KR20200052605A - 인버터 파워모듈 냉각구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 인버터 파워모듈 냉각구조에 관한 것으로서, 간격을 두고 복수개의 파워모듈이 배치되고, 상기 파워모듈에는 냉각수단이 각각 장착되되, 상기 파워모듈과 냉각수단은 병렬구조로 배치 및 연결되면서 냉각수를 통해 냉각된다.
본 발명에 의한 인버터 파워모듈 냉각구조는 개패시터의 측면에 배치되고 병렬 수로를 구성할 수 있을 뿐만 아니라 파워모듈의 균등한 냉각성능을 확보할 수 있는 효과가 있다.

Description

인버터 파워모듈 냉각구조{Inverter power module cooling structure}

본 발명은 인버터 파워모듈 냉각구조에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 냉각수를 병렬로 흐를 수 있도록 구성하여, 파워모듈의 균등한 냉각성능을 확보할 수 있도록 한 인버터 파워모듈 냉각구조에 관한 것이다.

하이브리드 자동차나 전기자동차의 경우에는 모터, 인버터, 배터리 등의 전기구동이 가능하도록 하는 부품들이 장착된다.

이러한 부품들은 에너지를 변환, 저장, 방출함으로써 차량 연비 향상 및 구동이 가능하지만 효율이 100%가 아니기 때문에 손실이 발생하고, 상기 손실은 소음 및 열을 발산하게 된다.

그리고 인버터에는 3개의 파워모듈이 장착되고, 상기 파워모듈은 윗면과 아랫면을 모두 냉각하는 양면냉각형 냉각기를 통해 냉각하게 된다.

여기서, 상기 파워모듈을 냉각시키는 양면냉각형 냉각기는 냉각수가 입력부를 통해 유입되어 순차적으로 파워모듈을 하나씩 차례대로 냉각시킨 뒤 출력부로 배출하게 된다.

그러나 종래의 양면냉각형 냉각기는 3개의 파워모듈을 순차적으로 냉각시키기 때문에 마지막에 냉각되는 파워모듈의 냉각성능이 떨어질 뿐만 아니라 수로의 길이가 길어짐에 따라 차압이 발생하게 되는 문제점이 있었다.

즉, 파워모듈의 냉각이 불균형하게 되면, 냉각성능이 제일 떨어지는 파워모듈의 성능에 맞춰 구동할 수밖에 없어 차량의 성능이 떨어지고, 수로가 길어져 발생하는 차압을 보상하기 위해서는 냉각펌프의 용량이 커져야 함으로써 차량의 연비가 떨어지는 문제점이 있었다.

대한민국 공개특허공보 제10-2013-021570호 (2013.03.06) 대한민국 공개특허공보 제10-2014-084590호 (2014.07.07)

본 발명은 상기와 같은 실정을 감안하여 제안된 것으로서, 개패시터의 측면에 배치되고 병렬 수로를 구성할 수 있는 인버터 파워모듈 냉각구조를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 연결용 니플을 블록형 냉각수 연결통로구조로 대체함으로써 냉각기와 함께 서브부품을 관리할 수 있는 인버터 파워모듈 냉각구조를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 일실시예에 의한 인버터 파워모듈 냉각구조는 간격을 두고 복수개의 파워모듈이 배치되고, 상기 파워모듈에는 냉각수단이 각각 장착되되, 상기 파워모듈과 냉각수단은 병렬구조로 배치 및 연결되면서 냉각수를 통해 냉각된다.

그리고 상기 파워모듈이 장착된 냉각수단을 구성하는 메인블록과 메인블록의 사이에 연결블록이 장착될 수 있다.

다음으로, 상기 냉각수단은 파워모듈의 양면에 장착되는 내·외측 냉각기; 상기 내·외측 냉각기의 동일선상 끝단에 각각 장착되고 냉각수가 유입 또는 배출되는 유입관과 배출관; 및 블록 유입 결합구와 블록 배출 결합구에 상기 유입관과 배출관이 각각 결합되고, 일 측에는 냉각수를 유입 또는 배출하는 내·외부 연결용 니플이 장착되며, 내부에는 상기 내·외부 연결용 니플을 통해 공급되는 냉각수가 저장되는 냉각수 저장공간이 형성되는 메인블록;을 포함할 수 있다.

여기서, 상기 유입관과 배출관은 상기 내·외측 냉각기의 폭보다 큰 지름을 가지고 형성될 수 있다.

또한, 상기 유입관과 배출관은 서로 다른 선상에 위치할 수 있다.

