WO2021117803A1 - 電気回路装置 - Google Patents

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WO2021117803A1
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flow path
circuit device
electric circuit
cooling flow
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後藤 昭弘
啓一 田所
桑野 盛雄
勝 鴨志田
総徳 錦見
智幸 鈴木
Original Assignee
日立Astemo株式会社
本田技研工業株式会社
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    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/2089Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating for power electronics, e.g. for inverters for controlling motor
    • H05K7/20927Liquid coolant without phase change
    • HELECTRICITY
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    • H05K7/20218Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating using a liquid coolant without phase change in electronic enclosures
    • H05K7/20272Accessories for moving fluid, for expanding fluid, for connecting fluid conduits, for distributing fluid, for removing gas or for preventing leakage, e.g. pumps, tanks or manifolds
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/003Constructional details, e.g. physical layout, assembly, wiring or busbar connections
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal

Definitions

  • the present invention relates to an electric circuit device.
  • An electric circuit device having a power semiconductor module having a power switching element and performing power conversion is widely used for consumer use, in-vehicle use, railway use, substation equipment, etc. because of its high conversion efficiency.
  • Such an electric circuit device having a power semiconductor module has a cooling flow path for cooling the heat generated from the power semiconductor module, but the cooling water leaks from the cooling flow path and electricity inside the electric circuit device. There is a risk of corroding parts. Therefore, it is necessary to have a structure that prevents leakage of cooling water.
  • the lower case containing the electric components and the cooling flow path for cooling the electric components and the upper case containing the circuit board are connected by a connecting member inserted into the through holes provided in both cases. It is connected. Both cases are assembled so as to be watertightly sealed by a first sealing member provided on the peripheral edge of the lower case. Further, a second sealing member is provided on the peripheral edge of the through hole of the lower case, and a discharge groove for discharging the cooling water that has entered between the two cases is provided on the peripheral edge of the upper surface of the upper lid of the lower case. (See, for example, Patent Document 1).
  • the upper and lower cases are watertightly assembled by the first sealing member provided on the peripheral edge of the case, but the electric parts and the cooling flow path are accommodated.
  • a large space is provided in the lower case. Therefore, if the cooling flow path is damaged, it is not possible to prevent the cooling water from leaking out from the cooling flow path, and it is not possible to protect electrical parts, connecting members, and the like.
  • the electric circuit device includes a first electric component, a first case having a cooling flow path for accommodating the first electric component and cooling the first electric component, and an outlet thereof.
  • a second case that accommodates the second electrical component and has a communication flow path that communicates with the discharge port of the cooling flow path, and the first case and the case that are provided on the peripheral edge of the discharge port of the cooling flow path.
  • a first seal portion that seals the first electric component and a first seal portion that is provided outside the first seal portion with respect to the discharge port of the cooling flow path and seals the first case and the first electric component.
  • the first case is provided between the first seal portion and the second seal portion of the first case, and the first case is placed from the first electric component side to the second case side.
  • a through hole to be penetrated and a wall provided in one of the first case and the second case so as to surround the discharge port of the cooling flow path are provided, and the through hole is provided outside the wall. Has been done.
  • FIG. 1 is an external perspective view of an embodiment of an electric circuit device according to the present invention.
  • 2 (A) is an exploded perspective view of the electric circuit device shown in FIG. 1
  • FIG. 2 (B) is an enlarged view of the seal portion shown in FIG. 2 (A).
  • FIG. 3 is a perspective view of the inverter case of the electric circuit device shown in FIG. 2A as viewed from below.
  • FIG. 4 is a sectional view taken along line IV-IV of the electric circuit device shown in FIG.
  • FIG. 5 is a sectional view taken along line VV of the electric circuit device shown in FIG.
  • FIG. 6 is a plan view of the region VI of the electric circuit device shown in FIG. 2 (A) as viewed from above, and the coolant outlets of the first seal portion, the second seal portion, and the power semiconductor module are shown by dotted lines. ing.
  • FIG. 1 is an external perspective view of an embodiment of an electric circuit device according to the present invention
  • FIG. 2 (A) is an exploded perspective view of the electric circuit device shown in FIG. 1
  • FIG. 2 (B) is an exploded perspective view.
  • the X direction, the Y direction, and the Z direction are as shown in the figure.
  • the electric circuit device 100 has an inverter case 110 and a motor case 120.
  • the inverter case 110 has an accommodating portion for accommodating a power conversion circuit portion (not shown) such as a power semiconductor module 130 and an inverter circuit, and has a box structure in which the lower side (-Z direction side) is opened.
  • the motor case 120 is a case for accommodating a motor (not shown) inside. However, in FIGS. 1 and 2 (A), only a part of the motor case 120 is shown.
  • the inverter case 110 and the motor case 120 are formed by casting a metal such as aluminum or iron.
  • An inflow pipe 11 into which a coolant such as cooling water flows is attached to one side of the inverter case 110 on the upper side in the ⁇ X direction.
  • An inflow side flow path portion 111 (see FIG. 2A) through which the coolant flows is formed on the upper side (Z direction side) of the inverter case 110.
  • An inflow side outflow port 111a is provided on one end side of the inflow side flow path portion 111.
  • the coolant flows from the inflow pipe 11 into the inflow side flow path portion 111 of the inverter case 110, and flows from the inflow side outflow outlet 111a into the accommodating portion of the inverter case 110 in which the power semiconductor module 130 and other electric components are housed. To do.
