JP2007209141A - バスバーモジュール - Google Patents
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Abstract
【課題】コンデンサの放電用抵抗を別途設ける必要がなく、装置を小型化、低コスト化することができるコンデンサ接続用のバスバーモジュールを提供することを目的とする。
【解決手段】バスバーモジュール5は、コンデンサの正極端子及び負極端子にそれぞれ接続される正極バスバー50及び負極バスバー51と、樹脂モールド部52とから構成されている。正極バスバー50と負極バスバー51の基部50a、51aは、上下方向に対向している。また、互いに対向する領域の面積及び間隔が所定範囲内になるように設定されている。さらに、金属フィラーを含む樹脂からなる樹脂モールド部52によって一体的にモールドされ、正極バスバー50と負極バスバー51との間の抵抗が、1kΩ〜100kΩの範囲内になるように調整されている。これにより、コンデンサの放電用抵抗を別途設ける必要がなくなり、装置を小型化、低コスト化することができる。
【選択図】図11
【解決手段】バスバーモジュール5は、コンデンサの正極端子及び負極端子にそれぞれ接続される正極バスバー50及び負極バスバー51と、樹脂モールド部52とから構成されている。正極バスバー50と負極バスバー51の基部50a、51aは、上下方向に対向している。また、互いに対向する領域の面積及び間隔が所定範囲内になるように設定されている。さらに、金属フィラーを含む樹脂からなる樹脂モールド部52によって一体的にモールドされ、正極バスバー50と負極バスバー51との間の抵抗が、1kΩ〜100kΩの範囲内になるように調整されている。これにより、コンデンサの放電用抵抗を別途設ける必要がなくなり、装置を小型化、低コスト化することができる。
【選択図】図11
Description
本発明は、コンデンサの正極及び負極端子に接続される、樹脂で一体的にモールドされたバスバーモジュールに関する。
直流電圧を昇圧又は降圧するDC−DCコンバータは、出力電圧を平滑するコンデンサを備えている。また、直流電圧を交流電圧に変換するインバータは、入力される直流電圧を平滑するコンデンサを備えている。DC−DCコンバータやインバータが動作を停止した場合、コンデンサに電荷が蓄えられたままとなる。そこで、安全を確保するため、コンデンサに蓄えられた電荷を放電しなければならない。
従来、コンデンサに蓄積された電荷を、動作停止後に放電させることができるDC−DCコンバータやインバータとして、例えば特開平9−163756号公報や、特開2004−201439号公報や、特開2005−102416号公報に開示されているものがある。これらのDC−DCコンバータやインバータでは、放電を制御するための回路と、放電用の抵抗とを設け、コンデンサに蓄積された電荷を、動作停止後に放電させている。しかし、放電を制御するための回路が故障すると、コンデンサに蓄積された電荷を放電させることができなくなるという問題があった。そのため、安全性を特に重視する車載用電装品の分野においては、放電用の抵抗を別途設け、コンデンサに常時並列接続するという構成がとられていた。
特開平9−163756号公報
特開2004−201439号公報
特開2005−102416号公報
しかし、放電用の抵抗を別途設ける場合、装置内にその取付けスペースが必要となる。そのため、装置を小型化することが困難であった。また、抵抗によってコンデンサに蓄積された電荷を放電する場合、大電流が短時間に抵抗を流れることとなる。放電用の抵抗は、大電流が流れることで発熱する。そのため、放熱を考慮した構成とする必要があり、装置のコストを抑えることも困難であった。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、コンデンサの放電用抵抗を別途設ける必要がなく、装置を小型化、低コスト化することができるコンデンサ接続用のバスバーモジュールを提供することを目的とする。
