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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Stromrichtervorrichtung mit einem Rauschfilter für einen Stromrichter, der bei einer Schaltoperation eines Halbleiterschaltelements auftretendes Schaltrauschen filtert.
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Beschreibung des verwandten technischen Gebiets
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Die
DE 199 83 152 T5 offenbart eine Leistungstreibervorrichtung mit einer Hauptschaltungsplatine mit einem Eingangsanschlussblock für eine Verbindung mit Energiequellenanschlussdrähten, der auf einer Hauptoberfläche der Hauptschaltungsplatine angebracht ist, mit einem Leistungsmodul mit einer Konvertereinheit mit Dioden und einer Invertereinheit mit Schalteinrichtungen und Dioden, wobei das Leistungsmodul, das auf der anderen Hauptoberfläche der Hauptschaltungsplatine angebracht ist, zum Konvertieren und Ausgeben von elektrischer Energie dient, die über den Eingangsanschlussblock zugeführt wird, mit einer wärmedissipierenden Platte, die mit dem Leistungsmodul in Kontakt mit einer Oberfläche des Leistungsmoduls gegenüberliegend der Hauptschaltungsplatine verbunden ist, zum Dissipieren von Wärme, die durch das Leistungsmodul erzeugt wird, und mit einem Filtermodul mit einem Filtersubstrat, das mit einer Filterschaltung versehen und in der Mitte eines Verbindungspfades zwischen dem Eingangsanschlussblock und einem Eingangsabschnitt der Konvertereinheit angeordnet ist, um die Übertragung von Rauschen, das durch die Schalteinrichtungen erzeugt wird, zu einer Energiequellenseite zu unterdrücken, wobei die wärmedissipierende Platte darin einen konkaven Raum bereitstellt und das Filtermodul in dem konkaven Raum aufgenommen und abnehmbar an der wärmedissipierenden Platte angebracht ist.
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Aus der
US 6 115 270 A ist eine elektrische Stromrichteranordnung bekannt, die Schaltelemente zur Umwandlung elektrischer Energie durch Schalten, einen Treiberschaltungsabschnitt zum Treiben der Schaltelemente, einen Glättungskondensator zum Unterdrücken von Schwankungen der Spannung von einer Gleichstromversorgung, welche die Schaltelemente versorgt, und einen Steuerschaltungsabschnitt zum Kontrollieren der Schaltelemente durch Ausgabe eines Steuersignals an den Treiberschaltungsabschnitt aufweist, wobei der Glättungskondensator keramische Kondensatoren enthält.
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Die
US 5 909 915 A offenbart eine eingegossene elektronische Schaltung, bei welcher elektronische Komponenten und ein Schaltungssubstrat von einer zu schützenden Gussmasse umgeben sind, die etwa denselben Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist wie ein die elektronischen Komponenten und das Schaltungssubstrat bildendes Metall. Des Weiteren ist an einem Ende der Gussmasse ein elektrischer Anschluss vorgesehen, der als äußerer Verbindungsanschluss des elektronischen Schaltungssubstrats dient. Da ein Gehäuse zur Einhausung der Gussmasse nicht erforderlich ist, ist es möglich, die Anzahl der Komponenten und Mannstunden zu senken und das äußere Erscheinungsbild der elektronischen Schaltung zu erhöhen.
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Die
US 4 965 710 A beschreibt ein Sperrschicht-Bipolartransistor-Leistungsmodul, der IGBT-Schaltkreiselemente zusammen mit IC Treiberchips und Optoisolatoren oder Isoliertransformern im gleichen Modulgehäuse enthält. Ausgangsanschlüsse sind vorgesehen, die direkt an eine Steuerlogik oder Mikroprozessoren zum Betreiben des Moduls angeschlossen werden können. Die IGBT-Schaltkreiselemente können Stromsensorelektroden zur einfachen Strommessung sowie für Steuerfunktionen enthalten.
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Die
US 5 770 300 A offenbart eine Anordnung aus einer mehrlagigen metallischen Leiterplatte und einem gegossenen Bauelement. Die metallische Leiterplatte wird durch das Laminieren einer Isolationsschicht auf der Oberfläche einer metallischen Platte als Basis gebildet, und anschließend werden elektronische Bauteile auf der auf der Oberfläche der Isolationsschicht ausgebildeten Leitungsanordnung montiert. Eine doppelseitige Leiterplatte mit darauf montierten elektronischen Teilen wird parallel dazu angeordnet. Beide Leiterplatten werden monolitisch durch das Füllen des Raumes zwischen den Leiterplatten mit einem Isolierharz und anschließendes Härten des Harzes gestützt und befestigt. Ferner wird ein Isolierharz auf der Oberfläche der Leiterplatte in einer derartigen Weise laminiert, dass des Harz die montierten elektronischen Bauteile bedecken kann und anschließend aushärtet. Die von den elektronischen Bauteilen erzeugte Wärme kann effektiv an die Isolierharze durch Verwendung eines Harzes mit einer hohen thermischen Leitfähigkeit für beide der Isolierharze übertragen werden, wobei die Wärme dann von den Oberflächen der metallischen Platte oder des Isolierharzes emittiert.
