JP2006134904A - 電力変換装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】簡単な構造で且つ小型化を図ることができる新規な電力変換装置及びこの電力変換装置における冷却構造を提供する。
【解決手段】電源回路素子モジュールをケース1に実装してあるインバータ、コンバータなどの電力変換装置において、ケース1の回路素子モジュール実装面の裏面11に凹部を形成して、不凍液、水その他冷却液が流れる冷却流路3aをケース1と一体的に設けてあり、ケース1とは別にカバー9を設け、カバー9と、ケース1の回路素子モジュール実装面の裏面11と衝合して、カバー9とケース1の回路素子モジュール実装面の裏面とをシーリング6,7してある電力変換装置。
【選択図】図1

Description

本発明は、電源回路素子モジュールをケースに実装してあるインバータ、コンバータなどの電力変換装置に関するものであり、特に電力変換装置における冷却構造に関するものである。
従来、電源回路素子モジュール2をケース1に実装してあるインバータ、コンバータなどの電力変換装置における冷却構造は、ほとんどのものが空冷式であった。空冷式の場合、ケース1のモジュール実装面の裏面にフィンを設け、ファンにより強制的にケース1を冷却していた。先ず、このような構成より、ファンを取りつけるための場所が必要となり、それだけ、電力変換装置が大型になるという問題が生じた。
冷却構造の小型化を図るべく液冷式のものが開発された。但し、液冷式の場合は、ケース1内への液漏れ防止の対策が必要になる。そのため、例えば、冷水パイプを張り巡らせた冷却用シートを設け、このシートを電気機器に接触させて機器が発する熱を吸収して機器を冷却するものがあった(特許文献1参照)。 また、モジュール実装面の裏側に、別途冷却装置を取りつけ、モジュール実装面の裏面と冷却装置との間をシーリングする構成も発明された(特許文献2参照)。しかし、この場合、モジュールと別に冷却用シートを設けてあるため、小型化を図ることが非常に困難である。
特開2004−11962公報 特開2001−308246公報
しかし、前者については、モジュールと別に冷却用シートを設けてあるため、小型化を図ることが非常に困難である。また、後者については、前者に比べて小型化されたが、モジュール実装面の裏側に、別途冷却装置を取りつけ、モジュール実装面の裏面と冷却装置との間をシーリングする構成であるため、この場合も電力変換装置の小型化を図る場合には、限界がある。
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、簡単な構造で且つ小型化を図ることができる新規な電力変換装置を提供する。
上記課題を解決するために、本発明に係る電力変換装置は、電源回路素子モジュールをケースに実装してあるインバータ、コンバータなどの電力変換装置において、前記ケースの回路素子モジュール実装面の裏面に凹部を形成して、不凍液、水その他冷却液が流れる冷却流路を前記ケースと一体的に設けてあり、前記ケースとは別にカバーを設け、このカバーと、前記ケースの回路素子モジュール実装面の裏面と衝合して、このカバーと前記ケースの回路素子モジュール実装面の裏面とをシーリングしてあることを特徴とする。
電源回路素子モジュールをケースに実装してあるインバータ、コンバータなどの電力変換装置において、前記ケースの回路素子モジュール実装面の裏面に凹部を形成して、不凍液、水その他冷却液が流れる冷却流路を前記ケースと一体的に設けてあり、前記ケースとは別に、第二のケースを設け、二つのケースの回路素子モジュール実装面の裏面どうしを衝合して、二つのケースの回路素子モジュール実装面の裏面どうしをシーリングしてあることを特徴とする。
前記ケースの回路素子モジュール実装面の裏面に設けた冷却流路に前記冷却液の流れ調整機構を設けてあることを特徴とする。
前記ケースのモジュール実装面の裏面及び前記カバー若しくは前記第二のケースのそれぞれ衝合面周縁に溝を形成し、この溝にOリングを介入させて、前記ケースのモジュール実装面の裏面と、前記カバー若しくは前記第二のケースとが水密になるように、シーリングしてあることを特徴とする。
