JP7294189B2 - 電力変換装置 - Google Patents

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Description

本明細書に記載の開示は、固定脚部を備える電力変換装置に関するものである。
特許文献1に示されるように、壁部に連結され自身を車両に固定するための複数の装置第2連結部を備えるケースと、ケースの開口を塞ぐケースカバーと、を有する電力変換装置が知られている。
特開2019-97237号公報
複数の装置第2連結部は壁部から離れて延びる延長部と、その端に連結され車両に固定される第2連結部と、を有する。これら複数の装置第2連結部のうちの一部の装置第2連結部の延長部に、ケースカバーの固定されるカバー第2連結部が形成されている。
この装置第2連結部に、カバー第2連結部とケースカバーとの間の隙間からケースの中への水の侵入を抑制するための防水壁が形成されると、装置第2連結部の体格が増大する虞がある。そのために電力変換装置の体格が増大する虞がある。
本開示の目的は、体格の増大が抑制された電力変換装置を提供することである。
本開示の一態様による電力変換装置は、
底部(410)、底部から第1方向に起立するとともに第1方向まわりの周方向に延びて環状を成す側壁部(420)、側壁部の外面(420b)から第1方向に直交する平面方向に沿う横方向に延びる連結部(431)、および、底部から遠ざかる態様で連結部の端から第1方向に延びる、連結部を外部に固定するための固定脚部(440)を備えるケース(400)と、
ケースの開口を閉塞するカバー(600)と、
ケースとカバーによって区画される収納空間に収納される電気部品(300)と、を有し、
連結部の底部から離間した側に、カバーの締結される被締結部(452)が形成され、
側壁部の底部から離間した側の先端に、第1方向に起立するとともに周方向に延びる第1防水壁(426)が形成され、
連結部の底部から離間した側の上面(430a)の縁に、第1方向に起立して、第1防水壁と固定脚部とを連結する態様で延びる第2防水壁(427)が形成されている。
これによれば、第2防水壁(427)の形成によって、被締結部(452)と固定脚部(440)とが横方向で離間することが抑制される。そのために連結部(431)の横方向の延長が抑制される。この結果、電力変換装置の体格の増大が抑制される。
なお、上記の括弧内の参照番号は、後述の実施形態に記載の構成との対応関係を示すものに過ぎず、技術的範囲を何ら制限するものではない。
車載システムを表すブロック図である、 電力変換装置の分解斜視図である。 電力変換装置の上面図である。 対象連結部の拡大図である。 図4に示すV-V線に沿った電力変換装置の断面図である。 図4に示すVI-VI線に沿った電力変換装置の断面図である。 変形例を説明する断面図である。
以下に、図面を参照しながら本開示を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を適用することができる。各実施形態で具体的に組み合わせが可能であることを明示している部分同士の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示していなくても実施形態同士を部分的に組み合せることも可能である。
(第1実施形態)
図1に基づいて電力変換装置500の設けられる車載システム100を説明する。車載システム100は電気自動車用のシステムを構成している。車載システム100はバッテリ200、電力変換装置500、モータ800、および、複数のECU900を有する。
複数のECU900はバス配線を介して相互に信号を送受信している。複数のECU900は協調して電気自動車を制御している。複数のECU900の制御により、バッテリ200のSOCに応じたモータ800の回生と力行が制御される。ECU900はelectronic control unitの略である。SOCはstate of chargeの略である。
バッテリ200は複数の二次電池を有する。これら複数の二次電池は直列接続された電池スタックを構成している。この電池スタックのSOCがバッテリ200のSOCに相当する。二次電池としてはリチウムイオン二次電池、ニッケル水素二次電池、および、有機ラジカル電池などを採用することができる。
電力変換装置500の備えるインバータ300は、バッテリ200の正極と電気的に接続されたPバスバと、バッテリ200の負極と電気的に接続されたNバスバとの間で並列接続された3相以上のレグを備えている。各相のレグはPバスバとNバスバとの間で直列接続された複数のスイッチ素子を備えている。インバータ300は電気部品に相当する。
またこれら複数のスイッチ素子は封止部材で封止され、複数の電子モジュールを構成している。複数のスイッチ素子は複数のECU900のうちのMGECUによってPWM制御される。
