(57)【要約】【課題】回転電機の効率低下を抑えながら、回転子の外周部に配設された導体または磁極の除熱を効率よく行う。【解決手段】軸心２２の一端部には、液体冷媒を回転子１４内部に供給するための冷媒供給ポート３２が形成されている。鉄心１６の外周部における導体１８の近傍には、冷媒供給ポート３２と連通し、冷媒供給ポート３２から供給された液体冷媒によって導体１８の除熱を行うための除熱流路３６が形成されている。軸心２２の他端部には、除熱流路３６と連通し、除熱流路３６に供給された液体冷媒を回転子１４内部から排出するための冷媒排出ポート４０が形成されている。【選択図】図１
2008219960.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄心の外周部に導体または磁極が配設された回転子であって、その回転中心軸に沿って軸心が配設された回転子と、
鉄心の外周部と対向配置された固定子と、
を備える回転電機であって、
液体冷媒を回転子内部に供給するための冷媒供給口が軸心の一端部に形成され、
冷媒供給口と連通し、冷媒供給口から供給された液体冷媒によって鉄心の外周部に配設された導体または磁極の除熱を行うための除熱流路が鉄心に形成され、
除熱流路と連通し、除熱流路に供給された液体冷媒を回転子内部から排出するための冷媒排出口が軸心の一端部または他端部に形成されている、回転電機。
【請求項２】
請求項１に記載の回転電機であって、
除熱流路は、軸心と平行方向に関する鉄心の一端側から他端側へ向かって延びる管路状の流路を含む、回転電機。
【請求項３】
請求項１または２に記載の回転電機であって、
軸心から回転子の外周部へ向かって延びる流路であって、軸心側の端部が冷媒供給口と連通し、回転子の外周部側の端部が除熱流路の一端部と連通する供給側流路が回転子内部に形成され、
軸心から回転子の外周部へ向かって延びる流路であって、軸心側の端部が冷媒排出口と連通し、回転子の外周部側の端部が除熱流路の他端部と連通する排出側流路が回転子内部に形成されている、回転電機。
【請求項４】
請求項３に記載の回転電機であって、
除熱流路を流れる液体冷媒と回転子との接触面積は、供給側流路を流れる液体冷媒と回転子との接触面積、及び排出側流路を流れる液体冷媒と回転子との接触面積の少なくとも一方よりも大きい、回転電機。
【請求項５】
請求項３または４に記載の回転電機であって、
供給側流路を流れる液体冷媒と回転子との接触面積、及び排出側流路を流れる液体冷媒と回転子との接触面積の少なくとも一方は、軸心側よりも回転子の外周部側の方が大きい、回転電機。
【請求項６】
請求項３〜５のいずれか１に記載の回転電機であって、
供給側流路及び排出側流路の少なくとも一方の周囲に断熱部材が配設されている、回転電機。
【請求項７】
請求項６に記載の回転電機であって、
前記断熱部材の厚さは、回転子の外周部側よりも軸心側の方が厚い、回転電機。
【請求項８】
請求項３〜７のいずれか１に記載の回転電機であって、
供給側流路は、軸心と平行方向に関する回転子の一端部に形成され、
排出側流路は、軸心と平行方向に関する回転子の他端部に形成されている、回転電機。
【請求項９】
請求項３〜８のいずれか１に記載の回転電機であって、
複数の供給側流路が放射状に形成されているとともに複数の排出側流路が放射状に形成されており、
複数の除熱流路が回転子の周方向に配列されている、回転電機。
【請求項１０】
外周部に導体が配設された回転子であって、その回転中心軸に沿って軸心が配設された回転子と、
回転子の外周部と対向配置された固定子と、
を備える回転電機であって、
液体冷媒を回転子内部に供給するための冷媒供給口が軸心の一端部に形成され、
冷媒供給口と連通し、冷媒供給口から供給された液体冷媒によって回転子の外周部に配設された導体の除熱を行うための除熱流路が導体内部に形成され、
除熱流路と連通し、除熱流路に供給された液体冷媒を回転子内部から排出するための冷媒排出口が軸心の一端部または他端部に形成されている、回転電機。
【請求項１１】
請求項１０に記載の回転電機であって、
回転子の外周部に配設された導体は、軸心と平行方向に関する回転子の一端側から他端側へ向かって延びる管状の導体であり、
除熱流路は、管状の導体の長手方向に沿って延びる流路を含む、回転電機。
【請求項１２】
外周部に導体または磁極が配設された回転子であって、その回転中心軸に沿って軸心が配設された回転子と、
回転子の外周部と対向配置された固定子と、
を備える回転電機であって、
液体冷媒を回転子内部に供給するための冷媒供給口が軸心の一端部に形成され、
液体冷媒を回転子内部から排出するための冷媒排出口が軸心の一端部または他端部に形成され、
軸心から回転子の外周部へ向かって延びる管路状の流路であって、軸心側の端部が冷媒供給口及び冷媒排出口と連通し、回転子の外周部側の端部が閉塞された除熱流路が回転子内部に形成され、