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Die Schaltoperation eines Halbleiterschaltelements, die einen Stromrichter so wie einen Wechselrichter etc. konfiguriert, wird basierend auf einem Treibersignal mit einer Trägerfrequenz ausgeführt, die in der Größenordnung von mehreren kHz bis mehreren zehn kHz liegt, für die Pulsbreitenmodulation (PWM) durchgeführt wird. Diese Schaltoperation verursacht Schaltrauschen einer Frequenzkomponente, die gleich oder höher als mehrere zehn kHz von dem Stromrichter ist.
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In den letzten Jahren ist eine Vielzahl rechtlicher Vorschriften für einen solchen Stromrichter aufgestellt worden, um die negative Auswirkung zu unterdrücken, die eine Komponente von 100 kHz oder höher auf eine externe Vorrichtung unter den Frequenzkomponenten solches Schaltungsrauschens hat, und ein Rauschfilter für einen Stromrichter wird zum Ansprechen dieses Problems verwendet.
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Konventionell wird ein Rauschfilter für einen Stromrichter eines solchen Typs durch Anschließen, beispielsweise in Form eines umgekehrten L, einer Drosselspule, die eine einzelne Einheit darstellt und durch Wickeln eines elektrischen Drahts um einen aus Ferrit hergestellten Kern, eine amorphe Legierung, eine Kristalllegierung, etc. gebildet wird, und eines Kondensators aufgebaut, der eine einzelne Einheit darstellt und aus einem Film, einem Chip, etc. besteht. Eine einzelne integrierte Einheit wird an einer einem Stromrichter vorhergehenden Stufe verdrahtet, so dass bei der Schaltoperation eines Halbleiterschaltelements auftretendes Schaltungsrauschen gefiltert wird.
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In den letzten Jahren hat der Bedarf an einem Stromrichter, in dem ein solcher Rauschfilter angebracht ist, zugenommen, um Raum oder den mühsamen Verdrahtungsvorgang des Stromrichters und einer Rauschfiltereinheit einzusparen,
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1 und 2 exemplifizieren einen Aufbau, in dem ein Rauschfilter auf einer gedruckten Leiterplatte angeordnet ist. 1 ist eine Querschnittansicht, wohingegen 2 einen Aufriss darstellt.
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Rauschfilterelemente, so wie eine Drosselspule L 21, ein Erdekondensator Cy 22, ein Zwischenphasenkondensator Cx 23, etc. werden auf einer gedruckten Leiterplatte 7 mit einem Stifteinführverfahren angebracht, so dass ein Rauschfiltersubstrat 8 konfiguriert wird.
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3 zeigt ein Beispiel, bei dem ein Stromrichter durch Einbau des in den 1 und 2 gezeigten Rauschfiltersubstrats 8 konfiguriert wird.
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Dieser Stromrichter ist in eine obere, mittlere, und untere Stufe abhängig von Funktionen unterteilt, und wird durch ein Steuersubstrat 9, das einen Signalprozess einer zentralen Verarbeitungseinheit, etc. oder Steueroperationen, etc. ausführt, eine gedruckte Leiterplatte, auf der das oben beschriebene Rauschfiltersubstrat 8 von 1 angebracht ist, und ein Hauptschaltungsmodul 10 aufgebaut, in dem eine Gleichrichterschaltung 3 und eine Wechselrichterschaltung 5 bestehend aus einem Schaltelement 51 vorgesehen sind.
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Das Rauschfiltersubstrat 8 ist zwischen dem Steuersubstrat 9 und dem Hauptschaltungsmodul 10 angeordnet. Das Steuersubstrat 9, das eine kleine Wärmemenge erzeugt, ist normalerweise oben angeordnet.
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Das Hauptschaltungsmodul 10, das eine große Wärmemenge erzeugt, ist direkt in der Mitte einer Strahlungsrippe 11 aber eine Strahlungsplatte 60 so wie ein Keramiksubstrat, ein Substrat auf Metallbasis, etc. angeordnet, das eine hervorragende Wärmeabstrahlung zum Vereinfachen von Kühlung aufweist. Es wird darauf hingewiesen, dass das Hauptschaltungsmodul 10 mit einem Kieselgel 70 abgedichtet wird.
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Anschlussblöcke 43 sind am Umfang der Strahlungsrippe 11 angeordnet. Die gedruckte Leiterplatte 8 und das Steuersubstrat 9 sind als eine Mehrzahl von Stufen über an den Anschlussblöcken 43 befestigte Halter 41 aufgebaut.
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Der Stromrichter wird durch Bedecken des Rauschfiltersubstrats 8, des Steuersubstrats 9, und des Hauptschaltungsmoduls 10 mit einem Gehäuse 12 aufgebaut, das an den Anschlussblöcken 43 befestigt wird.
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Konventionell wird jedoch Wärmeerzeugung durch einen Vorliegensverlust so wie Kupferverlust etc. von der Drosselspule 21 verursacht, die den Rauschfilter dieses Typs konfiguriert. Wenn die Drosselspule, wie in 3 gezeigt ist, innerhalb des Stromrichters auf der gedruckten Leiterplatte 7 angebracht ist, steigt die Atmosphärentemperatur in dem Gehäuse 12 an. Insbesondere, wenn die Kapazität des Stromrichters zunimmt, steigt die Atmosphärentemperatur innerhalb des Gehäuses 12 bedeutend an.