  • the upper side (Z direction side) of the inflow side flow path portion 111 is covered with the water channel lid 12.
  • the water channel lid 12 is fixed to the inverter case 110 by a fastening member such as a bolt (not shown).
  • the power semiconductor module 130 has a flow path forming body 131 in which a flow path for cooling a power semiconductor element (not shown) is formed.
  • the flow path forming body 131 has a coolant intake port 131a and a coolant intake port 131b.
  • the coolant flowing out from the inflow side outflow port 111a of the inverter case 110 flows into the flow path forming body 131 from the cooling liquid intake port 131a of the flow path forming body 131, and cools the internal power semiconductor element to cool the cooling liquid. It is discharged from the outlet 131b.
  • a cooling flow path discharge port 112 is formed adjacent to the inflow side flow path portion 111.
  • the cooling flow path discharge port 112 is covered with a motor case 120.
  • the motor case 120 is formed with a communication flow path 121 that communicates with the cooling flow path discharge port 112 of the inverter case 110.
  • the coolant flowing out from the cooling flow path discharge port 112 of the inverter case 110 flows into the motor case 120 from the communication flow path 121 of the motor case 120, and cools the motor (not shown) housed therein. ..
  • the coolant flows in the order of arrows R1 to R8 shown in FIG. 2 (A).
  • the first seal portion 301 and the second seal are provided on the peripheral portions of the coolant inlet 131a and the coolant outlet 131b of the power semiconductor module 130, respectively.
  • a unit 302 is provided.
  • a wall 320 is formed on the peripheral edge of the cooling flow path discharge port 112 of the inverter case 110.
  • the wall 320 is integrally molded with the inverter case 110 by molding.
  • a through hole 311 (FIG. 4) penetrating the upper part of the inverter case 110 in the vertical direction (Z direction) outside the peripheral portion of the inflow side outlet 111a and the wall 320. , See FIG. 5) is formed.
  • the power semiconductor module 130 and the inverter case 110 are watertightly sealed by the first seal portion 301 and the second seal portion 302, and the inverter case 110 and the motor case 120 are watertightly held by the wall 320. ing.
  • these watertight structures will be described.
  • FIG. 3 is a perspective view of the inverter case of the electric circuit device shown in FIG. 2A as viewed from below.
  • the bottom of the inverter case 110 in FIG. 3 (Z direction side, upper portion in FIG. 2A) is provided with an inflow side outflow port 111a and a cooling flow path discharge port 112.
  • the inflow side outflow port 111a and the cooling flow path discharge port 112 of the inverter case 110 are provided at positions facing the coolant inlet 131a and the coolant outlet 131b of the power semiconductor module 130, respectively.
  • the power semiconductor module 130 is illustrated by a chain double-dashed line.
  • FIG. 4 is a sectional view taken along line IV-IV of the electric circuit device shown in FIG. 3
  • FIG. 5 is a sectional view taken along line VV of the electric circuit device shown in FIG.
  • an annular first seal portion 301 and a second seal portion 302 are provided on the peripheral edge of the inflow side outlet 111a of the inverter case 110.
  • the first seal portion 301 is provided so as to surround the inflow side outlet 111a
  • the second seal portion 302 is provided outside the first seal portion 301 so as to surround the first seal portion 301.
  • the first and second seal portions 301 and 302 are formed of, for example, gaskets, and are formed in an annular shape by a pair of semi-arc portions and a pair of straight portions connecting the opposite ends of the semi-arc portions, respectively. ..
  • a through hole 311 is provided between the first seal portion 301 and the second seal portion 302 so as to penetrate the bottom of the inverter case 110 in the vertical direction (Z direction). There is.
  • the through hole 311 is provided in a closed space between the first seal portion 301 and the second seal portion 302, and does not have an open portion to the outside.
  • the first and second seal portions 301 and 302 are press-fitted and fixed in the groove 133 (see FIG. 4) provided in the inverter case 110.
  • a first seal portion 301 and a second seal portion 302 are provided on the peripheral edge of the cooling flow path discharge port 112 of the inverter case 110.
  • the first seal portion 301 is provided so as to surround the cooling flow path discharge port 112, and the second seal portion 302 is provided outside the first seal portion 301 so as to surround the first seal portion 301.
  • the first and second seal portions 301 and 302 are formed of, for example, gaskets, and are formed in an annular shape by a pair of semi-arc portions and a pair of straight portions connecting the opposite ends of the semi-arc portions, respectively. ..
  • a through hole 311 is provided between the first seal portion 301 and the second seal portion 302 so as to penetrate the bottom of the inverter case 110 in the vertical direction (Z direction). Has been done.
  • the through hole 311 is provided in a closed space between the first seal portion 301 and the second seal portion 302, and does not have an open portion to the outside.
  • the first and second seal portions 301 and 302 are press-fitted and fixed in the groove 133 (see FIG. 5) provided in the inverter case 110.
  • a wall 320 projecting in the Z direction is formed on the surface of the inverter case 110 facing the motor case 120.
  • a sheet-shaped seal layer 41 is interposed between the wall 320 and the motor case 120.
  • the seal layer 41 is not provided in the portion facing the through hole 311 and in the portion where the cooling flow path discharge port 112 and the coolant outlet 131b communicate with each other.
  • the seal layer 41 is formed, for example, by printing or coating a sealing material, or by adhering a sheet-shaped sealing tape or the like.
