KR20220059146A

KR20220059146A - 차량용 전력 변환 장치

Info

Publication number: KR20220059146A
Application number: KR1020200144397A
Authority: KR
Inventors: 박형준; 김주희
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아 주식회사
Priority date: 2020-11-02
Filing date: 2020-11-02
Publication date: 2022-05-10

Abstract

상하부를 분리하는 격벽과 상기 격벽으로부터 상부로 연장되어 제1 공간을 측면에서 둘러싸는 제1 측벽과, 상기 격벽으로부터 하부로 연장되어 제2 공간을 측면에서 둘러싸는 제2 측벽과, 상기 격벽의 양측에 측면 방향으로 돌출되어 전후 방향으로 연장된 제3 공간을 둘러싸는 테두리부를 포함하는 제1 하우징; 상기 제1 공간에 배치되는 커패시터; 상기 제2 공간에 배치되는 직류 컨버터 회로부; 및 상기 제3 공간에 배치되는 복수의 냉각기를 포함하는 차량용 전력 변환 장치가 개시된다.

Description

차량용 전력 변환 장치{POWER CONVERTER APPARATUS FOR VEHICLE}

본 발명은 차량용 전력 변환 장치에 관한 것으로, 친환경 차량에 적용되는 인버터를 구현하는 파워 모듈, 커패시터 및 직류 컨버터를 하나의 어셈블리 형태로 구현하고 각 구성에 대한 효율적인 냉각이 가능한 차량용 전력 변환 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 전기 에너지를 이용하여 구동하는 친환경 차량은, 배터리에 저장된 전기 에너지를 이용하여 전동 회전 기구인 모터를 구동함으로써 동력을 생성하는 차량이다. 특히, 친환경 차량은 배터리의 직류 전력을 모터 구동에 요구되는 복수의 상을 갖는 교류 전력으로 변환하기 위해 스위칭 소자를 갖는 인버터와 모터 구동을 위해 배터리에 저장된 고전압 전력을 전장 부하 전원을 위한 저전압 전력으로 변환하는 직류 컨버터 등을 구비한다.

인버터는 배터리로부터 입력되는 전력을 필터링하는 고용량의 커패시터를 구비한다. 또한, 인버터의 스위칭 소자는 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT)나 전력용 전계 효과 트랜지스터(FET) 및 다이오드 등을 패키지화 한 파워 모듈의 형태로 구현된다.

이와 같이 인버터를 구성하는 부품인 커패시터와 파워 모듈 및 직류 컨버터는 각각이 개별 장치로 분리된 구조로 차량에 구비될 수 있으나, 차량 내 타 부품 들의 배치 공간을 확보하고 각 부품의 효율적인 냉각을 위해 하나의 어셈블리 형태로 통합되는 것이 바람직하다.

당 기술 분야에서는, 커패시터, 파워 모듈 및 직류 컨버터 등과 같이 차량에 요구되는 전력 변환을 위한 부품들은 하나의 어셈블리 형태로 통합하고, 각 개별 부품에 대한 효율적인 냉각을 통해 각 부품의 성능을 최대화 할 수 있는 새로운 구조의 차량용 전력 변환 장치가 요구되고 있다.

상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

KR 10-0998810 A KR 10-2019- 0105913 A

이에 본 발명은, 커패시터, 파워 모듈 및 직류 컨버터 등과 같이 친환경 차량에 요구되는 전력 변환을 위한 부품들을 하나의 어셈블리 형태로 통합할 수 있으며, 통합된 각 부품에 대한 효과적인 냉각이 가능한 차량용 전력 변환 장치를 제공하는 것을 해결하고자 하는 기술적 과제로 한다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서 본 발명은,

상하부를 분리하는 격벽과 상기 격벽으로부터 상부로 연장되어 제1 공간을 측면에서 둘러싸는 제1 측벽과, 상기 격벽으로부터 하부로 연장되어 제2 공간을 측면에서 둘러싸는 제2 측벽과, 상기 격벽의 양측에 측면 방향으로 돌출되어 전후 방향으로 연장된 제3 공간을 둘러싸는 테두리부를 포함하는 제1 하우징;