そこで、本発明者は、この課題を解決すべく鋭意研究し試行錯誤を重ねた結果、樹脂によって一体的にモールドされ、コンデンサの正極端子及び負極端子にそれぞれ接続される正極バスバー及び負極バスバーからなるバスバーモジュールにおいて、正極バスバーと負極バスバーとの間の抵抗を1kΩ〜100kΩにすることで、バスバーモジュール自体にコンデンサの放電機能をもたせ、別途設けられていた放電用抵抗をなくすことができることを思いつき、本発明を完成するに至った。
すなわち、コンデンサの正極端子に接続される導体からなる板状の正極バスバーと、少なくとも一部が正極バスバーと間隔を隔てて対向して配設され、コンデンサの負極端子に接続される導体からなる板状の負極バスバーと、正極バスバーと負極バスバーとを樹脂によって一体的にモールドすることで形成される樹脂モールド部とを備えたバスバーモジュールにおいて、 正極バスバーと負極バスバーとの間の抵抗が1kΩ〜100kΩであることを特徴とする。より好ましくは10kΩ〜100kΩであることを特徴とする。
この構成によれば、コンデンサの放電用抵抗を別途設ける必要がなく、装置を小型化、低コスト化することができる。正極バスバーと負極バスバーとの間の抵抗は1kΩ〜100kΩである。そのため、装置が動作を停止した後、正極バスバーと負極バスバーとの間の抵抗によって、コンデンサに蓄積された電荷を放電させることができる。また、導体からなる正極バスバーと負極バスバーとによって、放電によって発生した熱を効率的に放熱することができる。そのため、装置内に新たな取付けスペースを設けることも、放熱を考慮した構成にすることも必要なくなり、装置を小型化、低コスト化することができる。なお、装置の動作中のおいても、コンデンサに蓄積された電荷が放電されるが、1kΩ〜100kΩの抵抗では、動作に影響を与えることはない。
ここで、樹脂モールド部は、金属フィラーを含む樹脂によって形成されているとよい。これにより、正極バスバーと負極バスバーとの間の抵抗を1kΩ〜100kΩに設定することができる。正極バスバーと負極バスバーとの間の抵抗は、樹脂モールド部の材質によって決定する。通常、樹脂は絶縁性を有している。しかし、金属フィラーを含ませることによって樹脂の抵抗を下げることができる。そのため、金属フィラーを含む樹脂で樹脂モールド部を形成することにより、正極バスバーと負極バスバーとの間の抵抗を1kΩ〜100kΩに設定することができる。
また、互いに対向している領域の正極バスバーと負極バスバーとの間隔が、所定範囲内であるとよい。これにより、正極バスバーと負極バスバーとの間の抵抗を確実に1kΩ〜100kΩに設定することができる。正極バスバーと負極バスバーとの間の抵抗は、介在する樹脂によって決まり、互いに対向している領域の正極バスバーと負極バスバーとの間隔にほぼ比例する。そのため、正極バスバーと負極バスバーとの間隔を所定範囲内とすることで、正極バスバーと負極バスバーとの間の抵抗を確実に1kΩ〜100kΩの範囲内に設定することができる。
さらに、正極バスバーと負極バスバーの互いに対向している領域の面積が、所定範囲内であるとよい。これにより、正極バスバーと負極バスバーとの間の抵抗をより確実に1kΩ〜100kΩに設定することができる。正極バスバーと負極バスバーとの間の抵抗は、介在する樹脂によって決まり、正極バスバーと負極バスバーの互いに対向している領域の面積にほぼ反比例する。そのため、正極バスバーと負極バスバーの互いに対向している領域の面積を所定範囲内とすることで、正極バスバーと負極バスバーとの間の抵抗をより確実に1kΩ〜100kΩの範囲内に設定することができる。
本発明のインバータ装置は、コンデンサの正極端子に接続される導体からなる板状の正極バスバーと、少なくとも一部が正極バスバーと間隔を隔てて対向して配設され、コンデンサの負極端子に接続される導体からなる板状の負極バスバーと、正極バスバーと負極バスバーとを樹脂によって一体的にモールドすることで形成される樹脂モールド部とを備えたバスバーモジュールにおいて、互いに対向している領域の正極バスバーと負極バスバーとの間に配設され、一面が正極バスバーに、他面が負極バスバーにそれぞれ接続されるとともに、樹脂モールド部に一体的にモールドされる1kΩ〜100kΩの板状の抵抗体を有することを特徴とする。この構成によっても、コンデンサの放電用抵抗を別途設ける必要がなく、装置を小型化、低コスト化することができる。
