KR102579439B1 - 전력반도체용 냉각장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전력반도체용 냉각장치에 관한 것으로서, 전력반도체를 중심으로 상·하부에 냉각기가 장착되고, 상기 냉각기의 사이에는 복수개의 적층구가 장착되는 전력반도체용 냉각장치에 있어, 상기 적층구는 내부에 공간이 형성되고 중앙에 냉각수 통로가 형성되는 상·하부 적층부재를 대칭으로 접합하여 형성된다.
본 발명에 의한 전력반도체용 냉각장치는 냉각기와 냉각기의 사이에 위치하는 적층구에 별도 구조물을 적용하여 기밀 구조를 단순화하고, 전력반도체의 두께에 따라 가변적으로 냉각기의 조립 높이를 조절하여 냉각기의 조립성과 기밀성능을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 그에 따른 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

Description

전력반도체용 냉각장치{Cooling device for power semiconductor}

본 발명은 전력반도체용 냉각장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전력반도체를 냉각하는 냉각장치의 적층구를 개선하여 조립성 및 기밀성능을 향상시킬 수 있도록 한 전력반도체용 냉각장치에 관한 것이다.

최근 하이브리드 자동차와 전기 자동차 및 이 둘의 장점을 결합한 플러그인 하이브리드 자동차가 활발하게 개발되고 있으며, 이러한 환경차들은 모터를 구동하기 위해 AC 3상 전압을 필요로 하게 된다.

따라서 전원인 고전압 배터리의 DC 전압을 모터를 구동하기 위한 AC 3상 전압으로 변환하는 장치가 필요하고, 차량에 쓰이는 12V 저전압으로도 변환을 위한 장치도 필요하다.

전방에 위치하는 것을 인버터라 칭하고, 후방에 위치하는 것을 LDC (Low DC DC Converter)라 하며, 이 둘을 합쳐서 전력변환장치라 한다.

도시된 도 1은 하이브리드 자동차의 구성을 나타낸 것으로서, 하이브리드 자동차는 고전압배터리(1), 저전압배터리(2), 전력변환장치(3), 모터(4), 발전기(5), 엔진(6)으로 구성된다.

그리고 플러그인 하이브리드의 경우에는 충전기가 추가되고, 전기차의 경우에는 하이브리드 차량 대비 발전기와 엔진이 없고 충전기가 추가되는 구조로 구성된다.

한편, 환경차에서 전력변환장치는 구동 시스템에서 가장 중요한 부품으로 전압을 변동시켜야 하기 때문에 내부에는 작동하면서 열을 발생시키는 부품들이 장착되고, 이러한 부품들은 성능향상을 위해 점점 소형화되는 추세이다.

또한, 전력변환장치를 설계할 때 중요한 부분이 냉각구조로서, 전력반도체를 냉각하는 구조를 얼마나 컴팩트하게 구성하느냐에 따라 성능이 영향을 받게 된다.

도시된 도 2는 종래의 적층형 전력반도체 냉각장치를 나타낸 도면을 나타낸 것으로서, 종래의 적층형 전력반도체 냉각장치는 PCU에 적용된 냉각기의 압착식 적층 구조이다.

이 구조는 각 층별 냉각기 사이에 별도 기밀구조가 적용되어 있지 않고 일체형으로 브래이징 한 후 접합부를 압축하여 조립하는 방식이다.

그러나 종래의 적층형 전력반도체 냉각장치는 냉각기 측면에서 제작 후 조립될 때 변형이 발생하는 구조로 설계 및 제조가 어려울 뿐만 아니라 제조과정에서 불량이 발생하는 문제점이 있었다.

대한민국 공개특허공보 제10-2016-112647호(2016.09.01)

본 발명은 상기와 같은 실정을 감안하여 제안된 것으로서, 냉각기와 냉각기의 사이에 위치하는 적층구에 별도 구조물을 적용하여 기밀 구조를 단순화하고, 전력반도체의 두께에 따라 가변적으로 냉각기의 조립 높이를 조절하여 냉각기의 조립성과 기밀성능을 향상시킬 수 있는 전력반도체용 냉각장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 일실시예에 의한 전력반도체용 냉각장치는 전력반도체를 중심으로 상·하부에 냉각기가 장착되고, 상기 냉각기의 사이에는 복수개의 적층구가 장착되는 전력반도체용 냉각장치에 있어, 상기 적층구는 내부에 공간이 형성되고 중앙에 냉각수 통로가 형성되는 상·하부 적층부재를 대칭으로 접합하여 형성된다.

