JP2009081233A - 電子回路装置および密閉型電動圧縮機 - Google Patents

電子回路装置および密閉型電動圧縮機 Download PDF

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Abstract

【課題】インバーター制御機器等に用いられるIPM(インテリジェントパワーモジュール)等の半導体素子とマイコン等の制御素子をサブ基板上に実装し、放熱板で囲う構造の電子回路装置に関して、収納ボックスに収納された場合においても、放熱性を向上しながら感電に対して信頼性のある電子回路装置を提供する。
【解決手段】放熱板をアースすることにより、収納ボックス181のカバー185もアースされるようにすることにより、カバー185にける感電に対する安全性を確保する。
【選択図】図1

Description

本発明はインバーター制御機器等に用いられるIPM(インテリジェントパワーモジュール)等の半導体素子を回路基板上に実装した電子回路装置に関するもので、特に冷蔵庫用密閉型電動圧縮機の駆動に好適なものである。
近年、冷蔵庫等インバーター制御を使った機器が多く出ているが、これらのインバーター機器の電子回路装置においては、モータ等のインバーター駆動回路や、駆動回路の過電流に対する保護回路を1個のモジュールとして組み込んだIPM半導体素子が用いられるのが一般的である。
これらIPM半導体素子には、本体の両側に端子をだすDIP(デュアル・インライン・パッケージ)型の形状をしたものと、本体の片側に端子をだすSIP(シングル・インライン・パッケージ)型の形状をしたものがある。
また、これらのIPM半導体素子を制御駆動するための制御半導体素子にはマイコン等が用いられるのが一般的である。
これらのIPM半導体素子は発熱をするため、放熱板を取り付けなければならないが、SIP型IPM半導体素子とマイコン等の制御半導体素子を1つの縦型サブ基板上に実装し、放熱板が縦型サブ基板を囲うように構成するとともに、縦型サブ基板および放熱板をメイン基板に実装するようにして小型化する電子回路装置が提案されている(たとえば特許文献1参照)。
以下、図面を参照しながら上記従来の電子回路装置を説明する。
図8は特許文献1に記載された従来の電子回路装置の斜視図、図9は従来の電子回路装置の側面図、図10従来の電子回路装置の電気回路ブロック図である。
また、図11は同従来の電子回路装置における放熱板の折り曲げ加工前の斜視図、図12は従来の電子回路装置を専用の収納ボックスに収めた斜視図、図13は図12におけるC−C線の側断面図である。
図10において、電子回路装置71は電気回路として、駆動回路51aおよび過電流保護回路51bを内部に形成したSIP型半導体素子であるIPM51を備えている。
また、電子回路装置71は、制御半導体素子であるマイコン61aと、マイコン61aと接続される発振子61cおよび三相のモータ8のロータ位置を検出する位置検知回路61bから構成されている回転数制御回路61とを備え、回転数制御回路61はIPM51へ指令を出す。
さらに、電子回路装置71は、IPM51用のモータ駆動用電源回路69aと回転数制御回路61用の制御用電源回路69bとを備えた電源回路69、電源およびアースと電気接続する電源コネクタ5、電子回路装置71とモータ8を電気接続する出力コネクタ7を備えている。
また、図8ないし図13に示すように、電子回路装置71は上記電気回路を構成するためにその他の部品として、メイン基板67、縦型サブ基板53、放熱板59、IPM取付けネジ55、ナット57、基板端子65などを備えている。
以下、電子回路装置の詳細な構成について説明する。
SIP型半導体素子であるIPM51は、複数の素子端子51cを備え、縦型サブ基板53とIPM51とが平行対面するように、素子端子51cを縦型サブ基板53にはんだ付けされることにより実装されている。
また、IPM51を制御する回転数制御回路61のマイコン61aおよび発振子61cは、縦型サブ基板53に面実装されている。
