(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性コア及び励磁コイルを備える固定子と、
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、これら永久磁石を支持する円盤状の基材とを備え、前記固定子に対して軸方向に間隔を空けて配置された回転子と、
前記永久磁石を前記基材に固定する固定部材と、を備え、
前記永久磁石は、前記固定子と対向する表面と、前記基材と対向する裏面とを備え、その周縁部に被係止部を備え、
前記固定部材は、前記被係止部と係合する係止部と、前記基材に対して機械的な固定構造を形成する固定部とを含み、前記係止部は前記永久磁石の前記表面から突出することなく前記被係止部と係合する、アキシャルギャップ型回転電機において、
前記複数の永久磁石は、各々が一の磁極を形成する永久磁石であり、各永久磁石がさらに複数の磁石小片に分割され、これら磁石小片がそれぞれ前記被係止部を有し、
前記磁石小片は、前記永久磁石を、前記円盤状の基材の周方向に分割した小片からなり、これら小片が隣接して配置されることで一つの扇形の永久磁石が形成され、
前記被係止部は、当該磁石小片の、前記基材の径方向における両端部に配置されている、アキシャルギャップ型回転電機。
【請求項２】
請求項１に記載のアキシャルギャップ型回転電機において、
前記被係止部は、前記永久磁石の前記表面から前記裏面に向けて没した凹部であり、
前記係止部は、前記凹部に収容されている、アキシャルギャップ型回転電機。
【請求項３】
請求項１に記載のアキシャルギャップ型回転電機において、
前記被係止部は、前記永久磁石の前記裏面側の幅を前記表面側の幅よりも長くすることにより、当該永久磁石の周縁に形成された傾斜面であり、
前記係止部は、前記永久磁石と略同じ厚さを有すると共に、前記傾斜面と面接触する逆傾斜面を有する、アキシャルギャップ型回転電機。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のアキシャルギャップ型回転電機において、
隣接する一の磁石小片と他の磁石小片が各々備える被係止部が、一個の前記固定部材の係止部と係合されている、アキシャルギャップ型回転電機。
【請求項５】
請求項３に記載のアキシャルギャップ型回転電機において、
隣接する一の磁石小片と他の磁石小片が各々備える被係止部が、一個の前記固定部材の係止部と係合されているものであって、
前記被係止部は、前記磁石小片の前記径方向における両端部に各々形成された前記傾斜面であり、
前記固定部材は、前記逆傾斜面を有する前記係止部としての固定治具と、該固定治具を前記基材に固定する前記固定部としての締結具とを備え、
一の磁石小片と、これに隣接する他の磁石小片とが各々有する前記傾斜面の連設によって、一の拡大傾斜面が形成されるように前記隣接する二つの磁石小片が配置され、
前記固定部材の前記逆傾斜面が前記一の拡大傾斜面を押圧する態様で、前記隣接する二つの磁石小片が固定されている、アキシャルギャップ型回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータや発電機等の回転電機に関し、特に、励磁コイルを備える固定子と、永久磁石を備える回転子とが、軸方向に間隔を空けて配置されるアキシャルギャップ型の回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
アキシャルギャップ型の回転電機は、固定子が回転子の外周側に設けられるラジアルギャップ型のものに比べて、薄型化が可能、大トルクが得られるといった利点があるため、電気自動車等への適用が期待されている。当該回転電機は、励磁コイルを備える固定子と、永久磁石を備える回転子とが、軸方向に微小な間隔（アキシャルギャップ）を空けて配置される構造を有する。前記回転子は、バックヨークとなる円盤状の基材と、この基材の表面に配置・固定される複数の永久磁石とを含む。通常、これら永久磁石の各々は扇形の形状を有し、Ｎ極とＳ極とが交互に、所望の極数分が環状に配列される。
【０００３】
前記永久磁石は、回転子の回転時において時間的に変化する磁界に曝される。このため、当該永久磁石には渦電流に起因するジュール熱が発生し、これにより永久磁石が加熱されてその磁力が低下してしまうという不具合が生じる。ジュール熱を低減するには、例えば特許文献１に開示されているように、前記永久磁石を小片に分割して渦電流の規模を小さくすることが有効である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１４３９９号公報（図１３）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の回転子において、円盤状の基材に複数の永久磁石を如何にして固定するかが、アキシャルギャップ型回転電機において屡々問題となる。すなわち、前記回転子は微小なアキシャルギャップを介して固定子と対向配置されるため、軸方向に突出して固定子と干渉するような固定部材は採用できない等、永久磁石の固定のために取り得る手段には制限が生じる。特に、渦電流対策として永久磁石を小片に分割した場合には、その磁石小片の確実な固定には困難を伴う。
【０００６】
特許文献１では、接着剤を用いて磁石小片同士を互いに固定する手法が開示されている。接着剤による固定は、機械的な固定部材を用いない点で有利であり、また、基材と永久磁石という線膨張率の異なる部材同士の接合には有効である。しかし、たとえ小片に分割したとしても、永久磁石には渦電流が発生し、発熱する。永久磁石が高温となることによって、一般に前記接着剤が脆弱化し、接着されていた永久磁石が基材から剥離してしまうという問題が生じ得る。
【０００７】
本発明は、上記の問題に鑑みて為されたものであり、アキシャルギャップ型回転電機において、回転子の円盤状基材に永久磁石を確実に取り付けることができる構造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】