그리고 상기 상·하부 적층부재는 냉각수 통로가 형성되는 중앙부분으로 냉각기와 밀착되는 수평 형상의 밀착부가 외부 방향으로 돌출형성될 수 있다.

또한, 상기 상·하부 적층부재는 맞닿는 가장자리 끝단으로 결합부가 수평방향으로 연장형성될 수 있다.

또한, 상기 밀착부와 결합부의 사이에 수직방향으로 주름 형상의 완충부가 형성될 수 있다.

여기서, 상기 상·하부 적층부재의 공간으로 하나 또는 복수개의 스프링이 장착될 수 있다.

그리고 상기 상·하부 적층부재는 외부 방향으로 적어도 한 개 이상의 강성 보강부가 형성될 수 있다.

또한, 상기 강성 보강부는 주름 형상으로 형성될 수 있다.

본 발명에 의한 전력반도체용 냉각장치는 냉각기와 냉각기의 사이에 위치하는 적층구에 별도 구조물을 적용하여 기밀 구조를 단순화하고, 전력반도체의 두께에 따라 가변적으로 냉각기의 조립 높이를 조절하여 냉각기의 조립성과 기밀성능을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 그에 따른 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 일반적인 하이브리드 자동차의 구성을 나타낸 도면.
도 2는 종래의 적층형 전력반도체 냉각장치를 나타낸 도면.
도 3은 본 발명에 따른 전력반도체용 냉각장치를 나타낸 단면도.
도 4 및 5는 본 발명에 따른 전력반도체용 냉각장치를 구성하는 적층구를 나타낸 사시도 및 단면도.
도 6 및 7은 본 발명에 따른 전력반도체용 냉각장치를 구성하는 적층구의 다른 실시 예를 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 3은 본 발명에 따른 전력반도체용 냉각장치를 나타낸 단면도이고, 도 4 및 5는 본 발명에 따른 전력반도체용 냉각장치를 구성하는 적층구를 나타낸 사시도 및 단면도이다.

본원발명인 전력반도체용 냉각장치(100)는 전력반도체(200)를 중심으로 상·하부에 장착되는 냉각기(300), 상기 냉각기(300)의 사이에 장착되는 복수개의 적층구(400)로 구성된다.

여기서, 상기 전력반도체용 냉각장치(100)를 구성하는 냉각기(300)는 도시된 도면 이외에도 공지된 냉각기가 적용될 수 있으며 별도의 설명은 생략하기로 한다.

그리고 본원발명인 전력반도체용 냉각장치(100)는 적층구(400)를 개선하여 조립성 및 기밀성능을 향상시키는데 특징이 있다.

상기 적층구(400)는 내부에 공간(S)이 형성되고, 중앙에 냉각수 통로(430)가 형성되는 상·하부 적층부재(410, 420)를 대칭으로 결합하여 형성된다.

즉, 상기 적층구(400)는 상·하부 적층부재(410, 420)를 접합하여 일체로 형성하게 되고, 중앙에는 냉각기(300)와 연통되는 냉각수 통로(430)를 형성하게 된다.

좀 더 보충설명하면, 상기 적층구(400)는 하부 또는 상부가 개방되는 원반 형상의 상·하부 적층부재(410, 420)를 접합하여 일체로 구성하게 된다.

이때, 상기 상·하부 적층부재(410, 420)의 중앙에 형성되는 냉각수 통로(430)는 냉각기(300)에 형성되는 냉각수 통로(320)와 동일 또는 크게 형성된다.

그리고 상기 상·하부 적층부재(410, 420)는 냉각수 통로(430)가 형성되는 중앙부분으로 냉각기(300)와 밀착되는 수평 형상의 밀착부(440)가 외부를 향해 돌출형성된다.

즉, 상기 상·하부 적층부재(410, 420)는 냉각수 통로(430)가 형성되는 밀착부(440)를 외부 방향으로 돌출형성하면서 수평 형상으로 형성하여, 상기 냉각기(300)와 원활하게 밀착되면서도 냉각수가 유출되는 것을 방지할 수 있게 된다.

또한, 상기 상·하부 적층부재(410, 420)는 맞닿는 가장자리 끝단으로 고정 및 결합을 위한 수평 형상의 결합부(450)가 형성된다.

즉, 상기 상·하부 적층부재(410, 420)는 가장자리 끝단으로 접합이 용이하도록 결합부(450)를 수평방향으로 연장하여 형성하게 된다.

또한, 상기 밀착부(440)와 결합부(450)의 사이에는 수직방향으로 압축성 구조를 가지는 주름 형상의 완충부(460)가 형성된다.

