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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Leistungsmodul, des zum Ansteuern
eines geschaltetes Reluktanzmotors (der im folgenden als "SR-Motor" bezeichnet wird)
geeignet ist.
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10 zeigt
ein Schaltbild, des einen Schaltungsaufbau eines herkömmlichen
Leistungsmoduls zum Ansteuern eines Induktionsmotors, eines Gleichstrom
oder oder dergleichen zeigt.
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Ein
derartiges Leistungsmodul ist u. a. bereits aus der
DE 199 59 171 A1 bekannt.
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In
dem Leistungsmodul sind drei Reihenschaltungen zwischen einer P-Leistungsverdrahtung 85 zu Übertragen
eines Leistungspotentials auf der Hochpotentialseite und einer N-Lei stungsverdrehtung 86 zum Übertragen
eines Leistungspotentials auf der Niederpotentialseite zueinander
parallel geschalte, wobei jede der Reihenschaltungen zwei Schaltelemente 81 aufweist,
die in Reihe geschaltet sind. Beispielsweise wird als Schaltelement 81 ein IGBT
(Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode) verwendet.
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Jede
Reihenschaltung ferner einem Diodenelement 82 henschaltung
ist ferner mit einem versehen, die antiparallel mit dem Schaltelement 81 verbunden
ist. Die "antiparallele
Verbindung" enthält eine
derartige Parallelverbindung, daß die Richtung des Hauptstromflusses
in dem Schaltelement 81 entgegengesetzt zu derjenigen eines
Vorwärtsstromes ist,
der in dem Diodenelement 82 hießt. Folglich wirkt des Diodenelement 82 als
eine Freilaufdiode, um Zu Verhindern, daß des Schaltelement 81 durch
einen Rückstrom
beschädigt
wird.
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Ein
Ausgangsanschluß 83, 84 oder 88 ist
mit einem Verbindungsabschnitt der beiden Schaltelemente 81,
die zu der Reihenschaltung gehören,
Verbunden. Sechs Schaltelemente 81 werden selektiv phasenverschoben
ein- und ausgeschaltet, so daß die
Ausgangssignale drei Phasen haben, das heißt eine U-, V- und V-Phase, die
jeweils von den Ausgangsanschlüssen 83, 84 und 88 abgenommen
werden. Entsprechend kann der Induktionsmotor oder dergleichen durch
eine Verbindung der Ausgangsanschlüsse 83, 84 und 88 mit
Dreiphaseneingängen des
Induktionsmotors oder dergleichen jeweils angesteuert werden.
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In
der jüngeren
Vergangenheit wurde der SR-Motor, der sich von Induktionsmotor oder
Gleichstrommotor unterscheidet, entwickelt. Ein spezielles Anschlußsystem
zum Ansteuern des SR-Motors
ist jedoch erforderlich und das in
10 gezeigte Leistungsmodul
kann nicht verwerdet werden. Aus diesem Grund wurden jeweils ein
Schaltelement und ein Diodenelement als diskrete Elemente oder eine Kombination
von herkömmlichen
leistungsmodulen als Ansteuereinrichtung zum Ansteuern des SR-Motors
verwendet. Ein derartiges Modul ist z. B. aus der
DE 198 38 160 A1 bekannt.
Dabei entsteht das Problem, daß die
Ansteuereinrichtung große
Abmessungen hat, eine mangelnde Vielseitigkeit aufweist und die
Hersellungskosten erhöht
werden. Folglich wird die verbreitete Verwendung des SR-Motors behindert.
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, zur Vermeidung der beim
Stand der Technik wie vorstehend beschrieben auftretenden Probleme
ein Leistungsmodul zu schaffen, das in der Lage ist, einen SR-Motor
anzusteuern, des eine geringe Baugröße und eine hohe Vielseitigkeit
hat und mit geringeren Herstellungskosten herstellbar ist.
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Ein
erster Aspekt der vorliegenden Erfindung ist auf ein Leistungsmodul
gerichtet, enthaltend ein Substrat, eine erste und eine zweite Leistungsverdrahtung,
die über
dem Substrat vorgesehen ist, erste bis N-te (N ≥ 2) Anschlußpaare, die auf dem Substrat
vorgesehen sind, wobei jedes Paar einen ersten und einen zweiten
Ausgangsanschluß hat,
sowie erste bis N-te Schaltungen, die über dem Substrat vorgesehen
sind, wobei jede Schaltung mit der ersten und der zweiten Leistungsverdrahtung
verbunden ist, wobei die n-te Schaltung für alle n (n = 1 bis N) eine erste
Reihenschaltung, die ein erstes Schaltelement, des mit der ersten
Leistungsverdrahtung verbunden ist, und ein erstes Diodenelement
hat, des mit der zweiten Leistungsverdrahtung verbunden ist, die
in Gegenreihenschaltung verbunden sind, wobei ein Verbindungsabschnitt
derselben mit dem ersten Ausgangsanchluß des n-ten Anschluß paares
verbunden ist, sowie eine zweite Reihenschaltung enthält, die ein
zweites Diodenelement, das mit der ersten Leistungsverdrahtung verbunden
ist, und ein zweites Schaltelement hat, das mit der zweiten Leistungsverdrahtung
verbunden ist, welche in Gegenreihenschaltung verbunden sind, wobei
ein Verbindungsabschnitt derselben mit dem zweiten Ausgangsanschluß des n-ten
Anschlußpaares
verbunden ist, wobei die erste bis N-te Schaltung in dieser Reihenfolge angeordnet
sind, alle Schaltelemente und Diodenelemente, die mit der ersten
Leistungsverdrahtung verbunden sind, so angeordnet sind, daß sie eine
erste Linie bilden, alle Schaltelemente und Diodenelemente, die
mit der zweiten Leistungsverdrahtung verbunden sind, so angeordnet
sind, daß sie
eine zweite Linie bilden, die zu der ersten Linie ausgerichtet ist,
wobei die Schaltelemente und die Diodenelemente abwechselnd in allen
Richtungen entlang der ersten Linie, entlang der zweiten Linie und
die erste und die zweite Linie kreuzend angeordnet sind, mindestens ein
Abschnitt des ersten Ausgangsanschlusses und mindestens ein Abschnitt
des zweiten Ausgangsanschlusses zwischen der ersten Linie und der
zweiten Linie für
jedes der ersten bis N-ten Anschlußpaare angeordnet sind, und
für alle
n das erste Schaltelement und das erste Diodenelement, die zu der
n-ten Schaltung gehören,
durch einen ersten Verbindungsdraht verbunden sind, wobei ein Mittelabschnitt
des ersten Verbindungsdrahtes mit mindestens einem Abschnitt des
ersten Ausgangsanschlusses, der zu dem n-ten Anschlußpaar gehört, verbunden
ist, und das zweite Schaltelement und das zweite Diodenelement,
die zu der n-ten Schaltung gehören,
durch einen zweiten Verbindungsdraht verbunden sind, wobei ein Mittelabschnitt
des zweiten Verbindungsdrahtes mit mindestens einem Abschnitt des
zweiten Ausgangsanschlusses verbunden ist, der zu dem n-ten Anschlußpaar gehört.