  • FIG. 6 is a plan view of the region VI of the electric circuit device shown in FIG. 2A as viewed from above, and is a coolant outlet 131b of the first seal portion 301, the second seal portion 302, and the power semiconductor module 130. Is shown by the dotted line.
  • the wall 320 formed in the inverter case 110 includes an inner annular portion 321 that surrounds the cooling flow path discharge port 112, an outer arc portion 322 provided on the outer peripheral side of the inner annular portion 321, and an inner annular portion 321 and an outer side. It has a connecting portion 323 that communicates with the arc portion 322.
  • the inner annular portion 321 and the outer arc portion 322 are formed concentrically with the cooling flow path discharge port 112.
  • the outer arc portion 322 is formed in an arc shape having a length of about a semicircle along the outer circumference of the inner annular portion 321.
  • the through hole 311 provided in the inverter case 110 is provided between the inner annular portion 321 and the outer arc portion 322 in the vicinity of the connecting portion 323.
  • the through hole 311 of the inverter case 110 is arranged between the first seal portion 301 and the second seal portion 302.
  • the first seal portion 301 is provided so as to surround the periphery of the coolant outlet 131b of the power semiconductor module 130.
  • the centers of the coolant outlet 131b of the power semiconductor module 130 in the X and Y directions are substantially coaxial with the center O of the cooling flow path discharge port 112.
  • the tip portion 322a on the opposite side of the connecting portion 323 is separated from the inner annular portion 321, and the separation portion between the tip portion 322a of the outer arc portion 322 and the inner annular portion 321 is a through hole.
  • the 311 is an opening 335 that communicates with the outside.
  • the through hole 311 is arranged in the leak liquid control path region 330 surrounded by the inner annular portion 321 and the outer arc portion 322 and the connecting portion 323, and is arranged with the tip portion 322a of the outer arc portion 322. It is open to the outside at an opening 335 which is a separation portion from the inner annular portion 321.
  • the coolant leaking from the first seal portion 301 flows through the through hole 311 and flows through the through hole 311 of the inverter case 110. It flows out into the leaked liquid control path region 330. Since the second seal portion 302 is provided on the outer peripheral side of the first seal portion 301, the coolant flowing out into the leaked liquid regulation path region 330 exceeds the second seal portion 302 and is inside the inverter case 110. It does not spread to.
  • the connecting portion 323 of the wall 320 is provided in the vicinity of the through hole 311, the coolant flowing out from the inside of the through hole 311 moves between the inner annular portion 321 and the outer arc portion 322 toward the opening 335. To do. Therefore, it is possible to prevent the coolant from entering the inside of the inverter case 110 through the gap between the power semiconductor module 130 and the inverter case 110. As a result, it is possible to prevent the coolant from adhering to the electronic components housed inside the inverter case 110.
  • the coolant flows from the coolant flow path to the first seal portion 301. It is possible to detect that the leak has exceeded. By this detection, it is possible to take appropriate measures such as repairing the leakage point of the coolant flow path before the coolant exceeds the second seal portion 302.
  • the air in the inverter case 110 is thermally contracted, and an action of sucking water or foreign matter from the through hole 311 occurs.
  • the electric circuit device 100 gets wet with water and is rapidly cooled to a room temperature of about 20 ° C.
  • the air inside the inverter case 110 is thermally shrunk, causing a problem that water and foreign matter are sucked through the through hole 311.
  • the volume of the leaked liquid control path region 330 in other words, the inner annular portion of the wall 320 in the space sandwiched between the outer surface 110a of the inverter case 110 and the motor case 120.
  • the volume of the space closed by the 321 and the outer arc portion 322 is formed to be larger than the volume in which the air in the inverter case 110 is thermally contracted due to the temperature change.
  • the electric circuit device 100 includes a power semiconductor module (first electric component) 130 and a cooling flow path discharge port (cooling flow path outlet) 112 that accommodates the power semiconductor module 130 and cools the power semiconductor module 130.
  • a motor case (second case) 120 having an inverter case (first case) 110, a motor case (second case) 120 having a communication flow path 121 accommodating a motor (second electrical component) and communicating with a cooling flow path discharge port 112, and cooling.
  • a first seal portion 301 is provided on the peripheral edge of the flow path discharge port 112 and seals the inverter case 110 and the power semiconductor module 130, and is provided outside the first seal portion 301 with respect to the cooling flow path discharge port 112.
  • a through hole 311 that penetrates the inverter case 110 is provided on the use case 120 side, and a wall 320 that is provided on one of the inverter case 110 and the motor case 120 so as to surround the cooling flow path discharge port 112 is provided and penetrates.
  • the hole 311 is provided outside the wall 320.
  • the coolant leaking from the first seal portion 301 and flowing out from the through hole 311 to the outer surface 110a side of the inverter case 110 is introduced by the second seal portion 302 provided on the outer peripheral side of the first seal portion 301. Intrusion into the case 110 is restricted. As a result, it is possible to prevent the electrical components housed inside the inverter case 110 from being corroded by the coolant.
  • the wall 320 is provided in the inverter case (first case) 110, and a sheet-shaped seal layer 41 is interposed between the wall 320 and the motor case 120 (second case). Therefore, the watertightness between the inverter case 110 and the motor case 120 can be improved with a simple structure.
  • the wall 320 has an inner annular portion 321 surrounding the periphery of the cooling flow path discharge port 112 and an outer arc portion 322 provided outside the inner annular portion 321, and one end of the outer arc portion 322 is provided. It is connected to the inner annular portion 321 and the tip end (other end) 322a of the outer arc portion 322 is separated from the inner annular portion 321, and the through hole 311 is formed between the inner annular portion 321 and the outer arc portion 322.