상기 제1 공간에 배치되는 커패시터;

상기 제2 공간에 배치되는 직류 컨버터 회로부; 및

상기 제3 공간에 배치되는 복수의 냉각기;

를 포함하는 차량용 전력 변환 장치를 제공한다.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 복수의 냉각기는, 상기 테두리부에 접합되어 상기 제3 공간을 커버하여 후방부에 연통홀이 형성된 제1 파트와, 상기 연통홀에 연결되는 연결 니플과 냉각수가 출입하는 냉각수 출입 니플 및 상기 연결 니플과 상기 냉각수 출입 니플 사이에 배치되어 내부에 냉각수가 흐르는 공간이 형성된 튜브를 포함하는 제2 파트를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제1 파트는, 상기 테두리부에 가장자리가 접합되는 금속 평판 및 상기 금속 평판 상에 상기 제3 공간 방향으로 형성된 복수의 냉각 핀을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제1 파트와 제2 파트 사이에서 상기 제1 파트와 상기 제2 파트에 양면이 접촉하도록 배치되는 파워 모듈을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 복수의 냉각기의 외측에 배치되어 상기 제1 하우징 방향으로 압력을 가하는 가압 구조물을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제1 하우징은, 전면부 양측에 각각 상기 제3 공간과 각각 연통되는 냉각수 경로와, 상기 격벽의 하부에 형성되는 캐비티부 및 상기 냉각수 경로의 일단에 상기 냉각수 경로와 상기 캐비티부를 연통하는 연통홀을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 캐비티부를 커버하는 제2 하우징을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 직류 컨버터 회로부는, 상기 제2 하우징의 하면에 접촉하도록 배치될 수 있다.

본 발명의 일 실시형태는, 상기 제2 하우징은, 그 상면에 형성되어 냉각수가 흐르는 경로를 형성하는 유로 형성 돌출부를 포함할 수 있다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 다른 수단으로서 본 발명은,

상하부를 분리하는 격벽과 상기 격벽으로부터 상부로 연장되어 제1 공간을 측면에서 둘러싸는 제1 측벽과, 상기 격벽으로부터 하부로 연장되어 제2 공간을 측면에서 둘러싸는 제2 측벽과, 상기 격벽의 양측에 측면 방향으로 돌출되어 전후 방향으로 연장된 제3 공간을 둘러싸는 테두리부와, 전면부에 양측에 상기 제3 공간과 각각 연통된 냉각수 경로와, 상기 격벽의 하부에 형성된 캐비티부와, 상기 냉각수 경로 각각의 일단과 상기 캐비티부를 각각 연통하는 연통홀을 포함하는 제1 하우징;

상기 제1 하우징의 하부에 배치되어 상기 캐비티부를 커버하여 상기 캐비티부를 수밀하는 제2 하우징;

상기 제1 공간에 배치되는 커패시터;

상기 제2 하우징의 하부에 대응되는 상기 제2 공간에 배치되며, 상기 제2 하우징의 하면에 접촉하도록 배치되는 직류 컨버터 회로부; 및

상기 제3 공간에 각각 냉각수가 흐르는 경로를 형성하도록 배치되는 제1 냉각기 및 제2 냉각기;

를 포함하는 차량용 전력 변환 장치를 제공한다.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제2 하우징은, 그 상면에 형성되어 냉각수가 흐르는 경로를 형성하는 유로 형성 돌출부를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제1 냉각기 및 상기 제2 냉각기 각각은, 상기 테두리부에 접합되어 상기 제3 공간을 커버하여 후방부에 연통홀이 형성된 제1 파트와, 상기 연통홀에 연결되는 연결 니플과 냉각수가 출입하는 냉각수 출입 니플 및 상기 연결 니플과 상기 냉각수 출입 니플 사이에 배치되어 내부에 냉각수가 흐르는 공간이 형성된 튜브를 포함하는 제2 파트를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시형태는, 상기 복수의 냉각기의 외측에 배치되어 상기 제1 하우징 방향으로 압력을 가하는 가압 구조물을 더 포함할 수 있다.