【０００８】
本発明の一局面に係るアキシャルギャップ型回転電機は、磁性コア及び励磁コイルを備える固定子と、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、これら永久磁石を支持する円盤状の基材とを備え、前記固定子に対して軸方向に間隔を空けて配置された回転子と、前記永久磁石を前記基材に固定する固定部材と、を備え、前記永久磁石は、前記固定子と対向する表面と、前記基材と対向する裏面とを備え、その周縁部に被係止部を備え、前記固定部材は、前記被係止部と係合する係止部と、前記基材に対して機械的な固定構造を形成する固定部とを含み、前記係止部は前記永久磁石の前記表面から突出することなく前記被係止部と係合する、アキシャルギャップ型回転電機において、前記複数の永久磁石は、各々が一の磁極を形成する永久磁石であり、各永久磁石がさらに複数の磁石小片に分割され、これら磁石小片がそれぞれ前記被係止部を有し、前記磁石小片は、前記永久磁石を、前記円盤状の基材の周方向に分割した小片からなり、これら小片が隣接して配置されることで一つの扇形の永久磁石が形成され、前記被係止部は、当該磁石小片の、前記基材の径方向における両端部に配置されている。
【０００９】
この回転電機によれば、固定部材の係止部が、永久磁石の被係止部と係合することによって永久磁石を拘束する一方、この係止部は永久磁石の前記表面から突出しないので、固定子に対して干渉することはない。また、前記被係止部は、永久磁石の周縁部に配置されるので、当該永久磁石が作る磁気回路に影響を与えない。従って、アキシャルギャップが微小であっても、磁気的な能力を低下させることなく、永久磁石を前記円盤状の基材へ良好に固定することができる。また、各永久磁石がさらに複数の磁石小片に分割されているので、一の極を形成する永久磁石に発生する渦電流を抑制しつつ、磁石小片の基材からの剥離を確実に防止することができる。さらに、周方向に分割された磁石小片が、その径方向の両端部に配置された被係止部において、係止部にて拘束される。従って、磁石小片が発生する磁力を低下させることなく、確実に当該磁石小片を基材に固定させることができる。
【００１０】
上記の回転電機において、前記被係止部は、前記永久磁石の前記表面から前記裏面に向けて没した凹部であり、前記係止部は、前記凹部に収容されている構成とすることができる。
【００１１】
この回転電機によれば、前記係止部が前記凹部に収容される態様で、永久磁石と係合する。従って、シンプルな構造での永久磁石の基材への固定が実現できる。
【００１２】
上記の回転電機において、前記被係止部は、前記永久磁石の前記裏面側の幅を前記表面側の幅よりも長くすることにより、当該永久磁石の周縁に形成された傾斜面であり、前記係止部は、前記永久磁石と略同じ厚さを有すると共に、前記傾斜面と面接触する逆傾斜面を有する構成とすることができる。
【００１３】
この回転電機によれば、永久磁石の周縁に形成された傾斜面を、係止部の逆傾斜面によって押さえ込むという安定的な態様で、永久磁石を基材へ固定することができる。
【００１４】
上記のアキシャルギャップ型回転電機において、前記複数の永久磁石は、各々が一の磁極を形成する永久磁石であり、各永久磁石がさらに複数の磁石小片に分割され、これら磁石小片がそれぞれ前記被係止部を有していることが望ましい。
【００１５】
この回転電機によれば、一の極を形成する永久磁石に発生する渦電流を抑制しつつ、本発明に係る係止部及び被係止部を適用することで、磁石小片の基材からの剥離を確実に防止することができる。
【００１６】
上記の回転電機において、前記磁石小片は、前記永久磁石を、前記円盤状の基材の径方向に分割した小片からなり、前記被係止部は、当該磁石小片の、前記基材の周方向における両端部に配置されていることが望ましい。
【００１７】
この回転電機によれば、径方向に分割された磁石小片が、その周方向の両端部に配置された被係止部において、係止部にて拘束される。従って、磁石小片が発生する磁力を低下させることなく、確実に当該磁石小片を基材に固定させることができる。
【００１８】
上記の回転電機において、前記磁石小片は、前記永久磁石を、前記円盤状の基材の周方向に分割した小片からなり、前記被係止部は、当該磁石小片の、前記基材の径方向における両端部に配置されていることが望ましい。
【００１９】
この回転電機によれば、周方向に分割された磁石小片が、その径方向の両端部に配置された被係止部において、係止部にて拘束される。従って、磁石小片が発生する磁力を低下させることなく、確実に当該磁石小片を基材に固定させることができる。
【００２０】
上記の回転電機において、隣接する一の永久磁石と他の永久磁石、若しくは一の磁石小片と他の磁石小片が各々備える被係止部が、いずれも一個の前記固定部材の係止部と係合されていることが望ましい。
【００２１】
この回転電機によれば、一個の固定部材にて、複数の永久磁石若しくは磁石小片を固定することができる。従って、部品点数の削減、及び固定部材の配置スペースの削減を図ることができる。
【００２２】
被係止部として凹部を採用し、永久磁石として径方向に分割された磁石小片を用いる場合においては、前記被係止部は、前記磁石小片の前記周方向両端部に各々形成された半円形の凹部であり、前記固定部材は、前記固定部としての断面円形の胴部と、前記胴部よりも大径であり前記係止部としての断面円形の頭部とを備え、一の磁極に属する前記磁石小片の前記半円形の凹部と、これに隣接する他の極に属する前記磁石小片の前記半円形の凹部とによって、一の略円形の凹部が形成されるように前記隣接する二つの磁石小片が配置され、前記固定部材の前記頭部が前記略円形の凹部に収容される態様で、前記隣接する二つの磁石小片が固定されている構成とすることが望ましい。
【００２３】
