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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rauschfilter, der in Stromrichtern oder dergleichen eingebaut wird.
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Stand der Technik
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Einige Stromrichter sind mit einem Rauschfilter ausgestattet, um das Rauschen, das durch einen Schaltvorgang von einer Halbleitereinrichtung erzeugt wird, daran zu hindern, nach außen zu dringen. Generell ist ein derartiger Rauschfilter aus einer Spule und einem Magnetkern gebildet. Wenn ein großer Strom in der Spule fließt, verschlechtern sich aufgrund der Wärmeentwicklung der Spule die magnetischen Eigenschaften des Magnetkerns, was zu einer Verschlechterung der Eigenschaften als Rauschfilter führen kann. Um dies zu vermeiden, muss der Rauschfilter gekühlt werden.
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Es ist eine Technik für herkömmliche Rauschfilter bekannt, bei der die Spule in einem Raum angeordnet ist, der von Wärmeabführungsrippen umgeben ist, um den Rauschfilter zu kühlen. (z. B. siehe Patentdokument 1)
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Stand-der-Technik-Dokument
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Patentdokument
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- Patentdokument 1: Internationale Patent-Veröffentlichungs WO 2012/090307 A1 (Seite 8, 1)
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Zusammenfassung der Erfindung:
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Mit der Erfindung zu lösendes Problem
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In einem herkömmlichen Rauschfilter wird die Außenfläche der Spule, die den wärmeabführenden Rippen gegenüberliegt, gekühlt, aber die Temperatur um das Zentrum der Spule steigt an, weil die Wärme die Tendenz hat, sich um das Zentrum der Spule aufzubauen. Als Resultat steigt die Temperatur des Magnetkerns um das Zentrum der Spule, was die Eigenschaften des Rauschfilters verschlechtern kann. Um den Temperaturanstieg um das Spulenzentrum herum zu unterdrücken, kann der Querschnitt der Spule vergrößert werden, um die Dichte des in der Spule fließenden Stroms zur verringern; diese Verfahrensweise führt aber zu einem vergrößerten Rauschfilter.
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Die vorliegende Erfindung hat das Ziel, die oben beschriebenen Probleme zu lösen und die Wärmeabführung bei einem Rauschfilter zu verbessern, ohne den Filter selbst zu vergrößern.
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Ein Rauschfilter gemäß der vorliegenden Erfindung weist Folgendes auf:
eine Spule mit einem Wicklungsmuster, das durch Aufeinanderstapeln von flachen plattenförmigen Leitern konfiguriert ist;
einen Magnetkern, um den die Spule gewickelt ist; und
ein Wärmeabführungselement, das gegenüber einem Ende der Spule in einer Stapelrichtung elektrisch isoliert ist und eng an diesem anliegt, wobei der thermische Widerstand von einem der Leiter, der an dem Ende in der Stapelrichtung angeordnet ist, der kleinste ist, verglichen mit den thermischen Widerständen der anderen Leiter.
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Wirkung der Erfindung
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Gemäß der vorliegenden Erfindung kann, da der Leiter, der an einem Ende in der Stapelrichtung angeordnet ist und eng an dem Wärmeabführungselement anliegt, derart ausgebildet ist, dass er einen thermischen Widerstand aufweist, der kleiner ist als die thermischen Widerstände der anderen Leiter, die Wärmeabführung von dem Rauschfilter verbessert werden, ohne dessen Abmessungen zu vergrößern.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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In diesen zeigen,
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1 eine perspektivische Ansicht eines Rauschfilters gemäß einem Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung,
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2 ein erläuterndes Diagramm einer Konfiguration einer Spule des Rauschfilters gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung,
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3 eine Querschnittsansicht des Rauschfilters gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung,
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4 eine perspektivische Ansicht eines Rauschfilters gemäß einem Ausführungsbeispiel 2 der vorliegenden Erfindung,
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5 eine Querschnittsansicht des Rauschfilters gemäß dem Ausführungsbespiel 2 der vorliegenden Erfindung,
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6 eine Querschnittsansicht eines Rauschfilters gemäß dem Ausführungsbeispiel 3 der vorliegenden Erfindung,
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7 eine perspektivische Ansicht eines Rauschfilters gemäß dem Ausführungsbeispiel 4 der vorliegenden Erfindung,
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8 eine perspektivische Ansicht eines Rauschfilters gemäß dem Ausführungsbeispiel 5 der vorliegenden Erfindung,
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9 eine perspektivische Ansicht eines Rauschfilters gemäß dem Ausführungsbeispiel 6 der vorliegenden Erfindung, und
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10 eine perspektivische Ansicht eines Rauschfilters gemäß dem Ausführungsbeispiel 7 der vorliegenden Erfindung.
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Ausführungsbeispiele zum Ausführen der Erfindung
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Ausführungsbeispiel 1
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1 ist eine perspektivische Ansicht eines Rauschfilters gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung. In dem Ausführungsbeispiel ist ein Rauschfilter 100 z. B. zwischen einem Inverter, der ein Stromrichter ist, und einer Stromversorgung zum Betreiben des Inverters angeordnet.
