JP2014236604A - Power conversion device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電力変換装置に関する。 The present invention relates to a power conversion device.
電気自動車やハイブリッド自動車などにおいては、スイッチング素子を内蔵した半導体モジュールと、半導体モジュールを冷却する冷却器とを有する半導体ユニットを備えた電力変換装置が用いられている。このような電力変換装置としては、例えば、特許文献1に示されたものがある。
In an electric vehicle, a hybrid vehicle, and the like, a power conversion device including a semiconductor unit having a semiconductor module incorporating a switching element and a cooler that cools the semiconductor module is used. As such a power converter, there exists a thing shown by
特許文献1の電力変換装置は、複数の半導体モジュールと冷却器とを積層した半導体ユニットと、半導体ユニットと外部負荷とを接続するための端子台と、半導体ユニット及び端子台を収容するケースとを有している。
端子台上には、半導体モジュールにおける主電極端子と接続されたバスバーと、外部負荷と接続された外部配線とが配置されており、両者が接続固定されている。
The power conversion device of
On the terminal block, a bus bar connected to the main electrode terminal in the semiconductor module and an external wiring connected to an external load are arranged, and both are connected and fixed.
しかしながら、特許文献1の電力変換装置には以下の問題点がある。
特許文献1の電力変換装置において、端子台とケースとは、ボルトなどの固定用部材によって固定されるのが一般的である。そのため、端子台には、固定用部材を配するための固定部が必要となる。そのため、バスバーと外部配線とを接続するのに必要な大きさに、固定部の大きさが加わり、端子台の大きさが大きくなる。そのため、端子台を収容するケースの大きさが大型化し、電力変換装置自体の大きさが大型化することとなる。
However, the power converter of
In the power conversion device of
本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、小型化が可能な電力変換装置を提供しようとするものである。 The present invention has been made in view of such a background, and an object of the present invention is to provide a power converter that can be miniaturized.
本発明の一態様は、 半導体モジュールと、該半導体モジュールを冷却する冷却器とを有する半導体ユニットと、
該半導体ユニットを収容する、導電性材料からなるケースと、
上記半導体モジュールの主電極端子と接続された電極バスバーとを有しており、
上記ケースは、上記半導体ユニットの周囲に配されたケース壁部を有しており、
該ケース壁部には、外部機器と接続された外部バスバーを挿通可能に、貫通形成された貫通孔が形成されており、
上記ケース壁部の上記貫通孔と隣り合う位置には、上記電極バスバーと上記外部バスバーとを載置し接続するための端子台が一体に接合されており、該端子台が、上記電極バスバー及び該外部バスバーと上記ケースとの間を電気的に絶縁する絶縁部材によって構成されていることを特徴とする電力変換装置にある。
One aspect of the present invention is a semiconductor unit having a semiconductor module and a cooler for cooling the semiconductor module;
A case made of a conductive material for housing the semiconductor unit;
It has an electrode bus bar connected to the main electrode terminal of the semiconductor module,
The case has a case wall portion arranged around the semiconductor unit,
In the case wall portion, a through hole formed so as to be able to pass through an external bus bar connected to an external device is formed,
A terminal block for mounting and connecting the electrode bus bar and the external bus bar is integrally joined at a position adjacent to the through hole of the case wall, and the terminal block is connected to the electrode bus bar and the electrode bus bar. The power converter is constituted by an insulating member that electrically insulates between the external bus bar and the case.
上記電力変換装置において、上記ケース壁部の上記貫通孔と隣り合う位置には、上記端子台が一体に接合されている。つまり、上記ケースと上記端子台とは、ボルトなどの固定用部材を用いることなく、両者を互いに接触させて一体に接合している。そのため、端子台に従来必要であった固定用部材が配される部位を省略することができる。これにより、上記端子台の大きさを小型化することができる。 In the power converter, the terminal block is integrally joined to a position adjacent to the through hole of the case wall. That is, the case and the terminal block are joined together by bringing them into contact with each other without using a fixing member such as a bolt. Therefore, the site | part by which the fixing member conventionally required for the terminal block is distribute | arranged can be abbreviate | omitted. Thereby, the size of the terminal block can be reduced.
