JP7392674B2 - 電力変換装置 - Google Patents

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Description

本開示は、電力変換装置に関する。
特許文献1には、直流電源の両端間に直列接続されている第1スイッチング素子を含み、直流電源の直流電力を交流電力に変換して駆動用モータに供給する駆動用インバータを有する電力変換装置が記載されている。また、電力変換装置は、直流電源の両端間に直列接続されている第2スイッチング素子を含み、直流電源の直流電力を交流電力に変換して電動オイルポンプに供給するポンプ用インバータを有する。電力変換装置は、ポンプ用インバータにかかる電圧もしくは電流が所定値以上であると判定した場合、第1スイッチング素子をオフにする。あるいは、電力変換装置は、駆動用インバータにかかる電圧が所定値以上であると判定した場合、第2スイッチング素子をオフにする。このため、電圧もしくは電流を検出することで、各インバータを過電圧もしくは過電流から保護できる。
特開2016-082812号公報
一方、上述した電圧もしくは電流検出によって、駆動用インバータもしくはポンプ用インバータの保護ができなかった場合、電力変換装置は、直流電源の他端に直列接続された車両ヒューズを用いて、電力変換装置自身の駆動を停止する場合がある。この場合、車両ヒューズは駆動用インバータおよびポンプ用インバータの両方に直列に接続されている。このため、たとえばポンプ用インバータのみが故障した際に、ポンプ用インバータとともに駆動用インバータも駆動停止する。すなわち、故障していない駆動用インバータも駆動停止してしまう。
上述した事情を鑑み、本開示の目的は、第1電力変換部が故障した場合に第1電力変換部のみを電源から電気的に切り離し、第2電力変換部が正常に動作し続けられる電力変換装置の提供である。
本開示の一態様における電力変換装置は、第1スイッチング素子(15)を用いて電力変換を行う第1電力変換部(11)および第1電力変換部に直列接続されており過電流によって溶断する抵抗部(12)を備え、電力を供給する直流電源(70)の両端に直列接続されている第1回路部(10)と、
第2スイッチング素子(25)を用いて電力変換を行う第2電力変換部(21)を備え、第1回路部に並列接続されている第2回路部(20)と、
抵抗部が実装された基板(30)と、
を有し、
第1電力変換部は、基板に対し垂直に延出して基板と第1スイッチング素子とを接続する第1端子部(13)を備え、
第2電力変換部は、基板に対し垂直に延出して基板と第2スイッチング素子とを接続する第2端子部(22)を備え、
抵抗部と第2端子部との距離(L2)は、抵抗部と第1端子部との距離(L1)よりも大きい。
本開示における電力変換装置によれば、第1回路部は第1電力変換部と、第1電力変換部に直列接続された抵抗部を備える。抵抗部は、過電流によって溶断する。また、第2電力変換部を備える第2回路部は、第1回路部に並列接続されている。よって、たとえば第1電力変換部が故障した場合、抵抗部が溶断することで、第1電力変換部の故障した回路だけを、電力変換装置全体の回路から電気的に切り離すことができる。すなわち、本実施形態における電力変換装置によれば、第1電力変換部が故障した際に第1電力変換部にかかる電圧もしくは電流の検出によって、第1電力変換部の保護ができなかった場合でも、第2電力変換部は正常に動作し続けることができる。
一方、抵抗部が溶断した際に、飛び散った抵抗部が第2端子部に付着することで、第2端子部で短絡が生じ、第2電力変換部が故障するおそれがある。
ここで、本開示に反して、抵抗部と第2端子部との距離が、抵抗部と第1端子部との距離よりも小さい場合と比較して、本開示における電力変換装置の効果を説明する。本開示における電力変換装置においては、抵抗部と第2端子部との距離が、抵抗部と第1端子部との距離よりも大きい。このため、抵抗部が溶断した際に、抵抗部の一部が破損し飛び散ったとしても、飛び散った抵抗部が第2端子部に付着することを抑制できる。すなわち、第2端子部で短絡が生じ、第1電力変換部の故障に伴って、第2電力変換部が故障することを抑制できる。
第1実施形態における電力変換装置の構成部品の位置関係を模式的に示す断面図である。 第1実施形態における電力変換装置の概略構成を示すブロック図である。 図1のIII-III断面図である。 第2実施形態における電力変換装置の構成部品の位置関係を模式的に示す断面図である。 図4のV-V断面図である。 第3実施形態における電力変換装置の構成部品の位置関係を模式的に示す断面図である。
以下、本開示の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各実施形態において対応する構成要素には同一の符号を付すことにより、重複する説明を省略する場合がある。各実施形態において構成の一部分のみを説明している場合、当該構成の他の部分については、先行して説明した他の実施形例の構成を適用できる。また、各実施形態の説明において明示している構成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複数の実施形態の構成同士を部分的に組み合わせることができる。そして、複数の実施形態および変形例に記述された構成同士の明示されていない組み合わせも、以下の説明によって開示されているものとする。
(第1実施形態)
図1~3に基づいて、電力変換装置1について説明する。電力変換装置1は、例えばハイブリッド自動車や電気自動車といった車両に搭載され、電力変換装置1外部の直流電源70の直流電流を、交流電流へと変換し、三相交流モータへと供給するための装置である。また、電力変換装置1は、電力変換装置1外部の三相交流モータで発生した交流電流を、直流電流へと変換し直流電源70に供給するための装置であるともいえる。電力変換装置1は、三相交流モータとしての第1モータ91および第2モータ92に通電する駆動電流(U相、V相、W相)を生成する。本実施形態において、第1モータ91は、車両のエンジンの各部品に向けてオイルを吐出するエンジンオイルポンプ用モータである。また、第2モータ92は、車両を駆動するための走行用モータである。