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Gemäß 1 weist der Rauschfilter 100 Folgendes auf: eine Spule 1a und eine Spule 1b mit Wicklungsmustern, die durch Aufeinanderstapeln von flachen plattenförmigen Leitern 50 konfiguriert sind; einen Magnetkern 2, um den die Spulen 1a und 1b gewickelt sind; und ein Wärmeabführungselement 3, das von den Endbereichen der Spulen 1a und 1b in der Stapelrichtung von den Spulen elektrisch isoliert ist und eng an diesen anliegt. Das elektrische Potential des Wärmeabführungselements 3 ist auf das Massepotential eingestellt.
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Der flache plattenförmige Leiter 50 ist ein isolierter Leiter, der z. B. eine flache Metallplatte 4, wie z. B. eine Kupferplatte ist, deren Außenfläche mit einem dielektrischen Material 5 bedeckt ist. Das dielektrische Material 5 ist eine Materialbeschichtung, wie z. B. ein Polyimid, ein Polyamidimid, und ein Polyesterimid, oder ist ein Metalloxid, gebildet durch Galvanisierung, oder ein Epoxidharz, gebildet durch Pulverbeschichtung, von denen alle vorzugsweise Materialien mit guten Wärmeabführungseigenschaften sind.
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Zusätzlich ist es unter dem Gesichtspunkt der Wärmeabführung bevorzugt, dass die Schichtdicke des dielektrischen Materials 5 möglichst dünn ist, um die Isolierung zwischen dem flachen plattenförmigen Leiter 50 und dem Wärmeabführungselement 3, sowie die Isolierung zwischen den gestapelten plattenförmigen Leitern 50 sicherzustellen.
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Zum Einsetzen in die Spulen 1a und 1b ist der Magnetkern 2 aus einem geteilten Kern 2a mit einem U-förmigen Querschnitt und einem geteilten Kern 2b mit einer flachen Plattenform gebildet. Die geteilten Kerne 2a und 2b werden miteinander verbunden, um einen geschlossenen Magnetkreis zu bilden.
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Das Wärmeabführungselement 3 ist mit Wärmeabführungsrippen ausgebildet. Dabei ist zu beachten, dass die flächigen plattenförmigen Leiter 50, die die Spulen 1a und 1b bilden, in Wirklichkeit so konfiguriert sind, dass diese eng aneinander anliegen, und dass auch der Magnetkern 2 in Wirklichkeit so konfiguriert ist, dass dieser in die Spulen 1a und 1b eingesetzt werden kann. Diese sind in 1 getrennt dargestellt, um das Verständnis der Konfiguration des Rauschfilters zu erleichtern.
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2 zeigt Diagramme, die Konfigurationen der Spulen 1a und 1b darstellen, von denen jede ein Stapel von flächigen plattenförmigen Leiter 50 ist. Gemäß 2 zeigen die 2(a), 2(b) und 2(c) jeweils flache plattenförmige Leiter (Wicklungsstücke), die gestapelt werden, um die Spulen 1a und 1b gemäß 1 zu bilden. Die linken Hälften in den 2(a), 2(b) und 2(c) entsprechen der Spule 1a und die rechten Hälften entsprechen der Spule 1b. Des Weiteren zeigt 2(a) Leiter, die eng an dem Wärmeabführungselement 3 anliegen; 2(b) zeigt die darauf gestapelten Leiter; und 2(c) zeigt die Leiter, die dann auf diesen gestapelt sind.
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Wie in der 2 gezeigt, weist die Spule 1a Folgendes auf: ein Wicklungsstück 11 als untere Schicht, ein Wicklungsstück 13, das darauf gestapelt ist, und ein Wicklungsstück 15, das oben auf diese gestapelt ist. Auch die Spule 1b weist Folgendes auf: ein Wicklungsstück 12 als untere Schicht, ein Wicklungsstück 14, das darauf gestapelt ist, und ein Wicklungsstück 16, das oben auf diese gestapelt ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel weisen die Wicklungsstücke 11 bis 16 in Stromrichtung annähernd gleiche Breiten auf.
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In der 2 sind die Wicklungsstücke elektrisch miteinander verbunden, um eine Spule mit einem spiralförmigen Wicklungsmuster zu bilden. Die Außenflächen von den flachen Metallplatten 4 der Wicklungsstücke sind mit den dielektrischen Materialien 5 bedeckt. Wenn z. B. die flachen Metallplatten 4 in einem Endbereich 21 von der Oberseite des Wicklungsstücks 11, in einem Endbereich 23 von der Unterseite des Wicklungsstücks 13 sowie in einem Endbereich 24 von der Oberseite davon und in einem Endbereich 27 von der Unterseite des Wicklungsstücks 15 freiliegend sind, und wenn die Wicklungsstücke 11, 13 und 15 gestapelt sind, so dass sie durch die Bereiche, an denen die flachen Metallplatten freiliegen, elektrisch verbunden sind, kann die spiralförmige Spule 1a gebildet werden.
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Wenn in ähnlicher Weise die flachen Metallplatten 4 freiliegen, und zwar in einem Endbereich 22 von der Oberseite des Wicklungsstücks 12, in einem Endbereich 26 von der Unterseite des Wicklungsstücks 14 sowie in einem Endbereich 25 von der Unterseite davon, und in einem Endbereich 28 von der Unterseite des Wicklungsstücks 16, und wenn die Wicklungsstücke 12, 14 und 16 gestapelt sind, so dass sie durch die Bereiche, in denen die Metallplatten freiliegend sind, elektrisch verbunden sind, kann die spiralförmige Spule 1b gebildet werden.