電力変換装置500がPWM制御されることで、バッテリ200から供給された直流電力が交流電力に変換される。この交流電力がモータ800に供給される。また、モータ800での発電によって生じた交流電力が電力変換装置500で直流電力に変換される。この直流電力がバッテリ200や他の図示しない車載機器に供給される。なお、電力変換装置500はインバータ300の他に、入力される直流電力の電圧レベルを昇降圧するコンバータを備えていてもよい。
<電力変換装置の機械的構成>
次に、電力変換装置500の機械的構成を説明する。それに当たって、以下においては互いに直交の関係にある3方向をx方向、y方向、および、z方向とする。z方向に直交する平面に沿う方向を平面方向と示す。x方向とy方向それぞれはこの平面方向に沿う一つの方向を示している。z方向は第1方向に相当する。なお図面においては方向の記載を省略している。
電力変換装置500はこれまでに説明した電力変換回路の構成要素の他に、図2~図6に示すケース400、カバー600、複数の締結部材700、および、図示しない封止部材を有する。ケース400とカバー600とが封止部材を介して連結されている。ケース400にカバー600が複数の締結部材700によって締結されている。これら締結部材700は頭部701と軸部702を備えたボルトなどである。
<ケース>
図2に示すようにケース400は底部410、側壁部420、4つの第1連結部430、および、4つの固定脚部440を有する。
底部410はz方向に厚さの薄い扁平形状を成している。側壁部420は底部410の内底面410aからz方向まわりの周方向に延びて環状を成している。
図3に示すように側壁部420はx方向に互いに離間して対向する第1壁部421と第3壁部423、および、y方向で互いに離間して対向する第2壁部422と第4壁部424を有している。
また側壁部420は上記した4つの壁部の他に、隣合う2つの壁部それぞれを結合する4つの第1結合壁部428を有している。4つの第1結合壁部428は側壁部420の四隅それぞれに配置されている。第1壁部421、第2壁部422、第3壁部423、第4壁部424はz方向のまわりの周方向に、上記した第1結合壁部428を介して、環状に連結されている。これら壁部の先端側でケース400の開口が区画されている。
これら4つの壁部と4つの第1結合壁部428それぞれの底部410から離間した上端面420aに、底部410に向かって凹む複数の第1締結孔425が形成されている。
図2に示すように4つの第1連結部430は4つの第1結合壁部428の外面420bにそれぞれに連結されている。第1連結部430はケース400の中空から遠ざかる態様で、第1結合壁部428から平面方向に沿って延びている。なお、第1連結部430は第1結合壁部428に一体的に連結されている。
4つの第1連結部430の一部に、ケース400の開口側の連結面430aからz方向に遠ざかる態様で延びる位置決め部710が形成されている。具体的には、第2壁部422と第3壁部423の間の第1結合壁部428に連結された第1連結部430と、第3壁部423と第4壁部424の間の第1結合壁部428に連結された第1連結部430それぞれに位置決め部710が形成されている。なお、位置決め部710は第1連結部430と一体であっても、別体であってもよい。連結面430aは上面に相当する。
これら位置決め部710が後述の位置決め孔632に通されることで、ケース400とカバー600との平面方向の相対位置が規定されている。
図2および図3に示すように4つの固定脚部440は、4つの第1連結部430の第1結合壁部428から平面方向に離間した先端側それぞれに連結されている。固定脚部440はz方向に延びる円柱形状を成している。固定脚部440は底部410から離間した側の第1端面440aとその裏側の第2端面440bとに開口して、z方向に貫く固定孔441を備えている。なお、固定脚部440は第1連結部430に一体的に連結されている。
<連結部>
図2および図3に示すように第2壁部422と第3壁部423の間の第1結合壁部428と、第1壁部421と第4壁部424の間の第1結合壁部428とが、平面方向に離間して並んでいる。これら第1結合壁部428は平面方向に沿う、x方向およびy方向とは異なる、一つの方向である横方向に沿って並んでいる。なお、図面においては横方向をhと示す。
以下、説明を簡便にするために、第2壁部422と第3壁部423の間に位置する第1結合壁部428を単に結合壁部429と示す。結合壁部429に連結された第1連結部430を単に連結部431と示す。
図5に示すように連結部431は、連結面430aが上端面420aよりも底部410側に位置する態様で、結合壁部429に連結されている。
図5および図6に示すように、連結部431の連結面430aに、z方向に突出する突出部450が形成されている。突出部450は結合壁部429から横方向で離間する態様で連結部431に形成されている。
また図5および図6に示すように、突出部450および連結部431における突出部450の形成された部位に、突出部450のz方向の端の先端面450aから連結面430aの裏側の裏面430bに向かって凹む、第2締結孔451が形成されている。この第2締結孔451に締結部材700の軸部702が挿入される。なお、先端面450aは対向面に相当する。