  • the central angle ⁇ at the center of the cooling flow path of the straight line passing through the center of the discharge port 112 is 90 degrees or more. For this reason, it becomes difficult for water, foreign matter, etc. to enter the through hole 311 from the opening 335 in which the tip portion 322a of the outer arc portion 322 and the inner annular portion 321 are separated, and the through hole 311 is clogged or the through hole 311 is clogged. It is possible to prevent water and foreign matter from entering the inverter case via the above.
  • the inner annular portion 321 and the outer arc portion 322 of the wall 320 provided surrounding the through hole 311 in the space sandwiched between the inverter case (first case) 110 and the motor case (second case) 120.
  • the volume between the two in other words, the volume of the leaked liquid control path region 330 is larger than the volume at which the air in the inverter case 110 is thermally contracted due to a temperature change. Therefore, even if the electric circuit device 100 is rapidly cooled and the air in the inverter case 110 is thermally contracted, not all the air in the leaked liquid control path region 330 is sucked from the through hole 311.
  • the first seal portion 301 and the second seal portion 302 are exemplified as a structure in which the first seal portion 301 and the second seal portion 302 are press-fitted into the groove 133 provided in the inverter case 110.
  • the power semiconductor module 130 may be provided with a groove so that the first seal portion 301 and the second seal portion 302 are press-fitted into the groove of the power semiconductor module 130.
  • the first seal portion 301 and the second seal portion 302 may be fixed by other means such as adhesion instead of press fitting.
  • the wall 320 for watertightly sealing the inverter case 110 and the motor case 120 is exemplified as a structure integrally molded with the inverter case 110.
  • the wall 320 may be integrally molded with the motor case 120.
  • the inverter case 110 and the power semiconductor module 130 have a watertight structure using the first and second seal portions 301 and 302, and the inverter case 110 and the motor case 120 are watertight using the wall 320. Illustrated as a structure. However, on the contrary, the inverter case 110 and the power semiconductor module 130 have a watertight structure using the wall 320, and the inverter case 110 and the motor case 120 have the first and second seal portions 301 and 302. The watertight structure used may be used.
  • the power semiconductor module 130 is exemplified as an electric component housed in the inverter case 110.
  • the present invention is not limited to the power semiconductor module 130 as an electric component housed in the inverter case 110, and can be applied to, for example, a circuit board unit and other electric components.
  • the structure is exemplified in which the coolant is supplied from the inverter case 110 to the motor case 120 in which the motor is housed.