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Da darüber hinaus ein Stromrichter ursprünglich einen großen Vorliegensverlust eines Leistungshalbleiters aufweist, wird dem Kühlen des Stromrichters starke Beachtung geschenkt. Ein Anstieg in der Atmosphärentemperatur innerhalb des Gehäuses 12, der durch eine andere Wärmequelle verursacht wird, führt zu einem Anstieg der Temperatur der gedruckten Leiterplatte 7, das heißt des Steuersubstrats 9, was zu einem solchen Problem führt, dass die wärmebeständige Lebensdauer der Komponenten verkürzt wird.
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Außerdem verschlechtert sich in der in 3 gezeigten 3-stufigen Struktur die Wärmeabstrahlung des gesamten Stromrichters und gleichzeitig wird seine Kapazität groß.
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Es ist erstrebenswert, dass die Drosselspule 21 angeordnet ist, um die Strahlungsrippe 11 so viel wie möglich zu berühren. Dies liegt darin begründet, dass die Kühlwirkung gering ist, wenn die Drosselspule 21 auf der gedruckten Leiterplatte 7 innerhalb des Stromrichters angebracht ist. Da jedoch normalerweise ein Erdepotential zwischen der Drosselspule 21 und der Strahlungsrippe 11 auftritt, müssen die Drosselspule 21 und die Strahlungsrippe 11 geeignet isoliert sein.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung einer Stromrichtervorrichtung, die wirksam durch einen Rauschfilter an einer Strahlungsrippe erzeugte Wärme ableiten und eine erforderliche Isoliereigenschaft erhalten kann.
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Vorgeschlagen wird zur Lösung dieser Aufgabe gemäß der vorliegenden Erfindung eine Stromrichtervorrichtung, die von einer Stromquelle zugeführten Strom umwandelt und eine elektrische Vorrichtung steuert, mit einer Rauschfiltereinheit, die eine in der Vorrichtung selbst auftretende Rauschkomponente entfernt, einem Hauptschaltungsmodul zum Gleichrichten des von der Stromquelle über die Rauschfiltereinheit zugeführten Stroms und zum Ansteuern der elektrischen Vorrichtung, einem Wärmeabstrahlungsbehälter, der aus einem Laminat aufgebaut ist und die Rauschfiltereinheit aufnimmt, und einem Wärmestrahlungssubstrat, auf dem direkt der die Rauschfiltereinheit aufnehmende Wärmeabstrahlungsbehälter und die Treibereinheit installiert sind, wobei das Laminat, aus dem der Wärmeabstrahlungsbehälter aufgebaut ist, eine Metallplatte und eine Dünnfilm-Harzisolierschicht aufweist und die Rauschfiltereinheit innerhalb des Wärmeabstrahlungsbehälters mit einem Harzisoliermaterial abgedichtet ist, dessen Wärmeleitfähigkeitseigenschaft beinahe gleich der Wärmeleitfähigkeitseigenschaft der Dünnfilm-Harzisolierschicht des Laminates ist, und mit der Metallplatte des Laminates direkt auf dem Strahlungssubstrat angeordnet ist.
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Bevorzugte Ausführungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die vorliegende Erfindung wird anhand der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen deutlicher werden, in denen:
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1 eine Querschnittansicht ist, die die konventionellen Rauschfilterkomponenten, etc. angebracht auf einer gedruckten Leiterplatte zeigt;
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2 eine perspektivische Ansicht ist, die konventionelle Rauschfilterkomponenten, etc. angebracht auf der gedruckten Leiterplatte zeigt;
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3 eine Querschnittansicht ist, die die konventionelle Struktur einer Stromrichtervorrichtung zeigt, in der eine gedruckte Leiterplatte, auf der Rauschfilterkomponenten, etc. angebracht sind, untergebracht ist.
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4 eine Querschnittansicht ist, die die Struktur eines Laminats zeigt;
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5 eine Querschnittansicht ist, die die Struktur eines Strahlungsbehälters zeigt, der durch Biegen des Laminats in die Form eines Kastens verarbeitet wird;
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6 eine Querschnittansicht ist, die die Struktur zeigt, in der ein Rauschfiltermodul innerhalb des Strahlungsbehälters untergebracht ist, der durch das Laminat aufgebaut und mit einem Harzisoliermaterial abgedichtet ist;
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7 eine Querschnittansicht ist, die den Aufbau einer Stromrichtervorrichtung zeigt, in der der das Rauschfiltermodul aufnehmende Strahlungsbehälter direkt auf der Strahlungsrippe angeordnet ist;
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8 ein vereinfachtes Schaltdiagramm ist, das den Aufbau eines elektrischen Schaltsystems in der in 7 gezeigten Stromrichtervorrichtung zeigt;
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9, die eine erste Modifikation einer zweiten bevorzugten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung exemplifiziert, eine Querschnittansicht ist, die den Aufbau einer Stromrichtervorrichtung zeigt, in der ein ein Rauschfiltermodul und eine Motorantriebseinheit als einen Körper aufnehmender Strahlungsbehälter direkt auf einer Strahlungsrippe angeordnet ist; und
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10, die eine zweite Modifikation der zweiten bevorzugten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung exemplifiziert, eine Querschnittansicht ist, die den Aufbau der Stromrichtervorrichtung zeigt, in der der das Rauschfiltermodul und die Motorantriebseinheit als einen Körper aufnehmende Strahlungsbehälter direkt auf der Strahlungsrippe angeordnet ist.