次に実施形態を挙げ、本発明をより詳しく説明する。本実施形態では、本発明に係るバスバーモジュールを、車両に搭載された走行用の三相交流モータを制御するモータ制御装置に適用した例を示す。
まず、モータ制御装置の回路構成について、図1を参照して説明する。ここで、図1は、モータ制御装置の回路図である。
図1に示すように、モータ制御装置1は、昇降圧コンバータ10と、インバータ11と、制御回路12とから構成されている。モータ制御装置1には、二次電池からなる直流電源2と、回転位置検出センサ3aを有する三相交流モータ3とがそれぞれ接続されている。また、モータ制御装置1と三相交流モータ3の間には、三相交流モータ3のV相、W相電流を検出するための電流センサ4a、4bがそれぞれ配設されている。
昇降圧コンバータ10は、制御回路12によって制御され、低圧側の直流電源2の出力する直流電圧を昇圧して、高圧側のインバータ11に供給する回路である。また、逆に、高圧側のインバータ11の出力する三相交流モータ3の発電に基づく直流電圧を降圧して、低圧側の直流電源2を充電する回路でもある。昇降圧コンバータ10は、低圧側平滑用コンデンサ10aと、リアクトル10bと、リアクトル電流検出用抵抗10cと、昇降圧用IGBT10d、10eと、フライホイールダイオード10f、10gと、高圧側平滑用コンデンサ10hとから構成されている。
低圧側平滑用コンデンサ10aは、低圧側の直流電圧を平滑するための素子である。低圧側平滑用コンデンサ10aは、昇圧動作のときには、直流電源2の出力する直流電圧を平滑し、降圧動作のときには、直流電源2を充電する降圧された直流電圧を平滑する。低圧側平滑用コンデンサ10aの正極端子及び負極端子は、直流電源2の正極端子及び負極端子にそれぞれ接続されている。
リアクトル10bは、電流が流れることで磁気エネルギーを蓄積、放出するとともに電圧を誘起する素子である。リアクトル10bの一端は低圧側平滑用コンデンサ10aの正極端子に、他端はリアクトル電流検出用抵抗10cにそれぞれ接続されている。
リアクトル電流検出用抵抗10cは、リアクトル10bに流れるリアクトル電流を検出するための素子である。リアクトル電流検出用抵抗10cの一端はリアクトル10bの他端に、リアクトル電流検出用抵抗10cの他端は昇降圧用IGBT10d、10eにそれぞれ接続されている。また、リアクトル電流検出用抵抗10cの両端は、それぞれ制御回路12に接続されている。
昇降圧用IGBT10d、10eは、オン、オフすることで、リアクトル10bに磁気エネルギーを蓄積、放出させるためのスイッチング素子である。昇降圧用IGBT10dのコレクタは、後述するバスバーモジュール5の正極バスバー50を介して高圧側平滑用コンデンサ10hとインバータ11に接続されている。また、昇降圧用IGBT10dのエミッタは、昇降圧用IGBT10eのコレクタに接続されている。さらに、昇降圧用IGBT10eのエミッタは、低圧側平滑用コンデンサ10aの負極端子に接続されるとともに、後述するバスバーモジュール5の負極バスバー51を介して高圧側平滑用コンデンサ10aとインバータ11に接続されている。昇降圧用IGBT10d、10eのゲートは、制御回路12にそれぞれ接続されている。また、昇降圧用IGBT10dと昇降圧用IGBT10eの接続点は、リアクトル電流検出用抵抗10cの他端に接続されている。
フライホイールダイオード10f、10gは、昇降圧用IGBT10d又は昇降圧用IGBT10eがオフし、リアクトル10bに蓄積されたエネルギーが放出されるときに発生するフライホイール電流を流すための素子である。フライホイールダイオード10f、10gのアノードは昇降圧用IGBT10d、10eのエミッタに、カソードは昇降圧用IGBT10d、10eのコレクタにそれぞれ接続されている。
高圧側平滑用コンデンサ10hは、高圧側の直流電圧を平滑するための素子である。高圧側平滑用コンデンサ10hは、昇圧動作のときには、インバータ11に供給する昇圧された直流電圧を平滑し、降圧動作のときには、インバータ11の出力する直流電圧を平滑する。高圧側平滑用コンデンサ10hの正極端子は、正極バスバー50を介して昇降圧用IGBT10dのコレクタに、負極端子は、負極バスバー51を介して昇降圧用IGBT10eのエミッタにそれぞれ接続されている。