以下、第2締結孔451を備えた、突出部450および連結部431における突出部450の形成された部位を合わせて、被締結部452と示す。図面において被締結部452と連結部431との境界を一点鎖線で示している。
上記したようにこの連結部431には位置決め部710が形成されている。図6に示すように被締結部452と位置決め部710とが平面方向に沿う横方向に直交する縦方向で並んでいる。縦方向は図面においてvと示している。
またこの連結部431に連結された固定脚部440と、連結部431に形成された被締結部452および位置決め部710それぞれは横方向に対向する態様で並んでいる。なお、被締結部452の差し渡しの長さは、固定脚部440の差し渡しの長さよりも短くなっている。
<カバー>
図2に示すようにカバー600は主部610、平面部620、および、複数の第2連結部630を有している。これらはz方向に厚さの薄い扁平形状を成している。
図3に示すように平面部620は主部610の縁に環状に連結されている。平面部620はx方向に互いに離間して対向する第1縁部621と第3縁部623、および、y方向で互いに離間して対向する第2縁部622と第4縁部624を有している。
また平面部620は上記した4つの縁部の他に、隣合う2つの縁部それぞれを結合する4つの第2結合壁部625を有している。4つの第2結合壁部625は平面部620の四隅それぞれに配置されている。
第1縁部621、第2縁部622、第3縁部623、第4縁部624はz方向のまわりの周方向に、上記した第2結合壁部625を介して、環状に連結されている。
図3に示すように複数の第2連結部630それぞれは、平面部620の縁に連結されている。以下、第2縁部622と第3縁部623を結合する第2結合壁部625に連結された第2連結部630を被連結部633と示す。
これら複数の第2連結部630にz方向に貫通する貫通孔631それぞれが形成されている。被連結部633には、貫通孔631の他に、z方向に貫通する位置決め孔632が形成されている。第3縁部623と第4縁部624を結合する第2結合壁部625に連結された第2連結部630にも、貫通孔631の他にz方向に貫通する位置決め孔632が形成されている。
<ケースとカバー>
図2および図3に示すようにカバー600の平面部620がz方向で側壁部420に対向する態様でケース400に配置されている。
第1壁部421が第1縁部621にz方向で対向している。第2壁部422が第2縁部622にz方向で対向している。第3壁部423が第3縁部623にz方向で対向している。第4壁部424が第4縁部624にz方向で対向している。第1結合壁部428と第2結合壁部625がz方向で対向している。
これまでに説明したように側壁部420に上端面420aからz方向に凹む複数の第1締結孔425が形成されている。複数の第2連結部630にz方向に貫通する複数の貫通孔631が形成されている。
複数の第1締結孔425と複数の貫通孔631がz方向で連通している。これら連通孔に複数の締結部材700の軸部702が通されている。第1締結孔425を区画する壁部の内壁面に軸部702の先端が固定されている。これによって第1連結部430に第2連結部630が固定されている。ケース400の開口がカバー600によって閉塞されている。
なお、被連結部633に設けられた貫通孔631は、連結部431に設けられた被締結部452に形成された第2締結孔451とz方向で連通している。
図5に示すようにこの連通孔に締結部材700の軸部702が通されている。被締結部452の内壁面に軸部702の先端が固定されている。これによって連結部431に被連結部633が固定されている。
被締結部452は結合壁部429から横方向で離間する態様で連結部431に形成されている。被締結部452と結合壁部429との間に空間が生じている。連結部431に被連結部633が固定されることで、この空間におけるz方向の開口が閉塞されている。
<収納形態>
これまでに説明したように、ケース400の開口がカバー600によって閉塞されている。そのためケース400とカバー600との間には収納空間が形成されている。この収納空間にインバータ300とその他の放電抵抗などの電気機器が収納されている。
<封止部材>
封止部材はペースト状のシール部材などのことである。封止部材は4つの壁部と4つの第1結合壁部428の上端面420aの全周に塗布されている。カバー600が締結部材700によってケース400に締結されると、平面部620における上端面420a側の内面620aに封止部材が密着する。
このようにして封止部材は側壁部420と平面部620との間の空隙を塞ぐ役割を果たしている。封止部材によって外部の水や例えば除雪材などの塩水がケース400の中に入り込むことが抑制される。なお、封止部材は上端面420aの一部に塗布されていてもよい。封止部材は粘弾性体のシール部材であってもよい。
<第1防水壁>
図2に示すように第1壁部421~第4壁部424の上端面420aの外面420b側の縁に、z方向に起立する第1防水壁426が形成されている。第1防水壁426は外面420bの形状に沿ってz方向周りの周方向に延びている。
