉각시키기 위함이다.
그러나, 종래 기술과 같이 히트싱크와 직류 리액터가 상하 방향으로 적층 배치될 경우, 공기가 분기됨에 따라 방열의 집중도가 약화되며, 하부 모듈의 높이 방향 크기(H1)가 비대해지는 단점이 있다. 또한 히트싱크에 구비된 방열핀의 연장 길이가 제한되어 방열 성능에 한계가 있는 단점도 있다. 이를 개선하기 위한 방열 구조의 개발이 필요한 실정이다.
본 발명의 일 실시예는 전력전자기기의 하부 모듈에 있어서, 구성 요소를 효율적으로 배치하여 방열 성능을 향상시킬 수 있는 하부 모듈을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예는 크기를 최소화할 수 있는 하부 모듈을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 중간판에 의해 상부 모듈과 하부 모듈로 구획되는 전력전자기기에 포함된 상기 하부 모듈로서, 상기 하부 모듈의 일측면에 설치되어 외부로부터 상기 하부 모듈의 내부 공간으로 공기를 유입시키는 블로워 팬; 상기 중간판에 매달린 형태로 설치되며, 상기 블로워 팬으로부터 소정 거리 이격되어 배치되는 복수의 커패시터; 상기 상부 모듈에 배치된 발열 부품으로부터 발생된 열이 전도되는 복수의 방열핀을 구비하며, 상기 커패시터와 인접하여 배치됨으로써 상기 복수의 커패시터 측으로부터 이동된 상기 공기에 의해 상기 복수의 방열핀이 냉각되는 히트싱크; 상기 복수의 방열핀과, 상기 하부 모듈의 일측면과 대향하는 타측면 사이에 배치되며, 상기 방열핀 측으로부터 이동된 상기 공기에 의해 냉각되는 직류 리액터 및 상기 하부 모듈의 타측면에 배치되며, 상기 직류 리액터 측으로부터 이동된 상기 공기가 외부로 유출되도록 벤트홀을 구비하는 배출판을 포함하고, 상기 공기는 상기 블로워 팬 - 상기 복수의 커패시터 - 상기 히트싱크 - 상기 직류 리액터 - 상기 배출판 순으로 지나며 열교환 후 상기 외부로 배출되는, 전력전자기기의 하부 모듈이 제공된다.
이 때, 상기 하부 모듈의 일측면 또는 타측면에서 바라보았을 때, 상기 커패시터, 상기 히트싱크 및 상기 직류 리액터는 적어도 일부가 서로 중첩되도록 배치될 수 있다.
이 때, 상기 하부 모듈의 높이 방향을 기준으로, 상기 직류 리액터는 상기 히트싱크를 벗어나지 않도록 배치될 수 있다.
이 때, 상기 복수의 커패시터가 상기 블로워 팬으로부터 이격된 상기 소정 거리는 상기 블로워 팬 두께 이내일 수 있다.
이 때, 상기 복수의 커패시터는 상기 하부 모듈의 폭 방향을 따라 적어도 4개가 이격 배치됨으로써 상기 적어도 4개의 커패시터 사이에 적어도 3개의 상기 공기의 이동 통로가 형성될 수 있다.
이 때, 상기 방열핀은 상기 하부 모듈의 베이스면에 인접하는 위치까지 연장될 수 있다.
이 때, 상기 방열핀의 단부는 상기 하부 모듈의 베이스면에 접촉됨으로써, 상기 방열핀으로부터 상기 베이스면으로 열 전도가 가능할 수 있다.
이 때, 상기 복수의 방열핀은 상기 배출판에 수직하면서 서로 평행하도록 배치되고, 압출 공정에 의해 형성 가능하도록 최소 1mm 이상의 두께를 가질 수 있다.
이 때, 상기 직류 리액터는, 하부 모듈의 베이스면에 고정되는 본체; 상기 본체로부터 연장되어 상기 상부 모듈 측에 연결되는 연결선 및 일단부가 상기 본체에 연결되며 타단부가 상기 중간판 또는 상기 상부 모듈에 고정되되, 상기 연결선을 보호하도록 내부에 상기 연결선이 지날 수 있는 공간이 형성되는 연결선 하우징을 포함할 수 있다.
이 때, 상기 연결선 하우징의 타단부에 상기 중간판 또는 상기 상부 모듈에 포함된 전자 부품과 착탈 가능하도록 결합되는 고정부재가 구비될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 중간판에 의해 상부 모듈과 하부 모듈로 구획되는 전력전자기기에 포함된 상기 하부 모듈로서, 상기 하부 모듈의 일측면에 설치되며, 외부로부터 상기 하부 모듈의 내부 공간으로 공기를 유입될 수 있는 벤트홀을 구비하는 흡입판; 상기 중간판에 매달린 형태로 설치되며, 상기 흡입판으로부터 소정 거리 이격되어 배치되는 복수의 커패시터; 상기 상부 모듈에 배치된 발열 부품으로부터 발생된 열이 전도되는 복수의 방열핀을 구비하며, 상기 커패시터와 인접하여 배치됨으로써 상기 복수의 커패시터 측으로부터 이동된 상기 공기에 의해 상기 복수의 방열핀이 냉각되는 히트싱크; 상기 복수의 방열핀과, 상기 하부 모듈의 일측면과 대향하는 타측면 사이에 배치되며, 상기 방열핀 측으로부터 이동된 상기 공기에 의해 냉각되는 직류 리액터 및 상기 하부 모듈의 타측면에 배치되며, 상기 직류 리액터 측으로부터 이동된 상기 공기를 외부로 유출시키는 블로워 팬을 포함하고, 상기 공기는 상기 흡입판 - 상기 복수의 커패시터 - 상기 히트싱크 - 상기 직류 리액터 - 상기 블로워 팬 순으로 지나며 열교환 후 상기 외부로 배출되는, 전력전자기기의 하부 