除熱流路は、回転子の外周部に配設された導体または磁極の発熱に伴って液体冷媒が回転子の外周部側の端部から軸心側の端部へ熱を移動させることで、回転子の外周部に配設された導体または磁極の除熱を行うための流路である、回転電機。
【請求項１３】
請求項１２に記載の回転電機であって、
除熱流路は、軸心と平行方向に関する回転子の端部に形成されている、回転電機。
【請求項１４】
請求項１２または１３に記載の回転電機であって、
複数の除熱流路が放射状に形成されている、回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機に関し、特に回転子の冷却構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転電機の冷却構造としては、様々な構造が提案されている。例えば下記特許文献１においては、軸心から回転子内に冷媒を供給し、回転子内に供給された冷媒を回転子の径方向に沿って延びる冷媒流路を通して回転子と固定子との間の空隙に供給している。
【０００３】
また、下記特許文献２においては、回転子の鉄心を所定の空隙を設けてケースで覆い、軸心内部に冷媒流路を設けるとともに前記空隙に対応する位置に冷媒流路の開口部を設け、軸心の一端から冷媒流路を介して回転子の鉄心とケースとの間の空隙に冷媒を供給することで、回転子の鉄心を冷却している。
【０００４】
その他にも、下記特許文献３〜７による回転電機の冷却構造が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平６−１５９８２５号公報
【特許文献２】特開平９−１６３６８２号公報
【特許文献３】特開平５−４９２３６号公報
【特許文献４】特開平５−２３６７０４号公報
【特許文献５】特開平９−４６９７３号公報
【特許文献６】特開平９−９５６１号公報
【特許文献７】特開平７−１１５７４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１においては、回転子と固定子との間の空隙に冷媒を供給しているため、回転子が固定子に対して回転するときに冷媒にせん断力が作用して引き摺り損失が発生する。その結果、回転電機の効率低下を招くことになる。
【０００７】
また、特許文献２においては、引き摺り損失は生じないものの、回転子の鉄心を覆うケースが回転子の磁気特性に与える影響を抑えるためには、ケースに非金属材料を用いる必要がある。その結果、回転子と固定子との間の磁気的ギャップ量が増大し、回転電機の効率低下を招くことになる。
【０００８】
本発明は、回転電機の効率低下を抑えながら、回転子の外周部に配設された導体または磁極の除熱を効率よく行うことができる回転電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】
【０００９】
本発明に係る回転電機は、上述した目的を達成するために以下の手段を採った。
【００１０】
本発明に係る回転電機は、鉄心の外周部に導体または磁極が配設された回転子であって、その回転中心軸に沿って軸心が配設された回転子と、鉄心の外周部と対向配置された固定子と、を備える回転電機であって、液体冷媒を回転子内部に供給するための冷媒供給口が軸心の一端部に形成され、冷媒供給口と連通し、冷媒供給口から供給された液体冷媒によって鉄心の外周部に配設された導体または磁極の除熱を行うための除熱流路が鉄心に形成され、除熱流路と連通し、除熱流路に供給された液体冷媒を回転子内部から排出するための冷媒排出口が軸心の一端部または他端部に形成されていることを要旨とする。
【００１１】
本発明によれば、回転電機の効率低下を抑えながら、回転子の回転による遠心力及び回転子からの受熱による液体浮力を利用して、回転子の外周部に配設された導体または磁極の除熱を効率よく行うことができる。
【００１２】
本発明の一態様では、除熱流路は、軸心と平行方向に関する鉄心の一端側から他端側へ向かって延びる管路状の流路を含むことが好適である。この態様によれば、除熱流路を流れる液体冷媒に作用する摩擦力をほぼ主流方向に限定して極力少なくすることができるので、回転子への液体冷媒の輸送動力を低減することができる。
【００１３】
本発明の一態様では、軸心から回転子の外周部へ向かって延びる流路であって、軸心側の端部が冷媒供給口と連通し、回転子の外周部側の端部が除熱流路の一端部と連通する供給側流路が回転子内部に形成され、軸心から回転子の外周部へ向かって延びる流路であって、軸心側の端部が冷媒排出口と連通し、回転子の外周部側の端部が除熱流路の他端部と連通する排出側流路が回転子内部に形成されていることが好適である。
【００１４】
本発明の一態様では、除熱流路を流れる液体冷媒と回転子との接触面積は、供給側流路を流れる液体冷媒と回転子との接触面積、及び排出側流路を流れる液体冷媒と回転子との接触面積の少なくとも一方よりも大きいことが好適である。この態様によれば、冷媒排出ポートと冷媒供給ポートとの圧力差を増大させることができ、回転子への液体冷媒の輸送動力を低減することができる。
