(57)【要約】【課題】コイルエンドの高さを低減する回転電機の固定子を提供する。【解決手段】固定コア１２の周方向に異なるスロット１４に設置されているセグメント導体３０、４０、５０のスロット導体３２、４２、５２は、ターン部３４、４４、５４により接続されている。各スロット１４には、半径方向内側の１層から半径方向外側の６層に向けて６本のスロット導体が一列に設置されている。セグメント導体３０は１層と３層にスロット導体３２を設置し、セグメント導体４０は４層と６層にスロット導体４２を設置し、セグメント導体５０は２層と５層にスロット導体５２を設置している。周方向に隣り合うセグメント導体３０同士の間、セグメント導体４０同士の間、セグメント導体５０同士の間に隙間３００、３０２、３０４が形成されている。隙間３００、３０２にセグメント導体５０が設置され、隙間３０４にセグメント導体３０、４０が設置されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
周方向に交互に異なる複数の磁極を形成している回転子と内周側または外周側で向き合う回転電機の固定子において、
周方向に複数のスロットを有する固定コアと、周方向に位置の異なる前記スロットに設置されている２個のスロット導体および前記スロットの外部で前記スロット導体同士を接続しているターン部を有する複数のセグメント導体を接続して形成されている固定子巻線とを備え、
各スロットに半径方向に一列に設置されている前記スロット導体の数をＮｃとすると６≦Ｎｃであり、
各スロットに半径方向に一列に設置されている前記スロット導体を前記スロットの半径方向内側から半径方向外側に向けて１層、２層、・・・、Ｎｃ層とすると、周方向に位置の異なる２個のスロットに前記スロット導体を設置している３個の前記セグメント導体は、それぞれ２個の前記スロット導体を、ｋ（１≦ｋ≦Ｎｃ−５であり、１２≦Ｎｃであれば複数の値を取り得る）層と（ｋ＋２）層、（ｋ＋３）層と（ｋ＋５）層、（ｋ＋１）層と（ｋ＋４）層に設置していることを特徴とする回転電機の固定子。
【請求項２】
Ｎｃ＝６であることを特徴とする請求項１に記載の回転電機の固定子。
【請求項３】
前記３個のセグメント導体の前記スロット導体が前記ターン部とは反対側の前記スロットの外部で電気的に接続されている接続部は半径上において互いに周方向位置がずれていることを特徴とする請求項１または２に記載の回転電機の固定子。
【請求項４】
前記固定子巻線の各相は並列に電気接続されており、並列に電気接続されている各相の前記固定子巻線の２本の引出線は同一スロットから引き出されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の回転電機の固定子。
【請求項５】
各相の前記固定子巻線は並列に電気接続され、各相の前記固定子巻線同士はスター結線されており、各相の前記固定子巻線の２本の電源側引出線および中線点引出線はそれぞれ同一スロットの隣接位置から並行して引き出されていることを特徴とする請求項４に記載の回転電機の固定子。
【請求項６】
前記セグメント導体は、導体部と、前記導体部の外周を覆う絶縁被覆とを有し、前記絶縁被覆の厚みは１００μｍ以上であることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の回転電機の固定子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機の固定子に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動機および発電機を兼ねているか、あるいは電動機または発電機として専用に使用される回転電機として、特許文献１、２に開示されるものが公知である。特許文献１、２ともに、所謂セグメント導体(Segment Conductor；ＳＣ)を固定コアのスロットに設置し、セグメント導体の開放端部を電気的に接続して固定子巻線を形成している。セグメント導体は、固定コアの各スロットに設置されているスロット導体と、スロット導体同士を電気的に接続しているターン部とにより形成されている。
【０００３】