図1に示すごとく、電力変換装置1は、第1電力変換部、第2電力変換部、基板30、遮蔽板40、制御装置50、抵抗部12、およびこれらを収容するケース60を有する。
第1電力変換部は、電力変換装置1の電力変換を行う電子部品である。本実施形態において、第1電力変換部は、直流電源70の直流電流を交流電流へと変換し、第1モータ91供給する第1インバータ11である。よって、以下では第1電力変換部は第1インバータ11と記載する。
第1インバータ11は、第1スイッチング素子15を樹脂封止して形成されている第1本体部14、および第1端子部13を備える。
第1スイッチング素子15は、電流が流されることで、オンオフを切り替え可能な半導体素子である。これによって、第1インバータ11は直流電源70から入力された直流電流を、交流電流へ変換し、第1モータ91へ出力する。第1スイッチング素子15としては、IGBTやMOSFETといった半導体素子が用いられる。IGBTは、Insulated Gate Bipolar Transistorの略である。また、MOSFETは、Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistorの略である。
第1端子部13は、第1スイッチング素子15と直流電源70または第1モータ91とを、基板30を介して電気的に接続する第1高圧端子部131を備える。また、第1端子部13は、第1スイッチング素子15と制御装置50とを、基板30を介して電気的に接続する第1制御端子部132を備える。第1高圧端子部131および第1制御端子部132は、第1本体部14から、基板30に対して垂直に延出する。第1高圧端子部131および第1制御端子部132は、それぞれ、複数の端子によって構成される。以下、第1高圧端子部131および第1制御端子部132が延出する方向をZ方向とする。第1高圧端子部131および第1制御端子部132は、基板30のスルーホールに挿入された状態ではんだ付けされることで、基板30に接続されている。
第2電力変換部は、電力変換装置1の電力変換を行う電子部品である。本実施形態において、第2電力変換部は、直流電源70の直流電流を交流電流へと変換し、第2モータ92へと供給する第2インバータ21である。よって、以下では第2電力変換部は第2インバータ21と記載する。
第2インバータ21は、第2スイッチング素子25を樹脂封止して形成されている第2本体部23、および第2端子部22を備える。
第2スイッチング素子25は、電流が流されることで、オンオフを切り替え可能な半導体素子である。これによって、第2インバータ21は直流電源70から入力された直流電流を、交流電流へ変換し、第2モータ92へ出力する。第2スイッチング素子25としては、IGBTやMOSFETといった半導体素子が用いられる。
第2端子部22は、第2スイッチング素子25と制御装置50とを、基板30を介して電気的に接続する。第2端子部22は、複数の端子によって構成される。第2端子部22は、基板30のスルーホールに挿入され、基板30にはんだ付けされることで接続されている。また、第2スイッチング素子25と第2モータ92とはバスバにより電気的に接続されている。
第1本体部14のZ方向の大きさは、第2本体部23のZ方向の大きさよりも小さい。
基板30は、Z方向に垂直な平面を有する板状部材である。基板30は、車両搭載時に下方を向いた下面31、および上方を向いた上面32を備える。ここで、下方を向いた、とは地面を向いた状態を示し、下面31とは、基板30の備える2面のうち、車両搭載時に地面により近い面を示す。また上面32とは、基板30の備える2面のうち、車両搭載時に地面により遠い面を示す。
下面31および上面32は平行であり、かつZ方向に垂直な面である。下面31には制御装置50が、上面32には抵抗部12が実装されている。第1高圧端子部131および第1制御端子部132のそれぞれの端子の先端は、上面32から延出している。第2端子部22のそれぞれの端子の先端は、上面32から延出している。
制御装置50や抵抗部12が基板30に実装されていることで、これらの電子部品を第1インバータ11や第2インバータ21に接続するためのバスバを別に設ける必要がないため、電力変換装置1を小型化することができる。第1高圧端子部131が基板30と電気的に接続されていることで、第1スイッチング素子15と第1モータ91とを電気的に接続するためのバスバを別に設ける必要がないため、電力変換装置1を小型化することができる。
遮蔽板40は、第1本体部14を下方から、第2本体部23を上方から覆うように配置されている。遮蔽板40は、第2本体部23で加熱された空気から基板30を遮蔽する。遮蔽板40は、基板30と平行な面を有する。遮蔽板40は下面31と対向して配置されている。ここで、対向とは、一の面あるいは部品と、他の面あるいは部品と、が向かい合っている状態を示し、間に他の部品が配置されているか否かは問わない。遮蔽板40は、第2端子部22を基板30に接続するための穴部を有する。また、第1本体部14はボルトにより遮蔽板40に固定されている。遮蔽板40は金属によって形成されている。
また、遮蔽板40は、下面31に向かって延出する壁部41と、下面31から離れるようにくぼんでいるくぼみ部42と、を備える。壁部41は、下面31に向かってZ方向に沿うように延出している。くぼみ部42は、Z方向に沿った内面を備える。くぼみ部42における遮蔽板40のZ方向の厚みは、遮蔽板40のくぼみ部42以外の部分のZ方向の厚みよりも小さい。
制御装置50は、第1スイッチング素子15および第2スイッチング素子25の制御を行う。本実施形態において、制御装置50は、各種の演算処理を実行するプロセッサやメモリを有するマイクロコンピュータである。
抵抗部12は、第1インバータ11のU相、V相、W相にそれぞれ直列接続された、各相の電流検出用のシャント抵抗である、U相シャント抵抗12u、V相シャント抵抗12v、およびW相シャント抵抗12wである。