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Ein
zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist, auf ein Leistungsmodul
gerichtet, enthaltend ein Substrat, eine erste und eine zweite Leistungsvedrahtung,
die über
dem Substrat vorgesehen sind, erste bis N-te (N ≥ 2) Anschlußpaare, die über dem
Substrat vorgesehen sind, wobei jedes Paar einen ersten und einen
zweiten Ausgangsanschluß hat,
und eine erste bis N-te Schaltung, die über dem Substrat vorgesehen
sind, wobei jede Schaltung mit der ersten und der zweiten Leistungsverdrahtung verbunden
ist, wobei die n-te Schaltung für
alle n (n = 1 bis N) eine erste Reihenschaltung, die ein erstes Schaltelement,
das mit der ersten Leistungsverdrahtung verbunden ist, und ein erstes
Diodenelement hat, des mit der zweiten Leistungsverdrahtung verbunden
ist, welche in Gegen reihenschaltung verbunden sind, wobei ein Verbindungsabschnitt
derselben mit dem ersten Ausgangsanschluß des n-ten Anschlußpaares
verbunden ist, und eine zweite Reihenschaltung enthält, die
ein zweites Diodenelement, das mit der ersten Leistungsverdrahtung
verbunden ist, und ein zweites Schaltelement hat, das mit der zweiten
Leistungsverdrahtung verbunden ist, welche in Gegenreihenschaltung
geschaltet sind, wobei ein Verbindungsabschnitt derselben mit dem
zweiten Ausgangsanschluß des
n-ten Anschlußpaares
verbunden ist, wobei die erste bis N-te Schaltung in dieser Reihenfolge
angeordnet sind, alle Schaltelemente und Diodenelemente, die mit
der ersten Leistungsverdrahtung verbunden sind, so angeordnet sind, daß sie eine
erste Linie bilden, alle Schaltelemente und Diodenelementen, die
mit zweiten Leistungsverdrahtung verbunden sind, so angeordnet sind,
daß sie
eine zweite Linie bilden, die zu der ersten Linie ausgerichtet ist,
die Schaltelemente und die Diodenelemente abwechselnd in allen Richtungen
entlang der ersten Linie, entlang der zweiten Linie und die erste
und die zweite Linie kreuzend angeordnet sind, mindestens ein Abschnitt
des ersten Ausgangsanschlusses und mindetens ein Abschnitt des zweiten Ausgangsanschlusses
so angeordnet sind, daß sie bandartig
ersten Linie und geordnet sind, daß sie bandartig enlang der
ersten Linie der zweiten Linie dazwischenliegend für jedes
der ersten bis N-ten Anschlußpaare
verlaufen, wobei die zweite Leistungsverdrahtung einem bandförmigen Abschnitt
hat, der entlang der ersten und der zweiten Linie dazwischenliegend
verläuft,
und der bandförmige
Abschnitt parallel zu mindestens einem Teil aller ersten und zweiten
Ausgangsanschlüsse
angeordnet ist.
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Ein
dritter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist auf ein Leistungsmodul
gerichtet, enthaltend ein Substrat, eine erste und eine zweite Leistungsverdrahtung,
die über
dem Substrat vorgesehen sind, ein erstes bis N-tes (N ≥ 2) Anschlußpaar, die über dem
Substrat vorgesehen sind, wobei jedes Paar einen ersten und einen
zweiten Ausgangsanschluß hat,
und erste bis N-te Schaltungen, die über dem Substrat vorgesehen
sind, wobei jede Schaltung derselben mit der ersten und der zweiten
Leistungsverdrahtung verbunden ist, wobei die n-te Schaltung für alle n
(n = 1 bis N) eine erste Reihenschaltung enthält, die ein erstes Schaltelement,
das mit der ersten Leistungsverdrahtung verbunden ist, und ein erstes Diodenelement
hat, das mit der zweiten Leistungsverdrahtung verbunden ist, welche
in Gegenreihenschaltung verbunden sind, wobei ein Verbindungsabschnitt
derselben mit dem ersten Ausgangsanschluß des n-ten Anschlußpaares
verbunden ist, und ein zweite Reihenschaltung, die ein zweites Diodenelement,
das mit der ersten Leistungsverdrahtung verbunden ist, und ein zweites
Schaltelement hat, das mit der zweiten Leistungsverdrahtung verbunden
ist, welche in Gegenreihenschaltung verbunden sind, wobei ein Verbindungsabschnitt
derselben mit dem zweiten Ausgangs anschluß des n-ten Anschlußpaares
verbunden ist, wobei die erste bis N-te Schaltung in dieser Reihenfolge
angeordnet sind, alle Schaltelemente und Diodenelemente, die mit
der ersten Leistungsverdrahtung verbunden sind, so angeordnet sind,
daß sie
eine erste Linie bilden, alle Schaltelemente und Diodenelemente,
die mit der zweiten Leistungsverdrahtung verbunden sind, so angeordnet
sind, daß sie
eine zweite Linie bilden, die zu der ersten Linie ausgerichtet ist,
die Schaltelemente und die Diodenelemente abwechselnd in allen Richtungen
entlang der ersten Linie, entlang der zweiten Linie und die erste
und die zweite Linie überkreuzend angeordnet
sind, mindestens ein Abschnitt des ersten Ausgangsanschlusses und
mindestens ein Abschnitt des zweiten Ausgangsanschlusses bandartig so
angeordnet sind, daß sie
entlang der ersten Linie und der zweiten Linie dazwischenliegend
für jedes der
ersten bis N-ten Anschlußpaare
verlaufen, die zweite Leistungsverdrahtung einen bandförmigen Abschnitt
hat, der entlang der ersten und der zweiten Linie dazwischenliegend
verläuft,
und der bandförmige
Abschnitt und mindestens ein Abschnitt aller ersten und zweiten
Ausgangsanschlüsse
separat auf einer der Hauptoberflächen einer bandförmigen Isolierschicht
und der anderen Hauptoberfläche
vorgesehen sind, so daß sie
dadurch einander entgegengesetzt parallel zueinander mit dazwischenliegender Isolierschicht
angeordnet sind.