前記ケースに前記カバー若しくは前記第二のケースを固定手段により固定することにより、これらを一体化してあることを特徴とする。
また、前記ケースと前記カバー若しくは前記第二のケースとをネジ止めして、これらを一体化してあることを特徴とする。
本発明によれば、ケースの回路素子モジュール実装面の裏面に凹部を形成し、冷却液が流れる冷却流路をケースと一体的に設けたことにより、電力変換装置そのものの小型化と熱抵抗の低減による冷却性の向上を図ることができる効果がある。また、この構成により、ケースの成型が容易になり、ケースの成型・加工のコストを低減することができる効果がある。
また、ケースのモジュール実装面の裏面を覆うカバー若しくは第二のケースを設け、このカバー若しくは第二のケースのモジュール実装面の裏面とケースのモジュール実装面の裏面とをシーリングしたことにより、ケース内外への液漏れ防止の対策を図ることができる効果がある。
また、冷却流路に冷却液の流れ調整機構を設けたことにより、複雑な形状を形成することなく、容易に冷却液を一定方向に流すことができ、冷却液の流れを調整したことによる冷却性能の向上を図ることができる効果がある。
発明を実施するための最良の形態に係る図を図1乃至図3に示す。なお、図1に分解斜視図を、図2に組立斜視図を、図3には図2図示組立図のA−A断面図をそれぞれ示す。
図1図示の電力変換装置は、ケース1を備えてある。このケース1内に電源回路素子モジュール2を実装してインバータ、コンバータなどの電力変換装置を構成する。このケース1の回路素子モジュール2の実装面の裏面に底板11をケース1と一体的に設けてある。この底板11の表面積は、ケース1の回路素子モジュール実装面の面積より一回り大きく、底板11にはいくらかの厚みを設けてある。この底板11の厚みについては、冷却流路3aの体積率によって決まる。なお、冷却流路3aの体積率は、回路素子モジュール2の部品総熱損失より計算できる。
冷却流路3aの体積率=冷却流路3aの体積/(底板11の体積+冷却流路3aの体積)
底板11の側部に不凍液、水その他冷却液が流れる冷却流路3aの出入口31,32をそれぞれ形成し、さらに、底板11の表面に凹部を形成し、冷却液が流れる冷却流路3aを設けてあり、この冷却流路3aをケース1と一体的に構成してある。
なお、本実施形態においては、冷却流路3aをジャケット状に形成してある。また、本実施形態においては、冷却流路3aの出入口31,32を一方の側面に二ヶ所設けてあるが、冷却流路3aの出入口31,32をそれぞれ異なった側面に設けてもよい。さらに、底板11についてはダイカスト成形してあることが最適であるが、普通鋳造であっても、その他の成形手段であってもよい。
本実施形態に係る電力変換装置にはカバー9を設けてある。このカバー9は底板11と衝合し、冷却流路3aに流れる冷却液の液漏れを防止するように、構成してある。本実施形態においては、カバー9の表面積並びに表面の形状を底板11の表面積並びに表面の形状とほぼ同じに構成してある。
本実施形態に係る電力変換装置は、カバー9とケース1とをシーリング加工をしてある。具体的には、底板11及びカバー9のそれぞれ衝合面周縁にOリング用の溝5を形成し、この溝5にOリング6を介入させるようにしてある。また、本実施形態においては、溝5を冷却流路3aの外周に形成し、また、図3に示すように冷却流路3aの出入口31,32と溝5とが交わらないように形成してある。一方、カバー9は底板11と衝合した際に、溝5の位置が一致するように溝を形成してあり、底板11とカバー9とをOリング6を介在させて、衝合した際に、底板11とカバー9とが水密になるようにしてある。
本実施形態に係る電力変換装置は、底板11及びカバー9の四隅にネジ穴8を形成してあり、ネジ7を底板11及びカバー9に螺合して、ネジ7で止めするようにしてある。