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Es ist zu beachten, dass als Verfahren, um diese elektrisch zu verbinden, ein Schmelzverbinden mit niedrigschmelzendem Metall oder ein mechanisches Verbinden mit Schrauben oder Nieten verwendet werden kann. Auch in den Spulen 1a und 1b sind Spulenanschlussbereiche 31, 32, 33 und 34 jeweils auf den Wicklungsstücken 11, 12, 15 und 16 ausgebildet, und zwar vorstehend von den Wicklungsbereichen der Spulen zur elektrischen Verbindung mit anderen Geräten. Es ist zu beachten, dass vorzugsweise die Übergangsbereiche der Bereiche, die die Wicklungsmuster verbinden, größer ausgeführt werden als die Querschnittsflächen von den flachen Leitern 4, um eine lokale Wärmeentwicklung zu vermeiden.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Rauschfilter 100 z. B. zwischen einem Inverter, der ein Stromrichter ist, und einer Stromversorgung angeordnet, um den Inverter zu betreiben. In diesem Fall sind die Ausgangsanschlüsse der Stromversorgung mit dem Spulenanschlussbereich 31, der ein Anschlussbereich der Spule 1a ist, und dem Spulenanschlussbereich 32 verbunden, der ein Anschlussbereich der Spule 1b ist.
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Die Eingangsanschlüsse des Inverters sind mit dem Spulenanschlussbereich 33, der ein weiterer Anschlussbereich der Spule 1a ist und dem Spulenanschlussbereich 34 verbunden, der ein weiterer Anschlussbereich der Spule 1b ist. Der angeschlossene Rauschfilter 100 kann, wie oben beschrieben, die Ausbreitung des Schaltrauschens von dem Inverter zu der Stromversorgungsseite und nach außen unterdrücken. Es ist zu beachten, dass bei niedriger Versorgungsspannung zwischen dem Rauschfilter und dem Inverter ein Boost-Wandler angeordnet sein kann.
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3 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A des Rauschfilters 100 gemäß diesem Ausführungsbeispiel, das in 1 gezeigt ist. Die Wicklungsstücke, die jeweils aus flachen plattenförmigen Leitern 50 gebildet sind, sind auf dem Wärmeabführungselement 3 gestapelt, um die Spulen 1a und 1b zu bilden. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Dicken der Wicklungsstücke 11 und 12 in Kontakt mit dem Wärmeabführungselement 3 am dünnsten, verglichen mit den Dicken der anderen Wicklungsstücke 13, 14, 15 und 16. Mit anderen Worten, es sind die Dicken der Wicklungsstücke derart konfiguriert, dass die thermischen Widerstände der Wicklungsstücke 11 und 12 in Kontakt mit dem Wärmeabführungselement 3 am kleinsten sind, verglichen mit den thermischen Widerständen der anderen Wicklungsstücke 13, 14, 15 und 16.
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Je dünner der Leiter ist, desto kleiner ist die Querschnittsfläche für den hindurchfließenden Strom (I); dies führt zu einem größeren elektrischen Widerstand (R). Je dünner der Leiter ist, desto mehr Joule-Wärme wird erzeugt, weil die Joule-Wärme, erzeugt durch den Stromfluss in dem Leiter, proportional zu I2 × R ist.
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Da jedoch die Wicklungsstücke 11 und 12 in Kontakt mit dem Wärmeabführungselement 3, verglichen mit den anderen Wicklungsstücken, effizienter in der Wärmeabführung sind, können die Wicklungsstücke 11 und 12 die Wärme zu dem Wärmeabführungselement 3 schneller abführen als die anderen Wicklungsstücke. Ferner können die dünneren Leiter der Wicklungsstücke in Kontakt mit dem Wärmeabführungselement 3 die Gesamtabmessungen der Spulen 1a und 1b reduzieren.
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Die flachen Metallplatten 4, aus denen die Leiter der Wicklungsstücke 11 und 12 gebildet sind, sind über die dielektrischen Materialien 5 mit dem Wärmeabführungselement 3 in Kontakt, um eine Streukapazität zwischen ihnen selbst und dem Wärmeabführungselement 3 zu bilden. Durch die Verwendung dieser Streukapazität als Massekondensator kann die Anzahl der Teile gegenüber denen von herkömmlichen Rauschfiltern reduziert werden, die durch das Kombinieren von zwei einzelnen Teilen eines Induktors und eines Kondensators konfiguriert sind, so dass der Rauschfilter verkleinert wird.
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Der Wert der Streukapazität kann durch das Einstellen der Schichtdicke des elektrischen Materials 5 auf jeden beliebigen Wert eingestellt werden. Im Idealfall kann die Kapazität (Massekondensator) maximiert werden, indem die dielektrische Schicht im Bereich der Isolierung zwischen den flachen plattenförmigen Leitern 50 und dem Wärmeabführungselement 3 so stark wie möglich verringert wird, um den Rauschminderungseffekt und die Wärmeabführung zu verbessern.
