JP6149602B2 - 電力変換装置 - Google Patents

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本発明は、電力変換装置に関する。
電気自動車、ハイブリッド自動車等の車両には、インバータ等の構造体を備える電力変換装置が搭載されている。そして、電力変換装置には、発熱量の多い電力変換部を冷媒によって冷却する冷却器が備えられている。当該冷却器は、外部から冷媒を導入する冷媒導入管と、外部に冷媒を排出する冷媒排出管とを含む冷媒管を備えている。そして、当該冷媒管は電力変換装置のケースの内外に亘って配置されており、当該ケースと冷媒管との間には、弾性変形可能なシール部材が設けられている。シール部材は、冷媒管を保持する冷媒管保持部を備えており、冷媒管保持部には冷媒管の外周面に当接する突起部が形成されている。当該突起部が冷媒管の外周面に当接することにより、ケースと冷媒管との間がシールされている。
特開2011−171449号公報
しかしながら、上記構成において、シール部材の冷媒管保持部にケースの外側から水圧や風圧などの外力が加わった場合、当該冷媒管保持部が変形して上記突起部が冷媒管から離隔するおそれがある。突起部が冷媒管から離隔すると、ケースと冷媒管との間のシール性が低下することとなるため、ケースと冷媒管との間のシール性を十分に確保するには、改善の余地があった。
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたもので、ケースと冷媒管との間のシール性を十分に確保することができる電力変換装置を提供しようとするものである。
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、上記半導体モジュールと上記冷却器とを内部に収納するケースと、を備え、
上記冷却器は、該冷却器に冷媒を導入する冷媒導入管と、上記冷却器から冷媒を排出する冷媒排出管とを含む冷媒管を有し、
上記冷媒管は、上記ケースに形成された切り欠き部を介して、上記ケースの内外に跨って配置されており、
上記切り欠き部には、上記冷媒管と上記ケースとの間をシールするシール部材が設けられており、
該シール部材の外周部は上記切り欠き部の壁面に当接するケース当接部を形成しているとともに、該シール部材の内周部は上記冷媒管を保持する冷媒管保持部を形成しており、
該冷媒管保持部は、上記冷媒管の外周面に沿って形成されている環状基部と、該環状基部から上記冷媒管に向かって突出して上記冷媒管の外周面に当接している第1突起部と、該第1突起部よりも上記ケースの内側に位置するとともに上記環状基部から上記ケースの内側に向かうにつれて上記シール部材の外周部に近づくように形成されているテーパ部と、該テーパ部から上記冷媒管に向かって突出している第2突起部とを、備え、
外力によって上記第1突起部の一部が上記冷媒管から離隔するように上記環状基部が変形したときに、上記テーパ部の一部が変形して上記第2突起部の一部が上記冷媒管に押圧されるように構成されていることを特徴とする電力変換装置にある。
上記電力変換装置においては、冷媒管とケースとの間をシールするシール部材における冷媒管保持部が、冷媒管の外周に沿って形成されている環状基部と、該環状基部からケースの内側に向かうにつれてシール部材の外周部に近づくように形成されているテーパ部とを備えている。環状基部には、冷媒管に向かって突出して冷媒管に当接している第1突起部が形成されており、テーパ部には、冷媒管に向かって突出する第2突起部が形成されている。そして、第1突起部が冷媒管の外周面に当接することによって、冷媒管とケースとの間がシールされている。さらに、冷媒保持部にケース外側から水圧や風圧等の外力が加わることによって第1突起部が冷媒管から離隔するように変形した場合には、テーパ部が変形して第2突起部が冷媒管に押圧されることによって、冷媒管とケースとの間のシール性を維持することができる。
以上のごとく、本発明によれば、冷媒管とケースとの間のシール性を十分に確保することができる電力変換装置を提供することができる。