インバータ11は、制御回路12によって制御され、三相交流モータ3が力行状態のとき、昇降圧コンバータ10の供給する昇圧された直流電圧を交流電圧に変換して、三相交流モータ3に供給する回路である。また、逆に、三相交流モータ3が回生状態のとき、三相交流モータ3の発生する交流電圧を直流電圧に変換して、昇降圧コンバータ10に出力する回路でもある。インバータ11は、インバータ用IGBT11a〜11fと、フライホイールダイオード11g〜11lとから構成されている。
インバータ用IGBT11a〜11fは、オン、オフすることで、直流電圧を交流電圧に変換するためのスイッチング素子である。インバータ用IGBT11a〜11fは三相ブリッジ接続されている。インバータ11の上側にある3つのインバータ用IGBT11a〜11cのコレクタは、正極バスバー50を介して高圧側平滑用コンデンサ10hの正極端子に、下側にある3つのIGBT11d〜11fのエミッタは、負極バスバー51を介して高圧側平滑用コンデンサ10hの負極端子にそれぞれ接続されている。インバータ用IGBT11a〜11fのゲートは、制御回路12にそれぞれ接続されている。また、インバータ用IGBT11a、11dの接続点、インバータ用IGBT11b、11eの接続点、及びインバータ用IGBT11c、11fの接続点は、三相交流モータ3にそれぞれ接続されている。
フライホイールダイオード11g〜11lは、整流することで、交流電圧を直流電圧に変換するでための素子である。フライホイールダイオード11g〜11lのアノードはインバータ用IGBT11a〜11fのエミッタに、カソードはインバータ用IGBT11a〜11fのコレクタにそれぞれ接続されている。
制御回路12は、車両ECU(図略)の出力するトルク指令、昇降圧コンバータ10のリアクトル電流、低圧側及び高圧側の直流電圧、三相交流モータ3の回転位置及び相電流に基づいて、昇降圧コンバータ10及びインバータ11を制御する回路である。制御回路12は、車両ECU、直流電源2のの正極端子及び負極端子、リアクトル電流検出用抵抗10cの両端、昇降圧用IGBT10d、10eのゲート、正極バスバー50及び負極バスバー51を介して高圧側コンデンサ10hの正極端子及び負極端子、インバータ用IGBT11a〜11fのゲート、回転位置検出センサ3a、及び電流センサ4a、4bにそれぞれ接続されている。
次に、バスバーモジュールの構成について、図1〜図11を参照して説明する。ここで、図2及び図3は、バスバーモジュールの上面図及び正面図である。図4及び図5は、正極バスバーの上面図及び正面図である。図6及び図7は、負極バスバーの上面図及び正面図である。図8及び図9は、モールド前の状態における正極バスバー及び負極バスバーの上面図及び正面図である。図10は、正極バスバーと負極バスバーの対向している領域を示すバスバーモジュールの上面図である。図11は、図10におけるA−A矢視断面図である。
バスバーモジュール5は、図1において、昇降圧用IGBT10dのコレクタと、高圧側平滑用コンデンサ10hの正極端子と、インバータ用IGBT11a〜11cのコレクタとを接続するとともに、昇降圧用IGBT10eのエミッタと、高圧側平滑用コンデンサ10hの負極端子と、インバータ用IGBT11d〜11fのエミッタとを接続する部材である。また、高圧側平滑用コンデンサ10hに蓄積した電荷を放電させる部材でもある。図2及び図3に示すように、バスバーモジュール5は、正極バスバー50と、負極バスバー51と、樹脂モールド部52とから構成されている。
正極バスバー50は、図1において、昇降圧用IGBT10dのコレクタと、高圧側平滑用コンデンサ10hの正極端子と、インバータ用IGBT11a〜11cのコレクタとを接続する導体からなる板状の部材である。図4及び図5に示すように、正極バスバー50は、長方形状の基部50aと、基部50aの側面から延出する長方形状の接続端子50b〜50dとから構成されている。接続端子50b〜50dの先端部には、接続用のネジが挿通する貫通孔がそれぞれ形成されている。接続端子50b〜50dは、図1において、昇降圧用IGBT10dのコレクタ、高圧側平滑用コンデンサ10hの正極端子、及びインバータ用IGBT11a〜11cのコレクタにそれぞれ接続される。
