(57)【要約】【課題】ステータコアとロータの永久磁石との間の磁気抵抗を抑えながらステータコア及び励磁コイルを効率よく冷却できる電動機を提供する。【解決手段】電動機は、複数の永久磁石１２及びこれらを支持する回転支持部材１４を有するロータ１０と、ロータ支持部材２０と、ステータ３０と、を備える。ステータ３０は、複数のステータコア３２と、ステータコア支持部材３４，２０と、各ステータコア３２の周囲に配される励磁コイル３６と、ステータコア３２及び励磁コイル３６を収容する密閉空間を囲む隔壁を構成する隔壁構成部材４０と、を有する。ステータコア３２は、永久磁石１２と対向可能な対向面３３を有し、この対向面３３が永久磁石１２に向かって露出する状態で隔壁構成部材４０と密着することにより当該隔壁構成部材４０とともに隔壁を構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機であって、
特定の回転中心軸の周囲に周方向に配列された複数の永久磁石と、これらの永久磁石を支持しながらこれらの永久磁石と一体に前記回転中心軸を中心に回転する回転支持部材と、を有するロータと、
このロータを前記回転中心軸回りに回転可能に支持するロータ支持部材と、
前記ロータを電磁力によって回転させるステータと、を備え、
前記ステータは、
前記回転中心軸の周囲に周方向に配列される複数のステータコアと、
これらのステータコアが前記各永久磁石と対向可能となるように当該各ステータコアを支持するステータコア支持部材と、
各ステータコアの周囲に配され、通電されることにより前記ロータを回転させるための磁気回路を形成する励磁コイルと、
前記各ステータコア及び前記各励磁コイルを収容する密閉空間を囲む隔壁を構成する隔壁構成部材と、を有し、
前記各ステータコアは、前記各永久磁石と対向可能な対向面を有するとともに、この対向面が前記ロータの永久磁石に向かって露出する状態で前記隔壁構成部材と密着することにより当該隔壁構成部材とともに前記隔壁を構成し、前記隔壁構成部材のうち少なくとも互いに隣接するステータコア同士の間に位置する部分が非磁性を有する、電動機。
【請求項２】
請求項１記載の電動機であって、前記ステータコアは、電気絶縁膜で被覆された鉄粉からなってこれらの鉄粉が固められることにより形成された圧粉コアである、電動機。
【請求項３】
請求項１または２記載の電動機であって、前記各ステータコアの対向面が前記回転中心軸と平行な方向であるステータ軸方向を向いており、当該対向面からステータ軸方向に隙間をおいて前記ロータの各永久磁石が対向するように当該ロータ及び当該ステータが配置されている、電動機。
【請求項４】
請求項３記載の電動機であって、前記隔壁構成部材は、前記各ステータコアを前記回転中心軸に対して直交するステータ径方向の内側から覆う内周壁と、前記各ステータコアを前記ステータ径方向の外側から覆う外周壁と、当該外周壁と当該内周壁との間に挟まれた空間を前記ステータ軸方向の両側からそれぞれ覆う一対の側壁と、を有し、これらの側壁のうち前記各ステータコアの対向面と同じ側に位置する側壁が当該対向面をそれぞれ前記ステータ軸方向に露出させる複数の窓を有し、当該各窓を囲む前記側壁の内周面と前記ステータコアの外周面とが密着する、電動機。
【請求項５】
請求項４記載の電動機であって、前記ステータコアは前記ステータ軸方向の両側に前記対向面を有し、前記ロータを構成する各永久磁石が前記ステータコアの前記ステータ軸方向の両側の位置にそれぞれ配置されており、前記ステータの前記隔壁構成部材を構成する前記一対の側壁の双方がそれぞれ前記複数の窓を有する、電動機。
【請求項６】
請求項５記載の電動機であって、前記各ステータコアが前記ステータコア支持部材から前記ステータ軸方向の両側にそれぞれ突出する突出部分を有するように当該ステータコア支持部材が当該各ステータコアを支持し、当該ステータコアのそれぞれの突出部分の周囲に前記励磁コイルが形成される、電動機。
【請求項７】
請求項４〜６のいずれかに記載の電動機であって、前記ステータコア支持部材が前記隔壁構成部材の内周壁を構成する部分を有する、電動機。
【請求項８】
請求項１または２記載の電動機であって、前記各ステータコアの対向面が前記ステータ径方向を向いており、当該対向面からステータ径方向に隙間をおいて前記ロータの各永久磁石が対向するように当該ロータ及び当該ステータが配置されている、電動機。
【請求項９】
請求項８記載の電動機であって、前記隔壁構成部材は、前記各ステータコアのうち前記周方向に互いに隣接するステータコア同士の間に介在することにより当該ステータコア同士の間の空間を塞ぐ複数の閉塞部と、前記各ステータコアを前記ステータ軸方向の両側から覆う一対の側壁と、を含み、当該各閉塞部及び当該各側壁がそれぞれ前記各ステータコアの表面と密着することにより前記隔壁を構成する、電動機。
【請求項１０】
請求項９記載の電動機であって、前記ステータコアは当該ステータ径方向の両側に前記対向面を有し、前記ロータを構成する前記各永久磁石が前記ステータコアの前記ステータ径方向の両側の位置にそれぞれ配置されており、前記ステータの前記隔壁構成部材を構成する前記一対の側壁が前記各ステータコアの外周部及び内周部のそれぞれに対して密着する形状を有する、電動機。
【請求項１１】
請求項８〜１０のいずれかに記載の電動機であって、前記ステータコア支持部材は前記ステータを収容するハウジングであって、前記隔壁構成部材に連結されることにより当該隔壁構成部材を介して前記ステータコアを支持する、電動機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＤＣブラシレスモータをはじめとする電動機に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動機は、ステータ及びロータを備え、前記ステータが形成する磁場によって前記ロータが回転駆動される。例えばＤＣブラシレスモータの場合、前記ステータは、前記ロータの回転中心軸周りに配列される複数のステータコアと、各ステータコアの周囲に形成される励磁コイルと、を有し、前記ロータは、前記ステータコアと対向可能な位置に配列される複数の永久磁石を有する。前記ステータは、前記励磁コイルの通電、すなわち、当該励磁コイルを構成する絶縁電線に電流を流すこと、によって磁気回路を形成し、その電磁力によって前記ロータを回す。
