FR3144722A1 - Convertisseur de tension assurant une fonction de raccordement électrique de puissance - Google Patents
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Abstract
La présente invention vise un convertisseur de tension (1) comportant un carter (100), un premier et un second connecteur de puissance (3 ; 4), un module électronique de puissance (300) et un module de refroidissement (2) configuré pour dissiper la chaleur générée par ledit module électronique de puissance (300), ledit module de refroidissement (2) délimitant une première cavité (5) et une deuxième cavité (6) à l’intérieur du carter (100) ; le premier et le second connecteur de puissance (4 ; 3) étant électriquement reliés dans la seconde cavité (6), et le second étant relié au module électronique de puissance (300) dans la première cavité (5), l’un parmi le premier et le second connecteur de puissance étant configuré pour être alimenté par une batterie (7) et l’autre étant configuré pour alimenter en énergie électrique un équipement électrique externe (8). Figure de l’abrégé : Figure 6
Description
La présente invention concerne les équipements électriques tels que les convertisseurs de tension, munis de modules électronique de puissance et associés à une machine électrique, par exemple un moteur de véhicule électrique ou hybride.
Comme cela est connu, un véhicule automobile électrique ou hybride comprend un système de motorisation électrique alimenté par une batterie d’alimentation haute tension via un réseau électrique embarqué haute tension et une pluralité d’équipements électriques auxiliaires alimentés par une batterie d’alimentation basse tension via un réseau électrique embarqué basse tension. La batterie d’alimentation haute tension assure une fonction d’alimentation en énergie du système de motorisation électrique permettant la propulsion du véhicule. Plus précisément, afin de commander la machine électrique entrainant les roues du véhicule, il est connu d’utiliser un convertisseur de tension permettant de convertir la tension continue fournie par la batterie d’alimentation haute tension en une ou plusieurs tensions de commande alternatives, par exemple sinusoïdales.
Il est également connu d’intégrer au sein du convertisseur de tension un dispositif de filtrage capacitif dénommé capacité de liaison ou « DC-link capacitor » pour l’homme du métier, ayant notamment pour fonction la stabilisation de la tension fournie au composant d’électronique de puissance actif du convertisseur de tension, en particulier un module électronique de puissance, des barres de conduction électrique, appelées « busbar », et des cartes électroniques.
Le module électronique de puissance est un ensemble comprenant des composants par lesquels passe de l’énergie alimentant la machine électrique, notamment destinés à transformer le courant continu en courants alternatifs, ou inversement. Ces composants peuvent comprendre des interrupteurs électroniques, tels que par exemple des transistors semi-conducteurs, agencés en circuit électrique pour permettre un passage commandé d’énergie électrique entre la batterie d’alimentation et la machine électrique. En particulier, les composants sont des puces semi-conductrices nues pour lesquels on réalise une encapsulation. Autrement dit, le module électronique de puissance est un ensemble comprenant une pluralité de puces semi-conductrices formant un circuit électrique encapsulées dans un même boîtier.
Les barres de conduction électrique, dites « Busbars », comportent des connecteurs électriques, appelés « Leadframe ». Il est connu de mettre en œuvre de tels connecteurs électriques pour connecter électriquement des équipements électriques entre eux ou vis-à-vis d’un réseau électrique d’alimentation, notamment dans un environnement haute tension. Par exemple, des connecteurs électriques dits « haute tension » sont utilisés pour connecter des équipements électriques haute tension dans les véhicules électriques ou hybrides.
Les connecteurs électriques sont ainsi prévus sur une paroi ou un couvercle d’un équipement électrique, notamment haute tension, par exemple pour relier ledit équipement électrique à un réseau électrique d’alimentation. Une extension dudit connecteur électrique est nécessaire pour amener l’énergie électrique issue du réseau électrique d’alimentation jusqu’à une carte électronique disposée dans le châssis de l’équipement électrique.
Un tel connecteur électrique intégré à un châssis d’un équipement électrique permet ainsi de relier électriquement cet équipement électrique à un réseau électrique d’alimentation ou à un autre équipement électrique.