また、IPM51は、IPM取付けネジ55およびナット57により、図11に示す金属平板をU字型に折り曲げ成形された放熱板59に密着するように取付けられているとともに、放熱板59は縦型サブ基板53およびIPM51を囲うように配置されている。
尚、IPM51と放熱板59の間には絶縁シート99が配置されており、素子端子51cと放熱板59の間の絶縁距離を確保している。
縦型サブ基板53および放熱板59はメイン基板67上に実装されているが、縦型サブ基板53のメイン基板67側の端面には複数の基板端子65が取付けられており、この基板端子65により縦型サブ基板53とメイン基板67が電気接続されている。
メイン基板67には電源コネクタ5が取付けられており、電子回路装置71に入力電源(たとえばAC100V)を供給するとともに、アース(図示せず)に接続されるようになっている。
また、モータ駆動用電源回路69aおよび制御用電源回路69bからなる電源回路69は、メイン基板67に実装されており、電源コネクタ5からの電源入力を入力としてIPM51に駆動系電圧(たとえばDC280V)と回転数制御回路に制御系電圧(たとえばDC5V)を供給している。
また、メイン基板67には出力コネクタ7が取付けられており、IPM51の出力は縦型サブ基板53、メイン基板67、そして出力コネクタ7を経由してモータ8に出力される。
次に、収納ボックスに収める仕様とした場合の電子回路装置について説明する。
図12は、電子回路装置71を密閉型電動圧縮機等の駆動に用いた場合において、電子回路装置71を密閉型電動圧縮機の近傍等に設置できるように収納ボックス81に収める仕様とした時の斜視図であるが、収納ボックス81の内部に電子回路装置71を収納し、金属性のカバー85で蓋をし、カバー取付けネジ87で固定する構造となっている。
カバー85は放熱板59と接触するようになっており、放熱板59とカバー85が熱伝導するようになっている。
収納ボックス81の側面には電源コネクタ5および出力コネクタ7に接続された電気配線95を収納ボックス81の外部に取り出す窓部81aが設けられているが、配線カバー89を配線カバー取付けネジ91で収納ボックス81に固定して蓋をすることにより、収納ボックス81が密閉され、外部から水や埃等が収納ボックス81の内部に浸入することを防ぐ構造となっている。
以上のように構成された電子回路装置について、以下その動作を説明する。
回転数制御回路61は、モータ8からフィードバックされた三相の位置検知信号を入力とし、位置検知回路61bにてモータ8の回転状況を検知するとともにマイコン61aで演算処理を行い、モータ8が所定の回転数で回転するようにIPM51へ駆動信号を出力するが、マイコン61aは発振子61cによって動作のためのクロックを発生させており、それにより内部に格納されたプログラムを実行し、IPM51を制御する。
IPM51内部の駆動回路51aは回転数制御回路61のマイコン61aからの駆動信号を基に、モータ8が所定の回転数で動作するよう三相の駆動電圧波形をモータ8へ出力することにより、モータ8が所定の回転数で運転される。
また、IPM51の過電流保護回路51bは、駆動回路51aからモータ8へ出力される出力電流値を監視し、規定の電流値以上になるとモータ8への駆動出力を停止し、IPM51およびモータ8を保護している。
次に、電子回路装置71の放熱動作について述べると、電子回路装置71においては、モータ8を駆動することにより駆動素子であるIPM51が発熱する。
IPM51の発熱は絶縁シート99を介して放熱板59に熱伝導し、さらにカバー85に熱伝導することによって収納ボックス81の外部に放熱されるしくみになっている。
特開2006−24746号公報
しかしながら、上記従来の構成では、収納ボックス81の金属性カバー85に使用者の手が触れるような構成である場合、感電に対する安全性の面から、放熱板59と駆動系電圧が供給されている充電部などの絶縁距離(たとえば放熱板59とIPM51の素子端子の絶縁距離)は安全規格で一定以上の距離を確保するように定められているため、IPM51と放熱板59の間に絶縁シートを入れなければならない他、IPM51のボディに金属板が使用された放熱性の良い種類のIPM51については、IPM51を放熱板59にネジ留めすることによって絶縁距離が確保できなくなってしまうため使用できないという課題を有していた。
