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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen elektrischen Leistungsumformer
zur Verwendung für eine rotierende elektrische Maschine
sowie eine rotierende elektrische Maschine, beispielsweise einen
Motorgenerator für Fahrzeuge, welcher mit einem elektrischen
Leistungsumformer ausgestattet ist.
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2. Beschreibung des zugehörigen
Standes der Technik
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Um
Maßnahmen der Kraftstoffverbrauchssteuerung und der Emissionssteuerung
zu ergreifen, um die Menge von Kohlendioxid in der Erdatmosphäre
angesichts der jüngeren Umweltprobleme, beispielsweise
der globalen Erwärmung, zu vermindern, und um das Problem
des hohen Ölpreises auf Grund des globalen Wirtschaftswachstums
zu lösen, finden zunehmend verschiedene Fahrzeugarten Verbreitung,
welche mit einer Leerlaufverminderungseinrichtung ausgestattet sind,
um den Leerlauf zu reduzieren. Diese Leerlaufverminderungseinrichtung
setzt zeitweise den Motor eines Fahrzeugs still, wenn dieses an
einem Verkehrslicht wartet.
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Um
eine solche Leerlaufverminderungsfunktion zu erhalten, ist es notwendig,
dass an dem Fahrzeug eine rotierende elektrische Maschine, beispielsweise
ein Motorgenerator installiert wird, nämlich eine ISG-Maschine
(integrierter Anlasser/Generator) und eine MG-Maschine (Motorgenerator),
wobei die Maschine zwei Funktionen hat, nämlich eine Leistungsgeneratorfunktion
und eine Anlasserfunktion. Der Anlassermotor ist in der Lage, die
Maschine mit innerer Verbrennung eines Fahrzeugs nach einer zeitweisen
Stillsetzung an einem Verkehrslicht neu zu starten.
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Eine
rotierende elektrische Maschine, welche eine solche Leerlaufverminderung
durchführt, muss eine Anlassermotorfunktion mit Anlassdrehmomenteigenschaften
aufweisen, um die Maschine mit innerer Verbrennung weich neu zu
starten, und muss einen hohen Wirkungsgrad und eine hohe Ausgangsleistung
während der Fahrt eines Fahrzeugs unter großer
elektrischer Belastung haben, selbst wenn das Fahrzeug mit vielen
elektronischen Einrichtungen ausgerüstet ist. Zusätzlich
erfordert die neuere Entwicklung dringend eine Miniaturisierung
der rotierenden elektrischen Maschine für den Zusammenbau
einer rotierenden elektrischen Maschine mit einem Umformer oder
Inverter, um die Größe der rotierenden elektrischen
Maschine zu vermindern.
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Es
sind ISG- und MG-Maschinen vorhanden, welche die Leerlaufverminderung
für ein Fahrzeug durchführen. Auf den technischen
Gebieten der ISG- und MG-Maschinen besteht ein bekannter Aufbau
als eine der Techniken zum Zusammenbau eines Hauptkörpers
einer rotierenden elektrischen Maschine und eines elektrischen Leistungsumformers,
wobei eine Gruppe der Schaltelemente auf der Hochpotentialseite
und die andere Gruppe der Schaltelemente auf der Niederpotentialseite
in dem elektrischen Leistungsumformer getrennt vorgesehen (oder
angeordnet) sind und an der rotierenden elektrischen Maschine befestigt
sind.
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Beispielsweise
offenbaren die japanischen Patent-Offenlegungsveröffentlichungen
Nr.
JP 2007-49840 (siehe
Seiten 3–6,
1–
4),
Nr.
JP 2007-49841 (siehe
Seiten 3–6,
1–
4),
Nummer
JP 2007-166857 (siehe
Seiten 4–14,
1–
19)
verschiedene Arten einer rotierenden elektrischen Maschine, welche
einen solchen Aufbau haben.
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Die
obige Konstruktion der Trennung der Schaltelemente der Hochpotentialseite
und der Schaltelemente der Niederpotentialseite in einem elektrischen
Leistungsumformer hat breite Verwendung in einem Fahrzeuggenerator
auf Grund der leichten elektrischen Handhabung der hochpotentialseitigen
Schaltelemente und der niederpotentialseitigen Schaltelemente. Die
hochpotentialseitigen Schaltelemente und die niederpotentialseitigen Schaltelemente
haben unterschiedliches elektrisches Bezugspotential, wenn sie eine
Dreiphasen-Brückenschaltung bilden.
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Wie
in den beiden japanischen Patent-Offenlegungsveröffentlichungen
Nr.
JP 2007-49840 und Nr.
JP 2007-49841 ausgeführt
ist, entsteht leicht eine Temperaturdifferenz zwischen den hochpotentialseitigen
Schaltelementen und den niederpotentialseitigen Schaltelementen
auf Grund der Menge freigesetzter Wärme, wenn die genannten
Schaltelementgruppen getrennt ausgebildet sind.
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Im
Idealfall ist es zu bevorzugen, dass die hochpotentialseitigen Schaltelemente
und die niederpotentialseitigen Schaltelemente unter gleicher Temperaturbedingung
arbeiten, nämlich eine gleiche Temperatur haben. Da jedoch
die Gruppe der hochpotentialseitigen Schaltelemente elektrisch nicht
fixiert ist oder schwimmt, ist es unmöglich, die hochpotentialseitigen
Schaltelemente unmittelbar an dem Hauptkörper und die Kühlrippen
der rotierenden Maschine anzuschließen. Dies vermindert
die Kühlfunktion zum Abkühlen der hochpotentialseitigen
Schaltelemente auf der Basis der Wärmeleitung. Dies macht
es schwierig, die hochpotentialseitigen Schaltelemente und die niederpotentialseitigen
Schaltelemente gleichförmig zu kühlen.
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Die
Temperaturdifferenz zwischen den Schaltelementgruppen kann ein Ungleichgewicht
des Stromflusses zwischen diesen Gruppen verursachen und dies kann
die absolut zulässigen Werte für jedes der hochpotentialseitigen
Schaltelemente überschreiten, wenn sie nicht ausreichend
gekühlt werden.
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Zusätzlich
macht die Konstruktion eines getrennten Zusammenbaus der hochpotentialseitigen Schaltelementgruppe
und der niederpotentialseitigen Schaltelementgruppe eine Anschlussplatte
zur Befestigung und zur Verbindung dieser Gruppen miteinander, sowie
lange Verbindungsdrähte unter Verwendung einer Sammelschiene
notwendig. Dies bedingt eine komplizierte Konstruktion und macht
es schwierig, die Größe der rotierenden elektrischen
Maschine zu vermindern, nämlich die rotierende elektrische Maschine
zu miniaturisieren.
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Bei
der Konstruktion, welche in der japanischen Patent-Offenlegungsveröffentlichungsnr.
JP 2007-166857 offenbart
ist, ist fernerhin ein elektrischer Leistungsumfor mer in einer Ebene
angeordnet, doch sind eine hochpotentialseitige Schaltelementgruppe
und eine niederpotentialseitige Schaltelementgruppe voneinander
getrennt und zusammengebaut. Dies bedingt eine komplizierte Konstruktion, da
es notwendig ist, Verdrahtungen auf einer Anschlussplatte anzuordnen
und eine Sammelschiene vorzusehen.
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Zusätzlich
gibt es ISG- und MG-Maschinen, welche in der Lage sind, die Leerlaufverminderung für
ein Fahrzeug durchzuführen. Auf den technischen Gebieten
der ISG- und MG-Maschinen ist als eine der Techniken zum Zusammenbau
einer rotierenden elektrischen Maschine und eines elektrischen Leistungsumformers
ein Aufbau bekannt, bei welchem eine Gruppe hochpotentialseitiger
Schaltelemente und die andere Gruppe niederpotentialseitiger Schaltelemente
in dem elektrischen Leistungsumformer gesondert angeordnet sind
und an der rotierenden elektrischen Maschine befestigt sind.
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Zusätzlich
haben die japanischen Patent-Offenlegungsveröffentlichungen
Nr.
JP 2007-49840 ,
Nr.
JP 2007-49841 und
Nr.
JP-2007-166857 verschiedene
Arten rotierender elektrischer Maschinen etwa ISG- und MG-Maschinen
mit der Leerlaufverminderungsfunktion offenbart, bei welchen ein
elektrischer Leistungsumformer an einer Rückseite des Hauptkörpers
der rotierenden elektrischen Maschine angeordnet ist und der Hauptkörper
der rotierenden elektrischen Maschine und der elektrische Leistungsumformer
zusammengebaut sind.
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In
dem elektrischen Leistungsumformer, welcher eine einzige Schicht
oder zwei Schichten aufweist, die längs der Axialrichtung
der herkömmlichen rotierenden elektrischen Maschine angeordnet
sind, sind n-Kanal-Halbleiterelemente in einer Packung geringer
Größe unmittelbar mit einer Entladungsplatte oder
Kühlrippen unter Aufrechterhaltung der Isolation von einem
Erdpotential unter Verwendung eines Abgabebleches verbunden. Da
solche n-Kanal-Halbleiterelemente, die in der obigen Weise geschaltet sind,
der Atmosphäre ausgesetzt sind, treten Rost, Staub und
Wasser, insbesondere Salzwasser, in die freiliegenden Halbleiterelemente
im elektrischen Leistungsumformer ein, welcher an der rotierenden elektrischen
Maschine angebaut ist und dies führt leicht zu Kurzschlüssen.
Demzufolge verursacht der elektrische Leistungsumformer im Be trieb
Fehler und die rotierende elektrische Maschine fällt dadurch
aus. Bei herkömmlichen rotierenden elektrischen Maschinen,
beispielsweise einem Motorgenerator, ist es schwierig, seine Funktion
unter erschwerten Umgebungsbedingungen aufrecht zu erhalten.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es
ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen elektrischen Leistungsumformer
einer rotierenden elektrischen Maschine, beispielsweise eines Motorgenerators
für ein Fahrzeug mit einem einfachen Aufbau und geringer
Größe zu schaffen, wobei es möglich ist,
eine gleichförmige Kühlung der Komponenten, beispielsweise
der hochpotentialseitigen Schaltelemente und der niederpotentialseitigen Schaltelemente
zu erreichen. Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung,
eine rotierende elektrische Maschine, beispielsweise einen Motorgenerator zu
schaffen, welcher mit einem elektrischen Leistungsumformer ausgestattet
ist, wobei ihre Funktionen unter erschwerten Umgebungsbedingungen
aufrecht erhalten werden können.