また、被係止部として傾斜面を採用し、永久磁石として周方向に分割された磁石小片を用いる場合においては、前記被係止部は、前記磁石小片の前記径方向両端部に各々形成された前記傾斜面であり、前記固定部材は、前記逆傾斜面を有する前記係止部としての固定治具と、該固定治具を前記基材に固定する前記固定部としての締結具とを備え、一の磁石小片と、これに隣接する他の磁石小片とが各々有する前記傾斜面の連設によって、一の拡大傾斜面が形成されるように前記隣接する二つの磁石小片が配置され、前記固定部材の前記逆傾斜面が前記一の拡大傾斜面を押圧する態様で、前記隣接する二つの磁石小片が固定されている構成とすることが望ましい。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、アキシャルギャップ型回転電機において、永久磁石を回転子の円盤状基材に確実に取り付けることができる。従って、永久磁石の基材からの剥離が生じることのない、アキシャルギャップ型回転電機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施形態に係るアキシャルギャップ型回転電機の構造を概略的に示す図である。
【図２】上記回転電機の固定子及び回転子の一般的な構造例を示す分解斜視図である。
【図３】上記回転電機の固定子及び回転子の他の構造例を示す分解斜視図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る固定子及び回転子を示す分解斜視図である。
【図５】第１実施形態の磁石小片を示す斜視図である。
【図６】前記磁石小片の回転子基材への取り付け状態を示す平面図である。
【図７】図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図である。
【図８】第１実施形態の変形例を示す平面図である。
【図９】本発明の第２実施形態に係る固定子及び回転子を示す分解斜視図である。
【図１０】第２実施形態における磁石小片の回転子基材への取り付け状態を示す分解斜視図である。
【図１１】前記磁石小片の回転子基材への取り付け状態を示す一部破断斜視図である。
【図１２】前記磁石小片の回転子基材への取り付け状態を示す断面図である。
【図１３】第２実施形態の変形例を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、図面に基づいて、本発明の実施形態につき詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態に係るアキシャルギャップ型回転電機１の構造を概略的に示す図である。本発明において、アキシャルギャップ型回転電機１は、例えばモータ又は発電機、若しくはこれらの兼用機の形態をとり得る。本実施形態では、アキシャルギャップ型回転電機の好ましい一例として、アキシャルギャップ型ＤＣブラシレスモータを例示している。
【００２７】
［アキシャルギャップ型回転電機の全体構造］
アキシャルギャップ型回転電機１は、ケーシング１０と、このケーシング１０からその一部が突出した回転軸１１とを備える。回転軸１１は、当該回転電機１がモータとして用いられる場合はトルクを発生する出力回転軸となり、発電機として用いられる場合は回転駆動力が入力される入力回転軸となる。
【００２８】
回転電機１は、ケーシング１０内に収容された円盤状の固定子２と、２個の円盤状の回転子３とを含む。固定子２と回転子３とは、回転軸１１の軸方向に並ぶように配置されている。本実施形態では、固定子２の一の円盤面に一方の回転子３が対向し、固定子２の他の円盤面に他方の回転子３が対向し、これにより２個の回転子３の間に固定子２が挟まれる形態の、ダブルロータ型の回転電機１を例示している。もちろん、回転電機１は、一の回転子３が一の固定子２と軸方向に対向配置されるシングルロータ型であっても良い。
【００２９】
各回転子３は、固定子２に対して軸方向に間隔Ｇを空けて配置されている。間隔Ｇは、いわゆるアキシャルギャップであり、その長さは１ｍｍ〜数ｍｍ程度である。回転軸１１は、円盤状の回転子３に、その回転中心と芯合わせして固定されている。２つの回転子３は、固定子２の中空部を貫通し、回転軸１１と同じ軸上に配置された連結軸（図略）によって互いに連結されている。
【００３０】
ここで、アキシャルギャップ型回転電機における、一般的な固定子２及び回転子３の構造例を説明しておく。図２は、一般的な固定子２及び回転子３の構造例を示す分解斜視図である。図２には、回転子３の回転中心軸ＡＸ（回転軸１１の軸心）が示されている。固定子２は、周方向（回転子３の回転方向）に配列された複数の電磁石ユニット２０を含む。各電磁石ユニット２０は、扇形の磁性コア２１と、磁性コア２１に装着された励磁コイル２２とを備える。複数の磁性コア２１は、図略のコア支持部材によって支持され、回転中心軸ＡＸの軸回りに円環状に均等に配置されている。
【００３１】
磁性コア２１は、圧粉コアであることが好ましい。圧粉コアは、電気絶縁膜で被覆された鉄粉が強固に押し固められることによって形成されたコアである。渦電流を抑制するという観点からは、この圧粉コアに加え、複数枚の電磁鋼板の積層体からなる積層コアも用い得る。圧粉コアは、前記積層コアに比べて気密性が高く、また成型の自由度も高いため、磁性コア２１としてはより好ましい。本実施形態では、磁性コア２１は、その軸方向の両端面に鍔部２１１が形成されたボビン形状を有している。
【００３２】
励磁コイル２２は、ボビン形状の磁性コア２１を巻芯として絶縁電線が所要のターン数だけ巻回されてなる。励磁コイル２２への直流電流の通電によって、回転軸１１と平行な方向に磁性コア２１を貫く磁束が発生する。また、励磁コイル２２への直流電流の通電方向を正逆反転させることで、前記磁束の方向を反転させることができる。各励磁コイル２２へ通電及び通電方向の切り替えは、図略のドライバ回路によって制御され、これにより回転子３を回転軸１１回りに回転させる磁力線が形成される。
【００３３】