여기서, 상기 완충부(460)를 주름 형상으로 형성한 것은 각 층별 냉각기(300)가 일체형으로 구성되기 때문에 사이에 발열체가 삽입되어야 하는 구조이기 때문이다.

다음으로, 상기 적층구(400)는 도시된 도 6 및 7과 같이 구성될 수 있다.

먼저, 도시된 도 6의 적층구(400)는 외부 방향으로 적어도 한 개 이상의 강성 보강부(470)를 형성하여 기밀성능을 향상시키게 된다.

즉, 상기 상·하부 적층부재(410, 420)는 외측 방향으로 주름 형상의 강성 보강부(470)을 형성하여 상기 상·하부 적층부재(410, 420)의 기밀 성능을 향상시키면서도 강도를 보강하게 된다.

이때, 상기 강성 보강부(470)의 끝단 부분은 환경 및 목적 등에 따라 곡면 또는 경사 또는 다단 절곡형성된다.

그리고 도시된 도 7의 적층구(400)는 상·하부 적층부재(410, 420)의 공간(S)에 하나 또는 다수개의 스프링(500)이 장착되는 예를 나타낸 것이다.

즉, 상기 적층구(400)는 완충구(460)의 내부에 위치한 공간(S)에 스프링(500)을 장착하여, 상기 스프링(500)의 압축시 발생하는 힘에 대한 내부 강성을 보강한다.

또한, 상기 적층구(400)는 공간(S)에 장착되는 스프링(500)을 통해 압축 후 영구 변형이 발생하지 않을 뿐만 아니라 상기 스프링(500)의 압축 전 초기 형상으로 환원이 가능하여 분해 및 재조립에 유리하게 된다.

상기와 같이 구성되는 전력반도체용 냉각장치의 실시 예를 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 내부에 공간(S)이 형성되고, 중앙에는 냉각수 통로(430)가 형성되는 밀착부(440)가 형성되며, 가장자리 끝단에는 수평 형상의 결합부(450)가 형성되고, 상기 밀착부(440)와 결합부(450)의 사이에는 수직방향으로 주름 형상의 완충부(460)가 형성되는 상·하부 적층부재(410, 420)를 형성한다.

그리고 상기 상·하부 적층부재(410, 420)를 구성하는 결합부(450)를 맞닿도록 한 후 접합하는 과정을 통해 복수개의 적층구(400)를 형성한다.

다음으로, 하부에 냉각기(300)를 설치한 후, 상기 냉각기(300)의 중앙으로 전력반도체(200)를 장착한 다음, 상기 전력반도체(200)와 간격을 두고 적층구(400)를 장착한 후, 상기 전력반도체(200)와 적층구(400)의 상부에 냉각기(300)를 장착하는 방식으로 적층형의 전력반도체용 냉각장치(100)를 설치하면 된다.

여기서, 상기 전력반도체용 냉각장치의 조립순서는 상기와 다르게 이루어질 수 있음을 밝힌다.

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 : 전력반도체용 냉각장치 200 : 전력반도체
300 : 냉각기 320 : 냉각수 통로
400 : 적층구 410 : 상부 적층부재
420 : 하부 적층부재 430 : 냉각수 통로
440 : 밀착부 450 : 결합부
460 : 완충부 470 : 강성 보강부
500 : 스프링 S : 공간

Claims (7)

1. 전력반도체를 중심으로 상·하부에 냉각기가 장착되고, 상기 냉각기의 사이에는 복수개의 적층구가 장착되는 전력반도체용 냉각장치에 있어서,
   상기 적층구는 내부에 공간이 형성되고 중앙에 냉각수 통로가 형성되는 상·하부 적층부재를 대칭으로 접합하여 형성되고,
   상기 상·하부 적층부재는,
   냉각수 통로가 형성되는 중앙부분으로 냉각기와 밀착되는 수평 형상의 밀착부가 외부 방향으로 돌출형성되며, 맞닿는 가장자리 끝단으로 결합부가 수평방향으로 연장형성되고,
   상기 상·하부 적층부재의 공간으로 하나 또는 복수개의 스프링이 장착되는 전력반도체용 냉각장치.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 밀착부와 결합부의 사이에 수직방향으로 주름 형상의 완충부가 형성되는 것인 전력반도체용 냉각장치.
   
5. 삭제
6. 제1항에 있어서,
   상기 상·하부 적층부재는 외부 방향으로 적어도 한 개 이상의 강성 보강부가 형성되는 것인 전력반도체용 냉각장치.
   
7. 제6항에 있어서,
   상기 강성 보강부는 주름 형상으로 형성되는 것인 전력반도체용 냉각장치.

Images