【００１５】
本発明の一態様では、供給側流路を流れる液体冷媒と回転子との接触面積、及び排出側流路を流れる液体冷媒と回転子との接触面積の少なくとも一方は、軸心側よりも回転子の外周部側の方が大きいことが好適である。この態様によっても、冷媒排出ポートと冷媒供給ポートとの圧力差を増大させることができ、回転子への液体冷媒の輸送動力を低減することができる。
【００１６】
本発明の一態様では、供給側流路及び排出側流路の少なくとも一方の周囲に断熱部材が配設されていることが好適である。この態様によっても、冷媒排出ポートと冷媒供給ポートとの圧力差を増大させることができ、回転子への液体冷媒の輸送動力を低減することができる。この態様では、前記断熱部材の厚さは、回転子の外周部側よりも軸心側の方が厚いことで、冷媒排出ポートと冷媒供給ポートとの圧力差をさらに増大させることができ、回転子への液体冷媒の輸送動力をさらに低減することができる。
【００１７】
本発明の一態様では、供給側流路は、軸心と平行方向に関する回転子の一端部に形成され、排出側流路は、軸心と平行方向に関する回転子の他端部に形成されていることが好適である。また、本発明の一態様では、複数の供給側流路が放射状に形成されているとともに複数の排出側流路が放射状に形成されており、複数の除熱流路が回転子の周方向に配列されていることが好適である。
【００１８】
また、本発明に係る回転電機は、外周部に導体が配設された回転子であって、その回転中心軸に沿って軸心が配設された回転子と、回転子の外周部と対向配置された固定子と、を備える回転電機であって、液体冷媒を回転子内部に供給するための冷媒供給口が軸心の一端部に形成され、冷媒供給口と連通し、冷媒供給口から供給された液体冷媒によって回転子の外周部に配設された導体の除熱を行うための除熱流路が導体内部に形成され、除熱流路と連通し、除熱流路に供給された液体冷媒を回転子内部から排出するための冷媒排出口が軸心の一端部または他端部に形成されていることを要旨とする。
【００１９】
本発明によれば、回転電機の効率低下を抑えながら、回転子の回転による遠心力及び回転子からの受熱による液体浮力を利用して、回転子の外周部に配設された導体の除熱を効率よく行うことができる。
【００２０】
本発明の一態様では、回転子の外周部に配設された導体は、軸心と平行方向に関する回転子の一端側から他端側へ向かって延びる管状の導体であり、除熱流路は、管状の導体の長手方向に沿って延びる流路を含むことが好適である。この態様によれば、除熱流路を流れる液体冷媒に作用する摩擦力をほぼ主流方向に限定して極力少なくすることができるので、回転子への液体冷媒の輸送動力を低減することができる。
【００２１】
また、本発明に係る回転電機は、外周部に導体または磁極が配設された回転子であって、その回転中心軸に沿って軸心が配設された回転子と、回転子の外周部と対向配置された固定子と、を備える回転電機であって、液体冷媒を回転子内部に供給するための冷媒供給口が軸心の一端部に形成され、液体冷媒を回転子内部から排出するための冷媒排出口が軸心の一端部または他端部に形成され、軸心から回転子の外周部へ向かって延びる管路状の流路であって、軸心側の端部が冷媒供給口及び冷媒排出口と連通し、回転子の外周部側の端部が閉塞された除熱流路が回転子内部に形成され、除熱流路は、回転子の外周部に配設された導体または磁極の発熱に伴って液体冷媒が回転子の外周部側の端部から軸心側の端部へ熱を移動させることで、回転子の外周部に配設された導体または磁極の除熱を行うための流路であることを要旨とする。
【００２２】
本発明によれば、除熱流路をサーモサイフォンとして機能させることで、回転電機の効率低下を抑えながら、回転子の回転による遠心力及び回転子からの受熱による液体浮力を利用して、回転子の外周部に配設された導体または磁極の除熱を効率よく行うことができる。
【００２３】
本発明の一態様では、除熱流路は、軸心と平行方向に関する回転子の端部に形成されていることが好適である。この態様によれば、除熱流路が回転子の磁気特性に与える影響を抑えることができる。
【００２４】
本発明の一態様では、複数の除熱流路が放射状に形成されていることが好適である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明を実施するための形態（以下実施形態という）を図面に従って説明する。
【００２６】
「実施形態１」
図１〜５は、本発明の実施形態１に係る回転電機の概略構成を示す図であり、本発明を誘導機に適用した場合を示す。図１は軸心２２と直交する方向から見た全体の概略構成を示し、図２は回転子１４の外観図を示し、図３は図２のＡ−Ａ断面図を示し、図４は図２のＢ−Ｂ断面図を示し、図５は図２のＣ−Ｃ断面図を示す。本実施形態に係る回転電機は、ケーシング２４に固定され巻線（１次導体）２６が配設された固定子（ステータ）１２と、固定子１２の内側に配置され固定子１２に対し回転可能な回転子（ロータ）１４と、を備える。