実施例1における、蓋部を取り外した状態の電力変換装置の上面図。 実施例1における、蓋部を取り付けた状態の電力変換装置の側面図。 図2における、環状基部が外力を受ける前の状態のIII−III線位置断面の一部拡大図。 図2における、環状基部が外力を受けている状態のIII−III線位置断面の一部拡大図。 実施例1における、冷媒管が取り付けられた状態のシール部材をケースの内側から見た正面図。 実施例2における、環状基部が外力を受ける前の状態の図2のIII−III線位置相当断面の一部拡大図。 実施例2における、環状基部が外力を受けている状態の図2のIII−III線位置相当断面の一部拡大図。
本発明の電力変換装置は、電気自動車やハイブリッド自動車に使用することができる。
(実施例1)
上記電力変換装置の実施例につき、図1〜図5を用いて説明する。
本例の電力変換装置1は、図1に示すように、半導体モジュール11と、半導体モジュール11を冷却する冷却器20と、半導体モジュール11と冷却器20とを内部に収納するケース4と、を備える。冷却器20は、冷却器20に冷媒を導入する冷媒導入管231と、冷却器20から冷媒を排出する冷媒排出管232とを含む冷媒管23を有する。
冷媒管23は、図1、2に示すように、ケース4に形成された切り欠き部42を介して、ケース4の内外に跨って配置されており、切り欠き部42には、冷媒管23とケース4との間をシールするシール部材30が設けられている。
図3に示すように、シール部材30の外周部31は切り欠き部42の壁面42a、42bに当接するケース当接部32を形成しているとともに、シール部材30の内周部33は冷媒管23を保持する冷媒管保持部34を形成している。
冷媒管保持部34は、環状基部35、第1突起部36、テーパ部37及び第2突起部38を備える。
環状基部35は、冷媒管23の外周面23aに沿って環状に形成されている。
第1突起部36は、環状基部35から冷媒管23に向かって突出して冷媒管23の外周面23aに当接している。
テーパ部37は、第1突起部36よりもケース4の内側(図2において示す冷媒管23の軸方向の内、ケース4の内側に向かう方向Xの側)に位置するとともに環状基部35からケース4の内側に向かうにつれてシール部材30の外周部31に近づくように形成されている。
第2突起部38は、テーパ部37から冷媒管23に向かって突出している。
そして、図4に示すように、電力変換装置1は、外力Pによって第1突起部36の少なくとも一部が冷媒管23から離隔するように変形したときに、テーパ部37が変形して、第2突起部38が冷媒管23に押圧されるように構成されている。
以下、本例の電力変換装置1について詳述する。
図1に示すように、電力変換装置1において半導体モジュール11は複数備えられている。また、冷却器20には複数の冷却管21が備えられている。複数の半導体モジュール11と複数の冷却管21が互いに交互に積層されて、積層体10を形成している。積層体10において、各冷却管21は連結管22によって接続されている。積層体10における一端側の冷却管21には、冷媒管23が接続されている。なお、冷媒管23として、冷媒導入管231及び冷媒排出管232が備えられている。
冷媒は、冷媒導入管231を介して一端側の冷却管21に供給されて当該冷却管21内を流通するとともに、連結管22を介して他の冷却管21内を流通し、冷媒排出管232を介して排出される。冷媒が各冷却管21内を流通することにより、各半導体モジュール11との間で熱交換がなされて、各半導体モジュール11が冷却されることとなる。
図2に示すように、ケース4は、ケース本体部40及び蓋部41を備える。ケース本体部40の側壁には、二つの切り欠き部42が形成されている。切り欠き部42は、蓋部41側が開口しており、蓋部41がケース本体部40に取り付けられることにより、切り欠き部42における蓋部41側の上記開口が覆われている。これにより、切り欠き部42と蓋部41によって、ケース4の側壁に貫通孔が形成されている。なお、「切り欠き部42の壁面」とは、切り欠き部42によってケース4の側壁に形成された貫通孔の壁面をいうものとし、図2、3に示すように、蓋部41の内、切り欠き部42に対向する壁面42bを含むものとする。
図3に示すように、切り欠き部42の壁面42a、42bと冷媒管23との間には、シール部材30が介在している。シール部30は、弾性変形可能な材質によって形成されている。シール部材30の外周部31には、切り欠き部42の壁面42a、42bに向かって突出して壁面42a、42bに当接するケース当接部32が形成されている。ケース当接部32は、図2に示す壁面42a、42bに沿って、図5に示すように、環状に形成されている。