상기 차량용 전력 변환 장치에 따르면, 커패시터를 배치하는 하우징의 양측면에 냉각수가 흐르는 공간을 마련하여 하우징과 냉각수가 직접 접촉하게 함으로써 냉각 효과를 현저하게 향상시킬 수 있다.

또한, 상기 차량용 전력 변환 장치에 따르면, 제1 하우징의 하부에 제2 하우징을 구비하고 양측의 두 냉각기 사이의 냉각수 경로의 연결을 제1 하우징과 제2 하우징 사이에 마련되는 캐비티부를 통해 이루어지게 함으로써, 캐비티부 상부에 위치한 커패시터와 제2 하우징의 하부에 위치한 직류 컨버터 회로부를 모두 냉각시킬 수 있어 냉각 효과를 현저하게 향상시킬 수 있다.

이에 따라, 상기 차량용 전력 변환 장치에 따르면, 냉각 대상 부품의 소형화 또는 저사양화가 가능하여 차량용 전력 변환 장치를 제조하는데 소요되는 비용을 감소시킬 수 있다.

본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량용 전력 변환 장치의 사시도이다.
도 2도 2는 도 1의 A-A'선을 따라 절개한 단면을 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량용 전력 변환 장치의 제1 하우징을 도시한 상방 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량용 전력 변환 장치의 제1 하우징을 도시한 하방 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량용 전력 변환 장치에 적용되는 냉각기의 일부 구성을 상세하기 도시한 사시도 및 평면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량용 전력 변환 장치에 적용되는 냉각기의 다른 구성을 상세하게 도시한 사시도 및 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량용 전력 변환 장치에서, 냉각기의 제1 파트가 제1 하우징에 결합된 상태를 도시한 사시도이다.
도 8은 도 7의 C-C'선을 따라 절개한 단면을 도시한 절개 사시도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량용 전력 변환 장치에서, 파워 모듈 및 냉각기가 제1 하우징에 결합된 상태를 도시한 사시도이다.
도 10은 도 9의 D-D'선을 따라 절개한 단면을 도시한 절개 사시도이다.
도 11은 도 9의 E-E'선을 따라 절개한 단면을 도시한 절개 사시도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량용 전력 변환 장치에서 일부 구성요소가 생략된 상태를 도시한 하방 사시도이다.
도 13은 도 12에 도시된 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량용 전력 변환 장치의 하부 평면도이다.
도 14는 도 13에 도시된 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량용 전력 변환 장치에서 제2 하우징이 제거된 상태의 하부 평면도이다.
도 15는 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량용 전력 변환 장치의 제2 하우징의 상면을 도시한 평면도이다.
도 16은 도 1에 도시된 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량용 전력 변환 장치를 F-F'선을 따라 절개한 단면을 도시한 단면도이다.

이하, 첨부의 도면을 참조하여 다양한 실시 형태에 따른 차량용 전력 변환 장치를 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량용 전력 변환 장치의 사시도이고, 도 2는 도 1의 A-A'선을 따라 절개한 단면을 도시한 단면도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량용 전력 변환 장치는 제1 하우징(10)과, 제2 하우징(20)과, 커패시터(30), 제1 냉각기(40), 제2 냉각기(50), 파워 모듈(60) 및 직류 컨버터 회로부(70)를 포함하여 구성될 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량용 전력 변환 장치의 제1 하우징을 도시한 상방 사시도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량용 전력 변환 장치의 제1 하우징을 도시한 하방 사시도이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 제1 하우징(10)은 상하부를 분리하는 격벽(11)과, 격벽(11)으로부터 상부로 연장되어 제1 공간(R1)을 측면에서 둘러싸는 제1 측벽(12)과, 격벽(11)으로부터 하부로 연장되어 제2 공간(R2)을 측면에서 둘러싸는 제2 측벽(13)과, 격벽(11)의 양측에 측면 방향으로 돌출되어 전후 방향으로 연장된 제3 공간(R3)을 둘러싸는 테두리부(14)를 포함할 수 있다.