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Zum
Erreichen der oben genannten Ziele schafft die vorliegende Erfindung
einen elektrischen Leistungsumformer 1, welcher mit einer
rotierenden elektrischen Maschine 11 für Fahrzeuge
zusammengebaut werden soll. Der elektrische Leistungsumformer 1 ist
mit einem Anker der rotierenden elektrischen Maschine 11 verbunden.
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Der
elektrische Leistungsumformer 1 besteht aus einer Brückenschaltung
und einer metallischen Basisplatte 5. Die Brückenschaltung
besteht aus einer Anzahl hochpotentialseitiger Schaltelemente 3b, 3d, 3f, 3h, 3j und 3m,
und einer Anzahl niederpotentialseitiger Schaltelemente 3a, 3c, 3e, 3g, 3i und 3k. Die
metallische Basisplatte 5 ist aus einem einzigen Werkstoff,
beispielsweise aus Aluminiummaterial, gefertigt. Im Einzelnen sind
sowohl die Anzahl der hochpotentialseitigen Schaltelemente 3b, 3d, 3f, 3h, 3j und 3m als
auch die Anzahl der niederpotentialseitigen Schaltelemente 3a, 3c, 3e, 3g, 3i und 3k auf
einer Hauptoberfläche der metallischen Basisplatte 5 angeordnet
oder auf diese Fläche gesetzt. In der folgenden Erläuterung
hat das Wort „anordnen” die Bedeu tung eines „Daraufsetzens” oder „Anordnens” einer
Komponente oder mehrerer Komponenten ohne Beschränkung.
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Das
Anordnen sowohl der hochpotentialseitigen Schaltelemente 3b, 3d, 3f, 3h, 3j und 3m als auch
der niederpotentialseitigen Schaltelemente 3a, 3c, 3e, 3g, 3i und 3k auf
ein und derselben Hauptfläche der metallischen Basisplatte 5 ermöglicht
es, die Funktion einer wirkungsvollen Kühlung des elektrischen
Leistungsumformers 1 zu verbessern, insbesondere die hochpotentialseitigen
Schaltelemente 3b, 3d, 3f, 3h, 3j und 3m und
auch die niederpotentialseitigen Schaltelemente 3a, 3c, 3e, 3g, 3i und 3k gleichförmig
zu kühlen, nämlich im Vergleich zu einer Konstruktion
eines herkömmlichen elektrischen Leistungsumformers, bei
welchem eine Gruppe hochpotentialseitiger Schaltelemente und eine
Gruppe niederpotentialseitiger Schaltelemente auf unterschiedlichen
Flächen, beispielsweise in zwei Stufen, angeordnet sind.
Die Konstruktion des elektrischen Leistungsumformers 1 gemäß der
vorliegenden Erfindung kann ein Ungleichgewicht der Erzeugung induzierter
Ströme im Motorgenerator verhindern und kann weiter verhindern,
dass der Strom, welcher in dem hochpotentialseitigen Schaltelement
fliest, den absoluten Grenzwert überschreitet, da das Schaltelement
nicht ausreichend gekühlt ist. Da weiterhin die verschiedenen
Komponenten des elektrischen Leistungsumformers 1 auf derselben
Oberfläche der einzigen metallischen Basisplatte 5 angeordnet
sind, macht es diese Konstruktion möglich, einen elektrischen
Leistungsumformer 1 geringer Größe und
Dicke herzustellen. Die Konstruktion kann die Gesamtzahl der Herstellungsschritte
für eine rotierende elektrische Maschine, welche mit dem
elektrischen Leistungsumformer 1 ausgestattet ist, vermindern
und kann hierdurch die Produktionskosten des elektrischen Leistungsumformers
herabsetzen.
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Es
ist zu bevorzugen, dass die metallische Basisplatte 5 aus
Aluminiummaterial hergestellt ist. Die Verwendung von Aluminiummaterial
vermindert das Gesamtgewicht des elektrischen Leistungsumformers 1 und
verwirklicht eine hohe Wärmeleitfähigkeit und
eine hohe thermische Abstrahlung.
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Bevorzugtermaßen
ist jedes der Anzahl hochpotentialseitiger Schaltelemente 3b, 3d, 3f, 3h, 3j und 3m und
jedes der Mehrzahl der niederpotentialseitigen Schaltelemente 3a, 3c, 3e, 3g, 3i und 3k ein
n-Kanal-Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistor (n-Kanal-MOSFET).
Diese Konstruktion vermindert einen Stromverlust und unterdrückt
eine Zunahme der Wärmemenge, welche von dem elektrischen Leistungsumfang,
erzeugt wird.
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Bevorzugtermaßen
ist der n-Kanal-MOSFET ein Vielzweck-Packungselement, bei welchem
die Leiteranschlüsse in der Reihenfolge von Gate, Drain und
Source angeordnet sind. Dies kann die Herstellungskosten des elektrischen
Leistungsumformers 1 vermindern.
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Weiter
ist vorzuziehen, dass eine Anzahl von Leitungsdraht-Verbindungsanschlüssen 4a, 4b, 4c, 4d, 4e und 4f auf
der Hauptoberfläche der metallischen Basisplatte 5 angeordnet
sind, um mit einer Anzahl von Leiterdrähten des Ankers
Verbindung aufzunehmen. Die Mehrzahl von Leitungsdraht-Verbindungsanschlüssen 4a, 4b, 4c, 4d, 4e und 4f ist
am äußeren Umfangsteil der Hauptoberfläche
der metallischen Basisplatte 5 angeordnet. Die Richtung
jedes der hochpotentialseitigen Schaltelemente 3b, 3d, 3f, 3h, 3j und 3m und
der niederpotentialseitigen Schaltelemente 3a, 3c, 3e, 3g, 3i und 3k,
welche auf der Hauptoberfläche der metallischen Basisplatte 5 befestigt
sind, ist so eingestellt, dass es möglich ist, die Leitungsdraht-Verbindungsanschlüsse 4a, 4b, 4c, 4d, 4e und 4f an
dem äußeren Umfangsteil der Hauptoberfläche
der metallischen Basisplatte 5 anzuordnen. Diese Konstruktion
ermöglicht es, jeden der Leitungsdraht-Verbindungsanschlüsse
leicht mit dem entsprechenden Ausgangsdraht des Ankers zu verbinden.
Insbesondere ermöglicht diese Konstruktion eine leichte
Verbindungsarbeit nach Vervollständigung des Zusammenbaus
des elektrischen Leistungsumformers 1 mit dem Motorgenerator 11.
Des ferneren ist zu bevorzugen, dass die Leiteranschlussverbindungsteile 10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f, 10g, 10h, 10i, 10j, 10k und 10m auf
der Hauptoberfläche der metallischen Basisplatte 5 angeordnet sind. Über
jeden der Leitungsanschluss-Verbindungsteile 10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f, 10g, 10h, 10i, 10j, 10k und 10m wird
ein Steuersignal an das entsprechende hochpotentialseitige Schaltelement und
das entsprechende niederpotentialseitige Schaltelement geführt,
um den EIN-/AUS-Vorgang der hochpotentialseitigen Schaltelemente 3b, 3d, 3f, 3h, 3j und 3m und
der niederpotentialseitigen Schaltelemente 3a, 3c, 3e, 3g, 3i und 3k durchzuführen.
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Im
Einzelnen ist zu bevorzugen, dass die Leitungsanschluss-Verbindungsteile 10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f, 10g, 10h, 10i, 10j, 10k und 10m an dem äußeren
Umfang der Hauptoberfläche der metallischen Basisplatte 5 gelegen
sind.
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Ferner
ist zu bevorzugen, dass die Richtung jedes der hochpotentialseitigen
Schaltelemente 3b, 3d, 3f, 3h, 3j, 3m und
der niederpotentialseitigen Schaltelemente 3a, 3c, 3e, 3g, 3i und 3k,
welche auf der Hauptoberfläche der metallischen Basisplatte 5 vorgesehen
sind, so eingestellt ist, dass es möglich ist, die Leitungsanschluss-Verbindungsteile 10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f, 10h, 10i, 10j, 10k, 10m an dem äußeren
Umfangsteil der Hauptoberfläche der metallischen Basisplatte 5 anzuordnen.
Diese Konstruktion ermöglicht es, leicht jeden der Leitungsanschluss-Verbindungteile
mit der Signalleitung zu verbinden, welche von der Steuereinrichtung 16 ausgeht.
Die Steuereinrichtung 16 erzeugt und überträgt ein
Steuersignal an jeden den Leitunganschluss-Verbindungsteile.
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Zusätzlich
ist zu bevorzugen, dass ein Ausgangsanschluss 2a und ein
Ausgangsanschlussdraht, über welche die Anzahl von niederpotentialseitigen
Schaltelementen 3a, 3c, 3e, 3g, 3i und 3k mit dem
Ausganganschluss 2a verbunden ist, auf der Hauptoberfläche
der metallischen Basisplatte 5 angeordnet sind. Im besonderen
ist bevorzugt, dass der Ausgangsanschluss 2a und der Ausgangsanschlussdraht
auf einem inneren Umfangsteil der Hauptoberfläche der metallischen
Basisplatte 5 gelegen sind. Außerdem ist bevorzugt,
dass die Richtung jedes der hochpotentialseitigen Schaltelementteile 3b, 3d, 3f, 3h, 3j, 3m und
der niederpotentialseitigen Schaltelemente 3a, 3c, 3e, 3g, 3i und 3k,
welche auf der Hauptoberfläche der metallischen Basisplatte 5 gebildet
sind, so eingestellt ist, dass es möglich ist, den Ausgangsanschluss 2a und
den Ausgangsanschlussdraht an dem inneren Umfangsteil der Hauptoberfläche
der metallischen Basisplatte 5 anzuordnen. Diese Konstruktion
ermöglicht es, die Verdrahtungen der Ausgangsanschlussseite
an dem inneren Umfangsteil der metallischen Basisplatte 5 einzuführen
und hierdurch leicht diese Verdrahtungen mit der Steuereinrichtung 16 und
dem Hauptkörper des Motorgenerators 11 für
Fahrzeuge verbinden zu können.
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Weiterhin
ist bevorzugt, dass die Verdrahtungen der hochpotentialseitigen
Schaltelemente 3b, 3d, 3f, 3h, 3j und 3m und
der niederpotentialseitigen Schaltelemente 3a, 3c, 3e, 3g, 3i und 3k,
welche die Brückenschaltung bilden, ein einschichtiges
Verdrahtungsmuster auf der Hauptoberfläche der metallischen
Basisplatte 5 ausbilden. Die Verwendung eines solchen einschichtigen
Verdrahtungsmusters vermeidet jedweden Wärmespeicherraum,
der durch die Verdrahtungsschicht verursacht wird, und kann die
Kühlfähigkeit auf der metallischen Basisplatte 5 erhöhen.