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Wenn ein Rauschfilter in der oben beschriebenen Weise konfiguriert ist, kann die Wärmeabführung des Rauschfilters verbessert werden, ohne dessen Abmessungen zu vergrößern.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel sind nur die Wicklungsstücke 11 und 12 in Kontakt mit dem Wärmeabführungselement 3 dünner als die anderen Wicklungsstücke. Auch die Dicken von den anderen Wicklungsstücken können entsprechend eingestellt werden. Am Beispiel der Spule 1a wird erläutert, dass das Wicklungsstück 11 in Kontakt mit dem Wärmeabführungselement 3 am dünnsten ausgebildet ist und die auf dem Wicklungsstück 11 gestapelten Wicklungsstücke 13 und 15 ab der Dicke des Wicklungsstücks 11 sukzessive dicker werden können.
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Bei einer solchen Konfiguration haben die von dem Wärmeabführungselement 3 entfernten Wicklungsstücke geringere elektrische Widerstände, um weniger Joule-Wärme zu erzeugen, wohingegen das Wicklungsstück nahe am Wärmeabführungselement 3 etwas mehr Joule-Wärme erzeugt, aber gegenüber dem Wärmeabführungselement 3 eine hohe Wärmeabführung aufweist. Daher kann der Anstieg der Gesamttemperatur in der Spule 1a unterdrückt werden.
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Vorzugsweise liegen die ganzen Wicklungsstücke 11 und 12 in Kontakt mit dem Wärmeabführungselement 3 eng an dem Wärmeabführungselement 3 an. Vorzugsweise ist daher in dem Wärmeabführungselement 3 ein Ausschnittbereich zur Einbettung des geteilten Kerns 2b ausgebildet, so dass der Abstand zwischen der Oberseite des geteilten Kerns 2b des Magnetkerns 2 und der Fläche des Wärmeabführungselements eliminiert werden kann. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Magnetkern 2 durch den geteilten Kern 2a mit einem U-förmigen Querschnitt und den flachen plattenförmigen geteilten Kern 2b gebildet. Auch der geteilte Kern 2b kann derart geformt sein, dass dieser einen U-förmigen Querschnitt aufweist.
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Ausführungsbeispiel 2
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4 ist eine perspektivische Ansicht von einem Rauschfilter gemäß dem Ausführungsbeispiel 2 der vorliegenden Erfindung. Der Rauschfilter 200 gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist die gleichen Komponenten auf, die im Ausführungsbeispiel 1 beschrieben sind, und unterscheidet sich in der Spulenform verglichen mit dem Rauschfilter 100, der beim Ausführungsbeispiel 1 beschrieben ist.
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Gemäß 4 weist der Rauschfilter 200 bei diesem Ausführungsbeispiel Folgendes auf: eine Spule 1a und eine Spule 1b, von denen jede Wicklungsmuster aufweist, die durch Aufeinanderstapeln von flachen plattenförmigen Leitern 50 konfiguriert sind; einen Magnetkern 2, um den die Spulen 1a und 1b gewickelt sind; und ein Wärmeabführungselement 3, das von den Endbereichen der Spulen 1a und 1b in der Stapelrichtung gegenüber den Spulen elektrisch isoliert ist und eng an diesen anliegt.
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5 ist eine Querschnittsansicht des Rauschfilters 200 entlang der Linie B-B gemäß diesem Ausführungsbeispiel, das in 4 gezeigt ist. Die Spulen 1a und 1b sind derart konfiguriert, so dass die Wicklungsstücke, von denen jedes durch flache plattenförmige Leiter 50 gebildet ist, auf das Wärmeabführungselement 3 gestapelt sind. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Breiten der Leiter der Wicklungsstücke 11 und 12 in Kontakt mit dem Wärmeabführungselement 3 am größten ausgebildet, verglichen mit den Breiten der anderen Leiter der Wicklungsstücke 13, 14, 15 und 16. Es ist zu beachten, dass bei diesem Ausführungsbeispiel die Dicken der Wicklungsstücke 11 bis 16 annähernd gleich ausgebildet sind.
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Als Resultat weist jeder Leiter der Wicklungsstücke 11 und 12 in Kontakt mit dem Wärmeabführungselement 3 die größte Querschnittsfläche in der Stapelrichtung auf, verglichen mit den Leitern der anderen Wicklungsstücke 13, 14, 15 und 16. Die thermischen Widerstände der Wicklungsstücke 11 und 12 in Kontakt mit dem Wärmeabführungselement 3 sind am kleinsten, verglichen mit den thermischen Widerständen der anderen Wicklungsstücke 13, 14, 15 und 16.
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Je größer die Querschnittsfläche des Leiters in der Stapelrichtung ist, desto größer ist die Kontaktfläche mit dem Wärmeabführungselement 3, die die Wärmeabführung von den Spulen 1a und 1b verbessern kann. Durch die Verbesserung der Wärmeabführung von den Spulen 1a und 1b kann jedes Wicklungsstück dünner ausgebildet werden. Obwohl die Abmessungen der Spulen 1a und 1b in der lateralen Richtung größer werden, können die Gesamtabmessungen der Spulen 1a und 1b verkleinert werden, da die Dicken von den Wicklungsstücken dünner sein können.