【０００３】
このような電動機において、大きなトルクの出力を可能とするためには、前記ステータの冷却が重要な課題である。大トルクの出力は各励磁コイルに大電流を流すことを要するが、当該電流の増大は当該励磁コイルを構成する電線の抵抗による発熱を顕著にし、当該電線の温度が許容範囲を超えると絶縁被膜が損傷する等して絶縁不良を起こすおそれがある。このような過度の温度上昇を回避しながら大トルクの出力を可能にするには、当該励磁コイルの効果的な冷却が必須となる。
【０００４】
当該冷却の方式として、特許文献１に記載されるような空冷式と、特許文献２に記載されるような液冷式（一般には水冷式）とが存在する。液冷式は、冷却液の漏れを防ぐための特別な気密構造を要するが、空冷式よりも高い効率でステータを冷却することが可能である。従って、要求トルクが大きくてステータの発熱が著しい場合やステータの許容温度が低い場合には、水冷式の適用が望まれる。
【０００５】
図１２は、特許文献２に記載される電動機の要部であってそのステータの冷却のための構造を示すものである。この電動機は、回転軸１００と、この回転軸１００と一体に回転するロータ１１０と、円筒状のハウジング１２０と、このハウジング１２０の内周部分に固定されるステータ１３０と、を備える。前記ステータ１３０は、前記回転軸１００の周囲に配列される複数のステータコア１３２と、各ステータコア１３２の周囲に形成される励磁コイル１３４と、一対の隔壁１３６と、環状部材１３８と、を有する。
【０００６】
前記両隔壁１３６は、円盤状をなし、前記ハウジング１２０及びこれら隔壁１３６同士の間に前記各ステータコア１３２及び励磁コイル１３４を挟み込んだ状態で、前記ハウジング１２０に固定される。具体的に、当該隔壁１３６の外周部分は、前記ハウジング１２０の内周面から突出するフランジ部１２２に密着する状態で固定され、当該隔壁１３６の内周部分は前記環状部材１３８を両側から挟み込む状態で当該環状部材１３８に固定される。これにより、前記ハウジング１２０と、前記両隔壁１３６と、前記環状部材１３８とで囲まれた密閉空間が形成される。
【０００７】
前記ロータ１１０は、このロータ１１０と前記環状部材１３８との間に介在する軸受１４０を介して前記回転軸とともに前記ステータ１３０に回転可能に支持される。前記ロータ１１０は、前記両隔壁１３６の両外側に位置する磁石保持部１１２を有し、各磁石保持部１１２は複数の永久磁石１１４を保持する。これらの永久磁石１１４は、前記各ステータコア１３２に対して前記隔壁１３６の薄肉部分１３６ａを介して軸方向に対向するように周方向に配列される。
【０００８】
この電動機において、前記各励磁コイル１３４が通電されると、図１２に矢印付の閉曲線で示される磁気回路が形成され、ロータ１１０及び回転軸１００をステータ１３０及びハウジング１２０に対して相対回転させる電磁力が生成される。その一方、前記一対の隔壁１３６、環状部材１３８及びハウジング１２０が囲む環状の密閉空間に対して適当な冷却液が給排されることにより、当該密閉空間内のステータコア１３２及び励磁コイル１３４が冷却される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許６７２０６８８号明細書
【特許文献２】米国公開２０１１／０３０９６９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
前記図１２に示される電動機では、ステータ側のステータコア１３２とロータ側の永久磁石１１４との軸方向の間隙が大きく、その分だけ磁気抵抗が大きいという課題がある。具体的に、当該電動機では、ステータコア１３２及び励磁コイル１３４を冷却するための密閉空間を形成するために当該ステータコア１３２の軸方向の両側にそれぞれ隔壁１３６の薄肉部分１３６ａが存在する必要があり、少なくとも当該隔壁１３６の厚み分の間隙、実際には当該厚みに加えて当該隔壁１３６の外側面と永久磁石１１４との隙間に相当する間隙、が存在することになる。このように大きな間隙の存在は、前記磁気回路における磁気抵抗ひいてはエネルギーロスを増大させ、供給電流により生成されるトルクを損ねる要因となる。
【００１１】
本発明は、前記の事情に鑑み、ステータ及びロータを備え、かつ、当該ステータが複数のステータコア及び各ステータコアの周囲に形成される励磁コイルを有する電動機であって、前記各ステータコアとロータの永久磁石との間の磁気抵抗を抑えながら前記各ステータコア及び前記各励磁コイルを効率よく冷却することが可能な電動機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明が提供する電動機は、特定の回転中心軸の周囲に周方向に配列された複数の永久磁石と、これらの永久磁石を支持しながらこれらの永久磁石と一体に前記回転中心軸を中心に回転する回転支持部材と、を有するロータと、このロータを前記回転中心軸回りに回転可能に支持するロータ支持部材と、前記ロータを電磁力によって回転させるステータと、を備える。前記ステータは、前記回転中心軸の周囲に周方向に配列される複数のステータコアと、これらのステータコアが前記各永久磁石と対向可能となるように当該各ステータコアを支持するステータコア支持部材と、各ステータコアの周囲に配され、通電されることにより前記ロータを回転させるための磁気回路を形成する励磁コイルと、前記各ステータコア及び前記各励磁コイルを収容する密閉空間を囲む隔壁を構成する隔壁構成部材と、を有する。前記各ステータコアは、前記各永久磁石と対向可能な対向面を有するとともに、この対向面が前記ロータの永久磁石に向かって露出する状態で前記隔壁構成部材と密着することにより当該隔壁構成部材とともに前記隔壁を構成する。前記隔壁構成部材のうち少なくとも互いに隣接するステータコア同士の間に位置する部分は非磁性を有する。
【００１３】