回転子３は各々、複数の永久磁石４０と、これら永久磁石４０を支持する円盤状の基材３１とを備えている。各永久磁石４０は、軸方向視で扇形の平板型の磁石である。基材３１は、固定子２と対向する側に、回転中心軸ＡＸと直交する円形の支持面３１Ｓを有する。複数の永久磁石４０は、支持面３１Ｓの中心点Ｏ（回転中心軸ＡＸと交差する点）の周囲に、Ｓ極とＮ極とが周方向に交互に並ぶように、支持面３１Ｓの外周縁付近に、環状に配列されている。
【００３４】
円盤状の基材３１は、鋼材などの磁性体で形成された部材であり、上述の永久磁石４０の支持機能と、永久磁石４０のバックヨークとしての機能とを兼ねている。固定子２と対向する表面がＳ極に着磁されている永久磁石４０は、その裏面がＮ極となる。これに隣接する永久磁石４０は、表面がＮ極で裏面がＳ極である。基材３１は、これら永久磁石４０の裏面側を支持すると共に、裏面側のＳ極−Ｎ極との間に磁路を形成する役目を果たす。従来、永久磁石４０は、例えばエポキシ樹脂系接着剤のような接着剤を用いて、基材３１の支持面３１Ｓに固定されるのが一般的である。これは、ネオジウム等からなる永久磁石４０と鋼材等からなる基材３１という、線膨張係数の異なる２つの部材を接合させるのに、接着剤が好適だからである。
【００３５】
以上の通り構成された回転電機１において、問題となるのが、永久磁石４０の渦電流による発熱である。永久磁石４０は、回転子３の回転時に、時間的に変化する磁界に曝される。これにより、永久磁石４０には渦電流が誘起され、ジュール熱によって自己加熱するようになる。永久磁石４０が高熱化すると、その磁力が低下すると共に、基材３１に当該永久磁石４０を接着している接着剤を脆弱化させるようになる。この脆弱化によって、永久磁石４０が基材３１から剥離する不具合が発生する場合がある。
【００３６】
図３は、回転子３の他の構造例を示す分解斜視図である。ここに示す回転子３は、一の極を形成する永久磁石が、複数の磁石小片４０１、４０２、４０３からなる永久磁石ユニット４００にて構成されている。つまり、図２に示した永久磁石４０を、円盤状基材３１の径方向に３個の磁石小片４０１、４０２、４０３に分割している。これら磁石小片４０１、４０２、４０３は、同様に接着剤によって基材３１に固着される。
【００３７】
分割された磁石小片４０１、４０２、４０３を用いることで、渦電流の発生量を小さくすることができる。しかしながら、たとえ永久磁石を分割して小容積化しても、これら磁石小片４０１、４０２、４０３には不可避的に渦電流が発生し、発熱する。従って、上述した接着剤の脆弱化の現象は生じてしまい、永久磁石ユニット４００が基材３１から剥離の問題を完全に払拭することはできない。以下、このような回転子３における永久磁石の剥離の問題を解消できる実施形態を示す。
【００３８】
［第１実施形態］
図４は、本発明の第１実施形態に係るアキシャルギャップ型回転電機の固定子２及び回転子３を示す分解斜視図である。第１実施形態で例示する回転電機の基本構造は、先に示した図２、図３のものと同じく、２個の回転子３の間に１個の固定子２が挟まれてなるダブルロータ型の回転電機である。固定子２の構成は、先に説明したものと同じであるため、ここでは説明を省く。
【００３９】
回転子３は、円盤状の基材３１と、各々が一の磁極を形成する複数の磁極ユニットＰとを備えている。円盤状の基材３１は、上述の円形の支持面３１Ｓに加え、該基材３１を軸方向に貫通する複数のネジ孔３２を備えている。基材３１は、磁極ユニットＰを支持面３１Ｓにおいて支持すると共に、磁極ユニットＰが備える永久磁石のバックヨークとしての機能を果たす。複数の磁極ユニットＰは、基材３１の回転中心軸の周囲に、周方向に配列されている。
【００４０】
図５は、一つの磁極ユニットＰの構成を示す分解斜視図である。磁極ユニットＰは、永久磁石４と、この永久磁石４を基材３１に固定する固定部材５と、永久磁石４の外周側を保持する固定ピース６とを備えている。永久磁石４は、さらに複数の磁石小片に、すなわち第１磁石小片４１、第２磁石小片４２及び第３磁石小片４３に分割されている。これら磁石小片４１〜４３は、図３に示した磁石小片と同様に、基材３１の径方向に分割された小片であり、これらが隣接して配置されることによって一つの扇形の永久磁石４が形成されている。
【００４１】
第１〜第３磁石小片４１〜４３は、それぞれ軸方向視で略台形の形状を有している。第１磁石小片４１は、扇形の永久磁石４の円弧中心に最も近い小片であって、周方向幅が最も短いピースである。第３磁石小片４３は、前記円弧中心から最も遠い小片であって、周方向幅が最も長いピースである。第２磁石小片４２は、前二者の中間に位置する小片であって、両者の中間の周方向幅を有するピースである。
【００４２】
第１磁石小片４１は、固定子２と対向する表面４１Ｓと、基材３１と対向する裏面４１Ｒとを備えている。表面４１Ｓ及び裏面４１Ｒは、共に平坦な台形面である。表面４１Ｓは、同じく平坦な台形面である磁性コア２１の鍔部２１１の表面と平行に、所定のアキシャルギャップを置いて対向配置される。裏面４１Ｒは、基材３１の支持面３１Ｓに固定部材５の締付力によって直接圧接される、或いは接着剤を介して圧接される面である。第２磁石小片４２及び第３磁石小片４３も、上記と同様な表面及び裏面を備えている。
【００４３】
第１磁石小片４１は、その周縁部に４つの側面を備えている。４つの側面は、第１磁石小片４１の周方向の側面である一対の周側面４１１と、径方向内側の内側面４１３と、当該内側面４１３よりも周方向に長い外側面４１４とからなる。周側面４１１は、周方向長さが異なる内側面４１３と外側面４１４とを繋ぐ面であり、一対の周側面４１１間の間隔は径方向外側に向けて拡開している。これら側面は、支持面３１Ｓに対して概ね垂直な面である。
【００４４】
第１磁石小片４１の周方向両端部、つまり各々の周側面４１１には、半円錐状（軸方向視では半円形）の凹部４１２（被係止部）が形成されている。凹部４１２は、表面４１Ｓから裏面４１Ｒに向けて没した凹部であり、表面４１Ｓには第１磁石小片４１の周方向中心に向けて凸の半円形の開口縁を、周側面４１１には裏面４１Ｒに向けて凸の半円形の開口縁をそれぞれ有している。この凹部４１２は、後述する皿頭ネジの頭部を収容する皿もみとなる凹部である。