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Des Weiteren kann die Vergrößerung der Kontaktfläche mit dem Wärmeabführungselement 3 die Kapazität zwischen den flachen Metallplatten 4 und dem Wärmeabführungselement 3 erhöhen, was den Rauschminderungseffekt verbessern kann.
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Ein Rauschfilter mit diesen Konfigurationen kann die Wärmeabführung verbessern, ohne dessen Abmessungen zu vergrößern.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel ist zu beachten, dass jedes der Wicklungsstücke 11 und 12 in Kontakt mit dem Wärmeabführungselement 3 eine größere Querschnittsfläche in der Stapelrichtung aufweist, verglichen mit den anderen Wicklungsstücken; jedoch können die Querschnittsflächen der anderen Wicklungsstücke in der Stapelrichtung entsprechend eingestellt werden.
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Bei der Spule 1a, wie am Beispiel gemäß 5 gezeigt, können verglichen mit der Querschnittsfläche in der Stapelrichtung des Wicklungsstücks 15, das von dem Wärmeabführungselement 3 entfernt liegt, die Wicklungsstücke 11 und 13, die näher am Wärmeabführungselement 3 liegen, sukzessive eine größere Querschnittsfläche aufweisen.
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Mit einer derartigen Konfiguration kann die Wärmeabführung von dem Wicklungsstück nahe dem Wärmeabführungselement 3 zum Wärmeabführungselement 3 verbessert werden. Durch die Verbesserung der Wärmeabführung von den Spulen 1a und 1b kann der Leiter der einzelnen Wicklungsstücke noch dünner ausgebildet werden, was die gesamte Spule 1a und 1b weiter verkleinern kann.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel wird vorausgesetzt, dass alle Dicken der gestapelten Wicklungsstücke gleich sind. Ähnlich dem Ausführungsbeispiel 1 kann der Leiter von den Wicklungsstücken in Kontakt mit dem Wärmeabführungselement 3 dünner ausgebildet sein als die Leiter der anderen Wicklungsstücke, um den Rauschfilter 200 zu verkleinern.
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Ausführungsbeispiel 3
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6 ist eine Querschnittsansicht eines Rauschfilters 300 gemäß Ausführungsbeispiel 3. Der Rauschfilter gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist die gleichen Komponenten auf, wie der im Ausführungsbeispiel 1 beschriebene Rauschfilter 100; jedoch weisen das Wärmeabführungselement 3 und die Wicklungsstücke in Kontakt mit dem Wärmeabführungselement unterschiedliche Formen gegenüber jenen des Ausführungsbeispiels 1 auf.
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Gemäß 6 weist der Rauschfilter 300 bei diesem Ausführungsbeispiel Folgendes auf: eine Spule 1a und eine Spule 1b mit Wicklungsmustern, die durch Aufeinanderstapeln von flachen plattenförmigen Leitern 50 konfiguriert sind; einen Magnetkern (der nicht gezeigt ist), um den die Spulen 1a und 1b gewickelt sind; und ein Wärmeabführungselement 3, das von den Endbereichen der Spule 1a und 1b in der Stapelrichtung der Spulen elektrisch isoliert ist und eng an diesen anliegt.
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Die Spulen 1a und 1b sind so konfiguriert, dass die Wicklungsstücke, die jeweils aus dem flachen plattenförmigen Leiter 50 gebildet sind, auf das Wärmeabführungselement 3 gestapelt sind. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die gegenüberliegenden Flächen, und zwar die Flächen der Leiter von den Wicklungsstücken 11 und 12 in Kontakt mit dem Wärmeabführungselement 3 und die Fläche des Wärmeabführungselements 3, in unregelmäßiger Form derart ausgebildet, dass diese eng aneinander anliegen.
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Die unregelmäßigen Formen, mit denen die Leiter der Wicklungsstücke 11 und 12 und das Wärmeabführungselement 3 eng aneinander anliegen, können zylindrische Unregelmäßigkeiten, rechteckige Unregelmäßigkeiten, schlitzförmige Unregelmäßigkeiten oder dergleichen aufweisen.
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Der Rauschfilter mit dieser Konfiguration weist größere Kontaktflächen zwischen dem Leiter des Wicklungsstücks 11 und dem Wärmeabführungselement 3 auf sowie zwischen dem Leiter des Wicklungsstücks 12 und dem Wärmeabführungselement 3, die die Wärmeabführung in den Spulen 1a und 1b verbessern können. Die verbesserte Wärmeabführung in den Spulen 1a und 1b ermöglicht es, dass die Leiterdicke von jedem Wicklungsstück dünner ausgebildet werden kann, was die gesamten Spulen 1a und 1b verkleinern kann.
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Die vergrößerten Kontaktflächen mit dem Wärmeabführungselement erhöhen auch die Kapazität zwischen den flachen Metallplatten 4 und dem Wärmeabführungselement 3, was den Rauschminderungseffekt verbessern kann.
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Der Rauschfilter mit dieser Konfiguration kann die Wärmeabführung verbessern, ohne dessen Abmessungen zu vergrößern.