De plus, il est nécessaire de prévoir des moyens de refroidissement de certains systèmes électriques, en particulier du convertisseur de tension alimentant le moteur électrique et dudit moteur électrique. A cette fin, selon l’état de l’art, un circuit de refroidissement à fluide, en particulier à eau liquide, est intégré au système de motorisation électrique.
Selon une technologie connue, un circuit de refroidissement à eau comprend des canalisations pour faire circuler de l’eau dans le boîtier enfermant le convertisseur de tension, d’une part, puis un tuyau permet d’acheminer l’eau jusqu’au châssis du moteur. Au moyen des échanges thermiques entre les composants chauds et le fluide, plus froid, l’objectif est de refroidir lesdits composants chauds.
Toutefois, la batterie d’alimentation ne permet que d’alimenter une source de puissance puisqu’elle ne comporte qu’une sortie, par exemple le convertisseur de tension.
L’invention vise à résoudre les inconvénients de l’état de la technique en proposant un convertisseur de tension relié d’une part à la sortie de la batterie permettant d’alimenter une première source de puissance, le convertisseur de tension, mais également une seconde source de puissance différente de la première source de puissance. Ainsi, la batterie permet l’alimentation des deux sources de puissance tout en conservant son unique sortie.
Plus précisément, l’invention a pour objet convertisseur de tension, notamment configuré pour être embarqué dans un véhicule, comportant : un carter; un premier connecteur de puissance ; un module électronique de puissance comprenant au moins un bras de commutation et étant configuré pour être connecté électriquement à une machine électrique ; et un module de refroidissement configuré pour dissiper la chaleur générée par ledit module électronique de puissance, ledit module de refroidissement délimitant une première cavité et une deuxième cavité à l’intérieur du carter; ledit convertisseur de tension comportant en outre un second connecteur de puissance, le second connecteur de puissance étant électriquement relié au premier connecteur de puissance, dans la seconde cavité du carter, et étant d’autre part électriquement relié audit module électronique de puissance dans la première cavité du carter, l’un parmi le premier connecteur de puissance et le second connecteur de puissance étant configuré pour être alimenté par une batterie et l’autre parmi le premier et le second connecteurs de puissance étant configuré pour alimenter en énergie électrique un équipement électrique externe.
Le premier connecteur de puissance et le second connecteur de puissance sont électriquement reliés dans une cavité du carter, tandis que l’un des connecteurs de puissance présente deux sorties, l’une pour être reliée au module électronique de puissance, l’autre pour être reliée à un équipement électrique externe. Le connecteur de puissance est alors relié au module de puissance dans la première cavité. Ainsi, la batterie, au travers des connecteurs de puissance permet l’alimentation à la fois du module électronique de puissance et de l’équipement électrique externe, sans pour autant modifier l’encombrement ni l’architecture du convertisseur de tension.
Avantageusement, l’un des premier et second connecteurs de puissance comporte au moins un connecteur électrique, l’autre connecteur de puissance comporte au moins un premier connecteur électrique et un deuxième connecteur électrique, ledit connecteur électrique de l’un des premier et second connecteurs de puissance étant relié au premier connecteur électrique de l’autre connecteur de puissance, le deuxième connecteur électrique de l’autre connecteur de puissance étant relié au module électronique de puissance.
Le premier connecteur électrique, dans le second connecteur de puissance est scindé en deux portions de connecteur, la première portion formant le deuxième connecteur électrique et la seconde portion formant un connecteur électrique destiné à être relié à l’équipement électrique externe. La première portion est pliée et retournée, de sorte à s’étendre dans la même direction que le premier connecteur et vers l’intérieur de la première cavité du convertisseur de tension.
Avantageusement, le premier connecteur de puissance et le second connecteur de puissance sont reliés au carter du module de refroidissement, de part et d’autre dudit carter.
Avantageusement encore, le connecteur électrique de l’un des premier et second connecteurs de puissance et le premier connecteur électrique et le deuxième connecteur électrique de l’autre connecteur de puissance sont des connecteurs électriques plats et rigides.
De tels connecteurs plats et rigides permettent un meilleur contact entre eux et facilite leur liaison. En particulier, de tels connecteurs plats ne peuvent rouler ou se déplacer dans le carter.