【００４５】
第２磁石小片４２及び第３磁石小片４３も、周方向の長さが異なる以外は、第１磁石小片４１と同様な形状を有している。すなわち、第２磁石小片４２は、一対の周側面４２１、内側面４２３及び外側面４２４を備え、第２磁石小片４２の周方向両端部、つまり各々の周側面４２１には、半円錐状の凹部４２２（被係止部）が形成されている。また、第３磁石小片４３は、一対の周側面４３１、内側面４３３及び外側面４３４を備え、第３磁石小片４３の周方向両端部、つまり各々の周側面４３１には、半円錐状の凹部４３２（被係止部）が形成されている。
【００４６】
永久磁石４としては、例えばネオジム磁石、サマリウムコバルト磁石、フェライト磁石等を例示することができる。これらの永久磁石は、原材料粉末を最終形状に成型加工した後に、強力な磁界中に前記成型加工体を曝す等の着磁操作が行われることによって製造される。このため、磁化される前に磁石の形状加工を行うことができるので、分割された磁石小片４１〜４３の作製、並びに凹部４１２、４２２、４３２を形成する面取り加工を自在且つ容易に行うことができる。
【００４７】
固定ピース６は、回転子３の回転時に、第１〜第３磁石小片４１〜４３が遠心力によって径方向外側に抜け出すことを防止する部材である。固定ピース６は、第３磁石小片４３の外側面４３４と対向し、この外側面４３４と周方向の長さが略同一の押さえ面６１と、基材３１に当該固定ピース６を固定させるための止め孔６２とを備えている。止め孔６２は、固定ピース６の周方向中央部に一つだけ設けられている。
【００４８】
第１〜第３磁石小片４１〜４３が基材３１に固定される際、第１磁石小片４１の外側面４１４と第２磁石小片４２の内側面４２３とが、また、第２磁石小片４２の外側面４２４と第３磁石小片４３の内側面４３３とが、それぞれ密に接することとなる。さらに、第３磁石小片４３の外側面４３４と固定ピース６の押さえ面６１とが密に接し、該押さえ面６１が永久磁石４の遠心力を受け止める。
【００４９】
固定部材５は、本実施形態では複数の皿頭ネジである。本実施形態では、固定部材５として、第１磁石小片４１を基材３１に固定する一対の第１皿頭ネジ５１と、第２磁石小片４２を基材３１に固定する一対の第２皿頭ネジ５２と、第３磁石小片４３を基材３１に固定する一対の第３皿頭ネジ５３と、固定ピース６を基材３１に固定する一つの第４皿頭ネジ５４とを備えている。
【００５０】
第１皿頭ネジ５１は、雄ねじのネジ切り部を備えた胴部５１１（固定部）と、胴部５１１の一端に連なりテーパ状に拡径する皿頭部５１２（係止部）とを備える。胴部５１１は、ネジ軸方向と直交する断面の形状が円形であり、皿頭部５１２の断面は胴部５１１よりも大径の円形である。胴部５１１は、基材３１のネジ孔３２に螺合され、これにより基材３１に対する機械的な固定構造を形成する部分である。皿頭部５１２は、凹部４１２と係合する部分であり、ネジ締結用の六角レンチを受け入れる六角孔を有している。皿頭部５１２の一部が凹部４１２を押さえる状態で、胴部５１１が所定位置のネジ孔３２に螺合されることによって、第１磁石小片４１が基材３１に固定される。皿頭部５１２は、ネジ締結時において凹部４１２に収容され、表面４１Ｓから突出しないサイズに設定されている。つまり、皿頭部５１２は、表面４１Ｓから突出することなく、凹部４１２と係合している（図７参照）。
【００５１】
他の皿頭ネジ５２、５３、５４も、第１皿頭ネジ５１と同じ構造である。一対の第２皿頭ネジ５２は、第２磁石小片４２の周方向両端部に配置されている凹部４２２と各々係合するように基材３１に螺合され、第２磁石小片４２を基材３１に固定する。一対の第３皿頭ネジ５３は、第３磁石小片４３の周方向両端部に配置されている凹部４３２と各々係合するように基材３１に螺合され、第３磁石小片４３を基材３１に固定する。第４皿頭ネジ５４は、固定ピース６の止め孔６２を通して基材３１のネジ孔に螺合され、固定ピース６を基材３１に固定する。
【００５２】
本実施形態では、第１〜第３皿頭ネジ５１〜５３は、各々が一の磁石小片だけを固定しているのではなく、これに隣接する他の磁石小片も固定している例を示している。この点について、図６及び図７に基づいて説明する。図６は、磁石小片４１〜４３の基材３１への取り付け状態を示す平面図、図７は、図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図である。
【００５３】
図６では、ある磁極ユニットＰ（一の磁極）と、磁極ユニットＰの反時計方向（上流と扱う）に隣接する上流磁極ユニットＰＡ（他の磁極）と、時計方向（下流と扱う）に隣接する下流磁極ユニットＰＢ（他の磁極）とを抜き出して示している。磁極ユニットＰの第１、第２、第３磁石小片４１Ｐ、４２Ｐ、４３Ｐは、それぞれ、上流磁極ユニットＰＡの第１、第２、第３磁石小片４１ＰＡ、４２ＰＡ、４３ＰＡと間隙ｄをおいて周方向に並び、また、下流磁極ユニットＰＢの第１、第２、第３磁石小片４１ＰＢ、４２ＰＢ、４３ＰＢと間隙ｄをおいて周方向に並んでいる。つまり、各磁極ユニットの同じサイズの磁石小片が、径方向の同じ位置に、間隙ｄをおいて周方向に配置されている。
【００５４】
これにより、例えば図７にも示している通り、磁極ユニットＰの第１磁石小片４１Ｐの上流側の半円形凹部４１２と、上流磁極ユニットＰＡの第１磁石小片４１ＰＡの下流側の半円形凹部４１２とによって、間隙ｄを挟んで、一つの略円形の凹部が形成されている。そして、この略円形の凹部に一つの第１皿頭ネジ５１Ａの皿頭部５１２が収容される態様で、隣接する二つの第１磁石小片４１Ｐ、４１ＰＡが固定されている。上記のような略円形の凹部は、磁極ユニットＰの第２、第３磁石小片４２Ｐ、４３Ｐの上流側の凹部４２２、４２３と、上流磁極ユニットＰＡの第２、第３磁石小片４２ＰＡ、４３ＰＡの下流側の凹部４２２、４２３とによっても形成されている。これらの略円形の凹部には、各々第２、第３皿頭ネジ５２Ａ、５３Ａが一つずつ収容される態様で、隣接する２個の磁石小片が固定されている。
