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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Leistungsumwandlungsgerät.
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HINTERGRUND
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Hybridfahrfahrzeuge und Elektrofahrzeuge weisen Hochspannungsbatterien und ein Leistungsumwandlungsgerät auf. Die Hochspannungsbatterie führt dem Leistungsumwandlungsgerät, das einen Motor zum Antrieb eines Fahrzeugs antreibt, elektrische Leistung zu. Das Leistungsumwandlungsgerät ist mit einem Gleichspannungswandler versehen, der eine aus der Hochspannungsbatterie zugeführte hohe Spannung in eine niedrige Spannung umwandelt. Die durch den Gleichspannungswandler umgewandelte niedrige Spannung wird Hilfsvorrichtungen des Fahrzeugs wie Lampen und einem Radio zugeführt.
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Die
JP 2013-211943 A , die der
US 2015/0029666 A1 entspricht, offenbart ein Leistungsumwandlungsgerät mit einem Leistungshalbleitermodul und einem Gleichspannungswandler. Das Leistungshalbleitermodul wandelt eine Gleichspannung in eine Wechselspannung um. Der Gleichspannungswandler wandelt eine Gleichspannung in eine Gleichspannung mit einem unterschiedlichen Pegel um.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Ein Fahrzeuggerät, wie das Leistungsumwandlungsgerät, muss in einem begrenzten Raum installiert werden, um den Komfort einer Fahrgastzelle eines Fahrzeugs zu verbessern, weshalb es erforderlich war, die Größe davon zu reduzieren. Die
JP 2013-211943 A hat vorgeschlagen, die Größe des Leistungsumwandlungsgeräts durch Verkürzen eines Verdrahtungsverbindungsabstands von dem Leistungshalbleitermodul und dem Gleichspannungswandler zu jeweiligen Eingangsanschlüssen zu reduzieren.
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Um die Größe des Leistungsumwandlungsgeräts weiter zu reduzieren, ist es notwendig, zusätzlich zu dem Verkürzen des Verdrahtungsverbindungabstands die Größe von Vorrichtungen zu reduzieren, die in dem Leistungsumwandlungsgerät enthalten sind. Zum Reduzieren der Größe des Leistungsumwandlungsgeräts wird in Erwägung gezogen, die Größe des Gleichspannungswandlers des Leistungsumwandlungsgeräts zu reduzieren. Um die Größe des Gleichspannungswandlers zu reduzieren, wird die Entwicklung einer höheren Frequenz des Gleichspannungswandlers angenommen.
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Ein SI-MOSFET (Silizium-Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistor), der in dem Gleichspannungswandler verwendet worden ist, wird mit einer Schaltfrequenz von einigen 100 kHz (Kilohertz) angetrieben. Jedoch ermutigt eine Halbleitervorrichtung der nächsten Generation mit einem stark verbesserten Leistungsvermögen im Vergleich zu der SI-Halbleitervorrichtung, die durch SiC oder GaN repräsentiert ist, das Herstellen eines Gleichspannungswandlers mit höherer Frequenz. Obwohl die höhere Frequenz des Gleichspannungswandlers entwickelt worden ist, wird dies aufgrund einer Verschlechterung von Funkstörungen behindert.
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Auch bei der Schaltfrequenz des herkömmlichen Gleichspannungswandlers mischt sich aufgrund einer harmonischen Komponente mit einer hohen Frequenz einer tertiären harmonischen Frequenz oder höher Störungen in das Radio bzw. den Funk des Fahrzeugs. Als ein Grund für die Funkstörung überlagern sich Abstrahlungsstörungen, die durch einen in einem Draht fließenden Gleichtaktstrom erzeugt werden, auf eine Funkantenne, was dazu führt, dass sich unerwünschte Störungen in den Funk mischen.
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Es bestehen Bedenken, dass eine Grundwelle der Schaltfrequenz einen Wert aufweist, der an die Funkfrequenz angenähert ist, wenn die Frequenz des Gleichspannungswandlers weiter erhöht wird, um die Größe des Gleichspannungswandlers weiter zu reduzieren, was zu einer Erhöhung des Problems der Funkstörungen führt.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Leistungsumwandlungsgerät bereitzustellen, das in der Lage ist, die Größe eines Gleichspannungswandlers zu reduzieren, während Radiostörungen unterdrückt werden.
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Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Offenbarung weist ein Leistungsumwandlungsgerät einen Wechselrichter, einen Gleichspannungswandler und ein Gehäuse auf. Der Wechselrichter wandelt eine aus einer Batterie zugeführte Gleichspannung in eine Wechselspannung um. Der Gleichspannungswandler setzt die aus der Batterie zugeführte Gleichspannung hoch oder herunter.
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Das Gehäuse weist auf: eine Vielzahl von Wänden, die den Wechselrichter umgeben, einen Wechselrichtereingangsanschluss, mit dem eine Leistungsleitung aus der Batterie verbunden ist, um die Gleichspannung an den Wechselrichter anzulegen, und einen Wandlereingangsanschluss, mit dem eine mit dem Gleichspannungswandler verbundene Leistungsleitung verbunden ist, um die Gleichspannung an den Gleichspannungswandler anzulegen.
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Die Vielzahl der Wände weist eine Referenzwand und eine gegenüberliegende Wand auf, die der Referenzwand gegenüberliegt. Der Wechselrichtereingangsanschluss ist benachbart zu der Referenzwand in Bezug auf eine imaginäre Ebene angeordnet, die das Gehäuse zwischen Referenzwand und der entgegengesetzten Wand zweiteilt. Der Wandlereingangsanschluss ist benachbart zu der entgegengesetzten Wand in Bezug auf die imaginäre Ebene angeordnet.