또한, 상기 메인블록의 블록 유입 결합구 및 블록 배출 결합구와 결합되는 유입관 및 배출관에 적어도 하나 이상의 오링이 장착될 수 있다.

또한, 상기 메인블록의 블록 배출 결합구는 상면을 기준으로 블록 유입 결합구보다 낮게 형성될 수 있다.

그리고 상기 메인블록과 연결블록은 끼움 결합될 수 있다.

본 발명에 의한 인버터 파워모듈 냉각구조는 개패시터의 측면에 배치되고 병렬 수로를 구성할 수 있을 뿐만 아니라 파워모듈의 균등한 냉각성능을 확보할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의한 인버터 파워모듈 냉각구조는 연결용 니플을 블록형 냉각수 연결통로구조로 대체함으로써 냉각기와 함께 서브부품을 관리할 수 있을 뿐만 아니라 블록형 냉각수 연결통로구조를 적용함으로써 부품 공용화가 가능한 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 인버터 파워모듈 냉각구조를 나타낸 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 인버터 파워모듈 냉각구조를 나타낸 분리사시도.
도 3은 본 발명에 따른 인버터 파워모듈 냉각구조를 나타낸 평면도.
도 4는 본 발명에 따른 인버터 파워모듈 냉각구조를 구성하는 메인블록과 연결블록의 분리상태를 나타낸 도면.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 기재에 의해 정의된다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자 이외의 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면, 도 1은 본 발명에 따른 인버터 파워모듈 냉각구조를 나타낸 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 인버터 파워모듈 냉각구조를 나타낸 분리사시도이며, 도 3은 본 발명에 따른 인버터 파워모듈 냉각구조를 나타낸 평면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 인버터 파워모듈 냉각구조를 구성하는 메인블록과 연결블록의 분리상태를 나타낸 도면이다.

본원발명인 인버터 파워모듈 냉각구조(100)는 간격을 두고 배치되는 복수 개의 파워모듈(10)에 냉각수단(200)이 각각 장착되어 냉각수를 통해 파워모듈(10)을 냉각하게 된다.

이때, 상기 파워모듈(10)과 냉각수단(200)은 균등한 냉각성능과 높은 차압을 위해 병렬구조로 배치 및 연결된다.

그리고 상기 냉각수단(200)은 도시된 파워모듈(10) 이외에도 공지된 파워모듈을 냉각할 수 있음을 밝힌다.

상기 냉각수단(200)은 캐패시터의 측면에 장착되어 파워모듈(10)을 냉각하게 된다.

그리고 상기 냉각수단(200)은 파워모듈(10)의 양면에 장착되는 내·외측 냉각기(210a, 210b), 상기 내·외측 냉각기(210a, 210b)의 동일선상 끝단에 각각 장착되고 냉각수가 유입 또는 배출되는 유입관(220)과 배출관(230), 블록 유입 결합구(241)와 블록 배출 결합구(242)에 상기 유입관(220)과 배출관(230)이 각각 결합되고, 일 측에는 냉각수를 유입 또는 배출하는 연결용 니플(243)이 장착되며, 내부에는 상기 내·외부 연결용 니플(243)을 통해 공급되는 냉각수가 저장되는 냉각수 저장공간(244)이 형성되는 메인블록(240)으로 구성된다.

즉, 상기 냉각수단(200)은 파워모듈(10)의 양면에 장착되는 내·외측 냉각기(210a, 210b)의 동일선상 끝단에 유입관(220)과 배출관(230)을 각각 장착한 후, 상기 유입관(220)과 배출관(230)에 연결용 니플(243)과 냉각수 저장공간(244)이 형성된 메인블록(240)을 장착하게 된다.

또한, 상기 냉각수단(200)의 냉각은 메인블록(240)을 구성하는 내·외부 연결용 니플(243)을 통해 냉각수 저장공간(244)에 저장된 냉각수가 유입관(220)을 통해 유입된 후, 내·외측 냉각기(210a, 210b)의 내부에 형성된 유로를 거치면서 파워모듈(10)을 냉각한 다음, 배출관(230)을 통해 메인블록(240)의 냉각수 저장공간(244)에 저장된다.

여기서, 상기 유입관(220)과 배출관(230)은 원활하게 냉각수를 내·외측 냉각기(210a, 210b)에 이동 및 배출시킬 수 있도록 상기 내·외측 냉각기(210a, 210b)의 폭보다 큰 지름을 가지고 형성된다.