シール部材30の内周部33は、図3に示すように、冷媒管保持部34を形成している。冷媒管保持部34において、環状基部35は冷媒管23の外周面23aに沿って環状に形成されており、冷媒管23は当該環状基部35に挿通されている。そして、環状基部35に形成された第1突起部36が、環状基部35に挿通された冷媒管23に向かって突出して冷媒管23の外周面23aに当接している。本例では、第1突起部36は、冷媒管23の周方向において、外周面23aに沿って環状に形成されている。さらに、第1突起部36は二個備えられており、二重のシール構造が形成されている。第1突起部36における軸方向Xに平行な断面の形状は、図3に示す三角形状の他、円弧状などとすることができる。第1突起部36の突出方向P1は、冷媒管23の軸方向Xに垂直な方向Yに平行な方向となっている。そして、第1突起部36の高さ(環状基部35から第1突起部36の先端までの距離、すなわち突出量)h1は、例えば、0.25〜1.5mmとすることができ、本例では0.5mmである。
図3に示すように、環状基部35におけるX方向と反対側の端部には、ダストリップ部35aが突出形成されている。ダストリップ部35aの突出方向P0は、冷媒管23の軸方向Xに垂直な方向Yに対して、軸方向Xと反対側に傾斜している。ダストリップ部35aは、環状基部35におけるX方向と反対側の端部に沿って環状に形成されており、ダストリップ部35aの先端部は冷媒管23の外周面23aの周方向全域において当接している。
冷媒管保持部34には、図3に示すように、テーパ部37が形成されている。テーパ部37は、第1突起部36よりもケース4の内側(すなわち軸方向X側)に位置するとともに環状基部35からケース4の内側に向かうにつれてシール部材30の外周部31に近づくように形成されている。これにより、テーパ部37は、冷媒管23の軸方向Xにおける断面において、軸方向Xに対して傾斜したテーパ状を成している。なお、「テーパ状」とは、直線状に限らず、湾曲線状や、直線と曲線を組みあわせた形状を含むものとする。
本例では、テーパ部37は、ケース4の内側に向かうにつれて拡径する環状を有している。そして、図3に示すように、テーパ部37における軸方向Xと反対側の端部は環状基部35に接続され、テーパ部37における軸方向X側の端部はシール部材30の外周部31に接続されている。これにより、環状基部35は、テーパ部37を介して外周部31の内側に固定されている。
図3に示すように、第2突起部38はテーパ部37に形成されている。第2突起部38は、冷媒管23に向かって突出している。第2突起部38における軸方向Xに平行な断面の形状は、図3に示す三角形状の他、円弧状などとすることができる。第2突起部38の突出方向P2は、冷媒管23の軸方向Xに垂直な方向Yよりも、ケース4の内側方向に向かっている。第2突起部38の突出方向P2は、テーパ部37の形状、シール部材30の材質、シール部材30の成形性、必要とされるシール強度などを考慮して決定することができる。第2突起部38の突出方向P2と方向Yとのなす角のうち鋭角側の角θは、例えば、20°〜60°とすることができ、本例では角θは35°である。
そして、第2突起部38の高さ(テーパ部37から第2突起部38の先端までの距離、すなわち突出量)h2は、例えば、0.75〜4.0mmとすることができ、本例では1.0mmである。なお、第2突起部38の先端は、通常の状態(環状基部35において外力による変形が生じていない状態)において、冷媒管23の外周面23aから離隔している。通常の状態における冷媒管23の外周面23aと第2突起部38の先端との距離は、後述の環状基部35において外力によって変形している状態において、第2突起部38が冷媒管23の外周面23aに当接するように設定されており、例えば、第2突起部38の高さ、テーパ部37の形状、シール部材30の材質、シール部材30の成形性、必要とされるシール強度などを考慮して決定することができる。なお、第2突起部38はテーパ部37と同様に環状に形成されている。
次に、本例の電力変換装置1における作用効果について、詳述する。
