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JP2018082597A - 電気回路装置 - Google Patents

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JP2018082597A JP2016225258A JP2016225258A JP2018082597A JP 2018082597 A JP2018082597 A JP 2018082597A JP 2016225258 A JP2016225258 A JP 2016225258A JP 2016225258 A JP2016225258 A JP 2016225258A JP 2018082597 A JP2018082597 A JP 2018082597A
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Abstract

【課題】高圧端子とバスバーとの接続工程を簡易化することで、電気回路装置の生産性を向上させる。【解決手段】電気回路装置は、第1の電気回路部品と、第2の電気回路部品と、バスバーとを備える。バスバーは、第1の電気回路部品及び第2の電気回路部品に電気的に接続している。第1の電気回路部品と第2の電気回路部品は、単一の部材で構成された共通の高圧端子を有し、共通の高圧端子には、第1の電気回路部品と第2の電気回路部品との間に屈曲部が設けられている。バスバーには、共通の高圧端子の屈曲部が接合されている。【選択図】図4

Description

本明細書が開示する技術は、直流電流を交流電流に変換する電力変換装置等のように、バスバーを介して電流を電気回路部品に伝達する電気回路装置に関する。
近年、直流電流を交流電流に変換する電気回路装置には、大電流を出力することが求められている。大電流を出力するために、例えば、特許文献1に開示された電気回路装置では、複数のパワーモジュールを内蔵している。各パワーモジュールは、複数種類の高圧端子(直流正極分岐端子、直流負極分岐端子、交流接続端子)を備えており、各高圧端子は、それぞれバスバーに接続される。
特開2014−050118号公報
従来、高圧端子とバスバーとの接続は、高圧端子とバスバーとを組付けた後、組付け位置を溶接する、という工程を経て行われていた。これらの工程は、高圧端子1本ずつ行われていたため、高圧端子とバスバーとの接続には時間がかかる(工程数が多くなる)という課題があった。この課題は、例えば特許文献1のように、電気回路装置内に複数のパワーモジュールを内蔵する場合により顕著である。また、従来は、高圧端子とバスバーとの組付けが必要なため、パワーモジュールにおける高圧端子の位置や、バスバーにおける組付け部の位置等の精度が求められるという課題があった。本明細書は、高圧端子とバスバーとの接続工程を簡易化することで、電気回路装置の生産性を向上させる技術を提供する。
本明細書が開示する電気回路装置は、第1の電気回路部品と、第2の電気回路部品と、バスバーとを備える。バスバーは、第1の電気回路部品及び第2の電気回路部品に電気的に接続している。第1の電気回路部品と第2の電気回路部品は、単一の部材で構成された共通の高圧端子を有し、共通の高圧端子には、第1の電気回路部品と第2の電気回路部品との間に屈曲部が設けられている。バスバーには、共通の高圧端子の屈曲部が接合されている。
この構成では、2つの電気回路部品(第1の電気回路部品、第2の電気回路部品)が単一の部材で構成された共通の高圧端子を有し、この共通の高圧端子がバスバーに接合されている。このため、2つの電気回路部品をバスバーに対して同時に接続することができる。換言すれば、この構成では、各電気回路部品の各高圧端子をそれぞれバスバーに接続していた従来の場合と比較して、接続にかかる工数を半分にすることができる。また、この構成では、2つの電気回路部品を接続する高圧端子の屈曲部をバスバーに接続している。このため、高圧端子をバスバーに組み付けてから接続していた従来の場合と比較して、高い部品精度や組付け精度が必要ない。従って、この構成によれば、高圧端子とバスバーとの接続工程を簡易化することができ、電気回路装置の生産性を向上させることができる。
本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。
ハイブリッド車のブロック図である。 電気回路装置の構成を示す図である。 電気回路装置のバスバーへの接合について説明する図である。 電気回路装置のバスバーへの接合について説明する図である。 比較例としての電気回路装置の構成を示す図である。 比較例としての電気回路装置のバスバーへの接合について説明する図である。 比較例としての電気回路装置のバスバーへの接合について説明する図である。 第2実施例の電気回路装置の構成を示す図である。 第2実施例の電気回路装置のバスバーへの接合について説明する図である。 第3実施例の電気回路装置の構成を示す図である。 第3実施例の電気回路装置のバスバーへの接合について説明する図である。
