JP2009525015A - 特にモータ及び/又は発電機で運転可能な電気機械を制御するための電気的な装置 - Google Patents
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Abstract
特にモータ及び/又は発電機で運転可能な電気機械(280)を制御するための電気的な装置であって、有利には電流を直流から交流及び/又は交流から直流に変換するための少なくとも1つの切換手段モジュール(40)を備えており、該切換手段モジュール(40)が、冷却装置(110)により冷却可能であり且つこの冷却装置に少なくとも間接的に載置されている形式のものにおいて、位置固定手段(55)、少なくとも1つの導体(64)、切換手段モジュール(40)及び冷却装置(110)が、互いに重なり合って配置されている。
Description
背景技術
米国特許第2004/0062005号明細書から公知の出力コンバータは、産業用電動モータを制御するために役立つ。この装置は、冷却体に配置された複数の回路ユニットを有している。これらの回路ユニットに隣接して、複数の電気的な導体が配置されている。この構成の欠点は、これらの電気的な導体が比較的多くの構成スペースを要求するという点にある。
米国特許第2004/0062005号明細書から公知の出力コンバータは、産業用電動モータを制御するために役立つ。この装置は、冷却体に配置された複数の回路ユニットを有している。これらの回路ユニットに隣接して、複数の電気的な導体が配置されている。この構成の欠点は、これらの電気的な導体が比較的多くの構成スペースを要求するという点にある。
発明の利点
特にモータ及び/又は発電機で運転可能な電気機械を制御するための、本発明による電気的な装置は、有利には電圧を直流から交流に且つ/又は交流から直流に変換するために設けられた少なくとも1つの切換手段モジュールを備えており、この切換手段モジュールは、冷却装置により冷却可能であり且つこの冷却装置に少なくとも間接的に載置されている形式のものにおいて、有利には、位置固定手段、少なくとも1つの導体、切換手段モジュール及び冷却装置が互いに重なり合って配置されているということを特徴とする。これにより、1平面内の所要面積が著しく減少され、延いては特に何れにしろ既存の構成スペースが比較的少ない自動車における所要スペースをより良好に利用することができるので、有利である。
特にモータ及び/又は発電機で運転可能な電気機械を制御するための、本発明による電気的な装置は、有利には電圧を直流から交流に且つ/又は交流から直流に変換するために設けられた少なくとも1つの切換手段モジュールを備えており、この切換手段モジュールは、冷却装置により冷却可能であり且つこの冷却装置に少なくとも間接的に載置されている形式のものにおいて、有利には、位置固定手段、少なくとも1つの導体、切換手段モジュール及び冷却装置が互いに重なり合って配置されているということを特徴とする。これにより、1平面内の所要面積が著しく減少され、延いては特に何れにしろ既存の構成スペースが比較的少ない自動車における所要スペースをより良好に利用することができるので、有利である。
従属請求項に記載の構成手段により、独立請求項に記載の電気的な装置の有利な改良が可能である。少なくとも1つの導体が、固定手段によって位置固定手段に固定される場合は、既に最終組込み前に、位置固定手段と導体とから成るモジュールを予め製作することができ、これにより、時間を節約して最終組込みすることができる。このことは、位置固定手段に固定される導体が多ければ多いほど、より一層当てはまる。
少なくとも1つの導体が、少なくとも1つの絶縁性の中間層により位置固定手段から電気的に分離される場合は、位置固定手段を、導体の電位状況を考慮することなしに、例えば電気的なアースに接続することが可能である。個々の導体間の絶縁性の中間層が少なくとも部分的に、前記導体を越えて突出するように構成されている場合は、当該の中間層を介していわゆる漏れ電流間隔を著しく増大させることが可能である。これにより、短絡又は出力を低下させる漏れ電流が防止される。
絶縁性の中間層間の良好な相対位置対応及び/又は位置固定手段に対する導体の良好な相対位置対応は、当該位置がセンタリング手段によって規定される場合に得られる。
有利には、位置固定手段がケーシング若しくは電気的な装置の冷却装置と同じ材料から製作されているということが規定されている。このことは、位置固定手段、導体、切換手段モジュール及び冷却装置から成る複合体間の熱応力が大体において回避されるということを生ぜしめる。それというのも、位置固定手段とケーシングの材料とは、同じ熱膨張係数で膨張するからである。