【００２７】
回転子１４は、鉄心（コア）１６と、鉄心１６の外周部に配設された複数の導体（２次導体）１８と、短絡環２０−１，２０−２と、を含む。回転子１４には、その回転中心軸に沿って軸心２２が配設されており、軸心２２はケーシング２４に回動可能に支持されている。軸心２２の一端部及び他端部は、ケーシング２４の外部へ突出している。複数の導体１８は、いずれも軸心２２と平行方向に関する鉄心１６の一端側から他端側へ向かって延びる棒状の導体であり、回転子１４の周方向に沿って間隔をおいて配列されている。短絡環２０−１は、軸心２２と平行方向に関する回転子１４の一端部に配設されており、短絡環２０−２は、軸心２２と平行方向に関する回転子１４の他端部に配設されている。各導体１８の一端部は短絡環２０−１に連結されており、各導体１８の他端部は短絡環２０−２に連結されている。これらの導体１８及び短絡環２０−１，２０−２により、かご型導体が形成される。なお、各導体１８は、回転子１４（鉄心１６）の内部に埋設されていてもよいし、回転子１４の表面（外周面）に露出していてもよい。また、鉄心１６の外周部に配設する導体１８の数についても、任意に設定することができる。
【００２８】
固定子１２の内周部は、鉄心１６の外周部（導体１８）と対向配置されており、巻線２６は、固定子１２の周方向に沿って複数配設されている。固定子１２の巻線２６に交流電流が流れることで、巻線２６は固定子１２の周方向に回転する回転磁界を発生し、この回転磁界の発生に伴って回転子１４の導体１８に誘導電流が発生する。この回転磁界及び誘導電流によって、回転子１４に回転力が作用して回転子１４が回転する。その際には、回転子１４が発熱し、特に、導体１８が配設された外周部の発熱量が大きくなる。
【００２９】
本実施形態では、回転子１４（特に導体１８及びその周辺）の冷却を行うために、例えば油等の液体冷媒を回転子１４の内部に供給する。以下、回転子１４の冷却を行うための構成について説明する。
【００３０】
図１に示すように、軸心２２の一端部には、液体冷媒を回転子１４の内部に供給するための冷媒供給ポート３２が形成されている。回転子１４の内部には、冷媒供給ポート３２と連通する供給側流路３４が形成されている。ここでの供給側流路３４は、軸心２２から回転子１４の外周部へ向かって延びる管路状の流路であり、軸心２２と平行方向に関する鉄心１６の一端部に形成されている。そして、図３に示すように、回転子１４の径方向に沿って延びる複数の供給側流路３４が回転子１４の周方向に沿って放射状に配置されており、各供給側流路３４は、軸心２２側の端部にて冷媒供給ポート３２と連通している。
【００３１】
さらに、図１に示すように、回転子１４の内部（鉄心１６）には、供給側流路３４を介して冷媒供給ポート３２と連通する除熱流路３６が形成されている。ここでの除熱流路３６は、軸心２２と平行方向に関する鉄心１６の一端側から他端側へ向かって導体１８と平行（あるいはほぼ平行）に延びる管路状の流路であり、導体１８の近傍に形成されている。そして、図３，５に示すように、複数の除熱流路３６が回転子１４の周方向に沿って間隔をおいて配列されており、各除熱流路３６は、その一端部にて各供給側流路３４の回転子外周部側の端部とそれぞれ連通している。なお、各除熱流路３６については、例えば図５に示すように導体１８と接触させずに（近接させて）形成することもできるし、例えば図６に示すように導体１８と接触させて形成することもできる。また、各導体１８及び各除熱流路３６は、軸心２２（回転子１４の回転中心軸）と平行であってもよいし、軸心２２と平行方向に対し若干傾斜していてもよい。また、必ずしも各導体１８毎に除熱流路３６が設けられていなくてもよいし、各導体１８毎に複数の除熱流路３６が設けられていてもよい。
【００３２】
さらに、図１に示すように、回転子１４の内部には、除熱流路３６の他端部と連通する排出側流路３８が形成されている。ここでの排出側流路３８は、軸心２２から回転子１４の外周部へ向かって延びる管路状の流路であり、軸心２２と平行方向に関する鉄心１６の他端部に形成されている。そして、図４に示すように、回転子１４の径方向に沿って延びる複数の排出側流路３８が回転子１４の周方向に沿って放射状に配置されており、各排出側流路３８は、回転子外周部側の端部にて各除熱流路３６の他端部とそれぞれ連通している。さらに、図１，４に示すように、軸心２２の他端部には、各排出側流路３８の軸心２２側の端部と連通することで、各排出側流路３８を介して各除熱流路３６と連通する冷媒排出ポート４０が形成されている。なお、供給側流路３４、除熱流路３６、及び排出側流路３８については、鉄心１６に穴をあけて形成することもできるし、絶縁膜を表面塗装した金属管を鉄心１６の内部に埋め込んで形成することもできる。また、回転子１４の内部に形成する供給側流路３４、除熱流路３６、及び排出側流路３８の数については、導体１８の数や導体１８の熱負荷に応じて任意に設定することができる。