このような回転電機においては、要求性能に応じて、固定コアの各スロットに設置されているセグメント導体のスロット導体の数、ならびに回転電機の回転子の１極当たりの各相のスロット数を増加し、１極当たりの各相のスロット導体の数を増加することがある。
しかしながら、特許文献１、２のセグメント導体の配置では、各スロットに６個のスロット導体を収容する場合、内周側のセグメント導体のターン部の外周側に他のセグメント導体のターン部を設置しているので、固定コアの軸方向側の端面から突出する固定子巻線のターン部（以下、固定コアの軸方向側の端面から突出する固定子巻線のターン部を「コイルエンド」ともいう。）の高さが高くなるという問題がある。
【０００４】
【特許文献１】特許第３３０３７７３号公報
【特許文献２】特許第３３８４３３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は上記問題を解決するためになされたものであり、コイルエンドの高さを低減する回転電機の固定子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】
【０００６】
請求項１から６に記載の発明では、固定コアの各スロットに半径方向に一列に設置されているスロット導体の数をＮｃとすると６≦Ｎｃであり、周方向に位置の異なる２個のスロットにスロット導体を設置している３個のセグメント導体は、それぞれ２個のスロット導体を、ｋ（１≦ｋ≦Ｎｃ−５であり、１２≦Ｎｃであれば複数の値を取り得る）層と（ｋ＋２）層、（ｋ＋３）層と（ｋ＋５）層、（ｋ＋１）層と（ｋ＋４）層に設置している。説明を簡単にするために、ｋ層と（ｋ＋２）層、（ｋ＋３）層と（ｋ＋５）層、（ｋ＋１）層と（ｋ＋４）層にスロット導体を設置しているセグメント導体をそれぞれ１−３導体、４−６導体、２−５導体という。
【０００７】
周方向に設置されている１−３導体と１−３導体、４−６導体と４−６導体のターン部の間には隙間が形成されているので、この隙間に２−５導体のターン部を設置できる。さらに、周方向に設置されている２−５導体と２−５導体のターン部の間にも隙間が形成されているので、この隙間に１−３導体、４−６導体のターン部を設置できる。これにより、セグメント導体のターン部の外周側に他のセグメント導体のターン部を設置することなく、これら３個の１−３導体、４−６導体、２−５導体を固定コアに設置できるので、これら３個のセグメント導体のターン部が固定コアの軸方向側の端面から突出する高さが低くなる。これにより、コイルエンドの高さが低くなる。各スロットに設置されるスロット導体数が６個よりも多くなる場合には、上記３個のセグメント導体の配置を基本配置構造とするので、コイルエンドの高さを極力低くすることができる。
【０００８】
また、請求項１から６に記載の発明では、１−３導体、４−６導体、２−５導体が少なくとも１層の間隔を開けてスロットに設置されるので、各セグメント導体のターン部の曲がりが緩やかになる。これにより、スロット導体から半径方向両側に張り出す張り出し量を極力低減してターン部を形成できるので、固定子巻線が半径方向に張り出す張出量を低減できる。
【０００９】
請求項２に記載の発明では、Ｎｃ＝６であるから、１−３導体と４−６導体と２−５導体とで固定子巻線を形成できる。これにより、セグメント導体のターン部の外周側に他のセグメント導体のターン部を設置しないで固定子巻線を形成できるので、Ｎｃ＝６の場合に固定子巻線のコイルエンドの高さを低くすることができる。
【００１０】
請求項３に記載の発明では、３個のセグメント導体のスロット導体がターン部とは反対側のスロットの外部で電気的に接続されている接続部は半径上において互いに周方向位置がずれている。これにより、セグメント導体のスロット導体同士の接続部が半径上に並んでいる場合に比べ、接続部同士の間隔が大きくなる。これにより、スロット導体の接続作業が容易になる。さらに、セグメント導体のスロット導体同士の接続部の間隔が大きいので、接続部同士を絶縁する上で有利である。また、スロット導体同士の接続部の間隔が従来と同じであれば、接続部が配置される半径方向の幅を狭くすることができる。これにより、ターン部と軸方向の反対側でスロットから突出している固定子巻線が半径方向に張り出す張出量を低減できる。
【００１１】