모듈이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전력전자기기의 하부 모듈은 직류 리액터를 히트싱크의 후측에 배치시킴으로써 분기되지 않는 일직선의 공기 흐름을 형성하여 방열 성능을 최적화시키고, 블로워 팬으로부터 커패시터까지의 이격 거리를 감소시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전력전자기기의 하부 모듈은 직류 리액터를 히트싱크의 후측에 배치시킴으로써 방열핀의 길이를 충분히 길게 연장시켜 방열 성능을 향상시키고, 하부 모듈의 높이 방향 길이를 감소시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전력전자기기의 하부 모듈은 폭 방향으로 소형화된 커패시터를 3개 이상 배치함으로써 복수의 커패시터 사이의 공기 유동을 원활하게 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전력전자기기의 하부 모듈은 연결선 하우징을 구비함으로써 외력으로부터 직류 리액터의 연결선을 안정적으로 보호할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 전력전자기기의 상부 모듈과 하부 모듈을 함께 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 하부 모듈을 포함하는 전력전자기기를 블로워 팬 측에서 바라본 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 하부 모듈을 포함하는 전력전자기기를 배출판 측에서 바라본 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 하부 모듈을 포함하는 전력전자기기의 상부 모듈과 하부 모듈을 분리하여 도시한 분리 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 하부 모듈을 포함하는 전력전자기기의 상부 모듈과 하부 모듈을 함께 도시한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 하부 모듈의 직류 리액터를 도시한 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 하부 모듈의 방열 효과를 설명하기 위한 열화상 이미지이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 하부 모듈을 포함하는 전력전자기기의 상부 모듈과 하부 모듈을 함께 도시한 단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에서, 각 구성 요소 사이의 위치를 규정함에 있어서, 블로워 팬(40)으로부터 배출판(80)을 향하는 방향을 기준으로 할 때, 블로워 팬과 인접할수록 전측에 위치하는 것으로 규정하며, 배출판과 인접할수록 후측에 위치하는 것으로 규정한다. 또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 블로워 팬으로부터 배출판을 향하는 방향을 하부 모듈의 길이 방향(x 방향)으로 규정하고, 상기 길이 방향에 수직하는 방향(y 방향)을 하부 모듈의 폭 방향으로 규정하며, 상기 길이 방향 및 폭 방향과 동시에 수직하는 방향(z 방향)을 높이 방향으로 규정한다.
도 1은 종래 기술에 따른 전력전자기기의 상부 모듈과 하부 모듈을 함께 도시한 단면도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 하부 모듈을 포함하는 전력전자기기를 블로워 팬 측에서 바라본 사시도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 하부 모듈을 포함하는 전력전자기기를 배출판 측에서 바라본 사시도이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 하부 모듈을 포함하는 전력전자기기의 상부 모듈과 하부 모듈을 분리하여 도시한 분리 사시도이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 하부 모듈을 포함하는 전력전자기기의 상부 모듈과 하부 모듈을 함께 도시한 단면도이다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 하부 모듈의 직류 리액터를 도시한 사시도이다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 하부 모듈의 방열 효과를 설명하기 위한 열화상 이미지이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전력전자기기의 하부 모듈(이하, '하부 모듈')는 도 1 및 도 2에 도시된 전력전자기기와 같이, 중간판(34)을 기준으로, 상부 모듈(20)과 하부 모듈(30)로 구획되는 전력전자기기의 하부 모듈(30)에 관한 것으로서, 하부 모듈에 포함된 구성을 효과적으로 배치함으로써, 우수한 방열 효과 및 공간절약 효과를 얻을 수 있다.