本発明は上記従来の課題を解決するもので、放熱性が良く、絶縁シートを使用せずに安全規格の絶縁要求も満足する電子回路装置を提供するものである。
上記従来の課題を解決するために、本発明の電子回路装置は、収納ボックスのカバーと放熱板を電気的および熱的に接続するとともに放熱板をアースするようにしたもので、放熱板の熱を収納ボックスのカバーを介して外へ放熱するとともに、収納ボックスのカバーもアースされるという作用を有する。
本発明の電子回路装置は、放熱板の熱を収納ボックスのカバーを介して外へ放熱できるとともに、手が触れる可能性のある収納ボックスのカバーもアースされるため、信頼性が向上するとともに、感電に対する安全性も確保することができる。
請求項1に記載の発明は、縦型サブ基板と前記縦型サブ基板上に前記縦型サブ基板と平行に対面するように実装されたSIP型半導体素子と前記縦型サブ基板上に実装され、前記SIP型半導体素子の駆動を制御する制御半導体素子と、前記縦型サブ基板および前記SIP型半導体素子を囲うように成形された放熱板と、前記縦型サブ基板の端部に配置された基板端子によって電気的に接続されることで前記縦型サブ基板を実装したメイン基板と、前記メイン基板を密閉収納する収納ボックスと、前記放熱板と熱的および電気的に接続されるとともに前記収納ボックスを密閉するカバーとを備え、前記放熱板はアースされたもので、収納ボックスの放熱性が良く、収納ボックス内に熱が籠もることを防止でき、さらに安全規格の絶縁要求も満足して感電に対して安全な電子回路装置とすることができる。
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、放熱板とメイン基板のアースパターンとを電気的に接続することによって前記放熱板およびカバーをアースしたもので、放熱板のアース接続構成を簡素化し、アース接続の作業性を向上させることができる。
請求項3に記載の発明は、請求項1または2に記載の発明において、放熱板の制御半導体素子と近接対面する側面に切り欠き開口部を設けたもので、アースを介した外来のサージやノイズに対して誤動作し難い密閉型電動圧縮機とすることができる。
請求項4に記載の発明は、請求項1から3のいずれか一項に記載の電子回路装置を密閉型電動圧縮機に用いたもので、放熱性が良く、安全規格の絶縁要求も満足する密閉型電動圧縮機とすることができる。
請求項5に記載の発明は、請求項4に記載の発明において、メイン基板の密閉型電動圧縮機への出力コネクタに、メイン基板のアースパターンと接続されたアース端子を設け、この端子に接続されたアース用電線と密閉容器とを電気的に接続することによってアースされるもので、密閉型電動圧縮機のアース接続構成を簡素化し、密閉型電動圧縮機を搭載する機器の生産工程を簡素化し、作業効率が向上し安価に製造することができる。
(実施の形態1)
図1は本発明の実施の形態1における電子回路装置の斜視図、図2は図1におけるA−A線の断面図、図3は同実施の形態における電子回路装置の基板構成部の斜視図、図4は図3におけるB−B線の断面図である。
また、図5は同実施の形態における電子回路装置の電気回路ブロック図、図6は同実施の形態における放熱板の折り曲げ加工前の斜視図、図7は同実施の形態における密閉型電動圧縮機の電気回路ブロック図である。
電子回路装置171は、大まかには基板構成部171aと収納ボックス181から構成され、収納ボックス181の内部に基板構成部171aを収納し、カバー185で蓋をし、カバー取付けネジ187にて固定する構造になっている。
また、電子回路装置171は電気回路として、SIP型半導体素子であるIPM151と、回転数制御回路161と、電源回路169と、電源およびアースと電気接続する電源コネクタ105、電子回路装置171とモータ108を電気接続する出力コネクタ107を備えている。
そして、IPM151は駆動回路151aおよび過電流保護回路151bを内部に形成している。回転数制御回路161は、IPM151へ指令をだす制御半導体素子であるマイコン161aと、マイコン161aと接続される発振子161cと、三相のモータ108のロータ位置を検出する位置検知回路161bとから構成されている。