請求項４に記載の発明では、固定子巻線の各相は並列に電気接続されており、並列に電気接続されている各相の固定子巻線の２本の引出線は同一スロットから引き出されている。このように引出線を離さずに同一スロットから引き出すので、引出線側の結線が容易になる。例えば、請求項５に記載の発明のように、並列に電気接続された各相の固定子巻線同士がスター結線されている場合には、電源側引出線および中性点側引出線をそれぞれ同一スロットの隣接位置から並行して引き出すことにより、引出線側の結線が容易になる。
【００１２】
前述したように、請求項１から６に記載の発明では、１−３導体、４−６導体、２−５導体のターン部の曲がりが緩やかになるので、請求項６に記載の発明のように、セグメント導体の絶縁被覆の厚みを１００μｍ以上にしてセグメント導体の太さを太くしても半径方向の張出量を低減しつつターン部の曲がりを確保できる。これにより、絶縁紙等の絶縁材を用いることなくセグメント導体を絶縁できる。その結果、絶縁紙等の絶縁材を用いることなくスロットにセグメント導体を設置できるので、回転電機の固定子の組付工数が低減する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による回転電機の固定子を図３に示す。図３に示す固定子１０は、例えば車両の電動機および発電機を兼ねる回転電機に使用される。固定子１０は、内周側に回転子を回転自在に収容する。回転子は、永久磁石により周方向に交互に異なる磁極を固定子の内周側と向き合う外周側に複数形成している。固定子１０の固定コア１２は、所定厚さの磁性鋼板を軸方向に積層して環状に形成されている。固定子巻線２０は各相の固定子巻線２０が直列に接続され、各相の固定子巻線２０同士がスター結線されている三相巻線である。
【００１４】
固定コア１２には、軸方向に沿い周方向にスロット１４が等間隔に形成されている。周方向に隣接する６個のスロット１４が回転子の１極に対応している。つまり、磁極ピッチは６スロットである。そして、図６に示すように、一相の固定子巻線２０の巻線ピッチは５スロットである。図６において、黒点は導体を溶接している箇所を示し、１６〜４５が示す数字はスロット番号である。このように、磁極ピッチが６スロット、巻線ピッチが５スロットの短節巻にすることにより１個当たりのセグメント導体の長さが短くなるので、固定子巻線２０を形成するセグメント導体３０、４０、５０（図１参照）の導体量が減少する。
【００１５】
ここで、各スロット１４にはセグメント導体３０、４０、５０のスロット導体３２、４２、５２が２個ずつ半径方向に一列に設置されている。そして、各相の固定子巻線２０は周方向に隣接する３個のスロット１４に設置されている。ただし、周方向に隣接する３個のスロットの周方向両側のスロット１４には一相のスロット導体３２、４２、５２が１個ずつ３個設置されている。同じスロット１４の残りの３個のスロット導体３２、４２、５２は他相のスロット導体３２、４２、５２である。したがって、実質的に各相の固定子巻線２０は、回転子の１極当たり周方向に隣接する２個のスロット１４に設置されているとみなすことができる。したがって、本実施形態では、周方向に隣接する２個のスロット１４を一組として実質的に周方向に隣接する三組のスロット１４にそれぞれ各相の固定子巻線２０が設置されているとみなすことができる。これに対し、図７に示す第１実施形態の変形形態のように、巻線ピッチを６スロットにした全節巻により固定子巻線２０を形成してもよい。
【００１６】
図１に示すように、固定子巻線２０は、セグメント導体３０、４０、５０を互いに電気的に接続して形成されている。セグメント導体３０、４０は重ね巻きされており、セグメント導体５０は波巻きされている。図４に示すように、セグメント導体３０は、導体部３６と、導体部３６の外周を覆い導体部３６を絶縁する内層３７および外層３８からなる絶縁被覆とから形成されている。内層３７は導体部３６の外周を覆い、外層３８は内層３７の外周を覆っている。内層３７はエナメルで形成され、外層３８はＰＰＳ（ポリフェニレンスルフィド）等の絶縁樹脂で形成されている。内層３７および外層３８を合わせた絶縁被覆の厚みは、１００μｍ以上、好ましくは１００μｍ以上２００μｍ以下の範囲に設定されている。このように、内層３７および外層３８からなる絶縁被覆の厚みが厚いので、セグメント導体３０同士を絶縁するめにセグメント導体３０同士の間に絶縁紙等を挟み込んで絶縁する必要がない。これにより、固定子１０の組付工数が低減する。他のセグメント導体４０、５０も図４に示すセグメント導体３０と同じ構成である。