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Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung ausführlich unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
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Erste bevorzugte Ausführungsform
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Die erste bevorzugte Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung soll unter Bezugnahme auf die 4 bis 8 erklärt werden.
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Die vorliegende Erfindung ist durch die Struktur eines Stromrichtervorrichtung, die einen Rauschfilter für einen Stromrichter aufnimmt, und die Struktur eines den Rauschfilter aufnehmenden Strahlungssubstrats gekennzeichnet.
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Strahlungssubstrat
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Zuerst soll die Struktur des als ein den Rauschfilter aufnehmender Behälter verwendeten Strahlungssubstrats erklärt werden.
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4 gibt ein Beispiel der Struktur des Strahlungssubstrats.
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Dieses Strahlungssubstrat wird durch ein Laminat 15 aufgebaut, das aus einer Dünnfilm-Harzisolierschicht 13 und einer Metallplatte 14 besteht.
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Die Metallplatte 14 wird aus einer Aluminiumplatte, einer Kupferplatte, einer Eisenplatte, oder einer anderen Metallplatte hergestellt. Die Dünnfilm-Harzisolierschicht 13 wird aus einem Harzmaterial hergestellt. Das Laminat 15 wird durch Stapeln der Dünnfilm-Harzisolierschicht 13 auf die Metallplatte 14 aufgebaut.
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Ein Verfahren zum Herstellen des Laminats 15 ist im folgenden beschrieben.
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Zuerst wird ein Vergröberungsprozess zum Bilden von Vorsprüngen und Vertiefungen für die zu bindende Oberfläche der Metallplatte 14 durchgeführt, um ein Bindungsmerkmal zwischen der Dünnfilm-Harzisolierschicht 13 und der Metallplatte 14 zu erhalten.
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Wenn die Metallplatte 14 durch eine Aluminiumplatte aufgebaut wird, wird der Vergröberungsprozess durch Ausbilden winziger leerer Löcher mit einem Eloxalverfahren durchgeführt. Wenn die Metallplatte 14 durch eine Kupferplatte aufgebaut ist, wird der Vergröberungsprozess durch Ausbilden von Vorsprüngen und Vertiefungen durch die Erzeugung eines feinen nadelförmigen Oxids durchgeführt, was als ein Schwärzungsprozess bezeichnet wird. Eine ausreichende Bindungskraft kann auch mit einem Verfahren zum Ätzen einer Kupferoberfläche in Form einer Vertiefung von mehrere um erhalten werden, was als Mikroätzen bezeichnet wird, zusätzlich zu dem oben beschriebenen Schwärzungsprozess.
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Als nächstes wird das Laminat 15 durch Binden der Dünnfilm-Harzisolierschicht 13 an die Metallplatte 14 herstellt, wofür ein jeglicher der oben beschriebenen Vergröberungsprozesse durchgeführt wird.
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Als das Bindeverfahren wird eine Trägerfolie so wie eine Polyethylenfolie, etc. in einem vorimprägnierten Zustand, die durch Überziehen mit einem Harz (Epoxidharz, Polyimidharz, etc.) und durch Trocknen bis zu dem als Stufe B bezeichneten (ein Prozess zum Verfestigen eines flüssigen Harzes in gewissem Ausmaß durch Anlegen von Wärme) erzeugt wird, an die Metallplatte 14 mit einer Wärmevakuumpressmaschine gebunden und verfestigt. Die Trägerfolie so wie eine Polyethylenfolie kann durch Abziehen nach Verfestigung entfernt werden.
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Ein anderes Bindeverfahren kann durch direktes Stapeln einer Bindungsfolie in der B-Stufe, die als eine Folie mit einem Epoxid- oder Polyimidharz gegossen wird, auf die Metallplatte 14 und durch Binden der Folie und der Platte mit einer Wärmevakuumpressmaschine, und durch Verfestigen der gebundenen Platte in einer ähnlichen Weise realisiert werden.
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Ein weiteres Bindeverfahren kann durch direktes Überziehen der Metallplatte 14 mit einem flüssigen Harz, und durch Binden des Harzes und der Platte mit einer Wärmevakuumpressmaschine über eine Edelstahlplatte für Formung realisiert werden.
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Die Dünnfilm-Harzisolierschicht 13 kann mit einem beliebigen der oben beschriebenen Bindeverfahren gebildet werden. Es ist jedoch erwünscht, dass ihre Dicke zwischen 40 und 200 μm beträgt. Wenn die Dicke dünner als 40 μm wird, fällt eine Durchbruchspannung, und eine Isoliereigenschaft kann nicht erhalten werden. Oder, wenn die Dicke dicker als 200 μm wird, wird der Wärmewiderstand hoch, und von der Drosselspule L 21 erzeugte Wärme kann nicht wirksam abgeleitet werden.