負極バスバー51は、図1において、昇降圧用IGBT10eのエミッタと、高圧側平滑用コンデンサ10hの負極端子と、インバータ用IGBT11d〜11fのエミッタとを接続する導体からなる板状の部材である。図6及び図7に示すように、負極バスバー51は、正極バスバー50の基部50aと同一形状の基部51aと、基部51aの側面から延出する長方形状の屈曲した接続端子51b〜51dとから構成されている。接続端子51b〜51dの先端部には、接続用のネジが挿通する貫通孔がそれぞれ形成されている。接続端子51b〜51dは、図1において、昇降圧用IGBT10eのエミッタ、高圧側平滑用コンデンサ10hの負極端子、及びインバータ用IGBT11d〜11fのエミッタにそれぞれ接続される。
正極バスバー50と負極バスバー51とは、図8及び図9に示すように、基部50a、51aを上下方向に所定間隔を隔てて対向させるとともに、接続端子50b、50c、51b、51cを左右方向に、接続端子50d、51dを前後方向にそれぞれ平行に配置した状態で、図10及び図11に示すように、基部50a、51aが、樹脂によって一体的にモールドされる。これにより、基部50a、51aの間及び外周に、樹脂モールド部52が形成される。ここで、樹脂モールド部52は、金属フィラーを含む樹脂によって形成されている。また、図10及び図11において、上下方向に対向している基部50a、51aの面積S及び間隔dは、それぞれ所定範囲内になるように設定されている。これにより、正極バスバー50と負極バスバー51との間の抵抗が1kΩ〜100kΩの範囲内に調整される。
次に、モータ制御装置1の動作について、図1を参照して説明する。図1において、車両ECUからトルク指令が出力されると、制御回路12は、昇降圧コンバータ10の低圧側及び高圧側の直流電圧等に基づいて、昇降圧用IGBT10d、10eを制御する。これにより、高圧側平滑用コンデンサ10hに電荷が蓄積され、インバータ11に安定した高圧の直流電圧が供給される。また、制御回路12は、トルク指令、回転位置センサ3a及び電流センサ4a、4bの検出した三相交流モータ3の回転位置及び相電流、昇降圧コンバータ10の高圧側の直流電圧及びリアクトル電流に基づいて、インバータ用IGBT11a〜11fを制御する。これにより、昇降圧コンバータ10の高圧側の直流電圧が交流電圧に変換され、三相交流モータ3に供給される。三相交流モータ3は、インバータ11から交流電圧を供給されることで、トルク指令によって指示されたトルクを発生する。三相交流モータ3の発生したトルクは伝達機構(図略)を介して車輪に伝達され、車両が走行を開始する。
これに対し、三相交流モータ3が回生状態になると、インバータ11は、三相交流モータ3の発生する交流電圧を直流電圧に変換して昇降圧コンバータ10に出力する。制御回路12は、昇降圧コンバータ10の低圧側及び高圧側の直流電圧に基づいて、昇降圧用IGBT10d、10eを制御する。これにより、高圧側の直流電圧を降圧して、低圧側の直流電源2が充電される。
その後、モータ制御装置1が動作を停止すると、高圧側平滑用コンデンサ10hに電荷が蓄積されたままとなる。しかし、高圧側平滑用コンデンサ10hの正極端子及び負極端子に接続されているバスバーモジュール5は、正極バスバー50と負極バスバー51との間の抵抗が1kΩ〜100kΩに調整されている。そのため、図1に示すように、高圧側平滑用コンデンサ10hに蓄積された電荷は、バスバーモジュール5によって構成される1kΩ〜100kΩの抵抗53によって確実に放電される。
最後に、具体的効果について説明する。バスバーモジュール5によれば、高圧側平滑用コンデンサ10hの放電用抵抗を別途設ける必要がなく、モータ制御装置1を小型化、低コスト化することができる。樹脂モールド部52は、金属フィラーを含む樹脂によって形成されている。また、上下方向に対向している基部50a、51aの面積S及び間隔dは、それぞれ所定範囲内になるように設定されている。これにより、正極バスバー50と負極バスバー51との間の抵抗を1kΩ〜100kΩの範囲内に調整することができる。そのため、モータ装置1内に放電用抵抗の新たな取付けスペースを設けることも、放電用抵抗の放熱を考慮した構成にすることも必要なく、モータ装置1を小型化、低コスト化することができる。