【００１７】
図１に示すように、セグメント導体３０、４０、５０は、固定コア１２の周方向に異なるスロット１４に設置されるスロット導体３２、４２、５２と、スロット１４から固定コア１２の外に突出しスロット導体３２、４２、５２同士を接続しているターン部３４、４４、５４とを有している。
各スロット１４の半径方向内側から半径方向外側に向けて６本のスロット導体が一列に各スロット１４に設置されている。各スロット１４の半径方向の最も内側に設置されているスロット導体を１層とし、各スロット１４の半径方向の最も外側に設置されているスロット導体を６層とし、６層のスロット導体がスロット１４に設置されている。
【００１８】
セグメント導体３０は５スロットの巻線ピッチでスロット１４の１層と３層にスロット導体３２を設置し、セグメント導体４０は５スロットの巻線ピッチでスロット１４の４層と６層にスロット導体４２を設置し、セグメント導体５０は５スロットの巻線ピッチでスロット１４の２層と５層にスロット導体５２を設置している。この巻線構成により、固定コア１２の一方の軸方向側の端面１６からスロット１４の外部に突出し周方向に隣り合うターン部側のセグメント導体３０同士の間、および周方向に隣り合うセグメント導体４０同士の間に隙間３００、３０２が形成されている。また、固定コア１２の一方の軸方向側の端面１６からスロット１４の外部に突出し周方向に隣り合うターン部側のセグメント導体５０同士の間に隙間３０４が形成されている。そして、２箇所の隙間３００、３０２にターン部５４側のセグメント導体５０がセグメント導体３０、４０と交差して設置され、隙間３０４にターン部３４、４４側のセグメント導体３０、４０が設置されている。これにより、セグメント導体３０、４０、５０のターン部３４、４４、５４を互いに他のセグメント導体のターン部の外周側に設置することなく配置し固定子巻線２０を形成できる。したがって、図３に示すように、ターン部側の固定子巻線２０のコイルエンドの高さｈが低くなる。
【００１９】
また、セグメント導体３０、４０、５０が少なくとも１層の間隔をあけてスロット１４に設置されているので、ターン部３４、４４、５４の曲がりが緩やかになっている。これにより、セグメント導体３０、４０、５０のターン部３４、４４、５４がスロット導体３２、４２、５２から半径方向に張り出す張出量を極力小さくすることができる。その結果、ターン部３４、４４、５４側で固定コア１２から突出している固定子巻線２０の径方向幅が狭くなる。これにより、ターン部３４、４４、５４側の固定子巻線２０が半径方向に張り出す張出量が小さくなる。固定子巻線２０の半径方向の張出量が小さくなることにより、固定コア１２の外径が小さくなっても、ターン部側の固定子巻線２０の半径方向外側に固定コア１２の端面１６の平坦部の長さＬを所定長さ確保できる。
【００２０】
一方、図２に示すように、固定コア１２に対しターン部３４、４４、５４と反対の軸方向側で固定コア１２からスロット１４の外部に突出しているスロット導体３２、４２、５２の端部側では、１層のスロット導体３２と２層のスロット導体５２（第１接続部という）、３層のスロット導体３２と４層のスロット導体４２（第２接続部という）、５層のスロット導体５２と６層のスロット導体４２（第３接続部という）がそれぞれ溶接等で電気的に接続している。半径上において第２接続部は第１接続部および第３接続部に対し半スロット周方向位置がずれており、第１、第２、第３接続部は千鳥配置になっている。これにより、ターン部３４、４４、５４と反対の軸方向側の固定子巻線２０の径方向幅が同じであれば、第１、第２、第３接続部を半径上に並べて配置する構成に比べ、第１接続部と第２接続部の間隔、ならびに第２接続部と第３接続部の間隔を大きくできる。
【００２１】