이 때, 본 발명의 일 실시예에 따른 하부 모듈(30)은 블로워 팬(40), 커패시터(50), 히트싱크(60) 및 직류 리액터(70)를 포함할 수 있으며, 일례로, 직류전력으로부터 원하는 크기의 전압 및 주파수를 갖는 교류전력으로 변환시키는 인버터(inverter) 장치의 하부 모듈일 수 있다.
그러나, 본 발명의 일 실시에 따른 하부 모듈의 적용이 인버터 장치에 제한되는 것은 아니며, 블로워 팬(40), 커패시터(50), 히트싱크(60) 및 직류 리액터(70)를 포함하는 전력전자기기라면 어떠한 기기에도 적용될 수 있음을 밝혀 둔다. 다만, 설명의 편의를 위해, 이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 하부 모듈이 인버터 장치에 적용되는 것을 상정하여 기술하기로 한다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 하부 모듈(30)은 외부로부터 하부 모듈(30)의 내부 공간으로 공기를 유입시키는 블로워 팬(40)을 포함한다.
이 때, 블로워 팬(40)은 회전축을 중심으로 회전하는 임펠러를 구비함으로써 회전축과 평행한 방향으로 공기를 유입시킬 수 있는 공지의 축류형 송풍기일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 블로워 팬(40)은 하부 모듈(30)의 일측면에 배치될 수 있다. 여기서, 하부 모듈(30)의 일측면은 함체 형상의 하부 모듈(30)을 구성하는 4개의 측면 중 폭 방향 길이가 짧은 두 측면 중 하나의 측면일 수 있다.
이 때, 블로워 팬(40)은 도 2에 도시된 바와 같이 복수개가 상기 일측면의 폭 방향으로 나란하게 설치될 수도 있다.
다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 하부 모듈(30)은 블로워 팬(40)이 설치되는 일측면과 마주보는 타측면에 배치되는 배출판(80)을 포함한다.
이 때, 배출판(80)은 상술한 블로워 팬(40)과 마주보도록 배치되는 판재 형상으로 형성되며, 내부에 공기가 하부 모듈의 외부 측으로 배출될 수 있도록 복수의 밴트홀(81)을 구비할 수 있다.
상술한 블로워 팬(40)과 배출판(80)에 의해서, 하부 모듈(30)의 내부 공간에서, 하부 모듈(30)의 길이 방향을 따라 일방향의 공기 흐름(F1으로부터 F4를 향하는 방향)이 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 블로워 팬(40)과 배출판(80) 사이에 존재하는 하부 모듈(30)의 내부 공간에는 상술한 방열 효과 및 공간 활용 효과를 얻기 위해서, 커패시터(50), 히트싱크(60) 및 직류 리액터(70)가 효율적으로 배치될 수 있다.
먼저, 블로워 팬(40)과 가장 인접한 위치에 커패시터(50)가 배치될 수 있다.
이 때, 블로워 팬(40)으로부터 유입되는 공기가 하부 모듈(30)의 길이 방향을 따라 소정 거리(D2)만큼 직진하여 이동할 수 있는 공간을 확보하기 위하여, 커패시터(50)는 블로워 팬(40)으로부터 소정 거리(D2) 이격되어 배치될 수 있다. 이것은 커패시터(50)가 블로워 팬(40)과 밀착하여 배치될 경우, 일방향으로의 공기의 흐름이 유도되기 전에 상당수의 와류가 생성되는 것을 방지하기 위함이다.
그러나, 블로워 팬(40)과 커패시터(50) 사이의 이격 거리(D2)가 길어질수록 전력전자기기의 부피 역시 증가되는 문제가 있다. 하지만, 본 발명의 일 실시예에 따른 하부 모듈(30)의 경우, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 이격 거리(D2)는 최대 블로워 팬(40)의 두께(D1) 이내 일 수 있다. 종래 기술의 경우, 도 1에서 확인되듯이 블로워 팬(40) 길이(D1)의 3배 내지 4배의 이격 거리(D2)를 필요로 한 것과 비교하였을 때, 본 발명의 일 실시예에 따른 하부 모듈(30)에 의할 경우, 획기적인 공간 감축을 달성할 수 있다.
이와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 하부 모듈(30)이 블로워 팬(40)과 커패시터(50) 사이의 이격 거리(D2)를 감축할 수 있는 것은 커패시터(50)와 후술될 히트싱크(60) 및 직류 리액터(70) 사이의 효율적 배치가 있어서 가능하다. 이에 대해서는 각 구성에 대한 전체적인 설명을 마친 후에 보다 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에서, 중간판(34)에 매달린 형태로 설치되는 커패시터(50)는 복수개 일 수 있다.