【００３３】
図示しないポンプによって冷媒供給ポート３２（軸心２２の一端部）から回転子１４の内部に流入した液体冷媒は、回転子１４の回転による遠心力が作用することで、各供給側流路３４を介して各除熱流路３６に供給される。各除熱流路３６に供給された液体冷媒は、その近傍に位置する各導体１８（さらにはその周辺の鉄心１６）から熱を除いて運び去ることで、各導体１８（さらにはその周辺の鉄心１６）の除熱を行う。この除熱に伴って、液体冷媒が熱の供給を受けることで温度上昇する。除熱に利用された後の液体冷媒は、各供給側流路３４を介して冷媒排出ポート４０（軸心２２の他端部）から排出される。このように、各除熱流路３６を流れる液体冷媒によって、回転子１４の外周部（導体１８及びその周辺）の除熱を行うことができる。その際には、固定子１２等のケーシング２４内の部品が液体冷媒に晒されることがないため、回転電機の耐久性を向上させることができる。また、回転子１４と固定子１２との間の空隙に液体冷媒が侵入することがないため、回転子１４が固定子１２に対して回転するときの引き摺り損失を低減することができる。そして、回転子１４と固定子１２との間の磁気的ギャップ量を増大させることなく、回転子１４の外周部の除熱を行うことができる。さらに、除熱流路３６については、鉄心１６（金属）に穴をあけることで形成可能なため、回転子１４の構成の複雑化を招くことなく、熱的に抵抗の低い状態で回転子１４の外周部に配設された導体１８の除熱を効率よく行うことができる。したがって、本実施形態によれば、回転電機の効率低下を抑えながら、回転子１４の外周部に配設された導体１８の除熱を効率よく行うことができる。
【００３４】
また、回転子１４の内部に供給された液体冷媒には、回転子１４の回転に伴って遠心力が作用する。そして、回転子１４の内部を流れる液体冷媒は、回転子１４からの受熱に伴って温度変化が生じることで密度変化が生じる。この密度変化によって、液体冷媒に浮力（液体浮力）が生じる。本実施形態では、回転子１４の回転による遠心力、及び回転子１４からの受熱による液体浮力を利用して、導体１８の除熱を効率よく行うことができる。
【００３５】
なお、回転子１４からの受熱に伴って液体冷媒に密度変化が生じると、冷媒排出ポート４０と冷媒供給ポート３２とで、液体冷媒の圧力差が生じることになる。仮に回転子１４が等温場であるならば、冷媒排出ポート４０と冷媒供給ポート３２とで圧力差はほとんど発生せず、回転子１４への液体冷媒の輸送動力は、ほぼ流路内での摩擦損失に相当する分となる。ただし、実際は、液体冷媒が回転子１４の内部で熱の供給を受けて温度上昇することで、冷媒排出ポート４０における液体冷媒の圧力は、冷媒供給ポート３２における液体冷媒の圧力よりも上昇する。そして、冷媒排出ポート４０と冷媒供給ポート３２との圧力差が大きいほど、液体冷媒の輸送動力を低減することができる。そこで、本願発明者は、冷媒排出ポート４０と冷媒供給ポート３２との圧力差を増大させるための供給側流路３４、除熱流路３６、及び排出側流路３８における発熱量分布（受熱量分布）を数値計算（解析）によって調べた。以下、その解析結果について説明する。
【００３６】
図７に示すように、冷媒供給ポート３２、供給側流路３４、除熱流路３６、排出側流路３８、及び冷媒排出ポート４０による流路を回転体内部に形成し、潤滑油を冷媒供給ポート３２から供給して冷媒排出ポート４０から排出する場合を考える。その場合において、供給側流路３４、除熱流路３６、及び排出側流路３８における発熱量分布を変化させたときに、冷媒排出ポート４０と冷媒供給ポート３２との圧力差がどのように変化するかを数値計算によって調べた。その計算結果を図８に示す。図７，８において、ＱAは供給側流路３４における発熱量の割合、ＱBは除熱流路３６における発熱量の割合、ＱCは排出側流路３８における発熱量の割合であり、ＱA＋ＱB＋ＱC＝１００％を満たす。そして、Ｐ１は冷媒供給ポート３２の圧力、Ｐ４は冷媒排出ポート４０の圧力である。ただし、図８では、冷媒排出ポート４０の圧力Ｐ４を大気圧としており、回転体の回転数と冷媒供給ポート３２の圧力（入口圧力）Ｐ１との関係を示している。
【００３７】
図８に示すように、除熱流路３６における発熱量の割合ＱBが増大し、供給側流路３４、排出側流路３８における発熱量の割合ＱA、ＱCが減少するほど、冷媒供給ポート３２の圧力Ｐ１が低下し、冷媒排出ポート４０と冷媒供給ポート３２との圧力差が増大していることがわかる。そのため、除熱流路３６内の液体冷媒による除熱量を増大させ、供給側流路３４内及び排出側流路３８内の液体冷媒による除熱量を減少させることで、冷媒排出ポート４０と冷媒供給ポート３２との圧力差を増大させることができ、液体冷媒の輸送動力を低減することができる。本実施形態では、軸心２２と平行方向に関する回転子１４の両端部（短絡環２０−１，２０−２）における発熱量と比べて、回転子１４の外周部（導体１８）における発熱量が大きい。そのため、供給側流路３４内及び排出側流路３８内の液体冷媒による除熱量と比べて、除熱流路３６内の液体冷媒による除熱量も増大し、冷媒排出ポート４０と冷媒供給ポート３２との圧力差も増大する。その結果、回転子１４への液体冷媒の輸送動力を低減することができる。