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Der Wechselrichtereingangsanschluss und der Wandlereingangsanschluss sind nämlich an entgegengesetzten Seiten in Bezug auf die imaginäre Ebene angeordnet. In dieser Konfiguration kann, da eine Impedanz innerhalb des Leistungsumwandlungsgeräts sich erhöht, eine Strahlungsstörung, die durch eine Gleichtaktstörung verursacht wird, unterdrückt werden.
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Da die Strahlungsstörung unterdrückt wird, kann die Funkstörung unterdrückt werden. Da die Funkstörung unterdrückt werden kann, kann die Schaltfrequenz des Gleichspannungswandlers erhöht werden. Da die Schaltfrequenz des Gleichspannungswandlers erhöht werden kann, kann die Größe des Gleichspannungswandlers reduziert werden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die vorstehenden und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung wenn anhand der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen deutlicher, in denen gleiche Teile durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet sind, und in denen:
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1 ein Blockschaltbild eines Antriebssystems mit einem Leistungsumwandlungsgerät gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung zeigt,
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2 ein Ersatzschaltbild eines Störungsfilters des Leistungsumwandlungsgeräts gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt,
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3 ein Ersatzschaltbild eines Gleichspannungswandlers des Leistungsumwandlungsgeräts gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt,
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4 eine erläuternde Draufsicht eines Gehäuses des Leistungsumwandlungsgeräts zum Erläutern von Anordnungen von Komponenten gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt,
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5 eine erläuternde Draufsicht eines Gehäuses eines Leistungsumwandlungsgeräts gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung zur Läuterung von Anordnungen von Komponenten zeigt,
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6A eine erläuternde Seitenansicht des Gehäuses bei einer Linie VIA-VIA in 5 zeigt, wenn entlang Pfeilen VIA betrachtet,
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6B eine erläuternde Seitenansicht des Gehäuses bei einer Linie VIB-VIB in 5 zeigt, wenn entlang Pfeilen VIB betrachtet,
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7 ein Ersatzschaltbild eines Leistungsumwandlungsgeräts gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung zeigt,
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8 ein Ersatzschaltbild eines Leistungsumwandlungsgeräts gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung zeigt,
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9 ein Ersatzschaltbild eines Leistungsumwandlungsgeräts gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung zeigt,
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10 ein Ersatzschaltbild eines Leistungsumwandlungsgeräts gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung zeigt,
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11 ein Ersatzschaltbild eines Leistungsumwandlungsgeräts gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung zeigt, und
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12 eine erläuternde Draufsicht eines Gehäuses eines Leistungsumwandlungsgeräts gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung zeigt.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Nachstehend sind Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf 1 bis 11 beschrieben.
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In Ausführungsbeispielen, die nach dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben sind, sind Komponenten oder Anordnungen, die im Wesentlichen dieselben wie diejenigen sind, die gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben sind, mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Es sei bemerkt, dass der Ausdruck ”das vorliegende Ausführungsbeispiel” erste bis siebte Ausführungsbeispiele meint.
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Das nachstehend beschriebene Leistungsumwandlungsgerät gemäß den ersten bis siebten Ausführungsbeispielen ist beispielsweise bei einem System angewendet, dass einen Wechselrichter und einen Gleichspannungswandler zur Zufuhr von elektrischer Leistung zu Hilfsvorrichtungen antreibt.
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(Erstes Ausführungsbeispiel)
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Ein Aufbau eines Motorantriebssystems mit einem Leistungsumwandlungsgeräts 101 ist unter Bezugnahme auf 1 beschrieben. Wie es in 1 gezeigt ist, weist das Motorantriebssystem Motorgeneratoren 26 und 27 sowie das Leistungsumwandlungsgerät 101 auf.
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Die Motorgeneratoren 26 und 27 sind Permanentmagnet-Synchron-Drei-Phasen-Wechselstrommotoren. Die Motorgeneratoren 26 und 27 werden beispielsweise in einem Reihen-Parallel-Hybridsystem eines Hybridfahrzeugs verwendet. Die Motorgeneratoren 26 und 27 fungieren als Elektromotoren, die Drehmomente erzeugen, wenn sie durch aus einer Batterie 20 zugeführte elektrische Leistung angetrieben werden, und fungieren als Generatoren, die elektrische Leistung erzeugen, wenn sie durch Verlangsamen des Fahrzeugs angetrieben werden.
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Das Leistungsumwandlungsgerät 101 weist die Batterie 20, einen Gleichtaktkondensator 21, einen Filterkondensator 42, einen Hochsetzsteller 30, einen Glättungskondensator 23, Wechselrichter 24 und 25, ein Störungsfilter 60, einen Gleichspannungswandler 80 und ein Gehäuse 40 auf. Nachstehend ist der Motorgenerator als ”MG” bezeichnet, und ist der Gleichspannungswandler als ”DDC” bezeichnet. Außerdem ist in den Zeichnungen das Störungsfilter 60 mit ”NF” bezeichnet, und sind die Wechselrichter 24 und 25 mit ”INV” bezeichnet.
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Die Batterie 20 ist mit einem Wechselrichtereingangsanschluss 41 des Gehäuses 40 verbunden. Die Batterie 20 ist eine Gleichstromleistungsquelle, die beispielsweise durch eine wiederaufladbare Batterie wie eine Nickel-Wasserstoff-Sekundärbatterie und eine Lithium-Ionen-Sekundärbatterie bereitgestellt ist. Anstelle der Batterie 20 kann eine elektrische Speichervorrichtung wie ein elektrischer Doppelschichtkondensator als Gleichstromleistungsquelle verwendet werden. Die durch die Batterie 20 angelegte Spannung ist als Batteriespannung Vb bezeichnet.
