(57)【要約】【課題】改良したステータコアを有する電気モータを提供する。【解決手段】電気モータ(1)は、ステータ組立体と、ロータ組立体(3)と、支持体(2)を有する。ステータ組立体は、複数のステータ要素(5)を含む。ロータ組立体(3)は、シャフト(31)を含み、少なくとも第１及び第２のベアリング(32,33)が、永久磁石(34)の両側においてシャフト(31)に取付けられる。支持体(2)は、細長い中央部(21)と、細長い中央部(21)の軸線方向両端部に互いに位置決めされた第１及び第２のベアリングシート(22,23)を含む。細長い中央部(21)は、複数の開口(24)を有し、複数の開口(24)の各々は、複数のステータ要素(5)のうちの１つを受入れるように構成される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気モータであって、
ステータ組立体と、ロータ組立体と、支持体と、を有し、
ステータ組立体は、複数のステータ要素を含み、
ロータ組立体は、シャフトを含み、少なくとも第１のベアリング及び第２のベアリングが、永久磁石の両側において前記シャフトに取付けられ、
前記支持体は、細長い中央部と、細長い中央部の軸線方向両端部に互いに位置決めされた第１のベアリングシート及び第２のベアリングシートを含み、
前記細長い中央部は、複数の開口を有し、前記複数の開口の各々は、複数のステータ要素のうちの１つを受入れるように構成される、電気モータ。
【請求項２】
前記永久磁石が前記支持体の細長い中央部内に位置決めされるように、前記第１のベアリングは、前記第１のベアリングシートに取付けられ、前記第２のベアリングは、前記第２のベアリングシートに取付けられる、請求項１に記載の電気モータ。
【請求項３】
前記支持体は、実質的に円筒形である、請求項１又は２に記載の電気モータ。
【請求項４】
前記複数の開口の各々は、前記支持体の側壁に設けられたスロットを含み、前記スロットは、前記細長い中央部に沿って軸線方向に延びる、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電気モータ。
【請求項５】
前記スロットは、前記細長い中央部に沿って前記第１のベアリングシートから前記第２のベアリングシートまで延びる、請求項４に記載の電気モータ。
【請求項６】
前記第１のベアリングシート及び前記第２のベアリングシートにおける前記支持体の内径は、前記細長い中央部における前記支持体の内径よりも小さい、請求項１〜５のいずれか１項に記載の電気モータ。
【請求項７】
前記ステータ要素の各々は、Ｃ字形のステータコアを含み、前記ステータコアは、２つの極アームを含み、各開口の幅は、前記ステータコアの２つの極アームが前記開口の中を少なくとも部分的に延びる程度に、ステータコアの幅と実質的に同じである、請求項１〜６のいずれか１項に記載の電気モータ。
【請求項８】
前記ステータ要素の各々は、ステータコアを有し、前記開口の各々の長さは、前記ステータコアの各々の長さよりも１０％〜１００％長い、請求項１〜７のいずれか１項に記載の電気モータ。
【請求項９】
前記ステータ要素の各々は、前記ステータコアの軸線方向両端部と前記開口の軸線方向両端部の間を延びる隙間を構成するように、前記開口内に位置決めされる、請求項８に記載の電気モータ。
【請求項１０】
前記ステータ要素の各々は、更に、Ｃ字形のステータコアに固定されたボビンを有し、前記ボビンは、前記開口の中を部分的に延びる、請求項７〜９のいずれか１項に記載の電気モータ。
【請求項１１】
前記支持体の第１のベアリングシート及び第２のベアリングシートのうちの少なくとも一方の外径により、前記電気モータの更なる構成要素のための取付け箇所を構成する、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の電気モータ。
【請求項１２】
前記更なる構成要素は、インペラのためのシュラウド、外ケース、及び巻線端子ブロックのうちの１つである、請求項１１に記載の電気モータ。
【請求項１３】