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Ein
vierter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist auf ein Leistungsmodul
gemäß dem zweiten oder
dem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung gerichtet, wobei die
zweite Leistungsverdrahtung N Vorsprünge hat, die von dem bandförmigen Abschnitt vorragen
und in die zweite Linie eindringen, jeder der N Vorsprünge zwischen
dem ersten Diodenelement und dem zweiten Schaltelement vorgesehen
ist, die zu derselben Schal tung gehören, und mit einem mittleren
Abschnitt eines Verbindungsdrahtes verbunden ist, der das erste
Diodenelement und das zweite Schaltelement verbindet.
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Ein
fünfter
Aspekt der vorliegenden Erfindung ist auf das Leistungsmodul gemäß einem
des ersten bis vierten Aspekts der vorliegenden Erfindung gerichtet,
wobei die erste Leistungsverdrahtung bandartig entlang der ersten
Linie vorgesehen ist und das erste Schaltelement und das zweite
Diodenelement, die jeweils zu der ersten bis N-ten Schaltung gehören, an
der ersten Leistungsverdrahtung vorgesehen sind.
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Ein
sechster Aspekt der vorliegenden Erfindung ist auf das Leistungsmodul
gemäß einem
des ersten bis fünften
Aspekts der vorliegenden Erfindung gerichtet, ferner enthaltend
ein Gehäuse
zur Unterbringung der ersten bis N-ten Schaltung, die über dem
Substrat in Zusammenwirkung mit dem Substrat vorgesehen sind, wobei
jeder der ersten und der zweiten Ausgangsanschlüsse jedes der ersten bis N-ten
Anschlußpaare
einen Vorsprung hat, der sich von dem mindestens einen Abschnitt
unterscheidet und aus dem Gehäuse
nach außen
vorragt, und alle Vorsprünge,
die zu dem ersten bis N-ten Anschlußpaar gehören, in demselben Anschlußpaar näher aneinander
als zwischen unterschiedlichen Anschlußpaaren vorgesehen sind.
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Ein
siebter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist auf das Leistungsmodul
gemäß dem sechsten
Aspekt der vorliegenden Erfindung gerichtet, wobei jeder der ersten
und der zweiten Ausgangsanschlüsse,
die zu jedem der ersten bis N-ten Anschlußpaare gehören, einen ersten und einen
zweiten bandförmigen
Abschnitt hat, deren eines Ende sich in einem rechten Winkel kreuzt,
so daß sie
einen L-förmigen
planaren Umriß an nehmen,
wobei der erste bandförmige
Abschnitt parallel zu der ersten und der zweiten Linie vorgesehen
ist und dem mindestens einen Abschnitt entspricht, und ein Ende
des zweiten bandförmigen
Abschnitts dem Vorsprung entspricht, und wobei die zweiten bandförmigen Abschnitte
der ersten und der zweiten Ausgangsanschlüsse, die zu jedem der ersten
bis N-ten Anschlußpaare
gehören,
parallel in der Weise angeordnet sind, daß der erste und der zweite
Ausgangsanschluß eine
beinahe T-förmige planare
Umrißlinie
annehmen.
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Ein
achter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist auf ein Leistungsmodul
gemäß dem siebten Aspekt
der vorliegenden Erfindung gerichtet, wobei die zweiten bandförmigen Abschnitte
des ersten und des zweiten Ausgangsanschlusses, die zu jedem der ersten
bis N-ten Anschlußpaare
gehören,
durch einen Verbindungsdraht elektrisch miteinander verbunden sind.
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Ein
neunter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist auf ein Leistungsmodul
gemäß dem siebten Aspekt
der vorliegenden Erfindung gerichtet, wobei die Vorsprünge des
ersten und des zweiten Ausgangsanschlusses, die zu jedem der ersten
bis N-ten Anschlußpaare gehören, durch
ein leitfähiges
Verbindungselement elektrisch miteinander verbunden sind.
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Ein
zehnter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist auf ein Leistungsmodul
gemäß dem siebten Aspekt
der vorliegenden Erfindung gerichtet, wobei die zweiten bandförmigen Abschnitte
der ersten und der zweiten Ausgangsanschlüsse, die zu jedem der ersten
bis N-ten Anschlußpaare
gehören,
einstückig miteinander
verbunden sind, so daß sowohl
der erste als auch der zweite Ausgangsanschluß eine T-förmige planare Umrißlinie annehmen.
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Gemäß dem ersten
Aspekt der vorliegenden Erfindung sind die Elemente, die mit der
ersten Leistungsverdrahtung zu verbinden sind, entlang der ersten
Linie angeordnet, sind die Elemente, die mit der zweiten Leistungsverdrahtung
zu verbinden sind, entlang der zweiten Linie angeordnet, die zu
der ersten Linie ausgerichtet ist, und sind mindestens Abschnitte
der jeweiligen Ausgangsanschlüsse
dazwischen vorgesehen. Daher kann die Größe des Moduls reduziert werden.
Zusätzlich
sind die Schaltelemente und die Diodenelemente abwechselnd vorgesehen.