以上のように構成してある電力変換装置は、以下のように組み立てる。先ず、底板11に形成した溝5にOリング6を嵌合する。続いて、底板11とカバー9とを衝合することにより、カバー9に形成した溝5にOリング6が嵌合する。これにより、カバー9と底板11とが水密な状態になる。さらに、カバー9の四隅からネジ7を通して、底板11及びカバー9とをネジ7で螺合することにより、ケース1とカバー9とが一体化し、カバー9はケース1に固定される。
なお、本実施形態においては、ネジ7をカバー9の四隅から通して、カバー9をケース1に固定してあるが、カバー9が比較的薄い場合は、冷却液の圧力によりカバー9が撓むおそれがあるため、ネジ止めの本数を増してもよい。また、ネジ止めはカバー9をケース1に固定するための手段であるため、必ずしも四隅に限定する必要はない。さらに、本実施形態では、ネジ止めにより、カバー9をケース1に固定しているが、その他の固定手段、例えば、カバー9をケース1に接着したり、溶接することも可能である。これらについては下記実施例においても同様である。
以上より、カバー9がケース1に固定されることにより、冷却液は外へ漏れることを防止するとともにケース1内への液漏れも防止することができる。また、底板11の表面に凹部を形成し、冷却流路3aをケース1と一体的に設けたことにより、電力変換装置そのものの小型化と冷却性の向上を図ることができる。また、この構成により、ケース1の成型が容易になり、ケース1の成型・加工のコストを低減することができる。
図4には本発明に係る電力変換装置の第一変形例の分解斜視図を示してある。なお、組立斜視図及び断面図については、図2及び図3とほぼ同様であるため、省略する。
図4図示の電力変換装置は、図1図示電力変換装置と同様に、ケース1を備え、このケース1の回路素子モジュール2の実装面の裏面に底板11をケース1と一体的に設けてある。この底板11の表面積は、ケース1の回路素子モジュール実装面の面積より一回り大きく、底板11にはいくらかの厚みを設けてある。
本実施例においては、底板11の表面に蛇行する溝を形成し、底板11の表面に冷却液が底板11中を流れるように冷却流路3bを設けてあり、この冷却流路3bをケース1と一体的に構成してある。このような構成にすることにより、冷却液を一定方向に流すことができる。なお、本実施例においても、冷却流路3bの出入口を側面に二ヶ所設けてある。また、本実施例においても、底板11についてはダイカスト成形してあることが最適である。その他の構成については図1図示実施形態とほぼ同様であるため、説明を省略する。
以上のように構成してある電力変換装置は、図1図示電力変換装置と同様に組み立てることにより、図1図示電力変換装置と同様、カバー9がケース1に固定されることにより、冷却液は外へ漏れることを防止するとともにケース1内への液漏れも防止することができる。また、底板11の表面に凹部を形成し、冷却流路3bをケース1と一体的に設けたことにより、電力変換装置そのものの小型化と冷却性の向上を図ることができる。また、この構成により、ケース1の成型が容易になり、ケース1の成型・加工のコストを低減することができる。
図5には本発明に係る電力変換装置の第二変形例の分解斜視図を示してある。なお、組立斜視図及び断面図については、前記実施例とほぼ同様であるため、省略する。
図5図示の電力変換装置は、前記電力変換装置と同様に、ケース1を備え、このケース1の回路素子モジュール2の実装面の裏面に底板11をケース1と一体的に設けてある。この底板11の表面積は、ケース1の回路素子モジュール実装面の面積より一回り大きく、底板11にはいくらかの厚みを設けてあり、この底板11の表面に凹部を形成し、冷却液が流れる冷却流路3cを設けてあり、この冷却流路3cをケース1と一体的に構成してある。
本実施例においては、底板11のほぼ中央部分に、三日月形の流れ調整機構4を設けてある。この流れ調整機構4は、冷却液が一定方向に流れるようにするものである。そのため、実施例では三日月形に形成してあるが、冷却液が一定方向に流れるように構成してあれば、形状は問わない。このように流れ調整機構4を設けることにより、図4図示実施例にような複雑な形状を形成することなく、容易に冷却液を一定方向に流すことができる。