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Ausführungsbeispiel 4
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7 ist eine perspektivische Ansicht eines Rauschfilters gemäß dem Ausführungsbeispiel 4. Der Rauschfilter 400 bei diesem Ausführungsbeispiel weist die gleichen Komponenten auf, wie der im Ausführungsbeispiel 1 beschriebene Rauschfilter 100, der des Weiteren ein Kühlelement aufweist, das gegenüber den Spulenendbereichen der Spulen elektrisch isoliert ist und eng an diesen anliegt, so dass die anderen Endbereiche eng an dem Wärmeabführungselement anliegen.
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Gemäß 7 weist der Rauschfilter 400 Folgendes auf: eine Spule 1a und eine Spule 1b mit Wicklungsmustern, die durch Aufeinanderstapeln von flachen plattenförmigen Leitern 50 konfiguriert sind; einen Magnetkern 2, um den die Spulen 1a und 1b gewickelt sind; ein Wärmeabführungselement 3, das von den Endbereichen der Spulen 1a und 1b in der Stapelrichtung der Spulen elektrisch isoliert ist und eng an den Endbereichen der Spulen anliegt und ein Kühlelement 6, das von den Endbereichen der Spule 1a und 1b elektrisch isoliert ist und eng an diesen anliegt, so dass die anderen Endbereiche eng an dem Wärmeabführungselement anliegen.
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Für das Kühlelement 6 kann z. B. eine Metallplatte verwendet werden. Die Spulen 1a und 1b sind derart konfiguriert, dass die Wicklungsstücke, von denen jedes durch den flachen plattenförmigen Leiter gebildet ist, auf das Wärmeabführungselement 3 gestapelt sind. Des Weiteren sind bei diesem Ausführungsbeispiel die Wicklungsstücke in Kontakt mit dem Wärmeabführungselement 3 und die Wicklungsstücke in Kontakt mit dem Kühlelement 6 dünner ausgebildet als die anderen Wicklungsstücke in der Mitte der Spulen.
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Der Rauschfilter mit dieser Konfiguration kann Wärme in den Spulen 1a und 1b über das Wärmeabführungselement 3 und das Kühlelement 6 abführen, was die Wärmeabführung des Rauschfilters verbessern kann, ohne dessen Abmessungen zu vergrößern. Auch die verbesserte Effizienz in der Kühlung der Spulen 1a und 1b ermöglicht es, dass die Leiter von den Spulen 1a und 1b dünner sein können, was den Rauschfilter weiter verkleinern kann.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel kann das elektrische Potential von dem Kühlelement 6 ähnlich zu dem des Wärmeabführungselements auf das Massepotential eingestellt sein. Beispielsweise können das Kühlelement 6 und das Wärmeabführungselement 3 so konfiguriert sein, dass diese elektrisch verbunden sind. Bei dieser Konfiguration stehen die flachen Metallplatten der Spulen 1a und 1b über die dielektrischen Materialien mit dem Kühlelement 6 und dem Wärmeabführungselement 3 in Kontakt, so dass sich zwischen den flachen Metallplatten der Spulen 1a und 1b und dem Kühlelement 6 sowie zwischen den flachen Metallplatten und dem Wärmeabführungselement 3 eine Streukapazität bildet. Durch die Verwendung der Streukapazität als Massekondensator kann die Kapazität des Rauschfilters 400 erhöht werden, was den Rauschminderungseffekt verbessern kann.
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Die bei den Ausführungsbeispielen 2 und 3 beschriebenen Spulenkonfigurationen können mit dem bei diesem Ausführungsbeispiel gezeigten Rauschfilter kombiniert werden.
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Ausführungsbeispiel 5
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8 ist eine perspektivische Ansicht von einem Rauschfilter gemäß dem Ausführungsbeispiel 5. Der Rauschfilter 500 bei diesem Ausführungsbeispiel weist die gleichen Komponenten auf, wie der im Ausführungsbeispiel 1 beschriebene Rauschfilter 100, der aber des Weiteren eine leitfähige Platte aufweist, die zwischen den Schichten der flachen plattenförmigen Leiter angeordnet ist und die elektrisch gegenüber den Leitern isoliert ist und eng an diesen anliegt, und mit dem Wärmeabführungselement elektrisch verbunden ist.
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Gemäß 8 weist der Rauschfilter 500 Folgendes auf: eine Spule 1a und eine Spule 1b mit Wicklungsmustern, die durch Aufeinanderstapeln der gleichen flachen plattenförmigen Leiter, wie in dem Ausführungsbeispiel 1 gezeigt, konfiguriert sind; einen Magnetkern 2, um den die Spulen 1a und 1b gewickelt sind; ein Wärmeabführungselement 3, das elektrisch gegenüber den Enden der Spulen 1a und 1b in der Stapelrichtung der Spulen isoliert ist und eng an diesen anliegt; und eine leitfähige Platte 7, die so eingesetzt ist, dass diese auf den Rückseiten der flachen plattenförmigen Leiter angeordnet ist, deren Flächen eng an dem Wärmeabführungselement anliegen.
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Die leitfähige Platte 7 ist zwischen den Schichten der Leiter angeordnet, die die Spulen 1a und 1b bilden, elektrisch von den Leitern isoliert und eng an diesen anliegend, und ist auch elektrisch mit dem Wärmeabführungselement verbunden. Für die leitfähige Platte 7 kann z. B. eine Metallplatte verwendet werden.