  • the present invention is not limited to the motor as an electric component to which the coolant is supplied via the inverter case 110, and can be applied to other electric components such as a gearbox and a converter.
  • the present invention can be applied to a circuit board unit or other electric components in place of the power semiconductor module 130, and can be applied to a gearbox, a converter, or the like in place of a motor. Therefore, according to the present invention, it is possible to apply a case for accommodating other electric components other than the inverter case 110.

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Abstract

電気回路装置は、第1の電気部品と、前記第1の電気部品を収容し、前記第1の電気部品を冷却する冷却流路とその排出口を有する第1ケースと、第2の電気部品を収容し、前記冷却流路の排出口に連通する連通流路を有する第2ケースと、前記冷却流路の排出口の周縁部に設けられ、前記第1ケースと前記第1の電気部品とを密封する第1シール部と、前記冷却流路の排出口に対して前記第1シール部より外側に設けられ、前記第1ケースと前記第1の電気部品とを密封する第2シール部と、前記第1ケースの、前記第1シール部と前記第2シール部との間に設けられ、前記第1の電気部品側から前記第2ケース側に前記第1ケースを貫通する貫通孔と、前記第1ケースおよび前記第2ケースの一方に、前記冷却流路の排出口の周囲を囲んで設けられた壁と、を備え、前記貫通孔は前記壁の外部に設けられている。

Description

電気回路装置
 本発明は、電気回路装置に関する。
 パワー用のスイッチング素子を有するパワー半導体モジュールを有し、電力変換を行う電気回路装置は、変換効率が高いため、民生用、車載用、鉄道用、変電設備などに幅広く利用されている。
 このような、パワー半導体モジュールを有する電気回路装置では、パワー半導体モジュールから発生される熱を冷却するための冷却流路を有するが、冷却水が冷却流路から漏れ出し、電気回路装置内部の電気部品を腐食させるおそれがある。このため、冷却水の漏れを防ぐ構造とする必要がある。
 このような電気回路装置の一例として、冷却水が付着すると腐食する部分を、二重のシール構造により防止する構造としたものがある。この構造では、電気部品および電気部品を冷却する冷却流路が収容された下側ケースと、回路基板が収容された上側ケースとが、両ケースに設けた貫通孔内に挿通された接続部材により接続されている。両ケースは、下側ケースの周縁部に設けた第1のシール部材により、水密に密封するように組み付けられる。また、下側ケースの貫通孔の周縁部に第2のシール部材が設けられており、下側ケース上蓋上面の周縁部には、両ケースの間に浸入した冷却水を排出する排出溝が設けられている(例えば、特許文献1参照)。
日本国特開2007-59602号公報
 特許文献1に記載された電気回路装置では、上・下側ケースは、ケースの周縁部に設けた第1のシール部材により、水密に組み付けられているが、電気部品および冷却流路が収容された下側ケース内には、広い空間が設けられている。このため、冷却流路が損傷すると、冷却水が冷却流路から漏れ出すのを防止することができず、電気部品や接続部材などを保護することができない。
 本発明の一態様による電気回路装置は、第1の電気部品と、前記第1の電気部品を収容し、前記第1の電気部品を冷却する冷却流路とその排出口を有する第1ケースと、第2の電気部品を収容し、前記冷却流路の排出口に連通する連通流路を有する第2ケースと、前記冷却流路の排出口の周縁部に設けられ、前記第1ケースと前記第1の電気部品とを密封する第1シール部と、前記冷却流路の排出口に対して前記第1シール部より外側に設けられ、前記第1ケースと前記第1の電気部品とを密封する第2シール部と、前記第1ケースの、前記第1シール部と前記第2シール部との間に設けられ、前記第1の電気部品側から前記第2ケース側に前記第1ケースを貫通する貫通孔と、前記第1ケースおよび前記第2ケースの一方に、前記冷却流路の排出口の周囲を囲んで設けられた壁と、を備え、前記貫通孔は前記壁の外部に設けられている。
 本発明によれば、冷却流路の排出口から漏出する冷却液が第1ケース内部に漏出するのを抑制することができる。
図1は、本発明による電気回路装置の一実施形態の外観斜視図である。 図2(A)は、図1に図示された電気回路装置の分解斜視図であり、図2(B)は、図2(A)に図示されたシール部の拡大図である。 図3は、図2(A)に図示された電気回路装置のインバータケースを下方側からみた斜視図である。 図4は、図3に図示された電気回路装置のIV-IV線断面図である。 図5は、図3に図示された電気回路装置のV-V線断面図である。 図6は、図2(A)に図示された電気回路装置の領域VIを上方からみた平面図であり、第1シール部、第2シール部およびパワー半導体モジュールの冷却液取出口を点線で示している。
 以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の記載および図面は、本発明を説明するための例示であって、説明の明確化のため、適宜、省略および簡略化がなされている。本発明は、他の種々の形態でも実施する事が可能である。特に限定しない限り、各構成要素は単数でも複数でも構わない。
 図面において示す各構成要素の位置、大きさ、形状、範囲などは、発明の理解を容易にするため、実際の位置、大きさ、形状、範囲などを表していない場合がある。このため、本発明は、必ずしも、図面に開示された位置、大きさ、形状、範囲などに限定されない。
 図1は、本発明による電気回路装置の一実施形態の外観斜視図であり、図2(A)は、図1に図示された電気回路装置の分解斜視図であり、図2(B)は、図2(A)に図示されたシール部の拡大図である。
 なお、以下の説明において、X方向、Y方向、Z方向は、図示の通りとする。
 図1に図示されるように、電気回路装置100は、インバータケース110とモータ用ケース120を有する。
 インバータケース110は、パワー半導体モジュール130およびインバータ回路などの電力変換回路部(図示せず)を収容する収容部を有し、下方側(-Z方向側)が開口されたボックス構造を有する。