ケース60は、アルミニウム等のダイカストにより形成されている。ケース60は、Z方向に開口したケース本体部63と、ケース本体部63の開口をふさぐ蓋部61とを備える。蓋部61はボルト等によってケース本体部63に固定されている。蓋部61は、基板30を上方から覆うように配置されている。
ケース本体部63は、蓋部61と平行な底部65、および支持部64を備える。蓋部61、基板30、遮蔽板40、および底部65は、左記の順に並んで配置されている。基板30と蓋部61とのZ方向における距離は、基板30と底部65との距離よりも小さい。すなわち、ケース本体部63は、基板30と平行な2つの側面のうち、基板30とのZ方向の距離がより小さい一面が開口している。底部65は、基板30に向かってZ方向に沿うように延出する遮蔽板40を支持する支持部64を備える。第2本体部23はボルトによって底部65に固定されている。遮蔽板40はボルトによって支持部64に固定されている。
底部65には第1インバータ11および第2インバータ21を冷却するための冷媒を流す流路が形成されている。第2スイッチング素子25は、Z方向に垂直な2つの面を有する。第2スイッチング素子25は、Z方向に垂直な2面のうち、1面のみが、流路に対して対向して配置されている。
第1本体部14および第2本体部23は、下面31に対向して配置されている。底部65、第2本体部23、遮蔽板40、および基板30は、左記の順でZ方向に並んで配置されている。支持部64、遮蔽板40、第1本体部14、および基板30は、左記の順でZ方向に並んで配置されている。遮蔽板40は、第1本体部14および基板30を有する空間と、第2本体部23を有する空間と、を区画しているともいえる。
図2に示すごとく、電力変換装置1は、第1インバータ11、抵抗部12、およびスナバコンデンサ16を有する第1回路部10と、第2インバータ21、および平滑コンデンサ24を有する第2回路部20と、を備える。第1回路部10は直流電源70の両端にそれぞれ直列接続されている。また、第2回路部20は、第1回路部10に並列接続されている。
第1インバータ11は、上アームの第1スイッチング素子15Hと下アームの第1スイッチング素子15Lとが直列接続され、三相分並列接続された構成を有する三相インバータである。それぞれの第1スイッチング素子15には、還流用のFWDが、逆並列に接続されている。FWDは、Flee Wheel Diodeの略である。
ここで、第1高圧端子部131は、直流電源70の正端子と上アームの第1スイッチング素子15Hのコレクタ端子とを電気的に接続する第1P端子131pを備える。また、第1高圧端子部131は、直流電源70の負端子と下アームの第1スイッチング素子15Lのエミッタ端子とを電気的に接続する第1N端子131nを備える。第1高圧端子部131は、上アームの第1スイッチング素子15Hのエミッタ端子および下アームの第1スイッチング素子15Lのコレクタ端子と、第1モータ91のU相、V相、W相の端子のそれぞれと、を電気的に接続する第1出力端子131oを備える。
第1制御端子部132は、第1回路部10の複数の第1スイッチング素子15のそれぞれのゲートと、制御装置50とを電気的に接続する。第1制御端子部132によって第1スイッチング素子15に電気的に接続された制御装置50は、各相の上アームの第1スイッチング素子15Hと下アームの第1スイッチング素子15Lとを所定の順番でオンオフ制御を行う。これによって、第1インバータ11は、上アームと下アームの中間電位を第1モータ91のU相、V相、W相の各相に順番に入れ替えながら、三相の交流電流を生成する。生成された三相の交流電流は、第1出力端子131oを介して出力し、第1モータ91の駆動を可能としている。
第2インバータ21も、第1インバータ11と同様に、上アームの第2スイッチング素子25Hと下アームの第2スイッチング素子25Lとが直列接続され、三相分並列接続された構成を有する三相インバータである。それぞれの第2スイッチング素子25には、還流用のFWDが、それぞれ、逆並列に接続されている。
第2端子部22は、第2回路部20の複数の第2スイッチング素子25のそれぞれのゲートと、制御装置50とを電気的に接続する。
U相シャント抵抗12u、V相シャント抵抗12v、およびW相シャント抵抗12wは、第1インバータ11に直列接続されている。具体的には、各シャント抵抗は、第1N端子131nと、各相の下アームの第1スイッチング素子15Lのエミッタ端子との間に電気的に接続されている。各シャント抵抗は、下アームの第1スイッチング素子15Lと直列接続されているともいえる。
抵抗部12は、第1スイッチング素子15が故障し、第1回路部10に過電流が流れた際に、溶断する。例として、第1スイッチング素子15Hが故障した場合を考える。この場合に、第1スイッチング素子15Hが故障によりオンされた状態で、第1スイッチング素子15Lがオンされてしまうと、短絡が起こり、第1回路部10に過電流が流れる。抵抗部12は、この過電流によって溶断することで、電力変換装置1の回路内において過電流が流れ続けることを抑制する。
スナバコンデンサ16は、第1インバータ11と並列接続されている。スナバコンデンサ16は、第1スイッチング素子15のスイッチオフ時に流れるサージ電流を抑制する。
平滑コンデンサ24は、第2インバータ21と並列接続されている。平滑コンデンサ24は、直流電源70の直流電流を平滑化する。
また、直流電源70と第1回路部10および第2回路部20との間には、車両ヒューズ80が電気的に接続されている。車両ヒューズ80は、電力変換装置1の回路内において過電流が流れ続けることを抑制する。
図3に示すごとく、U相シャント抵抗12u、V相シャント抵抗12v、W相シャント抵抗12wは一方向に並んで配置されている。以下では、これらのシャント抵抗が並ぶ方向をX方向とする。
第1インバータ11および第2インバータ21はX方向に並んで配置されている。また、X方向およびZ方向に垂直な方向をY方向とする。第1制御端子部132および第1高圧端子部131は、第1本体部14からY方向に沿うように延出し、その後Z方向に沿うように折れ曲がり、基板30に向かって延出している。第1制御端子部132を構成する複数の端子のうちすべては、X方向に並んで配置されている。第1高圧端子部131を構成する複数の端子のうちすべては、X方向に並んで配置されている。第1制御端子部132および第1高圧端子部131は、X方向に並んで配置されている。第2端子部22を構成する複数の端子のうちすべては、X方向に並んで配置されている。