上記電力変換装置1において、第1突起部36が冷媒管23の外周面23aに当接しているために、冷媒管23とケース4との間がシールされている。さらに、図4に示すように、水圧や風圧等の外力Pにより、冷媒管23の外周面23aに当接していた第1突起部36が当該外周面23aから離隔するように環状基部35が変形したときには、これに伴って環状基部35に接続されているテーパ部37が変形する。そして、テーパ部37の変形に伴って、テーパ部37に形成された第2突起部38が冷媒管23の外周面23aに押圧されて、第2突起部38と外周面23aとが当接することとなる。これにより、上記変形が生じても、冷媒管23とケース4との間のシール性を維持することができる。
本例では、第2突起部38の先端は、環状基部35が外力Pによって変形する前の状態において、冷媒管23の外周面23aから離隔している。これにより、冷媒管23をシール部材30に組み付ける際において、冷媒管23が第2突起部38に接触することが抑制されるため、冷媒管23をシール部材30へ組み付ける際の作業性の低下を防止することができる。
本例では、テーパ部37及び第2突起部38は、冷媒管23の外周面23aに沿って環状に形成されている。これにより、環状基部35が外力Pによって、冷媒管23の周方向においていずれの方向に変形しても、冷媒管23とケース4との間のシール性を維持することができる。
なお、テーパ部37及び第2突起部38は、冷媒管23の外周面23aの一部に沿って部分的に形成することもできる。例えば、環状基部35にかかる外力Pの方向、ケース4の形状、冷媒管23に接続される冷媒接続管(図示せず)の形状や配置などを考慮して、テーパ部37及び第2突起部38の形成位置を決定することができる。この場合においても、テーパ部37及び第2突起部38が環状に形成されていることによる作用効果を除いて、上述の作用効果を奏する。
本例では、第2突起部38の突出方向P2は、第1突起部36の突出方向P1よりもケース4の内側(軸方向X)に向かっている。これにより、環状基部35が外力によって変形する前の状態においては、冷媒管23の外周面23aから離隔している第2突起部38を、環状基部35における外力による上記変形により、確実に外周面23aに押圧させて外周面23aに当接させることができる。その結果、上記変形が生じても、冷媒管23とケース4との間のシール性をより確実に維持することができる。
本例では、第2突起部38の高さh2は、第1突部36の高さh1よりも高い。これにより、環状基部35が外力Pによって上述の変形をした場合に、第2突起部38を一層確実に外周面23aに押圧させて外周面23aに当接させることができる。その結果、上記変形が生じても、冷媒管23とケース4との間のシール性を一層確実に維持することができる。
本例では、二個の第1突起部36の両方が冷媒管23の外周面23aから離隔したときに、第2突起部38が当該外周面23aに当接するように構成したが、二個の第1突起部36のうち、一方の第1突起部36が外周面23aから離隔したときに、第2突起部38が当該外周面23aに当接するように構成してもよい。この場合には、一方の第1突起部36が外周面23aから離隔した場合においても、第2突起部38が当該外周面23aに当接することにより、他方の第1突起部36と第2突起部38とによって、二重のシール構造が維持されることとなるため、信頼性の向上を図ることができる。
本例では、切り欠き部42は、ケース本体部40の側壁を蓋部41側が開口するように切り欠いて形成したが、ケース本体部40の側壁に貫通孔を形成して当該貫通孔を切り欠き部としてもよい。また、切り欠き部42の形状は特に限定されず、冷媒管23の形状、シール部材30の形状や材質、必要とされるシール強度などを考慮して適宜決定することができる。
(実施例2)
本例の電力変換装置1は、実施例1における第2突起部38(図3)に替えて、図6に示す内側第2突起部381と外側第2突起部382とからなる第2突起部380を備える。その他の構成要素は実施例1の場合と同様であり、本例においても実施例1の場合と同一の符号を用いてその説明を省略する。
本例の電力変換装置1には、図6に示すように、第2突起部380が複数(内側第2突起部381と外側第2突起部382の二個)備えられている。第2突起部380における内側第2突起部381は、実施例1における第2突起部38(図1)と同一の形状を有する。
