KR20200004136A - 소형용접기용 집중방열구조체 - Google Patents

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Abstract

본 개시는 발열부품을 포함하는 소형용접기용 집중방열구조체에 있어서, 공기의 흐름을 만드는 팬; 그리고, 공기가 흐르는 통로를 형성하는 벽;으로서, 벽의 적어도 일부가 히트싱크이며, 히트싱크의 내측면은 적어도 일부가 평탄면인 벽;을 포함하는 소형용접기용 집중방열구조체에 관한 것이다.

Description

소형용접기용 집중방열구조체{CENTRALIZED HEAT DISSIPATION STRUCTURE FOR SMALL WELDING MACHINE}
본 개시(Disclosure)는 전체적으로 소형용접기용 집중방열구조체에 관한 것으로, 특히 효율적으로 방열되는 소형용접기용 집중방열구조체에 관한 것이다.
여기서는, 본 개시에 관한 배경기술이 제공되며, 이들이 반드시 공지기술을 의미하는 것은 아니다(This section provides background information related to the present disclosure which is not necessarily prior art).
도 1은 한국 등록특허공보 제10-14767710000호에 제시된 교류 아크 용접기의 일 예를 나타내는 도면이다. 설명의 편의를 위해 용어와 부호를 변경하였다.
변압기(11)의 1차권선(N1)에 교류전압이 인가되고 2차권선(N2)의 일단에는 용접봉(22)이 연결되고 타단에는 모재(24)가 연결되어 있으며, 변압기(11)의 1차권선(N1)에 인가되는 교류전력을 스위칭하는 교류전력 스위칭부(12) 및 변압기(11)의 2차권선(N2)에 흐르는 전류변화를 검출하는 검류기(13)등이 구비되어 있으며, 이는 종래의 구성과 동일하다.
이러한 구성에서 본 발명은 변압기(11)의 2차권선(N2)과 검류기(13) 사이에 사용자에 의해 선택된 전압을 출력하기 위한 스위칭부(14)가 구비되며, 스위칭부(14)는 다단 스위치로 구성된다. 그리고 마이크로 컨트롤러(17)의 동작조건을 설정하기 위한 설정부(15), 마이크로 컨트롤러(17)의 제어에 따라 교류 아크 용접기의 무부하, 부하 및 단락상태 등의 각종 동작상태를 녹색, 적색 및 황색, 황색 등의 발광 다이오드로 표시하는 표시부(16), 교류전력 스위칭부(12)의 트리거를 제어하며, 설정부(15)의 설정에 따라 스위칭부(14)의 스위칭을 제어하고, 교류전력 스위칭부(12)의 단락상태 및 전류검류기(13)에 의한 변압기(11) 2차측의 전류변화 검출여부에 따라 부하상태 및 무부하상태를 판단하여 표시부(16)에 이를 표시하는 마이크로 컨트롤러(17)를 포함한다. 표시부(16)는 녹색, 적색 및 황색 발광 다이오드(LED1-LED3)로 구성되어 마이크로 컨트롤러(17)의 제어에 따라 무부하시에는 녹색 발광 다이오드(LED1)가 점등되고, 부하시에는 적색 및 황색 발광 다이오드(LED2,LED3)가 점등되며, 교류전력 스위칭수단(12)의 단락시에는 황색 발광 다이오드(LED3)만 점등되도록 구성되어 있다.
도 2는 한국 등록실용신안공보 제20-0216663호에 제시된 전기 용접기용 인버터의 일 예를 나타내는 도면이다. 설명의 편의를 위해 용어와 부호를 변경하였다.
정류부(40)는 인가된 3상의 교류전원(AC)을 직류전원으로 정류하는 것으로, 복수의 다이오드(D1-D6)가 직병렬로 연결된다. 정류부(40)의 다이오드(D1, D4), (D2, D5) 및 (D3, D6)는 교류전원의 해당하는 상에 연결되어 (＋)반파 및 (－)반파를 각각 직류전원(DC)으로 전파정류하여 변환하는 것이다.