位置固定手段と切換手段モジュールとの間の縁部圧着及びその他の許容不能な高度の圧着を回避するためには、位置固定手段と切換手段モジュールとの間に弾性モジュールを設けることが規定されている。
切換手段モジュールは、大電流を導く導体も、小電流を導く導体も有している。前記の大電流導体は、いわゆる信号線路よりも著しく加熱する。従って、大電流導体を信号線路から空間的に分離させることが規定されており、これにより、1側面からは出力線路(大電流導体)が突出し且つ1側面からは信号線路が突出しているということが規定されている。前記側面が互いに対向位置していると、適当な構成が得られる。更に、出力線路の端部は冷却装置とは反対の方向を向いているということが規定されている。このことは、切換手段モジュール上の導体と、出力線路との間の接続箇所が、特に好適に接近可能であるという利点を有している。更に、信号線路の端部は冷却装置とは反対の方向を向いているということが規定されている。これにより例えば、既に述べた切換手段モジュール、位置固定手段、導体及び冷却装置から成るユニットの上位に、更にプリント配線板を取り付けることが可能である。この場合、このプリント配線板は、前記各構成部材の方向で簡単に被せ嵌めることにより、信号線路と接合され得る。
本発明の別の有利な構成では、切換手段モジュールの一方の側から突出する信号線路群に、信号線路を制御するために必要とされるプリント配線板の領域の電圧供給を可能にする導体が所属している。
本発明の更に別の有利な構成では、遮蔽手段が少なくとも1つの導体を被覆しているので、例えば当該遮蔽手段の上位に配置されたプリント配線板は、電磁的な影響から遮蔽されている。この場合、前記遮蔽手段は少なくとも1つの導体と回路支持体との間に配置されている。
本発明の更に別の有利な構成では、冷却装置に対する切換手段モジュールの相対位置が、形状接続部材によって規定されている。
実施例の説明
以下に、本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。
以下に、本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。
図1には電気的な装置10の部分横断面図が示されており、本実施例では、この電気的な装置10はモータ及び/又は発電機で運転可能な電気機械(図示せず)を制御するために役立つ。当該の電気的な装置10はケーシング13を有しており、このケーシング13は複数の構成部材から構成されている。ケーシング13は、鉢形のケーシング部材16から成っており、このケーシング部材16には、後で述べる種々様々な電気・電子構成部材が配置されている。鉢形のケーシング部材16はケーシング壁19を有しており、このケーシング壁19は、ケーシング底部22とは反対の側のケーシング縁部25で終わっている。ケーシング底部22は、材料厚さがやや厚くされたケーシング区分を有しており、このケーシング区分をここでは台座28と呼ぶ。この台座28は、ケーシング13の内側の底部とは反対の側に複数の冷却通路31を有しており、これらの冷却通路31は閉鎖カバー34により閉じられている。冷却通路31は全体的に、シール37により液密に閉鎖されている。ケーシング13内で台座28には、まず最初に切換手段モジュール40が載置されている。
この切換手段モジュール40と、台座28若しくはケーシング底部22との間の相対位置は、本実施例では形状接続部材によって生ぜしめられる。本実施例では、切換手段モジュール40に固定された複数のピン41が、それぞれケーシング底部22若しくは台座28の孔42に突入している。
この場合、切換手段モジュール40のフラットな表面43は、台座28のやはりフラットな表面46に載置されている。切換手段モジュール40の凹所49には弾性部材52が挿入されており、この弾性部材52は、例えばエラストマとして、若しくはゴム製Oリング等として形成されていてよい。切換手段モジュール40及び弾性部材52は、後で詳しく説明するように、台座28若しくはケーシング底部22と、位置固定手段55との間に配置若しくは緊締されている。この位置固定手段55は、本実施例ではほぼバー状に形成されており且つやはり細長く形成された台座28を越える長さで延在している。この場合、前記位置固定手段55は、切換手段モジュール40を台座28に圧着して、台座28と切換手段モジュール40との間の熱伝達を改善するという課題を有している。