Zusätzlich ist es, da die Dicke des Verdrahtungsmusters
auf der metallischen Basisplatte 5 erhöht wird
und dadurch die Stromaufnahmefähigkeit erhöht
wird, möglich, den elektrischen Leistungsumformer 1 als
ein Gerät größerer elektrischer Leistung zu
verwenden, während die Wärmeerzeugung vermindert
wird.
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Des
ferneren ist bevorzugt, dass die Packung jedes der hochpotentialseitigen
Schaltelemente 3b, 3d, 3f, 3h, 3j und 3m und
der niederpotentialseitigen Schaltelemente 3a, 3c, 3e, 3g, 3i und 3k auf der
Hauptoberfläche der metallischen Basisplatte 5 durch
Löten befestigt wird. Dies ermöglicht eine Erleichterung
der Befestigungsarbeit zum Befestigen jedes Schaltelementes an der
metallischen Basisplatte 5.
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Darüber
hinaus ist bevorzugt, dass jeder der Leitungsdraht-Verbindungsanschlüsse 4a, 4b, 4c, 4d, 4e und 4f gesondert
von den anderen Anschlüssen längs der Umfangrichtung
angeordnet wird. Diese Konstruktion ermöglicht es, den
Arbeitsraum zur Verbindung der genannten Leitungsdraht-Verbindungsanschlüsse
leicht einzuhalten. Hierdurch wird die Arbeitseffizienz beim Verbinden
der Leitungsdraht-Verbindungsanschlüsse mit den anderen
Drähten und Anschlüssen erhöht.
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Gemäß einem
anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine rotierende elektrische Maschine
für Fahrzeuge geschaffen. Die rotierende elektrische Maschine 100 enthält
einen Rotor 104, einen Stator 103, einen Gehäuserahmen
aus einem vorderen Rahmenteil 101 und einem hinteren Rahmenteil 102 sowie
Kühlrippen 106. Der Rotor 104 ist mit
einer Feldwicklung 141 ausgestattet, um Feldmagnetpole 142, 143 zu
magnetisieren. Der Stator 103 besitzt einen Statorkern 131,
welcher mit einer Statorwindung 132 versehen ist und dem
Rotor 104 gegenübersteht. Der Gehäuserah men
ist so ausgebildet, dass er den Rotor 104 und den Stator 103 abstützt.
Der elektrische Leistungsumformer 105 ist mit der Statorwicklung 132 verbunden.
Der elektrische Leistungsumformer 105 ist so ausgebildet,
dass er eine in der Statorwicklung 132 induzierte Wechselstromleistung
in einen Gleichstrom umformt und/oder eine Gleichstromleistung,
welche in einer Batterie gespeichert ist, in einen Wechselstrom
umformt und den umgeformten Wechselstrom an die Statorwicklung 132 liefert.
Die Kühlrippen 106 sind an einem oberen Teil des
elektrischen Leistungsumformers 105 angeordnet und kühlen
den elektrischen Leistungsumformer 105. In der rotierenden
elektrischen Maschine 100 besteht der Gehäuserahmen
aus dem vorderen Rahmenteil 101, der sich auf der Seite
einer an dem Rotor 104 befestigten Riemenscheibe 110 befindet
und dem rückwärtigen Rahmenteil 102,
welcher sich an der gegenüberliegenden Seite abliegend
von der Seite der Riemenscheibe 110 befindet. Ein konkaver
Teil 121 ist an einer äußeren Stirnfläche in
der Axialrichtung des rückwärtigen Rahmenteils 102 ausgebildet.
Der konkave Teil 121 ist in der Form geometrisch ähnlich
dem elektrischen Leistungsumformer 105. Im einzelnen wird
der in den konkaven Teil 121 eingesetzte elektrische Leistungsumformer 105 durch
ein abdichtendes Harz 124 abgedichtet. Es ist bevorzugt,
dass das abdichtende Harz 124, mit welchem der elektrische
Leistungsumformer 105 abgedichtet ist, ein wärmebeständiges
Silikonharz ist.
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Da
der gesamte elektrische Leistungsumformer 105 durch das
abdichtende Harz 124 abgedichtet ist, verhindert diese
Konstruktion in wirkungsvoller Weise das Eindringen von Wasser,
insbesondere von Salzwasser und von Staub in das innere der Halbleiterelemente,
etwa der Schaltelemente in der Brückenschaltung im elektrischen
Leistungsumformer 105. Dies vermeidet die Entstehung von
Kurzschlüssen zwischen den Elektroden der Halbleiterelemente und
einen fehlerhaften Betrieb des elektrischen Leistungsumformers 105.
Es ist daher möglich, die Funktion des elektrischen Leistungsumformers 105 für eine
lange Zeitdauer aufrechtzuerhalten, selbst wenn der Motorgenerator 100 als
eine rotierende elektrische Maschine, welche mit dem elektrischen
Leistungsumformer 105 ausgerüstet ist, unter erschwerten
Bedingungen arbeitet. Da die Kühlrippen auf dem elektrischen
Leistungsumformer 105 ausgebildet sind, ist es möglich,
den elektrischen Leistungsumformer 105, welcher in dem
abdichtenden Harz 124 eingeschlossen ist, wirkungsvoll
zu kühlen.
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Fernerhin
ist bevorzugt, dass jede der Kühlrippen 106 auf
der oberen Oberfläche jedes der Schaltelemente 153a, 153b, 153c, 153d, 153e, 153f, 153g, 153h, 153i, 153j, 153k und 153m im
elektrischen Leistungsumformer 105 angeordnet ist. Diese Konstruktion
ermöglicht es, die Kühlfunktion des elektrischen
Leistungsumformers 105 zu verbessern.
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Des
weiteren ist bevorzugt, dass ein Kühlmechanismus an der
inneren Oberfläche in der Axialrichtung des hinteren Gehäuserahmenteils 102 gebildet
ist. Der Kühlmechanismus besitzt eine Anzahl von rippenförmigen
Teilen 123. Jeder der rippenförmigen Teile 123 entspricht
in der Gestalt einer jeweiligen der Kühlrippen 106.
Insbesondere ist bevorzugt, dass eine Bürstenanordnung 107 in
der Axialrichtung an der anderen Seite des hinteren Gehäuserahmenteils 102 angeordnet
ist, um eine Bürste unterzubringen, über welche
ein Strom zu der Feldwicklung 141 geliefert wird. Ein zwischen
den Kühlrippen 106 gebildeter Raum, ein Raum an
der Außenumfangsseite der Bürstenanordnung 107 und
ein Raum zwischen den rippenförmigen Teilen 123,
welche den Kühlmechanismus ausbilden, stehen miteinander
in Verbindung und bilden einen Kühlluftkanal. Diese Konstruktion
ermöglicht es, dass die Kühlrippen 106 und
der hintere Gehäuserahmenteil 102 wirksam beide
Seiten mit Bezug auf die Axialrichtung des elektrischen Leistungsumformers 105 kühlen,
welcher durch das abdichtende Harz 124 eingeschlossen ist. Es
ist daher möglich, die Funktion der Kühlung des elektrischen
Leistungsumformers 105 weiter zu verbessern.
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Ferner
hat bevorzugtermaßen der hintere Rahmenteil 102 eine
Anzahl von Öffnungen 122, über welche
ein Anzahl von Leitungsdrähten der Statorwicklung 132 mit
dem elektrischen Leistungsumformer 105 verbunden ist. Das
Vorhandensein dieser Öffnungen 122 verhindert,
dass die Leitungsdrähte einen Kurzschluss erfahren, und
verbessert weiter die Funktion der Aufrechterhaltung des Betriebes
des elektrischen Leistungsumformers 105 für eine
lange Zeitdauer, selbst wenn der Motorgenerator als die rotierende
elektrische Maschine, welche mit dem elektrischen Leistungsumformer 105 ausgestattet
ist, unter schwierigen Bedingungen arbeitet.
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Fernerhin
ist bevorzugtermaßen eine Wandhöhe des konkaven
Teiles 121 höher als eine Oberfläche
des abdichtenden Harzes 124, mit welchem der elektrische
Leistungsumformer 105 abgedeckt ist. Diese Konstruktion
ermöglicht beim Herstellungvorgang die Verwendung und Durchführung
eines Eingießens des abdichtenden Harzes 124 zum
Abdecken des elektrischen Leistungsumformers 105 mit dem
abdichtenden Harz 124. Dies kann die Arbeitseffizienz bei
der Herstellung des Motorgenerators 100 erhöhen,
welcher mit dem elektrischen Leistungsumformer 105 ausgestattet
wird.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Eine
bevorzugte, nicht im beschränkenden Sinne zu verstehende
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend
beispielsweise unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen
beschrieben. In diesen stellen dar:
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1 eine
perspektivische Ansicht eines elektrischen Leistungsumformers in
einem Motorgenerator als rotierende elektrische Maschine für
Fahrzeuge gemäß einer ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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2 eine
weitere perspektivische Ansicht des elektrischen Leistungsumformers
in dem Motorgenerator gemäß der ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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3A und 3B Frontansichten
des elektrischen Leistungsumformers in dem Motorgenerator gemäß der
ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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4A eine
Rückansicht des elektrischen Leistungsumformers in dem
Motorgenerator gemäß der ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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4B eine
Ansicht des elektrischen Leistungsumformers in dem Motorgenerator
gemäß der ersten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung;
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5 eine
Ansicht, welche ein Verdrahtungsmuster zeigt, welches auf einer
Hauptoberfläche einer metallischen Basisplatte des elektrischen Leistungsumformers
in dem Motorgenerator gemäß der ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung gebildet ist;
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6 eine
Frontansicht, welche einen Teil der Verdrahtung der Schaltelemente
in dem elektrischen Leistungsumformer im Motorgenerator gemäß der
ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
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7 eine
Ansicht, welche ein Beispiel der Befestigung des elektrischen Leistungsumformers
an dem Motorgenerator gemäß der ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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8 eine
perspektivische Ansicht, welche den elektrischen Leistungsumformer
gemäß 7 in Zusammenbau mit dem Motorgenerator
zeigt;
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9 eine
Ansicht, welche ein Verdrahtungsmuster zur elektrischen Verbindung
der Bauteile des Motorgenerators gemäß der ersten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
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10 eine
Ansicht, welche einen Gesamtaufbau eines Motorgenerators als rotierende elektrische
Maschine für Fahrzeuge gemäß einer zweiten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erkennen lässt;
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11 eine
Ansicht, welche ein konkretes Beispiel eines elektrischen Leistungsumformers
in dem Motorgenerator gemäß der zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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12 eine
Ansicht, welche ein Verdrahtungsmuster zur elektrischen Verbindung
der Komponenten in dem Motorgenerator gemäß der
zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
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13 eine
perspektivische Ansicht, welche den elektrischen Leistungsumformer
zeigt, welcher an einem rückwärtigen Gehäuserahmenteil
des Motorgenerators gemäß der zweiten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung befestigt ist;
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14 eine
Aufsicht, welche den rückwärtigen Gehäuserahmenteil
des Motorgenerators gemäß der zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt;
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15 eine
perspektivische Ansicht, welche die Gestalt einer äußeren
Stirnfläche des rückwärtigen Gehäuserahmenteiles
längs der Axialrichtung des Motorgenerators gemäß der
zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
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16 eine
Ansicht, welche eine Rückseite des rückwärtigen
Gehäuserahmenteils des Motorgenerators gemäß der
zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
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17 eine
perspektivische Ansicht, welche die Gestalt der inneren Stirnfläche
des rückwärtigen Gehäuserahmenteils mit
Bezug auf die Axialrichtung des Motorgenerators gemäß der
zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
und
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18 eine
perspektivische Ansicht des Motorgenerators, der mit dem mit Kühlrippen
versehenen elektrischen Leistungsumformer gemäß der zweiten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verstehen ist.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Nachfolgend
werden verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
In der folgenden Beschreibung der verschiedenen Ausführungsformen
bezeichnen gleiche Bezugssymbole oder Bezugszahlen gleiche oder
einander entsprechende Komponenten in sämtlichen verschiedenen
Abbildungen.