前記支持体は、少なくとも１つの補強部材を前記複数の開口の各々に有する、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の電気モータ。
【請求項１４】
前記ステータ要素の各々は、前記少なくとも１つの補強部材に固定される、請求項１３に記載の電気モータ。
【請求項１５】
前記複数のステータ要素は、接着剤及び溶接の一方又はその組合せによって、前記支持体に固定される、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の電気モータ。
【請求項１６】
コンプレッサであって、
請求項１〜１５のいずれか１項に記載の電気モータを有し、
前記ロータ組立体は、更に、インペラを有する、コンプレッサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気モータに関する。
【背景技術】
【０００２】
電気モータは、典型的には、ロータ組立体と、ステータ組立体と、フレームを有し、フレームは、構成要素を一緒に保持する。ステータ組立体は、典型的には、鉄製のステータコアを使用して、フレームに取付けられる。これにより、モータの他の構成要素、例えば、ロータ組立体に対するステータコアの位置決めを注意深く管理することを可能にする。しかしながら、モータの構成要素の正確な位置決めを達成するために構造的役割を果たすステータコアを使用することは、ステータコアを非常に強固に且つ非常に厳密な寸法公差で作ることを必要とする。これにより、重く且つかさばり、製造するのに高価なステータコアを生じさせる。加えて、かかるステータコアが取付け特徴部、例えば、貫通孔及び／又は切欠き部分、を含む必要性により、モータの作動中に高レベルの磁気飽和が起こる磁気的な「ピンチ点」を生じさせることがある。これにより、モータの効率と性能を低下させることがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
したがって、上述した課題を緩和することを幾分可能にするように改善された電気モータが必要とされる。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、電気モータを提供し、かかる電気モータは、ステータ組立体と、ロータ組立体と、支持体を有する。ステータ組立体は、複数のステータ要素を含み、ロータ組立体は、シャフトを含み、少なくとも第１のベアリング及び第２のベアリングが、永久磁石の両側においてシャフトに取付けられる。支持体は、細長い中央部と、細長い中央部の軸線方向両端部に互いに位置決めされた第１のベアリングシート及び第２のベアリングシートを含み、細長い中央部は、複数の開口を有し、複数の開口の各々は、複数のステータ要素のうちの１つを受入れるように構成される。
【０００５】
結果として、支持体は、ロータ組立体を収容するカートリッジとして作用し、ステータ組立体の個々のステータ要素は、支持体の開口（スロット）の中に挿入される。これにより、ステータ組立体を小さくすることを可能にし、モータ内で構造的役割を担う必要をなくし、それと同時に、ロータ組立体とステータ組立体の相対的な位置決めの高レベルな管理を維持する。したがって、このカートリッジ式のパッケージにより、ロータ組立体及びステータ組立体を、より小さく且つより軽く作ることを可能にし、その場合、モータの全体寸法及び重量を最小にすることができる。更に、ステータ組立体を複数のステータ要素として製造し、次いで、ステータ要素を支持体の開口（スロット）の中に挿入することができる。これにより、特にカートリッジ式のパッケージによりステータ組立体を小さく作るとき、モータの製造を格段に容易にする。
【０００６】
永久磁石が支持体の細長い中央部内に位置決めされるように、第１のベアリングは、第１のベアリングシートに取付けられ、第２のベアリングは、第２のベアリングシートに取付けられるのがよい。したがって、永久磁石は、ステータ要素が永久磁石を包囲する状態で完全に位置決めされる。ロータ組立体とステータ組立体の両方を支持体に固定させることによって、ロータ組立体とステータ組立体の相対的な位置決めの厳密な管理を実現することができる。
【０００７】
支持体は、実質的に円筒形であるのがよい。