また、上記ケース壁部と上記端子台とを、固定用部材を介することなく、直接接合することにより、両者の間の隙間を省略することができる。また、上記ケース壁部と上記端子台とを直接接合することにより、両者間における位置決めをより正確に行うことができる。そのため、上記端子台の組み付けばらつきに伴う、上記電極バスバー及び上記外部バスバーの位置ずれを抑制することができる。これにより、上記ケース内における上記端子台を配置するために必要なスペースを小さくし、上記ケースの小型化をすることができる。
このように、上記ケースを小型化することで、上記電力変換装置を小型化することができる。
Moreover, the clearance gap between both can be abbreviate | omitted by joining the said case wall part and the said terminal block directly, without passing through a fixing member. Further, by directly joining the case wall portion and the terminal block, positioning between the two can be performed more accurately. Therefore, it is possible to suppress the displacement of the electrode bus bar and the external bus bar due to variations in the assembly of the terminal block. Thereby, the space required for arranging the terminal block in the case can be reduced, and the case can be reduced in size.
Thus, the said power converter device can be reduced in size by reducing the said case in size.
以上のごとく、上記電力変換装置によれば、その大きさを小型化することができる。 As described above, according to the power converter, the size can be reduced.
上記電力変換装置において、上記ケースの内側における上記貫通孔と隣接した位置には、上記端子台を支承する支承面を備えた搭載部が形成されていることが好ましい。この場合には、上記端子台の形状を簡略化しつつ、上記搭載部によって、上記端子台を確実かつ安定して支承することができる。 In the power conversion device, it is preferable that a mounting portion having a support surface for supporting the terminal block is formed at a position adjacent to the through hole inside the case. In this case, the terminal block can be supported reliably and stably by the mounting portion while simplifying the shape of the terminal block.
また、上記支承面における上記貫通孔の貫通方向と交差した方向に配された両端部には、上記端子台側に立設するように一対の側方内壁部がそれぞれ形成されており、上記端子台は、上記一対の側方内壁部の表面に配され、上記電極バスバー及び上記外部バスバーと、上記側方内壁部との間を電気的に絶縁する側方絶縁部を有していてもよい。この場合には、上記電極バスバー及び上記外部バスバーと上記側方内壁部との接触を上記側方絶縁部によって防止することができる。これにより、上記電極バスバー及び上記外部バスバーと上記側方内壁部との間における電気的絶縁を確保することができる。 In addition, a pair of side inner wall portions are formed on both ends of the support surface in a direction intersecting with the through direction of the through hole so as to stand on the terminal block side, and the terminal The base may have a side insulating portion that is disposed on the surface of the pair of side inner wall portions and electrically insulates the electrode bus bar and the external bus bar from the side inner wall portion. . In this case, contact of the electrode bus bar and the external bus bar with the side inner wall portion can be prevented by the side insulating portion. Thereby, the electrical insulation between the said electrode bus bar and the said external bus bar, and the said side inner wall part is securable.
(実施例1)
上記電力変換装置にかかる実施例について、図1〜図4を参照して説明する。
図1に示すごとく、電力変換装置1は、半導体モジュール41と、半導体モジュール41を冷却する冷却器6とを有する半導体ユニット4と、半導体ユニット4を収容する導電性材料からなるケース2と、半導体モジュール41の主電極端子412と接続された電極バスバー42とを有している。ケース2は、半導体ユニット4の周囲に配されたケース壁部21を有しており、ケース壁部21には、外部機器と接続された外部バスバー7を挿通可能に、貫通形成された貫通孔212が形成されている。ケース壁部21の貫通孔212と隣り合う位置には、電極バスバー42と外部バスバー7とを載置し接続するための端子台3が一体に接合されている。端子台3が、電極バスバー42及び外部バスバー7とケース2との間を電気的に絶縁する絶縁部材によって構成されている。
Example 1
The Example concerning the said power converter device is described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 1, the
以下、さらに詳細に説明する。
本例においては、図1及び図3に示すごとく、半導体モジュール41と冷却器66の冷却チューブ61とが積層された方向を積層方向X、冷却チューブ61の長手方向を横方向Y、また、積層方向X及び横方向Yの両方に対して直交する方向を高さ方向Zとして、以下説明する。
また、積層方向Xにおいて、冷媒導入管621及び冷媒排出管622がケース2から突出した先端部側を前方とし、反対側を後方とする。また、高さ方向Zにおいて、後述する蓋体24が配される側を上方とし、反対側を下方とする。
This will be described in more detail below.