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Erste Ausführungsform
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Unter
Bezugnahme auf die 1 bis 9 folgt
nun eine Beschreibung eines Motorgenerators als rotierende elektrischer
Maschine gemäß einer ersten Ausführungsform,
welcher mit einem elektrischen Leistungsumformer ausgerüstet
ist.
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1 ist
eine perspektivische Ansicht des elektrischen Leistungsumformers 1 in
einem Motorgenerator 11 als rotierende elektrische Maschine
für Fahrzeuge gemäß einer ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. 2 ist eine
weitere perspektivische Ansicht des elektrischen Leistungsumformers 1 in
dem Motorgenerator 11 gemäß der ersten Ausführungsform.
Die 3A und 3B sind
Frontansichten des elektrischen Leistungsumformers 1 in dem
Motorgenerator 11 gemäß der ersten Ausführungsform. 4A ist
eine Rückansicht des elektrischen Leistungsumformers 1 in
dem Motorgenerator gemäß der ersten Ausführungsform. 4B ist
eine Ansicht des elektrischen Leistungsumformers 1 in dem
Motorgenerator gemäß der ersten Ausführungsform.
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Der
elektrische Leistungsumformer 1 enthält einen
Ausgangsanschluss 2a, eine Ausgangssammelschiene 2b,
eine Anzahl von niederpotentialseitigen Schaltelementen, eine Anzahl
von hochpotentialseitigen Schaltelementen, eine Anzahl von Leitungsdrahtverbindungsanschlüssen 4a, 4b, 4c, 4d, 4e und 4f und
eine metallische Basisplatte 5. Wie beispielsweise in 1 gezeigt,
hat der elektrische Leistungsumformer 1 sechs niederpotentialseitige
Schaltelemente 3a, 3c, 3e, 3g, 3i und 3k,
und sechs hochpotentialseitige Schaltelemente 3b, 3d, 3f, 3h, 3j und 3m.
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Die
metallische Basisplatte 5 hat hufeisenförmige
Gestalt und ist aus einem einzigen Aluminiummaterial hergestellt,
um das Gewicht zu vermindern und die Wärmeleitfähigkeit
zu verbessern und beispielsweise eine hohe thermische Abstrahlung
zu erreichen.
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Die
Ausgangssammelschiene 2b ist beispielsweise aus einer Kupferplatte
gefertigt und mit dem Ausgangsanschluss 2a zusammengebaut.
Die Ausgangssammelschiene 2b erstreckt sich von dem Ausgangsanschluss 2a längs
des Innenumfangsteils der metallischen Basisplatte 5 und
wirkt als ein Ausgangsanschlussverdrahtungsteil, an welches die sechs
hochpotentialseitigen Schaltelemente 3b, 3d, 3f, 3h, 3j und 3m angeschlossen
sind. Die Ausgangssammelschiene 2b hat U-förmige
Gestalt und erstreckt sich längs des inneren Umfangsteiles
der metallischen Basisplatte 5. Sowohl der Ausgangsanschluss 2a als
auch die Ausgangssammelschiene 2b sind an dem inneren Umfangsteil
der metallischen Basisplatte 5 angeordnet.
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Jedes
der sechs niederpotentialseitigen Schaltelemente 3a, 3c, 3e, 3g 3i und 3k und
der sechs hochpotentialseitigen Schaltelemente 3b, 3d, 3f, 3h, 3j und 3m besteht
aus einem n-Kanal-MOSFET (n-Kanal-Metalloxidhalbleiterfeldeffekttransistor) der
als Beispiel genannten sei. Jedes der Schaltelemente ist auf der
einen Oberfläche der metallischen Basisplatte 5 angeordnet
oder auf sie aufgesetzt. Durch die folgenden Erläuterungen
und die Ansprüche erhält das Wort „angeordnet” die
Bedeutung einer Positionierung eines oder mehrerer der Komponenten
ohne jede Beschränkung. Im einzelnen ist ein solcher n-Kanal-MOSFET
ein Vielzweckschaltelement kleiner Packung, bei welchem die Leiteranschlüsse
bei Blickrichtung von der Oberfläche des n-Kanal-MOSFET in
Richtung auf die Leiteranschlüsse in der Reihenfolge Gate
G, Drain D und Source S vorgesehen sind.
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Die
sechs Leitungsdraht-Verbindungsanschlüsse 4a, 4b, 4c, 4d, 4e und 4f dienen
zum Verbinden einer Anzahl von Leiterdrähten (beispielsweise
sechs Leiterdrähte), welche von einem Anker des Motorgenerators
wegstehen.
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Wie
in 1 gezeigt, sind die sechs Leitungsdraht-Verbindungsanschlüsse 4a, 4b, 4c, 4d, 4e und 4f gesondert
an dem äußeren Umfangsteil der Hauptoberfläche
der metallischen Basisplatte 5 gelegen, um die Verbindungsarbeit
zu erleichtern.
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In
einem konkreten Beispiel wird ein Verdrahtungsmuster auf der Hauptoberfläche
der metallischen Basisplatte 5 durch einen isolierenden
Film ermöglicht und ist aus Kupfer hergestellt. Durch das auf
der Hauptoberfläche der metallischen Basisplatte 5 gebildete
Verdrahtungsmuster werden der Ausganganschluss 2a, die
Ausgangssammelschiene 2b, die sechs niederpotentialseitigen
Schaltelemente 3a, 3c, 3e, 3g, 3i und 3k,
die sechs hochpotentialseitigen Schaltelemente 3b, 3d, 3f, 3h, 3j und 3m und
die Leitungsdrahtverbindungsanschlüsse 4a, 4b, 4c, 4d, 4e und 4f bestimmt.
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5 ist
eine Darstellung, welche das Verdrahtungsmuster zeigt, das auf der
Hauptoberfläche der metallischen Basisplatte 5 des
elektrischen Leistungsumformers 1 in dem Motorgenerator
gemäß der ersten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung gebildet ist.
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Wie
in 5 gezeigt hat das auf der metallischen Basisplatte 5 gebildete
Verdrahtungsmuster einen Ausgangssammelschienen-Verbindungsteil 6, einen
Leitungsdraht-Verbindungsanschluss-Verbindungsteil 7 (7a bis 7f),
einen Schaltelementverbindungsteil 9 (9a bis 9m)
und einen Gate-Leitungsanschluss-Verbindungsteil 10 (10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f, 10g, 10h, 10i, 10j, 10k und 10m).
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Der
Ausgangssammelschienen-Verbindungsteil 6 ist mit der Ausgangssammelschiene 2b verbunden.
Jeder der Leitungsdrahtverbindungsanschluss-Verbindungsteile 7 (7a bis 7f)
ist mit dem jeweiligen der Leitungsdraht-Verbindungsanschlüsse 4a, 4b, 4c, 4d, 4e und 4f jeweils
verbunden. Der Erdungs-Verbindungsteil 8 ist mit dem Gehäuserahmen des
Motorgenerators verbunden. Jeder der Schaltungselement-Verbindungsteile 9 (9a bis 9m)
ist mit dem jeweiligen der niederpotentialseitigen Schaltelemente 3a, 3c 3e, 3g, 3i und 3k oder
jedem der hochpotentialseitigen Schalelemente 3b, 3d, 3f, 3h, 3j und 3m verbunden. Über
den Gate-Leitungsanschlussverbindungsteil 10 (10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f, 10g, 10h, 10i, 10j, 10k und 10m)
wird ein Gate-Eingangssignal an den Gate-Leitungsanschluss jedes
der niederpotentialseitigen Schaltelemente 3a, 3c, 3e, 3g, 3i und 3k und
der hochpotentialseitigen Schaltelemente 3b, 3d, 3f, 3h, 3j und 3m geliefert.
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Eine
Brückenschaltung ist durch das Verdrahtungsmuster auf der
metallischen Basisplatte 5 gebildet. Die Brückenschaltung
setzt sich aus den sechs niederpotentialseitigen Schaltelementen 3a, 3c, 3e, 3g, 3i und 3k und
den sechs hochpotentialseitigen Schaltelementen 3b, 3d, 3f, 3h, 3j und 3m zusammen.
Der Gate-Leitungsanschluss-Verbindungsteil 10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f, 10g, 10h, 10i, 10j, 10k und 10m ist
jeweils am äußeren Umfangsteil der Hauptoberfläche
der metallischen Basisplatte 5 angeordnet, um eine leichte
Verbindungsarbeit für die Signalverdrahtung zu erreichen,
welche sich von einer Steuereinrichtung 16 (in den 1 bis 6 weggelassen
und in den 7 bis 9 gezeigt) aus
erstreckt. Das Verdrahtungsmuster, welches auf der metallischen
Basisplatte 5 ausgebildet ist, ist aus einer einzigen Verdrahtungsmusterschicht
gebildet, die aus einer einzigen Metallschicht erzeugt ist.