【０００８】
複数の開口の各々は、支持体の側壁に設けられたスロットであり、スロットは、細長い中央部に沿って軸線方向に延びるのがよい。スロットは、細長い中央部に沿って第１のベアリングシートから第２のベアリングシートまで延びるのがよい。この場合、スロットは、軸線方向に長いステータ要素を挿入することを可能にし、したがって、永久磁石とステータ組立体の間のかなり大きい相互作用を達成することができる。
【０００９】
第１のベアリングシート及び第２のベアリングシートにおける支持体の内径は、細長い中央部における支持体の内径よりも小さいのがよい。したがって、これにより、より大きく且つより強力な磁石を支持体内に収容することを可能にする。変形例として、磁石の周りにおいて支持体内の比較的大きい空洞を可能にし、したがって、電気モータが使用されている間の磁石のより良好な冷却を可能にしてもよい。
【００１０】
ステータ要素の各々は、Ｃ字形のステータコアを有し、ステータコアは、２つの極アームを有するのがよく、各開口の幅は、ステータコアの２つの極アームが開口の中を少なくとも部分的に延びる程度に、ステータコアの幅と実質的に同じであるのがよい。したがって、各ステータコアの２つの極アームは、支持体の開口の中に延びることが可能である。これにより、極面をロータ組立体の磁石に近接して位置決めすることを可能にする。
【００１１】
ステータ要素の各々は、ステータコアを有し、各開口の長さは、各ステータコアの長さよりも１０％〜１００％長いのがよい。各ステータ要素は、ステータコアの軸線方向両端部と開口の軸線方向両端部の間を延びる隙間を構成するように、開口内に位置決めされるのがよい。したがって、空気が、かかる隙間を通過することができ、かくして、各ステータ要素の周りで、また、支持体内に位置決めされた構成要素、例えば、磁石に対して、冷却を行う。
【００１２】
ステータ要素の各々は、更に、Ｃ字形のステータコアに固定されたボビンを有し、ボビンは、開口の中を部分的に延びるのがよい。これにより、空間の効率的な利用を可能にし、モータの直径を最小にすることができる。
【００１３】
支持体の第１のベアリングシート及び第２のベアリングシートの少なくとも一方の外径により、電気モータの更なる構成要素のための取付け箇所を構成するのがよい。更なる構成要素は、インペラのためのシュラウド、外ケース、及び巻線端子ブロックのうちの１つであるのがよい。別の構成要素をベアリングシートの外径に取付けることにより、ベアリング、かくして、ロータ組立体に対するかかる別の構成要素の位置決めの厳密な管理を可能にする。このことは、別の構成要素が、ロータ組立体のインペラをそれに近接して包囲する必要があるインペラ用のシュラウドであるとき、特に重要である。
【００１４】
支持体は、少なくとも１つの補強部材を複数の開口の各々のところに有するのがよい。これにより、ロータ組立体及びステータ組立体に対する構造的支持部の必要なレベルを依然として提供しながら、比較的軽い材料で作られた支持体、及び、支持体に直接的に又は間接的に取付けられた任意その他の構成要素を可能にする。支持体に比較的軽い材料を使用することにより、比較的軽いモータにしてもよいし、使用される材料に応じて、モータのコストを低減させてもよい。
【００１５】
ステータ要素の各々は、少なくとも１つの補強部材に固定されるのがよい。したがって、ステータ要素は、最も大きい構造的支持部を構成する支持体の一部に固定され、モータの作動中、モータの効率を減少させることがあるステータ要素の任意の移動を最小にする。
【００１６】
本発明は更に、コンプレッサを提供する。コンプレッサは、前に説明した任意の１つの電気モータを有し、ロータ組立体は、更に、インペラを有する。
【００１７】
本発明をより容易に理解することができるように、添付図面を参照して、本発明の実施形態を例示として以下に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】電気モータを示す図である。
【図２】図１の電気モータの断面図である。
【図３】図１の電気モータの支持体と、２つのステータ要素を示す図である。
【図４Ａ】組立中の支持体とステータ要素の平面図である。
