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KR20240139820A - Electric compressor - Google Patents

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KR20240139820A
KR20240139820A KR1020230033979A KR20230033979A KR20240139820A KR 20240139820 A KR20240139820 A KR 20240139820A KR 1020230033979 A KR1020230033979 A KR 1020230033979A KR 20230033979 A KR20230033979 A KR 20230033979A KR 20240139820 A KR20240139820 A KR 20240139820A
Authority
KR
South Korea
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power semiconductor
semiconductor switch
temperature
temperature sensor
electric compressor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
KR1020230033979A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
김태형
이호진
오윤혁
박찬호
송찬
신무근
Original Assignee
한온시스템 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한온시스템 주식회사 filed Critical 한온시스템 주식회사
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Priority to PCT/KR2024/001425 priority patent/WO2024191059A1/en
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Abstract

The present invention relates to an electric compressor. More specifically, the electric compressor comprises: a compression unit compressing a refrigerant; a motor unit driving the compression unit; and an inverter unit controlling the motor unit. The inverter unit includes: at least one power semiconductor switch; a fixing member directly or indirectly physically connected to one surface of the power semiconductor switch to fix the power semiconductor switch; and a PCB substrate provided in one surface direction of the power semiconductor switch. The PCB substrate includes at least one non-contact type temperature sensor providing the temperature information of the power semiconductor switch without being in contact with the power semiconductor switch.

Description

전동 압축기{Electric compressor}Electric compressor {Electric compressor}

본 발명은 전동 압축기에 관한 것으로, 보다 상세히는 적외선 온도 센서를 포함하는 인버터를 포함하는 전동압축기에 관한 것이다.The present invention relates to an electric compressor, and more particularly, to an electric compressor including an inverter including an infrared temperature sensor.

자동차 공조 시스템은 차량의 난방, 환기 및 냉방을 아우르는 시스템을 의미하며, 이를 클라이마트로닉(climatronic) 즉, 지능형 공조시스템이라 부른다. 명칭에서 알 수 있듯이 자동차 공조는 차량의 내부 환경을 쾌적하게 만드는 기술을 일컫는다. 일반적으로, 자동차 공조 시스템은 응축기(Condenser), 압축기(Compressor), 증발기(Evaporator), 수액기(Receiver) 및 팽창장치(Expansion device) 등으로 구성되어 있다. 자동차 공조 시스템에서 널리 사용되는 압축기는 증발기로부터 증발이 완료된 냉매를 흡입하여 액화하기 쉬운 고온과 고압상태로 만들어 응축기로 전달한다. 이와 같은 기능을 하는 압축기는 왕복식과 회전식으로 구분되어지는데, 회전식 압축기에는 엔진을 구동원으로 하여 회전을 수행하는 기계식과 모터를 구동원으로 하는 전동식이 있다. 전동식 압축기는 별도의 모터를 사용하여 압축기를 구동하는 방식으로, 압축기의 인버터에 의해 직류 전류를 교류 전류로 변환하면서 모터의 회전속도가 조절되게 된다. The automotive air conditioning system refers to a system that encompasses heating, ventilation, and cooling of a vehicle, and is called climatronic, or intelligent air conditioning. As the name suggests, automotive air conditioning refers to technology that makes the interior environment of a vehicle comfortable. In general, an automotive air conditioning system consists of a condenser, a compressor, an evaporator, a receiver, and an expansion device. The compressor, which is widely used in automotive air conditioning systems, sucks in the refrigerant that has completed evaporation from the evaporator, turns it into a high temperature and high pressure state that is easy to liquefy, and delivers it to the condenser. Compressors that perform this function are divided into reciprocating and rotary types. Rotary compressors include mechanical types that use an engine as a driving source and perform rotation, and electric types that use a motor as a driving source. Electric compressors use a separate motor to drive the compressor, and the rotation speed of the motor is controlled by converting direct current into alternating current by the compressor's inverter.

또한, 압축기의 인버터는 고전압으로 모터를 구동하기 위해 전력반도체 스위치 소자가 필요한 반면, 전력반도체 스위치 소자는 발열이 많이 발생하고 차량의 정격 전압이 상승함에 따라 전력반도체 스위치의 스위칭 손실이 증가하여 방열 악조건(저속 고부하)에서 전력반도체 스위치의 온도가 급격히 상승하여 전력반도체 스위치 소자가 소손되는 문제가 있다. In addition, while the compressor's inverter requires power semiconductor switch elements to drive the motor at high voltage, the power semiconductor switch elements generate a lot of heat, and as the rated voltage of the vehicle increases, the switching loss of the power semiconductor switch increases, so that under poor heat dissipation conditions (low speed, high load), the temperature of the power semiconductor switch increases rapidly, causing the power semiconductor switch elements to be damaged.

도 1은 종래 인버터의 측면 개략도이다. Figure 1 is a side schematic diagram of a conventional inverter.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래에는 thermistor를 사용한 방식으로 소자 주변의 온도가 변함에 따라 내부 저항값의 변화에 기초하여 온도를 추정한다. 하지만, thermistor(서미스터)를 사용할 경우, 전력반도체 스위치 소자의 junction 온도가 급격히 상승하면 온도 추종성이 낮기 때문에 전력반도체 스위치 보증 온도 초과로 전력반도체 스위치 소자가 소손되는 문제점이 있다. As shown in Fig. 1, conventionally, a thermistor is used to estimate the temperature based on the change in the internal resistance value as the temperature around the element changes. However, when a thermistor is used, there is a problem in that the power semiconductor switch element is damaged due to exceeding the guaranteed temperature of the power semiconductor switch because the temperature followability is low when the junction temperature of the power semiconductor switch element rapidly increases.