구체적인 일례로서, 도 4를 참조하면, 커패시터(50)는 하부 모듈(30)의 폭 방향을 따라 적어도 4개가 서로 이격되어 배치될 수 있다. 이 때, 서로 이격 배치된 커패시터(50) 사이에는 적어도 3개의 공기 이동 통로(52)가 형성될 수 있으며, 상기 공기 이동 통로(52)를 통해 블로워 팬(40)으로부터 이동된 공기가 후측의 히트싱크(60) 측으로 이동될 수 있다. 또한 공기 이동 통로(52)를 통해 이동하는 공기와 커패시터(50)가 서로 열교환함으로써 커패시터(50)가 냉각될 수 있다.
이와 같이 적어도 4개 이상의 커패시터(50)를 배치하기 위해서, 본 발명의 일 실시예에 따른 하부 모듈()은 종래 대용량의 커패시터 대신 소용량의 직경이 작은 커패시터를 다수개 구비하여 소형화할 수 있다. 이를 통해 다수의 공기 이동 통로(52)를 확보함으로써, 공기의 안정적인 직진 운동 공간을 확보할 수 있으며, 커패시터(50)의 접촉 면적을 증가시켜 열교환을 향상시킬 수 있다. 또한 공기가 직진 운동할 수 있는 다수의 공기 이동 통로(52)가 블로워 팬(40)과 인접하게 되므로 와류 생성이 억제될 수 있다. 이를 통해 블로워 팬(40)과 커패시터(50) 사이의 이격 거리(D2)를 감소시킬 수 있는 효과도 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 커패시터(50)의 후측에는 히트싱크(60)가 배치된다.
이 때, 히트싱크(60)는 일측이 중간판(34)을 관통하여 상부 모듈(20) 내에 설치된 발열 부품(22)과 연결될 수 있다. 이 때, 히트싱크(60)는 발열 부품(22)으로부터 발생된 열이 전도 가능하도록 발열 부품(22)과 연결될 수 있다. 그리고 히트싱크(60)의 타측에는 상기 열이 전도된 후, 공기와의 열교환을 통해 열이 방출될 수 있는 복수개의 방열핀(61)이 구비될 수 있다.
이 때, 다시 도 4를 참조하면, 복수개의 방열핀(61)은 모두 블로워 팬(40) 또는 배출판(80)에 수직함과 동시에, 각각이 서로 평행하도록 이격 배치될 수 있다.
이 때, 서로 이격된 개별 방열핀 사이에 형성된 공간을 통해서 방열핀(61)의 전측에 배치된 커패시터(50)를 지난 공기가 후측의 직류 리액터(70)를 향해 유동할 수 있다. 여기서, 방열핀(61) 사이를 유동하는 공기는 방열핀(61)과 열교환함으로써, 방열핀(61)을 냉각시킬 수 있음은 물론이다.
본 발명의 일 실시예에서, 다시 도 5를 참조하면, 방열핀(61)의 일단부는 하부 모듈의 베이스면(32)에 인접하는 위치까지 연장될 수 있다. 따라서, 방열핀(61)의 길이가 충분히 연장될 수 있다.
한편, 방열핀(61)의 하단부와 베이스면(32) 사이에는 미세한 간격의 공간 만이 존재하므로, 방열핀(61)과 베이스면(32) 사이에는 다른 구성 요소가 배치될 수 없다.
반면, 다시 도 1를 참조하면, 종래 기술의 경우, 방열핀(61)과 베이스면(32) 사이에는 일례로, 직류 리액터(70)와 같은 다른 구성 요소가 배치된다. 이는 배경기술과 관련하여 설명한 바와 같이, 상측에 배치되는 히트싱크(60)를 냉각시키는 기류(F2)와, 하측에 배치되는 직류 리액터(70)를 냉각시키는 기류(F3)를 포함하는 2개의 기류로 공기를 분기하여 하부 모듈(30) 내부를 냉각시키기 위함이다.
이 경우, 방열핀의 높이(H2)는 하부 모듈(H1)의 높이에 한참 못 미칠 수 있다. 즉, 하측의 직류 리액터(70)에 의해 방열핀의 높이(H2)가 제한될 수 밖에 없다.
그러나, 본 발명의 일 실시예에 따른 하부 모듈(30)은 후술될 직류 리액터(70)를 히트싱크(60)의 하측이 아닌, 후측에 배치함으로써, 블로워 팬(40)으로부터 유입된 공기(F1)를 분기시키지 않고, 하부 모듈(30)의 길이 방향을 따라 하나의 기류(F4)를 형성하여 배출시키는 것을 특징으로 한다.
이처럼 직류 리액터(70)를 히트싱크(60)의 후측에 배치함으로써, 본 발명의 일 실시예에 따른 하부 모듈은, 하부 모듈(30)의 일측면 또는 타측면에서 바라보았을 때, 커패시터(50), 히트싱크(60) 및 직류 리액터(70)의 적어도 일부가 서로 중첩되도록 배치될 수 있다. 즉, 하부 모듈(30)의 일측면 또는 타측면에서 바라보았을 때, 커패시터(50), 히트싱크(60) 및 직류 리액터(70)의 적어도 일부가 서로 겹쳐지도록 배치될 수 있다.
이와 같이 히트싱크(60)와 직류 리액터(70)의 높이 방향 길이가 중첩됨으로써, 본 발명의 일 실시예에 따른 하부 모듈은 높이 방향 길이를 최소화할 수 있다. 이것은 결과적으로 전력전자기기 전체의 소형화를 도모하여, 전력전자기기의 장착에 따른 공간 활용을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
보다 구체적인 일례로서, 하부 모듈의 높이 방향 길이(H1)를 극단적으로 최소화하기 위해서, 도 5에 도시된 바와 같이 하부 모듈(30)의 높이 방향을 기준으로 할 때, 직류 리액터(70)가 전측에 배치된 히트싱크(60)를 벗어나지 않도록 배치할 수도 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에서, 방열핀(61)의 일단부는 하부 모듈의 베이스면(32)에 직접 접촉되도록 연장될 수도 있다. 즉, 도 5에 도시된 바와 같이 방열핀(H2)의 높이가 하부 모듈의 높이(H1)에 근접하도록 연장될 수 있다. 이 역시 방열핀(61)과 베이스면(32) 사이에 직류 리액터(70)가 배치되지 않기에 가능함은 물론이다.