前記実施例と同様に、冷却流路3bの出入口を側面に二ヶ所設けてある。なお、本実施例においても、底板11についてはダイカスト成形してあることが最適である。その他の構成については図1図示実施形態とほぼ同様であるため、説明を省略する。
以上のように構成してある電力変換装置は、前記電力変換装置と同様に組み立てることにより、前記電力変換装置と同様、カバー9がケース1に固定されることにより、冷却液は外へ漏れることを防止するとともにケース1内への液漏れも防止することができる。また、底板11の表面に凹部を形成し、冷却流路3cをケース1と一体的に設けたことにより、電力変換装置そのものの小型化と冷却性の向上を図ることができる。また、この構成により、ケース1の成型が容易になり、ケース1の成型・加工のコストを低減することができる。
本発明に係る電力変換装置の第三変形例に係る図を図6乃至図8に示す。なお、図6に分解斜視図を、図7に組立斜視図を、図8には図7図示組立図のA−A断面図をそれぞれ示す。
図6図示の電力変換装置は、概ね図1図示の電力変換装置と同様の構成をしているが、本実施例においては、カバー9ではなく、ケース1aとは別に第二のケース1bを設けてある。この第二のケース1b内にも電源回路素子モジュール2を実装してインバータ、コンバータなどの電力変換装置を構成する。このケース1bの回路素子モジュール2の実装面の裏面に底板11bをケース1bと一体的に設けてある。この底板11bの表面積は、第二のケース1bの回路素子モジュール実装面の面積より一回り大きく、ケース1aに設けた底板11aの表面積とほぼ等しく、形状もほぼ同様であり、ケース1aの底板11aと衝合することにより、冷却流路3aに流れる冷却液の液漏れを防止するように構成してある。但し、底板11bには冷却流路3aを設けていないため、ケース1aの底板11aと比べて薄く構成してある。
本実施例に係る電力変換装置においても、二つのケース1a,1bとをシーリング加工をしてある。本実施例においては、前記カバー9の構成とケース1bの底板11bとはほぼ同様の構成をしているため、底板11aに形成したOリング用の溝5についても、ネジ穴8の構成についても、図1図示の電力変換装置とほぼ同様である。
以上のように構成してある電力変換装置は、前記電力変換装置と同様に組み立てることにより、前記電力変換装置と同様、第二のケース1bがケース1aに固定されることにより、冷却液は外へ漏れることを防止するとともに二つのケース1a,1b内への液漏れも防止することができる。また、ケース1aの底板11aの表面に凹部を形成し、冷却流路3aをケース1と一体的に設けたことにより、電力変換装置そのものの小型化と冷却性の向上を図ることができる。また、この構成により、ケース1a,1bの成型が容易になり、ケース1a,1bの成型・加工のコストを低減することができる。
図9には本発明に係る電力変換装置の第四変形例の分解斜視図を示してあり、図10には本発明に係る電力変換装置の第五変形例の分解斜視図を示してある。なお、組立斜視図及び断面図については、図7及び図8とほぼ同様であるため、省略する。
また、図9図示の電力変換装置のケース1aの構成は、図4図示の電力変換装置のケース1の構成とほぼ等しく、第二のケース1bの構成は、図6乃至図8図示の電力変換装置の第二のケース1bの構成とほぼ等しい。また、図10図示の電力変換装置のケース1aの構成は、図5図示の電力変換装置のケース1の構成とほぼ等しく、第二のケース1bの構成は、図6乃至図9図示の電力変換装置の第二のケース1bの構成とほぼ等しい。従って、作用及び効果は前記実施例とほぼ同様である。
なお、全ての実施例において、ケース1を直方体に形成してあるが、ケース1が複雑な構成であっても本発明を実施することが可能である。この場合、ケース1の回路素子モジュール実装面と同様の形状を有するカバー9、若しくはケース1aの回路素子モジュール実装面と同様の実装面形状を第二のケース1bを構成すればよい。また、全ての実施例において、Oリングでシーリングをしているが、例えばパッキングでシーリングすることも可能であり、シーリングの手段についても本発明においては限定しない。