この電動機によれば、前記ステータにおける前記各ステータコアと前記隔壁構成部材とが互いに密着して隔壁を構成し、この隔壁が囲む密閉空間内に前記各ステータコア及び前記各励磁コイルが収容されるから、当該密閉空間に対して冷却液の給排を行うことにより、前記ステータコア及び前記励磁コイルを効率よく冷却することができる。しかも、前記各ステータコアの対向面は前記ロータの永久磁石に向かって露出しているから、当該対向面と当該永久磁石との間に隔壁が介在する従来の電動機に比べて当該対向面と当該永久磁石との間隙を小さく抑えることができ、これにより、前記磁気回路における磁気抵抗を抑えて効率の高い運転を行うことが、可能になる。
【００１４】
ここで、前記ステータコアとしては、例えば、電気絶縁膜で被覆された鉄粉からなってこれらの鉄粉が固められることにより形成された、いわゆる圧粉コアが、好適である。このいわゆる圧粉コアは、例えば互いに積層される複数枚の電磁鋼板からなるコアに比べて気密性が高く、しかも、当該電磁鋼板製のコアと同様に渦電流の発生を有効に抑止できる。さらに、いわゆる圧粉コアは形状の自由度が高く、前記隔壁構成部材とともに前記隔壁を構成するために好ましい形状を容易に有することができる。
【００１５】
前記ステータ及びロータの具体的な配置としては、例えば、前記各ステータコアの対向面が前記回転中心軸と平行な方向であるステータ軸方向を向いており、当該対向面からステータ軸方向に隙間をおいて前記ロータの各永久磁石が対向するように当該ロータ及び当該ステータが配置されたものが、好適である。この場合、前記隔壁構成部材は、前記各ステータコアを前記回転中心軸に対して直交するステータ径方向の内側から覆う内周壁と、前記各ステータコアを前記ステータ径方向の外側から覆う外周壁と、当該外周壁と当該内周壁との間に挟まれた空間を前記ステータ軸方向の両側からそれぞれ覆う一対の側壁と、を有し、これらの側壁のうち前記各ステータコアの対向面と同じ側に位置する側壁が当該対向面をそれぞれ前記ステータ軸方向に露出させる複数の窓を有し、当該各窓を囲む前記側壁の内周面と前記ステータコアの外周面とが密着することにより、前記各対向面を前記各永久磁石に向けて露出させながら、冷却液を収容可能な密閉空間を形成することができる。
【００１６】
このように前記対向面が前記ステータ軸方向に露出する態様において、前記ステータコアは前記ステータ軸方向の両側に前記対向面を有し、前記ロータを構成する各永久磁石が前記ステータコアの前記ステータ軸方向の両側の位置にそれぞれ配置されていれば、単一のステータによってそのステータ軸方向の両側に配置された前記各永久磁石に回転力を与えることができる。この場合、前記ステータの前記隔壁構成部材を構成する前記一対の側壁の双方がそれぞれ前記複数の窓を有することにより、各ステータコアがもつ両対向面をそれぞれ前記各永久磁石に向けて露出させながら前記密閉空間を形成することができる。
【００１７】
また、当該態様では、前記ステータコア支持部材が前記隔壁構成部材の内周壁を構成する部分を有していてもよい。つまり、ステータコア支持部材の一部が前記内周壁を構成してもよい。このことは、簡素な構造で密閉性の高い隔壁を構築することを可能にする。
【００１８】
また、当該態様では、前記各ステータコアが前記ステータコア支持部材から前記ステータ軸方向の両側にそれぞれ突出する突出部分を有するように当該ステータコア支持部材が当該各ステータコアを支持し、当該ステータコアのそれぞれの突出部分の周囲に前記励磁コイルが形成されることも可能である。これらの励磁コイルの配置は、共通のステータコアを用いて前記各ロータを個別に回転させることを可能にする。
【００１９】
あるいは、本発明に係る電動機では、前記各ステータコアの対向面が前記ステータ径方向を向いており、当該対向面からステータ径方向に隙間をおいて前記ロータの各永久磁石が対向するように当該ロータ及び当該ステータが配置されていてもよい。この場合、前記隔壁構成部材は、例えば、前記各ステータコアのうち前記周方向に互いに隣接するステータコア同士の間に介在することにより当該ステータコア同士の間の空間を塞ぐ複数の閉塞部と、前記各ステータコアを前記ステータ軸方向の両側から覆う一対の側壁と、を含んでいて、当該各閉塞部及び当該各側壁がそれぞれ前記各ステータコアの表面と密着することにより、前記各対向面を前記各永久磁石に向けて露出させながら、冷却液を収容可能な密閉空間を形成することができる。
【００２０】
このように前記対向面が前記ステータ径方向に露出する態様においても、前記ステータコアは当該ステータ径方向の両側に前記対向面を有し、前記ロータを構成する前記各永久磁石が前記ステータコアの前記ステータ径方向の両側の位置にそれぞれ配置されていれば、単一のステータによってそのステータ径方向の両側に配置された永久磁石に対してそれぞれ回転力を与えることが可能である。この場合、前記ステータの前記隔壁構成部材を構成する前記一対の側壁が前記各ステータコアの外周部及び内周部のそれぞれに対して密着する形状を有することにより、各ステータコアがもつ両対向面をそれぞれ各ロータの永久磁石に向けて露出させながら前記密閉空間を形成することができる。
【００２１】
また、当該態様では、前記ステータコア支持部材として、例えば、前記ステータを収容するハウジングであって、前記隔壁構成部材に連結されることにより当該隔壁構成部材を介して前記ステータコアを支持するものが、好適である。このハウジングは、各ステータコアの内外両対向面を各永久磁石に対向させながら当該ステータコアと直接接触することなく前記隔壁構成部材を利用して当該ステータコアを支持することが可能である。
【発明の効果】
【００２２】
以上のように、本発明によれば、ステータ及びロータを備え、かつ、当該ステータが複数のステータコア及び各ステータコアの周囲に形成される励磁コイルを有する電動機であって、前記各ステータコアとロータの永久磁石との間の磁気抵抗を抑えながら前記各ステータコア及び前記各励磁コイルを効率よく冷却することが可能な電動機が、提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る電動機の要部を示す断面正面図である。
【図２】前記電動機の要部のうちステータの隔壁構成部材を除いた要素を示す斜視図である。