즉, 상기 유입관(220)은 냉각수 저장공간(244)을 통해 유입되는 냉각수를 외부 냉각기(210b)에 원활하게 공급하고, 상기 배출관(230)은 내측 냉각기(210a)를 통해 배출되는 냉각수를 부하 없이 배출하게 된다.

또한, 상기 메인블록(240)의 블록 유입 결합구(241) 및 블록 배출 결합구(242)와 결합되는 유입관(220) 및 배출관(230)에는 적어도 하나 이상의 오링(400)이 장착된다.

즉, 상기 유입관(220)과 배출관(230)은 외면에 오링(400)을 장착하여, 상기 블록 유입 결합구(241) 및 블록 배출 결합구(242)와 밀착결합되면서도 냉각수가 유출되는 것을 차단하게 된다.

또한, 상기 유입관(220)과 배출관(230)은 작동시 간섭을 최소화할 수 있도록 서로 다른 선상에 위치하게 된다.

즉 상기 유입관(220)과 배출관(230)은 냉각수의 유입 또는 냉각수의 배출시 서로 간섭을 회피할 수 있도록 내·외측 냉각기(210a, 210b)의 서로 다른 선상에 장착하게 된다.

다음으로, 상기 유입관(220)과 배출관(230)이 결합되는 메인블록(240)의 블록 배출 결합구(242)는 상면을 기준으로 블록 유입 결합구(241)보다 낮게 형성된다.

즉, 상기 메인블록(240)은 블록 유입 결합구(241)가 원활하게 냉각수를 유입하면서도 상기 블록 배출 결합구(242)를 통해 배출되는 냉각수의 영향을 적게 받기 위하여, 상기 블록 배출 결합구(242)와 블록 유입 결합구(241)의 높낮이 차를 두고 형성하게 된다.

다음으로, 상기 인버터 파워모듈 냉각구조(100)는 병렬구조로 배치되는 파워모듈(10)이 장착된 냉각수단(200)의 사이에 연결블록(300)이 장착된다.

보충설명하면, 상기 냉각수단(200)을 구성하는 메인블록(240)과 메인블록(240)은 직접적으로 연결될 수 있을 뿐만 아니라 연결블록(300)을 통해 결합될 수 있다.

이때, 상기 연결블록(300)의 크기 및 형상은 도시된 도면에 한정되지 않으며 환경 및 목적 등에 따라 다양하게 변형될 수 있다.

그리고 상기 메인블록(240)과 연결블록(300)은 끼움 결합구조로 결합 또는 분리된다.

구체적으로, 상기 연결블록(300)은 일 측에 끼움 결합공(320)이 형성되고 타 측에는 끼움 결합돌기(340)가 형성되며, 이와 대응하는 메인블록(240)에는 블록 끼움 결합돌기(250)와 블록 끼움 결합공(260)이 형성된다.

보충설명하면, 상기 메인블록(240)과 연결블록(300)은 일 측의 메인블록(240)에 공급되는 냉각수가 블록 끼움 결합돌기(250) 및 끼움 결합공(320)을 통해 연결블록(300)의 저장공간(360)에 수용되고, 상기 저장공간(360)에 수용된 냉각수는 블록 끼움 결합공(260) 및 끼움 결합돌기(340)를 통해 타 측의 메인블록(240)으로 이동하게 된다.

이때, 상기 끼움 결합돌기(340)와 블록 끼움 결합돌기(260)에는 기밀 유지 및 결합력 향상을 위해 오링(400)이 장착된다.

상기와 같이 구성되는 인버터 파워모듈 냉각구조의 실시 예를 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 복수 개의 파워모듈(10)을 준비한 후 상기 파워모듈(10)의 양면으로 내·외측 냉각기(210a, 210b)를 장착한다.

그리고 상기 파워모듈(10)의 양면에 장착되는 내·외측 냉각기(210a, 210b), 상기 내·외측 냉각기(210a, 210b)의 동일선상 끝단에 각각 장착되고 냉각수가 유입 또는 배출되는 유입관(220)과 배출관(230), 블록 유입 결합구(241)와 블록 배출 결합구(242)에 상기 유입관(220)과 배출관(230)이 각각 결합되고, 일 측에는 냉각수를 유입 또는 배출하는 연결용 니플(243)이 장착되며, 내부에는 상기 내·외부 연결용 니플(243)을 통해 공급되는 냉각수가 저장되는 냉각수 저장공간(244)이 형성되는 메인블록(240)을 포함하는 한 쌍의 냉각수단(200)을 구성한다.