Avantageusement, le module de refroidissement comporte en outre un couvercle configuré pour recouvrir la première cavité et la seconde cavité de sorte à les rendre étanches.
Avantageusement, la première cavité et la seconde cavité sont séparées par une paroi de séparation configurée pour assurer une fonction de bouclier électromagnétique entre la seconde cavité et la première cavité.
La paroi de séparation permet de former un bouclier électromagnétique entre la première et la seconde cavité du carter, et donc d’isoler les connecteurs disposés dans la première cavité des connecteurs et des composants disposés dans l’autre cavité. Une telle paroi permet aussi de s’adapter au carter déjà existant du convertisseur de tension.
Avantageusement encore, le second connecteur de puissance comporte un module capacitif configuré pour filtrer le bruit généré dans ledit convertisseur de tension.
Préférentiellement, au moins le connecteur électrique de l’un des premier et second connecteurs de puissance et le premier connecteur électrique de l’autre connecteur de puissance comporte chacun une extrémité formant un ergot, l’ergot de l’extrémité de l’un des premier et second connecteur de puissance étant configuré pour coopérer avec l’ergot de l’extrémité du premier connecteur électrique de l’autre connecteur de puissance. Par exemple, l’ergot s’étend sous la forme d’une portion en saillie. La portion en saillie s’étend dans cet exemple dans une direction perpendiculaire à la direction d’extension du corps du connecteur de puissance. L’ergot permet notamment de faciliter l’alignement des connecteurs de puissance entre eux pour simplifier leur connexion électrique.
Un tel ergot permet aux connecteurs de puissance d’être électriquement reliés, tout en leur permettant d’avoir une longueur variable. Aussi, l’ergot permet une mise en position des connecteurs électriques avant soudage.
Préférentiellement encore, l’un parmi le premier connecteur de puissance et le second connecteur de puissance comporte un premier connecteur électrique, un deuxième connecteur électrique et un troisième connecteur électrique, lesdits premier connecteur électrique, deuxième connecteur électrique et troisième connecteur électrique étant monoblocs.
L’invention concerne également, un système électrique caractérisé en ce qu’il comprend un convertisseur de tension tel que décrit plus haut et une machine électrique tournante pilotée par ledit convertisseur de tension.
L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple, et se référant aux dessins annexés donnés à titre d’exemples non limitatifs, dans lesquels des références identiques sont données à des objets semblables et sur lesquels :
La est une représentation schématique en perspective d’un convertisseur de tension selon l’invention, le convertisseur comportant un carter et un couvercle ;
La est une représentation schématique, vue de dessus, du convertisseur de tension de la , sans le couvercle et rendant visible un premier et un second connecteurs de puissance ainsi que leur connecteurs électriques respectifs ;
La est une représentation schématique, vue de dessus du convertisseur de tension de la , rendant visible, de manière éclatée, seul un des connecteurs de puissance ;
La est un agrandissement du connecteur de puissance de la ;
La est une représentation schématique en perspective de la liaison entre les connecteurs électriques du premier et du second connecteurs de puissance ;
La est une représentation très schématique du convertisseur de tension de la , selon un premier mode de réalisation ; et
La est une représentation semblable à la du convertisseur de tension, mais selon un second mode de réalisation.
Il faut noter que les figures exposent l’invention de manière détaillée pour permettre de mettre en œuvre l’invention ; bien que non limitatives, lesdites figures servent notamment à mieux définir l’invention le cas échéant.
La illustre un convertisseur de tension 1, par exemple configuré pour être embarqué dans un véhicule. Il s’agit par exemple ici d’un onduleur. Le convertisseur 1 comporte un carter 100 et un couvercle 200 amovible entre une position retirée dans laquelle un espace intérieur du carter est accessible et une position fermée qui correspond à une position de fonctionnement du convertisseur de tension 1.
Le convertisseur de tension 1 comporte au moins un module électronique de puissance 300. Le module électronique de puissance 300 comprend au moins un bras de commutation permettant de recevoir ou de fournir un signal électrique de puissance à des phases électrique d’un bobinage d’une machine électrique. Le module de puissance forme un pont redresseur de tension comportant au moins un interrupteur tel qu’un transistor pour transformer la tension alternative générée par les phases du stator en une tension continue et/ou, à l’inverse, pour transformer une tension continue en une tension alternative pour alimenter les phases du stator.