【００５５】
同様に、上記の略円形の凹部は、磁極ユニットＰの第１、第２、第３磁石小片４１Ｐ、４２Ｐ、４３Ｐの下流側の凹部４１２、４２２、４２３と、下流磁極ユニットＰＢの第１、第２、第３磁石小片４１ＰＢ、４２ＰＢ、４３ＰＢの上流側の凹部４１２、４２２、４２３とによっても形成されている。これら略円形の凹部に、各々第１、第２、第３皿頭ネジ５１Ｂ、５２Ｂ、５３Ｂが一つずつ収容される態様で、隣接する２個の磁石小片が固定されている。
【００５６】
図７を参照して、一つの前記略円形の凹部における磁石小片の固定構造をさらに詳述する。磁極ユニットＰの第１磁石小片４１Ｐ及び上流磁極ユニットＰＡの第１磁石小片４１ＰＡの裏面４１Ｒは、接着剤Ｊを介して基材３１の支持面３１Ｓに接合されている。この接着剤Ｊは省くことができるが、より安定的に磁石小片４１Ｐ、４１ＰＡを支持面３１Ｓへ固定するためには、接着剤Ｊの層を介在させることが望ましい。
【００５７】
第１磁石小片４１Ｐの上流側の周側面４１１と第１磁石小片４１ＰＡの下流側の周側面４１１とが対向し、また、両者の凹部４１２同士が対向することで、一つの略円錐形の凹部が形成されている。第１皿頭ネジ５１の胴部５１１は、基材３１のネジ孔３２に締結され、皿頭部５１２は前記略円錐形の凹部に収容されている。皿頭部５１２の円錐テーパ面５１３の上流側部分によって、図７中の左方の第１磁石小片４１ＰＡの凹部４１２が押圧され、下流側部分によって、右方の第１磁石小片４１Ｐの凹部４１２が押圧されている。
【００５８】
胴部５１１の、ネジ孔３２との螺合部分よりも上方部分は、向かい合う周側面４１１間に収まっている。つまり、胴部５１１の直径は、上述の間隙ｄ（図６）よりも僅かに小さく設定されている。皿頭部５１２は、一対の凹部４１２で形成された略円錐形の凹部に完全に収容され、その頂面５１Ｓは第１磁石小片４１Ｐ、４１ＰＡの表面４１Ｓとほぼ面一である。頂面５１Ｓは表面４１Ｓと面一、若しくは頂面５１Ｓが表面４１Ｓよりも凹没し、表面４１Ｓから突出することなく凹部４１２と係合していれば良い。なお、アキシャルギャップ（図１の間隔Ｇ）に影響を与えない範囲であって、部品公差等の影響でごく僅かに頂面５１Ｓが表面４１Ｓから突出していても、それは本発明でいう「突出することなく係合する」との範疇である。
【００５９】
以上説明した第１実施形態に係る回転電機によれば、固定部材５の係止部（皿頭ネジ５１〜５３の皿頭部５１２）が、第１〜第３磁石小片４１〜４３の凹部４１２、４２２、４２３と係合することによってこれら磁石小片を拘束する一方、皿頭部５１２は磁石小片４１〜４３の表面４１Ｓから突出しないので、固定子２に対して干渉することはない。従って、アキシャルギャップが微小であっても、磁石小片４１〜４３を円盤状の基材３１へ良好に固定することができる。また、磁石小片４１〜４３が渦電流によって高熱化したとしても、これらが基材３１から剥離することがない。
【００６０】
また、被係止部としての凹部４１２、４２２、４２３は、永久磁石４（磁石小片４１〜４３）の周縁部に配置されているので、当該永久磁石４が作る磁気回路に影響を与えない。永久磁石４を基材３１にネジを用いて固定する場合、永久磁石４の周方向中心付近にネジ孔を設けてネジ締めする手法も考えられる。しかし、中心付近にネジ孔を穿孔した場合、当該ネジ孔が磁路形成における障害となり、磁極ユニットＰの磁力を低下させることになる。しかし、本実施形態では、永久磁石４の周縁部に磁石固定用の面取り部分が配置されているので、磁極ユニットＰにおける磁路形成に影響を与えることはない。
【００６１】
さらに、本実施形態では、一個の皿頭ネジ５１〜５３にて、複数の磁石小片４１〜４３を固定している。各磁極ユニットＰの磁石小片４１〜４３の周方向両端部にそれぞれ皿頭ネジを適用しても良いが、この場合は皿頭ネジの個数が多くなると共に、皿頭ネジの配置スペースが必要となる。本実施形態によれば、皿頭ネジの使用個数の削減、及び皿頭ネジの配置スペースの削減を図ることができる。
【００６２】
［第１実施形態の変形例］
図８は、第１実施形態の変形例に係る、永久磁石の基材３１への取り付け状態を示す平面図である。上記実施形態では、一つの磁極ユニットＰの永久磁石４が複数の磁石小片４１〜４３に分割され、これらが各々皿頭ネジ５１〜５３で基材３１に固定される例を示した。これに代えて、図８に示す変形例では、一つの磁極ユニットＰの永久磁石を分割することなく、基材３１に固定する態様を示している。
【００６３】
図８では、ある磁極ユニットＰ、上流磁極ユニットＰＡ及び下流磁極ユニットＰＢを抜き出して示している。各磁極ユニットＰ、ＰＡ、ＰＢは、扇形の１枚物の永久磁石４０Ｐ、４０ＰＡ、４０ＰＢを各々備えている。永久磁石４０Ｐ、４０ＰＡ、４０ＰＢは、それぞれ被係止部として、その周方向両端部に半円錐状の凹部４０４を備えている。隣接する永久磁石４０Ｐ及び上流の永久磁石４０ＰＡの凹部４０４同士で一つの略円錐形の凹部が形成され、また、同じく隣接する永久磁石４０Ｐ及び下流側の永久磁石４０ＰＢの凹部４０４同士で一つの略円錐形の凹部が形成されている。これら凹部に、それぞれ一つの第１皿頭ネジ５５Ａ、５５Ｂが収容される態様で、永久磁石４０Ｐ、４０ＰＡ、４０ＰＢが基材３１に固定されている。永久磁石４０Ｐ、４０ＰＡ、４０ＰＢの渦電流による昇温の問題を、冷却手段の工夫によって克服できる場合は、本変形例の態様が、部品点数を一層減らすことができるので好ましい。
【００６４】
この他、上記実施形態では、固定部材５として皿頭ネジを例示したが、これに限定されるものではない。固定部材５として各種のネジ部材、各所の固定具を適用することが可能であり、例えば座ぐりネジを用いることができる。座ぐりネジを適用する場合、永久磁石の両端部に設ける被係止部の形状は、半円柱型となる。あるいは、固定部材５としてリベットを用いるようにしても良い。この場合、基材３１と機械的な固定構造を形成する固定部は、当該リベットのかしめ部となる。さらに、上記実施形態では、基材３１の径方向に３つに分割された磁石小片４１〜４３を例示したが、分割数は任意であり、例えば２つに分割する、４つに分割するようにしても良い。