한편, 온도 센서를 PCB 기판이 아닌 전력반도체 스위치 내부에 설치하여 내부 반도체 칩의 온도를 측정하는 기술이 알려져 있다. 이 경우에는, 별도의 리드선을 통해 PCB 기판과 연결해야하는 문제점이 있다.Meanwhile, a technology is known for measuring the temperature of an internal semiconductor chip by installing a temperature sensor inside a power semiconductor switch rather than on a PCB board. In this case, there is a problem that a separate lead wire must be connected to the PCB board.

또한, 전력반도체 스위치 표면의 온도를 측정하는 경우, 전력반도체 스위치 표면의 온도와 전력반도체 스위치 내부의 반도체 칩의 온도(junction 온도)간 온도차 및 열시정수로 인하여 시간지연이 발생하여 반도체 칩의 온도를 신속 및 정확하게 측정할 수 없는 문제점이 있을 수 있다. In addition, when measuring the temperature of the surface of a power semiconductor switch, there may be a problem in that the temperature of the semiconductor chip cannot be measured quickly and accurately due to a time delay caused by the temperature difference and thermal time constant between the temperature of the surface of the power semiconductor switch and the temperature of the semiconductor chip (junction temperature) inside the power semiconductor switch.

한국 등록특허공보 제10-0963980호("인버터를 포함하는 전동식 압축기", 공고일 2010.02.17.)Korean Patent Publication No. 10-0963980 (“Electric Compressor Including Inverter”, Publication Date 2010.02.17.)

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명에 의한 전동 압축기의 목적은, 종래 서미스터 온도 센서로 간접적으로 온도를 추정하는 것이 아닌, 적외선 온도 센서를 통해 전력반도체 스위치의 온도를 직접 측정하여 온도 추종성을 높임으로써, 급격한 온도 변화를 감지할 수 있는 전동 압축기를 제공함에 있다.The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and the purpose of the electric compressor according to the present invention is to provide an electric compressor capable of detecting rapid temperature changes by improving temperature followability by directly measuring the temperature of a power semiconductor switch through an infrared temperature sensor rather than indirectly estimating the temperature with a conventional thermistor temperature sensor.

상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 다양한 실시예에 의한 전동 압축기는 냉매를 압축하는 압축부, 상기 압축부를 구동하는 모터부 및 상기 모터부를 제어하는 인버터부를 포함하고, 상기 인버터부는 적어도 하나의 전력반도체 스위치, 상기 전력반도체 스위치의 일면과 직접 또는 간접적으로 물리적으로 연결되어 상기 전력반도체 스위치를 고정하는 고정부재 및 상기 전력반도체 스위치의 일면 방향에 구비된 PCB 기판을 포함하되, 상기 PCB 기판은 상기 전력반도체 스위치에 접촉하지 않고, 상기 전력반도체 스위치의 온도 정보를 제공하는 적어도 하나의 비접촉형 온도 센서를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to solve the above-described problems, an electric compressor according to various embodiments of the present invention includes a compression unit for compressing a refrigerant, a motor unit for driving the compression unit, and an inverter unit for controlling the motor unit, wherein the inverter unit includes at least one power semiconductor switch, a fixing member for fixing the power semiconductor switch by being directly or indirectly physically connected to one surface of the power semiconductor switch, and a PCB substrate provided in the direction of one surface of the power semiconductor switch, wherein the PCB substrate does not contact the power semiconductor switch and includes at least one non-contact temperature sensor for providing temperature information of the power semiconductor switch.

또한, 상기 온도 센서의 응답 속도는 20mS 이상인 것을 특징으로 한다.In addition, the response speed of the temperature sensor is characterized by being 20 mS or more.

또한, 상기 온도 정보는 상기 전력반도체 스위치의 표면 온도를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the temperature information is characterized in that it includes a surface temperature of the power semiconductor switch.

또한, 상기 온도 센서는 적외선 온도 센서인 것을 특징으로 한다.In addition, the temperature sensor is characterized as being an infrared temperature sensor.

또한, 상기 온도 센서는 상기 PCB 기판의 표면에 실장되되, 상기 전력반도체 스위치를 바라보는 면에 실장되는 것을 특징으로 한다.In addition, the temperature sensor is characterized in that it is mounted on the surface of the PCB substrate, and is mounted on a surface facing the power semiconductor switch.

또한, 상기 온도 센서는 상기 전력반도체 스위치의 표면 중 온도가 가장 높은 위치와 대응되는 위치에 구비되는 것을 특징으로 한다.In addition, the temperature sensor is characterized in that it is provided at a position corresponding to the position with the highest temperature on the surface of the power semiconductor switch.

또한, 상기 전력반도체 스위치는 적어도 하나의 반도체 칩을 포함하고, 상기 온도 센서는 상기 반도체 칩 중 발열량이 가장 많은 영역의 중심과 대응되는 위치에 구비되는 것을 특징으로 한다.In addition, the power semiconductor switch includes at least one semiconductor chip, and the temperature sensor is provided at a position corresponding to the center of an area having the greatest amount of heat generation among the semiconductor chips.

또한, 상기 PCB 기판은 상기 전력반도체 스위치 당 복수의 온도 센서를 포함하는 것을 특징으로 한다.Additionally, the PCB substrate is characterized by including a plurality of temperature sensors per power semiconductor switch.

또한, 상기 온도 센서는 복수 개의 상기 전력반도체 스위치 중 열 집중도가 소정 기준보다 높을 것으로 예상되는 위치에 구비되는 것을 특징으로 한다.In addition, the temperature sensor is characterized in that it is installed at a location among the plurality of power semiconductor switches where the heat concentration is expected to be higher than a predetermined standard.