抵抗部12と第1端子部13との距離(以下、第1距離と示す)L1は、抵抗部12と第2端子部22との距離(以下、第2距離と示す)L2よりも小さい。ここで、第1距離L1とは、抵抗部12と第1端子部13との最短距離である。本実施形態においては、第1端子部13のうち抵抗部12と最も近い位置にあるのは第1高圧端子部131であるから、第1距離L1は、抵抗部12と第1高圧端子部131との距離ともいえる。また、第2距離L2とは、抵抗部12と第2端子部22との最短距離である。本実施形態において、第1距離L1および第2距離L2は、XY平面における距離を示す。
抵抗部12と第1端子部13とのX方向における最短距離は、抵抗部12と第2端子部22とのX方向における最短距離よりも小さい。
基板30に対して垂直面視された抵抗部12は、全体が第1インバータ11と重ならない位置に配置されている。言い換えると、抵抗部12をZ方向に投影した範囲の外に、第1インバータ11の全体が配置されている。具体的には、抵抗部12をZ方向に投影した範囲の外に、第1本体部14および第1端子部13の全体が配置されている。
基板30に対して垂直面視された抵抗部12は、全体が第2インバータ21と重ならない位置に配置されている。言い換えると、抵抗部12をZ方向に投影した範囲の外に第2インバータ21の全体が配置されている。具体的には、抵抗部12をZ方向に投影した範囲の外に、第2本体部23および第2端子部22の全体が配置されている。制御装置50と第2インバータ21とはY方向に並んで配置されている。
第1本体部14のX方向の大きさは、第2本体部23のX方向の大きさよりも小さい。第1本体部14のY方向の大きさは、第2本体部23のY方向の大きさよりも小さい。
壁部41は、溶断した抵抗部12が他の電子部品に対して飛散することを抑制する。具体的には、壁部41は、溶断した抵抗部12が第1高圧端子部131、第2端子部22または制御装置50に飛散することを抑制するよう配置されている。以下、壁部41の配置について詳述する。
基板30に対して垂直面視された壁部41は、第1高圧端子部131と抵抗部12との間に配置されている。壁部41は、第1距離L1の経路上に配置されているともいえる。
基板30に対して垂直面視された壁部41は、第2端子部22と抵抗部12との間に配置されている。壁部41は、第2距離L2の経路上に配置されているともいえる。
基板30に対して垂直面視された壁部41は、制御装置50と抵抗部12との間に配置されている。壁部41は、抵抗部12を有する空間と、第1高圧端子部131、第2端子部22、および制御装置50とを有する空間と、を区画しているともいえる。
図1に示すごとく、基板30と壁部41とのZ方向の距離は、抵抗部12のZ方向の大きさよりも小さい。
また、くぼみ部42は、溶断した抵抗部12の飛散物を収容する。具体的には、くぼみ部42は、溶断した抵抗部12の飛散物を収容し、飛散物が第1高圧端子部131、第2端子部22または制御装置50に転がることを抑制するよう配置されている。以下、くぼみ部42の配置について詳述する。
図3に示すごとく、基板30に対して垂直面視されたくぼみ部42は、第1高圧端子部131と抵抗部12との間に配置されている。くぼみ部42は、第1距離L1の経路上に配置されているともいえる。基板30に対して垂直面視されたくぼみ部42は、第2端子部22と抵抗部12との間に配置されている。くぼみ部42は、第2距離L2の経路上に配置されているともいえる。
基板30に対して垂直面視されたくぼみ部42は、制御装置50と抵抗部12との間に配置されている。
基板30に対して垂直面視された壁部41およびくぼみ部42の全体は、第1インバータ11、第2インバータ21もしくは抵抗部12と重ならないように配置されている。
図1に示すごとく、くぼみ部42のくぼみのZ方向の深さは、抵抗部12のZ方向の大きさよりも大きい。
図3に示すごとく、本実施形態においては、抵抗部12は、第1本体部14および第2本体部23と比べ、基板30のうち、より角部に近い位置に配置されている。また、第1本体部14および第2本体部23は、抵抗部12と比べ、基板30のうち、より中心部に近い位置に配置されている。壁部41およびくぼみ部42は、基板30の角部に配置されている抵抗部12をX方向の一方の向き、およびY方向の一方の向きから囲んでいる。
本実施形態における電力変換装置1の効果を以下に示す。第1回路部10は第1インバータ11と、第1インバータ11に直列接続された抵抗部12を備える。抵抗部12は、過電流によって溶断する。また、第2回路部20は、第1回路部10に並列接続されている。よって、抵抗部12が溶断することで、第1インバータ11の故障した回路だけを電力変換装置1全体の回路から電気的に切り離すことができる。すなわち、第1インバータ11が故障した際に第1インバータ11にかかる電圧もしくは電流の検出によって、第1インバータ11の保護ができなかった場合でも、第2インバータ21は正常に動作し続けることができる。
一方、抵抗部12が溶断した際に、飛び散った抵抗部12が第2端子部22に付着することで、第2端子部22で短絡が生じ、第2インバータ21が故障するおそれがある。
ここで、本実施形態に反して、第2距離L2が、第1距離L1よりも小さい場合と比較して、電力変換装置1の効果を説明する。本実施形態における電力変換装置1においては、第2距離L2が、第1距離L1よりも大きい。このため、抵抗部12が溶断し、抵抗部12の一部が破損し飛び散ったとしても、飛び散った抵抗部12が第2端子部22に付着することを抑制できる。すなわち、第2端子部22で短絡が生じ、第1インバータ11の故障に伴って第2インバータ21が故障することを抑制できる。なお、第1距離L1に比べて第2距離L2が大きいほど、上述した効果は向上する。具体的には、第1距離L1が第2距離L2の2倍以上の長さであることが望ましい。