다음으로, 상기 냉각수단(200)을 간격을 두고 배치한 후 상기 냉각수단(200)을 구성하는 메인블록(240)과 메인블록(240)의 사이로 일 측에 끼움 결합공(320)이 형성되고, 타 측에는 끼움 결합돌기(340)가 형성되며, 내부에는 냉각수를 저장하는 저장공간(360)이 형성되는 연결블록(300)을 설치하면, 인버터 파워모듈 냉각구조(100)의 설치작업은 완료된다.

여기서, 상기 인버터 파워모듈 냉각구조의 조립순서는 상기와 다르게 이루어질 수 있음을 밝힌다.

다음으로, 상기 인버터 파워모듈 냉각구조(100)를 통한 파워모듈(10)의 냉각을 살펴보면 하기와 같다.

먼저, 일 측에 장착되는 냉각수단(200)의 연결용 니플(243)에 냉각수를 공급하면, 상기 냉각수는 냉각수 저장공간(244)에 수용되면서 유입관(220)을 거쳐 외측 냉각기(210b) 및 내측 냉각기(210a)를 거쳐 배출관(230)를 통해 냉각수 저장공간(244)에 수용되거나 연결블록(300)으로 이동하게 된다.

그리고 상기 연결블록(300)으로 이동한 냉각수는 타 측에 장착되는 냉각수단(200)의 냉각수 저장공간(244)에 수용되면서 유입관(220)을 거쳐 외측 냉각기(210b) 및 내측 냉각기(210a)를 거쳐 배출관(230)를 통해 냉각수 저장공간(244)에 수용되거나 연결용 니플(243)를 통해 외부로 배출된다.

이상의 설명은 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명의 본질적 특성을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

따라서, 본 발명에 표현된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것이 아니라, 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하고, 그와 동등하거나, 균등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100 : 인버터 파워모듈 냉각구조
200 : 냉각수단 210a : 내측 냉각기
210b : 외측 냉각기 220 : 유입관
230 : 배출관 240 : 메인블록
241 : 블록 유입 결합구 242 : 블록 배출 결합구
243 : 연결용 니플 244 : 냉각수 저장공간
250 : 끼움 결합돌기 260 : 블록 끼움 결합돌기
300 : 연결블록 320 : 끼움 결합공
340 : 끼움 결합돌기 360 : 저장공간
400 : 오링

Claims (8)

1. 간격을 두고 복수개의 파워모듈이 배치되고, 상기 파워모듈에는 냉각수단이 각각 장착되되,
   상기 파워모듈과 냉각수단은 병렬구조로 배치 및 연결되면서 냉각수를 통해 냉각되는 인버터 파워모듈 냉각구조.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 파워모듈이 장착된 냉각수단을 구성하는 메인블록과 메인블록의 사이에 연결블록이 장착되는 것인 인버터 파워모듈 냉각구조.
   
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 냉각수단은,
   파워모듈의 양면에 장착되는 내·외측 냉각기;
   상기 내·외측 냉각기의 동일선상 끝단에 각각 장착되고 냉각수가 유입 또는 배출되는 유입관과 배출관; 및
   블록 유입 결합구와 블록 배출 결합구에 상기 유입관과 배출관이 각각 결합되고, 일 측에는 냉각수를 유입 또는 배출하는 내·외부 연결용 니플이 장착되며, 내부에는 상기 내·외부 연결용 니플을 통해 공급되는 냉각수가 저장되는 냉각수 저장공간이 형성되는 메인블록;을 포함하는 것인 인버터 파워모듈 냉각구조.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 유입관과 배출관은 상기 내·외측 냉각기의 폭보다 큰 지름을 가지고 형성되는 것인 인버터 파워모듈 냉각구조.
   
5. 제3항에 있어서,
   상기 유입관과 배출관은 서로 다른 선상에 위치하는 것인 인버터 파워모듈 냉각구조.
   
6. 제3항에 있어서,
   상기 메인블록의 블록 유입 결합구 및 블록 배출 결합구와 결합되는 유입관 및 배출관에 적어도 하나 이상의 오링이 장착되는 것인 인버터 파워모듈 냉각구조.
   
7. 제3항에 있어서,
   상기 메인블록의 블록 배출 결합구는 상면을 기준으로 블록 유입 결합구보다 낮게 형성되는 것인 인버터 파워모듈 냉각구조.
   
8. 제2항에 있어서,
   상기 메인블록과 연결블록은 끼움 결합되는 것인 인버터 파워모듈 냉각구조.

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