제1 하우징(10)은 전력 변환 장치의 각 부품들이 배치되는 기재의 역할을 할 수 있다. 예를 들어, 제1 공간(R1)에는 인버터의 커패시터(30)가 배치될 수 있으며, 제2 공간(R2)에는 직류 컨버터를 구현한 직류 컨버터 회로부(70)가 배치될 수 있다. 또한, 제3 공간(R3)에는 제1 냉각기(40) 및 제2 냉각기(50)가 배치될 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량용 전력 변환 장치에 적용되는 냉각기의 일부 구성을 상세하기 도시한 사시도 및 평면도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량용 전력 변환 장치에 적용되는 냉각기의 다른 구성을 상세하게 도시한 사시도 및 단면도이다.

도 5 및 도 6를 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량용 전력 변환 장치에 적용되는 냉각기(40, 50)는 크게 두 개의 파트로 분리될 수 있다.

하나의 파트는 도 5에 도시된 것과 같이 금속 평판(41, 51)과 금속 평판(41, 51) 상에 돌출된 복수의 핀 구조물(42, 52)를 갖는 제1 파트(40-1, 50-1)이고, 다른 하나의 파트는 도 6에 도시된 것과 같이, 내부에 냉각수가 흐르는 공간이 형성되는 금속 튜브(43, 53)와, 금속 튜브(43, 53)의 일단에 연결되어 외부로부터 냉각수가 유입 또는 배출되는 냉각수 출입 니플(44, 54)와, 금속 튜브(43, 53)의 타단에 연결되어 도 5에 도시된 것과 같은 제1 파트(40-1, 50-1)와 연결을 형성하는 연결 니플(45, 55)를 포함하는 제2 파트(40-2, 50-2)이다. 냉각수 출입 니플(44, 54)와 연결 니플(45, 55)는 서로 반대 방향을 향하도록 돌출될 수 있다.

제1 파트(40-1, 50-1)는 금속 평판(41, 51) 상에 핀 구조물(42, 52)이 형성되고 일단에 연통홀(TH)가 형성된 구조를 갖는 것으로 단조 공법에 의해 제작될 수 있으며, 제2 파트(40-2, 50-2)의 금속 튜브(43, 53)는 내부에 냉각수가 흐르는 경로가 복수 개로 분리되어 있는 구조를 갖는 것으로 압출 공법에 의해 제작될 수 있다.

도 7은 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량용 전력 변환 장치에서, 냉각기의 제1 파트가 제1 하우징에 결합된 상태를 도시한 사시도이며, 도 8은 도 7의 C-C'선을 따라 절개한 단면을 도시한 절개 사시도이다.

도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 냉각기(40, 50)의 제1 파트(40-1(50-1))는 제1 하우징(10)의 측면부에 전후 방향으로 형성된 제3 공간(R3)를 커버하는 형태로 제1 하우징(10)에 접합될 수 있다.

더욱 상세하게, 냉각기(40, 50)의 제1 파트(40-1, 50-1)의 금속평판(51)의 가장자리는 제3 공간(R3)을 형성하는 돌출된 테두리부(14)에 접합되어 제3 공간(R3)를 커버하며, 금속평판(41, 51) 상에 형성된 핀 구조물(42, 52)은 제3 공간(R3) 내에 배치될 수 있다. 핀 구조물(52)은 제3 공간(R3)를 통해 흐르는 냉각수의 냉각 성능을 향상시킬 수 있다.

제1 하우징(10)의 전면부에는 양 측면부에 형성된 제3 공간(R3)과 연통되어 전면부의 중심으로 연장되는 냉각수 통로가 각각 마련될 수 있으며, 냉각수 각각의 냉각수 통로의 일단은 격벽부(11)의 하부에 마련된 캐비티부(R4)와 연통될 수 있다. 캐비티부(R4)는 제2 공간(R2)의 상부에 형성될 수 있으며, 냉각수가 흐르는 경우 제2 공간(R2)에 배치되는 요소와 격벽(11) 사이에 냉각수가 흐를 수 있는 공간을 제공할 수 있다. 캐비티부(R4) 및 제2 공간(R2)에 배치되는 요소에 대해서는 추후에 더욱 상세하게 설명하기로 한다.