또한, 상기 온도 정보에 기초하여, 상기 전력반도체 스위치를 제어하는 제어부를 더 포함하되, 상기 제어부는 상기 온도 센서가 센싱한 상기 표면 온도 및 상기 전력반도체 스위치의 juction과 상기 고정 부재의 열저항 수식에 기초하여, 상기 전력반도체 스위치의 junction 온도를 산출하는 것을 특징으로 한다.In addition, based on the temperature information, the device further includes a control unit that controls the power semiconductor switch, wherein the control unit calculates the junction temperature of the power semiconductor switch based on the surface temperature sensed by the temperature sensor and a thermal resistance formula of the junction of the power semiconductor switch and the fixing member.

또한, 상기 제어부는 상기 온도 센서가 센싱한 상기 표면 온도에 소정의 상수를 곱하여, 상기 전력반도체 스위치의 junction 온도를 산출하는 것을 특징으로 한다.In addition, the control unit is characterized in that it calculates the junction temperature of the power semiconductor switch by multiplying the surface temperature sensed by the temperature sensor by a predetermined constant.

또한, 상기 제어부는 산출된 상기 전력반도체 스위치의 junction 온도에 기초하여 상기 전력반도체 스위치가 소정 온도 범위 이하에서만 동작하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.In addition, the control unit is characterized in that it controls the power semiconductor switch to operate only within a predetermined temperature range or lower based on the calculated junction temperature of the power semiconductor switch.

또한, 상기 전력반도체 스위치와 상기 고정 부재 사이에 방열판을 더 포함하고, 상기 PCB 기판은 상기 방열판의 온도를 측정하는 온도 센서를 더 포함하며, 상기 제어부는, 상기 방열판의 온도와 상기 전력반도체 스위치의 온도에 기초하여 상기 전력반도체 스위치를 제어하는 것을 특징으로 한다.In addition, a heat sink is further included between the power semiconductor switch and the fixing member, the PCB substrate further includes a temperature sensor for measuring the temperature of the heat sink, and the control unit is characterized in that it controls the power semiconductor switch based on the temperature of the heat sink and the temperature of the power semiconductor switch.

상기한 바와 같은 본 발명의 다양한 실시예에 의한 전동압축기에 의하면, 방열 악조건(저속 고부하)에서 전력반도체 스위치의 급격한 온도 상승으로 인한 소자 보증 온도(175℃) 초과 전에 스위칭 동작을 멈춤으로써 전력반도체 스위치 소자가 소손되는 것을 방지하는 효과가 있다.According to the electric compressor according to various embodiments of the present invention as described above, there is an effect of preventing damage to the power semiconductor switch element by stopping the switching operation before the element guarantee temperature (175°C) is exceeded due to a rapid temperature rise of the power semiconductor switch under poor heat dissipation conditions (low speed, high load).

또한, 전력반도체 스위치의 정확한 온도 측정으로 인버터 동작 가능 영역을 확장하여, 제품의 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있는 것이다. In addition, it has the effect of improving product performance by expanding the inverter operating range through accurate temperature measurement of power semiconductor switches.

도 1은 종래 인버터의 측면 개략도이고,
도 2는 종래 인버터에 포함된 PCB 기판의 하면을 나타낸 도면이며,
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 인버터부의 측면 개략도이고,
도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 인버터부에 포함된 PCB 기판의 하면을 나타낸 도면이다.
Figure 1 is a side schematic diagram of a conventional inverter.
Figure 2 is a drawing showing the lower surface of a PCB board included in a conventional inverter.
Figure 3 is a side schematic diagram of an inverter unit according to one embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a drawing showing the lower surface of a PCB substrate included in an inverter unit according to one embodiment of the present invention.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 설명하기 위하여 이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하고 이를 참조하여 살펴본다.In order to explain the present invention, the operational advantages of the present invention, and the purpose achieved by practicing the present invention, preferred embodiments of the present invention will be exemplified and examined with reference thereto.

먼저, 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니며, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 또한 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.First, the terminology used in this application is only used to describe specific embodiments, and is not intended to limit the present invention, and the singular expression may include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. Also, in this application, it should be understood that the terms "comprise" or "have" and the like are intended to specify the presence of a feature, number, step, operation, component, part or combination thereof described in the specification, but do not exclude in advance the possibility of the presence or addition of one or more other features, numbers, steps, operations, components, parts or combinations thereof.

본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known configuration or function may obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted.

본 발명을 설명하기에 앞서, 도 1 내지 도 2를 참조하여 종래 인버터에 대해 보다 자세히 설명하겠다.Before explaining the present invention, a conventional inverter will be described in more detail with reference to FIGS. 1 and 2.

도 1은 종래 인버터의 측면 개략도이고,Figure 1 is a side schematic diagram of a conventional inverter.

도 2는 종래 인버터에 포함된 PCB 기판의 하면을 나타낸 도면이다.Figure 2 is a drawing showing the lower surface of a PCB board included in a conventional inverter.

도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 종래 인버터는, 전력반도체 스위치(10), 인버터 케이스(20), PCB 기판(30), 냉매(40) 및 온도 센서(50)를 포함할 수 있다.As shown in FIGS. 1 and 2, a conventional inverter may include a power semiconductor switch (10), an inverter case (20), a PCB substrate (30), a refrigerant (40), and a temperature sensor (50).

전력반도체 스위치(10)에는 리드선(11)이 형성되며, 볼트(B)를 통해 상기 인버터 케이스(20)에 결합될 수 있다. 또한, 전력반도체 스위치(10)와 인버터 케이스(20) 사이에는 방열판(21)이 배치된다. 냉매(40)는 인버터 케이스(20)의 하부에 위치하여, 전력반도체 스위치(10)에서 발생하는 열을 냉각하는 역할을 한다. A lead wire (11) is formed in the power semiconductor switch (10), and can be connected to the inverter case (20) via a bolt (B). In addition, a heat sink (21) is arranged between the power semiconductor switch (10) and the inverter case (20). A coolant (40) is located at the bottom of the inverter case (20) and serves to cool the heat generated from the power semiconductor switch (10).