本発明によれば、ケースの回路素子モジュール実装面の裏面に凹部を形成し、冷却液が流れる冷却流路をケースと一体的に設けたことにより、電力変換装置そのものの小型化と冷却性の向上を図ることができる。また、この構成により、ケースの成型が容易になり、ケースの成型・加工のコストを低減することができる。以上のように、産業上利用可能性大なるものである。
また、ケースのモジュール実装面の裏面を覆うカバー若しくは第二のケースを設け、このカバー若しくは第二のケースのモジュール実装面の裏面とケースのモジュール実装面の裏面とをシーリングしたことにより、ケース内外への液漏れ防止の対策を図ることができる。以上のように、産業上利用可能性大なるものである。
また、冷却流路に冷却液の流れ調整機構を設けたことにより、複雑な形状を形成することなく、容易に冷却液を一定方向に流すことができ、冷却液の流れを調整したことによる冷却性能の向上を図ることができる。以上のように、産業上利用可能性大なるものである。
本発明に係る電力変換装置における発明を実施するための最良の形態の分解斜視図である。 図1図示実施形態における組立斜視図である。 図2図示組立図におけるA−A断面図である。 本発明に係る電力変換装置における第一変形例の分解斜視図である。 本発明に係る電力変換装置における第二変形例の分解斜視図である。 本発明に係る電力変換装置における第三変形例の分解斜視図である。 図6図示実施形態における組立斜視図である。 図7図示組立図におけるA−A断面図である。 本発明に係る電力変換装置における第四変形例の分解斜視図である。 本発明に係る電力変換装置における第五変形例の分解斜視図である。
符号の説明
1,1a,1b ケース
2 回路素子モジュール
3a,3b,3c 冷却流路
31,32 冷却流路3の出入口
4 流れ調整機構
5 Oリング用の溝
6 Oリング
7 ネジ
8 ネジ穴
9 カバー
11,11a,11b ケース1の底板

Claims (6)

  1. 電源回路素子モジュールをケースに実装してあるインバータ、コンバータなどの電力変換装置において、前記ケースの回路素子モジュール実装面の裏面に凹部を形成して、不凍液、水その他冷却液が流れる冷却流路を前記ケースと一体的に設けてあり、前記ケースとは別にカバーを設け、このカバーと、前記ケースの回路素子モジュール実装面の裏面と衝合して、このカバーと前記ケースの回路素子モジュール実装面の裏面とをシーリングしてあることを特徴とする電力変換装置。
  2. 電源回路素子モジュールをケースに実装してあるインバータ、コンバータなどの電力変換装置において、前記ケースの回路素子モジュール実装面の裏面に凹部を形成して、不凍液、水その他冷却液が流れる冷却流路を前記ケースと一体的に設けてあり、前記ケースとは別に、第二のケースを設け、二つのケースの回路素子モジュール実装面の裏面どうしを衝合して、二つのケースの回路素子モジュール実装面の裏面どうしをシーリングしてあることを特徴とする電力変換装置。
  3. 前記ケースの回路素子モジュール実装面の裏面に設けた冷却流路に前記冷却液の流れ調整機構を設けてあることを特徴とする請求項1又は2記載の電力変換装置。
  4. 前記ケースのモジュール実装面の裏面及び前記カバー若しくは前記第二のケースのそれぞれ衝合面周縁に溝を形成し、この溝にOリングを介入させて、前記ケースのモジュール実装面の裏面と、前記カバー若しくは前記第二のケースとが水密になるように、シーリングしてあることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか記載の電力変換装置。
  5. 前記ケースに前記カバー若しくは前記第二のケースを固定手段により固定することにより、これらを一体化してあることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか記載の電力変換装置。
  6. 前記ケースと前記カバー若しくは前記第二のケースとをネジ止めして、これらを一体化してあることを特徴とする請求項5記載の電力変換装置。
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