Les figures 2 à 5 illustrent le convertisseur de tension 1 en position retirée du couvercle 200.
En particulier, tel que cela est visible sur la , le convertisseur de tension 1 comporte un module de refroidissement 2. Le module de refroidissement 2 est configuré pour dissiper la chaleur générée par le module électronique de puissance 300. Le module de refroidissement comporte un boitier, correspondant ici au carter 100 dans lequel est ménagé un canal 201 configuré pour recevoir un liquide de refroidissement circulant dans le canal. Le canal est fermé par un couvercle.
Le module de refroidissement 2 délimite une première cavité 5 et une seconde cavité 6 à l’intérieur du carter 100.
Le couvercle 200 est configuré pour recouvrir la première cavité 5 et la seconde cavité 6 de sorte à les rendre étanches.
La première cavité 5 et la seconde cavité 6 sont séparées par une paroi de séparation 9 configurée pour assurer une fonction de bouclier électromagnétique entre la seconde cavité 6 et la première cavité 5.
Une telle paroi 9 permet aussi de s’adapter au carter 100 déjà existant du convertisseur de tension 1.
Le convertisseur de tension 1 comporte en outre un premier connecteur de puissance 3 et un second connecteur de puissance 4.
Le second connecteur de puissance 4 est électriquement relié au premier connecteur de puissance 3 dans la seconde cavité 6 du carter 100. D’autre part, le second connecteur de puissance 4 est électriquement relié au module électronique de puissance 300 dans la première cavité 5 du carter 100.
L’un parmi le premier connecteur de puissance 3 et le second connecteur de puissance 4 est configuré pour être alimenté par une batterie 7. L’autre connecteur de puissance est configuré pour alimenter en énergie électrique un équipement électrique externe 8.
En particulier, l’un des premier et second connecteurs de puissance 3, 4 comporte au moins un connecteur électrique. L’autre connecteur de puissance 4, 3 comporte au moins un premier connecteur électrique et un deuxième connecteur électrique. Le connecteur électrique de l’un des premier et second connecteur de puissance 3, 4 est relié au premier connecteur électrique de l’autre connecteur de puissance 4, 3, le deuxième connecteur électrique de l’autre connecteur de puissance 4, 3 étant relié au module électronique de puissance 300.
En particulier, le connecteur électrique de l’un des premier et second connecteurs de puissance et le premier connecteur électrique et le deuxième connecteur électrique de l’autre connecteur de puissance sont des connecteurs électriques plats et rigides.
De tels connecteurs plats et rigides permettent un meilleur contact entre eux et facilite leur liaison. En particulier, de tels connecteurs plats ne peuvent rouler ou se déplacer dans le carter.
Dans un mode de réalisation particulier de l’invention, l’un parmi le premier connecteur de puissance 3 et le second connecteur de puissance 4 comporte un premier connecteur électrique, un deuxième connecteur électrique et un troisième connecteur électrique. Les premier connecteur électrique, deuxième connecteur électrique et troisième connecteur électrique sont monoblocs.
Tel que cela est représenté sur la , au moins le connecteur électrique de l’un des premier et second connecteurs de puissance et le premier connecteur électrique de l’autre connecteur de puissance comporte chacun une extrémité formant un ergot. L’ergot de l’extrémité de l’un des premier et second connecteurs de puissance est configuré pour coopérer avec l’ergot de l’extrémité du premier connecteur électrique de l’autre connecteur de puissance.
Un tel ergot permet aux connecteurs de puissance d’être électriquement reliés, tout en leur permettant d’avoir une longueur variable. Aussi, l’ergot permet une mise en position des connecteurs électriques avant soudage.
Avantageusement, les deux connecteurs électriques sont soudés entre eux, en particulier au moyen d’un laser.
Tel que cela est représenté sur la , le premier connecteur de puissance 3 et le second connecteur de puissance 4 sont reliés au carter 100 du module de refroidissement 2. En particulier, les premier et second connecteurs de puissance sont disposés de part et d’autre du carter 100.