이 때, 베이스면(32)도 방열핀(61)과 마찬가지로, 열전도성이 우수한 재료로 형성될 수 있다. 따라서, 방열핀(61)이 베이스면(32)에 접촉될 경우, 방열핀(61)으로부터 베이스면(32) 측으로 열전도가 가능하므로, 방열핀(61)의 냉각이 보다 용이하게 이루어 질 수 있다. 또한 베이스면(32)에 의해 방열핀(61)이 냉각됨에 따라 상대적으로 방열핀(61)과 공기와의 열교환량은 감소될 수 있으며, 그 결과 하부 모듈(30)의 내부에 존재하는 공기의 온도를 보다 낮게 유지할 수 있다. 이처럼 보다 낮은 온도의 공기는, 하부 모듈(30) 내 다른 구성 요소, 일례로 후측에 존재하는 직류 리액터(70)의 냉각 효율을 보다 향상시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에서, 히트싱크(60)의 방열핀(61)은 최소 1mm 이상의 두께를 가질 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 하부 모듈(30)에 적용되는 방열핀(61)은 압입 공정뿐만 아니라, 압출 공정에 의해서도 형성이 가능하도록 충분히 두꺼운 두께를 가질 수 있다. 이는 본 발명의 일 실시예에 따른 하부 모듈(30)에 의해 방열핀(61)이 하부 모듈(30)의 베이스면(32)에 인접하거나 접촉되도록 충분히 길게 연장 가능하므로, 종래 기술과 같이 방열핀(61)의 두께를 얇게 형성하지 않아도 충분한 방열 성능을 확보할 수 있기 때문이다.
본 발명의 일 실시예에서, 히트싱크(60)의 후측, 즉 히트싱크(60)와 배출판(80) 사이에 형성되는 공간에는 직류 리액터(DC REACTOR)가 배치된다. 여기서, 직류 리액터(70)는 전원전류에 포함되는 고조파를 저감시키기 위해 D.C 링크에 설치되는 공지의 전자 부품으로서, 한류작용으로 전류의 변화를 완만하게 하여 고조파를 저평활시킬 수 있는 통상의 직류 리액터(70)를 의미할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 하부 모듈(30)은 하부 모듈(30)의 높이 방향 길이(H1)를 절감하고, 하부 모듈(30) 내 공기의 흐름을 하나의 큰 흐름으로 단일화하기 위하여 히트싱크(60)의 하부가 아닌, 후측에 직류 리액터(70)를 배치함은 앞서 살펴본 바와 같다.
이 때, 도 6을 참조하면, 직류 리액터(70)는 본체(71) 및 본체(71)로부터 연장되어 상부 모듈(20) 측에 연결되는 연결선(74)을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에서, 직류 리액터(70)는 외력으로부터 연결선을 보호하기 위해, 연결선이 외부로 노출되지 않도록 연결선를 감싸도록 배치되는 연결선 하우징(72)을 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 연결선 하우징(72)은 도면에 도시된 바와 같이, 일단부가 상기 본체(71)에 연결되며, 타단부는 상측의 중간판(34)에 고정될 수 있다. 또한 연결선 하우징(72)은 외력에 대하여 고정된 외형을 유지함으로써, 내부의 연결선이 상기 외력에 의해 움직이는 것을 막을 수 있다.
이와 대비하여 종래 기술의 경우, 직류 리액터(70)가 히트싱크(60)의 하측에 배치됨에 따라 히트싱크(60)의 상측에 존재하는 상부 모듈(20) 측에 연결되는 연결선을 별도의 보호부재 없이 그대로 외부에 노출시킬 수밖에 없었다. 왜냐하면, 본 발명의 일 실시예와 같이 직류 리액터(70)의 상측에 히트싱크(60)가 존재함에 따라, 연결선을 보호하는 연결선 하우징(72)을 배치할 만한 충분한 공간을 마련할 수 없었기 때문이다.
본 발명의 일 실시예에서, 중간판(34)에 고정되는 연결선 하우징(72)의 타단부에는 중간판(34) 또는 상부 모듈(20)에 포함된 전자 부품(미도시)과 착탈 가능하도록 결합되는 별도의 고정부재(73)가 구비될 수 있다. 이를 통해 필요에 따라, 직류 리액터(70)를 중간판(34) 또는 상부 모듈(20)로부터 분리하거나 결합시킬 수 있다.
한편, 직류 리액터(70)의 본체(71)는 도 6에 도시되는 바와 같이 필요에 따라 하부 모듈(30)로부터 분리가 가능하도록, 하측에 배치된 고정용 볼트를 매개로 하부 모듈(30)의 베이스면에 고정될 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 하부 모듈(30)에 의해 하부 모듈(30)의 내부 공간에 형성되는 공기의 흐름과 효과에 대하여 상세히 설명한다.