Das hat zur Folge, daß die
wechselseitige Wärmebelastung
durch die Schaltelemente, die große Wärme erzeugen, reduziert werden
kann. Ferner wird der Verbindungsdraht, der das Element, das auf der
ersten Linie vorgesehen ist, und das Element, das auf der zweiten
Linie vorgesehen ist, verbindet, durch mindestens einen Abschnitt
des dazwischen angeordneten Ausgangsanschlusses weitergeschaltet.
Daher kann die Drahtverbindung in einem Herstellungsprozeß kontinuierlich
durchgeführt
werden und die Herstellungseffizienz kann verbessert werden.
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Gemäß dem zweiten
Aspekt der vorliegenden Erfindung sind die Elemente, die mit der
ersten Leistungsverdrahtung zu verbinden sind, entlang der ersten
Linie vorgesehen, sind die Elemente, die mit der zweiten Leistungsverdrahtung
zu verbinden sind, entlang der zweiten Linie vorgesehen, die zu
der ersten Linie ausgerichtet ist, und sind mindestens Abschnitte
der jeweiligen Ausgangsanschlüsse
zwischen diesen vorgesehen. Daher kann die Größe des Moduls reduziert werden.
Zusätzlich
sind die Schaltelemente und die Diodenelemente abwechselnd vorgesehen.
Das hat zur Folge, daß die
gegenseitige Wärmebeeinträchtigung
der Schaltelemente, die große
Wärme erzeugen, reduziert
werden kann. Ferner sind der bandförmige Abschnitt der zweiten
Leistungsverdrahtung und mindestens Abschnitte der jeweiligen Ausgangsanschlüsse parallel
zueinander zwischen der ersten und der zweiten Linie angeordnet.
Daher ist es möglich,
die an einem Strompfad erzeugte Induktivität zu reduzieren.
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Gemäß dem dritten
Aspekt der vorliegenden Erfindung sind die Elemente, die mit der
ersten Leistungsverdrahtung zu verbinden sind, entlang der ersten
Linie vorgesehen, sind die Elemente, die mit der zweiten Leistungsverdrahtung
zu verbinden sind, entlang der zweiten Linie vorgesehen, die zu
der ersten Linie ausgerichtet ist, und sind mindestens Abschnitte
der jeweiligen Ausgangsanschlüsse
zwischen diesen vorgesehen. Daher kann die Größe des Moduls reduziert werden.
Zusätzlich
sind die Schaltelemente und die Diodenelemente abwechselnd vorgesehen.
Das hat zur Folge, daß die
gegenseitige Wärmebeeinträchtigung
der Schaltelemente, die große
Wärme erzeugen,
reduziert werden kann. Ferner sind die bandförmigen Abschnitte der zweiten
Leistungsverdrahtung und mindestens Abschnitte der jeweiligen Ausgangsanschlüsse einander
gegenüberliegend
zwischen der ersten und der zweiten Linie vorgesehen, wobei eine
Isolierschicht dazwischengelegt ist. Daher ist es möglich, eine
an einem Strompfad erzeugte Induktivität zu reduzieren. Zusätzlich ist
es möglich,
die Fläche
des Substrats zu reduzieren und die Größe des Moduls weiter zu verringern.
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Gemäß dem vierten
Aspekt der vorliegenden Erfindung hat die zweite Leistungsverdrahtung
die Vorsprünge,
und der Verbindungsdraht, der das erste Diodenelement und das zweite
Schaltelement verbindet, die zu derselben Schaltung gehören, wird durch
den dazwischen angeordneten Vorsprung weiterge schaltet. Daher kann
die Drahtverbindung in einem Herstellungsprozeß kontinuierlich ausgeführt werden
und die Herstellungseffizienz kann verbessert werden.
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Gemäß dem fünften Aspekt
der vorliegenden Erfindung ist die Leistungsverdrahtung bandartig
entlang der ersten Linie angeordnet und die entlang der ersten Linie
anzuordnenden Elemente sind an der ersten Leistungsverdrahtung vorgesehen.
Daher wird der kürzeste
Strompfad zwischen der ersten Leistungsverdrahtung und jedem Element
gebildet und die an dem Strompfad erzeugte Induktivität kann weiter
verringert werden.
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Gemäß dem sechsten
Aspekt der vorliegenden Erfindung ragen Abschnitte der jeweiligen
Ausgangsanschlüsse
aus dem Gehäuse
nach außen
vor und die Vorsprünge
sind zwischen verschiedenen Schaltungen weiter beabstandet und in
derselben Schaltung nahe aneinander angeordnet. Daher kann ein Satz
von Ausgangsanschlüssen,
die zu derselben Schaltung gehören,
ohne weiteres nach außen angeschlossen
werden. Folglich kann das Leistungsmodul zum Ansteuern eines Induktionsmotors,
eines Gleichstrommotors oder dergleichen verwendet werden. Mit anderen
Worten ist es möglich,
ein Leistungsmodul zu verwirklichen, das eine hohe Vielseitigkeit
hat und das nicht auf die Verwendung zum Ansteuern eines SR-Motors
beschränkt
ist.
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Gemäß dem siebten
Aspekt der vorliegenden Erfindung sind alle ersten und zweiten Ausgangsanschlüsse L-förmig und
die ersten und zweiten Ausgangsanschlüsse, die zu derselben Schaltung
gehören,
sind so vorgesehen, daß sie
einen beinahe T-förmigen
ebenen Umriß annehmen.
Daher kann die an dem Strompfad erzeugte Induktivität weiter
reduziert werden. Da darüber
hinaus die Formen aller Ausgangsanschlüsse L-förmig sind, können alle Ausgangsanschlüsse unter
Verwendung einer einzigen Metallform hergestellt werden und die
Herstellungskosten können
verringert werden.
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Gemäß dem achten
Aspekt der vorliegenden Erfindung sind die zweiten bandförmigen Abschnitte des
ersten und des zweiten Ausgangsanschlusses, die zu derselben Schaltung
gehören,
durch den Verbindungsdraht elektrisch verbunden. Daher kann das Leistungsmodul
zum Ansteuern eines Induktionsmotors, eines Gleichstrommotors oder
dergleichen verwendet werden. Darüber hinaus wird das Leistungsmodul
zum Ansteuern eines SR-Motors
im vorliegenden Zustand mit Ausnahme des Verbindungsdrahtes verwendet.
