KR20220102361A

KR20220102361A - 전력전자기기의 하부 모듈

Info

Publication number: KR20220102361A
Application number: KR1020210004627A
Authority: KR
Inventors: 황수용; 정길주; 이수형; 최원석; 김규화
Original assignee: 엘에스일렉트릭(주)
Priority date: 2021-01-13
Filing date: 2021-01-13
Publication date: 2022-07-20
Also published as: KR102513609B1; WO2022154260A1; US20240147677A1; CN116569468A

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{LOWER MODULE OF POWER ELECTRONICS}

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 측과 하부의 직류 리액터 측으로 분산되어 2개의 공기의 흐름을 형성한 뒤 다시 하나로 모여 배출판을 통해 배출된다. 이것은 히트싱크와 직류 리액터를 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 크기가 비대해지는 단점이 있다. 또한 히트싱크에 구비된 방열핀의 연장 길이가 제한되어 방열 성능에 한계가 있는 단점도 있다. 이를 개선하기 위한 방열 구조의 개발이 필요한 실정이다.

대한민국 등록특허 제 2018-0002789U 호

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 팬으로부터 배출판을 향하는 방향을 기준으로 할 때, 블로워 팬과 인접할수록 전측에 위치하는 것으로 규정하며, 배출판과 인접할수록 후측에 위치하는 것으로 규정한다. 또한, 블로워 팬으로부터 배출판을 향하는 방향을 하부 모듈의 길이 방향으로 규정하고, 상기 길이 방향에 수직하는 방향을 하부 모듈의 폭 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, 종래 대용량의 커패시터를 다수의 소용량의 직경이 작은 커패시터로 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 배치될 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(미도시)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.

10 전력전자기기 20 상부 모듈
22 발열 부품 30 하부 모듈
32 베이스면 34 중간판
40 블로워 팬 50 커패시터
60 히트싱크 61 방열핀
70 직류 리액터 71 본체
72 연결선 73 고정 부재
80 배출판 81 벤트홀

Claims

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.
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.
제 2 항에 있어서,
상기 하부 모듈의 높이 방향을 기준으로, 상기 직류 리액터는 상기 히트싱크를 벗어나지 않도록 배치되는, 전력전자기기의 하부 모듈.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 커패시터가 상기 블로워 팬으로부터 이격된 상기 소정 거리는 상기 블로워 팬 두께 이내인, 전력전자기기의 하부 모듈.
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.
제 1 항에 있어서,
상기 방열핀은 상기 하부 모듈의 베이스면에 인접하는 위치까지 연장되는, 전력전자기기의 하부 모듈.
제 1 항에 있어서,
상기 방열핀의 단부는 상기 하부 모듈의 베이스면에 접촉됨으로써, 상기 방열핀으로부터 상기 베이스면으로 열 전도가 가능한, 전력전자기기의 하부 모듈.
제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
상기 복수의 방열핀은 상기 배출판에 수직하면서 서로 평행하도록 배치되고, 압출 공정에 의해 형성 가능하도록 최소 1mm 이상의 두께를 가지는, 전력전자기기의 하부 모듈.
제 1 항에 있어서,
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 포함하는, 전력전자기기의 하부 모듈.
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.
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.