다시 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에서, 공기는 블로워 팬(40)으로 유입된 후, 복수의 커패시터(50) 사이에 형성된 공기 이동 통로(52)를 거쳐 히트싱크(60)의 방열핀(61) 사이에 형성된 공간을 지나, 후측의 직류 리액터(70)를 경유한 뒤, 최종적으로 배출판(80)을 통해 외부로 배출되게 된다. 즉, 공기는 블로워 팬(40) - 커패시터(50) - 히트싱크(60) - 직류 리액터 - 배출판 순으로 지나는 일직선의 유동(F4)을 형성하며, 이를 통해 커패시터(50), 히트싱크(60), 직류 리액터(70)를 효과적으로 냉각시킨다. 이것은 앞서 설명한 바와 같이, 상부와 하부의 두 갈래의 공기 흐름을 형성하는 종래 기술의 공기 흐름과 확연히 대비된다.
이처럼 분기되지 않는 일직선의 공기 흐름을 형성함으로써 본 발명의 일 실시예에 따른 하부 모듈(30)은 방열 효과와 공간 활용 측면에서 많은 장점이 있다.
먼저 하나의 공기 흐름이 형성됨으로써, 충분한 양의 공기가 방열핀(61) 및 직류 리액터(70)를 포함한 각 구성을 효과적으로 냉각시킬 수 있다. 또한 직류 리액터(70)를 히트싱크(60)의 후측에 배치시킴으로써 방열핀(61)이 하부 모듈(30)의 베이스면에 인접하도록 길게 연장할 수 있으므로, 방열핀(61)에 의한 방열 효과를 극대화할 수 있다. 그리고, 방열핀(61)을 하부 모듈(30)의 베이스면(32)과 접촉하도록 형성할 경우, 베이스면(32)에 의한 방열 효과도 얻을 수 있는 장점이 있다.
이와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 하부 모듈(30)의 방열 효과는 도 7의 열화상 이미지를 통해 명확히 확인된다. 즉, 하부 모듈(30) 내 최대온도는 75도에 지나지 않아, 전력전자기기의 내열 허용온도인 100도를 여유 있게 충족하고 있다.
그리고, 종래 기술의 경우, 두 갈래로 공기 흐름을 형성할 필요가 있으므로, 공기가 분기되기 전까지 블로워 팬(40)과 커패시터(50) 사이에 충분한 직선 유동 거리를 확보할 필요가 있었다. 그러나, 본 발명의 일 실시예에 따른 하부 모듈의 경우, 공기의 분기를 필요치 않으므로, 상기 직선 유동 거리(D2)를 단축시킬 수 있으며, 그 결과, 하부 모듈(30)의 길이 방향 길이를 축소시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 히트싱크(60)와 직류 리액터(70)가 종으로 적층되는 것이 아니라, 횡으로 나란히 배치됨으로써, 하부 모듈(30)의 높이 방향 길이를 축소시킬 수 있는 장점도 있다. 그리고 상대적으로 방열핀(61)의 두께를 두껍게 형성할 수 있으므로, 방열핀(61) 제작과 관련된 공정 상 이점이 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 하부 모듈을 포함하는 전력전자기기의 상부 모듈과 하부 모듈을 함께 도시한 단면도이다. 이하, 도 8을 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 대하여 설명하기로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 하부 모듈(30')은 커패시터의 전측에 흡입판(80')이 배치되며, 직류 리액터(70)의 후측에 블로워 팬(40')이 배치될 수 있다. 이 때, 커패시터(50), 히트 싱크(60) 및 직류 리액터(70)의 위치 관계는 전술한 실시예와 동일하다.
이 때, 흡입판(80')은 도면에 도시된 바와 같이 하부 모듈(30')의 일측에 배치되며, 배출판(80)과 마찬가지로 공기가 드나들 수 있는 벤트홀을 복수개 구비할 수 있다. 그리고, 블로워 팬(40')은 흡입판(80')과 대향하도록 하부 모듈의 타측에 배치되며, 전술한 실시예와 마찬가지로 공기를 일 방향으로 유동시키는 축류형 송풍기일 수 있다. 즉, 전술한 실시예와 비교하여 위치 관계만 반대가 되었을 뿐, 흡입판(80')과 블로워 팬(40')은 전술한 실시예에 포함된 배출판(80) 및 블로워 팬(40)과 서로 동일한 기능을 수행한다.
다시 도 8을 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 하부 모듈(30') 내에서의 공기 흐름을 살펴보면, 공기는 흡입판(80')을 통해 유입된 후, 블로워 팬(40')에 의해서 복수의 커패시터(50), 히트싱크(60) 및 직류 리액터(70) 순으로 지나며 유동하며 열교환을 한 후에, 최종적으로 블로워 팬(40')을 통해 하부 모듈(30')의 외부로 배출될 수 있다.
이를 통해, 단일한 형태의 공기의 흐름을 형성할 수 있으며, 직류 리액터(70)를 히트 싱크와 횡방향으로 나란하게 배치함으로써 얻을 수 있는 다양한 효과는 전술한 실시예와 동일하므로, 중복된 설명을 피하도록 한다.
이상에서 본 발명의 여러 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.