 モータ用ケース120は、内部にモータ(図示せず)を収容するケースである。但し、図1、図2(A)では、モータ用ケース120の一部のみが図示されている。
 インバータケース110およびモータ用ケース120は、アルミニウムや鉄などの金属を鋳造して形成されている。
 インバータケース110の-X方向上部側の一側部には、冷却水などの冷却液が流入する流入管11が取り付けられている。インバータケース110の上部側(Z方向側)には、冷却液が流れる流入側流路部111(図2(A)参照)が形成されている。流入側流路部111の一端部側には、流入側流出口111aが設けられている。冷却液は、流入管11からインバータケース110の流入側流路部111に流入し、流入側流出口111aから、パワー半導体モジュール130および他の電気部品が収容されたインバータケース110の収容部内に流入する。流入側流路部111の上部側(Z方向側)は、水路蓋12により覆われている。水路蓋12は、不図示のボルトなどの締結部材によりインバータケース110に固定される。
 パワー半導体モジュール130は、パワー半導体素子(図示せず)を冷却するための流路が形成された流路形成体131を有する。流路形成体131は、冷却液取入口131aおよび冷却液取出口131bを有する。インバータケース110の流入側流出口111aから流出される冷却液は、流路形成体131の冷却液取入口131aから流路形成体131内に流入し、内部のパワー半導体素子を冷却して冷却液取出口131bより排出される。
 インバータケース110の上部側(Z方向側)には、流入側流路部111に隣接して、冷却流路排出口112が形成されている。冷却流路排出口112は、モータ用ケース120によって覆われている。
 モータ用ケース120には、インバータケース110の冷却流路排出口112に連通する連通流路121が形成されている。インバータケース110の冷却流路排出口112から流出する冷却液は、モータ用ケース120の連通流路121からモータ用ケース120内に流入し、内部に収容されたモータ(図示せず)を冷却する。
 冷却液は、図2(A)に図示された矢印R1~R8の順に流動する。
 図2(A)、図2(B)に図示されるように、パワー半導体モジュール130の冷却液取入口131aおよび冷却液取出口131bそれぞれの周縁部には、第1シール部301および第2シール部302が設けられている。
 また、インバータケース110の冷却流路排出口112の周縁部には、壁320が形成されている。壁320は、モールド成形によりインバータケース110に一体成形されている。図2(A)には図示しないが、流入側流出口111aの周縁部、および壁320の外部には、インバータケース110の上部を、上下方向(Z方向)に貫通する貫通孔311(図4、図5参照)が形成されている。本実施形態では、第1シール部301、第2シール部302により、パワー半導体モジュール130とインバータケース110を水密に密封し、壁320により、インバータケース110とモータ用ケース120とを水密に保持している。以下、これらの水密構造について説明する。
 図3は、図2(A)に図示された電気回路装置のインバータケースを下方側からみた斜視図である。
 図3におけるインバータケース110の底部(Z方向側、図2(A)における上部)には、流入側流出口111aおよび冷却流路排出口112が設けられている。インバータケース110の流入側流出口111aおよび冷却流路排出口112は、それぞれ、パワー半導体モジュール130の冷却液取入口131aおよび冷却液取出口131bと対向する位置に設けられている。なお、図3には、パワー半導体モジュール130が二点鎖線で図示されている。
 図4は、図3に図示された電気回路装置のIV-IV線断面図であり、図5は、図3に図示された電気回路装置のV-V線断面図である。
 図3、図4に図示されるように、インバータケース110の流入側流出口111aの周縁部には、環状の第1シール部301および第2シール部302が設けられている。第1シール部301は、流入側流出口111aの周囲を囲んで設けられ、第2シール部302は、第1シール部301の外側に、第1シール部301を囲んで設けられている。
 第1、第2シール部301、302は、例えば、ガスケットにより形成され、それぞれ、一対の半円弧部と、半円弧部の対向する端部同士を結ぶ一対の直線部により環状に形成されている。
 流入側流出口111aのY方向側には、第1シール部301と第2シール部302の間に、インバータケース110の底部を、上下方向(Z方向)に貫通する貫通孔311が設けられている。貫通孔311は、第1シール部301と第2シール部302の間の閉空間内に設けられており、外部への開放部を有していない。第1、第2シール部301、302は、インバータケース110に設けられた溝133(図4参照)に圧入されて固定されている。
 図3、図5に図示されるように、インバータケース110の冷却流路排出口112の周縁部には、第1シール部301と第2シール部302が設けられている。第1シール部301は、冷却流路排出口112の周囲を囲んで設けられ、第2シール部302は、第1シール部301の外側に、第1シール部301を囲んで設けられている。第1、第2シール部301、302は、例えば、ガスケットにより形成され、それぞれ、一対の半円弧部と、半円弧部の対向する端部同士を結ぶ一対の直線部により環状に形成されている。
 冷却流路排出口112の-Y方向側には、第1シール部301と第2シール部302の間に、インバータケース110の底部を、上下方向(Z方向)に貫通する貫通孔311が設けられている。貫通孔311は、第1シール部301と第2シール部302の間の閉空間内に設けられており、外部への開放部を有していない。第1、第2シール部301、302は、インバータケース110に設けられた溝133(図5参照)に圧入されて固定されている。
 図5に図示されるように、インバータケース110のモータ用ケース120に対向する面には、Z方向に突出する壁320が形成されている。壁320とモータ用ケース120との間には、シート状のシール層41が介装されている。シール層41は、貫通孔311と対向する部分、および冷却流路排出口112と冷却液取出口131bが連通する部分には設けられていない。シール層41は、例えば、シール材の印刷、塗布により形成されるか、またはシート状のシールテープなどを接着するなどして形成される。
 図6は、図2(A)に図示された電気回路装置の領域VIを上方からみた平面図であり、第1シール部301、第2シール部302およびパワー半導体モジュール130の冷却液取出口131bを点線で示している。
 インバータケース110に形成された壁320は、冷却流路排出口112の周囲を囲む内側環状部321と、内側環状部321の外周側に設けられた外側円弧部322と、内側環状部321と外側円弧部322を連通する接続部323を有する。