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Strahlungsbehälter
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Als nächstes soll der den Rauschfilter aufnehmende Strahlungsbehälter erklärt werden.
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5 zeigt die Struktur des Strahlungsbehälters, der durch Schneiden eines geformten Laminats 15 in eine vorbestimmte Fläche und durch Biegen seiner vier Seiten über eine vorbestimmte Tiefe hergestellt wird.
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Leitfähige Rauschfilterkomponenten werden innerhalb des so aufgebauten Laminats 15 untergebracht. In diesem Fall kann das Laminat 15 mit einer Pressmaschine gebogen werden. Da ein Spalt bei einem Winkel einer gebogenen Seite gebildet wird, wird dieser zum Beispiel mit einem Harz der Silikonfamilie, etc. gefüllt.
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Rauschfiltermodul
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6 zeigt die Struktur des Rauschfiltermoduls 2, das durch Verwendung des durch Verbiegen verarbeiteten Laminats 15 von 5 aufgebaut wird.
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Das Rauschfiltermodul 2 wird durch Anordnung von Rauschfilterelementen so wie einer Drosselspule L 21, einem Erdekondensator Cy 22, einem Zwischenphasenkondensator Cx 23, etc. innerhalb des durch Biegung verarbeiteten Laminats 15 und durch Abdichten der Elemente mit einem Harzisoliermaterial 16 aufgebaut.
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Die Drosselspule L 21 für den Rauschfilter kann an ein anderes Schaltsystem durch Führen eines Leitungsdrahts nach oben angeschlossen werden.
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Hier werden ein Wärmeausdehnungskoeffizient des Laminats 15 und derjenige des Harzisoliermaterials 16 zum Abdichten auf beinahe gleiche Werte eingestellt, wenn die Drosselspule L 21, die zu einer Wärmeerzeugungsquelle wird, innerhalb des den Strahlungsbehälter bildenden Laminats 15 untergebracht wird. Es soll jedoch zur Kenntnis genommen werden, dass die hier genannten beinahe gleichen Werte einen gleichen Wert einschließen.
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Genau ausgedrückt, werden der Wärmeausdehnungskoeffizient der Metallplatte 14, die das Laminat 15 aufbaut, und der des Harzisoliermaterials 16 auf einen gleichen Wert oder auf so nahe wie möglich beieinanderliegende Werte eingestellt. Wenn zum Beispiel Aluminium als die Metallplatte 14 verwendet wird, beträgt sein Wärmeausdehnungskoeffizient 23 × 10–6(°C–1). Deshalb wird ein Material mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten, der ähnlich dem oben beschriebenen Wert von Aluminium ist, als das Harzisoliermaterial 16 verwendet. Wenn außerdem zum Beispiel Kupfer als die Metallplatte 14 verwendet wird, beträgt sein Wärmeausdehnungskoeffizient 16 × 10–6(°C–1). Deshalb wird ein Material mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten ähnlich dem Wert von Kupfer als das Harzisoliermaterial 16 verwendet.
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Durch Abdichten der leitfähigen Rauschfilterkomponenten innerhalb des Laminats 15 mit dem wie oben beschriebenen Harzisoliermaterial 16 wird der folgende Vorteil geschaffen.
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Durch den Verlust der Drosselspule L 21 erzeugte Wärme kann wirksam innerhalb des Harzisoliermaterials 16 verstreut werden.
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Das heißt, ein emaillierter Draht, der normalerweise mit einem Polyurethanharz, etc. überzogen ist, wird als der um die Drosselspule L 21 gewickelte Draht verwendet. Da der Überzug des emaillierten Drahts jedoch dünn ist und keine Isoliereigenschaft aufweist, kann der emaillierte Draht nicht ausgelegt werden, um direkt eine zu erdende Metallfläche zu berühren. Es wird jedoch die Dünnfilm-Harzisolierschicht 13, mit der eine geeignete Durchschlagspannung erhalten werden kann, für das Laminat 15 verwendet. Deshalb wird die Isoliereigenschaft nicht problematisch, selbst wenn der emaillierte Draht direkt gelegt wird. Andererseits kann durch einen Verlust erzeugte Wärme wirksam auf der Seite des Metallplatte 14 abgeleitet werden, indem man die Drosselspule L 21 direkt die Dünnfilm-Harzisolierschicht 13 berührt lässt.
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Zusätzlich kann jeder Zuleitungsdraht 80 mit einem Harzmaterial befestigt werden, so dass er äußeren Kräften standhalten kann, wenn er an eine andere Schaltung verdrahtet wird, und gleichzeitig keine Verformung etc. erfolgt.
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Weiter werden der Wärmeausdehnungskoeffizient des Laminats 15, insbesondere die Wärmeausdehnungskoeffizienten der Metallplatte 14 und des Harzisoliermaterials 16 beinahe gleich ausgelegt, wodurch Abschälen oder ein Riss aufgrund eines Wärmeanstiegs verhindert werden kann.