また、電源回路169は、IPM151用のモータ駆動用電源回路169aと、回転数制御回路161用の制御用電源回路169bとから構成されている。
また、電子回路装置171は上記電気回路を構成するために、その他の部品として、メイン基板167、縦型サブ基板153、放熱板159、IPM取付けネジ155、ナット157、基板端子165、放熱板取付けネジ163などを備えている。
以下、電子回路装置171の詳細な構成について説明する。
SIP型半導体素子であるIPM151は複数の素子端子151cを備え、縦型サブ基板153とIPM151とが平行対面するように、素子端子151cを縦型サブ基板153にはんだ付けされることにより実装されている。
また、IPM151を制御する回転数制御回路161のマイコン161aおよび発振子161cは、縦型サブ基板153に面実装されている。
また、IPM151は、IPM取付けネジ155およびナット157により、金属板をU字型に折り曲げ成形された放熱板159に密着するように取付けられているとともに、放熱板159は縦型サブ基板153およびIPM151を囲うようになっている。
また、放熱板159には切り欠き開口部159cおよび切り欠き開口部159dが形成されており、マイコン161aおよび発振子161cは放熱板159と対面近接しない構造となっている。
縦型サブ基板153および放熱板159は、メイン基板167上に実装されているが、縦型サブ基板153のメイン基板167側の端面には複数の基板端子165が取付けられており、この基板端子165により縦型サブ基板153とメイン基板167が電気接続されている。
メイン基板167には電源コネクタ105が取付けられており、電子回路装置171に入力電源(たとえばAC100V)を供給するとともに、アースに接続されるようになっている。
また、モータ駆動用電源回路169aおよび制御用電源回路169bからなる電源回路169はメイン基板167に実装されており、電源コネクタ105からの電源入力を入力としてIPM151に駆動系電圧(たとえばDC280V)と回転数制御回路に制御系電圧(たとえばDC5V)を供給している。
また、メイン基板167には出力コネクタ107が取付けられており、IPM151の出力は縦型サブ基板153、メイン基板167、そして出力コネクタ107を経由してモータ108に出力される。
また、収納ボックス181の側面には電源コネクタ105および出力コネクタ107に接続された電気配線を外に取り出す窓部181aが設けられているが、配線カバー189を配線カバー取付けネジ191で収納ボックス181に固定して蓋をすることにより、収納ボックス181が密閉され、外部から水や埃等が浸入するのを防ぐ構造になっている。
電子回路装置171を収納ボックス181に入れた仕様とする場合、IPM151等で発生する熱が収納ボックス181の内部に籠もって温度が上昇してしまうため、カバー185はアルミ等の熱伝導の良い金属性の材料で構成するとともに、カバー185と放熱板159を熱接触させ、IPM151の発熱を収納ボックス181の外へ逃がす構造としている。
そのために、放熱板159にはタッブ加工された固定用穴159eが設けられており、固定ネジ193によりカバー185と放熱板159を固定しており、それにより電気的にも放熱板159とカバー185が導通されている。
メイン基板167には、電源コネクタ105のアース端子107bと電気的に接続されたアースパターン167aが銅箔にて形成されており、放熱板159は直角に折り曲げられた固定部159aを有しているとともにタッブ加工された取付け穴159bが設けられており、放熱板取付けネジ163によって放熱板159とアースパターン167aが電気的に接続されることにより放熱板159がアースされ、同時にカバー185もアースされるようになっている。
また、出力コネクタ107は、端子としてモータ108への駆動端子107aの他に、アース端子107bを有しており、このアース端子107bはアースパターン167aとはんだ付けによって電気接続されている。
図7は電子回路装置171を用いた密閉型電動圧縮機194を示すものであるが、図7において密閉型電動圧縮機194は、密閉容器195内に、モータ108と圧縮要素192とを収納している。