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In dem Rauschfilter mit dieser Konfiguration sind die Wicklungsstücke in Kontakt mit dem Wärmeabführungselement 3 derart konfiguriert, dass diese am dünnsten sind, verglichen mit den anderen Wicklungsstücken, was die Wärmeabführung von dem Rauschfilter verbessern kann, ohne dessen Abmessungen zu vergrößern.
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Des Weiteren kann in Ergänzung zur Streukapazität, die zwischen der Spule 1a und dem Wärmeabführungselement 3 sowie zwischen der Spule 1a und dem Wärmeabführungselement 3 ausgebildet ist, die Streukapazität, die zwischen der Spule 1a und der leitfähigen Platte 7 sowie zwischen der Spule 1b und der leitfähigen Platte 7 ausgebildet ist, als Massekondensator verwendet werden, was die Kapazität von dem Rauschfilter 500 erhöhen kann, um den Rauschminderungseffekt zu verbessern.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die leitfähige Platte 7 auf den Rückseiten der flachen plattenförmigen Leiter angeordnet, deren Flächen eng an dem Wärmeabführungselement anliegen. Die leitfähige Platte kann jedoch auch zwischen beliebigen Schichten der gestapelten flachen plattenförmigen Leiter angeordnet sein.
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Ausführungsbeispiel 6
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9 ist eine perspektivische Ansicht von einem Rauschfilter gemäß dem Ausführungsbeispiel 6. Der Rauschfilter 600 bei diesem Ausführungsbeispiel ist eine Kombination aus der leitfähigen Platte 7, die im Ausführungsbeispiel 5 beschrieben ist, mit dem Rauschfilter 200, der im Ausführungsbeispiel 2 beschrieben ist.
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Gemäß 9 weist der Rauschfilter 600 Folgendes auf: eine Spule 1a und eine Spule 1b mit Wicklungsmustern, die durch Aufeinanderstapeln der gleichen flachen plattenförmigen Leiter, wie in dem Ausführungsbeispiel 2, konfiguriert sind; einen Magnetkern 2, um den die Spulen 1a und 1b gewickelt sind; ein Wärmeabführungselement 3, das elektrisch von den Endbereichen der Spulen 1a und 1b in der Stapelrichtung der Spulen isoliert ist und eng an diesen anliegt; und eine leitfähige Platte 7, die so eingesetzt ist, dass diese auf den Rückseiten der flachen plattenförmigen Leiter angeordnet ist, deren Flächen eng an dem Wärmeabführungselement anliegen.
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Die leitfähige Platte 7 ist zwischen den Schichten der Leiter angeordnet, die die Spulen 1a und 1b bilden, elektrisch von den Leitern isoliert und eng an diesen anliegend, und auch mit dem Wärmeabführungselement elektrisch verbunden.
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In dem Rauschfilter mit dieser Konfiguration sind die Wicklungsstücke in Kontakt mit dem Wärmeabführungselement 3 derart konfiguriert, so dass jedes die größte Querschnittsfläche in der Stapelrichtung aufweist, verglichen mit den anderen Wicklungsstücken, was die Wärmeabführung von dem Rauschfilter verbessern kann, ohne dessen Abmessungen zu vergrößern.
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Des Weiteren kann in Ergänzung zur Streukapazität, die zwischen der Spule 1a und dem Wärmeabführungselement 3 sowie zwischen der Spule 1b und dem Wärmeabführungselement 3 ausgebildet ist, die Streukapazität, die zwischen der Spule 1a und der leitfähigen Platte 7 sowie zwischen der Spule 1b und der leitfähigen Platte 7 ausgebildet ist, als Massekondensator verwendet werden, was die Kapazität von dem Rauschfilter 600 erhöhen kann, um den Rauschminderungseffekt zu verbessern.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die leitfähige Platte 7 auf den Rückseiten der flachen plattenförmigen Leiter angeordnet, deren Flächen eng an dem Wärmeabführungselement anliegen. Die leitfähige Platte kann jedoch auch zwischen beliebigen Schichten der gestapelten flachen plattenförmigen Leiter angeordnet sein.
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Ausführungsbeispiel 7
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10 ist eine perspektivische Ansicht von einem Rauschfilter gemäß dem Ausführungsbeispiel 7. Der Rauschfilter 700 bei diesem Ausführungsbeispiel ist eine Kombination aus der leitfähigen Platte 7, die im Ausführungsbeispiel 5 beschrieben ist, mit dem Rauschfilter, der im Ausführungsbeispiel 4 beschrieben ist.
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Gemäß 10 weist der Rauschfilter 700 Folgendes auf: eine Spule 1a und eine Spule 1b mit Wicklungsmustern, die durch Aufeinanderstapeln der gleichen flachen plattenförmigen Leiter, wie im Ausführungsbeispiel 4 gezeigt, konfiguriert sind; einen Magnetkern 2, um den die Spulen 1a und 1b gewickelt sind; ein Wärmeabführungselement 3, das von den Endbereichen der Spulen 1a und 1b in der Stapelrichtung der Spulen elektrisch isoliert ist und eng an diesen anliegt; ein Kühlelement 6, das von den Spulenendbereichen der Spulen 1a und 1b elektrisch isoliert ist und eng an diesen anliegt, so dass die anderen Endbereiche eng an dem Wärmeabführungselement anliegen; und eine leitfähige Platte 7, die so eingesetzt ist, dass diese auf den Rückseiten der flachen plattenförmigen Leiter angeordnet ist, deren Flächen eng an dem Wärmeabführungselement anliegen.