따라서, 열 전달 경로를 살펴보면, 전력반도체 스위치(10)에서 발생되는 열이 방열판(21), 인버터 케이스(20)을 거쳐 냉매(40)로 이동하게 되어 전력반도체 스위치(10)를 방열하는 효과가 있다.Therefore, when looking at the heat transfer path, the heat generated from the power semiconductor switch (10) moves through the heat sink (21) and inverter case (20) to the coolant (40), thereby having the effect of dissipating heat from the power semiconductor switch (10).

또한, 온도 센서(50)는 상기 PCB 기판(30)의 하면에 구비되며, 전력반도체 스위치(10)와 전력반도체 스위치(10) 사이의 위치에 구비될 수 있다.In addition, a temperature sensor (50) is provided on the lower surface of the PCB substrate (30) and can be provided at a position between the power semiconductor switches (10).

따라서, 이에 따른 열 전달 경로를 살펴보면, 전력반도체 스위치(10)에서 발생되는 열이 리드선(11)을 따라 PCB 기판(30)에 전달되어 온도 센서(50)를 통해 전력반도체 스위치(10)의 과열을 감지할 수 있다.Accordingly, when examining the heat transfer path according to this, heat generated from the power semiconductor switch (10) is transferred to the PCB substrate (30) along the lead wire (11), and overheating of the power semiconductor switch (10) can be detected through the temperature sensor (50).

하지만, 상기 온도 센서(50)는 서미스터(thermistor) 타입의 온도 센서로 주변 온도가 변함에 따라 내부 저항 값의 변화로 온도를 추정하기 때문에 전력반도체 스위치(10)의 junction 온도가 급격히 상승할 경우, 온도 추종성이 낮아 전력반도체 스위치(10)가 보증 온도를 초과할 경우가 발생하여 전력반도체 스위치(10)가 소손되는 문제가 있다.However, since the temperature sensor (50) is a thermistor type temperature sensor that estimates the temperature by the change in the internal resistance value as the surrounding temperature changes, there is a problem that when the junction temperature of the power semiconductor switch (10) rises rapidly, the temperature followability is low, and the power semiconductor switch (10) may exceed the guaranteed temperature, resulting in damage to the power semiconductor switch (10).

이러한 문제를 해결하기 위한 본 발명에 의한 전동 압축기(미도시)는 압축부, 모터부, 인버터부(1000)를 포함할 수 있다.An electric compressor (not shown) according to the present invention to solve these problems may include a compression unit, a motor unit, and an inverter unit (1000).

압축부는 냉매를 흡입하여, 압축할 수 있다.The compression unit can suck in refrigerant and compress it.

모터부는 상기 압축부의 일측에 구비될 수 있으며, 외부로부터 인가받은 전원에 기초하여 상기 압축부를 구동할 수 있다.The motor unit may be provided on one side of the compression unit and may drive the compression unit based on power supplied from an external source.

인버터부(1000)는 상기 모터부의 일측에 구비될 수 있으며, 상기 모터부를 제어할 수 있다,The inverter unit (1000) can be provided on one side of the motor unit and can control the motor unit.

이하 도 3 내지 도 4를 참고하여, 본 발명에 의한 전동 압축기에 포함된 인버터부(1000)에 관하여 상세히 설명한다.Referring to FIGS. 3 and 4 below, the inverter unit (1000) included in the electric compressor according to the present invention will be described in detail.

도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 인버터부(1000)의 측면 개략도이고,Figure 3 is a side schematic diagram of an inverter unit (1000) according to one embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 인버터부(1000)에 포함된 PCB 기판(300)의 하면을 나타낸 도면이다. FIG. 4 is a drawing showing the lower surface of a PCB substrate (300) included in an inverter unit (1000) according to one embodiment of the present invention.

도 3 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 의한 인버터부(1000)는 전력반도체 스위치(100), 고정 부재(200) 및 PCB 기판(300)를 포함한다.As shown in FIGS. 3 and 4, an inverter unit (1000) according to one embodiment of the present invention includes a power semiconductor switch (100), a fixing member (200), and a PCB substrate (300).

전력반도체 스위치(100)는 적어도 하나이며, 복수 개일 수 있다. There is at least one power semiconductor switch (100), and there may be multiple power semiconductor switches.

PCB 기판(300)은 인쇄 회로 PCB 기판(Printed Circuit Board, PCB)로, 각종 전자소자들이 실장되고 내부에 전기 배선이 형성되는 소자이다. 이는, 상기 전력반도체 스위치(100)의 일면 방향에 구비될 수 있다. The PCB substrate (300) is a printed circuit board (PCB) on which various electronic components are mounted and electrical wiring is formed inside. This can be provided on one side of the power semiconductor switch (100).

고정 부재(200)는 상기 전력반도체 스위치(100)의 타면과 직접 또는 간접적으로 연결될 수 있으며, 구체적으로는 물리적으로 연결될 수 있다. 이에 따라 상기 전력반도체 스위치(100)를 고정할 수 있다. 구체적으로, 고정 부재(200)는 인버터 케이스, 히트 싱크 등 상기 전력반도체 스위치(100)를 고정할 수 있는 부재라면 제한하지 않는다. 보다 구체적으로, 전력반도체 스위치(100)에는 리드선(110)이 형성되며, 볼트(B)를 통해 상기 고정 부재(200)에 결합될 수 있다. 또한, 냉매(400)는 고정 부재(200)의 하부에 위치하여, 전력반도체 스위치(100)에서 발생하는 열을 냉각하는 역할을 한다. The fixing member (200) can be directly or indirectly connected to the other surface of the power semiconductor switch (100), and specifically, can be physically connected. Accordingly, the power semiconductor switch (100) can be fixed. Specifically, the fixing member (200) is not limited to a member that can fix the power semiconductor switch (100), such as an inverter case or a heat sink. More specifically, a lead wire (110) is formed in the power semiconductor switch (100), and can be connected to the fixing member (200) through a bolt (B). In addition, the coolant (400) is located at the lower portion of the fixing member (200) and serves to cool the heat generated from the power semiconductor switch (100).