位置固定手段55には絶縁体58が載置されている。この環状の絶縁体58は、切換手段モジュール40から離反する方向でピラミッド状に段付けされており、第1の段に絶縁性の中間層61を支持しており、この中間層61には導体64が支承されている。この導体64の、切換手段モジュール40とは反対の側にもやはり、別の絶縁性の中間層67が載置されており、この中間層67にもやはり、別の導体70が載置されている。この導体70にもやはり、別の絶縁性の中間層73が載置されており、この絶縁性の中間層73には、別の導体76が載置されている。この導体76には遮蔽手段79が載置されている。即ち前記絶縁体58はセンタリング手段として働き且つ導体及び中間層の位置を規定する。
個々の導体64,70,76、絶縁性の中間層61,67,73、遮蔽手段79及び絶縁体58は、本実施例ではねじとして形成された固定手段82によって、ワッシャ85を介して位置固定手段55に圧着されている。
切換手段モジュール40は、ほぼ板状若しくは直方体形に形成されており且つ内部に電子回路88を有している。この電子回路88は、例えばセラミックの支持体板91に載置されており、この支持体板91は、その裏側にも熱伝導板94を有している。この熱伝導板94は、例えば台座28に面して支承された銅製の板である。熱伝導板94と台座28との間の熱伝達を改善するためには、例えば切換手段モジュール40と台座28との間に、更に付加的に熱伝導ペースト97が設けられていてよい。セラミックの支持体板91には少なくとも2つの切換可能なハーフブリッジ100が配置されており、これらのハーフブリッジ100は、図1では象徴的に示されているに過ぎない。当該のハーフブリッジ100は、供給された直流を、出力線路103内で交流若しくは三相交流が形成されるように変えるために役立つ。この場合、ハーフブリッジ100は、これらのハーフブリッジ100と電気的に接続された信号線路106により制御される。出力線路103は、最初に切換手段モジュール40の外面からの移行箇所では、台座28の表面46に対して平行に方向付けられており、次いで切換手段モジュール40の数ミリメートル外位で方向転換しているので、当該出力線路103の一方の端部109は、冷却装置若しくはケーシング底部22とは反対の方向を向いている。端部109において、この端部109はやはり屈曲された導体64の端部112とオーバラップしており、ここで電気機械のための位相接続部を成す導体64に対する接続箇所を形成している。切換手段モジュール40の他方の側からは、既に述べた信号線路106が突出しており、これらの信号線路106も前記出力線路103と同様に、最初は直線的に且つ台座28の表面46に対して平行に延びており、次いで一回曲げられて、ケーシング底部22とは反対の方向に遠ざかる。即ち、信号線路106は2つの脚片を有しており、第1の脚片は切換手段40から突出しており、屈曲後の第2の脚片はケーシング底部22とは反対の方向を向いている。この第2の脚片115は、遮蔽手段79の開口118を貫通して延びており、これにより、最終的には回路支持体124若しくはプリント配線板124の接続開口121を貫通する。これらの接続開口121において最終的に、信号線路106と、回路支持体124に配置された電気回路(図示せず)との間の電気的な接続が実現されている。
回路支持体124は、外縁部127で以てケーシング壁19の段部130に支承されている。縁部127とケーシングカバー133との間には弾性部材136が配置されている。別のシール139は、ケーシング13の内室を外部環境に対してシールしている。
即ち、図1に示した電気的な装置10は、特にモータ及び/又は発電機で運転可能な電気機械を制御するために役立つ。当該の電気的な装置10は、少なくとも1つの切換手段モジュール40を有しており、この切換手段モジュール40は、有利には電圧を直流から交流に変換し且つ/又は交流から直流に変換するために働く。この場合、切換手段モジュール40は、冷却装置110によって冷却可能である。この場合、切換手段モジュール40は、前記冷却装置110に少なくとも間接的に載置されている。少なくとも間接的に載置されているとは、切換手段モジュール40が、例えば熱伝導ペースト97の介在下で台座28若しくはケーシング底部22に載置されているという意味である。直接的な載置は、例えば熱伝導ペースト97を省くことによって生ぜしめられる。位置固定手段55、少なくとも1つの導体64、切換手段モジュール40及び冷却装置110は、互いに重なり合って配置されている。この場合、少なくとも1つの導体64は、固定手段82によって位置固定手段55に固定されているということが規定されている。モータによる運転において、前記の少なくとも1つの導体64は、電気機械の位相接続部に電力供給するために役立つ。