Folglich können
die Herstellungskosten verringert werden.
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Gemäß dem neunten
Aspekt der vorliegenden Erfindung sind die Vorsprünge der
ersten und der zweiten Ausgangsanschlüsse, die zu derselben Schaltung
gehören,
durch das leitende Verbindungselement elektrisch miteinander verbunden.
Daher kann das Leistungsmodul zum Ansteuern eines Induktionsmotors,
eines Gleichstrommotors oder dergleichen verwendet werden. Darüber hinaus
wird das Leistungsmodul in dem vorliegenden Zustand mit Ausnahme
des Verbindungselements zum Ansteuern eines SR-Motors verwendet. Folglich können die Herstellungskosten
reduziert werden. Da ferner das Verbindungselement an der Außenseite
des Gehäuses
angesetzt wird, kann der Benutzer ohne weiteres eine Umgestaltung
von Hand vornehmen.
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Gemäß dem zehnten
Aspekt der vorliegenden Erfindung sind sowohl die ersten als auch
die zweiten Ausgangsanschlüsse,
die zu derselben Schaltung gehören,
einstückig
miteinander verbunden, so daß sie
eine T-förmige
ebene Umrißlinie
annehmen.
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Daher
kann das Leistungsmodul zum Ansteuern eines Induktionsmotors, eines
Gleichstrommotors oder dergleichen verwendet werden. Darüber hinaus
wird das Leistungsmodul in seinem vorliegenden Zustand, abgesehen
von dem Ausgangsanschluß,
zum Ansteuern eines SR-Motors verwendet. Folglich können die
Herstellungskosten vermindert werden.
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Diese
und weitere Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden
Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung
im Zusammenhang mit der beiliegenden Zeichnung besser ersichtlich.
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1 ist
eine Draufsicht, die ein Leistungsmodul gemäß einer ersten Ausführungsform
zeigt;
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2 ist
eine Schnittansicht des Leistungsmoduls entlang der Linie A-A in 1;
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3 ist
eine perspektivische Ansicht, die das Erscheinungsbild des in 1 dargestellten Leistungsmoduls
zeigt;
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4 ist
ein Schaltbild, das das in 1 gezeigte
Leistungsmodul zeigt;
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5 ist
eine Teilschnittansicht des in 1 gezeigten
Leistungsmoduls;
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6 ist
eine Teildraufsicht, die ein Leistungsmodul gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt;
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7 ist
eine Teildraufsicht, die ein Leistungsmodul gemäß einer dritten Ausführungsform zeigt;
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8 ist
eine Teildraufsicht, die ein Leistungsmodul gemäß einer vierten Ausführungsform zeigt;
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9 ist
eine Teildraufsicht, die ein Leistungsmodul gemäß einer fünften Ausführungsform zeigt; und
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10 ist
ein Schaltbild, das ein herkömmliches
Leistungsmodul zeigt.
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1 ist
eine Draufsicht, die ein Leistungsmodul gemäß einer ersten Ausführungsform
zeigt. 2 ist eine Schnittansicht entlang der Linie A-A
in 1. Ferner ist 3 eine perspektivische
Ansicht, die das äußere Erscheinungsbild
des in 1 gezeigten Leistungsmoduls darstellt. 4 zeigt
ein Schaltbild des in 1 dargestellten Leistungsmoduls.
Das Leistungsmodul gemäß der ersten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend unter Bezug auf diese
Figuren beschrieben.
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In
einem Leistungsmodul 101 gemäß der ersten Ausführungsform
sind drei Schaltungen C1 bis C3 mit einer P-Leistungsverdrahtung 5 zum Übertragen
eines hochpotentialseitigen Leistungspotentials und einer N-Leistungsverdrahtung 6 zum Übertragen
eines niederpotentialseitigen Leistungspotentials verbunden. Mit
anderen Worten sind die Schaltungen C1 bis C3 parallel zueinander
zwischen die P-Leistungsverdrahtung 5 und die N-Leistungsverdrahtung 6 geschaltet.
Jede dieser Schaltungen C1 bis C3 enthält eine Reihenschaltung S1,
die ein Schaltelement 1a und ein Diodenelement 2a hat,
die miteinander in Gegenreihenschaltung verbunden sind, sowie eine Reihenschaltung
S2, die ein Schaltelement 1b und ein Diodenelement 2b hat,
die miteinander in Gegenreihenschaltung verbunden sind.
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Die "Gegenreihenschaltung" beschreibt eine Reihenschaltung,
bei der die Richtung eines Hauptstromflusses in dem Schaltelement
entgegengesetzt zu derjenigen eines Vorwärtsstromflusses in dem Diodenelement
ist. Folglich wirken die Diodenelemente 2a und 2b als
Schwungraddioden, um zu verhindern, daß die Schaltelemente 1a und 1b durch
einen Rückstrom
beschädigt
werden.
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Die
Schaltelemente 1a und 1b haben einen zueinander
identischen Aufbau und die Diodenelemente 2a und 2b haben
ebenso einen identischen Aufbau. Während die Schaltelemente 1a und 1b in der
vorliegenden Ausführungsform
Leistungs-IGBTs (Bipolartransistoren mit isolierter Gate-Elektrode) sind,
wie in 4 gezeigt, ist die vorliegende Erfindung nicht
auf dieses Beispiel eingeschränkt.
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Eine
erste Hauptelektrode (ein Kollektor des IGBT) des Schaltelements 1a und
eine Kathodenelektrode des Diodenelements 2b sind mit der
P-Leistungsverdrahtung 5 verbunden, und eine zweite Hauptelektrode
(ein Emitter des IGBT) des Schaltelements 1b und eine Anodenelektrode
des Diodenelements 2a sind mit der N-Leistungsverdrahtung 6 verbunden.