【図３】前記電動機のステータ及びロータ支持軸を示す斜視図である。
【図４】前記ステータを製造するための支持板上にステータの本体部と隔壁構成部材の外周壁を載置した状態を示す斜視図である。
【図５】前記外周壁の内側に硬化性樹脂を流し込んで硬化させることにより前記隔壁構成部材の一方の側壁を形成した状態を示す断面斜視図である。
【図６】図５に示される工程により得られた成形品を裏返してこれを囲む型枠とともに支持板上に載置した状態を示す斜視図である。
【図７】前記型枠の内側に硬化性樹脂を流し込んで硬化させることにより前記隔壁構成部材の他方の側壁を形成した状態を示す断面斜視図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態に係る電動機の要部を示す断面斜視図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態に係る電動機の要部を示す断面正面図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態に係る電動機のロータを示す斜視図である。
【図１１】本発明の第２の実施の形態に係る電動機のステータの内部構造を示す斜視図である。
【図１２】従来の電動機の要部を示す断面正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
【００２５】
図１〜図３は、本発明の第１の実施の形態に係る電動機の要部を示す。この電動機は、ロータ１０と、ロータ１０を回転可能に支持するロータ支持部材である支持軸２０と、ロータ１０を回転させる電磁力を発生させるステータ３０と、前記ロータ１０及び前記ステータ２０を収容する図略のハウジングと、を備える。
【００２６】
前記支持軸２０は、この実施の形態では水平方向に延び、その両端部が前記ハウジングに固定されている。前記ステータ３０は前記支持軸２０の軸方向の中間部位に固定されている。前記ロータ１０は、前記支持軸２０と平行な方向であるステータ軸方向の両側に分散して配置されるとともに、前記支持軸２０の中心軸を回転中心軸としてその周りを回転可能となるように当該支持軸２０に支持されている。
【００２７】
前記ロータ１０は、一対の回転支持部材１４と、各回転支持部材１４に支持される複数の永久磁石１２と、を有する。
【００２８】
前記各回転支持部材１４は、前記回転中心軸と直交する方向である回転半径方向に広がる略円板状をなし、前記ステータ３０をそのステータ軸方向の両側から挟む位置において、前記支持軸２０に対してその中心軸（回転中心軸）周りに相対回転することが可能となるように当該支持軸２０にロータ軸受１６を介して連結されている。
【００２９】
前記回転支持部材１４は、その外周部において周方向に並ぶ複数の位置、より具体的には前記回転中心軸を中心とする円上に並ぶ複数の位置、にそれぞれ前記永久磁石１２を保持する。各回転支持部材１４は、前記ステータ３０に対してステータ軸方向に対向するステータ対向面１５を有し、このステータ対向面１５上に前記各永久磁石１２が配列されている。つまり、回転支持部材１４は、前記各永久磁石１２が前記ステータ３０に対してステータ軸方向に対向可能となるように当該永久磁石１２を支持している。これらの永久磁石１２は、前記ステータ３０の作動によってロータ１０を回転させる磁気回路が形成されるように、具体的にはＮ極とＳ極とが周方向に交互に並ぶように、配列されている。
【００３０】
前記ステータ３０は、前記ロータ１０の回転周方向に配列される複数のステータコア３２と、これらのステータコア３２を支持するステータコア支持部材を構成する固定支持部材３４と、前記各ステータコア３２について設けられる複数の励磁コイル３６と、隔壁構成部材４０と、を備える。
【００３１】
前記固定支持部材３４は、本体板３７と、周壁部３８と、を有する。
【００３２】
前記本体板３７は、前記ロータ１０の回転支持部材１４と同じくロータ１０の回転半径方向に広がる略円板状をなす。前記本体板３７の中心部分にはこれを前記支持軸２０が貫通可能な貫通穴３７ａが形成され、その貫通状態で当該支持軸２０の軸方向の中央部位に当該本体板３７が固定されている。具体的には、前記支持軸２０の特定箇所に他の部分よりも大径のフランジ部２２が形成される一方、前記本体板３７を挟んで前記フランジ部２２と反対の側に、同様のフランジ部２４を有する筒状の固定スリーブ２６が前記支持軸２０の周囲に配置されている。そして、前記両フランジ部２２，２６が前記本体板３７をステータ軸方向の両側から挟んだ状態で両フランジ部２２，２６同士が締結されることにより、当該本体板３７が支持軸２０上に固定されている。
【００３３】
つまり、この実施の形態では、前記固定支持部材３４と前記支持軸２０とによって、各ステータコア３２を支持するステータコア支持部材が構成されている。換言すれば、この実施の形態に係る支持軸２０はロータ支持部材とステータコア支持部材とを兼ねている。
【００３４】
前記本体板３７は、その外周部において周方向に並ぶ複数のステータコア支持位置にそれぞれ前記各ステータコア３２を支持する。具体的に、当該各ステータコア支持位置には半径方向の外向きに開放された切欠３７ｂが形成され、それぞれの切欠３７ｂに対して前記ステータコア３２が挿入されることが可能である。
【００３５】
前記周壁部３８は、後に詳述する隔壁構成部材４０の内周壁を構成する。つまり、当該周壁部３８は、固定支持部材３４の構成要素と隔壁構成部材４０の構成要素とを兼ねる。周壁部３８は、前記本体板３７の回転半径方向の中間部位からステータ軸方向の両側に突出し、かつ、全周にわたって連続する環状をなす。
【００３６】
前記ステータコア３２は、前記回転中心軸の周囲に周方向に配列されながら、前記固定支持部材３４に支持される。具体的には、前記本体板３７の各ステータコア支持位置に支持される。
【００３７】