【００６５】
［第２実施形態］
図９は、本発明の第２実施形態に係るアキシャルギャップ型回転電機の固定子２及び回転子３Ａを示す分解斜視図である。第２実施形態で例示する回転電機の基本構造もまた、先に示した図２、図３のものと同じく、２個の回転子３Ａの間に１個の固定子２が挟まれてなるダブルロータ型の回転電機である。固定子２の構成は、先に説明したものと同じであるため、ここでも説明を省く。回転子３Ａにおいて第１実施形態のものと相違している点は、永久磁石を周方向に分割した磁石小片が用いられる点と、磁石小片の被係止部及び固定部材の構造が異なる点である。
【００６６】
回転子３Ａは、円盤状の基材３１Ａと、各々が一の磁極を形成する複数の磁極ユニットＰａとを備えている。基材３１Ａは、円形の支持面３１Ｓに加え、該基材３１Ａを軸方向に貫通する複数のネジ孔であって、基材３１Ａの径方向の中間付近に環状に配列された複数の内側ネジ孔３２１と、周縁付近に環状に配列された外側ネジ孔３２２とを備えている。基材３１Ａは、磁極ユニットＰａを支持面３１Ｓにおいて支持すると共に、磁極ユニットＰａが備える永久磁石のバックヨークとしての機能を果たす。複数の磁極ユニットＰａは、基材３１Ａの回転中心軸の周囲に、周方向に配列されている。
【００６７】
図１０は、第２実施形態に係る磁極ユニットＰａの構造を説明するための、回転子３Ａの分解斜視図である。ここでは、磁極ユニットＰａ群の一部が基材３１Ａに取り付けられ、うち一つの磁極ユニットＰａが分解されている状態を示している。磁極ユニットＰａは、永久磁石４Ａと、この永久磁石４Ａを基材３１Ａに固定する固定ブロック７とを備えている。
【００６８】
一の磁極ユニットＰａの永久磁石４Ａは、さらに複数の磁石小片に、すなわち第１磁石小片４４、第２磁石小片４５及び第３磁石小片４６に分割されている。これら磁石小片４４〜４６は、図３及び図４に示した磁石小片とは異なり、円盤状の基材３１Ａの周方向に等分割された小片であり、これらが隣接して配置されることによって一つの扇形の永久磁石４Ａが形成されている。第１〜第３磁石小片４４〜４６は、それぞれ軸方向視で径方向に細長い略台形の形状を有し、その台形の短辺側が径方向の内側に、長辺側が径方向の外側に配向するよう、基材３１Ａ上に配置されている。
【００６９】
図１１は、第１磁石小片４４の基材３１Ａへの取り付け状態を示す一部破断斜視図、図１２は、その断面図である。第１磁石小片４４は、径方向内側の端部に内側傾斜面４４１（被係止部）と、径方向外側の端部に外側傾斜面４４２（被係止部）をそれぞれ備えている。これら傾斜面４４１、４４２は、第１磁石小片４４の裏面４４Ｒ側の径方向幅を、表面４４Ｓ側の径方向幅よりも長くすることにより、当該第１磁石小片４４の周縁に形成された傾斜面である。つまり、内側傾斜面４４１は、表面４４Ｓの径方向内側端縁から基材３１Ａの中心点方向に向けて裏面４４Ｒへ下降する傾斜面であり、外側傾斜面４４２は、表面４４Ｓの径方向外側端縁から基材３１Ａの外周縁方向に向けて裏面４４Ｒへ下降する傾斜面である。
【００７０】
第２磁石小片４５及び第３磁石小片４６も、上述の第１磁石小片４４と同じ形状を有している。第１〜第３磁石小片４４〜４６は、基材３１Ａに固定される際、第１磁石小片４４の内側傾斜面４４１と、第２、第３磁石小片４５、４６が各々有する内側傾斜面との連設によって、一つの集合された内側傾斜面が形成されるように配置される。同じく、第１磁石小片４４の外側傾斜面４４２と、第２、第３磁石小片４５、４６が各々有する外側傾斜面との連設によって、一つの集合された外側傾斜面が形成されるように、第１〜第３磁石小片４４〜４６が配置される。
【００７１】
固定ブロック７は、永久磁石４Ａの内周縁側を係止する第１固定ブロック７１（固定治具）と、永久磁石４Ａの外周縁側を係止する第２固定ブロック７２（固定治具）とからなる。第１固定ブロック７１は、第１固定ネジ５６（締結具）にて、内側ネジ孔３２１を用いて基材３１Ａに固定される。第２固定ブロック７２は、第２固定ネジ５７（締結具）にて、外側ネジ孔３２２を用いて基材３１Ａに固定される。本実施形態では、第１、第２固定ブロック７１、７２（係止部）と、第１、第２固定ネジ５６、５７（固定部）とによって、本発明の固定部材が構成されている。
【００７２】
第１固定ブロック７１及び第２固定ブロック７２は、軸方向において第１〜第３磁石小片４４〜４６と略同じ厚さを有する、平板で略台形のブロックである。第１固定ブロック７１は、逆傾斜面７１１、固定孔７１２及び一対の把持部７１３を有する。逆傾斜面７１１は、第１固定ブロック７１の外周面側に配置され、第１〜第３磁石小片４４〜４６の密配列により形成される前記集合された内側傾斜面（つまり、永久磁石４Ａの内側傾斜面）と面接触し、該内側傾斜面を押圧する。逆傾斜面７１１の周方向幅は、前記集合された内側傾斜面の周方向幅と略同じである。
【００７３】
固定孔７１２は、第１固定ネジ５６が挿通される孔である。第１固定ネジ５６は皿頭ネジであり、固定孔７１２は該皿頭ネジの皿頭部と係合する形状を備えたネジ孔である。一対の把持部７１３は、逆傾斜面７１１の周方向両端から径方向外側へ各々突出する部分であり、図１０に示す通り、第１〜第３磁石小片４４〜４６の内側傾斜面付近の周方向両側面を把持する形態で拘束している。この拘束により、第１〜第３磁石小片４４〜４６の配列状態が乱れてしまうことが防止される。
【００７４】