Darüber
hinaus ist eine zweite Hauptelektrode des Schaltelements 1a mit
einem Ausgangsanschluß 3 zusammen
mit einer Kathodenelektrode des Diodenelements 2a verbunden.
In ähnlicher
Weise ist eine erste Hauptelektrode des Schaltelements 1b mit einem
Ausgangsanschluß 4 zusammen
mit einer Anodenelektrode des Diodenelements 2b verbunden. Anschlußpaare T1
bis T3 sind einzeln mit den Schaltungen C1 bis C3 verbunden, wobei
jedes von ihnen einen Satz von Ausgangsanschlüssen 3 und 4 enthält.
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Sechs
Schaltelemente 1a und 1b werden selektiv phasenverschoben
ein- und ausgeschaltet, so daß die
Ausgangssignale drei Phasen haben, das heißt, daß eine U-, V- bwz. W-Phase
jeweils von den Anschlußpaaren
T1 bis T3 abgenommen werden. Entsprechend wird ein Satz von Ausgangsanschlüssen 3 und 4,
die zu den Anschlußpaaren
T1 bis T3 jeweils gehören,
mit den jeweiligen Dreiphaseneingängen eines SR-Motors verbunden.
Folglich kann der SR-Motor angesteuert werden.
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In
dem Leistungsmodul 101 sind verschiedene Verdrahtungen,
Elemente und Anschlüsse
auf einer Grundplatte 20 vorgesehen, die als ein Substrat dient,
und in einem Gehäuse 21 und
auf der Grundplatte 20 untergebracht. Eine Kupferplatte,
die hervorragende Wärmeabstrahlungseigenschaften
aufweist, wird beispielsweise als Grundplatte 20 verwendet.
Die Schaltungen C1 bis C3 sind in dieser Reihenfolge entlang einer
Seite der Grundplatte 20 mit einem rechteckigen ebenen
Umriß angeordnet.
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Die
P-Leistungsverdrahtung 5 ist bandartig auf einer bandförmigen Isolierschicht 24 vorgesehen. Die
Isolierschicht 24 und die P-Leistungsverdrahtung 5 sind
beispielsweise als eine Keramikplatte, auf deren Hauptoberfläche eine
Metallfolie gebildet ist und die mit der oberen Oberfläche der
Grundplatte 20 verbunden ist, ausgebildet. Alle Schaltelemente 1a und
Diodenelemente 2b, die zu den Schaltungen C1 bis C3 gehören, sind
auf der P-Leistungsverdrahtung 5 so befestigt, daß sie eine
erste Linie bilden, und sind somit elektrisch mit der P-Leistungsverdrahtung 5 verbunden.
Folglich wird zwischen der P-Leistungsverdrahtung 5 und
den Elementen 1a und 2b, die mit der P-Leistungsverdrahtung
verbunden sind, der kürzeste
Strompfad gebildet. Auf diese Weise wird die an dem Strompfad erzeugte
Induktivität
verringert. Dies trägt
auch zu einer Größenreduzierung des
Leistungsmoduls 101 bei.
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Sechs
Isolierschichten 22 sind ferner auf der Grundplatte 20 in
einem Abstand von der Isolierschicht 24 parallel zu dieser
angeordnet, und eine Leiterschicht 7 ist auf jeder der
Isolierschichten 22 gebildet. Die Isolierschicht 22 und
die Leiterschichten 7 sind als Keramikplatte mit einer
entlang der Hauptoberfläche
derselben ausgebildeten Metallfolie ausgebildet und mit der oberen
Oberfläche
der Grundplatte 20 beispielsweise verbunden. Alle Schaltelemente 1b und
Diodenelemente 2a, die zu den Schaltungen C1 bis C3 gehören, sind
auf der Leiterschicht 7 befestigt und elektrisch miteinander
verbunden. Folglich sind alle Schaltelemente 1b und Diodenelemente 2a so
angeordnet, daß sie
eine zweite Linie parallel zu der ersten Linie bilden. Alle Schaltelemente 1a und 1b und
alle Diodenelemente 2a und 2b werden in einem
ungekapselten Chip verwendet.
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In
allen Richtungen entlang der ersten Linie, entlang der zweiten Linie
und die erste und die zweite Linie kreuzend sind die Schaltelemente 1a und 1b und
die Diodenelemente 2a und 2b abwechselnd angeordnet.
Folglich sind die sechs Schaltelemente 1a und 1b,
die eine starke Wärmeerzeugung
haben, gleichmäßig am weitesten
voneinander entfernt angeordnet. Das hat zur Folge, daß die Störung durch Wärmeeinfluß bei allen
Schaltelementen 1a und 1b so reduziert wird, daß ein Temperaturanstieg
abgemildert werden kann. Dies trägt
auch zur Größenverringerung
des Leistungsmoduls 101 bei.
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Die
N-Leistungsverdrahtung 6 ist auf einer Isolierschicht 23 gebildet,
die auf der Grundplatte 20 angeordnet ist. Die Isolierschicht 23 und
die N-Leistungsverdrahtung 6 sind als Keramikplatte mit
einer Metallfolie, die entlang der Hauptoberfläche derselben gebildet ist,
ausgebildet und beispielsweise mit der oberen Oberfläche der
Grundplatte 20 verbunden. Die N-Leistungsverdrahtung 6 hat
einen bandförmigen
Abschnitt 61, der zwischen der ersten und der zweiten Linie
und parallel zu diesen verläuft,
und drei Vorsprünge 62,
die von dem bandförmigen
Abschnitt 61 vorragen und in die zweite Linie eindringen.
Jeder der drei Vorsprünge 62 ist
zwischen dem Diodenelement 2a und dem Schaltelement 1b vorgesehen,
die zu derselben Schaltung (derselben Schaltung von C1 bis C3, was
auch im folgenden gilt) gehören.
Das Diodenelement 2a und das Schaltelement 1b,
die zu derselben Schaltung gehören,
sind jeweils mit dem einem bzw. dem anderen Ende eines Verbindungsdrahtes
W, der einen Mittelabschnitt hat, der mit dem dazwischenliegenden
Vorsprung 62 verbunden ist, verbunden. Im Herstellungsprozeß kann daher
die Drahtverbindung kontinuierlich zwischen diesen ausgeführt werden.