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6 ist
eine Frontansicht, welche einen Teil der Verdrahtung der Schaltelemente 3a bis 3k und 3m in
dem elektrischen Leistungsumformer 1 im Motorgenerator 11 gemäß der
ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Beispielsweise
ist der Gateleitungsanschluss (G) des niederpotentialseitigen Schaltelements 3a mit
einem Verdrahtungsmuster verbunden, wobei an einem Teil des Verdrahtungsmusters
der Gateleitungsanschluss-Verbindungsteil 10 gebildet ist.
Der Drainleitungsanschluss (D) des niederpotentialseitigen Schaltelementes 3a ist
mit einem anderen Verdrahtungsmuster verbunden, wobei an einem Teil dieses
anderen Verdrahtungsmusters der Leitungsdraht-Verbindungsanschluss-Verbindungsteil 7a gebildet
ist.
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Der
Sourceleitungsanschluss (S) des niederpotentialseitigen Schaltelement 3a ist
mit einem anderen Verdrahtungsmuster verbunden, wobei an einem Teil
dieses anderen Verdrahtungsmusters der Erdverbindungsteil 8 gebildet
ist.
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Eine
Packung dieses niederpotentialseitigen Schaltelementes 3a ist
an dem Verdrahtungsmuster in Verbindung zu dem Drainleitungsanschluss
durch Lötung befestigt. In entsprechender Weise ist jedes der
anderen niederpotentialseitigen Schaltelemente 3c, 3e, 3g, 3i und 3k mit
einem entsprechenden Verdrahtungsmuster verbunden.
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Außerdem
ist der Verbindungszustand jedes der hochpotentialseitigen Schaltelemente 3b, 3d, 3f, 3h, 3j und 3m zu
den entsprechenden Verdrahtungsmustern ähnlich dem Verbindungszustand
jedes der niederpotentialseitigen Schaltelemente 3a, 3c, 3e, 3g, 3i und 3k mit
Ausnahme des Drainleitungsanschlusses und der Packung der hochpotentialseitigen
Schaltelemente, welche mit den Verdrahtungsmustern (durch Lötung)
verbunden sind, wobei an einem Teil derselben der Ausgangssammelschienen-Verbindungsteil 6 gebildet
ist.
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In
dem elektrischen Leistungsumfomer 1 gemäß der
ersten Ausführungsform ist jeder der Leitungsdrahtverbindungsanschlüsse 4a, 4b, 4c, 4d, 4e und 4f und
jeder der Gateleitungsanschluss-Verbindungsteile 10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f, 10g, 10h, 10i, 10j, 10k und 10m an
dem äußeren Umfangsteil der Hauptoberfläche
der metallischen Basisplatte 5 angeordnet. Die Richtung
(die Richtung der Packung und die Richtung des Leitungsanschlusses)
jedes der niederpotentialseitigen Schaltelemente 3a, 3c, 3e, 3g, 3i und 3k und
der hochpotentialseitigen Schaltelemente 3b, 3d, 3f, 3h, 3j und 3m ist
so eingestellt und festgelegt, dass eine leichte Verbindungsarbeit
des Ausgangsanschlusses 2a und des Ausgangsanschlusses 2b an
dem inneren Umfangsteil der Hauptoberfläche der metallischen
Basisplatte 5 gegeben ist.
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Da
die niederpotentialseitigen Schaltelemente 3a, 3c, 3e, 3g, 3i und 3k und
die hochpotentialseitigen Schaltelemente 3b, 3d, 3f, 3h, 3j und 3m an derselben
Oberfläche der metallischen Basisplatte 5 gelegen
sind, ermöglicht die Struktur des elektrischen Leistungsformers 1 in
dem Motorgenerator gemäß der ersten Ausführungsform
eine gleichförmige Kühlung der niederpotentialseitigen
Schaltelemente 3a, 3c, 3e, 3g, 3i und 3k und
der hochpotentialseitigen Schaltelemente 3b, 3d, 3f, 3h, 3j und 3m im
Vergleich zu einer Konstruktion bei einem herkömmlichen
elektrischen Leistungsumformer, bei welchem die hochpotentialseitigen
Schaltelemente in unterschiedlichen Schichten oder Stufen gelegen
sind.
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Diese
Konstruktion des elektrischen Leistungsumformers 1 gemäß der
ersten Ausführungsform kann ein Ungleichgewicht von Zweigströmen, welche
in dem Motorgenerator erzeugt werden, und eine Kühlungsverschlechterung
der hochpotentialseitigen Schaltelemente verhindern. Diese Kühlungsverschlechterung
würde verursachen, dass der Strom, welcher in dem hochpotentialseitigen
Schaltelement fließt, dessen absoluten Grenzwert überschreitet,
da keine ausreichende Kühlung des Elementes vorhanden ist.
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Weiterhin
kann die Konstruktion des elektrischen Leistungsgenerators 1 der
ersten Ausführungsform einen elektrischen Leistungsgenerator
geringer Baugröße und geringer Dickenabmessung
ermöglichen, da die hochpotentialseitigen und niederpotentialseitigen
Schaltelemente auf derselben Oberfläche der einzigen metallischen
Basisplatte 5 angeordnet sind.
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Da
weiterhin die Anzahl der Herstellungsschritte und die Anzahl der
notwendigen Komponenten vermindert werden können, ist es
möglich die Herstellungskosten des elektrischen Leistungsgenerators 1 zu
senken. Da weiterhin der elektrische Leistungsumformer 1 von
der metallischen Basisplatte 5, welche aus Aluminiummaterial
gefertigt ist, Gebrauch macht, ist es möglich, das Gesamtgewicht des
elektrischen Leitungsumformers zu vermindern und eine hohe Wärmeleitfähigkeit
und eine hohe thermische Abstrahlung zu erreichen.
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Da
fernerhin die Leitungsdraht-Verbindungsanschlüsse 4a, 4b, 4c, 4d, 4e und 4f an
dem äußeren Umfangsteil der metallischen Basisplatte 5 angeordnet
sind, und die Richtung jedes der hochpotentialseitigen Schaltelemente 3b, 3d, 3f, 3h, 3j und 3m und
der niederpotentialseitigen Schaltelemente 3a, 3c, 3e, 3g, 3i und 3k auf
der Hauptoberfläche der metallischen Basisplatte 5 gewählt
und so eingestellt ist, dass ihre Anordnung während der
Herstellung des elektrischen Leistungsumformers 1 in einem leichten
Arbeitsschritt geschehen kann, wird es möglich, in einfacher
Weise jeden der Leitungsdraht-Verbindungsanschlüsse 4a, 4b, 4c, 4d, 4e und 4f mit dem
entsprechenden Leitungsdraht des Ankers 14 (in den 1 bis 6 weggelassen
und in den 7 bis 9 dargestellt),
in dem Motorgenerator 11 zu verbinden.
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Da
weiterhin die Gate-Leitungsanschlussverbindungsteile 10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f, 10g, 10h, 10i, 10j, 10k und 10m am äußeren
Umfangsteil der Hauptoberfläche der metallischen Basisplatte 5 angeordnet
sind und jedes der niederpotentialseitigen Schaltelemente 3a, 3c, 3e, 3g, 3i und 3k und
der hochpotentialseitigen Schaltelemente 3b, 3d, 3f, 3h, 3j und 3m eingestellt
ist, um eine leichte Handhabung bei der Verdrahtungsarbeit jedes
dieser Elemente und der Komponenten auf der Hauptoberfläche
der metallischen Basisplatte 5 zu erreichen, wird es möglich,
in einfacher Weise jeden der Gate-Leitungsanschlussverbindungsteile
mit den entsprechenden Drähten zu verbinden, welcher von
der Steuereinrichtung 16 (in den 1 bis 6 weggelassen
und in den 7 bis 9 dargestellt)
wegragen, über welche ein Steuersignal zu jedem der Gateleitungsanschlüsse
geliefert wird.
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Da
weiter der Ausgangsanschluss 2a und die Ausgangssammelschiene 2b an
dem inneren Umfangsteil der Hauptoberfläche der metallischen
Basisplatte 5 angeordnet sind und die Richtung jedes der
niederpotentialseitigen Schaltelemente 3a, 3c, 3e, 3g, 3i und 3k und
der hochpotentialseitigen Schaltelemente 3b, 3d, 3f, 3h, 3j und 3m eingestellt ist,
um in einfacher Weise den Ausgangsanschluss 2a und die
Ausgangssammelschiene 2b auf der Hauptoberfläche
der metallischen Basisplatte 5 zu positionieren, ist es
möglich, insgesamt die verschiedenen Drähte auf
der Seite des Ausgangsverbindungsanschlusses 2a an dem
inneren Umfangsteil der metallischen Basisplatte 5 zu vereinigen
und diese Struktur ermöglicht es, die Drähte auf
der Seite des Ausgangsverbin dungsanschlusses 2a leicht
mit der Steuereinrichtung 16 (in den 1 bis 6 weggelassen
und in den 7 bis 9 gezeigt) und
dem Hauptkörper des Motorgenerators zu verbinden.
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Nachdem
des weiteren die metallische Basisplatte 5 ein einschichtiges
Verdrahtungsmuster zur Bildung der Brückenschaltung verwendet,
vermeidet diese Konstruktion jedweden Wärmespeicherraum,
welcher in der Verdrahtungsschicht gebildet wird und kann die Kühlfähigkeit
auf der metallischen Basisplatte 5 verbessern. Da zusätzlich
die Dicke des Verdrahtungsmusters auf der metallischen Basisplatte 5 erhöht
wird und daher die Stromführungskapazität im Vergleich
zu einer herkömmlichen Konstruktion erhöht wird,
bei welcher eine doppelte Verdrahtungsschicht verwendet wird, ist
es möglich, den elektrischen Leistungsumformer 1 gemäß der ersten
Ausführungsform bei vielen Arten von Geräten einzusetzen,
bei denen eine große elektrische Leistung auftritt.
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Weiter
werden die Schaltelemente in einer einzigen Schicht der metallischen
Basisplatte 5 in dem elektrischen Leistungsumformer 1 gebildet
und jedes der niederpotentialseitigen Schaltelemente 3a, 3c, 3e, 3g, 3i, 3k und
der hochpotentialseitigen Schaltelemente 3b, 3d, 3f, 3h, 3j und 3m ist
auf der Hauptoberfläche der metallischen Basisplatte 5 durch
Lötung befestigt. Diese Konstruktion ermöglicht
es, jedes der Schaltelemente leicht auf der Hauptoberfläche
der metallischen Basisplatte 5 zu fixieren bzw. zu befestigen.