密閉型電動圧縮機194の密閉容器195は、アース用電線197によって出力コネクタ107の端子であるアース端子107bを介して電気的に電子回路装置171のアースパターン167aに接続されているとともに、出力コネクタ107の駆動端子107aに接続されている駆動用の電気配線とともに一纏めにされている。
以上のように構成された電子回路装置について、以下その動作を説明する。
回転数制御回路161は、モータ108からフィードバックされた三相の位置検知信号を入力とし、位置検知回路161bにてモータ108の回転状況を検知するとともにマイコン161aで演算処理を行い、モータ108が所定の回転数で回転するようにIPM151へ駆動信号を出力するが、マイコン161aは発振子161cによって動作のためのクロックを発生させており、それにより内部に格納されたプログラムを実行し、IPM151を制御する。
IPM151内部の駆動回路151aは回転数制御回路161のマイコン161aからの駆動信号を基に、モータ108が所定の回転数で動作するよう三相の駆動電圧波形をモータ108へ出力することにより、モータ108が所定の回転数で運転される。
また、IPM151の過電流保護回路151bは、駆動回路151aからモータ108へ出力される出力電流値を監視し、規定の電流値以上になるとモータ108への駆動出力を停止し、IPM151およびモータ108を保護している。
さらに、モータ108が運転されるとIPM151が発熱するが、放熱板159およびカバー185によりIPM151の発熱を放熱することで、IPM151の温度が極端に上昇することを防止し、IPM151が過度の温度上昇により故障することを防止している。
さらに、カバー185は放熱板159およびアースパターン167aを介して電源コネクタ105のアースに接続されており、アースされることにより、カバー185での感電に対する安全性を確保して密閉型電動圧縮機194を運転される。
ところで、放熱板159をアースに接続すると、縦型サブ基板153と放熱板159が近接しているため、縦型サブ基板153の電子回路がアースを介した外来のサージやノイズにより、放熱板159から輻射ノイズを受け、誤動作し易くなってしまう欠点があった。
特にマイコン161aおよび発振子161cから成るクロックの発振回路は、一般的に外来のノイズにより誤動作し易い電子回路であるが、放熱板159が切り欠き開口部159cを有することにより、マイコン161aおよび発振子161cは放熱板159と対面近接しない構造となっているので、放熱板159からの輻射ノイズを受けることなく電子回路装置171はモータ108および密閉型電動圧縮機194を運転することができる。
また、密閉型電動圧縮機194の密閉容器195はアース用電線197によって電子回路装置171のアースパターン167aと接続されるため、確実にアースされ、密閉型電動圧縮機194における感電に対する安全性を確保して運転される。
以上の説明のように、放熱板159をアースするとともに、放熱板159と収納ボックス181のカバー185を電気的および熱的に接続することにより、カバー185もアースされるようになり、絶縁シートを必要とせず、絶縁シートによる熱伝達のロスを減らすことができ、放熱性を向上させながら感電に対する信頼性も向上させることができるという効果を得ることができる。
また、放熱板159とメイン基板167のアースパターン167aとを電気的に接続することにより、放熱板159のアース接続構成を簡素化し、アース接続作業を簡単にすることができるという効果を得ることができる。
また、放熱板159が切り欠き開口部159cおよび切り欠き開口部159dを有することにより、マイコン161aおよび発振子161cは放熱板159と対面近接しない構造となり、それにより電子回路装置171にアースを介した外来サージやノイズが印加された場合に、マイコン161aが放熱板159からの輻射ノイズを受けなくなり、誤動作しなくなるという効果を得ることができる。