Folglich kann die Herstellungseffizienz verbessert werden.
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Die
beiden Ausgangsanschlüsse 3 und 4 sind
wie Platten geformt, die eine L-förmige ebene Umrißlinie haben.
Mit anderen Worten hat der Ausgangsanschluß 3 einen ersten bandförmigen Abschnitt 41 und
einen zweiten bandförmigen
Abschnitt 42, deren Enden sich im rechten Winkel kreuzen.
In ähnlicher
Weise hat der Ausgangsanschluß 4 einen ersten
bandförmigen
Abschnitt 44 und einen zweiten bandförmigen Abschnitt 45,
deren Enden sich im rechten Winkel kreuzen. In den Ausgangsanschlüssen 3 und 4,
die zu derselben Schaltung gehören, sind die
zweiten bandförmigen
Abschnitte 42 und 45 parallel nahe aneinander
angeordnet. Folglich haben die beiden Ausgangsanschlüsse 3 und 4,
die zu derselben Schaltung gehören,
eine beinahe T-förmige ebene
Umrißlinie.
Daher kann die Induktivität,
die an den Ausgangsanschlüssen 3 und 4 erzeugt
wird, weiter reduziert werden. Da darüber hinaus die Formen aller
Ausgangsanschlüsse 3 und 4 die
gleiche L-Form haben, können
sie unter Verwendung einer einzigen Metallform hergestellt werden.
Auf diese Weise können
die Herstellungskosten verringert werden.
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Die
zweiten bandförmigen
Abschnitte 42 und 45 durchdringen das Gehäuse 21 und
Vorsprünge 43 und 46,
welche die Enden derselben sind, ragen aus dem Gehäuse 21 nach
außen
vor. Die Vorsprünge 43 und 46 sind
in dem gleichen Anschlußpaar
(dem gleichen der Anschlußpaare
T1 bis T3, was auch im folgenden gilt) nahe beieinander angeordnet
und zwischen unterschiedlichen Anschlußpaaren entfernt voneinander
plaziert. Daher kann ein Satz von Vorsprüngen 43 und 46,
die zu demselben Anschlußpaar gehören, ohne
weiteres an der Außenseite
angeschlossen werden. Folglich kann der Aufbau der Schaltung des
Leistungsmoduls 101 so modifiziert werden, daß er mit
dem der in 10 gezeigten Schaltung identisch
ist. Mit anderen Worten kann das Leistungsmodul 101 zur
Verwendung zum Ansteuern eines Induktionsmotors, eines Gleichstrommotors oder
dergleichen umgeändert
werden. Auf diese Weise ist das Leistungsmodul 101 als
Leistungsmodul aufgebaut, das eine hohe Vielseitigkeit hat, die
nicht auf die Verwendung zum Ansteuern eines SR-Motors beschränkt ist.
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Die
ersten bandförmigen
Abschnitte 41 und 44 sind zwischen der ersten
und der zweiten Linie parallel zu diesen angeord net. Dies trägt auch
zur Größenreduzierung
des Leistungsmoduls 101 bei. Ferner sind die ersten bandförmigen Abschnitte 41 und 44 parallel
zu dem bandförmigen
Abschnitt 61 auf der Isolierschicht 8, die bandartig
auf dem bandförmigen Abschnitt 61 der
N-Leistungsverdrahtung 6 gebildet ist, und diesem gegenüberliegend
vorgesehen. Diese dreidimensionalen Strukturen sind auch in der Teilschnittansicht
in 5 dargestellt. Mit der zweilagigen Struktur kann
die an dem Strompfad erzeugte Induktivität weiter reduziert werden.
Zusätzlich
kann die Fläche
der Grundplatte 20 weiter vermindert werden und die Größe des Leistungsmoduls 101 kann weiter
reduziert werden.
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In
jeder der Schaltungen C1 bis C3 sind das Schaltelement 1a und
das Diodenelement 2a durch den Verbindungsdraht W verbunden,
und ferner ist ein Mittelabschnitt desselben mit dem ersten bandförmigen Abschnitt 41 des
Ausgangsanschlusses 3 verbunden. In ähnlicher Weise sind das Schaltelement 1b und
das Diodenelement 2b durch den Verbindungsdraht W miteinander
verbunden und ferner ist ein Mittelabschnitt desselben mit dem ersten bandförmigen Abschnitt 44 des
Ausgangsanschlusses 4 verbunden. Im Herstellungsprozeß kann daher die
Drahtverbindung zwischen diesen kontinuierlich ausgeführt werden.
Folglich kann die Herstellungseffizienz verbessert werden.
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Während der
Verbindungsdraht W mit dem Diodenelement 2a und dem Schaltelement 1b durch die
Leiterschicht 7 in dem in 1 gezeigten
Beispiel indirekt verbunden ist, kann er direkt mit dem Diodenelement 2a und
dem Schaltelement 1b verbunden sein. In jedem Fall ist
der Verbindungsdraht W mit dem Diodenelement 2a und dem
Schaltelement 1b verbunden.
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Wie 2 zeigt,
wird vorzugsweise ein isolierendes Versiegelungsmaterial 30,
wie zum Beispiel ein Gel, in einen inneren Abschnitt gefüllt, der
von dem Gehäuse 21 und
der Grundplatte 20 umgeben ist. Darüber hinaus werden Leistungsanschlüsse 31 und 32 mit
der P-Leistungsverdrahtung 5 beziehungsweise der N-Leistungsverdrahtung 6 verbunden
und deren Enden ragen aus dem Gehäuse 21 nach außen (3).
In ähnlicher
Weise sind sechs Steueranschlüsse 32 einzeln
mit den Steuerelektroden (der Gate-Elektrode des IGBT) der sechs
Schaltelemente 1a und 1b verbunden und deren Enden
ragen freiliegend nach außerhalb
des Gehäuses 21 vor.
Eine externe Gleichstromleistungsversorgung ist mit den Leistungsanschlüssen 31 und 32 verbunden und
eine externe Steuerschaltung wird mit den Steueranschlüssen 32 verbunden
und ferner wird eine Last an die Vorsprünge 43 und 46 der
drei Ausgangsanschlußpaare 3 und 4 angeschlossen.