In this example, as shown in FIGS. 1 and 3, the direction in which the
In the stacking direction X, the front end side of the
本例の電力変換装置1は、電気自動車において、直流電源から供給される電力を三相交流へと変換し出力するものである。
図1に示すごとく、本例において、電力変換装置1を構成する半導体ユニット4は、複数の半導体モジュール41と、半導体モジュール41を冷却する冷却器6とを有している。
The
As shown in FIG. 1, in this example, the
図1に示すごとく、冷却器6は、半導体モジュール41の両面に配された冷却チューブ61と、冷却チューブ61へ冷却媒体を循環させるための冷媒導入管621及び冷媒排出管622とを有している。冷却チューブ61は、アルミニウム等の金属によって構成されており、内部に冷媒を流通する冷媒流路611を有している。複数の冷却チューブ61は、半導体モジュール41を両面から挟持するように配されており、隣り合う冷却チューブ61は、横方向Yの両端部付近において連結管(図示略)によって、互いに連結されている。そして、冷却チューブ61と半導体モジュール41とが交互に積層されることによって、積層部が形成されている。
As shown in FIG. 1, the cooler 6 includes a
図1に示すごとく、冷媒導入管621及び冷媒排出管622は、前端部に配された冷却チューブ61の前面から、前方に向かって突出するよう設けてある。冷媒導入管621から導入された冷却媒体は、適宜冷却チューブ61を繋ぐ連結管を通り、各冷却チューブ61に分配されると共にその長手方向(横方向Y)に流通する。そして、各冷却チューブ61を流れる間に、冷却媒体は半導体モジュール41との間で熱交換を行う。熱交換により温度上昇した冷却媒体は、下流側の連結管を通り、冷媒排出管622に導かれ排出される。冷却媒体としては、例えば、水やアンモニア等の自然冷媒、エチレングリコール系の不凍液を混入した水、フロリナート等のフッ化炭素系冷媒、HCFC123、HFC134a等のフロン系冷媒、メタノール、アルコール等のアルコール系冷媒、アセトン等のケトン系冷媒等の冷媒を用いることができる。
As shown in FIG. 1, the
図1に示すごとく、半導体モジュール41は、スイッチング素子を有する本体部411と、本体部411から上方に向かって延びる複数の制御端子413と、本体部411から下方に向かって延びる複数の主電極端子412とを有している。
As shown in FIG. 1, the
図1に示すごとく、半導体ユニット4を構成する半導体モジュール41としては、例えばIGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)、MOSFET(MOS型電界効果トランジスタ)等のスイッチング素子を内蔵してなる。本例の半導体モジュール41における本体部411は、平板状をなしており、2つのスイッチング素子を樹脂モールドして形成されている。
本体部411から上方に延びるよう形成された制御端子413は、制御回路基板81と接続されており、スイッチング素子を制御する制御電流が入力される。
As shown in FIG. 1, the
A control terminal 413 formed so as to extend upward from the
図1及び図3に示すごとく、本体部411から下方に延びるよう形成された主電極端子412は、正極端子、負極端子及び出力端子の3つからなる。各主電極端子412には、電極バスバー42が接続されており、正極端子及び負極端子に接続された一対の電極バスバー42の一端は、直流電源と接続するため端子台3上に配される。また、出力端子におけるU相、V相、W相にそれぞれ接続された出力バスバー(図示略)の一端は、三相交流回転電気と接続するため、図示しない出力端子台上に配される。尚、本例においては、電極バスバー42と出力バスバーとをそれぞれ別の端子台に配しているが、1つの端子台上において、各バスバーと外部バスバー7とを接続してもよい。
As shown in FIGS. 1 and 3, the
図1に示すごとく、半導体ユニット4の下方には、半導体ユニット4と共に電力変換回路を構成する電子部品82が配してある。電子部品82としては、例えば、リアクトルやコンデンサ等がある。
As shown in FIG. 1, an
図1に示すごとく、半導体ユニット4を収容するケース2は、略矩形からなる平板状のケース底部25と、ケース底部25の外周縁全周から上方に向かって立設したケース壁部21と、ケース壁部21の上部に配されるケース蓋体24とを有している。
As shown in FIG. 1, the
図1に示すごとく、本例において、ケース底部25は絶縁性樹脂によって形成されており、ケース壁部21の下端内周に接合されている。
また、ケース蓋体24は、略平板状をなしており、ケース壁部21上端における開口部を覆っている。
As shown in FIG. 1, in the present example, the case bottom 25 is formed of an insulating resin and is joined to the inner periphery of the lower end of the case wall 21.