Avantageusement, le second connecteur de puissance 4 comporte un module capacitif configuré pour filtrer le bruit généré dans le convertisseur de tension 1.
La représente un premier mode de réalisation de l’invention. En particulier, le premier connecteur de puissance 3 est relié, d’une part, à la batterie 7. D’autre part, le premier connecteur de puissance 3 est relié au second connecteur de puissance 4. En particulier, le premier connecteur de puissance 3 comporte un connecteur électrique 10 qui le relie à un premier connecteur électrique 11 du second connecteur de puissance 4. Le connecteur électrique 10 et le premier connecteur électrique 11 sont électriquement reliés au moyen d’une soudure 12. Le second connecteur de puissance 4 comporte en outre un deuxième connecteur électrique 13 qui le relie au module électronique de puissance 300, ainsi qu’un troisième connecteur électrique 14 le reliant à l’équipement électrique externe 8.
En particulier, et tel que représenté sur la , le premier connecteur électrique 11, dans le second connecteur de puissance est scindé en deux portions de connecteur, la première portion formant le deuxième connecteur électrique et la seconde portion formant le troisième connecteur électrique 14. La première portion est pliée et retournée, de sorte à s’étendre dans la même direction que le premier connecteur 11 et vers l’intérieur de la première cavité du convertisseur de tension 1.
Il est à noter que les figures 2 à 4 représentent un convertisseur de tension selon ce premier mode de réalisation.
La représente un second mode de réalisation de l’invention. En particulier, le premier connecteur de puissance 3 est relié, d’une part, à la batterie 7. D’autre part, le premier connecteur de puissance 3 est relié au second connecteur de puissance 4. En particulier, le premier connecteur de puissance 3 comporte un connecteur électrique 10 qui le relie à un premier connecteur électrique 11 du second connecteur de puissance 4. Le connecteur électrique 10 et le premier connecteur électrique 11 sont électriquement reliés au moyen d’une soudure 12. Le premier connecteur de puissance 3 comporte en outre un autre connecteur électrique 15 qui le relie au module électronique de puissance 300. Aussi, le second connecteur de puissance 4 comporte un deuxième connecteur électrique 16 le reliant à l’équipement électrique externe 8.
En particulier, le connecteur électrique 1, dans le premier connecteur de puissance 3 est scindé en deux portions de connecteur, la première portion formant l’autre connecteur électrique 15 et la seconde portion formant le connecteur électrique 10. La première portion est pliée et retournée, de sorte à s’étendre dans la même direction que le premier connecteur 11 et vers l’intérieur de la première cavité du convertisseur de tension 1.
Ainsi, la batterie 7, au travers des connecteurs de puissance permet l’alimentation à la fois du module électronique de puissance 300 et de l’équipement électrique externe 8, sans pour autant modifier l’encombrement ni l’architecture du convertisseur de tension 1.
L’invention porte également sur un système électrique qui comprend un convertisseur de tension 4 et une machine électrique tournante pilotée par le convertisseur de tension 1. Le système électrique est notamment embarqué dans un véhicule tel qu’un véhicule automobile électrique ou hybride, un camion électrique ou hybride ou un drone. Par exemple, la machine électrique tournante transforme de l’énergie électrique en énergie mécanique, en mode moteur, et peut fonctionner en mode générateur pour transformer de l’énergie mécanique en énergie électrique. Cette machine électrique tournante est, par exemple, une machine réversible ou un moteur électrique.
On notera par ailleurs que l’invention n’est pas limitée aux modes de réalisation décrit précédemment. Il apparaîtra en effet à l’homme du métier que diverses modifications peuvent être apportées au mode de réalisation décrit ci-dessus, à la lumière de l’enseignement qui vient de lui être divulgué.
Dans la présentation détaillée de l’invention qui est faite précédemment, les termes utilisés ne doivent pas être interprétés comme limitant l’invention au mode de réalisation exposé dans la présente description, mais doivent être interprétés pour y inclure tous les équivalents dont la prévision est à la portée de l'homme de l'art en appliquant ses connaissances générales à la mise en œuvre de l'enseignement qui vient de lui être divulgué.