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Der Gleichtaktkondensator 21 ist parallel zu der Batterie 20 geschaltet. Der Gleichtaktkondensator 21 weist eine Reihenschaltung von zwei Kondensatoren auf. Ein Verbindungspunkt zwischen den zwei Kondensatoren ist mit einer Masseleitung verbunden. Somit ist der Gleichtaktkondensator 21 ein sogenannter Y-Kondensator. Der Gleichtaktkondensator 21 zieht einen Gleichtaktstrom, der durch eine Hochpotentialleitung Lp1 und eine Niedrigpotentialleitung Lg1 von der Batterie 20 geleitet wird, in die Masseleitung, um dadurch eine Gleichtaktstörung zu reduzieren.
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Der Filterkondensator 22 ist parallel zu der Batterie 20 geschaltet, und ist aus einem einzelnen Kondensator hergestellt. Somit ist der Filterkondensator 22 ein sogenannter X-Kondensator. Der Filterkondensator 22 fungiert dazu, eine Gleichtaktstörung aus der Batterie 20 zu reduzieren, als auch Variationen in der Batteriespannung Vb zu glätten.
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Der Hochsetzsteller 30 weist eine Drosselspule 31 und einen Anhebungsteil 32 auf. Der Hochsetzsteller 30 setzt die Batteriespannung Vb hoch, um eine angehobene Spannung Vs zu erzeugen. Die angehobene Spannung Vs wird den Wechselrichtern 24 und 25 bereitgestellt.
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Die Drosselspule 31 kann elektrische Energie speichern und entladen, die durch eine induzierte Spannung verursacht wird, die mit einer Änderung im Strom erzeugt wird.
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Der Anhebungsteil 32 weist zwei Schaltelemente 33 und 34, die in Reihe geschaltet sind, sowie Freilaufdioden 35 und 36 auf, die entsprechend parallel zu den Schaltelementen 33 und 34 geschaltet sind.
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Das Schaltelement 33, das sich auf einer Hochpotentialseite befindet, ist zwischen einem Ausgangsanschluss der Drosselspule 31 und der Hochpotentialleitung Lp1 der Wechselrichter 24 und 25 angeschlossen. Das Schaltelement 34, das sich auf einer Niedrigpotentialseite befindet, ist zwischen dem Ausgangsanschluss der Drosselspule 31 und Niedrigpotentialleitung Lg1 der Wechselrichter 24 und 25 angeschlossen. Die Freilaufdioden 35 und 36 sind in Richtungen angeordnet, die es ermöglichen, dass elektrische Ströme von der Niedrigpotentialseite zu der Hochpotentialseite fließen.
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Während eines Betriebs fließt, wenn das hochpotentialseitige Schaltelement 33 sich in einem Aus-Zustand befindet und das niedrigpotentialseitige Schaltelement 34 sich in einem Ein-Zustand befindet, der elektrische Strom aus der Batterie 20 zu der Drosselspule 31, so dass elektrische Energie in der Drosselspule 31 gespeichert wird. Wenn das hochpotentialseitige Schaltelement 33 sich in einem Ein-Zustand befindet und das niedrigpotentialseitige Schaltelement 34 sich in einem Aus-Zustand befindet, wird die in der Drosselspule 31 gespeicherte elektrische Energie entladen, so dass die angehobene Spannung Vs, die eine Spannung ist, in der die induzierte Spannung auf die Batteriespannung Vb überlagert wird, zu den Wechselrichtern 24 und 25 ausgegeben wird.
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Der Glättungskondensator 23 ist parallel zu dem Wechselrichter 24 zwischen dem Hochsetzsteller 30 und dem Wechselrichter 24 angeschlossen. Der Glättungskondensator 93 glättet die Variationen in der angehobenen Spannung Vs, die zu den Wechselrichtern 24 und 25 ausgegeben wird.
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Die Wechselrichter 24 und 25 sind jeweils aus sechs in einer Brücke verschalteten Schaltelementen hergestellt, und an diese wird die angehobene Spannung Vs angelegt. In den Wechselrichtern 24 und 25 werden die Schaltelemente in jeder Phase entsprechend einer PWM-Steuerung oder einer Phasensteuerung ein- und ausgeschaltet. Somit wandeln die Wechselrichter 24 und 25 die Gleichspannung in eine Drei-Phasen-Wechselspannung um und legen die Drei-Phasen-Wechselspannungen an die MGs 26 und 27 entsprechend der Ein- und Aus-Steuerung der Schaltelemente an.
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Das Störungsfilter 60 ist zwischen einem Wandlereingangsanschluss 81 und dem Wechselrichtereingangsanschluss 41 angeordnet. Das Störungsfilter 60 ist parallel zu dem Filterkondensator 22 geschaltet. Das Störungsfilter 60 unterdrückt die Gegentaktstörung und die Gleichtaktstörung.
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Wie es in 2 gezeigt ist, weist das Störungsfilter 60 einen Filtereingangsanschluss 61, einen Filterausgangsanschluss 62, Gleichtaktkondensatoren 63 und 64, Leitungskondensatoren 65 und 66, eine Gegentaktdrosselspule 67 und eine Gleichtaktdrosselspule 68 auf.
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Der Filtereingangsanschluss 61 weist einen ersten Filtereingangsanschluss 611 und einen zweiten Filtereingangsanschluss 612 auf. Der Filterausgangsanschluss 62 weist einen ersten Filterausgangsanschluss 621 und einen zweiten Filterausgangsanschluss 622 auf.