평활용 콘덴서(C1)는 정류부(40)와 병렬로 연결되어 변환된 직류전원(DC)에 함입된 리플성분을 제거하기 위한 것이다.
고주파 변환부(50)는 평활용 콘덴서(C1)의 양단으로부터 인가된 동작전압을 제어신호의 인가에 따라 교대로 작동되어 고주파 전압을 출력하기 위한 것으로, 고주파 변환부(50)는 평활용 콘덴서(C1)와 병렬로 연결되어 직류성분을 차단하기 위한 복수의 콘덴서(C2, C3)와, 콘덴서(C2, C3)와 병렬로 연결되어 교대로 고주파 전압을 출력하기 위한 스위칭소자(Q1, Q2)가 포함되어 있다.
변압기(T1)는 고주파 변환부(50)로부터 인가된 입력전압을 소정의 변압비로 변환하여 2차측으로 출력하기 위한 것으로, 변압기(T1)는 출력하기 위한 전원의 크기에 따라 권선비가 달라지고, 해당하는 권선비에 따라 출력되는 전원이 다양해진다. 변압기(T1)의 2차측의 출력단에는 정해진 권선비에 따라 정해진 출력전압이 발생된다.
스위칭부(60)는 고주파 변환부(50)로부터 기준단자(a)가 연결되고, 변압기(T1)의 1차측에 소정의 권선비에 따라 분할된 복수의 연결단자(b, c, d)가 연결되어 선택적으로 폐회로를 구성하여 입력전압을 스위칭하기 위한 것으로, 스위칭부(60)의 스위칭에 의하여 제 1연결단자(b)가 기준단자(a)와 연결되었을 경우에는 220V이고, 제 2연결단자(c)가 기준단자(a)와 연결되었을 경우에는 380V이며, 제 3연결 단자(d)가 기준단자(a)와 연결되었을 경우에는 440V가 되도록 한다.
스위칭부(60)의 기준단자(a)는 고주파 변환부(50)의 복수의 콘덴서(C2, C3) 사이에 연결되고, 또, 변압기(T1)의 일단이 고주파 변환부(20)의 스위칭소자(Q1, Q2) 사이에 연결된다. 스위칭부(60)는 사용자의 선택에 의하여 수동으로 조작하는 것이 바람직하다.
스위칭소자(Q1, Q2)의 베이스단에는 스위칭소자(Q1, Q2)를 제어하기 위한 제어부 또는 콘트롤러가 연결되는 것이 바람직하다.
도 2의 인버터를 사용한 용접기는 DC를 출력한다. DC는 극성이 있어, 용접시마다 모재에 따라 +와 -를 설정해야하고, 아크의 쏠림현상으로 인하여 용접품질이 일정하지 못하게 되는 문제점도 있다.
또한, 변압기, 콘덴서 및 회로기판에서는 전류와 전압의 변화로 인해 열이 발생하며, 발생한 열을 방치하면, 변압기, 콘덴서 및 회로기판들에 문제가 생겨 효율이 떨어지고, 수명이 줄어드는 문제점이 있다.
도 1은 교류 용접기를 나타내고, 도 2는 인버터 용접기를 나타내지만, 본 개시는 도 1과 도 2에 나타난 교류 용접기나 인버터 용접기에 한정되지 않고, DC 용접기, ARC 용접기, CO2 용접기 등의 모든 용접기에 적용될 수 있다.
이에 대하여 '발명의 실시를 위한 구체적인 내용'의 후단에 기술한다.
여기서는, 본 개시의 전체적인 요약(Summary)이 제공되며, 이것이 본 개시의 외연을 제한하는 것으로 이해되어서는 아니된다(This section provides a general summary of the disclosure and is not a comprehensive disclosure of its full scope or all of its features).
본 개시에 따른 일 태양에 의하면(According to one aspect of the present disclosure), 발열부품을 포함하는 소형용접기용 집중방열구조체에 있어서, 공기의 흐름을 만드는 팬; 그리고, 공기가 흐르는 통로를 형성하는 벽;으로서, 벽의 적어도 일부가 히트싱크이며, 히트싱크의 내측면은 적어도 일부가 평탄면인 벽;을 포함하는 소형용접기용 집중방열구조체가 제공된다.