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Die leitfähige Platte 7 ist zwischen den Schichten der Leiter angeordnet, die die Spule 1a und 1b bilden, von den Leitern elektrisch isoliert und eng an diesen anliegend, und auch mit dem Wärmeabführungselement elektrisch verbunden.
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Der Rauschfilter mit dieser Konfiguration kann die Wärme in den Spulen 1a und 1b über das Wärmeabführungselement 3 und das Kühlelement 6 abführen, um dadurch die Wärmeabführung von dem Rauschfilter zu verbessern, ohne dessen Abmessungen zu vergrößern.
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Des Weiteren kann in Ergänzung zur Streukapazität, die zwischen der Spule 1a und dem Wärmeabführungselement 3 sowie zwischen der Spule 1b und dem Wärmeabführungselement ausgebildet ist, die Streukapazität, die zwischen der Spule 1a und der leitfähigen Platte 7 sowie zwischen der Spule 1b und der leitfähigen Platte 7 ausgebildet ist, als Massekondensator verwendet werden, was die Kapazität von dem Rauschfilter 700 erhöhen kann, um den Rauschminderungseffekt zu verbessern.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die leitfähige Platte 7 auf der Rückseite der flachen plattenförmigen Leiter angeordnet, deren Flächen eng an dem Wärmeabführungselement anliegen. Die leitfähige Platte kann jedoch auch zwischen beliebigen Schichten der gestapelten flachen plattenförmigen Leiter angeordnet sein.
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Bei den Ausführungsbeispielen 5 bis 7 ist die Erläuterung an Beispielen durchgeführt worden, in denen die leitfähige Platte 7 mit den Konfigurationen der Rauschfilter, die in den Ausführungsbeispielen 1 bis 3 beschrieben sind, kombiniert ist. Die leitfähige Platte 7 kann aber auch mit der Konfiguration des Rauschfilters, die im Ausführungsbeispiel 4 beschrieben ist, kombiniert werden.
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Bei den Ausführungsbeispielen 1 bis 7 werden die Leiter, aus denen die Spulen 1a und 1b gebildet sind, als Leiter aus flachen Metallplatten betrachtet, deren Außenseite von einem dielektrischen Material bedeckt ist. So kann z. B. eine mit einem Einbettharz versiegelte Metallplatte oder ein in eine Leiterplatte eingegossener und integrierter Leiter verwendet werden. Es kann aber auch eine Konfiguration angenommen werden, bei der flache Metallplatten verwendet werden und dielektrische Platten zwischen den Leitern angeordnet sind, zwischen denen eine Isolierung sichergestellt sein soll.
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In einem Fall, bei dem die Spulen 1a und 1b mit Gleichspannung betrieben werden, sind die elektrischen Potentialunterschiede zwischen den Schichten der Wicklungsstücke, wenn die Querschnittsflächen der Leiter groß genug sind, 1 Volt oder niedriger, was bedeutet, dass die Isolierung durch Gas oder Luft ausreichend sichergestellt ist.
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In diesem Fall kann die Isolierung nicht mit einem dielektrischen Material sichergestellt werden, sondern durch eine Separierung der Leiter, wobei die Luftschichten dazwischen genutzt werden. Da Luft eine kleinere relative Dielektrizitätskonstante aufweist als ein festes dielektrisches Material, kann die Kapazität der Leiter reduziert werden. Als Resultat können die fließenden Rauschströme zwischen den Schichten unterdrückt werden, um so den Rauschminderungseffekt des Rauschfilters zu verbessern.
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Des Weiteren können zum Isolieren zwischen der Spule 1a und dem Wärmeabführungselement 3 sowie zwischen der Spule 1b und dem Wärmeabführungselement 3, und zwischen der Spule 1a und dem Kühlelement 6 sowie zwischen der Spule 1b und dem Kühlelement 6, Isolierelemente dazwischen eingesetzt werden. Für die Isolierelemente wird ein Material mit hoher thermischer Leitfähigkeit und hoher relativer Dielektrizitätskonstante bevorzugt. Beispielsweise kann ein Material, wie z. B. ein Keramiksubstrat, eine Isolierfolie mit hoher Wärmeabführung, die mit anorganischem Füllstoff gefüllt ist, oder ein Wärmeabführungsfett verwendet werden.
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Bezugszeichenliste
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- 100, 200
- Rauschfilter
- 300, 400
- Rauschfilter
- 500, 600
- Rauschfilter
- 700
- Rauschfilter
- 1a, 1b
- Spule
- 2
- Magnetkern
- 2a, 2b
- geteilter Kern
- 3
- Wärmeabführungselement
- 4
- flache Metallplatte
- 5
- dielektrisches Material
- 6
- Kühlelement
- 7
- leitfähige Platte
- 11–16
- Wicklungsstück
- 21–28
- Verbindungsbereich
- 31–34
- Anschlussbereich