【図４Ｂ】組立中の支持体とステータ要素の平面図である。
【図５】支持体の変形例の図である。
【図６Ａ】組立中の図５の支持体とステータ要素の平面図である。
【図６Ｂ】組立中の図５の支持体とステータ要素の平面図である。
【図７】コンプレッサを示す図である。
【図８】支持体の更なる変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１及び図２の電気モータ１は、ステータ組立体と、ロータ組立体３と、支持体２を有する。外ケース４が、ステータ組立体、ロータ組立体３、及び支持体２を包囲する。
【００２０】
ステータ組立体は、４つのステータ要素５を含み、ステータ要素５の各々は、Ｃ字形のステータコア５２と、Ｃ字形のステータコア５２に固定されたボビン５１を有する。ステータ要素５の各々は、支持体２に固定され、その詳細を後で詳細に説明する。
【００２１】
ロータ組立体３は、シャフト３１と、ベアリング３２、３３と、磁石３４を含む。ベアリング３２、３３は、磁石３４の両端部に取付けられる。磁石３４は、ブラシレス永久磁石モータで典型的に使用される種類の永久磁石である。
【００２２】
図３において比較的明瞭に見ることができる支持体２は、円筒形状であり、細長い中央部２１と、細長い中央部２１の軸線方向両端部に位置決めされた第１のベアリングシート２２及び第２のベアリングシート２３を有する。細長い中央部２１は、複数の開口２４を有し、複数の開口２４の各々は、ステータ要素５を受入れるように構成され且つそれに適した寸法を有する。開口２４は、第１のベアリングシート２２と第２のベアリングシート２３の間を細長い中央部２１に沿って軸線方向に延びる。図３は、２つのステータ要素５を示し、矢印Ａは、ステータ要素がどのように支持体２の細長い中央部２１の開口２４であるスロットの中に挿入するのかを指示する。開口２４により、ステータ要素５が支持体２の内側の空洞２５の中に延びることを可能にする。特に、ステータ要素のＣ字形のステータコアの極アームは、開口２４の中を部分的に延びる。支持体２は、スチール等の金属で作られる。これにより、支持体を非常に強くするが、非常に重い。電気モータ１の重量を最小にすることが重要であれば、その代わりに、支持体を形成するその他の材料、例えば、プラスチックを選択してもよい。ステータ要素５は、支持体２に固定され、ステータ要素５は、支持体２に接着剤によって結合されてもよいし、変形例として、支持体２に溶接されてもよい。
【００２３】
第１のベアリングシート２２及び第２のベアリングシート２３は、ベアリング３２、３３のための取付け箇所を構成する。したがって、ロータ組立体３を組立てるとき、ロータ組立体３は、ベアリング３２の外レースが第１のベアリングシート２２の内周に固定され且つベアリング３３の外面が第２のベアリングシート２３の内周に取付けられるように、支持体２に取付けられる。シャフト３１は、支持体２の中を延び、磁石３４は、細長い中央部２１内の空洞２５の内側に位置決めされる。かくして、ステータ組立体とロータ組立体が両方とも支持体２に固定されるので、Ｃ字形のステータコア５２と磁石３４の相対的な位置決めを厳密に管理することができる。完全に組立てると、Ｃ字形のステータコアの極面は、永久磁石に近接して位置決めされ、その結果、両者の間の良好な磁気相互作用により、電気モータ１の性能と効率を最大にする。
【００２４】
ベアリングシート２２、２３における支持体２の内径は、細長い中央部２１のところの支持体２の内径よりも小さい。これにより、シャフト３１及び磁石３４を収納するために空洞２５内で利用可能な十分な空間を確保し、また、ステータ要素５と磁石３４の間の空気隙間を構成するのに十分な空間を確保する。しかしながら、変形実施形態では、支持体の内径のこの差は、必要とされなくてもよい。
【００２５】
図４Ａは、組立工程中のモータを回転軸線方向に見た図であり、かかる工程において、ステータ組立体を構成する４つのステータ要素５を支持体２のスロット２４の中に導入する。矢印Ａは、ステータ要素５をどのようにスロット２４の中に半径方向内向きに挿入するのかを指示する。ステータ要素５の各々は、Ｃ字形のステータコア５２を有し、Ｃ字形のステータコア５２は、２つの極アームを有し、極アームの各々は、その端部に極面５４を有する。ボビン５１がＣ字形のステータコア５２に固定され、巻線５３がボビン５１の周りに巻かれる。