이에 대하여 '발명의 실시를 위한 구체적인 내용'의 후단에 기술한다.
도 1은 한국 등록특허공보 제10-14767710000호에 제시된 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면,
도 2는 한국 등록실용신안공보 제20-0216663호에 제시된 전기 용접기용 인버터의 일 예를 나타내는 도면,
도 3은 본 개시에 따른 소형용접기용 집중방열구조체의 일 예를 나타내는 도면,
도 4는 본 개시에 따른 히트싱크의 예들을 나타내는 도면,
도 5 내지 도 7은 본 개시에 따른 소형용접기용 집중방열구조체의 다른 예들을 나타내는 도면,
도 8은 본 개시에 따른 소형용접기용 집중방열구조체의 또 다른 예들을 나타낸 도면,
도 9는 본 개시에 따른 소형용접기용 집중방열구조체의 또 다른 예를 나타낸 도면.
이하, 본 개시를 첨부된 도면을 참고로 하여 자세하게 설명한다(The present disclosure will now be described in detail with reference to the accompanying drawing(s)).
도 3은 본 개시에 따른 소형용접기용 집중방열구조체의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 3(a)는 소형용접기용 집중방열구조체(100)의 사시도를 나타내는 도면이고, 도 3(b)는 소형용접기용 집중방열구조체(100)의 평면도를 나타내는 도면이다.
발열부품(190)을 포함하는 소형용접기용 집중방열구조체(100)에 있어서, 소형용접기용 집중방열구조체(100)는 팬(110) 및 벽(130)을 포함한다. 팬(110)은 공기의 흐름을 만든다. 팬(110)은 공기를 팬(110)으로부터 내보내거나 흡입할 수도 있다. 공기의 흐름은 일 예로서 화살표로 나타내었다. 벽(130)은 공기가 흐를 수 있는 통로(170)를 형성한다. 공기가 나가는 방향과 평행하도록 벽(130)이 형성되는 것이 바람직하다. 벽(130)은 측면에만 구비될 수도 있지만 상하측면을 모두 막아서 공기의 흐르는 통로(170)를 만들 수 있다. 왜냐하면, 바람이 통로를 빠르게 통과하도록 하여 새로운 공기가 통로를 지나갈 수 있도록 하기 위해서이다.
벽(130)의 적어도 일부는 히트싱크(150)로 형성될 수 있다. 히트싱크(150)는 발열부품(190)으로부터 발생하는 열을 받아 골고루 히트싱크(150) 전체로 분산시켜 팬(110)을 사용하여 공기 중으로의 발열이 쉽게 이루어지게 하기 위한 것이다. 히트싱크(150)는 열전달이 빠른 금속으로 형성될 수 있으며, 예를 들면, 알루미늄, 구리 등 일 수 있다.
히트싱크(150)의 내측면(151)은 적어도 일부가 평탄면(153)으로 형성될 수 있다. 히트싱크(150)의 평탄면(153)에 발열부품(190)을 부착하기 위해서이며, 발열부품(190)을 바로 접촉시킴으로써 히트싱크(150)에 열이 바로 전달되도록 하여 열을 쉽게 공기 중으로 전달한다. 히트싱크(150)의 측면에는 적어도 하나 이상의 구조물(157)이 형성될 수 있다. 복수의 구조물(157)은 팬(110)에서 흘러나오는 공기를 막지 않고 통로(170) 및 벽(130)을 흐르도록 형성된다. 예를 들어, 복수의 구조물(157)은 팬(110)으로부터 화살표 방향으로 움직이는 공기를 막지 않도록 화살표 방향과 평행하도록 형성될 수 있다. 복수의 구조물(157) 사이에는 공기가 흐를 수 있는 통로가 형성될 수 있다. 따라서, 복수의 구조물(157) 사이로 공기가 흐르면서 팬(110)으로부터 멀리 떨어진 통로(170) 끝의 복수의 구조물(157)에도 공기가 일정한 속도로 흐르면서 열방출이 효율적으로 될 수 있다.