The
図1に示すごとく、ケース壁部21は、軸方向が上下方向となる四角筒状をなしており、一つのケース壁部21aには、冷却器6の冷媒導入管621及び冷媒排出管622がそれぞれ配される略U字状からなる一対の配管用貫通孔213が形成してある。
また、図1及び図2に示すごとく、配管用貫通孔213が形成されたケース壁部21aと対向して形成されたケース壁部21bは、端子台3が接合される搭載部22と、搭載部22上に配されたシールド部材23とを有している。
As shown in FIG. 1, the case wall portion 21 has a rectangular cylindrical shape whose axial direction is the vertical direction, and the
As shown in FIGS. 1 and 2, the
図2及び図3に示すごとく、搭載部22は、ケース壁部21bの上端部近傍に形成された略矩形形状の凹部211の内側から、ケース2の外側の位置に形成してある。搭載部22は、端子台3を支承する支承面221を有している。
支承面221は、ケース壁部21bの上端部から下方に向かって窪むように形成された凹部211における下端から、ケース2の外側に向かって水平に形成されている。本例においては、搭載部22を、ケース2の外側へ部分的に突出させている。そのため、ケース2内におけるスペースを有効に活用しつつ、電力変換装置1の大型化を最小限に抑えることができる。
As shown in FIGS. 2 and 3, the mounting
The
図2〜図4に示すごとく、端子台3には、シールド部材23が配されている。シールド部材23は、アルミニウム合金からなり、端子台3の上方に配される上方シールド部231と、上方シールド部231の前端部から下方に延びる前方シールド部232と、前方シールド部232の下端から後方に向かって延びる下端シールド部233と、前方シールド部232の横方向Y両端から後方に向かって延びる一対の側方内壁部234とを有している。
As shown in FIGS. 2 to 4, a
図2〜図4に示すごとく、上方シールド部231は、一対の側方内壁部234における上端部の一部同士を繋ぐように形成されている。
前方シールド部232には、長手方向が横方向Yとなるように形成された長円形状の貫通孔212が貫通形成されており、外部バスバー7を挿通配置可能に構成されている。尚、貫通孔212の貫通方向は、積層方向Xと平行となる。
As shown in FIGS. 2 to 4, the
The
図2〜図3に示すごとく、一対の側方内壁部234は、平板状をなしており、前方シールド部232の横方向Y両端から、支承面221の横方向Y両端に沿うように形成されている。尚、本例の側方内壁部234は、別部材として形成されたシールド部材23の一部として形成されており、ケース2とシールド部材23とを接合することでケース壁部23bに形成される。
As shown in FIGS. 2 to 3, the pair of side
図2〜図4に示すごとく、搭載部22に配された端子台3は、略直方体をなす端子台本体部31と、端子台本体部31の上面における横方向Y両端から上方に向かって延びる一対の側方絶縁部32とを有している。
As shown in FIGS. 2 to 4, the
図2及び図3に示すごとく、端子台本体部31は、絶縁性樹脂によって形成されており、長手方向が横方向Yとなるように支承面221上に接合されている。また、端子台本体部31における積層方向Xの幅は、外部バスバー7と電極バスバー42とを接続するための接続用金具33の外径寸法より大きく、接続用金具33のナット331を内蔵している。本例において、接続用金具33は、一対のボルト332と一対のナット331とからなり、一対のナット331は横方向Yに並んで端子台3に内蔵されている。各接続用金具33上において、電極バスバー42と外部バスバー7と重ねて配すると共に、電極バスバー42及び外部バスバー7のボルト挿通穴71にボルト332を相通し、ボルト332とナット331とを螺合することにより、電極バスバー42及び外部バスバー7を固定接続している。
As shown in FIGS. 2 and 3, the terminal block
図2〜図4に示すごとく、端子台本体部31の上面における横方向Y両端から上方に向かって延びる一対の側方絶縁部32は、側方内壁部234を覆う内壁被覆部321と、ケース壁部21bの内周面の一部を覆うケース被覆部323とを有している。内壁被覆部321とケース被覆部323とは連続して形成されている。また、ケース被覆部323は、凹部211の周囲を一定範囲覆うように形成されている。本例においては、ケース被覆部323は、凹部211の下方におけるケース壁部21bの内周面にも形成されている。
As shown in FIGS. 2 to 4, the pair of
ケース2、シールド部材23及び端子台3は、接着剤によって、一体に接合された接着複合体100をなしている。本例においては、まずシールド部材23と端子台3とを接着剤によって接合した後、これをケース2の搭載部22に接着剤を用いて接合した。このような接着複合体100を形成する方法として、例えば、特開2009−64648に示された方法などがある。
The
具体的に説明すると、ケース2及びシールド部材23の表面には、微細凹凸面が形成されると共に、微細凹凸面の表面に金属酸化物層又は金属リン酸化物層が形成される。ケース2、シールド部材23、及び端子台3を、一液性熱硬化型樹脂接着剤の硬化物である接着剤層によって接着接合することで接着複合体100が形成される。