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Die Gleichtaktkondensatoren 63 und 64 sind Y-Kondensatoren. Die Gleichtaktkondensatoren 63 und 64 ziehen den durch die Hochpotentialleitung Lp2 und die Niedrigpotentialleitung Lg2 geleiteten Gleichtaktstrom zu der Masseleitung, um dadurch die Gleichtaktstörung zu unterdrücken.
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Die Leitungskondensatoren 65 und 66 unterdrücken die Gegentaktstörung, die durch die Hochpotentialleitung Lp2 und die Niedrigpotentialleitung Lg2 geleitet wird.
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Die Gegentaktdrosselspule 67 weist einen Aufbau auf, bei dem ein einzelner Leitungsdraht um einen einzelnen Kern gewickelt ist. Die Gegentaktdrosselspule 67 ist in Reihe mit und zwischen dem ersten Filtereingangsanschluss 611 und der Gleichtaktdrosselspule 68 geschaltet. Die Gegentaktdrosselspule 67 erzeugt einen Magnetfluss, wenn der Gegentaktstrom in der Gegentaktdrosselspule 67 fließt. Wenn der Magnetfluss in der Gegentaktdrosselspule 67 erzeugt wird, fungiert die Gegentaktdrosselspule 67 als eine Induktivität, um dadurch die Gegentaktstörung zu unterdrücken.
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Die Gleichtaktdrosselspule 68 weist eine erste Spule 681 und eine zweite Spule 682 auf. Die Gleichtaktdrosselspule 68 weist einen Aufbau auf, bei dem zwei Leitungsdrähte um einen einzelnen Kern gewickelt sind. Die Leitungsdrähte der ersten Spule 681 und der zweiten Spule 682 sind um den Kern in zueinander entgegengesetzten Richtungen gewickelt. Wenn die Gleichtaktströme in der ersten Spule 681 und der zweiten Spule 682 fließen, werden die in der ersten Spule 681 und der zweiten Spule 682 erzeugten Magnetflüsse zueinander verstärkt. Daher fungiert die Gleichtaktdrosselspule 68 als eine Induktivität, die eine große Impedanz erzeugt, um dadurch die Gleichtaktstörung zu unterdrücken.
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Der DDC 80 ist durch eine Abdeckung 99 umgeben, und ist mit dem Wandlereingangsanschluss 81 des Gehäuses 40 verbunden. Der DDC 80 setzt die von der Batterie durch den Wechselrichtereingangsanschluss 41 angelegte Batteriespannung Vb herunter, um eine heruntergesetzte Spannung Vd zu erzeugen.
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Wie es in 3 gezeigt ist, ist der DDC 80 ein Gleichspannungswandler der Vollbrückenbauart. Der DDC 80 weist einen Gehäuseverbindungsanschluss 92, einen Wandlerausgangsanschluss 82, Schaltelemente 93 bis 96, einen Transformator 83, synchrone Gleichrichterelemente 84 und 85, eine Drosselspule 86 und Glättungskondensatoren 90 und 91 auf.
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Der Gehäuseverbindungsanschluss 92 weist einen ersten Gehäuseverbindungsanschluss 921 und einen zweiten Gehäuseverbindungsanschluss 922 auf. Der Gehäuseverbindungsanschluss 92 ist mit dem Wandlereingangsanschluss 81 des Gehäuses 40 verbunden.
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Der Wandlerausgangsanschluss 82 weist einen ersten Wandlerausgangsanschluss 821 und einen zweiten Wandlerausgangsanschluss 822 auf. Der Wandlerausgangsanschluss 82 ist mit den Hilfsvorrichtungen des Fahrzeugs wie Lampen und einem Radio verbunden.
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Die Schaltelemente 93 bis 96 sind auf zwei Paaren von Hoch- und Niedrig-Potentialleitungen angeordnet und bilden eine Vollbrückenschaltung. Das Schaltelement 93 und das Schaltelement 95 sind mit einer Hochpotentialleitung Lp3 verbunden. Das Schaltelement 94 und das Schaltelement 96 sind mit einer Niedrigpotentialleitung Lg3 verbunden.
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Die Schaltelemente 93 und 96, die sich auf einer diagonalen Linie der Vollbrückenschaltung befinden, und die Schaltelemente 94 und 95, die sich auf einer anderen diagonalen Linie der Vollbrückenschaltung befinden, werden mit hoher Geschwindigkeit abwechselnd ein- und ausgeschaltet, so dass eine positive Spannung und eine negative Spannung abwechselnd an eine Primärspule 87 des Transformators 83 angelegt werden.
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Der Transformator 83 wandelt die Spannung zwischen der mit dem Gehäuseverbindungsanschluss 92 verbundenen Primärseite und der Sekundärseite um, die mit dem Wandlerausgangsanschluss 82 verbunden ist. Der Transformator 83 weist die Primärspule 87 und die Sekundärspulen 88 und 89 auf. Wenn die positive Spannung und die negative Spannung abwechselnd an die Primärspule 87 angelegt werden, werden die Spannungen in den Sekundärspulen 88 und 89 erzeugt, und somit wird die Spannung umgewandelt.
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Die synchronen Gleichrichterelemente 40 und 85 beispielsweise durch MOSFETs bereitgestellt. Das synchrone Gleichrichterelement 84 ist mit der Sekundärspule 88 verbunden. Das synchrone Gleichrichterelement 85 ist mit der Sekundärspule 89 verbunden. Da die synchronen Gleichrichterelemente 84 und 85 abwechselnd ein- und ausgeschaltet werden, wird der Strom auf der Sekundärseite synchron gleichgerichtet.