各ステータコア３２は、前記回転中心軸と平行なステータ軸方向について均一な断面形状を有する柱状をなし、そのステータ軸方向の両側の端面が、前記ロータ１０の各永久磁石１２とステータ軸方向に対向可能な対向面３３を構成する。換言すれば、当該各対向面３３と前記ロータ１０の各永久磁石１２とがステータ軸方向に対向可能となるように、当該ステータコア３２及び当該永久磁石１２の半径方向の位置が設定されている。各ステータコア３２は、この実施の形態では、前記回転中心軸と直交するステータ径方向の外側から内側に向かうに従って幅が狭くなる断面形状を有し、そのステータ軸方向の中間部位が前記固定支持部材３４の本体板３７の各切欠３７ａに半径方向の外側から挿入され、固定される。すなわち、各ステータコア３２は、前記本体板３７からステータ軸方向の両側にそれぞれ突出する一対の突出部分を有するように、当該本体板３７に支持される。
【００３８】
前記各ステータコア３２は、例えば互いに積層される複数枚の電磁鋼板からなる積層コアでもよいが、好ましくは、いわゆる圧粉コアにより構成される。この圧粉コアは、電気絶縁膜で被覆された鉄粉からなってこれらの鉄粉が固められることにより形成されたものであり、前記積層コアに比べて気密性が高く、しかも、当該積層コアと同様に渦電流の発生を有効に抑止できる。さらに、いわゆる圧粉コアは形状の自由度が高く、前記隔壁構成部材４０とともに後述の隔壁を構成するために好ましい形状を容易に保有できる利点がある。
【００３９】
なお、本発明に係る複数のステータコアは互いに独立したものに限定されない。例えば、本発明に係る電動機は、単一のステータコア構成用部材を備えていて、このステータコア構成部材が周方向に並ぶ複数のステータコア構成部分を含むものであってもよい。
【００４０】
前記各励磁コイル３６は、前記各ステータコア３２の各突出部分の周囲に設けられ、通電されることにより前記ロータ１０を回転させる電磁力を発生させる。具体的に、各励磁コイル３６は前記各突出部分の周りに巻回される巻線により構成され、当該巻線を流れる電流が前記ロータ１０を回転させるような磁力線を形成する。この磁力線は、前記ステータコア３２のうちその外側に前記励磁コイル３６が巻回されている部分とこれに対向する永久磁石１２とをステータ軸方向に貫く部分を含む閉曲線である。
【００４１】
この実施の形態に係る前記支持軸２０は、ステータ配線用の溝２８を有する。この溝２８は、一方の回転支持部材１４の外部から当該回転支持部材１４の径方向の内側を通ってステータ３０の内部に至る形状を有する。この溝２８を通じて、外部回路と各励磁コイル３６とを電気的に接続するための配線が行われる。
【００４２】
前記隔壁構成部材４０は、前記各ステータコア３２及び前記各励磁コイル３６の冷却のため、これらを収容する密閉空間を囲む隔壁を構成する。具体的に、この実施の形態に係る隔壁構成部材４０は、前記固定支持部材３４における前記周壁部３８と、外周壁４２と、一対の側壁４４と、を有し、これらによって前記密閉空間、すなわち前記各ステータコア３２及び前記各励磁コイル３６を収容可能な環状の空間、を画定する。
【００４３】
前記周壁部３８は、前記隔壁構成部材４０の内周壁を構成する。具体的に、周壁部３８は、前記各励磁コイル３６の径方向の内側の端に対して内接する円の直径よりも小さい外径をもつ円筒状をなし、当該各励磁コイル３６及び各ステータコア３２を半径方向の内側から囲む。一方、前記外周壁４２は前記各励磁コイル３６の半径方向の外側の端に対して外接する円の直径よりも大きい内径をもつ円筒状をなし、当該各励磁コイル３６及び各ステータコア３２を半径方向の外側から囲む。
【００４４】
前記一対の側壁４４は、その中央部において円形の貫通穴を囲む内周面を有する。この内周面の直径すなわち側壁４４の内径は、前記周壁部３８の外径に相当し、側壁４４の外径は前記外周壁４２の内径に相当している。各側壁４４は、前記周壁部３８の外周面及び前記外周壁４２の内周面と接合されながら前記各励磁コイル３６及び前記各ステータコア３２をステータ軸方向の両側から覆い、これによって、当該周壁部３８及び当該外周壁４２とともに前記密閉空間を画定する。
【００４５】
この隔壁構成部材４０の特徴として、前記各側壁４４は、その内外を連通する複数の窓４６を有する。各窓４６は、前記各ステータコア３２の位置に対応する位置にそれぞれ形成され、かつ、当該ステータコア３２の形状と合致する形状を有する。そして、側壁４４の外側面と前記各ステータコア３２の対向面３３とが同一平面上に並ぶ位置で当該側壁４４のうち前記各窓４６を囲む内周面とこれに対応するステータコア３２の外周面とが密着している。つまり、各ステータコア３２のステータ軸方向の両側端部は、その対向面３３がステータ軸方向の外向きに露出する状態で、前記隔壁構成部材４０とともに、前記密閉空間を囲む隔壁を構成する。
【００４６】
前記各対向面３３の露出は、当該対向面３３が隔壁を介さずに直接、前記各永久磁石１２に対向することを可能にする。この直接的な対向は、当該対向面３３と当該各永久磁石１２とのステータ軸方向の接触を確実に防ぐことが可能な範囲で当該対向面３３と永久磁石１２との間の隙間の寸法を小さく設定することを、可能にする。
【００４７】
前記隔壁構成部材４０の具体的な材質は限定されない。当該材質は、当該隔壁構成部材４０のうち少なくとも互いに隣接するステータコア同士の間に位置する部分が非磁性を有するという条件を満たす範囲で適宜設定されることが可能である。この実施の形態に係る隔壁構成部材４０では、少なくとも前記外周壁４２及び側壁４４が非磁性の合成樹脂により形成されている。
【００４８】
前記隔壁の内部の密閉空間内に対しては、前記各ステータコア３２及び前記各励磁コイル３６の冷却のための適当な冷却液の給排が行われる。具体的に、前記隔壁構成部材４０の適当な位置（図１に示す例では外周壁４２における上下の位置）に給液口４２ａ及び排液口４２ｂが形成され、これらにそれぞれ給液配管４７及び排液配管４８が接続されている。前記冷却液は、前記給液配管４７を通じて前記隔壁の内部に供給され、ステータコア３２及び励磁コイル３６から熱を奪い、前記排液配管４８を通じて系外に排出される。
【００４９】
次に、この電動機の作用を説明する。
【００５０】