A.第1実施例:
図1は、ハイブリッド車200のブロック図である。図1を参照して、電気回路装置100を搭載したハイブリッド車200の構成について説明する。ハイブリッド車200は、電気回路装置100を適用し得る対象の一例であり、電気回路装置100の適用先を限定するものではない。
ハイブリッド車200は、走行用の駆動源として、モータ8とエンジン6を備えている。モータ8の出力トルクとエンジン6の出力トルクは、動力分配機構7で適宜に分配/合成されて出力される。動力分配機構7は、エンジン6の出力軸及びモータ8の出力軸に接続されており、両出力軸から伝達される動力を、所定比率で合成してデファレンシャルギヤ9を介して駆動輪9a、9bに伝達する。動力分配機構7は、エンジン6の出力軸から伝達される動力を分配し、モータ8の出力軸と駆動輪9a、9bに伝達する場合もある。この場合、モータ8は発電機として機能する。なお、図1では、本明細書の説明に要する部品だけを表し、説明に関係のない部品は図示を省略している。
モータ8は、システムメインリレー3及びインバータ4を介して、メインバッテリ2に接続されている。インバータ4は、メインバッテリ2の直流電力をモータ8の駆動に適した交流電力に変換する電力変換器である。メインバッテリ2の直流電力は、インバータ4により変換され、変換後の交流電力がモータ8に供給される。モータ8が発電機として機能する場合、インバータ4は、モータ8により発電される交流電力をメインバッテリ2の充電に適した直流電力に変換する。モータ8が発電した交流電力は、インバータ4により直流電力に変換され、変換後の直流電力がメインバッテリ2に供給される。インバータ4は、直流電力と交流電力の相互の変換を実現するためのインバータ回路を含んでいる。インバータ回路は、複数の電気回路装置100を用いて構成されている。後述するように、電気回路装置100は、パワー半導体モジュールの一種であって、複数のパワー半導体素子を有する。パワー半導体素子は発熱するので、インバータ4は、複数のパワー半導体素子を冷却するためのインバータクーラ(図示省略)を備えている。
ハイブリッド車200は、メインバッテリ2の他にサブバッテリ12を備える。サブバッテリ12は、DCDCコンバータ10を介してメインバッテリ2に接続されている。DCDCコンバータ10は、メインバッテリ2の出力電圧をサブバッテリ12の充電に適した電圧まで降圧する。例えば、メインバッテリ2の出力電圧は300Vであり、サブバッテリ12の出力電圧は12Vである。メインバッテリ2の電力は、DCDCコンバータ10により12Vの電圧まで降圧され、降圧後の電力がサブバッテリ12に供給される。
サブバッテリ12は、メインバッテリ2の出力電圧より低い電圧(例えば、12V)で駆動するデバイス群(通称「補機」と呼ばれる)と接続される。このデバイス群は、例えば、カーナビゲーション装置やルームランプ等である。ウォータポンプ14はサブバッテリ12の電力により駆動する。ハイブリッド車200における上述した各部は、図示しない制御器によって制御される。
図2は、電気回路装置100の構成を示す図である。図2において、X軸は電気回路装置100の幅方向に対応し、Y軸は電気回路装置100の高さ方向に対応し、Z軸は電気回路装置100の奥行方向に対応する。電気回路装置100は、第1の電気回路部品110と、第2の電気回路部品120と、高圧端子130と、バスバー142とを備えている。
高圧端子130は、第1の電気回路部品110と、第2の電気回路部品120とにおいて共通して使用される高圧端子の総称である。高圧端子130は、X軸方向に平行に配置された直流正極分岐端子132と、交流接続端子134と、直流負極分岐端子136とを備えている。直流正極分岐端子132は、金属製の単一の部材で構成され、第1の電気回路部品110の筐体内部に延伸する導電板と、第2の電気回路部品120の筐体内部に延伸する導電板とを備えている。直流正極分岐端子132は、一方の導電板を介して第1の電気回路部品110と電気的に接続され、他方の導電板を介して第2の電気回路部品120と電気的に接続される。交流接続端子134および直流負極分岐端子136についても同様である。
第1の電気回路部品110は、メインバッテリ2とモータ8(図1)の例えばU相との間に接続され、モータ8に加わる電圧を切り替える。第1の電気回路部品110は、IGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)111と、ダイオード112と、第1の信号接続端子114と、第2の信号接続端子115と、ダイオード118と、IGBT119と、を備えている。