More specifically, a fine uneven surface is formed on the surface of the
次に、本例の作用効果について説明する。
電力変換装置1において、ケース壁部21の貫通孔212と隣り合う位置には、端子台3が一体に接合されている。つまり、ケース2と端子台3とは、ボルト332などの固定用部材を用いることなく、両者を互いに接触させて一体に接合している。そのため、端子台3に従来必要であった固定用部材が配される部位を省略することができる。これにより、端子台3の大きさを小型化すことができる。
Next, the function and effect of this example will be described.
In the
また、ケース壁部21と端子台3とを、固定用部材を介することなく、直接接合することにより、両者の間に隙間を省略することができる。また、ケース壁部21と端子台3とを直接接合することにより、両者間における位置決めをより正確に行うことができる。そのため、端子台3の組み付けばらつきに伴う、電極バスバー42及び外部バスバー7の位置ずれを抑制することができる。これにより、ケース2内における端子台3を配置するために必要なスペースを小さくし、ケース2の小型化をすることを防止できる。
このように、ケース2を小型化することで、電力変換装置1を小型化することができる。
Moreover, a clearance gap can be abbreviate | omitted between both by directly joining the case wall part 21 and the
Thus, the
また、ケース2の内側における貫通孔212と隣接した位置には、端子台3を支承する支承面221を備えた搭載部22が形成されている。そのため、端子台3の形状を簡略化しつつ、搭載部22によって、端子台3を確実かつ安定して支承することができる。
A mounting
また、支承面221における貫通孔212の貫通方向(積層方向X)と交差した方向(横方向Y)に配された両端部には、端子台3側に立設するように一対の側方内壁部234がそれぞれ形成されており、端子台3は、一対の側方内壁部234の表面に配され、電極バスバー42及び外部バスバー7と、側方内壁部234との間を電気的に絶縁する側方絶縁部32を有している。そのため、電極バスバー42及び外部バスバー7と側方内壁部234との接触を側方絶縁部32によって防止することができる。これにより、電極バスバー42及び外部バスバー7と側方内壁部234との間における絶縁を確保することができる。
In addition, a pair of side inner walls are provided so as to stand upright on the
また、側方絶縁部32は、側方内壁部234の表面と、ケース壁部21における内周面の少なくとも一部との間に、連続して形成されている。そのため、側方絶縁部32によってより広範囲を覆うことができる。これにより、電極バスバー42及び外部バスバー7と側方内壁部234との通電をより確実に防止することができる。
Further, the
一対の側方内壁部234における端子台3と反対側の端部には、端部同士の少なくとも一部を繋ぐように形成された金属製のシールド部材23を備えている。そのため、端子台3における、貫通方向と直行する方向を、シールド部材23とケース壁部21とによって囲うことができる。これにより、シールド部材23とケース壁部21とが電気シールドの役割を果たし、端子台3の周囲に電気ノイズが伝播することを防止できる。
A pair of side
端子台3の貫通方向における長さ寸法は、電極バスバー42と外部バスバー7とを接続するのに用いられる接続用金具33の外形よりも大きく設定してある。そのため、接続用金具33を端子台3に内蔵することができる。これにより、電力変換装置1の構成部品の点数を提言することができる。
The length dimension in the penetration direction of the
ケース2と端子台3とが、接着剤によって一体に接合された接着複合体100を形成している。そのため、ケース2と端子台3とを容易かつ確実に接合することができる。
The
以上のごとく、本例の電力変換装置1によれば、その大きさを小型化することができる。
As mentioned above, according to the
尚、本例においては、搭載部22を、ケース壁部21bとシールド部材23とによって構成したがこれに限るものではない。例えば、ケース壁部21bによって一体に形成してもよいし、シールド部材23によって構成する範囲を拡大してもよい。
In addition, in this example, although the mounting
(実施例2)
本例は、実施例1における電力変換装置の形状を変更した例である。
図5に示すごとく、本例の電力変換装置1においては、搭載部22を、ケース壁部21bからケースの内側に向かって突出させている。
尚、本例又は本例に関する図面に用いた符号のうち、実施例1において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、実施例1と同様の構成要素等を表す。
(Example 2)
This example is an example in which the shape of the power conversion device in the first embodiment is changed.