本実施形態に反して、基板30に対して垂直面視された抵抗部12の少なくとも一部が、第1インバータ11と重なる位置に実装されている場合と比較して、電力変換装置1の効果を説明する。本実施形態においては、基板30に対して垂直面視された抵抗部12は、全体が第1インバータ11と重ならない位置に配置されている。このため、抵抗部12が溶断して飛び散ったとしても、飛び散った抵抗部12が第1インバータ11に付着することをより一層抑制できる。
抵抗部12は、基板30のうち、車両搭載時に地面と対向する下面31に配置されている。このため、抵抗部12が溶断して飛び散ったとしても、飛び散った抵抗部12は地面方向に落下する。よって、抵抗部12が再度基板30に付着することを抑制できる。よって、より確実に、第1インバータ11の故障した回路を電力変換装置1全体の回路から電気的に切り離すことができる。
基板30に対して垂直面視された壁部41は、第1高圧端子部131と抵抗部12との間に配置されている。よって、抵抗部12から見て第1高圧端子部131よりも手前に壁部41が存在する。このため、抵抗部12が溶断し第1高圧端子部131に向かって飛び散ったとしても、抵抗部12の飛散物は、第1高圧端子部131に到達するまでに壁部41に付着する。したがって、飛び散った抵抗部12が第1高圧端子部131に付着することを抑制できる。すなわち、抵抗部12の溶断によって切り離された第1インバータ11の故障した回路が、再び直流電源70に接続されることを抑制できる。
基板30に対して垂直面視された壁部41は、第2端子部22と抵抗部12との間に配置されている。よって、抵抗部12から見て第2端子部22よりも手前に壁部41が存在する。このため、抵抗部12が溶断し第2端子部22に向かって飛び散ったとしても、抵抗部12の飛散物は第2端子部22に到達するまでに壁部41に付着する。したがって、飛び散った抵抗部12が第2端子部22に付着することを抑制できる。すなわち、第2端子部22で短絡が生じることを抑制できる。ひいては、第1インバータ11の故障に伴って、第2インバータ21が故障することをより一層抑制できる。
基板30に対して垂直面視された壁部41は、制御装置50と抵抗部12との間に配置されている。よって、抵抗部12から見て制御装置50よりも手前に壁部41が存在する。このため、抵抗部12が溶断し制御装置50に向かって飛び散ったとしても、抵抗部12の飛散物は制御装置50に到達するまでに壁部41に付着する。したがって、飛び散った抵抗部12が制御装置50に付着することを抑制できる。すなわち、制御装置50が故障することを抑制できる。ひいては、第1インバータ11の故障に伴って、第2インバータ21が故障することをより一層抑制できる。
なお、基板30と壁部41とのZ方向の距離が小さいほど、上述の効果は向上する。具体的には、基板30と壁部41とのZ方向の距離が、抵抗部12のZ方向の大きさよりも小さいことが好ましい。特には、基板30と壁部41とのZ方向の距離が、抵抗部12のZ方向の大きさの2分の1以下であることが望ましい。
基板30に対して垂直面視されたくぼみ部42は、第1高圧端子部131と抵抗部12との間に配置されている。よって、抵抗部12から見て第1高圧端子部131よりも手前にくぼみ部42が存在する。このため、抵抗部12の溶断時に生じる飛散物が第1高圧端子部131に向かって転がったとしても、抵抗部12の飛散物は第1高圧端子部131に到達するまでにくぼみ部42に収容される。したがって、飛び散った抵抗部12が第1高圧端子部131に付着することを抑制できる。すなわち、抵抗部12の溶断によって切り離された第1インバータ11の故障した回路が、再び直流電源70に接続される事態を抑制できる。
基板30に対して垂直面視されたくぼみ部42は、第2端子部22と抵抗部12との間に配置されている。よって、抵抗部12から見て第2端子部22よりも手前にくぼみ部42が存在する。このため、抵抗部12の溶断時に生じる飛散物が第2端子部22に向かって転がったとしても、抵抗部12の飛散物は第2端子部22に到達するまでにくぼみ部42に収容される。これにより、飛び散った抵抗部12が第2端子部22に付着することを抑制できる。すなわち、第2端子部22において短絡が生じることを抑制できる。ひいては、第1インバータ11の故障に伴って、第2インバータ21が故障することをより一層抑制できる。
基板30に対して垂直面視されたくぼみ部42は、制御装置50と抵抗部12との間に配置されている。よって、抵抗部12から見て制御装置50よりも手前にくぼみ部42が存在する。このため、抵抗部12の溶断時に生じる飛散物が制御装置50に向かって転がったとしても、抵抗部12の飛散物は制御装置50に到達するまでにくぼみ部42に収容される。したがって、飛び散った抵抗部12が制御装置50に付着することを抑制できる。すなわち、制御装置50が故障することを抑制できる。ひいては、第1インバータ11の故障に伴って、第2インバータ21が故障することをより一層抑制できる。なお、くぼみ部42のくぼみのZ方向の深さが大きいほど、上述の効果は向上する。具体的には、くぼみ部42のくぼみのZ方向の深さは、抵抗部12のZ方向の大きさよりも大きいことが望ましい。
過電流により溶断する抵抗部には、シャント抵抗の他に基板のアートワーク配線も含まれる。抵抗部12は、好ましくは電流検出用のシャント抵抗である。U相シャント抵抗12u、V相シャント抵抗12v、およびW相シャント抵抗12wは、第1インバータ11のU相、V相、W相のそれぞれに直列接続されている。このため、電力変換装置1は、第1インバータ11の三相のうち、故障した相のみを電気的に切り離すことができる。
(第2実施形態)
図4および図5を用いて第2実施形態について説明する。
第1実施形態においては、抵抗部12は下面31に実装されていた。一方、本実施形態においては、抵抗部12は、上面32に実装されている。
図4に示すごとく、第1本体部14および第2本体部23は下面31に対向して配置されており、抵抗部12は上面32に実装されている。