더불어, 본 발명에 의한 전동 압축기는 제어부(미도시)를 더 포함할 수 있다.In addition, the electric compressor according to the present invention may further include a control unit (not shown).

제어부는 상기 전력반도체 스위치(100)를 제어한다. 구체적으로, 상기 제어부는 상기 PCB 기판(300)에 구비되거나, 별도의 기판에 구비될 수 있다. 또한, 인버터부(1000)의 외부에 구비될 수도 있다. The control unit controls the power semiconductor switch (100). Specifically, the control unit may be provided on the PCB substrate (300) or on a separate substrate. Additionally, it may be provided on the outside of the inverter unit (1000).

이때, 상기 PCB 기판(300)은 상기 전력반도체 스위치(100)의 온도 정보를 제공하는 적어도 하나의 비접촉형 온도 센서(500)를 포함할 수 있다. 여기서 포함이란 PCB 기판(300)에 상기 온도 센서(500)가 실장된 것을 의미한다. 상기 PCB 기판(300)에 상기 온도 센서(500)의 적어도 일부가 인서트 고정일 수 있고, 표면 실장일 수 있다. 바람직하게는 온도 센서(500)는 PCB 기판(300)의 표면에 실장되되, 상기 전력반도체 스위치(100)를 바라보는 면에 실장되는 것이 바람직하다. At this time, the PCB substrate (300) may include at least one non-contact temperature sensor (500) that provides temperature information of the power semiconductor switch (100). Here, inclusion means that the temperature sensor (500) is mounted on the PCB substrate (300). At least a part of the temperature sensor (500) may be insert-fixed to the PCB substrate (300) or may be surface-mounted. Preferably, the temperature sensor (500) is mounted on the surface of the PCB substrate (300), and it is preferable that it be mounted on a surface facing the power semiconductor switch (100).

바람직하게, 상기 온도 센서(500)는 적외선 온도 센서일 수 있으며, 이때, 상기 적외선 온도 센서의 응답 속도는 20mS 이상일 수 있다. 한편, 상기 온도 정보는 상기 전력반도체 스위치(100)의 표면 온도를 포함할 수 있다. Preferably, the temperature sensor (500) may be an infrared temperature sensor, and at this time, the response speed of the infrared temperature sensor may be 20 mS or more. Meanwhile, the temperature information may include the surface temperature of the power semiconductor switch (100).

전력반도체 스위치의 온도가 급격하게 변화하는 경우, 써미스터와 같은 접촉형 온도 센서는 자체적으로 열시정수(최초 온도와 최종 온도 차이가 63.2% 만큼 처음 온도로부터 변화할 때까지의 소요시간)를 갖고 있어, 시간 지연된 온도 측정값을 제공하여 급격한 온도 변화를 측정하는데 제한을 받는다. 따라서, 제어부는 상기 전력반도체 스위치가 과열되지 않도록 상기 시간 지연을 고려하여 더 큰 마진을 갖을 수밖에 없으므로, 상대적으로 더 낮은 온도까지만 상기 전력반도체 스위치가 동작하도록 제어 범위에 제한을 받게 된다. When the temperature of the power semiconductor switch changes abruptly, a contact-type temperature sensor such as a thermistor has its own thermal time constant (the time required for the difference between the initial temperature and the final temperature to change by 63.2% from the initial temperature), and thus provides a time-delayed temperature measurement value, which limits its ability to measure abrupt temperature changes. Accordingly, the control unit must have a larger margin in consideration of the time delay so that the power semiconductor switch is not overheated, and thus the control range is limited so that the power semiconductor switch operates only up to a relatively lower temperature.

반면에, 적외선 온도 센서는 상기 접촉형 온도 센서에 비해서 훨씬 작은 시간 지연을 갖을 수 있는 점에서, 적외선 온도 센서 등의 비접촉형 온도 센서를 채용함으로써, 전력반도체 스위치의 온도가 급격히 변화하는 경우에도 신속하게 변화하는 온도를 감지할 수 있고, 이에 따라 상기 제어부는 상기 온도 센서(500)의 출력인 온도 정보에 기초하여 상기 전력반도체 스위치(100)의 동작을 신속하게 제어하여 상기 전력반도체 스위치(100)를 더 잘 보호할 수 있고, 더 넓은 제어 영역을 확보할 수 있다.On the other hand, since an infrared temperature sensor can have a much smaller time delay than the contact-type temperature sensor, by employing a non-contact temperature sensor such as an infrared temperature sensor, even when the temperature of the power semiconductor switch changes rapidly, the changing temperature can be detected quickly, and accordingly, the control unit can quickly control the operation of the power semiconductor switch (100) based on the temperature information which is the output of the temperature sensor (500), thereby better protecting the power semiconductor switch (100) and securing a wider control area.