また、上記電子回路装置171を用いた密閉型電動圧縮機194においても、放熱性を向上させ、感電に対する信頼性も向上させることがで、接続構成を簡素化してアース接続作業を簡単にすることができるとともに、アースを介した外来サージやノイズに対して誤動作しなくなるという効果を得ることができる。
また、出力コネクタ107にアース端子107bを設け、このアース端子107bに接続されたアース用電線197と密閉型電動圧縮機194の密閉容器195を接続することにより、密閉型電動圧縮機194をアースするため、密閉型電動圧縮機194のアース接続構成を簡素化し、密閉型電動圧縮機194を搭載する機器の生産工程を簡素化し、コストダウンすることもできるという効果を得ることができる。
以上のように、本発明にかかる電子回路装置は、放熱性を向上させて、感電に対する安全性を向上するとともに、外来のノイズに対する信頼性を向上することが可能となるので、インバーター制御機器だけではなく、半導体素子を用いた他の電子回路装置にも適用することができる。
本発明の実施の形態1における電子回路装置の斜視図 図1におけるA−A線の断面図 同実施の形態における電子回路装置の基板構成部の斜視図 図3におけるB−B線の断面図 同実施の形態における電子回路装置の電気回路ブロック図 同実施の形態における放熱板の折り曲げ加工前の斜視図 同実施の形態における密閉型電動圧縮機の電気回路ブロック図 従来の電子回路装置の斜視図 従来の電子回路装置の側面図 従来の電子回路装置の電気回路ブロック図 従来の電子回路装置における放熱板の折り曲げ加工前の斜視図 従来の電子回路装置を専用の収納ボックスに収めた斜視図 図12におけるC−C線の側断面図
符号の説明
107 出力コネクタ
107b アース端子
151 IPM
153 縦型サブ基板
159 放熱板
159c,159d 切り欠き開口部
161a マイコン
167 メイン基板
167a アースパターン
171 電子回路装置
181 収納ボックス
185 カバー
194 密閉型電動圧縮機
195 密閉容器
197 アース用電線

Claims (5)

  1. 縦型サブ基板と、前記縦型サブ基板上に前記縦型サブ基板と平行に対面するように実装されたSIP(シングル・インライン・パッケージ)型半導体素子と、前記縦型サブ基板上に実装され、前記SIP型半導体素子の駆動を制御する制御半導体素子と、前記縦型サブ基板および前記SIP型半導体素子を囲うように成形された放熱板と、前記縦型サブ基板の端部に配置された基板端子によって電気的に接続されることで前記縦型サブ基板を実装したメイン基板と、前記メイン基板を密閉収納する収納ボックスと、前記放熱板と熱的および電気的に接続されるとともに前記収納ボックスを密閉するカバーとを備え、前記放熱板はアースされたことを特徴とする電子回路装置。
  2. 放熱板とメイン基板のアースパターンとを電気的に接続することによって前記放熱板およびカバーをアースした請求項1に記載の電子回路装置。
  3. 放熱板の制御半導体素子と近接対面する側面に切り欠き開口部を設けた請求項1または2に記載の電子回路装置。
  4. 請求項1から3のいずれか一項に記載の電子回路装置を用いた密閉型電動圧縮機。
  5. メイン基板の密閉型電動圧縮機への出力コネクタに、メイン基板のアースパターンと接続されたアース端子を設け、この端子に接続されたアース用電線と密閉容器とを電気的に接続することによってアースされる請求項4に記載の密閉型電動圧縮機。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2016070599A (ja) * 2014-09-30 2016-05-09 三菱電機株式会社 除湿機
KR101748440B1 (ko) 2010-08-17 2017-07-04 학교법인 두원학원 차량용 전동식압축기의 구조
JP2017120726A (ja) * 2015-12-28 2017-07-06 株式会社豊田自動織機 電池パック及び電池パックの製造方法
CN108019339A (zh) * 2017-12-29 2018-05-11 王娜 一种空压机散热装置

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