蓋部61は、基板30に向かってZ方向に延出する蓋側壁部62を備える。蓋側壁部62と基板30とのZ方向の距離は、抵抗部12のZ方向の大きさよりも小さい。
図5に示すごとく、基板30に対して垂直面視された蓋側壁部62は、第1高圧端子部131と抵抗部12との間に配置されている。蓋側壁部62は、第1距離L1の経路上に配置されているともいえる。蓋側壁部62は、X方向の一方の向き、およびY方向の一方の向きから抵抗部12を囲んでいる。基板30に対して垂直面視された蓋側壁部62は、第2端子部22と抵抗部12との間に配置されている。蓋側壁部62は、第2距離L2の経路上に配置されているともいえる。
蓋側壁部62は、溶断した抵抗部12が他の電子部品に対して飛散することを抑制する。具体的には、蓋側壁部62は、溶断した抵抗部12が第1高圧端子部131、第2端子部22または制御装置50に飛散することを抑制するよう配置されている。以下、蓋側壁部62の配置について詳述する。
基板30に対して垂直面視された蓋側壁部62は、制御装置50と抵抗部12との間に配置されている。具体的には、蓋側壁部62は、X方向の一方の向き、およびY方向の一方の向きから抵抗部12を囲んでいる。蓋側壁部62は、抵抗部12を有する空間と、第1高圧端子部131、第2端子部22、および制御装置50とを有する空間と、を区画しているともいえる。
本実施形態における電力変換装置1の効果を説明する。本実施形態における電力変換装置1は、第1本体部14および第2本体部23は下面31に対向して配置されている。また、抵抗部12は、上面32に実装されている。よって、抵抗部12が溶断し飛び散った場合でも、溶断した抵抗部12が第1本体部14や第2本体部23に付着することを抑制できる。
また、基板30に対して垂直面視された蓋側壁部62は、第1高圧端子部131と抵抗部12との間に配置されている。よって、抵抗部12から見て第1高圧端子部131よりも手前に蓋側壁部62が存在する。このため、抵抗部12が溶断し第1高圧端子部131に向かって飛び散ったとしても、抵抗部12の飛散物は、第1高圧端子部131に到達するまでに蓋側壁部62に付着する。したがって、飛び散った抵抗部12が第1高圧端子部131に付着することを抑制できる。すなわち、抵抗部12の溶断によって切り離された第1インバータ11の故障した回路が、再び直流電源70に接続されることを抑制できる。
また、基板30に対して垂直面視された蓋側壁部62は、第2端子部22と抵抗部12との間に配置されている。よって、抵抗部12から見て第2端子部22よりも手前に蓋側壁部62が存在する。このため、抵抗部12が溶断し第2端子部22に向かって飛び散ったとしても、抵抗部12の飛散物は第2端子部22に到達するまでに蓋側壁部62に付着する。したがって、飛び散った抵抗部12が第2端子部22に付着することを抑制できる。すなわち、第2端子部22で短絡が生じることを抑制できる。ひいては、第1インバータ11の故障に伴って、第2インバータ21が故障することをより一層抑制できる。
また、基板30に対して垂直面視された壁部41は、制御装置50と抵抗部12との間に配置されている。よって、抵抗部12から見て制御装置50よりも手前に蓋側壁部62が存在する。このため、抵抗部12が溶断し制御装置50に向かって飛び散ったとしても、抵抗部12の飛散物は制御装置50に到達するまでに蓋側壁部62に付着する。したがって、飛び散った抵抗部12が制御装置50に付着することを抑制できる。すなわち、制御装置50が故障することを抑制できる。ひいては、第1インバータ11の故障に伴って、第2インバータ21が故障することをより一層抑制できる。
(第3実施形態)
図6を用いて第3実施形態について説明する。
第1実施形態においては、第2スイッチング素子25は、Z方向に垂直な2面のうち、一つの面のみが冷媒を流すための流路に対向して配置されていた。一方、本実施形態においては、第2スイッチング素子25は、X方向に垂直な2面の両面が、冷媒流路100に対向して配置されている。
図6に示すごとく、第2本体部23は、複数の半導体モジュール110によって構成される。半導体モジュール110は、第2スイッチング素子25が樹脂封止されて形成される。第2スイッチング素子25は、X方向に垂直な2つの面を備える。
第2インバータ21は、複数の半導体モジュール110から構成される第2本体部23と、第2本体部23を冷却する冷媒を流すための複数の冷媒流路100と、複数の冷媒流路100を連結する連結管101を備える。
複数の半導体モジュール110と複数の冷媒流路100とは積層される。すなわち、第2スイッチング素子25は、X方向に垂直な2面の両面が、冷媒流路100に対向して配置されている。このため、第2スイッチング素子25は、冷媒への放熱をより行いやすくなる。
(他の実施形態)
この明細書および図面等における開示は、例示された実施形態に制限されない。開示は、例示された実施形態と、それらに基づく当業者による変形態様を包含する。たとえば開示は、実施形態において示された部品および/または要素の組み合わせに限定されない。開示は、多様な組み合わせによって実施可能である。開示は、実施形態に追加可能な追加的な部分をもつことができる。開示は、実施形態の部品および/または要素が省略されたものを包含する。開示は、一つの実施形態と他の実施形態との間における部品および/または要素の置き換え、または組み合わせを包含する。
第1実施形態においては、第1モータ91はエンジンオイルポンプ用モータ、第2モータ92は走行用モータであるが、本開示はこれに限るものではない。第1モータ91が走行用モータ、第2モータ92がエンジンオイルポンプ用モータであってもよいし、他用途のモータであってもよい。
第1実施形態においては、制御装置50は、第1インバータ11および第2インバータ21の制御を行うが、本開示はこれ限るものではない。制御装置50は、第1インバータ11のみの制御を行うものであってもよいし、第2インバータ21のみの制御を行うものであってもよい。