IGBT111、ダイオード112、および、第1の信号接続端子114は、上アーム用の回路部品である。IGBT111は電流をON/OFFするスイッチとして機能し、ダイオード112は負荷電流を転流させる。IGBT111のコレクタ電極と、ダイオード112のカソード電極は、直流正極分岐端子132の導電板に対して、はんだを用いて接合されている。また、IGBT111のエミッタ電極と、ダイオード112のアノード電極は、交流接続端子134の導電板に対して、はんだを用いて接合されている。第1の信号接続端子114は、IGBT111の駆動信号のための信号線を接続する端子である。本実施例の第1の信号接続端子114は、高圧端子130の反対側に配置されている。
IGBT119、ダイオード118、および、第2の信号接続端子115は、下アーム用の回路部品である。IGBT119は電流をON/OFFするスイッチとして機能し、ダイオード118は負荷電流を転流させる。IGBT119のコレクタ電極と、ダイオード118のカソード電極は、交流接続端子134の導電板に対して、はんだを用いて接合されている。また、IGBT119のエミッタ電極と、ダイオード118のアノード電極は、直流負極分岐端子136の導電板に対して、はんだを用いて接合されている。第2の信号接続端子115は、IGBT119の駆動信号のための信号線を接続する端子である。第2の信号接続端子115は、第1の信号接続端子114と平行に配置されている。
第2の電気回路部品120は、メインバッテリ2とモータ8(図1)の例えばU相との間に接続され、モータ8に加わる電圧を切り替える。第2の電気回路部品120は、第1の電気回路部品110と同様の構成を有している。すなわち、第2の電気回路部品120は、IGBT121、ダイオード122、第1の信号接続端子124、第2の信号接続端子125、ダイオード128、IGBT129を備えている。IGBT121のコレクタ電極と、ダイオード122のカソード電極は、直流正極分岐端子132の導電板に接合されている。IGBT121のエミッタ電極と、ダイオード122のアノード電極は、交流接続端子134の導電板に接合されている。また、IGBT129のコレクタ電極と、ダイオード128のカソード電極は、交流接続端子134の導電板に接合されている。IGBT129のエミッタ電極と、ダイオード128のアノード電極は、直流負極分岐端子136の導電板に接合されている。
上述した電気回路装置100は、実際には、第1の電気回路部品110と第2の電気回路部品120との間において、高圧端子130が屈曲されている(図3、図4参照)。説明の便宜上、図2では、高圧端子130が屈曲される前の半製品を示している。電気回路装置100の製造工程では、図2に示すO軸において、直流正極分岐端子132と、交流接続端子134と、直流負極分岐端子136とが、それぞれ屈曲される。図2の例では、O軸は、第1の電気回路部品110と第2の電気回路部品120とのY軸方向における中央である。しかし、O軸は、第1の電気回路部品110と第2の電気回路部品120との間で高圧端子130を屈曲可能な限りにおいて任意の場所に設定できる。
図3および図4は、電気回路装置100のバスバーへの接合について説明する図である。図3は、電気回路装置100を+Y軸方向(上方向)から見た図である。図4は、電気回路装置100を−X軸方向(横方向)から見た図である。図3および図4のXYZ軸は、図2のXYZ軸に対応する。図3および図4では2つの電気回路装置100をバスバーに接合する場合について例示するが、バスバーに接合される電気回路装置100の個数に制限はない。
図3および図4に示すように、各電気回路装置100は、第1の電気回路部品110と第2の電気回路部品120とが向かい合う位置になるまで、高圧端子130が屈曲される。そして、直流正極分岐端子132の屈曲部ES(図4)と、第1のバスバー142とが溶接され、接合部WEが形成される。これにより、第1の電気回路部品110と、第2の電気回路部品120と、第1のバスバー142とが電気的に接続される。同様に、交流接続端子134の屈曲部と第2のバスバー(図示省略)、および、直流負極分岐端子136と第3のバスバー(図示省略)についても接合され、それぞれ電気的に接続される。すなわち、第1実施例では、図示した4つの電気回路部品を3本のバスバーに接続するために、2×3=6回の接合処理を行えばよい。
以上のように、第1実施例の構成では、2つの電気回路部品、すなわち第1の電気回路部品110と、第2の電気回路部品120とが、単一の部材で構成された共通の直流正極分岐端子132(高圧端子)を有し、この直流正極分岐端子132が第1のバスバー142に接合されている。このため、2つの電気回路部品(第1の電気回路部品110、第2の電気回路部品120)を第1のバスバー142に対して同時に接続することができる。この点は、第2のバスバーに接合される交流接続端子134、第3のバスバーに接合される直流負極分岐端子136についても同様である。