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Stromrichtervorrichtung
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7 gibt ein Beispiel des Aufbaus der Stromrichtervorrichtung.
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Auf der Strahlungsrippe 11 werden direkt das in 6 gezeigte Rauschfiltermodul 2 und das Hauptschaltungsmodul 10 angebracht.
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Weiter wird auf den oberen Enden der Träger 41 das Steuersubstrat 9 mit Schrauben, etc. befestigt. Ein Gleichstromumrichter 90, eine Steuerschaltung 100, etc. werden auf dem Steuersubstrat 9 angebracht.
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Das Steuersubstrat 9 wird durch eine gedruckte Leiterplatte (Glasepoxidsubstrat) aufgebaut, auf der verschiedene Steueroperationen ausführende elektronische Komponenten angebracht sind. Dieses Steuersubstrat 9 ist elektrisch an das Rauschfiltermodul 2 und das Hauptschaltungsmodul 10 über einen Verbindungsstift 42 angeschlossen.
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Mit einem solchen Aufbau können die folgenden Vorteile geschaffen werden.
- (1) Da das Rauschfiltermodul 2 in direktem Kontakt mit der Strahlungsrippe 11 steht, kann durch die Drosselspule L 21 erzeugte Wärme wirksam auf der unteren Seite der Strahlungsrippe 11 abgeleitet werden.
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Als ein Ergebnis kann ein Anstieg der Atmosphärentemperatur innerhalb des Gehäuses 12 auf ein Minimum im Vergleich mit einer konventionellen Struktur unterdrückt werden, selbst wenn Wärme innerhalb des Rauschfiltermoduls 2 erzeugt wird. Zur gleichen Zeit können Maßnahmen gegen Wärme, die für die anderen Komponenten ergriffen werden, entlastet werden. Dies beseitigt die Notwendigkeit, zusätzliche Elemente so wie teure oder wärmestabile Komponenten aufzuweisen, was zu einer Verringerung von Komponentenkosten führt.
- (2) Nur das Steuersubstrat 9 ist innerhalb des Raums des Gehäuses 12 angeordnet, wodurch eine extrem einfache Struktur im Vergleich zu dem in 1 gezeigten konventionellen 3-stufigen Aufbau erhalten wird.
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Ein derart einfacher Aufbau ermöglicht bedeutsame Vereinfachung eines Zusammenbauvorgangs, wodurch Arbeitseffizienz verbessert und der Ertrag gesteigert werden kann. Außerdem kann die Anzahl gedruckter Leiterplatten auf die Hälfte oder weniger verringert werden, so dass die Anzahl von Komponenten und die Herstellungskosten dramatisch herabgesetzt werden können. Da der konventionelle 3-stufige Aufbau als der 2-stufige Aufbau realisiert werden kann, kann darüber hinaus die Höhe des Gehäuses 12 verkürzt werden, was zu Verkleinerung auch in einer räumlichen Weise führt.
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Schaltsystemaufbau
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8 zeigt den Aufbau des elektrischen Schaltsystems der in 7 gezeigten Stromrichtervorrichtung.
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Die Stromrichtervorrichtung ist in der Breite in drei Hauptschaltungsteile so wie das Rauschfiltermodul 2, das Hauptschaltungsmodul 10 und das Steuersubstrat 9 unterteilt.
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Das Rauschfiltermodul 2 besteht aus der Drosselspule L 21, die an drei Stromleitungen von einer Dreiphasenwechselstromversorgung 1 in Reihe über Eingangsanschlüsse R, S und T, einen Erdekondensator Cy 22, und einen Zwischenphasenkondensator Cx 23 angeschlossen ist.
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Das Rauschfiltermodul 2 hat eine Funktion zum Filtern einer harmonischen Rauschkomponente sowie Schaltungsrauschen, etc., das bei der Schaltoperation eines einen Stromrichter so wie einen Wechselrichters, etc. bildenden Halbleiterschaltelements auftritt.
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Das Hauptschaltungsmodul 10 besteht aus einer Gleichrichterschaltung 3 angeschlossen an das Rauschfiltermodul 2, einem Glättungskondensator 4 angeschlossen zwischen einem Paar von Ausgangsanschlüssen der Gleichrichterschaltung 3, und einer Wechselrichterschaltung, die an den Glättungskondensator 4 angeschlossen ist.
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Die Wechselrichterschaltung 5 umfasst ein Schaltelement 51, das zum Beispiel durch einen IGBT (Insulated-Gate Bipolar Transistor; bipolarer Isolierschichttransistor) gebildet wird. Jedes Schaltelement wird gesteuert, um ein/ausgeschaltet zu werden. Es wird darauf hingewiesen, dass eine elektrische Vorrichtung, hier ein Dreiphasen-Induktionsmotor 6, als eine Last der Wechselrichterschaltung 5 angeschlossen ist.
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Die Steuerschaltung 9 besteht als einem Gleichstromumrichter 90, einer Steuerschaltung 100, die verschiedene Signalprozesse und Steueroperationen durchführt, und eine CPU, einen ROM, einen RAM, etc. und dergleichen einschließt.