도 4은 본 개시에 따른 히트싱크의 예들을 나타내는 도면이다.
도 4는 히트싱크(150)의 측면도를 나타낸다. 히트싱크(150)는 내측면(151)과 외측면(155)을 포함한다.
도 4(a)는 히트싱크(150)의 내측면(151)에는 평탄면(153)이 구비되고, 외측면(155)에는 복수의 구조물(157)이 구비된다.
도 4(b)에는 히트싱크(150)의 내측면(151)의 일부에는 평탄면(153)이 구비되고, 평탄면(153)의 하단에는 적어도 하나 이상의 구조물(157)이 구비된다.
도 4(c)에는 히트싱크(150)의 내측면(151)에는 복수의 구조물(157)이 구비되고, 외측면(155)에는 발열부품(190)이 구비된다.
발열부품(190)이 평탄면(153)에 부착되는 경우에는 평탄면(153)의 하단에 구비되는 복수의 구조물(157) 및 평탄면(153)에 동시에 부착될 수 있다. 복수의 구조물(157)은 발열부품(190)이 히트싱크(150)에 접촉되는 접촉 면적을 늘이고, 발열부품(190)이 히트싱크(150)에 더 잘 고정되도록 한다.
적어도 하나 이상의 구조물(157)은 통로에 흐르는 공기와 접촉면을 늘려 히트싱크(150)의 열이 공기로 더 많이 전달되도록 한다. 또한, 복수의 구조물(157) 사이에는 공기가 흐르며, 복수의 구조물(157)과 공기의 접촉면적이 넓어지게 하기 위해 복수의 구조물(157)은 패턴(미도시)을 가질 수 있다.
도 5 내지 도 7은 본 개시에 따른 소형용접기용 집중방열구조체의 다른 예들을 나타내는 도면이다.
도 5는 복수의 히트싱크(150)가 일렬로 구비된 예이다. 복수의 히트싱크(150) 사이에는 틈(160)이 형성된다. 틈(160)으로 일부의 공기가 흐를 수 있다. 틈(160)으로 흐른 일부의 공기가 히트싱크(150)의 외측면(155)으로 흘러, 구조물(157)에 전달된 열이 공기로 전달될 수 있도록 한다. 복수의 히트싱크(150)의 크기는 다양하게 형성될 수 있으며, 발열하는 발열부품(190)의 발열량에 따라서 크기가 결정될 수 있다. 예를 들면, 발열부품(190)의 발열량이 많을수록 발열하는 열의 양이 많기 때문에 빠르게 식혀줘야 하므로 히트싱크(150) 및 적어도 하나 이상의 구조물(157)과의 접촉면적을 넓게 할 수 있다.
도 6은 복수의 히트싱크(150)가 마주보도록 구비된 예이다.
복수의 히트싱크(150)가 통로(170)를 중심에 두고 마주보도록 위치한다. 복수의 히트싱크(150) 사이에 공기가 흐르는 통로(170)가 있어서 히트싱크(150)의 열기를 공기에 전달하고, 전달된 공기를 소형용접기용 집중방열구조체(100) 밖으로 빠르게 전달할 수 있다.
도 7은 복수의 히트싱크(150)가 일렬로 구비되면서 마주보도록 구비된 예이다.
복수의 히트싱크(150)가 일렬로 구비되며, 동시에 마주보도록 구비된다. 복수의 히트싱크(150)의 크기는 다르게 구비될 수 있다. 또한, 복수의 히트싱크(150)의 개수는 양측이 같지 않을 수 있다.
통로(170)의 끝에는 변압기(미도시)가 구비될 수 있다. 변압기가 통로(170)의 끝에 위치하여 팬(110)에 의해 움직이는 공기가 변압기에서 나는 열을 식힐 수 있다.
도 8은 본 개시에 따른 소형용접기용 집중방열구조체의 또 다른 예들을 나타낸 도면이다.
도 8(a) 및 도 8(b)는 도 3(a)의 측면도를 나타낸 도면이다.