 内側環状部321および外側円弧部322は、冷却流路排出口112と同心円に形成されている。外側円弧部322は、内側環状部321の外周に沿って、ほぼ半円程度の長さの円弧状に形成されている。インバータケース110に設けられた貫通孔311は、接続部323近傍の内側環状部321と外側円弧部322との間に設けられている。
 インバータケース110の貫通孔311は、第1シール部301と第2シール部302の間に配置されている。第1シール部301は、パワー半導体モジュール130の冷却液取出口131bの周囲を取り囲んで設けられている。パワー半導体モジュール130の冷却液取出口131bのX方向およびY方向の中心は、ほぼ冷却流路排出口112の中心Oと同軸上に位置している。
 外側円弧部322は、接続部323と反対側の先端部322aが、内側環状部321から離間しており、この外側円弧部322の先端部322aと内側環状部321との離間部が、貫通孔311が外部に連通する開放口335となっている。
 換言すれば、貫通孔311は、内側環状部321、外側円弧部322および接続部323により周囲を囲まれた漏出液規制路領域330内に配置されており、外側円弧部322の先端部322aと内側環状部321との離間部である開放口335で外部に開放されている。
 パワー半導体モジュール130の冷却液取出口131bおよびインバータケース110の冷却流路排出口112内を流動する際、第1シール部301から漏出した冷却液は、貫通孔311内を流れ、インバータケース110の漏出液規制路領域330内に流れ出る。第1シール部301の外周側には第2シール部302が設けられているため、漏出液規制路領域330内に流れ出た冷却液は、第2シール部302を超えてインバータケース110の内方に広がることはない。貫通孔311の近傍には壁320の接続部323が設けられているため、貫通孔311内から流れ出た冷却液は内側環状部321と外側円弧部322との間を開放口335に向けて移動する。このため、冷却液がパワー半導体モジュール130とインバータケース110間の隙間からインバータケース110の内部に浸入するのが抑制される。これにより、インバータケース110の内部に収容された電子部品に冷却液が付着するのを防止することができる。
 また、貫通孔311から漏出液規制路領域330を介して冷却液がインバータケース110の外面110aに流れ出るのを目視などにより確認することにより、冷却液が冷却液流路から第1シール部301を超えて漏出したことを検出することができる。この検出により、冷却液が第2シール部302を超える前に冷却液流路の漏出個所の修理など、適切な対応を図ることが可能となる。
 図6に図示されるように、貫通孔311の中心と冷却流路排出口112の中心Oを通る直線Lに対する外側円弧部322の先端部322aと冷却流路排出口112の中心Oを通る直線Lの、冷却流路排出口112の中心Oにおける中心角θは、90度~180度とされている。漏出液規制路領域330の開放口335からは、水や異物などが貫通孔311に入り込むおそれがある。本実施形態では、漏出液規制路領域330は円弧形状を有しているため、中心角θが90度以上あると、水や異物は、一旦、貫通孔311と逆方向に移動することになり、貫通孔311に入り込み難くなる。これにより、貫通孔311の目詰まりや、貫通孔311を介してインバータケース内への水や異物の浸入を抑制することができる。
 なお、電気回路装置100が急激に冷えると、インバータケース110内の空気が熱収縮し、貫通孔311から水や異物を吸入しようとする作用が生じる。例えば、電気回路装置100が水に濡れ、20℃程度の常温に急冷したとする。これにより、インバータケース110内の空気が熱収縮し、貫通孔311から水や異物が吸入されるという課題が生じる。この課題に対して、本実施形態では、漏出液規制路領域330の容積、換言すれば、インバータケース110の外面110aとモータ用ケース120とに挟まれた空間内における、壁320の内側環状部321と外側円弧部322により閉塞された空間の容積は、温度変化によりインバータケース110内の空気が熱収縮する容積より大きく形成されている。
 このような構造であるため、電気回路装置100が急激に冷え、インバータケース110内の空気が熱収縮しても、漏出液規制路領域330内のすべての空気が、貫通孔311から吸い込まれることはない。従って、漏出液規制路領域330外部の水や異物は、貫通孔311から吸い込まれることはなく、これによって、貫通孔311の目詰まりや、貫通孔311を介してインバータケース内への水や異物の侵入を抑制することができる。
 上記実施形態によれば、下記の効果を奏する。
(1)電気回路装置100は、パワー半導体モジュール(第1の電気部品)130と、パワー半導体モジュール130を収容し、パワー半導体モジュール130を冷却する冷却流路排出口(冷却流路出口)112を有するインバータケース(第1ケース)110と、モータ(第2の電気部品)を収容し、冷却流路排出口112に連通する連通流路121を有するモータ用ケース(第2ケース)120と、冷却流路排出口112の周縁部に設けられ、インバータケース110とパワー半導体モジュール130とを密封する第1シール部301と、冷却流路排出口112に対して第1シール部301より外側に設けられ、インバータケース110とパワー半導体モジュール130とを密封する第2シール部302と、インバータケース110の、第1シール部301と第2シール部302との間に設けられ、パワー半導体モジュール130側からモータ用ケース120側にインバータケース110を貫通する貫通孔311と、インバータケース110およびモータ用ケース120の一方に、冷却流路排出口112の周囲を囲んで設けられた壁320と、を備え、貫通孔311は壁320の外部に設けられている。このため、第1シール部301から漏出し、貫通孔311からインバータケース110の外面110a側に流れ出た冷却液は、第1シール部301の外周側に設けられた第2シール部302により、インバータケース110の内への浸入が規制される。これにより、インバータケース110の内部に収容された電気部品が冷却液により腐食されるのを防止することができる。
(2)壁320は、インバータケース(第1ケース)110に設けられ、壁320とモータ用ケース120(第2ケース)との間にシート状のシール層41が介装されている。このため、簡素な構造でインバータケース110とモータ用ケース120との水密性を高めることができる。
(3)壁320は、冷却流路排出口112の周囲を囲む内側環状部321と、内側環状部321の外側に設けられた外側円弧部322とを、有し、外側円弧部322の一端は内側環状部321に接続され、外側円弧部322の先端部(他端)322aは内側環状部321から離間されており、貫通孔311は、内側環状部321と外側円弧部322との間で、かつ、内側環状部321に接続された外側円弧部322の一端近傍に設けられ、貫通孔311の中心と冷却流路の中心を通る直線Lに対する外側円弧部322の先端部322aと冷却流路の排出口112の中心を通る直線の、冷却流路の中心における中心角θは、90度以上である。このため、外側円弧部322の先端部322aと内側環状部321とが離間された開放口335から、水や異物などが貫通孔311に入り込み難くなり、貫通孔311の目詰まりや、貫通孔311を介してインバータケース内に水や異物が侵入するのを抑制することができる。