제1 하우징(10)의 전면부에 형성된 냉각수 통로와 제3 공간(R3)이 연통됨에 따라, 제3 공간(R3)의 전방과 후방 사이에 냉각수 흐름이 이루어질 수 있도록 제1 파트(40-1, 50-1)의 연통홀(TH)은 제3 공간(R3)의 후방에 위치하도록 제1 파트(40-1, 50-1)가 제1 하우징(10)에 접합될 수 있다.

도 9는 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량용 전력 변환 장치에서, 파워 모듈 및 냉각기가 제1 하우징에 결합된 상태를 도시한 사시도이며, 도 10은 도 9의 D-D'선을 따라 절개한 단면을 도시한 절개 사시도이고, 도 11은 도 9의 E-E'선을 따라 절개한 단면을 도시한 절개 사시도이다.

도 9 내지 도 11을 참조하면, 냉각기(40, 50)의 제2 파트(40-2, 50-2)는 제1 파트(40-1, 50-1)과 나란하게 배치되며, 제1 파트(40-1, 50-1)의 연통홀(TH)에 제2 파트(40-2, 50-2)의 연결 니플(45, 55)이 삽입되는 형태로 결합될 수 있다. 냉각기를 흐르는 냉각수는 제1 파트(40-1, 50-1)를 지나 연결 니플(45, 55)를 통해 제2 파트(40-2, 50-2)의 금속 튜브(43, 53)로 제공되거나, 제2 파트(40-2, 50-2)의 금속 튜브(43, 53)를 지나 연결 니플(45, 55)를 통해 제1 파트(40-1, 50-1)로 제공될 수 있다.

제1 파트(40-1, 50-1)와 제2 파트(40-2, 50-2) 사이의 연결부의 수밀을 유지하기 위해 연결 니플(45, 55)의 외주에 가스켓(46, 56)이 설치될 수 있다.

제1 파트(40-1, 50-1)와 제2 파트(40-2, 50-2)가 제1 하우징(10)의 후방에서 상호 연결이 이루어지므로 냉각수 출입 니플(44, 54)은 제1 하우징(10)의 전방부에 배치될 수 잇다.

상호 나란히 배치된 제1 파트(40-1, 50-1)와 제2 파트(40-2, 50-2) 사이에 인버터의 스위칭 소자를 구현한 파워 모듈(60)이 배치될 수 있다. 파워 모듈(60)은 냉각기(40, 50)의 제1 파트(40-1, 50-1)와 제2 파트(40-2, 50-2)를 흐르는 냉각수에 의해 상하 양면이 냉각될 수 있다.

한편, 도 10에 도시된 것과 같이, 제1 하우징(10)의 전면부에는 양 측면부에 형성된 제3 공간(R3)과 연통되어 전면부의 중심으로 연장되는 냉각수 통로(P1, P2)가 각각 마련될 수 있다. 냉각수 통로(P1, P2)의 전면부 중심의 단부에는 격벽부(11)의 하부에 마련된 캐비티부(도 8의 R4)와 연통되도록 연통홀(H1, H2)가 형성될 수 있다. 제1 냉각기(40)를 통해 흘러 들어온 냉각수는 냉각수 통로(P1)을 거쳐 연통홀(H1)을 통해 캐비티부(R4)로 흘러 들어가고, 캐비티부(R4)에서 연통홀(H2)를 통해 냉각수 통로(P2)로 흘러나온 냉각수는 제2 냉각기(50)로 배출될 수 있다. 물론, 그 반대 방향의 냉각수 흐름이 형성될 수도 있다.

도 12는 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량용 전력 변환 장치에서 일부 구성요소가 생략된 상태를 도시한 하방 사시도이고, 도 13은 도 12에 도시된 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량용 전력 변환 장치의 하부 평면도이며, 도 14는 도 13에 도시된 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량용 전력 변환 장치에서 제2 하우징이 제거된 상태의 하부 평면도이고. 도 15는 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량용 전력 변환 장치의 제2 하우징의 상면을 도시한 평면도이다.

도 12 내지 도 15에 도시한 것과 같이, 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량용 전력 변환 장치는 격벽(11)의 하부에 제2 하우징(20)이 접합될 수 있다. 제2 하우징(20)은 전술한 캐비티부(R4)를 커버하여 캐비티부(R4)에 흐르는 냉각수가 하부로 누출되는 것을 방지함과 동시에 그 하부에 직류 컨버터를 구현하는 기판 및 전기전자 소자를 포함하는 직류 컨버터 회로부가 설치되는 기재가 될 수 있다.