発電機による運転では、位相接続部若しくは導体64により、電子回路88の作動に基づいて(パルス状の)直流が形成され、この直流により、線路(図示せず)を介して(大電流)バッテリー若しくは(大電流)アキュムレータに電流が運ばれる。少なくとも1つの導体64又は他の導体70,76も、それぞれ少なくとも1つの絶縁性の中間層61;67;73によって、位置固定手段55から電気的に分離されている。即ち、既に述べた用に、少なくとも1つの導体64には別の導体70;76が載置されており、これらの導体70;76は、互いに絶縁性の中間層67,73により電気的に分離されている。
また、図1から判るように、絶縁性の中間層61,67,73はやや、本実施例では少なくとも部分的に、導体70,76を越えて突出している。
固定手段82によって、少なくとも1つの導体64と位置固定手段55との間には圧着力が作用する。位置固定手段55は、ケーシング13若しくは冷却装置110を有しており且つ切換手段モジュール40の支持部を成すケーシング底部22と同じ材料から成っているのが望ましい。位置固定手段55と切換手段モジュール40との間には、弾性部材52が配置されているということが規定されている。この弾性部材52は、弾性プラスチック、有利にはエラストマから製作されている。
図1に示したように、切換手段モジュール40の複数の側面からは複数の導体が突出しているということが規定されている。この場合、切換手段モジュール40の一方の側からは出力線路103が突出しており、他方の側からは信号線路106が突出しているということが規定されている。出力線路103の端部109及び信号線路の端部140は、冷却装置110とは反対の方向を向いている。択一的に、例えば導体64の図1に示した上端部が下方に向かって折り曲げられて、切換手段モジュール40とケーシング底部22との間のレベルでぶつかり、そこで最終的に互いに回路接続されていてもよい。この場合、出力線路103の端部109は、冷却装置110とは反対の方向を向いてはいない。
図2には、既に述べたように図1に示した構成を横から見た図が示されている。図1では、1本の信号線路106だけが側面図で認識可能であるのに対して、図2では、6本の信号線路106が認識可能であり、この場合、この信号線路106のグループには、回路支持体124の電圧供給を可能にする導体が所属している。遮蔽手段79は、少なくとも1つの導体64を被覆している。この場合、このことは、遮蔽手段79が前記導体を完全に被覆しているということを意味するのではなく、当該遮蔽手段79は、少なくとも1つの導体64,70,76を少なくとも部分的に被覆しているということを意味している。図1及び図2において認識可能なように、遮蔽手段79は、少なくとも1つの導体64と回路支持体124との間に配置されている。図2において認識可能であるように、位置固定手段55は、ねじの形の固定手段142によってケーシング底部22若しくは台座28に固着結合されている。この場合、位置固定手段55は弾性部材52を介して切換手段モジュール40を押圧している。
図3及び図4には第2実施例が示されている。今、図3の説明では、図1若しくは図2との著しい相違点について述べる。第1実施例の場合と同じ機能のものには、同一記号が付されている。切換手段モジュール40は、やはり台座28に載置されている。切換手段モジュール40の右側において、信号線路106の第2の脚片115が突出しており、この第2の脚片115は最終的に回路支持体124と接触接続する。出力線路103は、やはり薄板状であり、この場合、端部109は折り曲げられた薄板片200である。
切換手段モジュール40の凹所49には、やはり弾性部材52が、位置固定手段55と切換手段モジュール40との間の力伝達部材として設けられているが、当該弾性部材52は、今や金属の押圧ばねによって形成されており、この押圧ばねは、例えば板ばねと同様に作用するか、若しくは板ばね等である。位置固定手段55もやはり凹所201を有しており、この凹所201には絶縁体58が座着している。この絶縁体58は、円環状のプレート203を有しており、このプレート203はその中心に、中心開口206を有している。この中心開口206は、位置固定手段55から一体に形成された円筒形のピン209を取り囲んでいる。即ち、このピン209は雌ねじ山を備えた孔状の開口212を有しており、これにより、ねじの形の固定手段82が前記開口212に係合可能である。プレート203からは円環状の管片215が出発しており、この管片215は前記ピン209を取り囲んでいる。