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Der Gleichstromumrichter 90 ist an die Ausgangsanschlüsse der Gleichrichterschaltung 3 angeschlossen, und der Strom, zu dem der Strom von der Dreiphasen-Wechselstromversorgung 1 gleichgerichtet wird, wird eingegeben. Der Strom, den der Gleichstromumrichter 90 in einen vorbestimmten Wert umrichtet, wird der Steuerschaltung 100 zugeführt.
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Die Steuerschaltung 100 ist an einen Gate-Anschluss des Schaltelements 51 der Wechselrichterschaltung 5 angeschlossen. Das Schaltelement 51 wird gesteuert, um basierend auf einem Steuersignal von der Steuerschaltung 100 ein/ausgeschaltet zu werden. Als ein Ergebnis wird eine Ausgangsspannung V0, für die Pulsbreitmodulation (PWM) durchgeführt wird, von den Ausgangsanschlüssen U, V und W ausgegeben, so dass der Dreiphasen-Induktionsmotor 6 gedreht wird.
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Zweite bevorzugte Ausführungsform
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Als nächstes soll die zweite bevorzugte Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die 9 und 10 erklärt werden. Erklärungen der gleichen Teile wie denjenigen der oben beschriebenen ersten Ausführungsform werden weggelassen, und die gleichen Bezugsziffern sind vergeben worden.
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Diese bevorzugte Ausführungsform ist ein Beispiel, in dem die Struktur des Laminats 15 als ein Strahlungsbehälter mit einer vorbestimmten Ableitungseigenschaft und einer Isoliereigenschaft modifiziert ist.
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Erstes Modifikationsbeispiel
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Das erste Modifikationsbeispiel ist unter Bezugnahme auf 9 beschrieben.
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In dieser Figur ist das Laminat 15 über der gesamten Strahlungsrippe 11 ausgebildet. Das Laminat 15 ist durch Unterteilen der Platte 100 in seiner Mitte in zwei Räume 110 und 120 unterteilt.
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Ein Raum 100 auf dem Laminat 15 nimmt die Komponenten des Rauschfiltermoduls 2 auf, das aus der Drosselspule L 21, dem Erdekondensator Cy 22, und dem Zwischenphasenkondensator Cx 23 besteht, die mit dem Harzisoliermaterial 16 abgedichtet sind.
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Der andere Raum 120 auf dem Laminat 15 nimmt die Komponenten des Hauptschaltungsmoduls 10 auf, welches aus der Gleichrichterschaltung 3, dem Glättungskondensator 4, und der Wechselrichterschaltung 5 besteht, die mit dem Silikongel 70 abgedichtet sind.
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Das Laminat 15 wird durch Unterteilen seines unteren Teils wie oben beschrieben strukturiert, so dass eine breite Ableitungsfläche genommen werden kann, und die Anzahl von Komponenten kann verringert werden, indem sie geteilt werden. Dementsprechend kann ein Zusammenbauvorgang vereinfacht werden, und die Produktionskosten können weiter verringert werden.
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Zweites Modifikationsbeispiel
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Das zweite Modifikationsbeispiel ist unter Bezugnahme auf 10 erklärt.
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In diesem Beispiel wird nicht nur der untere Teil des Laminats 15, sondern auch der Seitenumfang zum unteren Teil geteilt und als ein Körper strukturiert.
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Bei einer solchen Ein-Körper-Struktur kann eine Ableitungsfläche nicht nur am unteren Teil, sondern auch an der Seite viel mehr erweitert werden, wodurch weiter die Anzahl von Komponenten verringert wird.
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Dritte bevorzugte Ausführungsform
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Als nächstes soll die dritte bevorzugte Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung erklärt werden. Erklärungen der gleichen Teile wie denjenigen in den oben beschriebenen Ausführungsformen sind weggelassen, und die gleichen Bezugsziffern sind vergeben worden.
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Diese Ausführungsform ist ein Beispiel eines Aufbaumaterials des Laminats 15.
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Zum wirksamen Leiten der durch die Drosselspule L 21 erzeugten Wärme zu der Metallplatte 14 über die Dünnfilm Harzisolierschicht 13, ist es wirksamer, dass die Wärmeleitfähigkeit der Dünnfilm-Harzisolierschicht 13 so groß wie möglich ist.
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Deshalb wird als die Dünnfilm-Harzisolierschicht 13 in dieser Ausführungsform ein Material verwendet, in das ein Harzmaterial und ein anorganisches Füllmaterial passend gemischt werden. Ein einen Epoxid- oder Polyimidharz als eine Basis einschließendes Material wird als das Harzmaterial verwendet. Als das anorganische Füllmaterial wird Quartz, Tonerde, Bornitrid, Aluminiumnitrid, Siliciumnitrid, Magnesiumoxid, etc. oder ihre Mischungen verwendet.
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Es ist vorteilhaft, die Dünnfilm-Harzisolierschicht 13 zu verwenden, die durch die oben beschriebenen Materialien gebildet wird, und deren Wärmeleitfähigkeit in einem Bereich zwischen 1,0 und 10 W/m·K, stärker bevorzugt zwischen 1,0 und 7 W/m·K liegt.