Auf diese Weise kann das Leistungsmodul 101 verwendet werden.
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Erste
bandförmige
Abschnitte 41 und 44 der Ausgangsanschlüsse 3 und 4 sind
nicht so gebildet, daß sie
zusammen mit dem bandförmigen
Abschnitt 61 einer N-Leistungsverdrahtung 6 eine
zweischichtige Struktur haben, sondern können parallel zueinander angeordnet
sein, wie 6 zeigt. In diesem Fall ist
es bevorzugt, daß die
ersten bandförmigen Abschnitte 41 und 44 auf
einer Isolierschicht (nicht dargestellt) gebildet werden, die auf
der Grundplatte 20 befestigt ist, und zwar in derselben
Weise wie die N-Leistungsverdrahtung 6. Auch wenn die ersten bandförmigen Abschnitte 41 und 44 auf
diese Weise vorgesehen werden, ist es möglich, in angemessener Weise
den Effekt der Reduzierung der an dem Strompfad erzeugten Induktivität zu erzielen.
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In
einem Leistungsmodul gemäß einer
dritten Ausführungsform
sind die zweiten bandförmigen Abschnitte 42 und 45 der
Ausgangsanschlüsse 3 und 4,
die jeweils zu den Anschlußpaaren
T1 bis T3 gehören,
durch einen Verbindungsdraht 9 elektrisch miteinander verbunden,
wie in 7 an dem Leistungsmodul 101 gemäß der ersten
Ausführungsform gezeigt.
Folglich hat das Leistungsmodul 101 einen in 10 gezeigten
Schaltungsaufbau anstatt des in 4 gezeigten.
Daher kann das Leistungsmodul gemäß der vorliegenden Ausführungsform
zum Ansteuern eines Gleichstrommotors, eines Induktionsmotors oder
dergleichen verwendet werden. Darüber hinaus wird das Leistungsmodul 101 in
diesem Zustand mit Ausnahme des Verbindungsdrahtes 9 zum Ansteuern
eines SR-Motors verwendet. Folglich können die Herstellungskosten
verringert werden.
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In
einem Leistungsmodul gemäß einer
vierten Ausführungsform
ist der Satz von Ausgangsanschlüssen 3 und 4,
die zu jedem der Anschlußpaare T1
bis T3 gehören,
durch einen einzelnen plattenförmigen
Ausgangsanschluß 10 ersetzt,
der eine T-förmige ebene
Umrißlinie
hat, wie 8 an dem Leistungsmodul 101 gemäß der ersten
Ausführungsform zeigt.
Der Ausgangsanschluß 10 entspricht
den Ausgangsanschlüssen 3 und 4 einschließlich der
zweiten bandförmigen
Abschnitte 42 und 45 (1), die
einstückig
miteinander verbunden sind, so daß sie eine T-förmige ebene
Umrißlinie
haben.
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Da
ein Satz von Ausgangsanschlüssen 3 und 4 durch
den Ausgangsanschluß 10 ersetzt
wird, hat das Leistungsmodul 101 den in 10 gezeigten Schaltungsaufbau
anstatt des in 4 gezeigten. Daher kann das
Leistungsmodul gemäß vorliegender Ausführungsform
zum Ansteuern eines Induktionsmotors, eines Gleichstrommotors oder
dergleichen verwendet werden. Darüber hinaus wird das Leistungsmodul 101 zum
Ansteuern eines SR-Motors
in dem vorliegenden Zustand mit Ausnahme des Ausgangsanschlusses 10 verwendet.
Folglich können die
Herstellungskosten vermindert werden.
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In
einem Leistungsmodul gemäß einer
fünften
Ausführungsform
sind die Vorsprünge 43 und 46 der
Ausgangsanschlüsse 3 und 4,
die zu jedem der Anschlußpaare
T1 bis T3 gehören,
durch ein leitfähiges
Verbindungselement 11 an der Außenseite des Gehäuses 21 elektrisch
miteinander verbunden, wie in 9 an dem
Leistungsmodul 101 gemäß der ersten
Ausführungsform
gezeigt. Beispielsweise werden die beiden Enden eines plattenförmigen leitfähigen Elements
jeweils mittels einer Schraube an den Vorsprüngen 43 bzw. 46 befestigt.
Folglich hat das Leistungsmodul 101 den in 10 gezeigten
Schaltungsaufbau anstatt des in 4 gezeigten.
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Das
hat zur Folge, daß das
Leistungsmodul gemäß der vorliegenden
Ausführungsform
zum Ansteuern eines Induktionsmotors, eines Gleichstrommotors oder
dergleichen verwendet werden kann. Darüber hinaus wird das Leistungsmodul 101 ohne das
Verbindungselement 11 zum Ansteuern eines SR-Motors verwendet.
Daher können
die Herstellungskosten verringert werden. Ferner wird das Verbindungselement 11 außerhalb
des Gehäuses 21 angebracht.
Somit kann ein Benutzer, der das Leistungsmodul 101 einsetzt,
die Umstellung ohne weiteres selbst durchführen.
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Obwohl
das Beispiel, bei dem drei Schaltungen C1 bis C3 parallel geschaltet
sind, in den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschrieben wurde,
ist es auch möglich,
ein Leistungsmodul zu bilden, bei dem nur zwei Schaltungen C1 und C2 beispielsweise
für eine
einzelne Phase parallel geschaltet sind. Allgemein kann die vorliegende
Erfindung in einer Konfiguration ausgeführt werden, daß N Schaltungen
C1 bis CN parallel zwischen eine P-Leistungsverdrahtung 5 oder
eine N-Leistungsverdrahtung 6 geschaltet
sind, wobei N eine ganze Zahl größer oder
gleich 2 ist.
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Obwohl
die Erfindung detailiert beschrieben wurde, ist die vorstehende
Beschreibung in allen Aspekten erläuternd und nicht einschränkend. Es
ist klar, daß zahlreiche
andere Modifikationen und Variationen erfunden werden können, ohne
den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen.