KR102499012B1 - 제어기 일체형 eop의 방열장치 - Google Patents

제어기 일체형 eop의 방열장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전동식 오일펌프의 방열을 수행하는 장치에 있어서: 바디(11)에 형성되는 공간에 펌프(13)와 모터(15)를 수용하는 본체(10); 상기 모터(15)의 전원을 제어하는 파워모듈(23)을 갖추고, 바디(11)와 결합되는 하우징(12)에 수용되는 제어기(20); 상기 본체(10)의 냉각자켓(33)과 공간상으로 오일을 순환시키는 냉각수단(30); 및 상기 하우징(12)의 개구(41)에서 파워모듈(23)에 인접한 위치로 연장되어 형성되는 공냉포켓(40);을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 차량에 장착되는 전동식 오일펌프에서 방열성을 증대하는 구조적 개선을 기반으로 모터와 제어기의 적절한 냉각 상태를 유지하므로 작동 신뢰성과 내구성을 향상하는 효과가 있다.

Description

제어기 일체형 EOP의 방열장치 {Heat dissipation apparatus for EOP integrated with controller}
본 발명은 EOP 냉각에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 차량에 소요되는 유압을 형성하도록 장착되는 전동식 오일펌프의 방열을 처리하기 위한 제어기 일체형 EOP의 방열장치에 관한 것이다.
하이브리드 차량 또는 전기차에 탑재되는 전동식 오일펌프(Electric Oil Pump; EOP)는 기계식 오일펌프를 대신하여 자동변속기 시스템 등에서 필요로 하는 압력과 유량을 제공한다. 통상 EOP의 구동원인 모터는 펌프바디와 분리되고 제어기의 기판이 모터에 직부착되는 구조로서 공냉식, 수냉식, 유냉식 등으로 주요부에 대한 방열과 냉각을 수행한다.
차량의 전동식 오일펌프의 냉각과 관련되는 선행기술문헌으로서 한국 공개특허공보 제2019-0049087호(선행문헌 1), 한국 공개특허공보 제2020-0127716호(선행문헌 2) 등을 참조할 수 있다.
선행문헌 1은 차량 구동을 위한 구동모터측으로 냉각오일을 공급하는 오일쿨러와 펌프모터 사이에 펌프모터측으로 냉각오일이 이동하도록 형성되는 냉각오일공급유로, 및 펌프모터와 자동변속기 사이에 자동변속기측으로 냉각오일이 이동하도록 형성되는 냉각오일 배출유로를 포함한다. 이에, 모터의 효율 증대 및 그에 의한 연비개선이 가능한 효과를 기대한다.
선행문헌 2는 오일펌프 제어기; 오일펌프 제어기의 파워모듈 온도를 감지하는 온도센서; 파워모듈의 온도가 기준값보다 크면, 엔진 쿨링팬의 강제구동 신호를 전송하는 상위 제어기; 오일펌프 제어기를 공냉하도록 엔진 쿨링팬을 강제 구동시키는 엔진 쿨링팬 제어기;를 포함한다. 이에, 통합된 오일펌프 제어기를 공냉식으로 용이하게 냉각하는 효과를 기대한다.
다만, 선행문헌 1은 모터의 냉각을 요체로 하여 제어기의 방열에 대한 고려가 미흡하고, 선행문헌 2는 제어기의 방열성을 높이는 구조 측면에서 개선의 여지를 보이고 있다.
한국 공개특허공보 제2019-0049087호 "자동변속기용 전동식 오일펌프의 모터 냉각 장치" (공개일자 : 2019.05.09.) 한국 공개특허공보 제2020-0127716호 "제어기 일체형 전동식 오일펌프의 냉각 제어 시스템 및 방법" (공개일자 : 2020.11.11.)
상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 차량에 소요되는 유압을 형성하도록 장착되는 전동식 오일펌프에서 방열성을 증대하는 구조적 개선을 통하여 모터와 제어기의 적절한 냉각 상태를 유지하는 제어기 일체형 EOP의 방열장치를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 전동식 오일펌프의 방열을 수행하는 장치에 있어서: 바디에 형성되는 공간에 펌프와 모터를 수용하는 본체; 상기 모터의 전원을 제어하는 파워모듈을 갖추고, 바디와 결합되는 하우징에 수용되는 제어기; 상기 본체의 냉각자켓과 공간상으로 오일을 순환시키는 냉각수단; 및 상기 하우징의 개구에서 파워모듈에 인접한 위치로 연장되어 형성되는 공냉포켓;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 제어기는 부스바터미널을 개재하여 바디의 공간을 밀봉하는 동시에 모터와 전기적 연결을 유지하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 변형예로서, 상기 공냉포켓은 복수의 개구를 갖춘 V자형으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 변형예로서, 상기 공냉포켓은 전열면적을 증대하기 위해 방열핀 및 방열홈 중의 적어도 어느 하나를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 공냉포켓과 제어기의 캐패시터 및 파워모듈 사이에 보조방열재를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
이상과 같이 본 발명에 의하면, 차량에 장착되는 전동식 오일펌프에서 방열성을 증대하는 구조적 개선을 기반으로 모터와 제어기의 적절한 냉각 상태를 유지하므로 작동 신뢰성과 내구성을 향상하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명이 적용되는 EOP를 전체적으로 나타내는 사시도
도 2는 본 발명이 적용되는 EOP의 주요부를 분해하여 나타내는 사시도
도 3은 본 발명에 따른 공냉포켓을 평단면으로 나타내는 구성도
도 4는 본 발명의 변형예에 따른 공냉포켓을 나타내는 구성도
도 5는 본 발명이 적용되는 EOP를 종단하여 나타내는 구성도
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 전동식 오일펌프의 방열을 수행하는 장치에 관하여 제안한다. 하이브리드 차량 또는 전기차에 탑재되는 전동식 오일펌프(EOP)를 대상으로 하지만 반드시 이에 국한되는 것은 아니다. 하이브리드 차량의 경우 오일펌프는 내부에 오일이 충진된 변속기에 결합된다.
본 발명에 따른 본체(10)는 바디(11)에 형성되는 공간에 펌프(13)와 모터(15)를 수용하는 구조이다.
도 1을 참조하면, 본체(10)를 구성하는 바디(11), 하우징(12), 펌프(13), 모터(15), 커버(16) 등이 나타난다. 바디(11)는 대략 원통형 구조로 형성되고 내부 공간에 펌프(13)와 모터(15)를 동심상으로 회전 가능하게 수용한다. 바디(11)에서 펌프(13)가 위치하는 부분에는 변속기에 결합하기 위한 플랜지가 형성된다. 모터(15)는 3상 BLDC 모터 또는 3상 BLAC 모터로 구성될 수 있다. 바디(11)에서 모터(15)가 위치한 단부의 개구에는 하우징(12)과 커버(16)가 오링(18)을 개재하여 긴밀하게 결합된다.
또한, 본 발명에 따르면 상기 모터(15)의 전원을 제어하는 파워모듈(23)을 갖춘 제어기(20)가 바디(11)와 결합되는 하우징(12)에 수용되는 구조이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 제어기(20)가 하우징(12)과 커버(16) 사이에 수용되는 상태를 나타낸다. 제어기(20)는 기판(21) 상에 캐패시터(22), 파워모듈(23)을 비롯한 전기소자를 갖추고 있다. 파워모듈(23)은 IGBT(Insulated/Isolated Gate bi-polar Transistor)와 같은 스위칭 소자로 구성되어 상대적으로 발열이 크므로 방열을 수반하는 것이 바람직하다. 제어기(20)의 기판(21)은 바디(11)의 일측에 결합되는 고전압 커넥터(26)를 통하여 외부의 전원과 연결된다.
본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 제어기(20)는 부스바터미널(25)을 개재하여 바디(11)의 공간을 밀봉하는 동시에 모터(15)와 전기적 연결을 유지하는 것을 특징으로 한다.
도 2에서, 모터(15)와 제어기(20) 사이에 부스바터미널(25)이 개재되는 상태를 나타낸다. 부스바터미널(25)은 모터(15)의 회전축을 지지하는 동시에 오링(28)을 개재하여 바디(11)의 공간에 대한 밀봉 상태를 유지한다. 부스바터미널(25)에 마련된 3상 단자는 모터(15)와 기판(21)을 연결한다. 부스바터미널(25)은 3상 단자의 영역에서 전기 절연성을 갖추지만 그 외의 영역에서 방열을 위한 열전도성을 갖추는 것이 좋다.
또한, 본 발명에 따르면 냉각수단(30)이 상기 본체(10)의 냉각자켓(33)과 공간상으로 오일을 순환시키는 구조를 이루고 있다.
도 1 및 도 2에서, 냉각수단(30)을 구성하는 입구포트(31), 출구포트(32), 냉각자켓(33) 등이 나타난다. 바디(11)의 플랜지에 형성되는 입구포트(31)와 출구포트(32)는 변속기에 연통된다. 냉각자켓(33)은 바디(11)의 외면과 더불어 내부 공간에 이르기까지 형성된다. 펌프(13)와 모터(15)가 일체형으로 구성되므로 입구포트(31)와 출구포트(32)로 출입되는 변속기 오일과 냉각자켓(33)을 통하여 발열원의 하나인 모터(15)의 냉각을 수행하기 유리하다. 냉각자켓(33)의 오일은 부스바터미널(25)을 통하여 제어기(20)의 냉각에도 일조한다.
또한, 본 발명에 따르면 공냉포켓(40)이 상기 하우징(12)의 개구(41)에서 파워모듈(23)에 인접한 위치로 연장되어 형성되는 구조를 이루고 있다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 하우징(12)의 일측에서 개구(41)와 함께 공냉포켓(40)이 드러난다. 공냉포켓(40)은 에어 레이어(Air Layer) 구조로서 모터(15)와 제어기(20) 사이의 전열을 차단하는 단열 기능과 더불어 방열 기능도 수행한다. 공냉포켓(40)은 개구(41)와 동일한 사각형 단면의 일자형으로 형성될 수 있다. 제어기(20)의 기판(21)은 파워모듈(23)이 하측으로 공냉포켓(40)에 인접하도록 장착한다. 공냉포켓(40)은 본체(10)의 전체 외형에 큰 변화를 초래하지 않는다.
본 발명의 변형예로서, 상기 공냉포켓(40)은 복수의 개구(41)를 갖춘 V자형으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
도 4를 참조하면, 2개의 개구(41)에 의하여 대략 V자형을 이루는 공냉포켓(40)이 나타난다. 공냉포켓(40)의 에어 레이어로 모터(15)와 제어기(20) 사이의 단열 및 방열 기능을 수행하는 점은 도 3과 동일하다. 본체(10)의 전체 외형이나 제어기(20)의 배치 구조도 동일성을 유지한다. 해당 차량의 공조 환경에 대응하여 복수의 개구(41)를 갖춘 V자형 공냉포켓(40)을 적용한다.
한편, 본 발명의 냉각수단(30)은 도 4와 같이 쿨링팬(35)을 더 구비하는 것도 가능하다. 쿨링팬(35)은 변속기와 EOP의 외부에 대한 냉각은 물론 공냉포켓(40)의 개구(41)로 공기의 유동을 촉진한다.
본 발명의 또 다른 변형예로서, 상기 공냉포켓(40)은 전열면적을 증대하기 위해 방열핀(42) 및 방열홈(43) 중의 적어도 어느 하나를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
도 3 및 도 5를 참조하면, 공냉포켓(40)에 연계되는 방열핀(42) 및 방열홈(43)을 예시한다. 방열핀(42)과 방열홈(43)은 공냉포켓(40)의 적어도 일부 영역에 형성되어 방열량을 증대한다. 방열핀(42)은 캐패시터(22) 및 파워모듈(23)과 인접한 영역을 포함하도록 설치되는 것이 좋다. 방열홈(43)은 부스바터미널(25)의 상면과 연통하는 영역을 포함하도록 설치되는 것이 좋다. 방열핀(42)과 방열홈(43)은 중첩적으로 적용될 수도 있다.
본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 공냉포켓(40)과 제어기(20)의 캐패시터(22) 및 파워모듈(23) 사이에 보조방열재(45)를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
도 2 및 도 5에서, 제어기(20)의 기판(21)에 탑재된 캐패시터(22) 및 파워모듈(23)에 보조방열재(45)가 마련된 상태를 나타낸다. 보조방열재(45)는 파워모듈(23)과 공냉포켓(40) 사이의 열전도율 향상은 물론 차량의 주행에 의한 충격을 완화하는 완충 기능도 수행한다. 보조방열재(45)는 서멀구리스 및 서멀패드 중의 적어도 하나를 포함하여 구성된다. 도시에는 생략하나 보조방열재(45)로 서멀패드를 사용하는 경우 DLC(diamond-like carbon)로 코팅된 고전도성 박판을 포함하여 구성될 수도 있다.
이에 따라, 본 발명은 발열로 인한 모터 성능 저하 문제를 해결하고, 제어기/모터 단열구조로 환경온도를 낮추며, 이로 인하여 전자소자 원가절감 효과도 기대할 수 있다.
본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음이 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.
10: 본체 11: 바디
12: 하우징 13: 펌프
15: 모터 16: 커버
18: 오링 20: 제어기
21: 기판 22: 캐패시터
23: 파워모듈 25: 부스바터미널
26: 커넥터 28: 오링
30: 냉각수단 31: 입구포트
32: 출구포트 33: 냉각자켓
35: 쿨링팬 40: 공냉포켓
41: 개구 42: 방열핀
43: 방열홈 45: 보조방열재

Claims (5)

  1. 전동식 오일펌프의 방열을 수행하는 장치에 있어서:
    바디(11)에 형성되는 공간에 펌프(13)와 모터(15)를 수용하는 본체(10);
    상기 모터(15)의 전원을 제어하는 파워모듈(23)을 갖추고, 바디(11)와 결합되는 하우징(12)에 수용되는 제어기(20);
    상기 본체(10)의 냉각자켓(33)과 공간상으로 오일을 순환시키는 냉각수단(30); 및
    상기 하우징(12)의 개구(41)에서 파워모듈(23)에 인접한 위치로 연장되어 형성되는 공냉포켓(40);을 포함하되,
    상기 공냉포켓(40)은 복수의 개구(41)를 갖춘 V자형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 제어기 일체형 EOP의 방열장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어기(20)는 부스바터미널(25)을 개재하여 바디(11)의 공간을 밀봉하는 동시에 모터(15)와 전기적 연결을 유지하는 것을 특징으로 하는 제어기 일체형 EOP의 방열장치.
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 공냉포켓(40)은 전열면적을 증대하기 위해 방열핀(42) 및 방열홈(43) 중의 적어도 어느 하나를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 제어기 일체형 EOP의 방열장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 공냉포켓(40)과 제어기(20)의 캐패시터(22) 및 파워모듈(23) 사이에 보조방열재(45)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 제어기 일체형 EOP의 방열장치.
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