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Die Induktanz 86 kann die magnetische Energie speichern und entladen, die durch die entsprechend der Änderung im Strom erzeugte induzierte Spannung verursacht wird.
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Der Glättungskondensator 90 glättet die Spannung zwischen dem ersten Gehäuseverbindungsanschluss 921 und dem zweiten Gehäuseverbindungsanschluss 922. Der Glättungskondensator 91 glättet die Spannung zwischen dem ersten Wandlerausgangsanschluss 821 und dem zweiten Wandlerausgangsanschluss 822.
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(Betrieb)
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Nachstehend ist der Betrieb des Leistungsumwandlungsgeräts 101 beschrieben.
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Die Batteriespannung Vb, die beispielsweise bei 100 bis 300 V liegt, wird von der Batterie 20 an den Wechselrichtereingangsanschluss 41 angelegt. Wenn die Batteriespannung Vb angelegt wird, setzt der Hochsetzsteller 30 die Batteriespannung Vb auf einen Pegel von angenähert 900 V hoch, um dadurch die angehobene Spannung Vs zu erzeugen. Wenn die angehobene Spannung Vs an die Wechselrichter 24 und 25 angelegt wird, wandeln die Wechselrichter 24 und 25 während des Motorbetriebs die Gleichspannung in die Drei-Phasen-Wechselspannung um und führen die Drei-Phasen-Wechselspannung den MGs 26 und 27 zu. Die Wechselrichter 24 und 25 wandeln während des Generatorbetriebs den durch die MG 26 erzeugten Wechselstrom in Gleichstrom um, sodass der Gleichstrom in die Batterie 20 geladen werden kann.
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Wenn die Batteriespannung Vb angelegt wird, setzt der DDC 80 die Batteriespannung Vb auf einen Pegel von 10 bis 20 V entsprechend den Hochgeschwindigkeitsschaltvorgängen der Schaltelemente 93 bis 96 der Vollbrückenschaltung herunter, um dadurch die heruntergesetzte Spannung Vd zu erzeugen. Die heruntergesetzte Spannung Vd wird den Hilfsvorrichtungen wie den Lampen und dem Radio des Fahrzeugs zugeführt. Dabei tritt eine Funkstörung auf, da eine Ausstrahlungsstörung, die durch die in der Verdrahtung fließende Gleichtaktstörung verursacht wird, auf eine Funkantenne überlagert wird. Da die Funkstörung erzeugt wird, war es schwierig, eine höhere Frequenz des DDC 80 zu realisieren. Weiterhin war es schwierig, die Größe des DDC 80 zu reduzieren.
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Um die Funkstörung zu unterdrücken und die Größe des DDC 80 zu reduzieren, wurden die Anordnungen des Wechselrichtereingangsanschlusses 41 und des Wandlereingangsanschlusses 81 des Gehäuses 40 in der nachfolgenden Weise entwickelt. Insbesondere sind, wie es in 4 gezeigt ist, der Wechselrichtereingangsanschluss 41 und der Wandlereingangsanschluss 81 des Gehäuses 40 auf entgegengesetzten Seiten in Bezug auf eine imaginäre Ebene Sv angeordnet, die das Gehäuse 40 zweiteilt.
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Nachstehend ist das Gehäuse 40 ausführlich beschrieben.
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Wie es in 4 gezeigt ist, weist das Gehäuse 40 eine rechteckige Parallelepipedform auf. Das Gehäuse 40 weist eine dreidimensionale Form auf, die in einem in einer Höhenrichtung genommenen Querschnitt eine Polygonform aufweist. Das Gehäuse 40 weist mehrere aus sechs Richtungen umgebende Wände auf. Die Wände des Gehäuses 40 weisen eine Referenzwand 401 und eine gegenüberliegende Wand 402 auf. Das Gehäuse 40 weist den Wechselrichtereingangsanschluss 41 und den Wandlereingangsanschluss 81 auf.
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Die Referenzwand 401 ist gegenüberliegend zu der gegenüberliegenden Wand 402. Die Referenzwand 401 ist der gegenüberliegenden Wand 402 in einer Richtung gegenüberliegend, die senkrecht zu der imaginären Ebene Sv ist. Die Richtung senkrecht zu der imaginären Ebene Sc ist nachstehend als die Gegenüberliegungsrichtung bezeichnet.
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Die gegenüberliegende Wand 402 weist einen Bereich Sp auf, auf den der Wechselrichtereingangsanschluss 41 in der Gegenüberliegungsrichtung projiziert ist. Das heißt, dass der Bereich Sp den Wechselrichtereingangsanschluss 41 überlappt, wenn der Wechselrichtereingangsanschluss 41 auf die gegenüberliegende Wand 402 in die Gegenüberliegungsrichtung projiziert wird. Der Bereich Sp ist ein Projektionsbereich, der durch eine imaginäre Ebene Sa, die sich von dem ersten Wechselrichtereingangsanschluss 411 zu der gegenüberliegenden Wand 402 erstreckt, eine imaginäre Ebene Sb, die sich von dem zweiten Wechselrichtereingangsanschluss 412 zu der gegenüberliegenden Wand 402 erstreckt, und eine Ebene der gegenüberliegenden Wand 402 definiert ist. Auf der gegenüberliegenden Wand 402 ist der Bereich der Wandoberfläche außerhalb des Bereichs Sp als ein Restbereich Sr bezeichnet.