前記のように各ステータコア３２の両対向面３３とロータ１０における各永久磁石１２がステータ軸方向に対向した状態で、当該各ステータコア３２のステータ軸方向の両側部分の周囲にそれぞれ配された励磁コイル３６が通電されると、当該ステータコア３２及びこれに対向する永久磁石１２をステータ軸方向に貫く部分を含む磁気回路が形成され、ロータ１０を回転させる電磁力が生成される。これにより、ロータ１０を構成する各回転支持部材１４及び当該回転支持部材１４に支持される複数の永久磁石１２は、当該永久磁石１２と各ステータコア３２の対向面３３との間の微小隙間を保ちながら、支持軸２０の中心軸である回転中心軸を中心として回転駆動される。
【００５１】
このとき、前記励磁コイル３６の通電によって当該励磁コイル３６及びその内側のステータコア３２の温度が上昇するが、これらを囲む隔壁の内側の密閉空間内に対して冷却液の給排が行われることにより、当該励磁コイル３６及び当該ステータコア３２の温度上昇が抑制される。このことは、当該励磁コイル３６及び当該ステータコア３２の過度の温度上昇を避けながら各励磁コイル３６に流す電流を大きくしてロータ１０の回転駆動力を増大させることや、より温度の高い状況下での電動機の使用を可能にする。
【００５２】
しかも、この電動機では、隔壁構成部材４０に部分的に形成された各窓４６を通じて各ステータコア３２の対向面３３がステータ軸方向の外向きに露出しており、当該対向面３３がロータ１０の永久磁石１２に直接対向することを可能にしているため、従来の電動機よりも当該対向面３３と当該永久磁石１２との間のステータ軸方向の距離を小さくして磁気抵抗を減らすことができ、これにより、エネルギーロスを低減させることができる。例えば、図１２に示される従来の電動機のように、ステータコア１３２が隔壁１３６の内側に完全に収められている電動機では、当該ステータコア１３２の対向面と永久磁石１１４との距離は、当該隔壁１３６と当該永久磁石１１４との間に確保されなければならない隙間（両者の接触を確実に回避するための隙間）の寸法のみならず、これに少なくとも当該隔壁１３６の厚み（図１２では隔壁１３６の薄肉部分１３６ａ）を加えた寸法になり、その分、当該ステータコア１３２と当該永久磁石１１４との間の磁気抵抗は大きくなる。これに対して、図１に示すようなステータコア３２の対向面３３と永久磁石１２との直接的な対向、つまりこれらの間に隔壁が介在しない状態での対向、は、当該対向面３３と永久磁石１２との距離を小さくして磁気抵抗を減らすことを可能にする。
【００５３】
しかも、前記各ステータコア３２は、その外周面に前記各窓４６を囲む側壁４４の内周面が密着する状態で隔壁の一部を構成しているので、前記の直接的な対向を可能にしながら隔壁内の良好な密閉性すなわち高い冷却性能も担保することができる。
【００５４】
以上のような効果を奏するステータ３０は、例えば前記窓４６を有する一対の側壁４４及び外周壁４２を予め成形しておいてこれらを前記固定支持部材３４に組み付けることによっても製造されることが可能であるが、例えば図４〜図７に示すような方法によって、各ステータコア３２と側壁４４との密着性が高いステータ３０を効率的に製造することが可能である。具体的に、この方法は次の工程を含む。
【００５５】
１）第１載置工程
この工程では、図４に示すような平坦な支持台５０の上にステータ本体と外周壁４２とが載置される。前記ステータ本体は、前記固定支持部材３４と、これに装着された前記複数のステータコア３２と、各ステータコア３２の周囲に形成された前記複数の励磁コイル３６と、からなるアセンブリである。前記ステータ本体及び前記外周壁４２は、前記固定支持部材３４における本体板３７の中心位置と前記外周壁４２の中心位置とが合致する相対位置関係で前記支持台５０上に載置される。前記外周壁４２の具体的な材質は特に限定されないが、次の工程で側壁４４を形成するために用いられる硬化性樹脂との接合性が高いもの、好ましくは当該硬化性樹脂と同じ材質のもの、がよい。
【００５６】
２）第１側壁形成工程
前記のように支持台５０上に載置された外周壁４２の内側の領域であって、前記ステータ本体が存在する領域を除く領域に、流動状態の前記硬化性樹脂が所定の厚みでもって流し込まれる。この硬化性樹脂には、例えば、時間の経過とともに硬化する時間硬化性樹脂、紫外線の投与により硬化する紫外線硬化型樹脂、加熱により硬化する熱硬化性樹脂などが、含まれる。具体的には、ＦＲＰ、エポキシ系樹脂、２液硬化型シリコーン樹脂などが、好適である。このように流し込まれた硬化性樹脂は、その後の硬化により、図５に示すように、各ステータコア３２の対向面３３を露出させながらそれ以外の領域を側方から覆う一方の側壁４４を構成することができる。
【００５７】
３）第２載置工程
前記のようにして一方の側壁４４が形成された後、当該側壁４４を構成する樹脂が前記支持台５０から剥がされ、反転された後に（図６に示すように前記側壁４４が上を向く姿勢で）再び前記支持台５０上に載置される。この作業を円滑にするためには、前記支持台５０が前記硬化性樹脂に対して剥離性の高いもの、例えばＰＴＦＥ樹脂からなるもの、であることが好ましい。この工程では、図６に示すように、前記外周壁４２をさらに外側から囲む環状の型枠５２も前記支持台５０上に併せて載置されることが、より好ましい。
【００５８】
４）第２側壁形成工程
前記外周壁４２における給液口４２ａ及び排液口４２ｂの少なくとも一方を通じて、当該外周壁４２の内側に第１側壁形成工程と同じく流動状態の硬化性樹脂が流し込まれる。この硬化性樹脂も、前記外周壁４２の内側において前記ステータ本体を除く領域に行き渡り、その後に硬化することによって、他方の側壁４４を構成することができる。これにより、ステータ３０が完成する。ここで外周壁４２の内側にうまく流入されなかった硬化性樹脂は、その硬化により、当該外周壁４２から外側にはみ出る部分として当該外周壁４２と一体につながるが、この部分は不要であるため除去すればよい。前記型枠５２は、外周壁４２の内側に流入しなかった硬化性樹脂が広がる領域を当該型枠５２の内側に限定するため、当該硬化性樹脂により形成される部分は図７に示す鍔状部５４のような特定形状に限定される。このことは、不要部分の除去作業を容易にするとともに無駄な材料費の節減を可能にする。
【００５９】