벽(130) 및 히트싱크(150) 중 적어도 하나 이상의 상부 및 하부 중 적어도 하나 이상에는 PCB 기판(200)이 구비될 수 있다.
도 8(a)는 상부 및 하부에 모두 PCB 기판(200)이 구비된다. PCB 기판(200)은 히트싱크(150)와 접촉되며, PCB 기판(200)에서 발생한 열을 히트싱크(150)가 전달받아서 공기로 전달해준다. 예를 들면, 히트싱크(150)는 납땜 및 나사로 체결되는 것 중 적어도 하나 이상으로 PCB 기판(200)에 고정될 수 있다. 또한, 통로(170)에 접하여 팬(도 3 참조;110)에 의해 발생한 공기가 통로(170)를 흐르면서 발열된 PCB 기판(200)을 식힌다. PCB 기판(200)에는 발열부품(190)이 구비될 수 있다. 통로(170)에는 PCB 기판(200)에 구비된 발열부품(190)이 구비될 수 있다. 공기가 흐르는 통로(170)에 발열부품(190)이 구비되어 공기에 의해 발열부품(190)의 열이 잘 식을 수 있다.
PCB 기판(200)이 히트싱크(150)의 상부와 하부에 구비됨으로써, 더 많은 소자나 부품들이 PCB 기판(200)에 실장될 수 있다. 또한, PCB 기판(200)에 의해 위 아래가 막힌 통로(170)를 통해 팬(110)으로부터 공기가 빠르게 통과할 수 있다.
또한 발열부품(190)은 PCB 기판(200)에 전기적으로 연결될 수 있다.
도 8(b)는 상부 및 하부 중 하나에 PCB 기판(200)이 구비된다. PCB 기판(200)에 구비된 발열부품(190)은 팬(110)에 의해서 흐르는 공기에 의해 빠르게 식을 수 있다.
도 9는 본 개시에 따른 소형용접기용 집중방열구조체의 또 다른 예를 나타낸 도면이다.
PCB 기판(200)에 히트싱크(150)가 통로(170)를 형성하도록 통로(170)를 중심으로 좌우로 구비되며, 히트싱크(150)의 내측면(151)에는 복수의 구조물(157)이 구비되고, 외측면(155)에는 발열부품(190)이 구비된다. 발열부품(190)에서 형성되는 열이 복수의 구조물(157)까지 전달되며, 통로(170)에 흐르는 공기에 의해서 복수의 구조물(157)에 전달된 열이 공기로 전달될 수 있다.
이하 본 개시의 다양한 실시 형태에 대하여 설명한다.
(1) 발열부품을 포함하는 소형용접기용 집중방열구조체에 있어서, 공기의 흐름을 만드는 팬; 그리고, 공기가 흐르는 통로를 형성하는 벽;으로서, 벽의 적어도 일부가 히트싱크이며, 히트싱크의 내측면은 적어도 일부가 평탄면인 벽;을 포함하는 소형용접기용 집중방열구조체.
(2) 히트싱크의 외측면에는 적어도 하나 이상의 구조물이 구비되는 소형용접기용 집중방열구조체.
(3) 통로에 발열부품이 구비되는 소형용접기용 집중방열구조체.
(4) 히트싱크의 내측면에는 적어도 하나 이상의 구조물이 구비되는 소형용접기용 집중방열구조체.
(5) 평탄면 아래에 적어도 하나 이상의 구조물이 구비되는 소형용접기용 집중방열구조체.
(6) 히트싱크는 일렬로 복수 개 구비되며, 복수의 히트싱크 사이에 틈이 형성되는 소형용접기용 집중방열구조체.
(7) 히트싱크는 복수 개 구비되며, 복수의 히트싱크의 평탄면은 마주보도록 형성되는 소형용접기용 집중방열구조체.
(8) 벽의 상부와 하부에는 PCB 기판이 구비되는 소형용접기용 집중방열구조체.
(9) 적어도 하나 이상의 구조물은 복수개 구비되며, 복수의 구조물 사이에는 공기가 흐르도록 형성되는 소형용접기용 집중방열구조체.