第1実施形態においては、抵抗部12はシャント抵抗であるが、本開示はこれに限るものではない。第1P端子131pまたは第1N端子131nと第1スイッチング素子15とを電気的に接続する電線の中で、過電流によって溶断する、溶断特性の高い部分があればよい。たとえば、第1P端子131pまたは第1N端子131nと第1スイッチング素子15とを電気的に接続する電線に、断面積が小さい部分を設け、あるいは低融点の部材を設け、その部分を抵抗部12としてもよい。また、抵抗部12はU相、V相、W相ごとに設けられているが、各相ごとに設けられなくともよい。抵抗部12は、第1P端子131pまたは第1N端子131nから第1スイッチング素子15への電気経路のうち、U相、V相、W相が分岐する前の経路上に配置されてもよい。
第1実施形態においては、第1インバータ11は遮蔽板40に固定されているが本開示はこれに限るものではない。ケース60は支持部64を備えず、第1インバータ11は、底部65に固定されてもよい。
第1実施形態においては、第1端子部13のうち、抵抗部12と最も近い位置にある端子は第1高圧端子部131であるが、本開示はこれに限るものではない。抵抗部12と最も近い位置にある端子は、第1制御端子部132であってもよい。また、第1端子部13は、第1本体部14から基板30に向かってZ方向に沿うように延出する端子であれば、第1高圧端子部131および第1制御端子部132以外の端子でもよい。また、第2端子部22は、第2本体部23から基板30に向かってZ方向に沿うように延出する端子であれば、第2スイッチング素子25と制御装置50とを電気的に接続する端子ではなくともよい。
第1実施形態においては、電力変換装置1は遮蔽板40を有するが、本開示はこれに限るものではない。電力変換装置1は遮蔽板40を有さずともよい。
第1実施形態においては、基板30と壁部41とは接していないが、本開示はこれに限るものではない。基板30と壁部41とは接着されてもよい。この場合、壁部41によって抵抗部12を有する空間と、第1高圧端子部131、第2端子部22、および制御装置50を有する空間とが完全に区画されている。このため、溶断した抵抗部12が、第1高圧端子部131、第2端子部22、あるいは制御装置50に付着することをより一層抑制することができる。
第1実施形態においては、基板30と壁部41とのZ方向の距離は、抵抗部12のZ方向の大きさよりも小さいが、本開示はこれに限るものではない。基板30と壁部41とのZ方向の距離は、抵抗部12のZ方向の大きさより小さくてもよい。
第1実施形態においては、基板30に、抵抗部12と、第1高圧端子部131、第2端子部22、および制御装置50とを区画するための突起が設けられてもよい。
第1実施形態においては、くぼみ部42のくぼみのZ方向の深さは、抵抗部12のZ方向の大きさよりも大きいが、本開示はこれに限るものではない。くぼみ部42のくぼみのZ方向の深さは、抵抗部12のZ方向の大きさより小さくてもよい。
第1実施形態においては、壁部41およびくぼみ部42は、X方向の一方の向き、およびY方向の一方の向きから抵抗部12を囲んでいるが、本開示はこれに限るものではない。基板30に対して垂直面視された壁部41またはくぼみ部42は、抵抗部12と、第1高圧端子部131、第2端子部22、または制御装置50のいずれかの間に配置されていればよい。すなわち、壁部41またはくぼみ部42は、抵抗部12を囲んでいなくともよい。また、壁部41またはくぼみ部42のいずれか一方のみが設けられていてもよいし、壁部41およびくぼみ部42の両方が設けられていなくてもよい。
第1実施形態においては、壁部41は、基板30に対してZ方向に沿うように延出している。また、くぼみ部42は、Z方向に沿った内面を有する。しかしながら、本開示はこれに限るものではない。壁部41は、X方向およびY方向から傾斜する方向に沿うように、基板30に対して延出していてもよい。また、くぼみ部42は、X方向およびY方向から傾斜する方向に沿うように、基板30に対して延出していてもよい。
第1実施形態において、基板30に対して垂直面視された抵抗部12は、全体が、第1インバータ11と重ならない位置に配置されているが、本開示はこれに限るものではない。基板30に対して垂直面視された抵抗部12のうち一部が、第1インバータ11と重なる位置に配置されてもよい。
第1実施形態において、第1インバータ11および第2インバータ21はX方向に並んで配置されているが本開示はこれに限るものではない。第1インバータ11および第2インバータ21はY方向に並んで配置されてもよい。
第1実施形態において、基板30に対して垂直面視された抵抗部12は、第1インバータ11よりも基板30の端部に近い位置に配置されているが、本開示はこれに限るものではない。基板30に対して垂直面視された抵抗部12は、第1インバータ11と第2インバータ21との間に配置されてもよい。
第1実施形態において、制御装置50は上面32に配置されているが、本開示はこれに限るものではない。制御装置50は、下面31に配置されてもよい。
第2実施形態においては、基板30と蓋側壁部62とは接していないが、本開示はこれに限るものではない。基板30と蓋側壁部62とは接着されてもよい。この場合、蓋側壁部62によって抵抗部12を有する空間と、第1高圧端子部131、第2端子部22、および制御装置50を有する空間とが完全に区画されている。このため、溶断した抵抗部12が、第1高圧端子部131、第2端子部22、あるいは制御装置50に付着することをより一層抑制することができる。
第2実施形態においては、基板30と蓋側壁部62とのZ方向の距離は、抵抗部12のZ方向の大きさよりも小さいが、本開示はこれに限るものではない。基板30と蓋側壁部62とのZ方向の距離は、抵抗部12のZ方向の大きさより小さくてもよい。
第2実施形態においては、蓋側壁部62は、X方向およびY方向の抵抗部12を囲んでいるが、本開示はこれに限るものではない。基板30に対して垂直面視された蓋側壁部62は、抵抗部12と、第1高圧端子部131、第2端子部22、または制御装置50のいずれかの間に配置されていればよい。
第1実施形態においては、蓋側壁部62は、基板30に対してZ方向に沿うように延出しているが、本開示はこれに限るものではない。蓋側壁部62は、X方向およびY方向から傾斜する方向に沿うように、基板30に対して延出していてもよい。