즉, 제1 하우징(10)의 격벽(11)의 하부에 형성된 캐비티부(R4)를 커버하여 수밀이 이루어지도록 실런트(S1, S2)를 통해 제2 하우징(20)이 제1 하우징(10)에 접합되며, 제2 하우징(20)의 하부에 해당하는 제2 공간(R2)에 직류 컨버터 회로부(70)가 제2 하우징(20)의 하면에 결합되는 형태로 배치될 수 있다. 직류 컨버터 회로부(70) 역시 발열이 이루어지는 스위칭 소자들을 포함하는 바 직류 컨버터 회로부(70)의 스위칭 소자들이 제2 하우징(20)의 하면에 접촉하는 형태로 직류 컨버터 회로부(70)가 배치되면, 제2 하우징(20) 상부의 캐비티부(40)에 흐르는 냉각수에 의해 직류 컨버터 회로부(70)의 냉각도 이루어질 수 있게 된다.

특히, 도 15에 도시된 것과 같이, 제2 하우징(20)의 상면에는 캐비티부(R4)를 흐르는 냉각수의 흐름 경로를 형성하기 위해 냉각수 흐름 경로에 나란하게 설치되는 유로 형성 돌출부(21)가 형성될 수 있다. 도 15에서 점선 화살표는 냉각수 흐름 경로를 나타낸다.

도 16은 도 1에 도시된 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량용 전력 변환 장치를 F-F'선을 따라 절개한 단면을 도시한다.

도 16을 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량용 전력 변환 장치의 전체 냉각수 흐름의 경로를 확인할 수 있다.

제1 냉각기(40)의 냉각수 출입 니플(44)을 통해 유입된 냉각수는 제1 냉각기(40)의 제2 파트(40-2)을 통해 후방으로 흐르면서 제2 파트(40-2)와 제1 파트(40-1) 사이에 배치된 파워 모듈(60)의 일면을 냉각시킬 수 있다.

이어, 냉각수는 제2 파트(40-2)의 연결 니플(44)과 제1 파트(40-1)의 연통홀(TH)의 연결부를 지나 제1 파트(40-1)와 제1 하우징(10) 사이의 제3 공간(R3) 내에서 전방으로 흐를 수 있다. 제3 공간(R3)을 흐르는 냉각수는 제2 파트(40-2)와 제1 파트(40-1) 사이에 배치된 파워 모듈(60)의 타면을 냉각시킴과 동시에 제1 하우징(10)을 통해 제1 공간(R1)에 배치된 커패시터(30)의 측면을 냉각시킬 수 있다.

이어, 냉각수는 제1 하우징(10)의 전면부에 형성된 냉각수 통로(P1)을 지나 연통홀(H1)을 통해 캐비티부(R4)로 흘러 들어 간다. 캐비티부(R4) 내에서 냉각수는 제2 하우징(20)의 상면에 형성된 유로 형성 돌출부(21)에 의해 결정된 경로를 따라 흘러 연통홀(H2) 통해 캐비티부(R4)의 외부로 흘러나오고 제1 하우징(10)의 전면부에 형성된 냉각수 통로(P2)를 통해 제2 냉각기(50)로 흐르게 된다.

캐비티부(R4)를 흐르는 냉각수는 격벽(11)을 통해 그 상면의 제1 공간(R1)에 배치된 커패시터(30)의 하면을 냉각할 수 있으며, 제2 하우징(20)을 통해 제2 하우징(20)의 하면에 배치된 직류 컨버터 회로부(70)를 냉각시킬 수 있다.

이어, 제2 냉각기(50)의 제1 파트(50-1)와 제1 하우징(10) 사이에 형성되는 제3 공간(R3)를 통해 냉각수가 후방으로 흐르면서 커패시터(30)의 측면 및 제2 냉각기(50)의 두 파트 사이에 배치되는 파워 모듈(60)의 일면을 냉각시킬 수 있다.