また、第1実施例の構成では、2つの電気回路部品を接続する直流正極分岐端子132(高圧端子)の屈曲部ESを第1のバスバー142に接合している。このため、直流正極分岐端子132を第1のバスバー142に組み付けてから接合する場合と比較して、第1の電気回路部品110および第2の電気回路部品120における直流正極分岐端子132の位置精度や、第1のバスバー142における組付け部の位置精度を高精度に維持しなくてもよい。この点は、第2のバスバーに接合される交流接続端子134、第3のバスバーに接合される直流負極分岐端子136についても同様である。
以上の通り、第1実施例の構成によれば、高圧端子130(直流正極分岐端子132、交流接続端子134、直流負極分岐端子136)とバスバー(第1〜3のバスバー)との接続工程を簡略化することができ、電気回路装置100の生産性を向上させることができる。
B.比較例:
図5は、比較例としての電気回路装置100xの構成を示す図である。図6および図7は、比較例としての電気回路装置100xのバスバーへの接合について説明する図である。図5〜図7におけるXYZ軸は、図2におけるXYZ軸に対応する。
比較例の電気回路装置100xは、単一の電気回路部品(図の例では第2の電気回路部品120x)からなる点と、第1のバスバー142xに接合される点とが第1実施例と相違する。電気回路装置100xは、直流正極分岐端子132xと、交流接続端子134xと、直流負極分岐端子136xとを含む高圧端子130xを備えている。高圧端子130xに含まれる各端子は、いずれも単一の電気回路部品、すなわち第2の電気回路部品120xのみで使用される端子であり、第1の電気回路部品110(図2)との間で共用されていない。第1のバスバー142xは、直流正極分岐端子132xを挿入するための矩形形状の貫通孔(図6)と、直流正極分岐端子132xとの接点を形成するための接点部材149(図7)とを備えている。接点部材149は、第1のバスバー142の貫通孔の両端から、+Y軸方向に延伸する一対の金属板である。この一対の金属版は、+Y軸方向にいくにつれ、両者の間隔が狭まるように湾曲した形状である。
電気回路装置100xを第1のバスバー142xに接合する際は、まず、直流正極分岐端子132xを第1のバスバー142xに組み付ける。具体的には、直流正極分岐端子132xを第1のバスバー142xの貫通孔に挿入し、直流正極分岐端子132xを接点部材149に接触させる。その後、直流正極分岐端子132xと接点部材149との接触点を溶接する。これにより、比較例の第2の電気回路部品120xと、第1のバスバー142xとが電気的に接続される。交流接続端子134xと図示しない第2のバスバー、および、直流負極分岐端子136xと図示しない第3のバスバーについても、同様の手順で接合する。すなわち、比較例では、図示した4つの電気回路部品を3本のバスバーに接続するために、4×3=12回の接合処理が必要となる。これは、第1実施例での必要回数の倍である。
以上の通り、電気回路部品の高圧端子をバスバーに接続する場合、第1実施例において必要となる工数は、比較例の半分で済む。また、第1実施例では、高圧端子の屈曲部をバスバーに接合するため、比較例で説明した組み付け作業を省略することができる。
C.第2実施例:
図8は、第2実施例の電気回路装置100aの構成を示す図である。図9は、第2実施例の電気回路装置100aのバスバーへの接合について説明する図である。図8および図9におけるXYZ軸は、図2におけるXYZ軸に対応する。
第2実施例の電気回路装置100aは、高圧端子130に代えて高圧端子130aを備える点が第1実施例と相違する。高圧端子130aは、直流正極分岐端子132aと、交流接続端子134aと、直流負極分岐端子136aとを含む。直流正極分岐端子132aは、第1の電気回路部品110と第2の電気回路部品120とが向かい合う位置となるように、O1軸とO2軸との2箇所が屈曲される(図8)。この結果、図9に示すように、直流正極分岐端子132aの屈曲部ESaは、O1軸で屈曲された第1屈曲部ES1と、O2軸で屈曲された第2屈曲部ES2と、第1屈曲部ES1および第2屈曲部ES2の間の平面部と、を含む。なお、交流接続端子134aと、直流負極分岐端子136aとが有する屈曲部についても同様に、2箇所の屈曲部とその間の平面部を含む。
第2実施例では、直流正極分岐端子132aの屈曲部ESaの平面部(図9)と、第1のバスバー142とが溶接され、接合部WEが形成される。交流接続端子134aおよび直流負極分岐端子136aについても同様である。すなわち、第2実施例では、図示した4つの電気回路部品を3本のバスバーに接続するために、2×3=6回の接合処理を行えばよい。
以上の通り、第2実施例の電気回路装置100aにおいても、第1実施例と同様の効果を奏することができる。さらに、第2実施例の電気回路装置100aは、直流正極分岐端子132(高圧端子)の屈曲部ESaが平面部を含むため、この平面部を第1のバスバー142に接合することで、高圧端子とバスバーとの接触面積を増やすことができる。この点は、第2のバスバーに接合される交流接続端子134、第3のバスバーに接合される直流負極分岐端子136についても同様である。なお、第2実施例の接合部WE(図9)は、第1実施例(図4)と同じ大きさとした。しかし、第2実施例の接合部WEはより大きくてもよく、例えば、屈曲部ESaの平面部と第1のバスバー142とが接触する部分を全て接合してもよい。