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7 ist
eine Ansicht, welche ein Beispiel der Befestigung des elektrischen
Leistungsumformers 1 an dem Motorgenerator 11 gemäß der
ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. 8 ist
eine perspektivische Ansicht, welche den elektrischen Leistungsformer 1 gemäß 7 in
Anbringung an den Motorgenerator darstellt.
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Sowohl 7 als
auch 8 zeigen den Zustand, in welchem die rückwärtige
Abdeckung oder Kappe von dem Motorgenerator 11 abgenommen
ist, der mit dem elektrischen Leistungsumformer 1 gemäß der
ersten Ausführungsform ausgerüstet ist.
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Wie
in den 7 und 8 gezeigt, setzt sich der Motorgenerator 11 aus
einem Gehäuserahmen 11, einem Bürstenhalter 13,
einem Ausgangsanschluss 15 und der Steuereinrichtung 16 zusammen. Der
Gehäuserahmen 12 nimmt einen Rotor, welcher durch
eine Riemenscheibe 17 in Umdrehung gesetzt wird, sowie
einen Anker 14 auf, der um den Außenumfang des
Rotors herum angeordnet ist. Der Bürstenhalter 13 enthält
eine Bürste, welche sich in gleitendem Kontakt mit einem
Schleifring befindet, der auf der Rotorwelle des Rotors außerhalb
der axialen Stirnfläche des rückseitigen Gehäuserahmens 12 befestigt
ist. Über den Ausgangsanschluss 15, welcher mit
dem Ausgangsanschluss 2a des elektrischen Leistungsumformers 1 verbunden
ist, wird elektrische Leistung zwischen dem elektrischen Leistungsumformer 1 und äußeren
Geräten (nicht dargestellt) übertragen. Die Steuereinrichtung 16 stellt
die Ausgangsspannung am Ausgangsanschluss 15 ein und führt
eine EIN-/AUS-Steuerung jedes der Schaltelemente im elektrischen
Leistungsumformer durch.
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Sechs
Leiterdrähte 14a, 14b, 14c, 14d, 14e, 14f ragen
nach rückwärts von dem Anker 14 längs der
Achse der Rotorwelle des Rotors weg. Das vordere Ende jedes der
sechs Leitungsdrähte ist mit einem jeweils zugehörigen
der Leitungsdrahtverbindungsanschlüsse 4a, 4b, 4c, 4d und 4f verbunden. Die
Konstruktion des elektrischen Leistungsumformers gemäß der
ersten Ausführungsform ermöglicht es, in einfacher
Weise einen Arbeitsraum zum Biegen und Löten zu schaffen,
da jeder der elektrischen Leitungsdraht-Verbindungsanschlüsse 4a, 4b, 4c, 4d, 4e und 4f sich
an dem äußeren Umfangsteil der metallischen Basisplatte 5 befindet.
Es ist möglich, die Gestalt des Ausganganschlusses 15 entsprechend
der Befestigungsfläche und der Position des Motorgenerators 11 und
der Härte des Ausgangsdrahtes zu verändern. Beispielsweise
ist es möglich, eine Schraube an dem Endteil des Ausgangsanschlusses 15 vorzusehen,
um einen Ausgangskabelbaum an der metallischen Basisplatte 5 des
elektrischen Leistungsumformers 1 zu befestigen.
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9 ist
eine Ansicht, welche ein Verdrahtungsmuster zeigt, um elektrisch
die Bauteile, beispielsweise die niederpotentialseitigen Elemente 3a, 3c, 3e, 3g, 3i und 3k und
die hochpotentialseitigen Schaltelemente 3b, 3d, 3f, 3h, 3j und 3m des
Leistungs umformers oder Spannungsumformers 1 im Motorgenerator 11 gemäß der
ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu verbinden.
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Die
Konfiguration der Bauteile in dem elektrischen Leistungsumformer 1,
wie sie in 9 dargestellt ist, zeigt eine
ersten Brückenschaltung, welche aus den drei niederpotentialseitigen
Schaltelementen 3a, 3c und 3e und den
drei hochpotentialseitigen Schaltelementen 3b, 3d und 3f gebildet
ist und eine zweite Brückenschaltung, welche aus den drei
niederpotentialseitigen Schaltelementen 3g, 3i und 3k und
den drei hochpotentialseitigen Schaltelementen 3h, 3j und 3m gebildet
ist. Zusätzlich hat der Anker 14 ein Paar von
Dreiphasenwicklungen, nämlich die Dreiphasenwicklungen 14A und 14B.
Die Dreiphasenwicklung 14A ist mit der ersten dreiphasigen
Brückenschaltung verbunden. Die Dreiphasenwicklung 14B ist
mit der zweiten dreiphasigen Brückenschaltung verbunden.
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In
dem Betriebsmodus der elektrischen Leistungserzeugung wirkt jede
der ersten und zweiten Brückenschaltungen als eine dreiphasige
Vollwellengleichrichterschaltung, um eine synchrone Gleichrichtung
durchzuführen, so dass eine Wechselspannung, welche in
den Dreiphasenwicklungen 14A und 14B induziert
wird, in eine Gleichspannung gleichgerichtet wird.
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Im
Elektromotorbetrieb wirkt jede der ersten und zweiten Brückenschaltungen
als Inverterschaltung zum Umformen der von der Batterie 18 gelieferten
Gleichspannung in eine dreiphasige Wechselspannung zur Steuerung
der sechs Schaltelemente zum Einschalten und zum Ausschalten in
Entsprechung mit einem elektrischen Winkel von 120° in
jeder der Phasen der Dreiphasenwicklungen 14A und 14B.
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Die
Steuereinrichtung 16 steuert den Motorgenerator 11 zur
Durchführung der elektrischen Leistungserzeugung oder des
Elektromotorbetriebs und enthält eine Bezugsspannungs-Einstellschaltung 16A und
eine Inverter-Steuerschaltung 16B.
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In
dem Betriebsmodus der elektrischen Leistungserzeugung stellt die
Bezugsspannungs-Einstellschaltung 16A den Feldstrom, welcher
in der Feldwicklung des Rotors fließt zur Steuerung der Ausgangsspannung
des Motorgenerators 11 ein. In dem Betriebsmodus der elektrischen
Leistungserzeugung erzeugt die Invertersteuerschaltung 16B Steuersignale
(Gate-Eingangssignale) und liefert diese an die zwölf Schaltelemente 3a–3k und 3m,
um die EIN-/AUS-Schaltung der zwölf Schaltelemente 3a–3k und 3m zu
steuern.
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Das
Konzept der vorliegenden Erfindung ist nicht auf die erste Ausführungsform
beschränkt, welche oben beschrieben wurde, und es ist möglich,
die Konstruktion des elektrischen Leistungsumformers 1 in
dem Motorgenerator 11 gemäß der ersten
Ausführungsform zu modifizieren. Beispielsweise ist im
ersten Ausführungsbeispiel erläutert, dass der
elektrische Leistungsumformer 1 in dem Motorgenerator in der
Lage ist, die elektrische Leistungserzeugung und den Elektromotorbetrieb
durchzuführen. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf
die erste Ausführungsform beschränkt. Es ist möglich,
das Konzept der ersten Ausführungsform gemäß der
vorliegenden Erfindung auf einen anderen elektrischen Leistungsumformer
(oder Gleichrichter) anzuwenden, der für einen Wechselstromgenerator
für Fahrzeuge verwendet wird, der nur die elektrische Leistungserzeugung durchführt.
Zusätzlich wird, wie in 9 gezeigt,
der elektrische Leistungsumformer 1 im Zusammenhang mit
der ersten Ausführungsform als ein Paar von Brückenschaltungen
enthaltend erläutert. Die vorliegende Erfindung ist nicht
auf die erste Ausführungsform beschränkt. Es ist
möglich, das Konzept des elektrischen Leistungsumformers 1 auf
eine andere Art des elektrischen Leistungsumformers anzuwenden,
der mit einer einzigen Brückenschaltung oder mit nicht weniger
als drei Brückenschaltungen ausgerüstet ist.
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Weiter
verwendet die erste Ausführungsform eine metallische Basisplatte 5,
welche aus Aluminiummaterial gefertigt ist. Die vorliegende Erfindung
ist nicht auf die erste Ausführungsform beschränkt.
Beispielsweise ist es möglich, die Metallbasisplatte unter Verwendung
eines anderen Metalls, welches von Aluminium verschieden ist, zu
fertigen.
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Zweite Ausführungsform
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Es
wird nun eine Beschreibung eines Motorgenerators 100 als
rotierender elektrischer Maschine gemäß einer
zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter
Bezugnahme auf die 10 bis 18 gegeben.
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10 ist
eine Darstellung, welche einen Gesamtaufbau des Motorgenerators 100 als
rotierender elektrischer Maschine für Fahrzeuge gemäß der zweiten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Der
Motorgenerator 100 enthält ein vorderes Gehäuserahmenteil 101,
ein hinteres Gehäuserahmenteil 102, einen Stator 103,
einen Rotor 104, einen elektrischen Leistungsumformer 105,
Kühlrippen 106, eine Bürstenanordnung 107,
eine Regeleinrichtung 108, eine rückwärtige
Abdeckkappe 109 und eine Riemenscheibe 110.
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Der
vordere Gehäuserahmenteil 101 und der hintere
Gehäuserahmenteil 102 haben becherförmige
Gestalt, um den Rotor 104 und den Stator 103 aufzunehmen
und abzustützen. Der Öffnungsteil des vorderen
Gehäuserahmenteils 101 und der Öffnungsteil
des hinteren Gehäuserahmenteils 102 stehen einander
gegenüber, um einen Aufnahmeraum zu bilden, welcher den
Stator 103 und den Rotor 104 aufnimmt. Der vordere
Gehäuserahmenteil 101 und der hintere Gehäuserahmenteil 102 sind
dicht über eine Anzahl von Schrauben unter Aufnahme des
Stators 103 zusammengespannt.
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Der
Stator 103 enthält einen Statorkern 131 und
eine Statorwicklung 132, die auf den Statorkern 131 gewickelt
ist. Der Statorkern 131 ist so angeordnet, dass er dem
Rotor 104 gegenüber steht. Der Rotor 104 enthält
eine Feldwicklung 141 und eine Rotorwelle 144.
Die Feldwicklung 141 magnetisiert Polkerne 142 und 143 als
Feldmagnetpole. Der Rotor 104 ist drehbar durch ein Paar
von Lager abgestützt, welche in einem Paar von Lagergehäusen
untergebracht sind, die sich in dem vorderen Gehäuserahmenteil und
dem hinteren Gehäuserahmenteil 102 befinden.