【００３８】
なお、特許文献２においては、回転子の鉄心を所定の空隙を設けてケースで覆い、回転子の鉄心とケースとの間の空隙を液体冷媒が流れる冷媒流路としている。ただし、冷媒流路（空隙）を流れる液体冷媒には、壁面摩擦力が作用するため、軸心方向に沿った主流以外に、回転子の周方向に沿った旋回流や渦流れ等の二次流れが生じる。その結果、回転子への液体冷媒の輸送動力の増大を招くことになる。これに対して本実施形態では、供給側流路３４、除熱流路３６、及び排出側流路３８を管路状の流路とすることで、供給側流路３４、除熱流路３６、及び排出側流路３８を流れる液体冷媒に作用する壁面摩擦力をほぼ主流方向（供給側流路３４、除熱流路３６、及び排出側流路３８の長手方向）のみにして極力少なくすることができる。その結果、冷媒排出ポート４０と冷媒供給ポート３２との圧力差が壁面摩擦力により低下するのを抑制し、回転子１４への液体冷媒の輸送動力をさらに低減することができる。
【００３９】
さらに、本実施形態では、供給側流路３４内の液体冷媒による除熱量をより減少させるために、例えば図９に示すように、供給側流路３４の周囲に断熱部材４４を設けることもできる。この断熱部材４４によって、供給側流路３４内を流れる液体冷媒の受熱量をより減少させることができるので、冷媒排出ポート４０と冷媒供給ポート３２との圧力差をさらに増大させることができ、液体冷媒の輸送動力をさらに低減することができる。同様に、排出側流路３８内の液体冷媒による除熱量をより減少させるために、例えば図９に示すように、排出側流路３８の周囲に断熱部材４８を設けることもできる。この断熱部材４８によって、排出側流路３８内を流れる液体冷媒の受熱量をより減少させることができるので、冷媒排出ポート４０と冷媒供給ポート３２との圧力差をさらに増大させることができる。
【００４０】
また、本実施形態では、例えば図１０に示すように、除熱流路３６の径を供給側流路３４の径よりも大きく設定して、除熱流路３６の断面積（流路面積）を供給側流路３４の断面積（流路面積）よりも大きく設定することもできる。これによって、除熱流路３６内を流れる液体冷媒と回転子１４との接触面積を、供給側流路３４内を流れる液体冷媒と回転子１４との接触面積よりも大きくすることができるので、除熱流路３６内の液体冷媒による除熱量をより増大させることができる。同様に、例えば図１０に示すように、除熱流路３６の径を排出側流路３８の径よりも大きく設定して、除熱流路３６の断面積（流路面積）を排出側流路３８の断面積（流路面積）よりも大きく設定することもできる。これによって、除熱流路３６内を流れる液体冷媒と回転子１４との接触面積を、排出側流路３８内を流れる液体冷媒と回転子１４との接触面積よりも大きくすることができるので、除熱流路３６内の液体冷媒による除熱量をより増大させることができる。
【００４１】
さらに、本願発明者は、図１１Ａ〜１１Ｄに示すように、供給側流路３４における発熱量分布、及び排出側流路３８における発熱量分布をそれぞれ変化させたときに、冷媒排出ポート４０と冷媒供給ポート３２との圧力差がどのように変化するかを数値計算によって調べた。その計算結果を図１２に示す。図１１Ａに示す発熱量分布（分布１）は、供給側流路３４における発熱量の割合ＱAが軸心２２側から外周側へ向かうにつれて徐々に増大し、排出側流路３８における発熱量の割合ＱCが軸心２２側から外周側へ向かうにつれて徐々に増大する分布である。図１１Ｂに示す発熱量分布（分布２）は、供給側流路３４における発熱量の割合ＱAが軸心２２側から外周側へ向かうにつれて徐々に増大し、排出側流路３８における発熱量の割合ＱCが軸心２２側から外周側へ向かうにつれて徐々に減少する分布である。図１１Ｃに示す発熱量分布（分布３）は、供給側流路３４における発熱量の割合ＱAが軸心２２側から外周側へ向かうにつれて徐々に減少し、排出側流路３８における発熱量の割合ＱCが軸心２２側から外周側へ向かうにつれて徐々に増大する分布である。図１１Ｄに示す発熱量分布（分布４）は、供給側流路３４における発熱量の割合ＱAが軸心２２側から外周側へ向かうにつれて徐々に減少し、排出側流路３８における発熱量の割合ＱCが軸心２２側から外周側へ向かうにつれて徐々に減少する分布である。また、図１１Ａ〜１１Ｄ（分布１〜４）において、除熱流路３６における発熱量の割合ＱBは一様である。なお、図１２でも、冷媒排出ポート４０の圧力Ｐ４を大気圧としており、回転体の回転数と冷媒供給ポート３２の圧力（入口圧力）Ｐ１との関係を示している。