D.第3実施例:
図10は、第3実施例の電気回路装置100bの構成を示す図である。図11は、第3実施例の電気回路装置100bのバスバーへの接合について説明する図である。図10および図11におけるXYZ軸は、図2におけるXYZ軸に対応する。
第3実施例の電気回路装置100bは、高圧端子130に代えて高圧端子130bを備える点が第1実施例と相違する。高圧端子130bは、直流正極分岐端子132bと、交流接続端子134bと、直流負極分岐端子136bとを含む。直流正極分岐端子132bは、切れ込み132sと、接触爪132nとを備える。切れ込み132sは、第1の電気回路部品110と第2の電気回路部品120との間に位置し、かつ、O軸に重なる位置において、直流正極分岐端子132bに設けられた切れ目である。図10の例では、切れ込み132sは、第2の電気回路部品120側が開口したC字状である。接触爪132nは、切れ込み132sの内側部分である。この結果、図11に示すように、直流正極分岐端子132bの屈曲部ESは、O軸に重なる位置に形成された接触爪132nを含む。なお、交流接続端子134bと、直流負極分岐端子136bとが有する屈曲部についても同様に、接触爪134n、接触爪136nを含む。
第3実施例では、直流正極分岐端子132bの屈曲部ESの接触爪132n(図11)と、第1のバスバー142とが溶接され、接合部WEが形成される。交流接続端子134bおよび直流負極分岐端子136bについても同様である。すなわち、第3実施例では、図示した4つの電気回路部品を3本のバスバーに接続するために、2×3=6回の接合処理を行えばよい。
以上の通り、第3実施例の電気回路装置100bにおいても、第1実施例と同様の効果を奏することができる。さらに、第3実施例の電気回路装置100bは、直流正極分岐端子132(高圧端子)の屈曲部ESが接触爪132nを含むため、この接触爪132nを第1のバスバー142に接合することで、高圧端子とバスバーとの接触面積を増やすことができる。さらに接触爪132nは、その構造上、第1のバスバー142が位置する+Y軸方向に付勢されているため、高圧端子とバスバーとをより確実に接触させることができる。なお、第3実施例の接合部WE(図11)は、第1実施例(図4)と同じ大きさとした。しかし、第3実施例の接合部WEはより大きくてもよく、例えば、屈曲部ESの接触爪132nと第1のバスバー142とが接触する部分を全て接合してもよい。
実施例の技術に関する留意点を述べる。図2〜11で説明したIGBT111,119,121,129はあくまで例示であり、種々のパワー半導体素子を利用できる。例えば、MOSFET(金属酸化物半導体型電界効果トランジスタ)を用いてもよい。MOSFETを使用した場合、ダイオード112,118,122,128は不要である。また、高圧端子130が含む高圧端子の数および種類は任意に変更できる。
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
2:メインバッテリ
4:インバータ
6:エンジン
7:動力分配機構
8:モータ
9:デファレンシャルギヤ
9a:駆動輪
10:DCDCコンバータ
12:サブバッテリ
14:ウォータポンプ
100,100a,100b,100x:電気回路装置
110:第1の電気回路部品
111:IGBT
112:ダイオード
114:第1の信号接続端子
115:第2の信号接続端子
118:ダイオード
119:IGBT
120,120x:第2の電気回路部品
121:IGBT
122:ダイオード
124:第1の信号接続端子
125:第2の信号接続端子
128:ダイオード
129:IGBT
130,130a,130b,130x:高圧端子
132,132a,132b,132x:直流正極分岐端子
132n:接触爪
134,134a,134b,134x:交流接続端子
134n:接触爪
136,136a,136b,136x:直流負極分岐端子
136n:接触爪
142,142x:第1のバスバー
149:接点部材
200:ハイブリッド車

Claims (1)

  1. 電気回路装置であって、
    第1の電気回路部品と、
    第2の電気回路部品と、
    前記第1の電気回路部品及び前記第2の電気回路部品に電気的に接続されたバスバーを備え、
    前記第1の電気回路部品と前記第2の電気回路部品は、単一の部材で構成された共通の高圧端子を有し、
    前記共通の高圧端子には、前記第1の電気回路部品と前記第2の電気回路部品との間に屈曲部が設けられており、
    前記バスバーには、前記共通の高圧端子の前記屈曲部が接合されている、電気回路装置。
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