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Die imaginäre Ebene Sv zweiteilt das Gehäuse 40 zwischen der Referenzwand 401 und der gegenüberliegenden Wand 402 in einer Längsrichtung des Gehäuses 40, die der Gegenüberliegungsrichtung entspricht. Die imaginäre Ebene Sv ist eine imaginäre Ebene, die das Äußerste der projizierten Ebene zweiteilt, wenn das Gehäuse 40 in sechs Richtungen projiziert wird. Die gegenüberliegende Wand 402 befindet sich in Bezug auf die imaginäre Ebene Sv entgegengesetzt zu der Referenzwand 401.
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In dem Fall, in dem das Gehäuse 40 die rechteckige Parallelepipedform aufweist, weist das Gehäuse 40 sechs Wände auf und umgibt die Wechselrichter 24 und 25 von sechs Richtungen. Unter den sechs Wänden sind die aneinander angrenzenden Wände senkrecht zueinander. Die imaginäre Ebene Sv zweiteilt das Gehäuse 40 in der Längsrichtung. Anders ausgedrückt sind die Referenzwand 401 und die gegenüberliegende Wand 402 in der Längsrichtung einander gegenüberliegend, und der Abstand zwischen der Referenzwand und der gegenüberliegenden Wand 402 ist der längste in den Abständen zwischen den anderen Paaren der gegenüberliegenden Wände der rechteckigen Parallelepipedform.
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Der Wechselrichtereingangsanschluss 41 ist mit der Batterie 20 verbunden. Der Wechselrichtereingangsanschluss 41 weist den ersten Wechselrichtereingangsanschluss 411 und den zweiten Wechselrichtereingangsanschluss 412 auf. Die Leistungsleitung aus der Batterie 20 ist mit dem Wechselrichtereingangsanschuss 41 verbunden. Somit legt der Wechselrichtereingangsanschluss 41 die Spannung an die Wechselrichter 24 und 25 über den Hochsetzsteller 30 an.
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Der Wandlereingangsanschluss 81 ist mit dem Gehäuseverbindungsanschluss 92 des DDC 80 verbunden. Der Wandlereingangsanschluss 81 weist den ersten Wandlereingangsanschluss 811 und den zweiten Wandlereingangsanschluss 812 auf. Der Wandlereingangsanschluss 81 ist mit der Leistungsleitung verbunden, die mit dem DDC 80 verbunden ist. Der Wandlereingangsanschluss 81 legt die Spannung, die durch das Störungsfilter 60 gelangt ist, an den DDC 80 an.
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Der Wechselrichtereingangsanschluss 41 und der Wandlereingangsanschluss 81 sind in Bezug auf die imaginäre Ebene Sv einander entgegengesetzt angeordnet. Der Wechselrichtereingangsanschluss 41 ist an der Referenzwand 401 angeordnet. Der Wandlereingangsanschluss 81 ist an der gegenüberliegenden Wand 402 angeordnet. An der gegenüberliegenden Wand 402 befindet sich der Wandlereingangsanschluss 81 in dem Restbereich Sr der gegenüberliegenden Wand 402, der außerhalb des Bereichs Sp ist.
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Der Mittelpunkt des Wechselrichtereingangsanschlusses 41 ist als Pi definiert, und der Mittelpunkt des Wandlereingangsanschlusses 81 ist als Pc definiert. Eine imaginäre Linie, die durch den Mittelpunkt Pi und den Mittelpunkt Pc verläuft, ist als Iv definiert. Der Mittelpunkt Pi und der Mittelpunkt Pc befinden sich in Bezug auf die imaginäre Ebene Sv auf entgegengesetzten Seiten. Der Mittelpunkt Pi grenzt an die Referenzwand 401 an. Der Mittelpunkt Pc grenzt an die gegenüberliegenden Wand 402 an. Die Wechselrichter 24 und 25 sind innerhalb des Gehäuses 40 auf der imaginären Linie Iv angeordnet.
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(Wirkungen)
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- (1) Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind der Wechselrichtereingangsanschluss 41 und der Wandlereingangsanschluss 81 in Bezug auf die imaginäre Ebene Sv auf entgegengesetzten Seiten des Gehäuses 40 angeordnet. Der Wechselrichtereingangsanschluss 41 ist an der Referenzwand 401 angeordnet, und der Wandlereingangsanschluss 81 ist auf der gegenüberliegenden Wand 402 angeordnet. In einer derartigen Konfiguration wird die Induktivität oder die Kapazität in dem Leistungsumwandlungsgerät 401 zwischen dem Wechselrichtereingangsanschluss 41 und dem Wandlereingangsanschluss 81 genutzt.
Da die Induktivität oder die Kapazität genutzt wird, wird die Impedanz innerhalb des Leistungsumwandlungsgeräts 101 erhöht, und kann die Strahlungsstörung, die durch den Gleichtaktstrom verursacht wird, unterdrückt werden. Da die Strahlungsstörung unterdrückt werden kann, wird die Funkstörung unterdrückt, und kann die Schaltfrequenz des DDC 80 auf eine höhere Frequenz erhöht werden. Da der DDC 80 derart ausgeführt werden kann, dass eine höhere Frequenz aufweist, kann die Größe des DDC 80 reduziert werden.
- (2) Da die Wechselrichter 24 und 25 auf der imaginären Linie Iv angeordnet sind, kann die an dem Wechselrichter parasitär vorhandene Induktivität oder Kapazität verwendet werden, und steigt die Impedanz innerhalb des Leistungsumwandlungsgeräts 101 an. Daher kann die Strahlungsstörung, die durch die Gleichtaktstörung verursacht wird, weiter unterdrückt werden.
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(Zweites Ausführungsbeispiel)
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Gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel ist der Aufbau eines Leistungsumwandlungsgeräts 102 ähnlich zu dem Aufbau des Leistungsumwandlungsgeräts 101 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel mit Ausnahme der Form der Wände des Gehäuses.