前記第１の実施の形態では、各ステータコア３２のステータ軸方向の両側端面が対向面３３を構成しているが、そのうちの一方の端面のみが対向面３３を構成してもよい。つまり、ステータ軸方向においてステータ３０の一方の側にのみロータ１０を構成する永久磁石１２及びこれを保持する回転支持部材１４が配置されてもよい。この場合、前記対向面３３と反対の側の側壁４４は前記のような窓４６を有さずにそれ単独で密閉空間を塞ぐものであってもよい。しかし、第１の実施の形態のように、前記各ステータコア３２がステータ軸方向の両側に前記対向面３３を有し、前記ロータ１０を構成する各永久磁石１２が前記ステータコア３２の前記ステータ軸方向の両側の位置にそれぞれ配置されていれば、単一のステータ３０によってそのステータ軸方向の両側に配置された前記各永久磁石１２に回転力を与えることができる。特に、前記各ステータコア３２が前記固定支持部材３４の本体板３７から前記ステータ軸方向の両側にそれぞれ突出する突出部分を有するように当該固定支持部材３４が当該各ステータコア３２を支持し、当該ステータコア３２のそれぞれの突出部分の周囲に前記励磁コイル３６が配置されることは、共通のステータコア３２を用いてその両側の永久磁石１２にそれぞれ個別の回転力を与えることを可能にする。
【００６０】
また、当該第１の実施の形態では、前記固定支持部材３４の一部である周壁部３８が前記隔壁構成部材４０の内周壁を兼ねているが、当該固定支持部材３４とは別の部材として当該内周壁が用意されてもよい。
【００６１】
図８〜図１１は、本発明の第２の実施の形態に係る電動機の要部を示す。この第２の実施の形態に係る電動機は、第１の実施の形態に係る電動機と同様、ロータ６０と、このロータ６０に回転力を与えるステータ７０と、ロータ支持部材と、を備える。ロータ６０は複数の内側永久磁石６１と、複数の外側永久磁石６２と、これらの永久磁石６１，６２を支持する回転支持部材６４を有し、ステータ７０は、複数のステータコア７２と、ステータコア支持部材と、各ステータコア７２の周囲に配置される励磁コイル７６と、隔壁構成部材と、を有する。
【００６２】
しかし、第１の実施の形態に係る電動機は各ステータコア３２と各永久磁石１２とが隙間をおいてステータ軸方向に対向する、いわゆるアキシャルギャップ型であるのに対し、第２の実施の形態に係る電動機は各ステータコア７２と各永久磁石６４とがステータ径方向に隙間をおいて対向する、いわゆるラジアルギャップ型である。また、前記ロータ支持部材及び前記ステータコア支持部材は、前記ロータ６０及び前記ステータ７０を収容するハウジング８０により構成される。
【００６３】
前記ハウジング８０は、略円筒状の中空体であり、その中央部位を前記回転軸９０が貫通している。具体的に、当該ハウジング８０は、円筒状の周壁８２と、この周壁８２の内側の空間をステータ軸方向の両側から塞ぐ一対の側壁８４と、を有し、側壁８４の中央部位に貫通穴が設けられている。前記回転軸９０は、前記各側壁８４の貫通穴に挿通されるとともに、当該回転軸９０の中心軸である回転中心軸を中心として回転可能となるように、ロータ軸受９２を介して前記ハウジング８０に支持されている。このハウジング８０は、その内部の熱の放散のため、図８及び図９に示すような複数の貫通穴８６を有するのが、好ましい。
【００６４】
前記ロータ６０は、前記回転軸９０と一体に回転するように当該回転軸９０の外周面上に固定されている。具体的に、当該ロータ６０の回転支持部材６４は、互いに同心となる位置に配される円筒状の内周壁６４ｂ及び外周壁６４ｃと、これら内周壁６４ｂ及び外周壁６４ｃの軸方向の一端同士をつなぐ孔開き円板状の側壁６４ａと、を有する。前記内周壁６４ｂは、前記回転軸９０と嵌合可能となるような内径を有し、その嵌合状態で当該回転軸９０に固定されている。前記内側永久磁石６１及び前記外側永久磁石６２は、それぞれ、前記内周壁６４ｂの外周面上及び前記外周壁６４ｃの内周面上において周方向に並ぶ複数の位置に配置され、Ｎ極とＳ極とが交互に並ぶように配列されている。
【００６５】
前記回転支持部材６４の材質は特に限定されないが、当該材質が磁性を有するものである場合、当該回転支持部材６４は図１０に示すように各永久磁石６１，６２ごとに周方向に分割されているのがよい。
【００６６】
図１１に示すように、前記ステータ７０のステータコア７２は、周方向に配列され、各ステータコア７２は、ステータ径方向に延びる円柱状のコア本体７２ａと、このコア本体７２ａのステータ径方向の内側の端部とつながる内側対向壁７２ｂと、コア本体７２ａのステータ径方向の外側の端部とつながる外側対向壁７２ｃと、を一体に有する。前記内側対向壁７２ｂは、ステータ軸方向からみて円弧状をなす板状をなし、その径方向内側の面である内周面が、前記ロータ６０の内側永久磁石６１（つまり回転支持部材６４の内周壁６４ｂの外周面上に配置された永久磁石）に対してステータ径方向に対向可能な内側対向面７３を構成する。前記外側対向壁７２ｃも、ステータ軸方向からみて円弧状をなす板状をなし、その径方向外側の面である外周面が、前記ロータ６０の外側永久磁石６２（つまり回転支持部材６４の外周壁６４ｃの内周面上に配置された永久磁石）に対してステータ径方向に対向可能な外側対向面７４を構成する。
【００６７】
前記各励磁コイル７６は、前記コア本体７２ａの周囲に配置されている。従って、前記第１の実施の形態に係る励磁コイル３６の中心軸はステータ軸方向に延びるのに対して第２の実施の形態に係る励磁コイル７６の中心軸はステータ径方向に延びている。
【００６８】
この第２の実施の形態に係る前記隔壁構成部材は、複数の閉塞部材７７と一対の側壁７８とを有する。
【００６９】