これら複数の壁部に形成された第1防水壁426は、一部で途切れて周方向に延びている。例えば図2に示すように、第1締結孔425の周りの上端面420aの外面420b側の縁で第1防水壁426が非形成となっている。
これまでに説明したように第1締結孔425に締結部材700が挿入される。そのために第1締結孔425の周辺には、締結部材700を締結するレンチなどの工具の入る隙間が必要となっている。この隙間を設けるために第1締結孔425の周りの上端面420aの外面420b側の縁において、第1防水壁426が意図的に非形成となっている。第1防水壁426が意図的に非形成となっている部位があるために、カバー600の平面方向の体格増大が抑制されやすくなっている。
<第2防水壁>
図2~図4に示すように、4つの第1連結部430それぞれの連結面430aの縁に、z方向に起立する第2防水壁427が形成されている。第2防水壁427は、第1結合壁部428を介して連結された2つの壁部に形成された第1防水壁426から、第1連結部430に連結された固定脚部440に向かって延びている。第2防水壁427は第1防水壁426と固定脚部440とを連結している。
<被締結部と周辺構成要素との位置関係>
これまでに説明したように連結部431に、被締結部452と位置決め部710が形成されている。連結部431の結合壁部429から横方向に離間した先端側に固定脚部440が連結されている。
上記したように第2防水壁427は第1防水壁426と固定脚部440とを連結する態様で延びている。そのために被締結部452の一部が、固定脚部440および第2防水壁427から成る囲い部によって周方向に囲まれている。
またz方向に関して言えば、被締結部452の備える突出部450の先端面450aは、固定脚部440の第1端面440aよりも連結面430a側に位置している。換言すれば、固定脚部440の第1端面440aが、被締結部452の備える突出部450の先端面450aよりも、カバー600側に位置している。
被締結部452の備える突出部450の先端面450aは、第2防水壁427の先端よりも連結面430a側に位置している。換言すれば、第2防水壁427の先端が、被締結部452の備える突出部450の先端面450aよりも、カバー600側に位置している。
<作用効果>
これまでに説明したように連結部431に被締結部452が形成されている。連結部431の結合壁部429から横方向に離間した先端側に固定脚部440が連結されている。
第2防水壁427が連結面430aの縁に沿って、固定脚部440と第1防水壁426とを連結する態様で延びている。
そのために被締結部452と固定脚部440とが、第2防水壁427のために横方向で離間することが抑制される。連結部431の横方向の延長が抑制される。その結果、電力変換装置500の体格の増大が抑制される。
これまでに説明したように、固定脚部440の第1端面440aが、被締結部452の備える突出部450の先端面450aよりも、カバー600側に位置している。第2防水壁427の先端が、被締結部452の備える突出部450の先端面450aよりも、カバー600側に位置している。
そのために被締結部452と被連結部633との間の隙間に、外部から平面方向に沿って飛散してきた水や塩水が入り込みにくくなっている。収納空間に収納された電気機器に外部の水や塩水が接触することが抑制されやすくなっている。
これまでに説明したように被締結部452が結合壁部429から横方向で離間する態様で連結部431に形成されている。被締結部452と結合壁部429との間に空間が生じている。この空間におけるz方向の開口が被連結部633によって閉塞されている。
そのために外部の水や塩水が被連結部633と被締結部452の間に入り込んだとしても、その水が被締結部452と結合壁部429の間の空間に捉えられやすくなっている。外部の水や塩水がケース400の収納空間に入り込みにくくなっている。
これまでに説明したように固定脚部440と、被締結部452および位置決め部710それぞれは横方向に対向する態様で並んでいる。また被締結部452と位置決め部710とが縦方向で並んでいる。被締結部452の差し渡しの長さは、固定脚部440の差し渡しの長さよりも短くなっている。
そのために位置決め部710と被締結部452それぞれが横方向における固定脚部440の対向領域に配置されている。その結果、位置決め部710がこの対向領域外の連結部431の部位に形成される場合と比較して、連結部431の体格が増大することが抑制される。
(第1変形例)
本実施形態では4つの第1連結部430のうちの一つである連結部431に被締結部452が形成された形態を示した。しかしながら複数の第1連結部430に含まれる連結部431は1つでなくてもよい。連結部431が複数あってもよい。
(第2変形例)
本実施形態では第1連結部430が第1結合壁部428それぞれの外面420bに連結された形態を示した。しかしながら第1連結部430は4つでなくてもよい。第1連結部430のうちの少なくとも1つの連結部431が結合壁部429に連結されていればよい。
(第3変形例)
本実施形態では側壁部420に第1防水壁426が一体的に形成され、複数の第1連結部430に第2防水壁427が一体的に形成された形態を示した。