【００２６】
図４Ｂは、支持体２の上に組立てられたステータ要素５を示す。ロータ組立体のシャフト３１及び磁石３４も、支持体２の空洞２５の内側の適所にある。これらの構成要素が適所にあれば、ステータ要素５の極面５４と磁石３４の間に僅かな隙間しかないことが分かる。ステータ要素５の半径方向位置は、ステータ要素５と支持体２の間の接触に基づいて設定される。加えて、ロータ組立体３のシャフト３１及び磁石３４の位置は、ロータ組立体３と支持体２の間の接触に基づいて設定される。結果として、ステータ要素５の極面５４とロータ組立体３の磁石３４の間の隙間は、少数の構成要素の公差に依存するので、厳密に管理される。したがって、ステータコア５２の極先端部又は極面が磁石３４に接触する危険なしに、隙間を小さくすることができる。これにより、電気モータ１の性能を向上させることができる。
【００２７】
支持体の変形実施形態である支持体１０２を図５に示す。図３に示す支持体２と同様、支持体１０２は、細長い中央部１２１と、細長い中央部１２１の軸線方向両端部に位置決めされた第１のベアリングシート１２２及び第２のベアリングシート１２３を有する。細長い中央部１２１の内側は、空洞１２５である。細長い中央部１２１は、複数の開口１２４を有し、複数の開口１２４の各々は、ステータ要素５を受入れるように構成され、それに適した寸法を有する。この実施形態では、支持体１０２は、プラスチックで形成される。これにより、支持体を、図３の金属製の支持体よりもずっと軽くする。しかしながら、プラスチックは金属ほど強くないので、支持体１０２は、リブ１２６の形態の補強部材を有し、リブ１２６は、各開口１２４の両側に位置決めされる。これらの補強部材又はリブ１２６は、支持体１０２の細長い中央部１２１の構造を強化し、また、適所にあるときのステータ要素５を取付けることができる取付け部を構成する。ステータ要素と磁石の間の隙間に望ましい厳密な公差により、支持体の構造ができるだけ剛性であり且つ安定していることが極めて重要である。
【００２８】
開口１２４は、各ステータ要素５のステータコアの長さよりも長い。その結果、空気がステータ要素５の周りの空洞１２５に入ることが可能な隙間Ｇが構成される。モータを使用しているとき、空気が、空洞１２５に入ることができ、空洞１２５の中に位置決めされた磁石を冷却する。空洞１２５の中を流れる良好な程度の冷却空気流を達成するために、各開口１２４の長さは、各ステータコアの長さよりも１０％〜１００％長いことが好ましい。各ステータコア５２は、その両端部に空間が設けられるようにそれぞれのスロット／開口の中に位置決めされるのがよく、それにより、開口１２４の両端部のところで且つステータコア５の周りで、空気が空洞１２５に入ったりそれから出たりすることを可能にする。
【００２９】
図６Ａ及び図６Ｂは、図４Ａ及び図４Ｂに示したのと同じ組立工程の同様な図であるが、支持体１０２の代わりに、その変形例を示している。図６Ａは、組立工程中のモータを回転軸線方向に見た図であり、かかる工程において、ステータ組立体を構成する４つのステータ要素５を支持体１０２の開口（スロット）１２４の中に導入する。矢印Ｂは、ステータ要素５をどのように開口（スロット）１２４の中に半径方向内向きに挿入するのかを指示する。前と同じように、ステータ要素５の各々は、Ｃ字形のステータコア５２を有し、Ｃ字形のステータコア５２は、２つの極アームを有し、極アームの各々は、その端部に極面５４を有する。ボビン５１が、Ｃ字形のステータコア５２に固定され、巻線５３が、ボビン５１の周りに巻かれる。リブ１２６の形態の補強部材が、スロット１２４の長手方向縁部に沿ってスロット１２４の両側に位置決めされる。これらの補強リブは、ステータ要素５をスロット１２４の中に挿入するとき、ステータ要素５を整列させるのを助けることができる。
【００３０】