また、第１接続部と第２接続部の間隔、ならびに第１接続部と第２接続部の間隔が第１、第２、第３接続部を半径上に並べて配置する構成と同じであれば、ターン部３４、４４、５４と反対の軸方向側の固定子巻線２０の径方向幅が狭くなる。これにより、ターン部３４、４４、５４と反対の軸方向側の固定子巻線２０が半径方向に張り出す張出量が小さくなる。固定子巻線２０の半径方向の張出量が小さくなることにより、固定コア１２の外径が小さくなっても、ターン部３４、４５、５４と反対側の固定子巻線２０の半径方向外側に固定コア１２の端面１６の平坦部の長さＬを所定長さ確保できる。
【００２２】
次に、セグメント導体３０、４０、５０以外の導体により形成されている固定子巻線２０の巻線構成を図５および図６に基づいて説明する。
直列接続されている各相の固定子巻線２０の一方の端部でありスロット１４（図６ではスロット番号４１）の５層に設置されている端部導体６０から電源側引出線６１は引き出され、各相の固定子巻線２０の他方の端部でありスロット１４（図６ではスロット番号３７）の２層に設置されている端部導体６２から中性点側引出線６３は引き出されている。各相１本の中性点側引出線６３は、三相で３本をまとめて結線している。
【００２３】
また、セグメント導体７０は５スロットの巻線ピッチで２層（図６ではスロット番号３６）と６層（図６ではスロット番号４１）に設置されて重巻きされ、セグメント導体７２は５スロットの巻線ピッチで１層（図６ではスロット番号３７）と５層（図６ではスロット番号４２）に設置されて波巻きされている。セグメント導体３０、４０、５０による各相の固定子巻線２０の進行方向は、セグメント導体７０、７２の２箇所で周方向に反転している。
【００２４】
また、各相の固定子巻線２０において、電源側引出線６１、端部導体６０に連なるセグメント導体３０、４０、５０が形成する巻線１と、中性点側引出線６３、端部導体６２に連なるセグメント導体３０、４０、５０が形成する巻線２とは、６スロット離れた４層導体８０（図６ではスロット番号３６に設置）と３層導体８２（図６ではスロット番号４２に設置）とを溶接等で結合することにより電気的に接続している。
以上の巻線構成により、各相の固定子巻線２０は電源側の巻線１と中性点側の巻線２とを直列に接続している。
【００２５】
（変形形態）
第１実施形態の変形形態の巻線図を図７に示す。第１実施形態と実質的に同一構成部分に同一符号を付す。図７において、黒点は導体を溶接している箇所を示し、１６〜４３が示す数字はスロット番号である。
図７の変形形態は、６スロットの磁極ピッチに対し巻線ピッチが６スロットの全節巻である。各相のセグメント導体３０、４０、５０のスロット導体３２、４２、５２は、周方向に隣接する２個のスロット１４に半径方向に一列に設置されている。セグメント導体７０、７２は６スロットの巻線ピッチでスロット１４に設置されている。また、４層導体８０（図７ではスロット番号３５に設置）と３層導体８２（図７ではスロット番号４２に設置）とは７スロット離れている。
【００２６】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態の巻線図を図８に示す。尚、第１実施形態と実質的に同一構成部分に同一符号を付す。図８において、黒点は導体を溶接している箇所を示し、１６〜４３が示す数字はスロット番号である。
第２実施形態は、図７の変形形態と同様に、６スロットの磁極ピッチに対し巻線ピッチが６スロットの全節巻である。また、各相の固定子巻線２０は並列に接続されており、三相の固定子巻線２０はスター結線されている。
【００２７】
各相において２本の電源側引出線６１は、同じスロット１４（図８ではスロット番号４１）の５層および６層に設置されている端部導体６０から引き出されている。また、各相において２本の中性点側引出線６３は、同じスロット１４（図８ではスロット番号３６）の１層および２層に設置されている端部導体６２から引き出されている。
【００２８】
また、並列接続されている各相の固定子巻線２０において、一方の電源側引出線６１、端部導体６０から同じ６スロットの巻線ピッチのスロット１４に設置されているセグメント導体３０、４０、５０が形成する巻線の端部と、この巻線が設置されているスロット１４に隣接するスロット１４に同じ６スロットの巻線ピッチで設置されているセグメント導体３０、４０、５０が形成する巻線の端部とは、７スロット離れた４層導体８０（図８ではスロット番号３５に設置）と３層導体８２（図８ではスロット番号４２）とを溶接等で結合することにより電気的に接続している。