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Wie es in 5 gezeigt ist, weist ein Gehäuse 42 des Leistungsumwandlungsgeräts 102 eine Referenzwand 403 und eine angrenzende Wand 404 auf, die an die Referenzwand 403 durch eine gemeinsame Kante Ec angrenzt, die eine der Kanten der rechteckigen Parallelepipedform ist.
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Wie es in 6A gezeigt ist, weist die Referenzwand 403 einen Umriss auf, die durch mehrere Kanten E11 bis E14 definiert ist. Die Kante E11 ist gegenüberliegend zu der Kante E14. Die Kante E12 ist entgegengesetzt zu der Kante E13. Wie es in 6B gezeigt ist, weist die angrenzende Wand 404 einen Umriss auf, der durch mehrere Kanten E21 bis E24 definiert ist. Die Kante E21 ist entgegengesetzt zu der Kante E24. Die Kante E22 ist entgegengesetzt zu der Kante E23. Die Kante E11 und die Kante E24 entsprechen der gemeinsamen Kante Ec, an der die Referenzwand 403 und die angrenzende Wand 404 aneinander angrenzen.
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Der Wechselrichtereingangsanschluss 41 ist an der Referenzwand 403 an einer Position benachbart zu der Kante E14 angeordnet, die sich am Weitesten von der gemeinsamen Kante Ec befindet. Der Wandlereingangsanschluss 81 ist an der angrenzenden Wand 404 an einer Position benachbart zu der Kante E21 angeordnet, die am Weitesten von der gemeinsamen Kante Ec entfernt ist. Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel können ebenfalls vorteilhafte Wirkungen ähnlich wie gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel erzielt werden.
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(Drittes Ausführungsbeispiel)
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Gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel ist der Aufbau eines Leistungsumwandlungsgeräts 103 ähnlich zu dem Aufbau des Leistungsumwandlungsgeräts 101 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel mit Ausnahme der Anordnung des Störungsfilters. Wie es in 7 gezeigt ist, ist ein Störungsfilter 160 des Leistungsumwandlungsgeräts 103 zwischen dem Gleichtaktkondensator 21 und dem Filterkondensator 22 angeordnet. Auch in dem Aufbau, bei dem der Abstand von dem Wechselrichtereingangsanschluss 41 zu dem Störungsfilters 160 kurz ist, können die vorteilhaften Wirkungen ähnlich wie diejenigen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel erzielt werden.
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(Viertes Ausführungsbeispiel)
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Gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel ist der Aufbau eines Leistungsumwandlungsgeräts 104 ähnlich zu dem Aufbau des Leistungsumwandlungsgeräts 101 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel mit der Ausnahme der Anordnungen des Filterkondensators und des Hochsetzstellers.
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Wie es in 8 gezeigt ist, ist in dem Leistungsumwandlungsgeräts 104 ein Filterkondensator 122 zwischen einem Hochsetzsteller 130 und einem Störungsfilter 60 angeordnet, auf eine Seite, die benachbart zu dem Wandlereingangsanschluss 81 als zu dem Wechselrichtereingangsanschuss 41 ist, und ist neben dem Störungsfilters 60 angeordnet.
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Der Hochsetzsteller 130 ist zwischen den Wechselrichtern 24 und 25 und dem Filter 122 auf der Seite angeordnet, die benachbart zu dem Wandlereingangsanschluss 81 als an dem Wechselrichtereingangsanschluss 41 ist. Der Filterkondensator 122 ist von dem Wechselrichtereingangsanschluss 41 beabstandet. Der Hochsetzsteller 130 ist von dem Wechselrichtereingangsanschuss 41 beabstandet. Auch gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel können die vorteilhaften Wirkungen ähnlich wie diejenigen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel erzielt werden.
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(Fünftes Ausführungsbeispiel)
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Gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel ist der Aufbau eines Leistungsumwandlungsgeräts 105 ähnlich zu dem Aufbau des Leistungsumwandlungsgeräts 101 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel mit der Ausnahme der Anordnung des Filterkondensators.
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Wie es in 9 gezeigt ist, ist ein Filterkondensator 222 des Leistungsumwandlungsgeräts 105 zwischen den Wechselrichtern 24 und 25 und dem Störungsfilter 60 angeordnet, und ist neben dem Störungsfilter 60 angeordnet. Auch in dieser Anordnung können, selbst wenn der Filterkondensator 122 von dem Wechselrichtereingangsanschluss 41 beanstandet ist, die vorteilhaften Wirkungen ähnlich wie gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel erzielt werden.
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(Sechstes Ausführungsbeispiel)
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Gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel ist der Aufbau eines Leistungsumwandlungsgeräts 106 ähnlich zu dem Aufbau des Leistungsumwandlungsgeräts 101 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel mit der Ausnahme des Verdrahtungspfades von dem Wechselrichtereingangsanschuss 41 zu dem Wandlereingangsanschluss 81.
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Wie es in 10 gezeigt ist, sind in dem Leistungsumwandlungsgeräts 106 eine Hochpotentialleitung Lp4 von dem ersten Wechselrichtereingangsanschluss 411 zu dem Störungsfilter 60 und eine Niedrigpotentialleitung Lg4 von dem zweiten Wechselrichtereingangsanschluss 412 zu dem Störungsfilter 60 jeweils direkt durch einen einzelnen leitenden Draht verbunden. Die Hochpotentialleitung Lp4 von dem ersten Wechselrichtereingangsanschluss 411 zu dem Eingangsanschluss des Störungsfilters 60 und die Niedrigpotentialleitung Lg4 von dem Ausgangsanschluss des Störungsfilters 60 zu dem zweiten Wechselrichtereingangsanschuss 412 sind entlang der Wand 405 des Gehäuses 40 erweitert. Auch gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel können die vorteilhaften Wirkungen ähnlich wie diejenigen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel erzielt werden.