第２固定ブロック７２も、同様な逆傾斜面７２１、固定孔７２２及び一対の把持部７２３を有する。逆傾斜面７２１は、第２固定ブロック７２の内周面側に配置され、第１〜第３磁石小片４４〜４６の前記集合された外側傾斜面と面接触し、該外側傾斜面を押圧する。逆傾斜面７２１の周方向幅は、前記集合された外側傾斜面の周方向幅と略同じである。固定孔７２２は、皿頭ネジからなる第２固定ネジ５７が挿通され、その皿頭部と係合する形状を備えたネジ孔である。一対の把持部７２３は、逆傾斜面７２１の周方向両端から径方向内側へ各々突出する部分であり、第１〜第３磁石小片４４〜４６の外側傾斜面付近の周方向両側面を拘束している。
【００７５】
第１磁石小片４４は、その径方向両端部に配置された内側傾斜面４４１及び外側傾斜面４４２が、逆傾斜面７１２、７２１で各々押圧（拘束）されることによって、基材３１Ａに固定される。第２、第３磁石小片４５、４６も同様である。具体的には、第１固定ブロック７１の固定孔７１２と内側ネジ孔３２１とが位置合わせされ、且つ、逆傾斜面７１１が第１〜第３磁石小片４４〜４６の前記集合された内側傾斜面と当接した状態で、第１固定ネジ５６が内側ネジ孔３２１に螺合される。また、第２固定ブロック７２の固定孔７２２と外側ネジ孔３２２とが位置合わせされ、且つ、逆傾斜面７２１が第１〜第３磁石小片４４〜４６の前記集合された外側傾斜面と当接した状態で、第２固定ネジ５７が外側ネジ孔３２２に螺合される。第１、第２固定ネジ５６、５７の螺合が、本実施形態では、基材３１Ａに対する機械的な固定構造の形成となる。
【００７６】
第１、第２固定ネジ５６、５７の締め付けにより、逆傾斜面７１１、７２１が各々前記集合された内側傾斜面及び外側傾斜面を押圧するので、第１〜第３磁石小片４４〜４６は基材３１Ａに強固に固定されるようになる。図１２に示す通り、第１、第２固定ネジ５６、５７の締結後、その皿頭部の頂面は第１磁石小片４４の表面４４Ｓと面一である。また、既述の通り、第１、第２固定ブロック７１、７２と第１〜第３磁石小片４４〜４６とは略同じ厚さである。従って、アキシャルギャップが微小であっても、永久磁石４Ａの固定のための部材が固定子２に対して干渉することはない。
【００７７】
また、被係止部としての内側傾斜面４４１及び外側傾斜面４４２は、第１磁石小片４４の径方向両端部、つまりその周縁部に配置されているので、当該永久磁石４Ａが作る磁気回路に影響を与えない。さらに、３つに分割された磁石小片４４〜４６を、内径側については一つの第１固定ブロック７１、外径側についても一つの第２固定ブロック７２で固定しているので、部品点数を削減できる利点がある。
【００７８】
［第２実施形態の変形例］
図１３は、第２実施形態の変形例に係る、永久磁石４Ｂの基材３１Ａへの取り付け状態を示す平面図である。上記実施形態では、第１、第２固定ネジ５６、５７及び第１、第２固定ブロック７１、７２を固定部材として、周方向に分割された磁石小片を固定する例を示した。周方向に分割された磁石小片であっても、第１実施形態で例示した固定部材を採用することもできる。
【００７９】
図１３（Ａ）では、一つの磁極ユニットの永久磁石４Ｂが、周方向に２つに分割された第４磁石小片４７及び第５磁石小片４８からなる例を示している。第４磁石小片４７は、径方向内側の端部４７１に被係止部としての内側凹部４７３を、径方向外側の端部４７２に被係止部としての外側凹部４７４を有している。第５磁石小片４８も、径方向内側の端部４８１に内側凹部４８３を、径方向外側の端部４８２に外側凹部４８４を有している。
【００８０】
内側凹部４７３、４８３は、各々中心角が９０度程度の円弧状凹部であり、両者が隣接して並ぶことで、一つの内側半円形凹部４９１が形成されている。同様に、外側凹部４７４、４８４が隣接して並ぶことで、一つの外側半円形凹部４９２が形成されている。そして、図１３（Ｂ）に示すように、内側半円形凹部４９１が皿頭ネジ５８と、外側半円形凹部４９２が皿頭ネジ５９と各々係合して、基材３１Ａに固定されている。この変形例によれば、固定ブロックのような部品の使用を省くことができる。
【００８１】
この他、上記実施形態では、一つの磁極ユニットＰの永久磁石４Ａが周方向に複数の磁石小片４４〜４６に分割されている例を示した。これに代えて、永久磁石４Ａを分割することなく、第１、第２固定ネジ５６、５７及び第１、第２固定ブロック７１、７２を用いて、基材３１Ａに固定するようにしても良い。また、磁石小片の傾斜面４４１、４４２、及び固定ブロックの逆傾斜面７１１、７１２は、両者が面接触できるものであれば良く、例えば曲面状、階段状にしても良い。
【００８２】
以上説明した本発明に係るアキシャルギャップ型回転電機１によれば、永久磁石を回転子の円盤状の基材に確実に取り付けることができる。また、永久磁石が形成する磁気回路にも影響を与えない。従って、永久磁石の基材からの剥離が生じることがなく、磁気的な能力にも優れた、アキシャルギャップ型回転電機を提供することができる。
【符号の説明】
【００８３】
１  アキシャルギャップ型回転電機
２  固定子
２１  磁性コア
２２  励磁コイル
３、３Ａ  回転子
３１、３１Ａ  円盤状の基材
４、４Ａ、４Ｂ  永久磁石
４１、４２、４３、４４、４５、４６  磁石小片
４１Ｒ  裏面
４１Ｓ  表面
４１２、４２２、４３２  凹部（被係止部）
４４１、４４２  傾斜面
５  固定部材
５１、５２、５３  皿頭ネジ（固定部材）
５１１  胴部（固定部）
５１２  皿頭部（係止部）
５６、５７  固定ネジ（締結具）
６  固定ピース
７１、７２  固定ブロック（固定治具）
７１１、７１２  逆傾斜面
ＡＸ  回転中心軸
Ｐ  磁極ユニット（一の磁極）
ＰＡ、ＰＢ  磁極ユニット（他の磁極）
Ｇ  間隔（アキシャルギャップ）
【図１】
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【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】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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