1 電力変換装置、 10 第1回路部、 11 第1インバータ(第1電力変換部)、 12 抵抗部、 12u U相シャント抵抗、 12v V相シャント抵抗、 12w W相シャント抵抗、 13 第1端子部、 131 第1高圧端子部、 14 第1本体部、 15 第1スイッチング素子、 20 第2回路部、 21 第2電力変換部、 22 第2端子部、 23 第2本体部、 25 第2スイッチング素子、 30 基板、 31 下面、 32 上面、 40 遮蔽板、 41 壁部、 42 くぼみ部、 50 制御装置、 60 ケース、 61 蓋部、 62 蓋側壁部、 70 直流電源、 91 三相交流モータ(第1モータ)、 L1 第1距離、 L2 第2距離。

Claims (17)

  1. 第1スイッチング素子(15)を用いて電力変換を行う第1電力変換部(11)および前記第1電力変換部に直列接続されており過電流によって溶断する抵抗部(12)を備え、電力を供給する直流電源(70)の両端に直列接続されている第1回路部(10)と、
    第2スイッチング素子(25)を用いて電力変換を行う第2電力変換部(21)を備え、前記第1回路部に並列接続されている第2回路部(20)と、
    前記抵抗部が実装された基板(30)と、
    を有し、
    前記第1電力変換部は、前記基板に対し垂直に延出して前記基板と前記第1スイッチング素子とを接続する第1端子部(13)を備え、
    前記第2電力変換部は、前記基板に対し垂直に延出して前記基板と前記第2スイッチング素子とを接続する第2端子部(22)を備え、
    前記抵抗部と前記第2端子部との距離(L2)は、前記抵抗部と前記第1端子部との距離(L1)よりも大きい電力変換装置。
  2. 前記基板に対して垂直面視された前記抵抗部は、全体が前記第1電力変換部と重ならないように配置されている請求項1に記載の電力変換装置。
  3. 車両に搭載され、
    前記抵抗部は、前記基板において下方を向いた下面(31)に配置されている請求項1または2に記載の電力変換装置。
  4. 前記第1端子部は、前記第1スイッチング素子と、前記直流電源または三相交流モータ(91)と、を電気的に接続する第1高圧端子部(131)を備え、
    前記第1電力変換部は前記第1スイッチング素子が樹脂封止された第1本体部(14)を備え、
    前記第1本体部は、前記下面と対向する位置に配置されており、
    前記第1本体部を下方から覆う遮蔽板(40)を有し、
    前記遮蔽板は、前記下面に向かって延出して溶断した前記抵抗部の飛散を抑制する壁部(41)を備える請求項3に記載の電力変換装置。
  5. 前記基板に対して垂直面視された前記壁部は、前記第1高圧端子部と前記抵抗部との間に配置されている請求項4に記載の電力変換装置。
  6. 前記基板に対して垂直面視された前記壁部は、前記第2端子部と前記抵抗部との間に配置されている請求項4または5に記載の電力変換装置。
  7. 前記基板に実装されており、前記第2電力変換部の制御を行う制御装置(50)を有し、
    前記基板に対して垂直面視された前記壁部は、前記制御装置と前記抵抗部との間に配置されている請求項4から6のいずれか一項に記載の電力変換装置。
  8. 前記遮蔽板は、前記下面から離れるようにくぼんで溶断した前記抵抗部の飛散物を収容するくぼみ部(42)を備える請求項4から7のいずれか一項に記載の電力変換装置。
  9. 前記基板に対して垂直面視された前記くぼみ部は、前記第1高圧端子部と前記抵抗部との間に配置されている請求項8に記載の電力変換装置。
  10. 前記基板に対して垂直面視された前記くぼみ部は、前記第2端子部と前記抵抗部との間に配置されている請求項8または9に記載の電力変換装置。
  11. 前記遮蔽板は、前記下面から離れるようにくぼんだくぼみ部(42)を備え、
    前記基板に対して垂直面視された前記くぼみ部は、前記制御装置と前記抵抗部との間に配置されている請求項7に記載の電力変換装置。
  12. 車両に搭載され、
    前記基板は、前記車両への搭載時に下方を向いた下面(31)と、上方を向いた上面(32)と、を備え、
    前記第1電力変換部は前記第1スイッチング素子が樹脂封止された第1本体部(14)を備え、
    前記第2電力変換部は前記第2スイッチング素子が樹脂封止された第2本体部(23)を備え、
    前記第1本体部および前記第2本体部は前記下面に対向して配置されており、
    前記抵抗部は前記上面に配置されている請求項1または2に記載の電力変換装置。
  13. 前記第1電力変換部、前記第2電力変換部、および前記基板を収容するケース(60)を有し、
    前記ケースは、前記上面に対向して配置されており前記基板を上方から覆う蓋部(61)を備え、
    前記蓋部は、前記基板に向かって延出して溶断した前記抵抗部の飛散を抑制する蓋側壁部(62)を備える請求項12に記載の電力変換装置。
  14. 前記第1端子部は、前記第1スイッチング素子と、前記直流電源または三相交流モータ(91)と、を電気的に接続する第1高圧端子部(131)を備え、
    前記基板に対して垂直面視された前記蓋側壁部は、前記第1高圧端子部と前記抵抗部との間に配置されている請求項13に記載の電力変換装置。
  15. 前記基板に対して垂直面視された前記蓋側壁部は、前記第2端子部と前記抵抗部との間に配置されている請求項13または14に記載の電力変換装置。
  16. 前記基板に実装されており前記第2電力変換部の制御を行う制御装置(50)と、を有し、
    前記基板に対して垂直面視された前記蓋側壁部は、前記制御装置と前記抵抗部との間に配置されている請求項13から15のいずれか一項に記載の電力変換装置。
  17. 前記第1電力変換部は、三相インバータであり、
    前記抵抗部は、前記第1電力変換部の各相に直列接続された、電流検出用のシャント抵抗(12u、12v、12w)である請求項1から16のいずれか一項に記載の電力変換装置。
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