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Die
Kühlrippen 145 und 146 sind an den Stirnflächen
mit Bezug auf die Axialrichtung der Polkerne 142 und 143 angebracht.
Die Riemenscheibe 110 ist am Vorderende der Rotorwelle 144 durch
eine Mutter befestigt. Ein Paar von Schleifringen befin det sich
am hinteren Ende der Rotorwelle 144 außerhalb des
hinteren Gehäuserahmenteils 102. Das Paar von Schleifringen
ist mit den beiden Enden der Feldwicklung 141 verbunden.
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Der
elektrische Leistungsumformer 105 führt mindestens
eine der folgenden Betriebsweisen aus. Eine wandelt eine elektrische
Wechselstromleistung, welche in der Statorwicklung 132 induziert
wird, während der elektrische Leistungsumformer 105 angeschlossen
ist, in einen Gleichstrom um, und die andere wandelt einen elektrische
Gleichstromleistung, welche in einer Batterie gespeichert ist, in
einen Wechselstrom um und liefert den Wechselstrom an die Statorwicklung 132.
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Die
Kühlrippen 106 sind an der Oberseite (der Rückseite)
des elektrischen Leistungsumformers 105 befestigt und kühlen
den elektrischen Leistungsumformer 105.
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11 ist
eine Abbildung, welche ein konkretes Beispiel des elektrischen Leistungsumformers 105 in
dem Motorgenerator 100 gemäß der zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt. 12 ist
eine Ansicht, welche ein Verdrahtungsmuster zeigt, um elektrisch
die verschiedenen Bauteile in dem Motorgenerator 100 gemäß der
zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu verbinden.
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Wie
in den 11 und 12 gezeigt
ist, besteht der elektrische Leistungsumformer 105 aus einem
Ausgangsanschluss 152a, einer Ausgangssammelschiene 152b,
einer Anzahl niederpotentialseitiger Schaltelemente 153a, 153c, 153e, 153g, 153i und 153k (beispielsweise
sechs niederpotentialseitige Schaltelemente), einer Anzahl von hochpotentialseitigen
Schaltelementen 153b, 153d, 153f, 153h, 153j und 153m (beispielsweise
sechs hochpotentialseitige Schaltelemente), einer Anzahl von Leitungsdraht-Verbindungsanschlüssen 154a, 154b, 154c, 154d, 154e und 154f,
und einer metallischen Basisplatte 155.
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Die
metallische Basisplatte 155 hat hufeisenförmige
Gestalt und ist aus einem einzigen Aluminiummaterial gefertigt,
um beispielsweise ein geringes Gewicht, hohe Wärmeleitfähigkeit
und eine hohe thermische Abstrahlung zu erreichen. Die Ausgangs sammelschiene 152b ist
aus einer Kupferplatte gefertigt und mit dem Ausgangsanschluss 152a beispielsweise
zusammengebaut. Die Ausgangssammelschiene 152b erstreckt
sich von dem Ausgangsanschluss 152a aus, um als eine Ausgangsanschlussverdrahtung
zu wirken, mit welcher die sechs hochpotentialseitigen Schaltelemente 153b, 153d, 153f, 153h, 153j und 153m verbunden
sind.
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Jedes
der sechs niederpotentialseitigen Schaltelemente 153a, 153c, 153e, 153g, 153i und 153k und
der sechs hochpotentialseitigen Schaltelemente 153b, 153d, 153f, 153h, 153j und 153m besteht
in einem n-Kanal-MOSFET (n-Kanal-Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistor),
wobei dies nur als Beispiel genannt sei. Jedes der Schaltelemente
ist auf einer Oberfläche der metallischen Basisplatte 155 angeordnet.
Im Einzelnen ist ein n-Kanal-MOSFET ein Vielzweckschaltungselement
kleiner Packung, bei welchem die Anschlussleitungen des Gate G,
des Drain D und der Source S in Blickrichtung von der Oberfläche
des n-Kanal-MOSFET auf Leiteranschlüsse in dieser Reihenfolge
vorgesehen sind.
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Die
sechs Leitungsdraht-Verbindungsanschlüsse 154a, 154b, 154c, 154d, 154e und 154f dienen
zur Verbindung einer Anzahl von Leitungsdrähten (beispielsweise
sechs Leitungsdrähte), welche von der Statorwicklung 132 des
Motorgenerators 100 weg stehen.
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Wie
in 11 gezeigt sind die sechs Leitungsdraht-Verbindungsanschlüsse 154a, 154b, 154c, 154d, 154e und 154f getrennt
voneinander an dem äußeren Umfangsteil der Hauptoberfläche
der metallischen Basisplatte 155 angeordnet, um die Verbindungsarbeit
leicht durchführen zu können.
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In
einem konkreten Beispiel wird ein Verdrahtungsmuster auf der Hauptoberfläche
der metallischen Basisplatte 155 über einem Isolationsfilm
gebildet und wird aus Kupfer gefertigt. Durch das Verdrahtungsmuster,
welches auf der Hauptoberfläche der metallischen Basisplatte 155 gebildet
ist, werden der Ausgangsanschluss 152a, die Ausgangssammelschiene 152b,
die sechs niederpotentialseitigen Schaltelemente 153a, 153c, 153e, 153g, 153i und 153k,
die sechs hochpotentialseitigen Schaltelemente 153b, 153d, 153f, 153h, 153j und 153m,
und die Leitungsdraht-Verbindungsanschlüsse 154a, 154b, 154c, 154d, 154e und 154f auf
der Hauptoberfläche der metallischen Basisplatte 105 positioniert.
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Die
Drahtverbindung, welche in 12 gezeigt
ist, zeigt den elektrischen Leistungsumformer 105 mit einer
ersten Brückenschaltung, welche aus den drei niederpotentialseitigen
Schaltelementen 153a, 153c und 153e und
den drei hochpotentialseitigen Schaltelementen 153b, 153d und 153f besteht, und
mit einer zweiten Brückenschaltung, welche aus den drei
niederpotentialseitigen Schaltelementen 153g, 153i und 153k und
den drei hochpotentialseitigen Schaltelementen 153h, 153j und 153m besteht. Zusätzlich
hat die Statorwicklung 132 ein Paar von Dreiphasenwicklungen 132A und 132B.
Die Dreiphasenwicklung 132A ist mit der ersten dreiphasigen Brückenschaltung
verbunden. Die Dreiphasenwicklung 132B ist mit der zweiten
Dreiphasen-Brückenschaltung verbunden.
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In
dem Betriebsmodus der elektrischen Leistungserzeugung wirkt jede
der ersten und zweiten Brückenschaltungen als ein Dreiphasen-Vollwellengleichrichter
zur Durchführung einer synchronen Gleichrichtung zum Gleichrichten
einer Wechselspannung, welche in den Dreiphasenwicklungen 132A und 132B induziert
wird, in eine Gleichspannung.
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In
dem Elektromotorbetrieb wirkt jede der ersten und zweiten Brückenschaltungen
als eine Inverterschaltung zur Umwandlung der Gleichspannung, welche
von der Batterie 118 geliefert wird, in eine Dreiphasen-Wechselspannung
zur Steuerung der sechs Schaltelemente zum Einschalten und Ausschalten
nach jeder Verschiebung um 120° in jeder Phasen der Dreiphasenwicklungen 132A und 132B.
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Die
Steuereinrichtung 118 steuert den Motorgenerator 100 zur
Durchführung der elektrischen Leistungserzeugung oder des
Elektromotorbetriebs. Die Steuereinrichtung 118 enthält
eine Bezugsspannungs-Einstellschaltung 108A und eine Invertersteuerschaltung 108B.
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Im
elektrischen Leistungserzeugungsmodus stellt die Bezugsspannungs-Einstellungsschaltung 108A den
Feldstrom, welcher in der Feldwicklung des Rotors fließt,
ein, um die Ausgangsspannung des Motorgenerators 100 zu
steuern.
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In
dem elektrischen Leistungserzeugungsmodus erzeugt die Invertersteuerschaltung 108B Steuersignale
(Gateeingangssignale) und liefert diese an die zwölf Schaltelemente 153a bis 153k und 153m,
um den EIN-/AUS-Betrieb der zwölf Schaltelemente 153a bis 153k und 153m zu
steuern.
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In
der Konstruktion des Motorgenerators 100 als der rotierenden
elektrischen Maschine gemäß der zweiten Ausführungsform
hat die äußere Stirnfläche mit Bezug
auf die Axialrichtung des hinteren Gehäuserahmenteils 102 einen
konkaven Teil 121, welcher geometrisch ähnliche
Form hat wie der elektrische Leistungsumformer 105. Der
elektrische Leistungsumformer 105 ist in den konkaven Teil 121 des
hinteren Gehäuserahmenteils 102 eingesetzt und
mit einem Harz 24 abgedichtet, wie dies in 10 gezeigt ist.
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13 ist
eine perspektivische Ansicht, welche den elektrischen Leistungsumformer 105 zeigt, welcher
an dem hinteren Gehäuserahmenteil des Motorgenerators 100 gemäß der
zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung befestigt
ist.
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13 zeigt
den Zustand, bevor die hintere Abdeckung 109 und die Steuereinrichtung 108 an dem
hinteren Gehäuserahmenteil 102 befestigt und mit
diesem zusammengebaut sind, nämlich in dem Zustand, in
welchem der elektrische Leistungsumformer 105 an das hintere
Gehäuserahmenteil 102 angesetzt ist, ohne dass
die Steuereinrichtung 108 und die hintere Abdeckung 109 an
das hintere Gehäuserahmenteil angebaut sind.
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14 ist
eine Aufsicht, welche das hinter Gehäuserahmenteil 102 des
Motorgenerators 100 gemäß der zweiten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erkennen lässt. 15 ist
eine perspektivische Ansicht, welche die Gestalt einer äußeren
Stirnfläche des hinteren Gehäuserahmensteils 102 mit
Bezug auf die Axialrichtung des Motor generators 100 gemäß der
zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. 16 ist
eine Ansicht, welche eine hintere Fläche des hinteren Gehäuserahmensteils 102 des
Motorgenerators 100 gemäß der zweiten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. 17 ist
eine perspektivische Ansicht, welche die Gestalt einer inneren Endfläche des
hinteren Gehäuserahmenteils 102 mit Bezug auf die
Axialrichtung des Motorgenerators gemäß der zweiten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Wie
in den 14 und 15 dargestellt
ist, ist der konkave Teil 121 an der äußeren
Stirnfläche mit Bezug auf die Axialrichtung des hinteren
Gehäuserahmenteils 102 gebildet. Die Gestalt des
konkaven Teiles 121 entspricht geometrisch der Gestalt des
elektrischen Leistungsumformers 105. Der konkave Teil 121 ist
so gebildet, dass die Höhe der Wandfläche am äußeren
Umfangsteil des konkaven Teiles 121 höher liegt
als die Oberfläche des Harzes 124, mit welchem
der elektrische Leistungsumformer 105 abgedichtet ist.