外側第2突起部382は、内側第2突起部381と同様に、冷媒管23に向かって突出している。外側第2突起部382における軸方向Xに平行な断面の形状は、図6に示す三角形状の他、円弧状などとすることができる。外側第2突起部382の突出方向P3は、冷媒管23の軸方向Xに垂直な方向Yよりも、ケース4の内側方向に向かっており、第2突起部381の突出方向P2と平行となっている。そして、外側第2突起部382の高さ(テーパ部37から外側第2突起部382の先端までの距離、すなわち突出量)h3は、例えば、1.5〜4.0mmとすることができ、本例では3.0mmである。外側第2突起部382は内側第2突起部381と同様に環状に形成されている。テーパ部37において、シール部材30の内周部33から外周部31に向かう方向に沿って、内側第2突起部381、外側第2突起部382の順に配列している。
図6に示すように、内側第2突起部381及び外側第2突起部382の先端(テーパ部37と反対側の端部)は、通常の状態(環状基部35において外力Pによる変形が生じていない状態)において、冷媒管23の外周面23aから離隔している。そして、内側第2突起部381及び外側第2突起部382のそれぞれの先端と、冷媒管23の外周面23aとの距離dは同一となっている。
本例の電力変換装置1によれば、図7に示すように、冷媒管23の外周面23aに当接していた第1突起部36が当該外周面23aから離隔するように環状基部35が変形したときには、これに伴って環状基部35に接続されているテーパ部37が変形する。そして、テーパ部37の変形に伴って、テーパ部37に形成された第2突起部380(内側第2突起部381、外側第2突起部382)が冷媒管23の外周面23aに押圧されて、第2突起部380(内側第2突起部381、外側第2突起部382)と外周面23aとが当接することとなる。これにより、上記変形が生じても、内側第2突起部381、外側第2突起部382によって、冷媒管23とケース4との間に二重のシール構造が維持されることとなるため、冷媒管23とケース4との間のシール性をより一層維持することができる。
なお、本例の電力変換装置1は、実施例1の場合と同様の作用効果を奏する。
本例では、外側第2突起部382の高さh3が、内側第2突起部381の高さh2よりも大きいこととした。これにより、環状基部35に上記変形が生じた場合に、テーパ部37の変形に伴って、内側第2突起部381に加えて、外側第2突起部382も積極的に冷媒管23の外周面23aに押圧されることとなるため、冷媒管23とケース4との間のシール性をより一層維持することができる。
なお、外側第2突起部382の高さh3は内側第2突起部381の高さh2よりも小さくしてもよいし、両者の高さh2、h3を同一としてもよい。これらの場合においても、外側第2突起部382の高さh3を内側第2突起部381の高さh2よりも大きくしたことによる作用効果を除いて、上述の作用効果を奏する。
本例では、内側第2突起部381及び外側第2突起部382のそれぞれの先端と、冷媒管23の外周面23aとの距離dが同一となっている。これにより、環状基部35に上記変形が生じた場合に、テーパ部37の変形に伴って、内側第2突起部381と外側第2突起部382の両方が冷媒管23の外周面23aに押圧されている状態となりやすい。その結果、内側第2突起部381と外側第2突起部382とによる二重のシール構造が形成されやすくなり、冷媒管23とケース4との間におけるシール性の維持に寄与する。
なお、内側第2突起部381の先端と冷媒管23の外周面23aとの距離と、外側第2突起部382の先端と冷媒管23の外周面23aとの距離を異なるようにしてもよい。この場合においても、両者の距離dを同一にしたことによる作用効果を除いて、上述の作用効果を奏する。
さらに、本例では、環状基部35に上記変形が生じる前の状態において、内側第2突起部381及び外側第2突起部382の両方が、冷媒管23の外周面23aから離隔している。これにより、冷媒管23をシール部材30に組み付ける際において、冷媒管23が内側第2突起部381及び外側第2突起部382の両方に接触することが抑制される。そのため、複数の第2突起部(内側第2突起部381及び外側第2突起部382)を備える場合においても、冷媒管23をシール部材30へ組み付ける際の作業性の低下を防止することができる。