이어, 냉각수는 제2 냉각기(50)의 제1 파트(50-1)에 형성된 연통홀(TH)와 제2 파트(50-2)에 형성된 연결 니플(54)의 연결부를 통해 제2 파트(50-2)로 흘러 들어가고, 제2 파트(50-2) 내부를 후방에서 전방으로 이동하면서 제2 냉각기(50)의 두 파트 사이에 배치되는 파워 모듈(60)의 타면을 냉각시키고 냉각수 출입 니플(53)을 통해 외부로 배출될 수 있다.

물론, 전술한 것과 같은 냉각수의 흐름은 반대로 이루어질 수도 있다.

도 1 및 도 16에서 제1 냉각기(40) 및 제2 냉각기(50)의 외측면에 배치된 구조물(80)은 각 냉각기(40, 50)에 제1 하우징(10) 방향으로 압력을 가하여 냉각기(40, 50)와 파워 모듈(60) 사이에 면압을 부여함으로써 냉각 효과를 더욱 향상시키기 위한 가압 구조물이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 여러 실시형태에 따른 차량용 전력 변환 장치는, 커패시터를 배치하는 하우징의 양측면에 냉각수가 흐르는 공간을 마련하여 하우징과 냉각수가 직접 접촉하게 함으로써 냉각 효과를 현저하게 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 여러 실시형태에 따른 차량용 전력 변환 장치는, 제1 하우징의 하부에 제2 하우징을 구비하고 양측의 두 냉각기 사이의 냉각수 경로의 연결을 제1 하우징과 제2 하우징 사이에 마련되는 캐비티부를 통해 이루어지게 함으로써, 캐비티부 상부에 위치한 커패시터부와 제2 하우징의 하부에 위치한 직류 컨버터 회로부를 모두 냉각시킬 수 있어 냉각 효과를 현저하게 향상시킬 수 있다.

이와 같은 냉각 효과 향상을 통해 냉각 대상 부품의 소형화 또는 저사양화가 가능하여 차량용 전력 변환 장치를 제조하는데 소요되는 비용을 감소시킬 수 있다.

이상에서 본 발명의 특정한 실시형태에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 청구범위의 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

10: 제1 하우징 11: 격벽
12, 13: 측벽 14: 테두리부
20: 제2 하우징 21: 유로 형성 돌출부
30: 커패시터 40, 50: 냉각기
40-1, 50-1: 제1 파트 40-2, 50-2: 제2 파트
41, 51: 금속 평판 42, 42: 핀 구조물
43, 53: 금속 튜브 44, 54: 냉각수 출입 니플
45, 55: 연결 니플 60: 파워 모듈
70: 컨버터 회로부 80: 가압 구조물
R1, R2, R3: 제1, 제2, 제3 공간 R4: 캐비티부
TH: 제1 파트의 연통홀 P1, P2: 제1 하우징의 냉각수 경로
H1, H2: 냉각수 경로와 캐비티부 사이의 연통홀