한편, 상기 온도 센서(500)는 상기 PCB 기판(300)의 일면과 타면 중 타면에 구비될 수 있으며, 상기 타면은 상기 전력반도체 스위치(100)와 마주보는 면을 의미할 수 있다. 이때, 상기 온도 센서(500)는 상기 PCB 기판(300)의 표면에 실장될 수 있다. 종래의 경우, 전력반도체 스위치의 온도를 센싱하기 위해 온도 센서가 상기 전력반도체 스위치 내에 구비되어 있다. 이 경우, 전력반도체 스위치와 PCB 기판 사이에 별도의 케이블이 구비되어야 하며, 상기 전력반도체 스위치(고전압)와 케이블(저전압) 간 전압차이로 인해 절연이 깨져 PCB 기판이 손상될 수 있으며, 온도가 높기 때문에, 상기 케이블의 피복이 손상될 수 있는 문제점이 있다. 하지만, 본 발명과 같이, 상기 온도 센서(500)를 상기 PCB 기판(300)의 표면에 실장하여, 일체형으로 함으로써, 별도의 케이블 연결이 불필요하며 상기 전력반도체 스위치(100)의 온도를 측정할 수 있는 효과가 있다.Meanwhile, the temperature sensor (500) may be provided on one side and the other side of the PCB substrate (300), and the other side may mean a side facing the power semiconductor switch (100). At this time, the temperature sensor (500) may be mounted on the surface of the PCB substrate (300). In the conventional case, a temperature sensor is provided in the power semiconductor switch to sense the temperature of the power semiconductor switch. In this case, a separate cable must be provided between the power semiconductor switch and the PCB substrate, and there is a problem that the insulation may be broken due to a voltage difference between the power semiconductor switch (high voltage) and the cable (low voltage), thereby damaging the PCB substrate, and that the covering of the cable may be damaged because the temperature is high. However, as in the present invention, by mounting the temperature sensor (500) on the surface of the PCB substrate (300) and forming an integrated structure, a separate cable connection is unnecessary and there is an effect of being able to measure the temperature of the power semiconductor switch (100).

구체적으로, 상기 온도 센서(500)는 상기 전력반도체 스위치(100)의 표면 온도를 센싱할 수 있다. Specifically, the temperature sensor (500) can sense the surface temperature of the power semiconductor switch (100).

종래의 서미스터 온도센서(50)의 경우, 온도가 집중되는 전극 위치에 배치될 수 있었다. 하지만 본 발명의 적외선 온도 센서(500)는 그에 구애받지 않고 배치되는 위치가 결정될 수 있다. In the case of a conventional thermistor temperature sensor (50), it could be placed at an electrode location where temperature is concentrated. However, the infrared temperature sensor (500) of the present invention can be placed at a location that is determined without being restricted by this.

보다 자세히, 상기 온도 센서(500)는 상기 전력반도체 스위치(100)의 표면 중 온도가 가장 높은 위치와 대응되는 위치에 구비될 수 있다. In more detail, the temperature sensor (500) may be provided at a location corresponding to the location with the highest temperature on the surface of the power semiconductor switch (100).

또한, 상기 전력반도체 스위치(100)는 적어도 하나의 반도체 칩을 포함할 수 있으며, 이에 따라 상기 온도 센서(500)는 상기 반도체 칩의 중심과 대응되는 위치에 구비될 수 있다. 바람직하게는, 상기 반도체 칩 중 가장 발열량이 많은 영역의 중심에 대응되는 위치에 구비될 수 있다.In addition, the power semiconductor switch (100) may include at least one semiconductor chip, and accordingly, the temperature sensor (500) may be provided at a position corresponding to the center of the semiconductor chip. Preferably, it may be provided at a position corresponding to the center of an area having the highest amount of heat generation among the semiconductor chips.

또한, 상기 PCB 기판(300)은 복수 개의 상기 전력반도체 스위치(100) 각각에 대한 복수 개의 상기 온도 센서(500)를 포함할 수도 있다. Additionally, the PCB substrate (300) may include a plurality of temperature sensors (500) for each of the plurality of power semiconductor switches (100).

뿐만 아니라, 상기 온도 센서(500)는 복수 개의 전력반도체 스위치(100) 중 열 집중도가 소정 기준보다 높을 것으로 예상되는 전력반도체 스위치(100)의 상부에 구비될 수 있다. In addition, the temperature sensor (500) may be provided on the upper portion of a power semiconductor switch (100) among a plurality of power semiconductor switches (100) whose heat concentration is expected to be higher than a predetermined standard.

한편, 본 발명에 의한 인버터부(1000)는 상기 전력반도체 스위치(100)와 상기 고정 부재(200) 사이에 방열판(210)을 더 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 PCB 기판(300)은 상기 방열판(210)의 온도를 측정하는 온도 센서를 더 포함할 수 있다. 따라서, 상기 제어부는 상기 방열판(210)의 온도와 상기 전력반도체 스위치(100)의 온도에 기초하여 상기 전력반도체 스위치(100)를 제어할 수 있는 것이다. Meanwhile, the inverter unit (1000) according to the present invention may further include a heat sink (210) between the power semiconductor switch (100) and the fixing member (200). Accordingly, the PCB substrate (300) may further include a temperature sensor that measures the temperature of the heat sink (210). Accordingly, the control unit may control the power semiconductor switch (100) based on the temperature of the heat sink (210) and the temperature of the power semiconductor switch (100).

본 발명에 의한 인버터부(1000)의 열 전달 경로를 살펴보면, 전력반도체 스위치(100)에서 발생되는 열이 방열판(210), 고정 부재(200)을 거쳐 냉매(400)로 이동하게 되어 전력반도체 스위치(100)를 방열하는 효과가 있다.Looking at the heat transfer path of the inverter unit (1000) according to the present invention, the heat generated from the power semiconductor switch (100) moves to the coolant (400) through the heat sink (210) and the fixing member (200), thereby having the effect of dissipating heat from the power semiconductor switch (100).

또한, 전력반도체 스위치(100) 과열 감지를 위한 열 전달 경로를 살펴보면, 전력반도체 스위치(100)에서 발생되는 열이 전력반도체 스위치(100)의 표면을 통해 온도 센서(500)로 전달되어 온도 센서(500)가 전력반도체 스위치(100)의 과열을 감지할 수 있다. In addition, when examining the heat transfer path for detecting overheating of the power semiconductor switch (100), heat generated in the power semiconductor switch (100) is transferred to the temperature sensor (500) through the surface of the power semiconductor switch (100), so that the temperature sensor (500) can detect overheating of the power semiconductor switch (100).