本例では、第2突起部380は、内側第2突起部381及び外側第2突起部382の二個を備えることとしたが、三個以上の第2突起部を備えることとしてもよい。また、本例では、内側第2突起部381及び外側第2突起部382の両方を冷媒管23の外周面23aに沿って環状に形成したが、内側第2突起部381及び外側第2突起部382の内、いずれか一方又は両方を冷媒管23の外周面23aの一部に沿って部分的に形成することもできる。この場合においても、内側第2突起部381及び外側第2突起部382の一方又は両方が環状に形成されていることによる作用効果を除いて、上述の作用効果を奏する。
1 電力変換装置
20 冷却器
23 冷媒管
30 シール部材
32 ケース当接部
35 環状基部
36 第1突起部
37 テーパ部
38、380 第2突起部
4 ケース
42 切り欠き部

Claims (6)

  1. 半導体モジュール(11)と、該半導体モジュール(11)を冷却する冷却器(20)と、上記半導体モジュール(11)と上記冷却器(20)とを内部に収納するケース(4)と、を備え、
    上記冷却器(20)は、該冷却器(20)に冷媒を導入する冷媒導入管(231)と、上記冷却器から冷媒を排出する冷媒排出管(232)とを含む冷媒管(23)を有し、
    上記冷媒管(23)は、上記ケース(4)に形成された切り欠き部(42)を介して、上記ケース(4)の内外に跨って配置されており、
    上記切り欠き部(42)には、上記冷媒管(23)と上記ケース(4)との間をシールするシール部材(30)が設けられており、
    該シール部材(30)の外周部(31)は上記切り欠き部(42)の壁面(42a、42b)に当接するケース当接部(32)を形成しているとともに、該シール部材(30)の内周部(33)は上記冷媒管(23)を保持する冷媒管保持部(34)を形成しており、
    該冷媒管保持部(34)は、上記冷媒管(23)の外周面(23a)に沿って形成されている環状基部(35)と、該環状基部(35)から上記冷媒管(23)に向かって突出して上記冷媒管(23)の外周面(23a)に当接している第1突起部(36)と、該第1突起部(36)よりも上記ケース(4)の内側に位置するとともに上記環状基部(35)から上記ケース(4)の内側に向かうにつれて上記シール部材(30)の外周部(31)に近づくように形成されているテーパ部(37)と、該テーパ部(37)から上記冷媒管(23)に向かって突出している第2突起部(38、380)とを、備え、
    外力によって上記第1突起部(36)の一部が上記冷媒管(23)から離隔するように上記環状基部(35)が変形したときに、上記テーパ部(37)の一部が変形して上記第2突起部(38、380)の一部が上記冷媒管(23)に押圧されるように構成されていることを特徴とする電力変換装置(1)。
  2. 上記環状基部(35)が上記変形をする前の状態において、上記第2突起部(38、380)は上記冷媒管(23)から離隔していることを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置(1)。
  3. 上記テーパ部(37)及び上記第2突起部(38、380)は、上記冷媒管(23)の外周面(23a)に沿って環状に形成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の電力変換装置(1)。
  4. 上記第2突起部(380)は複数備えられており、該複数の第2突起部(381、382)は上記テーパ部(37)において、上記シール部材(30)の内周部(33)から外周部(31)に向かう方向に沿って配列していることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか一項に記載の電力変換装置(1)。
  5. 上記第2突起部(38、380)の突出方向(P2)は、上記第1突起部(36)の突出方向(P1)よりも上記ケース(4)の内側に向かっていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の電力変換装置(1)。
  6. 上記第2突起部(38、380)の高さ(h2、h3)は、上記第1突部(36)の高さ(h1)よりも高いことを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の電力変換装置(1)。
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