(10) 발열부품을 포함하는 소형용접기용 집중방열구조체에 있어서, 공기의 흐름을 만드는 팬; 그리고, 공기가 흐르는 통로를 형성하는 벽;으로서, 벽의 적어도 일부가 히트싱크이며, 히트싱크의 외측면은 적어도 일부가 평탄면인 벽;을 포함하는 소형용접기용 집중방열구조체.
(11) 히트싱크의 내측면에는 적어도 하나 이상의 구조물이 구비되는 소형용접기용 집중방열구조체.
(12) 히트싱크의 외측면에 발열부품이 구비되는 소형용접기용 집중방열구조체.
본 개시에 따른 하나의 소형용접기용 집중방열구조체에 의하면, 작은 공간에서 방열부품마다 효과적으로 방열하게 된다.
본 개시에 따른 또 하나의 소형용접기용 집중방열구조체에 의하면, 복수의 히트싱크가 구비되며, 각각의 히트싱크가 분리가능하여 조립이 쉽게 형성된다.
본 개시에 따른 또 다른 하나의 소형용접기용 집중방열구조체에 의하면, 공기가 흐르는 통로 주위에 히트싱크가 구비되며, 통로는 직선으로 구비되어 새로운 공기가 히트싱크를 통과하도록 한다.
본 개시에 따른 또 다른 하나의 소형용접기용 집중방열구조체에 의하면, 통로 주위에 발열소자들이 집약적으로 구비될 수 있다.
100: 소형용접기용 집중방열구조체 110: 팬 130: 벽 150: 히트싱크 170: 통로 190: 발열부품 200: PCB기판

Claims (12)

  1. 발열부품을 포함하는 소형용접기용 집중방열구조체에 있어서,
    공기의 흐름을 만드는 팬; 그리고,
    공기가 흐르는 통로를 형성하는 벽;으로서, 벽의 적어도 일부가 히트싱크이며, 히트싱크의 내측면은 적어도 일부가 평탄면인 벽;을 포함하는 소형용접기용 집중방열구조체.
  2. 청구항 1에 있어서,
    히트싱크의 외측면에는 적어도 하나 이상의 구조물이 구비되는 소형용접기용 집중방열구조체.
  3. 청구항 1에 있어서,
    통로에 발열부품이 구비되는 소형용접기용 집중방열구조체.
  4. 청구항 1에 있어서,
    히트싱크의 내측면에는 적어도 하나 이상의 구조물이 구비되는 소형용접기용 집중방열구조체.
  5. 청구항 4에 있어서,
    평탄면 아래에 적어도 하나 이상의 구조물이 구비되는 소형용접기용 집중방열구조체.
  6. 청구항 1에 있어서,
    히트싱크는 일렬로 복수 개 구비되며,
    복수의 히트싱크 사이에 틈이 형성되는 소형용접기용 집중방열구조체.
  7. 청구항 1에 있어서,
    히트싱크는 복수 개 구비되며,
    복수의 히트싱크의 평탄면은 마주보도록 형성되는 소형용접기용 집중방열구조체.
  8. 청구항 1에 있어서,
    벽의 상부와 하부에는 PCB 기판이 구비되는 소형용접기용 집중방열구조체.
  9. 청구항 1에 있어서,
    적어도 하나 이상의 구조물은 복수개 구비되며,
    복수의 구조물 사이에는 공기가 흐르도록 형성되는 소형용접기용 집중방열구조체.
  10. 발열부품을 포함하는 소형용접기용 집중방열구조체에 있어서,
    공기의 흐름을 만드는 팬; 그리고,
    공기가 흐르는 통로를 형성하는 벽;으로서, 벽의 적어도 일부가 히트싱크이며, 히트싱크의 외측면은 적어도 일부가 평탄면인 벽;을 포함하는 소형용접기용 집중방열구조체.
  11. 청구항 1에 있어서,
    히트싱크의 내측면에는 적어도 하나 이상의 구조물이 구비되는 소형용접기용 집중방열구조체.
  12. 청구항 1에 있어서,
    히트싱크의 외측면에 발열부품이 구비되는 소형용접기용 집중방열구조체.
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