Claims (11)

  1. 중간판에 의해 상부 모듈과 하부 모듈로 구획되는 전력전자기기에 포함된 상기 하부 모듈로서,
    상기 하부 모듈의 일측면에 설치되어 외부로부터 상기 하부 모듈의 내부 공간으로 공기를 유입시키는 블로워 팬;
    상기 중간판에 매달린 형태로 설치되며, 상기 블로워 팬으로부터 소정 거리 이격되어 배치되는 복수의 커패시터;
    상기 상부 모듈에 배치된 발열 부품으로부터 발생된 열이 전도되는 복수의 방열핀을 구비하며, 상기 커패시터와 인접하여 배치됨으로써 상기 복수의 커패시터 측으로부터 이동된 상기 공기에 의해 상기 복수의 방열핀이 냉각되는 히트싱크;
    상기 복수의 방열핀과, 상기 하부 모듈의 일측면과 대향하는 타측면 사이에 배치되며, 상기 방열핀 측으로부터 이동된 상기 공기에 의해 냉각되는 직류 리액터 및
    상기 하부 모듈의 타측면에 배치되며, 상기 직류 리액터 측으로부터 이동된 상기 공기가 외부로 유출되도록 벤트홀을 구비하는 배출판을 포함하고,
    상기 공기는 상기 블로워 팬 - 상기 복수의 커패시터 - 상기 히트싱크 - 상기 직류 리액터 - 상기 배출판 순으로 지나며 열교환 후 상기 외부로 배출되는, 전력전자기기의 하부 모듈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 하부 모듈의 일측면 또는 타측면에서 바라보았을 때, 상기 커패시터, 상기 히트싱크 및 상기 직류 리액터는 적어도 일부가 서로 중첩되도록 배치되는, 전력전자기기의 하부 모듈.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 하부 모듈의 높이 방향을 기준으로, 상기 직류 리액터는 상기 히트싱크를 벗어나지 않도록 배치되는, 전력전자기기의 하부 모듈.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 커패시터가 상기 블로워 팬으로부터 이격된 상기 소정 거리는 상기 블로워 팬 두께 이내인, 전력전자기기의 하부 모듈.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 커패시터는 상기 하부 모듈의 폭 방향을 따라 적어도 4개가 이격 배치됨으로써 상기 적어도 4개의 커패시터 사이에 적어도 3개의 상기 공기의 이동 통로가 형성되는, 전력전자기기의 하부 모듈.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 방열핀은 상기 하부 모듈의 베이스면에 인접하는 위치까지 연장되는, 전력전자기기의 하부 모듈.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 방열핀의 단부는 상기 하부 모듈의 베이스면에 접촉됨으로써, 상기 방열핀으로부터 상기 베이스면으로 열 전도가 가능한, 전력전자기기의 하부 모듈.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 복수의 방열핀은 상기 배출판에 수직하면서 서로 평행하도록 배치되고, 압출 공정에 의해 형성 가능하도록 최소 1mm 이상의 두께를 가지는, 전력전자기기의 하부 모듈.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 직류 리액터는,
    상기 하부 모듈의 베이스면에 고정되는 본체;
    상기 본체로부터 연장되어 상기 상부 모듈 측에 연결되는 연결선 및
    일단부가 상기 본체에 연결되며 타단부가 상기 중간판 또는 상기 상부 모듈에 고정되되, 상기 연결선을 보호하도록 내부에 상기 연결선이 지날 수 있는 공간이 형성되는 연결선 하우징을 포함하는, 전력전자기기의 하부 모듈.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 연결선 하우징의 타단부에 상기 중간판 또는 상기 상부 모듈에 포함된 전자 부품과 착탈 가능하도록 결합되는 고정부재가 구비되는, 전력전자기기의 하부 모듈.
  11. 중간판에 의해 상부 모듈과 하부 모듈로 구획되는 전력전자기기에 포함된 상기 하부 모듈로서,
    상기 하부 모듈의 일측면에 설치되며, 외부로부터 상기 하부 모듈의 내부 공간으로 공기를 유입될 수 있는 벤트홀을 구비하는 흡입판;
    상기 중간판에 매달린 형태로 설치되며, 상기 흡입판으로부터 소정 거리 이격되어 배치되는 복수의 커패시터;
    상기 상부 모듈에 배치된 발열 부품으로부터 발생된 열이 전도되는 복수의 방열핀을 구비하며, 상기 커패시터와 인접하여 배치됨으로써 상기 복수의 커패시터 측으로부터 이동된 상기 공기에 의해 상기 복수의 방열핀이 냉각되는 히트싱크;
    상기 복수의 방열핀과, 상기 하부 모듈의 일측면과 대향하는 타측면 사이에 배치되며, 상기 방열핀 측으로부터 이동된 상기 공기에 의해 냉각되는 직류 리액터 및
    상기 하부 모듈의 타측면에 배치되며, 상기 직류 리액터 측으로부터 이동된 상기 공기를 외부로 유출시키는 블로워 팬을 포함하고,
    상기 공기는 상기 흡입판 - 상기 복수의 커패시터 - 상기 히트싱크 - 상기 직류 리액터 - 상기 블로워 팬 순으로 지나며 열교환 후 상기 외부로 배출되는, 전력전자기기의 하부 모듈.
PCT/KR2021/018194 2021-01-13 2021-12-03 전력전자기기의 하부 모듈 WO2022154260A1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US18/272,155 US20240147677A1 (en) 2021-01-13 2021-12-03 Lower module of power electronic device
CN202180082385.9A CN116569468A (zh) 2021-01-13 2021-12-03 电力电子设备的下部模块