なお、本実施形態では、金属フィラーを含んだ樹脂を用い、さらに、対向する基部50a、51aの面積S及び間隔dをそれぞれ所定範囲内になるように設定することで、正極バスバー50と負極バスバー51との間の抵抗を1kΩ〜100kΩの範囲内に調整している例を挙げているが、これに限られるものではない。金属フィラーを含んだ樹脂を用いるだけも正極バスバー50と負極バスバー51との間の抵抗を1kΩ〜100kΩの範囲内に調整できる。また、対向する基部50a、51aの面積Sを所定範囲内になるように設定するだけでも同様に調整できる。さらに、対向する基部50a、51aの間隔dを所定範囲内になるように設定するだけでも同様に調整できる。これらを組合せて用いることで、正極バスバー50と負極バスバー51との間の抵抗を、より適切に調整することができる。
また、本実施形態では、金属フィラーを含んだ樹脂を用いることで正極バスバー50と負極バスバー51との間の抵抗を1kΩ〜100kΩの範囲内に調整している例を挙げているが、これに限られるものではない。図12に示すように、上下方向に対向している基部50a、51aの間に、1kΩ〜100kΩの板状の抵抗体54を配設し、その上下面を基部50a、51aにそれぞれ接触させた状態で、金属フィラーを含まない樹脂からなる樹脂モールド部55によって一体的にモールドするようにしてもよい。この場合においても、正極バスバー50と負極バスバー51との間の抵抗を1kΩ〜100kΩにすることができるため、高圧側平滑用コンデンサ10hの放電用抵抗を別途設ける必要がなく、モータ制御装置1を小型化、低コスト化することができる。
1・・・モータ制御装置、10・・・昇降圧コンバータ、10a・・・低圧側平滑用コンデンサ、10b・・・リアクトル、10c・・・リアクトル電流検出用抵抗、10d、10e・・・昇降圧用IGBT、10f、10g・・・フライホイールダイオード、10h・・・高圧側平滑用コンデンサ、11・・・インバータ、11a〜11f・・・インバータ用IGBT、11g〜11l・・・フライホイールダイオード、12・・・制御回路、2・・・直流電源、3・・・三相交流モータ、3a・・・回転位置検出センサ、4a、4b・・・電流センサ、5・・・バスバーモジュール、50・・・正極バスバー、50a・・・基部、50b〜50d・・・接続端子、51・・・負極バスバー、51a・・・基部、51b〜51d・・・接続端子、52、55・・・樹脂モールド部、53・・・抵抗、54・・・抵抗体
Claims (5)
- コンデンサの正極端子に接続される導体からなる板状の正極バスバーと、少なくとも一部が該正極バスバーと間隔を隔てて対向して配設され、該コンデンサの負極端子に接続される導体からなる板状の負極バスバーと、該正極バスバーと該負極バスバーとを樹脂によって一体的にモールドすることで形成される樹脂モールド部とを備えたバスバーモジュールにおいて、
該正極バスバーと該負極バスバーとの間の抵抗が1kΩ〜100kΩであることを特徴とするバスバーモジュール。 - 前記樹脂モールド部は、金属フィラーを含む樹脂によって形成されていることを特徴とする請求項1に記載のバスバーモジュール。
- 互いに対向している領域の前記正極バスバーと前記負極バスバーとの間隔が、所定範囲内であることを特徴とする請求項1又は2に記載のバスバーモジュール。
- 前記正極バスバーと前記負極バスバーの互いに対向している領域の面積が、所定範囲内であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のバスバーモジュール。
- コンデンサの正極端子に接続される導体からなる板状の正極バスバーと、少なくとも一部が該正極バスバーと間隔を隔てて対向して配設され、該コンデンサの負極端子に接続される導体からなる板状の負極バスバーと、該正極バスバーと該負極バスバーとを樹脂によって一体的にモールドすることで形成される樹脂モールド部とを備えたバスバーモジュールにおいて、
互いに対向している領域の該正極バスバーと該負極バスバーとの間に配設され、一面が該正極バスバーに、他面が該負極バスバーにそれぞれ接続されるとともに、該樹脂モールド部に一体的にモールドされる1kΩ〜100kΩの板状の抵抗体を有することを特徴とするバスバーモジュール。
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