【００４２】
図１２に示すように、図１１Ｄに示す発熱量分布（分布４）よりも図１１Ｂ，１１Ｃに示す発熱量分布（分布２，３）の方が冷媒供給ポート３２の圧力Ｐ１が低下し、図１１Ｂ，１１Ｃに示す発熱量分布（分布２，３）よりも図１１Ａに示す発熱量分布（分布１）の方が冷媒供給ポート３２の圧力Ｐ１が低下していることがわかる。そのため、供給側流路３４内の液体冷媒による除熱量を、軸心２２側よりも回転子１４の外周部側の方を大きくすることで、冷媒排出ポート４０と冷媒供給ポート３２との圧力差を増大させることができ、液体冷媒の輸送動力を低減することができる。同様に、排出側流路３８内の液体冷媒による除熱量を、軸心２２側よりも回転子１４の外周部側の方を大きくすることで、冷媒排出ポート４０と冷媒供給ポート３２との圧力差を増大させることができる。
【００４３】
そこで、本実施形態では、例えば図１３に示すように、供給側流路３４の周囲に配設された断熱部材４４の厚さを、回転子１４の外周部側よりも軸心２２側の方を厚くすることもできる。これによって、供給側流路３４内の液体冷媒による除熱量は、軸心２２側よりも回転子１４の外周部側の方が大きくなる。同様に、例えば図１３に示すように、排出側流路３８の周囲に配設された断熱部材４８の厚さを、回転子１４の外周部側よりも軸心２２側の方を厚くすることもできる。これによって、排出側流路３８内の液体冷媒による除熱量は、軸心２２側よりも回転子１４の外周部側の方が大きくなる。なお、図１３は、断熱部材４４，４８の厚さが回転子１４の外周部側から軸心２２側へ向かうにつれて徐々に厚くなる例を示している。ただし、断熱部材４４，４８の厚さを、回転子１４の外周部側から軸心２２側へ向かうにつれて段階的に厚くすることもできる。
【００４４】
また、本実施形態では、例えば図１４に示すように、供給側流路３４の径（断面積）を、軸心２２側よりも回転子１４の外周部側の方を大きく設定することもできる。これによって、供給側流路３４内を流れる液体冷媒と回転子１４との接触面積は、軸心２２側よりも回転子１４の外周部側の方が大きくなるため、供給側流路３４内の液体冷媒による除熱量は、軸心２２側よりも回転子１４の外周部側の方が大きくなる。同様に、例えば図１４に示すように、排出側流路３８の径（断面積）を、軸心２２側よりも回転子１４の外周部側の方を大きく設定することもできる。これによって、排出側流路３８内を流れる液体冷媒と回転子１４との接触面積は、軸心２２側よりも回転子１４の外周部側の方が大きくなるため、排出側流路３８内の液体冷媒による除熱量は、軸心２２側よりも回転子１４の外周部側の方が大きくなる。なお、図１４は、供給側流路３４の断面積及び排出側流路３８の断面積が軸心２２側から回転子１４の外周部側へ向かうにつれて徐々に増大する例を示している。
【００４５】
以上の実施形態１の説明では、液体冷媒によって導体１８の除熱を行うための除熱流路３６を鉄心１６に形成するものとした。ただし、本実施形態では、例えば図１５に示すように、除熱流路３６を導体１８の内部に形成することもできる。その場合は、導体１８を、軸心２２と平行方向に関する鉄心１６の一端側から他端側へ向かって延びる管状の導体とし、除熱流路３６を、管状の導体１８の長手方向に沿って延びる流路とする。図１５に示す例では、供給側流路３４が短絡環２０−１の内部に形成されており、供給側流路３４を流れる液体冷媒によって短絡環２０−１の除熱が行われる。同様に、排出側流路３８が短絡環２０−２の内部に形成されており、排出側流路３８を流れる液体冷媒によって短絡環２０−２の除熱が行われる。その他の構成は、除熱流路３６を鉄心１６に形成する例と同様である。
【００４６】
除熱流路３６を導体１８の内部に形成する場合においても、除熱流路３６を鉄心１６に形成する場合と同様に、回転電機の効率低下を抑えながら、回転子１４の回転による遠心力及び回転子１４からの受熱による液体浮力を利用して、回転子１４の外周部に配設された導体１８の除熱を効率よく行うことができる。さらに、回転子１４への液体冷媒の輸送動力を低減することができる。なお、供給側流路３４及び排出側流路３８を短絡環２０−１，２０−２に形成する場合は、短絡環２０−１，２０−２を軸心２２に接合することで、供給側流路３４及び排出側流路３８の形成が容易となる。
【００４７】
以上の実施形態１の説明では、回転電機が誘導機であり、回転子１４の外周部に導体１８が配設されているものとした。ただし、本実施形態では、例えば図１６，１７に示すように、回転電機が同期機であり、回転子１４の外周部に、界磁束を発生する磁極として永久磁石５８が配設されていてもよい。図１６，１７に示す例では、複数の永久磁石５８が回転子１４の周方向に沿って配列されている。そして、固定子１２の巻線２６による回転磁界と回転子１４の永久磁石５８による界磁束とが相互作用して、吸引及び反発作用が生じ回転子１４が回転し、磁石トルクを得ることができる。その際には、回転子１４が発熱し、特に、永久磁石５８が配設された外周部の発熱量が大きくなる。なお、各永久磁石５８は、回転子１４（鉄心１６）の内部に埋設されていてもよいし、回転子１４の表面（外周面）に露出していてもよい。