【００２９】
また、並列接続されている各相の固定子巻線２０において、他方の電源側引出線６１、端部導体６０から同じ６スロットの巻線ピッチのスロット１４に設置されているセグメント導体３０、４０、５０が形成する巻線の端部と、この巻線が設置されているスロット１４に隣接するスロット１４に同じ６スロットの巻線ピッチで設置されているセグメント導体３０、４０、５０が形成する巻線の端部とは、７スロット離れた２層（図８ではスロット番号３５）と５層（図８ではスロット番号４２）のスロット１４に設置されているセグメント導体９０により電気的に接続している。
【００３０】
以上の巻線構成により、各相の固定子巻線２０は電源側と中性点側との間で並列に接続している。
第２実施形態では、各相の固定子巻線２０を並列接続しているので、回転電機を流れる電流値を増加できる。また、２本の電源側引出線６１、中性点側引出線６３をそれぞれ同じスロット１４から引き出しているので、図９に示すように引出線の結線が容易である。各相２本の中性点側引出線６３は、三相で６本をまとめて結線している。
【００３１】
（他の実施形態）
上記実施形態では、各スロット１４に６個のセグメント導体を設置する固定子巻線２０について説明した。これに対し、各スロット１４に７個以上のセグメント導体を設置してもよい。この場合、各スロットに半径方向に一列に設置されているスロット導体の数をＮｃ（６≦Ｎｃ）とすると、周方向に位置の異なる２個のスロットにスロット導体を設置している３個のセグメント導体は、それぞれ２個のスロット導体を、ｋ（１≦ｋ≦Ｎｃ−５の任意の値）層と（ｋ＋２）層、（ｋ＋３）層と（ｋ＋５）層、（ｋ＋１）層と（ｋ＋４）層に設置すればよい。１２≦Ｎｃであれば、前述したスロットの層に設置される３個のセグメント導体の配置を半径方向に繰り返してもよい。つまり、ｋは（１≦ｋ≦Ｎｃ−５）の範囲で複数の値を取り得る。また、回転子の１極当たりの各相のスロット数Ｎｓは２に限らず３以上でもよい。
【００３２】
上記実施形態では電動機および発電機を兼ねている回転電機の固定子について説明した。これに対し、電動機または発電機のいずれかの専用の回転電機の固定子として上記実施形態の固定子を適用してもよい。
また、上記実施形態では、固定子の内周側に回転子を設置し固定子が内周側で回転子と向き合う構成について説明した。これに対し、固定子の外周側に回転子を設置し固定子が外周側で回転子と向き合う構成を採用してもよい。
【００３３】
上記実施形態では、三相の固定子巻線２０をスター結線にした。これに対し、三相の固定子巻線を環状のデルタ結線にしてもよい。
このように、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】（Ａ）ターン部側から見た固定子巻線を示す斜視図、（Ｂ）ターン部側から見たセグメント導体を示す斜視図。
【図２】（Ａ）接続部側から見た固定子巻線を示す斜視図、（Ｂ）接続部側から見たセグメント導体を示す斜視図。
【図３】（Ａ）固定子を示す斜視図、（Ｂ）固定子を側方から見た図。
【図４】セグメント導体の断面図。
【図５】（Ａ）引出線付近の固定子巻線を半径方向外側から見た斜視図、（Ｂ）引出線付近の固定子巻線を半径方向内側から見た斜視図。
【図６】第１実施形態の固定子巻線の巻線図。
【図７】第２実施形態の固定子巻線の巻線図。
【図８】第３実施形態の固定子巻線の巻線図。
【図９】第３実施形態の引出線付近の固定子巻線を半径方向外側から見た斜視図。
【符号の説明】
【００３５】
１０：固定子、１２：固定コア、１４：スロット、１６：端面、２０：固定子巻線、３０、４０、５０：セグメント導体、３２、４２、５２：スロット導体、３４、４４、５４：ターン部、３６：導体部、３７：内層（絶縁被覆）、３８：外層（絶縁被覆）
【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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