따라서, 온도 센서(500)를 통해 전력반도체 스위치(100)의 표면 온도를 측정할 수 있다. 이는, 종래 서미스터 타입의 온도 센서에 비해 온도 추종성을 높일 수 있어, 급격한 온도 변화를 감지할 수 있다. Therefore, the surface temperature of the power semiconductor switch (100) can be measured through the temperature sensor (500). This can improve temperature followability compared to a conventional thermistor type temperature sensor, and thus can detect rapid temperature changes.

이때, 제어부는 상기 온도 센서(500)의 출력에 기초하여 온도를 보다 정확하게 측정할 수 있다.At this time, the control unit can measure the temperature more accurately based on the output of the temperature sensor (500).

구체적으로, 상기 온도 센서(500)에서 측정된 표면 온도에 기초하여, 상기 전력반도체 스위치(100)의 junction과 상기 고정 부재(200)의 열저항 수식을 통해 상기 전력반도체 스위치(100)의 junction 온도를 산출할 수 있는 것이다. 보다 구체적으로, 상기 온도 센서(500)에서 측정된 표면 온도에 소정의 상수를 곱하여 상기 전력반도체 스위치(100)의 junction 온도를 산출할 수 있다.Specifically, based on the surface temperature measured by the temperature sensor (500), the junction temperature of the power semiconductor switch (100) can be calculated through a thermal resistance formula of the junction of the power semiconductor switch (100) and the fixing member (200). More specifically, the junction temperature of the power semiconductor switch (100) can be calculated by multiplying the surface temperature measured by the temperature sensor (500) by a predetermined constant.

나아가, 상기 전력반도체 스위치(100)의 junction과 표면과의 열시정수 및 측정된 표면 온도의 변화율을 고려하여 상기 전력반도체 스위치(100)의 junction 온도를 추정함으로써 시간 지연되는 것을 보상할 수 있다.Furthermore, the time delay can be compensated for by estimating the junction temperature of the power semiconductor switch (100) by considering the thermal time constant between the junction and the surface of the power semiconductor switch (100) and the rate of change of the measured surface temperature.

따라서, 전력반도체 스위치(100)의 정확한 온도 측정으로 인버터 동작 가능 영역을 확장할 수 있어, 본 발명의 인버터부(1000)를 포함한 제품의 성능을 높일 수 있는 효과가 있다. Therefore, the inverter operating range can be expanded by accurately measuring the temperature of the power semiconductor switch (100), thereby improving the performance of the product including the inverter unit (1000) of the present invention.

또한, 제어부는 산출된 전력반도체 스위치(100)의 junction 온도에 기초하여, 전력반도체 스위치(100)가 소정 온도 범위 이하에서만 동작하도록 제어할 수 있다. In addition, the control unit can control the power semiconductor switch (100) to operate only within a predetermined temperature range based on the generated junction temperature of the power semiconductor switch (100).

구체적으로, 제어부는 상기 온도 센서(500)로부터 산출된 junction 온도 값의 변화 추이에 기초하여 상한 온도인 175도에 도달하기 이전에 미리 전력반도체 스위치(100)의 고열을 감지할 수 있다. Specifically, the control unit can detect high temperature of the power semiconductor switch (100) in advance before reaching the upper limit temperature of 175 degrees based on the change trend of the junction temperature value calculated from the temperature sensor (500).

바람직하게는, 저속 고부하 상태인 방열 악조건에서 급격한 온도 상승으로 인한 소자 보증 온도(175도) 초과를 방지하기 위해 제어부는 스위칭 동작을 멈춰 전력반도체 스위치(100)가 소손되지 않게 할 수 있다. Preferably, in order to prevent the device from exceeding the guaranteed temperature (175 degrees) due to a rapid temperature rise in a low-speed, high-load state and poor heat dissipation condition, the control unit can stop the switching operation to prevent the power semiconductor switch (100) from being damaged.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니한다. 즉, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능하며, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정은 균등물들로 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the specific embodiments described above. That is, those skilled in the art to which the present invention pertains may make numerous changes and modifications to the present invention without departing from the spirit and scope of the appended claims, and all such appropriate changes and modifications should be considered as equivalents and fall within the scope of the present invention.

1000 : 인버터부
10, 100 : 전력반도체 스위치
11, 110 : 리드선
20, 200 : 고정 부재(인버터 케이스)
21, 210 : 방열판
30, 300 : PCB 기판
40, 400 : 냉매
50, 500 : 온도 센서
1000 : Inverter part
10, 100 : Power Semiconductor Switch
11, 110 : Lead line
20, 200 : Fixed member (inverter case)
21, 210 : Heat sink
30, 300 : PCB board
40, 400 : Refrigerant
50, 500 : Temperature sensor

Claims (13)