図６Ｂは、支持体１０２の上に組立てられたステータ要素５を示す。ロータ組立体のシャフト３１及び磁石３４も、支持体１０２の空洞１２５の内側の適所にある。これらの構成要素が適所にあれば、ステータ要素５の極面５４と磁石３４の間にわずかな隙間しかないことが分かる。ステータ要素５の半径方向位置は、ステータ要素５と支持体１０２の間の接触に基づいて設定される。加えて、ロータ組立体３のシャフト３１及び磁石３４の位置は、ロータ組立体３と支持体１０２の間の接触に基づいて設定される。結果として、ステータ要素５の極面５４とロータ組立体３の磁石３４の間の隙間は、少数の構成要素の公差に依存するので、厳密に管理される。したがって、ステータコアの極先端部又は極面が磁石に接触する危険なしに、隙間を小さくすることができる。これにより、電気モータの性能を向上させることができる。リブ１２６は、支持体１０２の細長い中央部１２１に構造的な支持部を構成することに加えて、ステータ要素５がスロット１２４内の適所にあるときにステータ要素５を固定することができる有用な取付け部を構成する。例えば、リブ１２６とステータ要素５の間の結合を形成するために、接着剤がリブ１２６とステータ要素５の間に設けられる。
【００３１】
図７は、図３の支持体２を含むコンプレッサ２００を示す。スロット及びステータ組立体は、明瞭のために示されていない。ロータ組立体は、シャフト３１と、磁石３４と、ベアリング３２、３３を含み、支持体２の空洞２５の内側に位置決めされている。ベアリング３２、３３はそれぞれ、ベアリングシート２２、２３の内面に取付けられる。インペラ２３１が、シャフト３１の端部に取付けられ、シャフト３１は、支持体２の一方の端部の外側に延びている。外ケース２０４が、コンプレッサ２００の外側の周りに位置決めされる。外ケース２０４は、ベアリングシート２２の外面にハブ２０５を介して取付けられることによって、支持体２によって支持される。使用中に空気をコンプレッサによって引込むことを可能にする空気入口（図示せず）が、外ケース２０４に設けられる。シュラウド２０６が、他方のベアリングシート２３の外面に取付けられ、インペラ２３１を包囲する。外ケース２０４はまた、シュラウド２０６に取付けられる。空気をインペラ２３１によってコンプレッサ２００の中を通るように引く空気通路（図示せず）が設けられる。ハブ２０５は、電気を受入れるためにステータ要素５の巻線（図示せず）が接続される巻線端子ブロックと同じように作用する。
【００３２】
図８は、支持体の更なる実施形態である支持体３０２を示す。支持体３０２は、前に説明した支持体２、１０２と同じ多くの特徴部を有する。かかる特徴部は、例えば、細長い中央部３２１、細長い中央部３２１の軸線方向両端部に位置決めされた第１のベアリングシート３２２及び第２のベアリングシート３２３である。複数の開口３２４が、細長い中央部３２１に設けられ、補強部材３２６が、開口３２４の両側に沿って位置決めされる。すべての支持体に共通するこれらの特徴部に加えて、支持体３０２は、シュラウド３３６が一体化された単一部品として形成される。シュラウド３３６は、支柱３４０によって、第２のベアリングシート３２３から離れて保持される。これにより、空気が通過することができる環状のチャネルを構成する。
【００３３】
かくして、特定の実施形態を説明したけれども、特許請求の範囲によって定められる本発明の範囲から逸脱することなしに、種々の変形例を行ってもよいことを理解すべきである。
【符号の説明】
【００３４】
１  電気モータ
２、１０２、３０２  支持体
３  ロータ組立体
５  ステータ要素
２１、１２１、３２１  細長い中央部
２２、１２２、３２２  第１のベアリングシート
２３、１２３、３２３  第２のベアリングシート
２４、１２４、３２４  複数の開口
３１  シャフト
３２  ベアリング
３３  ベアリング
３４  磁石
５１  ボビン
５２  Ｃ字形のステータコア
１２６、３２６  補強部材
２００  コンプレッサ
２３１  インペラ
２０４  外ケース
２０６、３３６  シュラウド
Ｇ  隙間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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