(4)インバータケース(第1ケース)110とモータ用ケース(第2ケース)120とに挟まれた空間における、貫通孔311を囲んで設けられた壁320の内側環状部321と外側円弧部322との間の容積、換言すれば、漏出液規制路領域330の容積は、温度変化によりインバータケース110内の空気が熱収縮する体積より大きい。このため、電気回路装置100が急激に冷え、インバータケース110内の空気が熱収縮しても、漏出液規制路領域330内のすべての空気が、貫通孔311から吸い込まれることはない。従って、漏出液規制路領域330外部の水や異物が貫通孔311から吸い込まれることはなく、これによって、貫通孔311の目詰まりや、貫通孔311を介してインバータケース内に水や異物などが浸入するのを抑制することができる。
 なお、上記実施形態では、第1シール部301および第2シール部302は、インバータケース110に設けた溝133に圧入する構造として例示した。しかし、パワー半導体モジュール130に溝を設けて、第1シール部301および第2シール部302を、パワー半導体モジュール130の溝に圧入するようにしてもよい。また、第1シール部301、および第2シール部302の固定は、圧入ではなく、接着など他の手段を用いてもよい。
 上記実施形態では、インバータケース110とモータ用ケース120とを水密に密封するための壁320は、インバータケース110に一体成形する構造として例示した。しかし、壁320は、モータ用ケース120に一体成形してもよい。
 上記実施形態では、インバータケース110とパワー半導体モジュール130とを、第1、第2シール部301、302を用いた水密構造とし、インバータケース110とモータ用ケース120とを、壁320を用いた水密構造として例示した。しかし、これとは逆に、インバータケース110とパワー半導体モジュール130とを、壁320を用いた水密構造とし、インバータケース110とモータ用ケース120とを、第1、第2シール部301、302を用いた水密構造としてもよい。
 上記実施形態では、インバータケース110内に収容される電気部品として、パワー半導体モジュール130を例示した。しかし、本発明は、インバータケース110内に収容される電気部品としてパワー半導体モジュール130に限られるものではなく、例えば、回路基板ユニットや他の電気部品に対しても適用可能である。
 上記実施形態では、冷却液をインバータケース110からモータが収容されるモータ用ケース120に供給する構造として例示した。しかし、本発明は、インバータケース110を介して冷却液が供給される電気部品として、モータに限られるものではなく、ギアボックやコンバータなどの他の電気部品に対しても適用が可能である。
 上述したように、本発明は、パワー半導体モジュール130に替えて回路基板ユニットや他の電気部品に適用可能であり、モータに替えてギアボックやコンバータなどに適用可能である。従って、本発明は、インバータケース110以外の、他の電気部品を収容するケースを適用することが可能である。
 上記では、種々の変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。
 次の優先権基礎出願の開示内容は引用文としてここに組み込まれる。
 日本国特許出願2019-223178(2019年12月10日出願)
 41   シール層
100   電気回路装置
110   インバータケース(第1ケース)
110a  外面
111   流入側流路部
112   冷却流路排出口(冷却流路の排出口)
120   モータ用ケース(第2ケース)
121   連通流路
130   パワー半導体モジュール(第1の電気部品)
301   第1シール部
302   第2シール部
311   貫通孔
320   壁
321   内側環状部
322   外側円弧部
322a  先端部(他端)
330   漏出液規制路領域
335   開放口
  L    直線
  L    直線
  O   冷却流路排出口の中心

Claims (6)

  1.  第1の電気部品と、
     前記第1の電気部品を収容し、前記第1の電気部品を冷却する冷却流路とその排出口を有する第1ケースと、
     第2の電気部品を収容し、前記冷却流路の排出口に連通する連通流路を有する第2ケースと、
     前記冷却流路の排出口の周縁部に設けられ、前記第1ケースと前記第1の電気部品とを密封する第1シール部と、
     前記冷却流路の排出口に対して前記第1シール部より外側に設けられ、前記第1ケースと前記第1の電気部品とを密封する第2シール部と、
     前記第1ケースの、前記第1シール部と前記第2シール部との間に設けられ、前記第1の電気部品側から前記第2ケース側に前記第1ケースを貫通する貫通孔と、
     前記第1ケースおよび前記第2ケースの一方に、前記冷却流路の排出口の周囲を囲んで設けられた壁と、を備え、
     前記貫通孔は前記壁の外部に設けられている、電気回路装置。
  2.  請求項1に記載の電気回路装置において、
     前記壁は、前記第1ケースに設けられ、
     前記壁と前記第2ケースとの間にシート状のシール層が介装されている、電気回路装置。
  3.  請求項1に記載の電気回路装置において、
     前記壁は、
     前記冷却流路の周囲を囲む内側環状部と、
     前記内側環状部の外側に設けられた外側円弧部と、を有し、
     前記外側円弧部の一端は前記内側環状部に接続され、前記外側円弧部の他端は前記内側環状部から離間されており、
     前記貫通孔は、前記内側環状部と前記外側円弧部との間で、かつ、前記内側環状部に接続された前記外側円弧部の前記一端近傍に設けられ、
     前記貫通孔の中心と前記冷却流路の排出口の中心を通る直線に対する前記外側円弧部の前記他端と前記冷却流路の中心を通る直線の、前記冷却流路の中心における中心角θは、90度以上である、電気回路装置。
  4.  請求項3に記載の電気回路装置において、
     前記第1ケースと前記第2ケースとに挟まれた空間における、前記貫通孔を囲んで設けられた前記壁の前記内側環状部と前記外側円弧部との間の容積は、温度変化により前記第1ケース内の空気が熱収縮する体積より大きい、電気回路装置。
  5.  請求項1から4までのいずれか一項に記載の電気回路装置において、
     前記第1の電気部品は、半導体モジュールである、電気回路装置。
  6.  請求項1から4までのいずれか一項に記載の電気回路装置において、
     前記第1ケースは、電力変換回路部を内部に収容するインバータケースである、電気回路装置。
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