As shown in FIG. 5, in the
Of the reference numerals used in this example or the drawings relating to this example, the same reference numerals as those used in the first embodiment represent the same components as in the first embodiment unless otherwise specified.
本例の電力変換装置1においては、搭載部22が、ケース2の外側に突出することが無いため、電力変換装置1の大きさに影響を与えることがない。したがって、電力変換装置1をより小型化することができる。
その他、実施例1と同様の作用効果を得ることができる。
In the
In addition, the same effects as those of the first embodiment can be obtained.
1 電力変換装置
100 接着複合体
2 ケース
21 ケース壁部
212 貫通孔
3 端子台
4 半導体ユニット
41 半導体モジュール
412 主電極端子
42 電極バスバー
6 冷却器
7 外部バスバー
DESCRIPTION OF
Claims (7)
該半導体ユニット(4)を収容する、導電性材料からなるケース(2)と、
上記半導体モジュール(41)の主電極端子(412)と接続された電極バスバー(42)とを有しており、
上記ケース(2)は、上記半導体ユニット(4)の周囲に配されたケース壁部(21、21a、21b)を有しており、
該ケース壁部(21、21a、21b)には、外部機器と接続された外部バスバー(7)を挿通可能に、貫通形成された貫通孔(212)が形成されており、
上記ケース壁部(21、21a、21b)の上記貫通孔(212)と隣り合う位置には、上記電極バスバー(42)と上記外部バスバー(7)とを載置し接続するための端子台(3)が一体に接合されており、該端子台(3)が、上記電極バスバー(42)及び該外部バスバー(7)と上記ケース(2)との間を電気的に絶縁する絶縁部材によって構成されていることを特徴とする電力変換装置(1)。 A semiconductor unit (4) having a semiconductor module (41) and a cooler (6) for cooling the semiconductor module (41);
A case (2) made of a conductive material for housing the semiconductor unit (4);
An electrode bus bar (42) connected to the main electrode terminal (412) of the semiconductor module (41);
The case (2) has case wall portions (21, 21a, 21b) arranged around the semiconductor unit (4).
The case wall (21, 21a, 21b) is formed with a through hole (212) formed so as to be able to pass through an external bus bar (7) connected to an external device.
A terminal block for placing and connecting the electrode bus bar (42) and the external bus bar (7) at a position adjacent to the through hole (212) of the case wall (21, 21a, 21b). 3) are integrally joined, and the terminal block (3) is constituted by an insulating member that electrically insulates the electrode bus bar (42) and the external bus bar (7) from the case (2). The power converter device (1) characterized by the above-mentioned.
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2013
- 2013-06-03 JP JP2013117162A patent/JP2014236604A/en active Pending
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JPWO2020008222A1 (en) * | 2018-07-03 | 2021-08-02 | 日産自動車株式会社 | Power conversion unit |
JP7111161B2 (en) | 2018-07-03 | 2022-08-02 | 日産自動車株式会社 | power conversion unit |
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