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2021-0004627 2021-01-13
KR1020210004627A KR102513609B1 (ko) 2021-01-13 2021-01-13 전력전자기기의 하부 모듈

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2022154260A1 true WO2022154260A1 (ko) 2022-07-21

Family

ID=82447193

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2021/018194 WO2022154260A1 (ko) 2021-01-13 2021-12-03 전력전자기기의 하부 모듈

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20240147677A1 (ko)
KR (1) KR102513609B1 (ko)
CN (1) CN116569468A (ko)
WO (1) WO2022154260A1 (ko)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012228019A (ja) * 2011-04-18 2012-11-15 Yaskawa Electric Corp 電力変換装置及びリアクトル
JP2017131103A (ja) * 2017-02-20 2017-07-27 株式会社安川電機 電力変換装置
KR101800048B1 (ko) * 2013-08-06 2017-11-21 엘에스산전 주식회사 인버터용 냉각 장치
KR101842920B1 (ko) * 2013-06-03 2018-03-29 엘에스산전 주식회사 커패시터 보호 커버가 구비된 인버터 장치
US20200367390A1 (en) * 2018-02-02 2020-11-19 Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial Systems Corporation Power conversion device

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005348533A (ja) 2004-06-03 2005-12-15 Fuji Electric Fa Components & Systems Co Ltd インバータ装置
KR101189451B1 (ko) * 2010-12-24 2012-10-09 엘지전자 주식회사 인버터 스택
JP6063592B1 (ja) 2016-05-13 2017-01-18 三芳合金工業株式会社 高温ロウ付け性に優れた銅合金管及びその製造方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012228019A (ja) * 2011-04-18 2012-11-15 Yaskawa Electric Corp 電力変換装置及びリアクトル
KR101842920B1 (ko) * 2013-06-03 2018-03-29 엘에스산전 주식회사 커패시터 보호 커버가 구비된 인버터 장치
KR101800048B1 (ko) * 2013-08-06 2017-11-21 엘에스산전 주식회사 인버터용 냉각 장치
JP2017131103A (ja) * 2017-02-20 2017-07-27 株式会社安川電機 電力変換装置
US20200367390A1 (en) * 2018-02-02 2020-11-19 Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial Systems Corporation Power conversion device

Also Published As

Publication number Publication date
KR102513609B1 (ko) 2023-03-24
CN116569468A (zh) 2023-08-08
US20240147677A1 (en) 2024-05-02
KR20220102361A (ko) 2022-07-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI405945B (zh) 氣冷式熱交換器及其適用之電子設備
JP2004526332A (ja) プリント配線基板
WO2013058494A9 (ko) 시로코팬 및 그를 갖는 공기조화기
WO2022110830A1 (zh) 一种风冷式光纤激光器
WO2020204389A1 (ko) 인버터의 진동 저감 프레임 구조체
WO2022154260A1 (ko) 전력전자기기의 하부 모듈
WO2019117544A1 (ko) 공기조화장치
WO2018012937A1 (ko) 고전압 클링팬 모터유닛
TWI792253B (zh) 散熱裝置
WO2019245148A1 (ko) 컨버터
WO2023132561A1 (ko) 유체 가열 히터
WO2018012721A1 (ko) 배터리 모듈
WO2017200171A1 (ko) 디스플레이용 냉각기 및 이를 적용한 디스플레이 장치
WO2020096237A1 (ko) 디스플레이 장치
WO2018026229A1 (ko) 전자 부품 패키지
WO2019214148A1 (zh) 除湿机
WO2021145730A1 (ko) 방열 함체 및 그 제작 방법
WO2017104964A1 (ko) 엘이디 조명장치
WO2023132587A1 (ko) 전력 변환 장치
WO2022031083A1 (ko) 전력변환장치
WO2014129705A1 (ko) 서버 방열시스템
WO2023132586A1 (ko) 전력 변환 장치
WO2022035253A1 (ko) 전력변환장치
WO2022031086A1 (ko) 방열모듈 및 이를 포함하는 전자장치
WO2019218781A1 (zh) 一种室内机以及空调器

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 21919884

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 202180082385.9

Country of ref document: CN

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 18272155

Country of ref document: US

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 21919884

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1