ピン209と管片215との間には別の管片218が係合しており、この別の管片218はプレート221から出発している。両管片215,218は、組込み前は互いに向かい合っている。両プレート203,221間には複数の導体64が配置されており、これらの導体64は、それぞれ電気機械(図示せず)の異なる位相に対応している。このことは本実施例では、三相機の3つの異なる位相のために設けられた3つの導体64である。当該機械が例えば五相、又はそれどころか六相である場合には、当該箇所に5つ又は6つの導体64が配置されることになる。これらの導体64にも、更に導体70及び導体76が配置されており、これらの導体70,76はそれぞれ、切換手段モジュール40に直流電圧を供給するか、又は切換手段モジュール40により生ぜしめられる(パルス状の)直流電圧をバッテリー若しくはアキュムレータ(図示せず)に送るという課題を有している。慣例の形式では、導体64,70,76間にそれぞれ絶縁性の中間層61,67,73が配置されているので、短絡は防止される。本実施例では、導体64からやはり折り曲げられた薄板片224が出発しており、これらの薄板片224は、薄板片200の直ぐ隣に位置している。薄板片200;224は、電気的に互いに常時接続されており且つ切換手段モジュール40及び電気機械の位相接続部に対する電気的な接続部を成している。又、本実施例でも遮蔽手段79は少なくとも1つの導体64若しくは複数の導体64を被覆している。このことについてはこの場合も必然的に完全な被覆であるとは理解されない。遮蔽手段79は、本実施例では複数の膨出部227を有しており、これらの膨出部227は、回路支持体124のための支持部として働き且つ当該膨出部227に回路支持体124がねじ締結されている。回路支持体124は、垂直方向で積層構造から分離されている。信号線路106は、製作誤差及び種々様々な熱膨張を補償するために、ばね弾性的な特性を有している。
この構成における中心基準は冷却体が引き受ける。
図4には、図3に示した切換手段モジュール40の断面図が示されており、この場合、この断面図は図3に対して直交(90°)する方向で示されている。図1及び図2に示した実施例の場合と同様に、本実施例でも位置固定手段55は固定部材142によってケーシング底部22に固定されている。ここでは既に述べた板ばねの形の弾性部材52を良好に認識することができる。本実施例では、位置固定手段55が切換手段モジュール40を越える鍔状縁部230を有しており、この鍔状縁部230には遮蔽手段79の縁部が載着している。更に、この遮蔽手段79には回路支持体124が載置されている。先の実施例の場合と同様に、絶縁性の中間層61,67,73は、導体64,70,76を越えて突出している。
図5に概略的に示した電気的な装置10は、2本の導線260,261によってバッテリー若しくはアキュムレータ264等の電気的なエネルギ蓄え器に接続されている。当該装置10は、3つの位相線路270,271,272を介して電気機械280に接続されている。この電気機械280が三相機ではなく、例えば四相機又は五相機である場合には、4つ又は5つの位相接続部材が、装置10と電気機械280との間の接続部を成すことになる。
前記形状接続部材は、勿論それぞれ逆に配置されていてもよく、従って、ピン41が台座28若しくはケーシング底部22に配置されている一方で、孔42は切換手段モジュール40に配置されている。第1実施例における導体64,70,76の積層若しくは第2実施例における導体64,70,76の積層は、いわゆる「バスバー技術」と呼ばれることもある。導体64は、位相薄板とも呼ばれる。それというのも、この導体64は薄板状に形成されており且つ電気機械280の電気的な位相に対応しているからである。導体70;76は、いわゆる牽引薄板とも呼ばれる。それというのも、これらの導体70;76は、薄板状であり且つ駆動電流をバッテリー264から電気機械280へ伝達する導体であるからである。遮蔽手段79は、例えばEMVシールドを成すと同時にプリント配線板若しくは回路支持体124のための支持体として役立つ薄板として構成されている。図1及び図2に示した実施例では、回路支持体124は遮蔽手段79にねじ締結される。但しこの場合は、例えば緊締又は接着等の別の位置固定手段も考えられる。
別の図示しない実施例では、切換手段モジュール40が冷却体若しくは台座28若しくはケーシング底部22に直接にねじ締結され延いては位置決めされていてもよい。この場合、位置決め部材としては、切換手段モジュール40の適当な構成、例えばセンタリングピンを使用することができる。センタリングは、ねじ締結又は類似の固定手段を介して行われてもよい。この場合、位置決め手段55は切換手段モジュール40を介して、又はケーシング底部22若しくは台座28を介してセンタリングされ得る。この場合は弾性的なばね部材52は最早不要である。