냉매를 압축하는 압축부;
상기 압축부를 구동하는 모터부; 및
상기 모터부를 제어하는 인버터부;를 포함하고,
상기 인버터부는,
적어도 하나의 전력반도체 스위치;
상기 전력반도체 스위치의 일면과 직접 또는 간접적으로 물리적으로 연결되어 상기 전력반도체 스위치를 고정하는 고정부재; 및
상기 전력반도체 스위치의 일면 방향에 구비된 PCB 기판;을 포함하되,
상기 PCB 기판은,
상기 전력반도체 스위치에 접촉하지 않고, 상기 전력반도체 스위치의 온도 정보를 제공하는 적어도 하나의 비접촉형 온도 센서;를 포함하는 것
을 특징으로 하는 전동 압축기.
A compression unit that compresses the refrigerant;
A motor unit for driving the above compression unit; and
Including an inverter section that controls the above motor section;
The above inverter part,
At least one power semiconductor switch;
A fixing member that is directly or indirectly physically connected to one side of the power semiconductor switch and fixes the power semiconductor switch; and
A PCB substrate provided on one side of the power semiconductor switch; including:
The above PCB board,
At least one non-contact temperature sensor that provides temperature information of the power semiconductor switch without contacting the power semiconductor switch;
An electric compressor characterized by:
제1항에 있어서,
상기 온도 센서의 응답 속도는 20mS 이상인 것
을 특징으로 하는 전동 압축기.
In the first paragraph,
The response speed of the above temperature sensor is 20mS or more.
An electric compressor featuring:
제1항에 있어서,
상기 온도 정보는 상기 전력반도체 스위치의 표면 온도를 포함하는 것
을 특징으로 하는 전동 압축기.
In the first paragraph,
The above temperature information includes the surface temperature of the power semiconductor switch.
An electric compressor featuring:
제1항에 있어서,
상기 온도 센서는 적외선 온도 센서인 것
을 특징으로 하는 전동 압축기.
In the first paragraph,
The above temperature sensor is an infrared temperature sensor.
An electric compressor featuring:
제1항에 있어서,
상기 온도 센서는,
상기 PCB 기판의 표면에 실장되되, 상기 전력반도체 스위치를 바라보는 면에 실장되는 것
을 특징으로 하는 전동 압축기.
In the first paragraph,
The above temperature sensor,
Mounted on the surface of the above PCB substrate, but mounted on the surface facing the power semiconductor switch
An electric compressor featuring:
제1항에 있어서,
상기 온도 센서는,
상기 전력반도체 스위치의 표면 중 온도가 가장 높은 위치와 대응되는 위치에 구비되는 것
을 특징으로 하는 전동 압축기.
In the first paragraph,
The above temperature sensor,
Provided at a location corresponding to the location with the highest temperature on the surface of the above power semiconductor switch
An electric compressor characterized by:
제1항에 있어서,
상기 전력반도체 스위치는 적어도 하나의 반도체 칩을 포함하고,
상기 온도 센서는,
상기 반도체 칩 중 발열량이 가장 많은 영역의 중심과 대응되는 위치에 구비되는 것
을 특징으로 하는 전동 압축기.
In the first paragraph,
The above power semiconductor switch comprises at least one semiconductor chip,
The above temperature sensor,
It is provided at a location corresponding to the center of the area with the highest heat generation among the above semiconductor chips.
An electric compressor characterized by:
제1항에 있어서,
상기 PCB 기판은,
상기 전력반도체 스위치 당 복수의 온도 센서를 포함하는 것
을 특징으로 하는 전동 압축기.
In the first paragraph,
The above PCB board,
Comprising a plurality of temperature sensors per said power semiconductor switch
An electric compressor characterized by:
제1항에 있어서,
상기 온도 센서는,
복수 개의 상기 전력반도체 스위치 중 열 집중도가 소정 기준보다 높을 것으로 예상되는 위치에 구비되는 것
을 특징으로 하는 전동 압축기.
In the first paragraph,
The above temperature sensor,
A plurality of power semiconductor switches are installed at a location where the heat concentration is expected to be higher than a predetermined standard.
An electric compressor featuring:
제3항에 있어서,
상기 온도 정보에 기초하여, 상기 전력반도체 스위치를 제어하는 제어부;를 더 포함하되,
상기 제어부는,
상기 온도 센서가 센싱한 상기 표면 온도 및 상기 전력반도체 스위치의 juction과 상기 고정 부재의 열저항 수식에 기초하여, 상기 전력반도체 스위치의 junction 온도를 산출하는 것
을 특징으로 하는 전동 압축기.
In the third paragraph,
Further comprising a control unit for controlling the power semiconductor switch based on the above temperature information;
The above control unit,
Calculating the junction temperature of the power semiconductor switch based on the surface temperature sensed by the temperature sensor and the thermal resistance formula of the junction of the power semiconductor switch and the fixed member.
An electric compressor characterized by:
제10항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 온도 센서가 센싱한 상기 표면 온도에 소정의 상수를 곱하여, 상기 전력반도체 스위치의 junction 온도를 산출하는 것
을 특징으로 하는 전동 압축기.
In Article 10,
The above control unit,
Calculating the junction temperature of the power semiconductor switch by multiplying the surface temperature sensed by the temperature sensor by a predetermined constant.
An electric compressor characterized by:
제10항에 있어서,
상기 제어부는,
산출된 상기 전력반도체 스위치의 junction 온도에 기초하여 상기 전력반도체 스위치가 소정 온도 범위 이하에서만 동작하도록 제어하는 것
을 특징으로 하는 전동 압축기.
In Article 10,
The above control unit,
Controlling the power semiconductor switch to operate only below a predetermined temperature range based on the junction temperature of the power semiconductor switch produced
An electric compressor characterized by:
제10항에 있어서,
상기 전력반도체 스위치와 상기 고정 부재 사이에 방열판;을 더 포함하고,
상기 PCB 기판은,
상기 방열판의 온도를 측정하는 온도 센서;를 더 포함하며,
상기 제어부는, 상기 방열판의 온도와 상기 전력반도체 스위치의 온도에 기초하여 상기 전력반도체 스위치를 제어하는 것
을 특징으로 하는 전동 압축기.

In Article 10,
Further comprising a heat sink between the power semiconductor switch and the fixing member;
The above PCB board,
Further comprising a temperature sensor for measuring the temperature of the heat sink;
The above control unit controls the power semiconductor switch based on the temperature of the heat sink and the temperature of the power semiconductor switch.
An electric compressor characterized by:

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