Claims

상하부를 분리하는 격벽과 상기 격벽으로부터 상부로 연장되어 제1 공간을 측면에서 둘러싸는 제1 측벽과, 상기 격벽으로부터 하부로 연장되어 제2 공간을 측면에서 둘러싸는 제2 측벽과, 상기 격벽의 양측에 측면 방향으로 돌출되어 전후 방향으로 연장된 제3 공간을 둘러싸는 테두리부를 포함하는 제1 하우징;
상기 제1 공간에 배치되는 커패시터;
상기 제2 공간에 배치되는 직류 컨버터 회로부; 및
상기 제3 공간에 배치되는 복수의 냉각기;
를 포함하는 차량용 전력 변환 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 복수의 냉각기는,
상기 테두리부에 접합되어 상기 제3 공간을 커버하여 후방부에 연통홀이 형성된 제1 파트와,
상기 연통홀에 연결되는 연결 니플과 냉각수가 출입하는 냉각수 출입 니플 및 상기 연결 니플과 상기 냉각수 출입 니플 사이에 배치되어 내부에 냉각수가 흐르는 공간이 형성된 튜브를 포함하는 제2 파트를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 전력 변환 장치.
청구항 2에 있어서, 상기 제1 파트는,
상기 테두리부에 가장자리가 접합되는 금속 평판 및 상기 금속 평판 상에 상기 제3 공간 방향으로 형성된 복수의 냉각 핀을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 전력 변환 장치.
청구항 2에 있어서,
상기 제1 파트와 제2 파트 사이에서 상기 제1 파트와 상기 제2 파트에 양면이 접촉하도록 배치되는 파워 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 전력 변환 장치.
청구항 4에 있어서,
상기 복수의 냉각기의 외측에 배치되어 상기 제1 하우징 방향으로 압력을 가하는 가압 구조물을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 전력 변환 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 제1 하우징은,
전면부 양측에 각각 상기 제3 공간과 각각 연통되는 냉각수 경로와, 상기 격벽의 하부에 형성되는 캐비티부 및 상기 냉각수 경로의 일단에 상기 냉각수 경로와 상기 캐비티부를 연통하는 연통홀을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
청구항 6에 있어서,
상기 캐비티부를 커버하는 제2 하우징을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 전력 변환 장치.
청구항 7에 있어서, 상기 직류 컨버터 회로부는,
상기 제2 하우징의 하면에 접촉하도록 배치된 것을 특징으로 하는 차량용 전력 변환 장치.
청구항 7에 있어서, 상기 제2 하우징은,
그 상면에 형성되어 냉각수가 흐르는 경로를 형성하는 유로 형성 돌출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 전력 변환 장치.
상하부를 분리하는 격벽과 상기 격벽으로부터 상부로 연장되어 제1 공간을 측면에서 둘러싸는 제1 측벽과, 상기 격벽으로부터 하부로 연장되어 제2 공간을 측면에서 둘러싸는 제2 측벽과, 상기 격벽의 양측에 측면 방향으로 돌출되어 전후 방향으로 연장된 제3 공간을 둘러싸는 테두리부와, 전면부에 양측에 상기 제3 공간과 각각 연통된 냉각수 경로와, 상기 격벽의 하부에 형성된 캐비티부와, 상기 냉각수 경로 각각의 일단과 상기 캐비티부를 각각 연통하는 연통홀을 포함하는 제1 하우징;
상기 제1 하우징의 하부에 배치되어 상기 캐비티부를 커버하여 상기 캐비티부를 수밀하는 제2 하우징;
상기 제1 공간에 배치되는 커패시터;
상기 제2 하우징의 하부에 대응되는 상기 제2 공간에 배치되며, 상기 제2 하우징의 하면에 접촉하도록 배치되는 직류 컨버터 회로부; 및
상기 제3 공간에 각각 냉각수가 흐르는 경로를 형성하도록 배치되는 제1 냉각기 및 제2 냉각기;
를 포함하는 차량용 전력 변환 장치.
청구항 10에 있어서, 상기 제2 하우징은,
그 상면에 형성되어 냉각수가 흐르는 경로를 형성하는 유로 형성 돌출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 전력 변환 장치.
청구항 10에 있어서, 상기 제1 냉각기 및 상기 제2 냉각기 각각은,
상기 테두리부에 접합되어 상기 제3 공간을 커버하여 후방부에 연통홀이 형성된 제1 파트와,
상기 연통홀에 연결되는 연결 니플과 냉각수가 출입하는 냉각수 출입 니플 및 상기 연결 니플과 상기 냉각수 출입 니플 사이에 배치되어 내부에 냉각수가 흐르는 공간이 형성된 튜브를 포함하는 제2 파트를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 전력 변환 장치.
청구항 12에 있어서, 상기 제1 파트는,
상기 테두리부에 가장자리가 접합되는 금속 평판 및 상기 금속 평판 상에 상기 제3 공간 방향으로 형성된 복수의 냉각 핀을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 전력 변환 장치.
청구항 12에 있어서,
상기 제1 파트와 제2 파트 사이에서 상기 제1 파트와 상기 제2 파트에 양면이 접촉하도록 배치되는 파워 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 전력 변환 장치.
청구항 14에 있어서,
상기 복수의 냉각기의 외측에 배치되어 상기 제1 하우징 방향으로 압력을 가하는 가압 구조물을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 전력 변환 장치.