上で説明した3つの実施例では、位置固定手段55は常に切換手段モジュール40と、「バスバー」、即ち導体64,70,76との間に配置されていたのに対して、当該の位置固定手段55は前記導体の上位に配置されていてもよく、従って、導体64,70,76は、位置固定手段55と切換手段モジュール40との間に配置されていることもある。この場合、弾性部材52は、例えばばね鋼板から形成されていてよく、当該弾性部材52はバスバーの最下層を形成することになる。バスバーをケーシング底部22若しくは台座28に位置固定する場合は、切換手段モジュール40が台座28若しくはケーシング底部22に押し付けられる。切換手段モジュール40が冷却体若しくはケーシング底部22若しくは台座28にねじ締結されるか、若しくは同様に働く手段によって固定される場合は、前記押付けは最早不要であり、ばね部材若しくは弾性部材52は、第3実施例の場合と同様に省くことができる。
Claims (15)
- 特にモータ及び/又は発電機で運転可能な電気機械(280)を制御するための電気的な装置であって、有利には電流を直流から交流及び/又は交流から直流に変換するための少なくとも1つの切換手段モジュール(40)を備えており、該切換手段モジュール(40)が、冷却装置(110)により冷却可能であり且つこの冷却装置に少なくとも間接的に載置されている形式のものにおいて、
位置固定手段(55)、少なくとも1つの導体(64)、切換手段モジュール(40)及び冷却装置(110)が、互いに重なり合って配置されていることを特徴とする、電気的な装置。 - 少なくとも1つの導体(64)が、固定手段(82)により位置固定手段(55)に固定されている、請求項1記載の電気的な装置。
- 少なくとも1つの導体(64)が、電気機械(280)の位相接続部の電力供給に役立つ、請求項1又は2記載の電気的な装置。
- 少なくとも1つの導体(64)が、少なくとも1つの絶縁性の中間層(61)によって位置固定手段(55)から電気的に分離されている、請求項1から3までのいずれか1項記載の電気的な装置。
- 少なくとも1つの導体(64)に、別の複数の導体(64,70,76)が載置されており、これらの別の複数の導体が、それぞれ絶縁性の中間層(61,67,73)によって互いに電気的に分離されている、請求項4記載の電気的な装置。
- 絶縁性の中間層(61,67,73)が、少なくとも部分的に導体(64,70,76)を越えて突出している、請求項4又は5記載の電気的な装置。
- 位置固定手段(55)に対する少なくとも1つの絶縁性の中間層(61,67,73)及び/又は少なくとも1つの導体(64,70,76)の位置が、センタリング手段(58)によって規定されている、請求項4から6までのいずれか1項記載の電気的な装置。
- 位置固定手段(55)が、切換手段モジュール(40)の支持部と同じ材料から成っている、請求項1から7までのいずれか1項記載の電気的な装置。
- 位置固定手段(55)と切換手段モジュール(40)との間に弾性部材(52)が配置されている、請求項1から8までのいずれか1項記載の電気的な装置。
- 切換手段モジュール(40)の複数の側面から導体(64,106)が突出しており、この場合、一方の側からは出力線路(103)が突出し且つ他方の側からは信号線路(106)が突出している、請求項1から9までのいずれか1項記載の電気的な装置。
- 出力線路(103)及び/又は信号線路(106)の端部(109,115)が、それぞれ冷却装置(110)とは反対の方向を向いている、請求項10記載の電気的な装置。
- 信号線路(106)のグループに、回路支持体(124)の電圧供給を可能にする導体が所属している、請求項10又は11記載の電気的な装置。
- 遮蔽手段(79)が、少なくとも1つの導体(64,70,76)を少なくとも部分的に被覆している、請求項1から12までのいずれか1項記載の電気的な装置。
- 遮蔽手段(79)が、少なくとも1つの導体(64)と回路支持体(124)との間に配置されている、請求項13記載の電気的な装置。
- 冷却装置(110)に対する切換手段モジュール(40)の相対位置が、形状接続部材(41,42)によって規定されている、請求項1から14までのいずれか1項記載の電気的な装置。
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