Beispielsweise wird wärmefestes Silikonharz als das abdichtende
Harz 124 verwendet.
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Der
elektrische Leistungsumformer 105 ist in dem konkaven Teil 121 des
hinteren Gehäuserahmenteiles 102 eingesetzt und
mit dem abdichtenden Harz 124 so abgedichtet, dass ein
Teil des elektrischen Leistungsumformers 105 mit dem abdichtenden
Harz 124 überdeckt ist. Beispielsweise wird Silikonharz
als abdichtendes Harz 124 verwendet. Sonst könnte
ein Teil des elektrischen Leistungsumformers 105 (beispielsweise
der Leitungsanschluss jedes der Schaltelemente) anderenfalls durch
Salzwasser oder Staub kurzgeschlossen werden.
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In
der Konstruktion des elektrischen Leistungsumformers 105 steht
die obere Fläche der Packung jedes der Schaltelemente 153a bis 153k und 153m von
der Harzoberfläche vor und die Kühlrippen 106 sind
auf der oberen Fläche der Schaltelemente 153a bis 153k und 153m durch
ein wärmeleitfähiges Blech 161 angeordnet,
so dass die oberen Flächen der Packungen mit den Kühlrippen 106 in
Kontakt stehen.
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18 ist
eine perspektivische Ansicht des Motorgenerators 100, welcher
mit den Kühlrippen 106 ausgestattet ist, gemäß der
zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Die
Kühlrippen 106 bestehen aus einer Anzahl von Plattenteilen
(beispielsweise aus Aluminiumblech gefertigt), welche eine hervorragende
Kühlwirkung haben. Die Kühlrippen 106 sind
radial angeordnet.
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Jede
der Kühlrippen 106 steht in Kontakt mit einem
jeweiligen der Schaltelemente 153a bis 153k und 153m um
in wirkungsvoller Weise die Wärmeenergie abzugeben, welche
in dem elektrischen Leistungsumformer 105 erzeugt wird.
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Der
rückwärtige Gehäuserahmenteil 102 hat eine
Anzahl von Öffnungen 122, über welche
eine Anzahl von Leiterdrähten der Statorwicklung 132 mit der
Seite des elektrischen Leistungsumformers 105 verbunden
ist.
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Wie
in den 16 und 17 dargestellt
ist eine Anzahl von rippenförmigen Teilen 123 an
der Stirnfläche oder Bodenfläche mit Bezug auf
die Axialrichtung des rückwärtigen Gehäuserahmenteils 102 ausgebildet.
Diese rippenartigen Teile 123 wirken als eine Kühlvorrichtung.
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Wie
aus 13 ersichtlich ist, ist die Bürstenanordnung 107 in
der Axialrichtung an der Außenseite des rückwärtigen
Gehäuserahmenteils 102 angeordnet. Die Bürstenanordnung 107 nimmt
die Bürsten auf, über welche ein Strom zu der
Feldwicklung 141 geliefert wird.
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Ein
zwischen den Kühlrippen 106 gebildeter Raum, ein
Raum an der äußeren Umfangsseite der Bürstenanordnung 107 und
ein Raum in jedem der rippenartigen Teile 123 stehen in
Verbindung miteinander und bilden einen Kühlkanal, über
welchen Kühlluft strömt. Wie aus 10 ersichtlich
bezeichnet das Bezugssymbol „F” die Kühlluftströmung.
Das bedeutet, die Kühlluft wird in die Innenseite des Motorgenerators 110 durch
das Kühlluftfenster 109a eingeführt,
welches an der Seitenfläche der rückwärtigen
Abdeckung 109 gebildet ist, und die Kühlluft strömt
durch den Kühllaufkanal in Entsprechung mit der Drehung
des Rotors 104.
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Da
also bei dem Motorgenerator 100 der zweiten Ausführungsform,
wie sie oben beschrieben wurde, der gesamte elektrische Leistungsumformer 105 mit
dem abdichtenden Harz 124 abgedichtet ist, ist es möglich,
Staub und Wasser, insbesondere Salzwasser, am Eintreten und Ansetzen
an den Leitungsanschlüssen der Schaltelemente zu hindern, welche
den elektrischen Leistungsumformer 105 bilden. Diese Konstruktion
des elektrischen Leistungsumformers 105 kann verhindern,
dass Kurzschlüsse zwischen den Leitungsanschlüssen
der Schaltelemente auftreten, und kann eine Fehlerhaftigkeit des Betriebes
auf Grund der Kurzschlüsse verhindern, die zwischen den
Leitungsanschlüssen der Schaltelemente verursacht würden.
Im Ergebnis ist es möglich, die Funktionen des elektrischen
Leistungsumformers 105 für eine lange Zeitdauer
aufrecht zu erhalten, selbst wenn er unter schwierigen Umgebungsbedingungen
arbeitet, unter welchen das mit dem Motorgenerator 100 und
dem elektrischen Leistungsumformer 105 ausgestattete Fahrzeug
fährt.
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Da
weiter der mit dem elektrischen Leistungsumformer 105 gemäß der
zweiten Ausführungsform ausgestattete Motorgenerator 100 die Kühlrippen 106 aufweist,
kann diese Konstruktion den elektrischen Leistungsumformer 105,
der mit dem abdichtenden Harz 124 überdeckt ist,
wirkungsvoll kühlen. Da fernerhin jede der Kühlrippen 106 Kontakt
mit der oberen Fläche jedes der Schaltelemente hat, verbessert
und verstärkt diese Konstruktion die Kühlfähigkeit
des elektrischen Leistungsumformers 105.
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Weiter
sind die rippenförmigen Teile 123 an der Stirnfläche
mit Bezug auf die Axialrichtung des hinteren Gehäuserahmenteiles 102 vorgesehen.
Der zwischen den Kühlrippen 106 gebildete Raum,
der Raum, welcher an dem Außenumfang der Bürstenanordnung 107 gebildet
ist, und der Raum, welcher in jedem der rippenförmigen
Teile 123 gebildet ist, stehen in Verbindung miteinander
und bilden einen Kühlluftkanal. Diese Konstruktion kann
beide Seiten in der Axialrichtung des elektrischen Leistungsumformers 105,
der mit dem abdichtenden Harz abgedichtet ist, durch die Kühlrippen 106 und
den rückwärtigen Gehäuserahmenteil 102 kühlen.
Diese Konstruktion kann weiter die Kühlfähigkeit
des elektrischen Leistungsumformers 105 verbessern.
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Nachdem
weiterhin die Wandhöhe des konkaven Teiles 121 in
dem hinteren Gehäuserahmenteil 102 höher
liegt als die Oberfläche des abdichtenden Harzes 124,
mit welchem der elektrische Leistungsumformer 105 überdeckt
ist, gestattet diese Konstruktion bei der Herstellung das Einsatzgießen
des abdichtenden Harzes 124 um den elektrischen Leistungsumformer 105 mit
dem abdichtenden Harz 124 abzudichten. Dies kann die effiziente
Arbeit bei der Herstellung des Motorgenerators 100 verbessern, welcher
mit dem elektrischen Leistungsumformer 105 gemäß der
zweiten Ausführungsform ausgerüstet ist.
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Das
Konzept der vorliegenden Erfindung ist nicht durch die zweite oben
beschriebene Ausführungsform begrenzt, und es ist möglich,
die Konstruktion des mit dem elektrischen Leistungsumformer 105 gemäß der
zweiten Ausführungsform ausgerüsteten Motorgenerators 100 zu
modifizieren. Beispielsweise wurde erläutert, dass gemäß der
zweiten Ausführungsform der Motorgenerator 100,
welcher mit dem elektrischen Leistungsumformer 105 ausgerüstet
ist, in der Lage ist, die Erzeugung elektrischer Leistung und den
Elektromotorbetrieb durchzuführen. Die vorliegende Erfindung
ist nicht auf die zweite Ausführungsform beschränkt.
Es ist möglich, das Konzept der zweiten Ausführungsform
gemäß der Erfindung auch auf den Fall anzuwenden,
in welchem ein elektrischer Leistungsumformer mit abdichtendem Harz
in einem elektrischen Leistungsumformer (oder einem Gleichrichter) überdeckt
wird, der für einen Fahrzeugwechselstromgenerator verwendet wird,
der nur die elektrische Leistungserzeugung vornimmt.
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Weiter
wird, wie in 12 gezeigt, die zweite Ausführungsform
mit einem elektrischen Leistungsumformer 105 erläutert,
welcher ein Paar von Brückenschaltungen enthält.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die zweite Ausführungsform
beschränkt. Es ist möglich, das Konzept des elektrischen
Leistungsumformers 105 auf eine andere Art eines elektrischen
Leistungsumformers anzuwenden, welcher mit einer einzigen Brückenschaltung
oder nicht weniger als drei Brückenschaltungen ausgerüstet
ist.
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Fernerhin
wird bei der zweiten Ausführungsform die metallische Basisplatte 105 verwendet,
die aus Aluminiummaterial gefertigt ist. Die vorliegende Erfindung
ist nicht durch die zweite Ausführungsform beschränkt.
Beispielsweise ist es möglich, die metallische Basisplatte
unter Verwendung eines anderen Materials, welches von Aluminium
verschieden ist, herzustellen.
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Während
spezifische Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung
im Detail beschrieben worden sind, versteht es sich für
die Fachleute, dass vielerlei Modifikationen und alternative Formen
bezüglich dieser Details im Lichte der Gesamtleere der hier
gegebenen Offenbarung entwickelt werden können. Dem gemäß sind
die einzelnen Anordnungen, welche offenbart sind, nur beispielsweise
und nicht im begrenzenden Sinne bezüglich des Grundgedankens
der Erfindung zu verstehen, welcher in seiner vollen Breite durch
die folgenden Ansprüche und sämtliche Äquivalente
davon definiert ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- - JP 2007-49840 [0006, 0008, 0014]
- - JP 2007-49841 [0006, 0008, 0014]
- - JP 2007-166857 [0006, 0012, 0014]