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(Siebtes Ausführungsbeispiel)
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Gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel ist der Aufbau eines Leistungsumwandlungsgeräts 107 ähnlich zu dem Aufbau des Leistungsumwandlungsgeräts 105 gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel mit der Ausnahme des Verdrahtungspfads von dem Wechselrichtereingangsanschuss 41 zu dem Wandlereingangsanschluss 81.
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Wie es in 11 gezeigt ist, sind eine Hochpotentialleitung Lp5 von dem ersten Wechselrichtereingangsanschluss 411 zu dem Filterkondensator 222 und eine Niedrigpotentialleitung Lg5 direkt durch einen einzelnen leitenden Draht verbunden. Die Hochpotentialleitung Lp5 von dem ersten Wechselrichtereingangsanschluss 411 zu dem Eingangsanschluss des Filterkondensators 222 und die Niedrigpotentialleitung Lg5 von dem Ausgangsanschluss des Filterkondensators 222 zu dem zweiten Wechselrichtereingangsanschluss 412 sind entlang der Wand 406 des Gehäuses 40 erweitert. Auch gemäß dem siebten Ausführungsbeispiel können die vorteilhaften Wirkungen ähnlich zu diejenigen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel erzielt werden.
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(Andere Ausführungsbeispiele)
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- (i) Gemäß den vorliegenden Ausführungsbeispielen ist der DDC der Tiefsetzsteller, der die aus der Batterie angelegte Spannung tiefer setzt. Als ein weiteres Beispiel kann der DDC eine Funktion eines Hochsetzstellers aufweisen, der die aus der Batterie angelegte Spannung hochsetzt. Auch in einem derartigen Fall können die vorteilhaften Wirkungen ähnlich wie gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel erzielt werden.
- (ii) Wie es in 12 gezeigt ist, kann der DDC 80 in dem Gehäuse 40 untergebracht werden. Gleichermaßen kann die Batterie 20 in dem Gehäuse untergebracht werden. Auch in derartigen Fällen können die vorteilhaften Wirkungen ähnlich wie gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel erzielt werden.
- (iii) Das Leistungsumwandlungsgerät kann einen Kühlkanal darin aufweisen, der ermöglicht, dass ein Kühlmedium wie Kühlwasser und ein Kühlgas zum Kühlen des Wechselrichters oder des DDC fließt.
- (iv) Der DDC kann einen Gleichspannungswandler der Push-Pull-Bauart aufweisen. Ungeachtet der Bauart des Gleichspannungswandlers können die vorteilhaften Wirkungen ähnlich wie diejenigen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel erzielt werden.
- (v) Es ist nicht stets notwendig, dass das Gehäuse die rechteckige Parallelepipedform aufweist, die durch Wände in sechs Richtungen umgeben ist. Das Gehäuse kann eine säulenförmige Form mit einer unteren Wand, die eine polygone Form wie eine Stufenform oder eine Trapezform aufweist, oder irgendeine andere Säulenform mit einer gekrümmten Wand wie eine halbkreisförmige Säulenform mit einer halbkreisförmigen unteren Wand und eine Säulenform mit einer fächerförmigen unteren Wand aufweisen.
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Obwohl lediglich ausgewählte beispielhafte Ausführungsbeispiele und Beispiele zur Veranschaulichung der vorliegenden Offenbarung ausgewählt worden sind, ist es für den Fachmann anhand dieser Offenbarung klar, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen daran ohne Abweichen vom Umfang der Offenbarung gemacht werden können, wie sie durch die beigefügten Patentansprüche definiert ist. Weiterhin ist die vorstehende Beschreibung von beispielhaften Ausführungsbeispielen und Beispielen gemäß der vorliegenden Offenbarung lediglich zu Veranschaulichung bereitgestellt, und dient nicht zum Begrenzen der Offenbarung, wie sie durch die beigefügten Patentansprüche und ihre Äquivalente definiert ist.
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In einem Leistungsumwandlungsgerät wandelt ein Wechselrichter (24, 25) eine aus einer Batterie (20) zugeführte Gleichspannung in eine Wechselspannung um und setzt ein Gleichspannungswandler (80) die Gleichspannung herauf oder herunter. Ein Gehäuse (40) weist einen Eingangsanschluss (41), mit dem eine Leistungsleitung aus der Batterie (20) verbunden ist, um die Gleichspannung an dem Wechselrichter (24, 25) anzulegen, und einem Wandlereingangsanschluss (81) auf, mit dem eine Leistungsleitung zu dem Gleichspannungswandler (80) verbunden ist, um die Gleichspannung an den Gleichspannungswandler (80) anzulegen. Das Gehäuse (40) weist eine Referenzwand (401, 403) und eine gegenüberliegende Wand (402) auf, die einander gegenüberliegend sind. Der Wechselrichtereingangsanschluss (41) ist benachbart zu der Referenzwand (401, 403) in Bezug auf eine imaginäre Ebene (Sv) angeordnet, die das Gehäuse (40) zwischen der Referenzwand (401, 403) und der gegenüberliegenden Wand (402) zweiteilt. Der Wandlereingangsanschluss (81) ist in Bezug auf die imaginäre Ebene (Sv) benachbart zu der gegenüberliegenden Wand (102) angeordnet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2013-211943 A [0003, 0004]
- US 2015/0029666 A1 [0003]