しかしながら第1防水壁426は側壁部420に一体的に形成されていなくてもよい。第1防水壁426は側壁部420に別体で連結されていてもよい。なお、第1防水壁426は側壁部420と別部材であってもよい。
同様に第2防水壁427も第1連結部430に一体的に形成されていなくてもよい。第2防水壁427は第1連結部430に別体で連結されていてもよい。なお、第2防水壁427は第1連結部430と別部材であってもよい。
(第4変形例)
本実施形態では第1締結孔425の外面420b側の縁に第1防水壁426が形成されない形態を示した。しかしながら図示しないが第1締結孔425の外面420b側の縁に第1防水壁426が形成されていてもよい。その場合、第1防水壁426、第2防水壁427、および、固定脚部440によって外部の水や塩水が収納空間に浸入しにくくなっている。
(第5変形例)
本実施形態では、連結部431の連結面430aに、z方向に突出する突出部450が形成された形態を示した。しかしながら連結面430aに突出部450が形成されていなくてもよい。図7に示すように結合壁部429から横方向に離間した連結部431の部位に、第2締結孔451を備えた被締結部452が形成されていてもよい。
その場合においても、連結部431に被連結部633が固定されることで、結合壁部429と被締結部452との間の空間におけるz方向の開口が閉塞されている。これによって外部の水や塩水が被連結部633と被締結部452の間に入り込んだとしても、その水が被締結部452と結合壁部429の間の空間に捉えられやすくなっている。
(その他の変形例)
本実施形態では電力変換装置500が電気自動車用の車載システム100に含まれる例を示した。しかしながら電力変換装置500の適用としては特に上記例に限定されない。例えばモータ800と内燃機関を備えるハイブリッドシステムに電力変換装置500が含まれる構成を採用することもできる。
本実施形態では電力変換装置500に1つのモータ800の接続される例を示した。しかしながら電力変換装置500に複数のモータ800の接続される構成を採用することもできる。この場合、電力変換装置500はインバータ300を構成するための3相のスイッチモジュールを複数有する。
本開示は、実施形態に準拠して記述されたが、本開示は当該実施形態や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態が本開示に示されているが、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範畴や思想範囲に入るものである。
300…インバータ、400…ケース、410…底部、420…側壁部、420b…外面、426…第1防水壁、427…第2防水壁、430a…連結面、431…連結部、440…固定脚部、450a…先端面、452…被締結部、600…カバー、710…位置決め部

Claims (4)

  1. 底部(410)、前記底部から第1方向に起立するとともに前記第1方向まわりの周方向に延びて環状を成す側壁部(420)、前記側壁部の外面(420b)から前記第1方向に直交する平面方向に沿う横方向に延びる連結部(431)、および、前記底部から遠ざかる態様で前記連結部の端から前記第1方向に延びる、前記連結部を外部に固定するための固定脚部(440)を備えるケース(400)と、
    前記ケースの開口を閉塞するカバー(600)と、
    前記ケースと前記カバーによって区画される収納空間に収納される電気部品(300)と、を有し、
    前記固定脚部は前記ケースを外部に固定するためのものであり、
    前記連結部の前記底部から離間した側に、前記カバーの締結される被締結部(452)が形成され、
    前記側壁部の前記底部から離間した側の先端に、前記第1方向に起立するとともに前記周方向に延びる第1防水壁(426)が形成され、
    前記連結部の前記底部から離間した側の上面(430a)の縁に、前記第1方向に起立して、前記第1防水壁と前記固定脚部とを連結する態様で延びる第2防水壁(427)が形成されている電力変換装置。
  2. 前記第2防水壁および前記固定脚部それぞれの前記底部から前記第1方向で離間した側の先端が、前記被締結部における前記カバーとの対向面(450a)よりも、前記カバー側に位置している請求項1に記載の電力変換装置。
  3. 前記側壁部から前記横方向に離間する態様で、前記連結部に前記被締結部が形成され、
    前記横方向における前記側壁部と前記被締結部の間の空間の開口が前記カバーによって閉塞されている請求項1または2に記載の電力変換装置。
  4. 前記連結部には前記被締結部の他に、前記ケースと前記カバーの前記平面方向の相対位置を決めるための位置決め部(710)が形成され、
    前記位置決め部と前記被締結部それぞれが、前記横方向で前記固定脚部と対向している請求項1~3のいずれか1項に記載の電力変換装置。
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