前記閉塞部材７７は、前記各ステータコア７２のうち周方向に互いに隣接するステータコア７２の内側対向壁７２ｂ同士の間の空間及び外側対向壁７２ｃ同士の空間をそれぞれ塞ぐように配置される。具体的に、この実施の形態に係る各閉塞部材７７は、弾性変形可能な部材によりステータ軸方向に延びる円柱状に形成され、互いに隣り合う内側対向壁７２ｂ同士の間及び互いに隣り合う外側対向壁７２ｃ同士の間にそれぞれ介在し、かつ、当該対向壁７２ｂ，７２ｃの周方向の端面に対してステータ軸方向の全域にわたって密着する。このようにして、各ステータコア７２の内側対向壁７２ｂ同士の間にそれぞれ介設される閉塞部材７７は、当該内側対向壁７２ｂとともに、隔壁のうちの内周壁、つまり、ステータコア７２及び励磁コイル７６をステータ径方向の内側から覆う周壁を構成し、各ステータコア７２の外側対向壁７２ｃ同士の間にそれぞれ介設される閉塞部材７７は、当該外側対向壁７２ｃとともに、隔壁のうちの外周壁、つまり、ステータコア７２及び励磁コイル７６をステータ径方向の外側から覆う周壁を構成する。しかも、各ステータコア７２の内側対向面７３及び外側対向面７４はそれぞれステータ径方向の内向き及び外向きに露出している。
【００７０】
前記一対の側壁７８は、前記各ステータコア７２のステータ軸方向の両外側に配置されている。各側壁７８は、前記内側対向壁７２ｂと前記外側対向壁７２ｃとの間の空間をステータ軸方向の両側から覆うようにして、当該対向壁７２ｂ，７２ｃのステータ軸方向の端面及び各閉塞部材７７のステータ軸方向の端面に密着し、これにより、当該対向壁７２ｂ，７２ｃ及び当該閉塞部材７７とともに、前記コア本体７２ａ及びその周囲の励磁コイル７６を収容可能な密閉空間を画定する。つまり、本発明に係る隔壁を構成する。
【００７１】
前記ハウジング８０は、ステータコア支持部材であって、前記隔壁構成部材の一方の側壁７８を介して前記ステータコア７２を支持する。具体的には、前記各ステータコア７２の内側対向面７３及び外側対向面７４がそれぞれステータ径方向の隙間をおいて内側永久磁石６１及び外側永久磁石６２に対して当該ステータ径方向に対向する位置で、前記両側壁７８のうち前記回転支持部材６４の側壁６４ａと反対側の側壁７８がハウジング８０の一方の側壁８４の内側面に固定されている。
【００７２】
この第２の実施の形態に係る電動機においても、各ステータコア７２の内側及び外側対向面７３，７４とロータ１０における内側及び外側永久磁石６１，６２がそれぞれステータ径方向に対向した状態で各励磁コイル７６が通電されることにより、当該ステータコア７２及びこれに対向する永久磁石６１，６２をステータ径方向に貫く部分を含む磁気回路が形成され、ロータ６０及び回転軸９０をステータ７０及びハウジング８０に対して回転させる電磁力が生成される。このようにして、当該ロータ６０及び当該回転軸９０は、前記各永久磁石６１，６２と各ステータコア７２の対向面７３，７４との間のステータ径方向の微小隙間を保ちながら、回転軸９０の中心軸である回転中心軸を中心として回転駆動される。
【００７３】
この電動機においても、各ステータコア７２の対向部７２ｂ，７２ｃと、各閉塞部材７７と、一対の側壁７８とによって、密閉空間を囲む隔壁が構成されているので、当該隔壁の内側の密閉空間内に対して冷却液の給排を行うことにより、当該密閉空間内の励磁コイル７６及び当該ステータコア７２の温度上昇を抑制することができる。さらに、各ステータコア７２の内側及び外側対向面７３，７４がステータ径方向に露出していて当該対向面７３，７４がロータ６０の内側及び外側永久磁石６１，６２に直接対向するから、第１の実施の形態と同様、従来の電動機よりも当該対向面７３，７４と当該永久磁石６１，６２との間の距離（第２の実施の形態ではステータ径方向の距離）を小さくして磁気抵抗を減らすことができる。しかも、各ステータコア７２の内側及び外側対向壁７２ｂ，７２ｃと、各閉塞部材７７と、各側壁７８とが相互密着することにより、前記の直接的な対向を可能にしながら隔壁内の良好な密閉性すなわち高い冷却性能も担保することができる。
【００７４】
第２の実施の形態では、各ステータコア７２の内周面及び外周面がそれぞれ内側及び外側対向面７３，７４を構成しているが、ステータコア７２の内周面及び外周面のうちの一方のみが対向面を構成してもよい。つまり、ステータ径方向においてステータ７０の一方の側にのみロータ６０を構成する永久磁石が配置されてもよい。この場合、隔壁のうち前記対向面と反対の側の周壁（内周壁または外周壁）は周方向に連続して密閉空間を塞ぐものであってもよい。しかし、第２の実施の形態のように、前記各ステータコア７２がステータ径方向の両側にそれぞれ内側及び外側対向面７３，７４を有し、前記ロータ６０を構成する内側及び外側永久磁石６１，６２が前記ステータコア７２の前記ステータ径方向の両側の位置にそれぞれ配置されていれば、単一のステータ７０によってそのステータ径方向の両側に配置された前記各永久磁石６１，６２に回転力を与えることができる。
【００７５】
また、前記第２の実施の形態に係る永久磁石のうち内側永久磁石６１が省略される場合には、第１の実施の形態と同様にステータ７０が固定支持部材を介して中央の支持軸に連結され、この支持軸に対して相対回転可能となるようにロータ６０が連結されていてもよい。つまり、いわゆるラジアルギャップ型の電動機においても、ステータコア支持部材は前記ハウジング８０に限定されない。
【符号の説明】
【００７６】
１０    ロータ
１２    永久磁石
１４    回転支持部材
２０    支持軸（ロータ支持部材及びステータコア支持部材）
３０    ステータ
３２    ステータコア
３３    対向面
３４    固定支持部材（ステータコア支持部材）
３６    励磁コイル
３７    本体板
３８    周壁部
４０    隔壁構成部材
４２    外周壁
４４    側壁
４６    窓
６０    ロータ
６１    内側永久磁石
６２    外側永久磁石
６４    回転支持部材
７０    ステータ
７２    ステータコア
７３    内側対向面
７４    外側対向面
７６    励磁コイル
７７    閉塞部材
７８    側壁
８０    ハウジング（ロータ支持部材及びステータコア支持部材）
【図１】
2015226334.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2015226334.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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