Claims (10)
- Convertisseur de tension (1), notamment configuré pour être embarqué dans un véhicule, comportant :
- un carter (100) ;
- un premier connecteur de puissance (3 ; 4) ;
- un module électronique de puissance (300) comprenant au moins un bras de commutation et étant configuré pour être connecté électriquement à une machine électrique ; et
- un module de refroidissement (2) configuré pour dissiper la chaleur générée par ledit module électronique de puissance (300), ledit module de refroidissement (2) délimitant une première cavité (5) et une deuxième cavité (6) à l’intérieur du carter (100) ;
ledit convertisseur de tension (1) comportant en outre un second connecteur de puissance (4 ; 3),
le second connecteur de puissance (4 ; 3) étant électriquement relié au premier connecteur de puissance (3 ; 4), dans la seconde cavité (6) du carter (100), et étant d’autre part électriquement relié audit module électronique de puissance (300) dans la première cavité (5) du carter (300),
l’un parmi le premier connecteur de puissance et le second connecteur de puissance (3 ;4) étant configuré pour être alimenté par une batterie (7) et l’autre parmi le premier et le second connecteurs de puissance (4 ; 3) étant configuré pour alimenter en énergie électrique un équipement électrique externe (8). - Convertisseur de tension (1) selon la revendication précédente, dans lequel l’un des premier et second connecteurs de puissance (3 ; 4) comporte au moins un connecteur électrique, l’autre connecteur de puissance (4 ; 3) comporte au moins un premier connecteur électrique et un deuxième connecteur électrique, ledit connecteur électrique de l’un des premier et second connecteurs de puissance (3 ; 4) étant relié au premier connecteur électrique de l’autre connecteur de puissance (4 ; 3), le deuxième connecteur électrique de l’autre connecteur de puissance (4 ; 3) étant relié au module électronique de puissance (300).
- Convertisseur de tension (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le premier connecteur de puissance (3 ; 4) et le second connecteur de puissance (4 ; 3) sont reliés au carter (100) du module de refroidissement (2), de part et d’autre dudit carter (100).
- Convertisseur de tension (1) selon la revendication 2, dans lequel le connecteur électrique de l’un des premier et second connecteurs de puissance (3 ; 4) et le premier connecteur électrique et le deuxième connecteur électrique de l’autre connecteur de puissance (4 ; 3) sont des connecteurs électriques plats et rigides.
- Convertisseur de tension (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le module de refroidissement (2) comporte en outre un couvercle (200) configuré pour recouvrir la première cavité (5) et la seconde cavité (6) de sorte à les rendre étanches.
- Convertisseur de tension (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la première cavité (5) et la seconde cavité (6) sont séparées par une paroi de séparation (9) configurée pour assurer une fonction de bouclier électromagnétique entre la seconde cavité (6) et la première cavité (5).
- Convertisseur de tension (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le second connecteur de puissance (4 ; 3) comporte un module capacitif configuré pour filtrer le bruit généré dans ledit convertisseur de tension (1).
- Convertisseur de tension (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel au moins le connecteur électrique de l’un des premier et second connecteur de puissance (3 ; 4) et le premier connecteur électrique de l’autre connecteur de puissance (4 ; 3) comporte chacun une extrémité formant un ergot, l’ergot de l’extrémité de l’un des premier et second connecteur de puissance (3 ; 4) étant configuré pour coopérer avec l’ergot de l’extrémité du premier connecteur électrique de l’autre connecteur de puissance (4 ; 3).
- Convertisseur de tension (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’un parmi le premier connecteur de puissance (3 ; 4) et le second connecteur de puissance (4 ; 3) comporte un premier connecteur électrique, un deuxième connecteur électrique et un troisième connecteur électrique, lesdits premier connecteur électrique, deuxième connecteur électrique et troisième connecteur électrique étant monoblocs.
- Système électrique caractérisé en ce qu’il comprend un convertisseur de tension (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes et une machine électrique tournante pilotée par ledit convertisseur de tension (1).
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2022
- 2022-12-29 FR FR2214628A patent/FR3144722A1/fr active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US20190334449A1 (en) * | 2018-04-25 | 2019-10-31 | Nidec Elesys Corporation | Inverter control device |
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