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Wenn die das anorganische Füllmaterial enthaltende Dünnfilm-Harzisolierschicht 13 gebogen wird, tritt ein Riss auf. Die Elemente so wie die Drosselspule L 21, der Erdekondensator Cy 22, der Zwischenphasenkondensator Cx 23, etc., die für den Rauschfilter 2 vorgesehen sind, sind jedoch völlig von dem gebogenen Teil entfernt, und es besteht keine Gefahr eines Problems so wie eines Isolierungsversagens, etc.
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Vierte bevorzugte Ausführungsform
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Als nächstes soll die vierte bevorzugte Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung erklärt werden. Erklärungen der gleichen Teile wie denjenigen in den oben beschriebenen Ausführungsformen werden weggelassen, und die gleichen Bezugsziffern werden gegeben.
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Diese Ausführungsform ist ein Beispiel, in dem ein flexibles Harzmaterial für einen gebogenen Teil der Dünnfilm-Harzisolierschicht 13 verwendet wird, die das Laminat 15 aufbaut, um so keinen Riss zu verursachen.
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Als das flexible Harzmaterial wird eine Bindefolie verwendet, die kein anorganische Füllmaterial einer Epoxid- oder Polyimidfamilie enthält.
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Die Wärmeleitfähigkeit des elastischen Harzmaterials wird gering, wenn es kein anorganische Füllmaterial enthält. Deshalb beträgt die Dicke der Isolierschicht geeignet zwischen 40 und 75 μm, und stärker bevorzugt zwischen 40 und 50 μm. Wenn die Dicke 40 μm oder mehr wird, kann keine Isolationszuverlässigkeit erhalten werden. Wenn die Dicke 75 μm oder dicker wird, wird der Wärmewiderstand groß, was unerwünscht ist.
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Fünfte Ausführungsform
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Als nächstes soll die fünfte bevorzugte Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung erklärt werden. Erklärungen der gleichen Teile wie den in den oben beschriebenen Ausführungsformen werden weggelassen und die gleichen Bezugsziffern sind vergeben.
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Diese Ausführungsform ist ein Beispiel eines Aufbaumaterials des Harzisoliermaterials 16, das als ein Dichtungselement des Rauschfiltermoduls 30 verwendet wird.
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Ein anorganisches Füllmaterial so wie Quartz, Tonerde, Bornitrid, Aluminiumnitrid, Siliciumnitrid, Magnesiumoxid, etc. oder ihre Mischung wird einem Harzmaterial so wie einem Epoxidharz, einem Urethanharz, einem Siliciumharz, etc. hinzugegeben, so dass das Harzisoliermaterial 16 mit einer hohen Wärmeleitfähigkeiteigenschaft erzeugt wird.
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In diesem Fall ist es vorteilhaft, das Harzisoliermaterial 16 zu verwenden, das eine Wärmeleitfähigkeitseigenschaft, zum Beispiel eine Wärmeleitfähigkeit im Bereich zwischen 1,0 und 10 W/m·K, stärker bevorzugt zwischen 1,0 und 7 W/m·K aufweist.
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Durch Verwendung des Harzisoliermaterials 16 mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit kann Wärme, die von den Elementen so wie der Drosselspule L 21, dem Erdekondensator Cy 22, dem Zwischenphasenkondensator Cx 23, etc., welche für den Rauschfilter 2 vorgesehen sind, erzeugt wird, insbesondere von der Drosselspule L 21 erzeugte Wärme als ganzes verstreut werden.
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Die so verstreute Wärme kann auf der Strahlungsrippe 11 über das Laminat 15 abgeleitet werden. Als ein Ergebnis der Wärmeverstreuung kann eine Wärmedichte verringert werden und der Wärmewiderstand pro Einheitsfläche kann abgesenkt werden.
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Außerdem ist es erforderlich, dass der Wärmeausdehnungskoeffizient des Harzisoliermaterials 16 ausgelegt wird, um zu demjenigen von Ferrit zu passen, wenn ein Ferritkern für die Drosselspule L 21 verwendet wird, um keine Verzerrung aufgrund von Wärmespannung zu verursachen. Hinzufügen eines anorganischen Füllmaterials zum Erhalten einer hohen Wärmeleitfähigkeit ermöglicht Verringerung eines Wärmeausdehnungskoeffizienten, was gleichzeitig zu einer Abnahme in der Wärmespannung führt.
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Füllen des Harzisoliermaterials 16 erfolgt unter normalem Druck oder einem verringerten Druck von 1 bis 150 (Torr) [= 133~19,95 × 103 (Pa)]). Ein verringerter Druck von 1 bis 50 (Torr) [= 133~6,65 × 103 (Pa)] ist stärker zu bevorzugen, da ein Hohlraum schwer in einem Spalt zwischen der Drosselspule L 21, etc. und dem Laminat 15 beizubehalten ist.
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Die oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen beziehen sich auf Beispiele, in denen der Dreiphasen-Induktionsmotor 6 als eine elektrische Vorrichtung verwendet wird. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese Beispiele begrenzt, und kann zum Beispiel auf eine Induktionsheizspule, eine Schaltstromversorgung, ein unterbrechungsfreies Stromsystem (UPS), etc. angewendet werden.