【００４８】
永久磁石５８が配設された例でも、除熱流路３６は、回転子１４の内部（鉄心１６）に形成されており、軸心２２と平行方向に関する鉄心１６の一端側から他端側へ向かって延びる管路状の流路である。そして、永久磁石５８が配設された例では、複数の除熱流路３６が回転子１４の周方向に沿って間隔をおいて配列されており、各除熱流路３６は、各永久磁石５８の近傍にそれぞれ形成されている。図１７は、除熱流路３６が永久磁石５８よりも回転子１４の径方向内側に形成された例を示している。各除熱流路３６に供給された液体冷媒は、その近傍に位置する各永久磁石５８（さらにはその周辺の鉄心１６）から熱を除いて運び去ることで、各永久磁石５８（さらにはその周辺の鉄心１６）の除熱を行う。なお、各除熱流路３６については、永久磁石５８と接触させずに（近接させて）形成することもできるし、永久磁石５８と接触させて形成することもできる。また、必ずしも各永久磁石５８毎に除熱流路３６が設けられていなくてもよいし、各永久磁石５８毎に複数の除熱流路３６が設けられていてもよい。その他の構成は、回転子１４の外周部に導体１８が配設された例と同様である。
【００４９】
回転子１４の外周部に永久磁石５８が配設された場合においても、回転子１４の外周部に導体１８が配設された場合と同様に、回転電機の効率低下を抑えながら、回転子１４の回転による遠心力及び回転子１４からの受熱による液体浮力を利用して、永久磁石５８の除熱を効率よく行うことができる。さらに、回転子１４への液体冷媒の輸送動力を低減することができる。
【００５０】
また、本実施形態では、例えば図１８に示すように、供給側流路３４を回転子１４の径方向に対し傾斜させて形成することもできる。図１８に示す例では、供給側流路３４は、軸心２２側の端部が回転子１４の外周部側の端部よりも回転子１４の回転軸方向外側（軸心２２の一端部側）に位置するように傾斜している。同様に、例えば図１８に示すように、排出側流路３８を回転子１４の径方向に対し傾斜させて形成することもできる。図１８に示す例では、排出側流路３８は、軸心２２側の端部が回転子１４の外周部側の端部よりも回転子１４の回転軸方向外側（軸心２２の他端部側）に位置するように傾斜している。
【００５１】
また、本実施形態では、例えば図１９に示すように、冷媒供給ポート３２及び冷媒排出ポート４０の両方を軸心２２の一端部（あるいは他端部）に形成することもできる。この場合は、液体冷媒が軸心２２の一端部（あるいは他端部）から供給され、軸心２２の一端部（あるいは他端部）から排出される。
【００５２】
また、本実施形態では、例えば図２０に示すように、除熱流路３６を、軸心２２と平行方向に関する回転子１４の一端部（一端側）と他端部（他端側）との間を往復する矩形波状（波状）の流路とすることもできる。この場合は、供給側流路３４及び排出側流路３８の全長に対して除熱流路３６の全長を増大させることができるので、供給側流路３４内及び排出側流路３８内の液体冷媒による除熱量と比べて、除熱流路３６内の液体冷媒による除熱量を増大させることができる。その結果、冷媒排出ポート４０と冷媒供給ポート３２との圧力差をさらに増大させることができ、回転子１４への液体冷媒の輸送動力をさらに低減することができる。
【００５３】
なお、図１８〜２０に示す構成例では、除熱流路３６は、鉄心１６に形成されていてもよいし、導体１８の内部に形成されていてもよい。そして、回転子１４の外周部には、導体１８が配設されていてもよいし、永久磁石５８が配設されていてもよい。
【００５４】
「実施形態２」
図２１〜２３は、本発明の実施形態２に係る回転電機の概略構成を示す図であり、本発明を誘導機に適用した場合を示す。図２１は軸心２２と直交する方向から見た回転子１４の概略構成を示し、図２２は図２１のＡ−Ａ断面図を示し、図２３は図２１のＢ−Ｂ断面図を示す。以下の実施形態２の説明では、実施形態１と同様の構成または対応する構成には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００５５】
本実施形態では、回転子１４の内部に、冷媒供給ポート３２及び冷媒排出ポート４０と連通する除熱流路１３６が形成されている。ここでの除熱流路１３６は、軸心２２から回転子１４の外周部へ向かって延びる管路状の流路であり、軸心２２と平行方向に関する回転子１４の一端部（短絡環２０−１）及び他端部（短絡環２０−２）に形成されている。そして、図２２，２３に示すように、短絡環２０−１，２０−２においては、回転子１４の径方向に沿って延びる複数の除熱流路１３６が回転子１４の周方向に沿って放射状に配列されており、各除熱流路１３６は、軸心２２側の端部にて冷媒供給ポート３２及び冷媒排出ポート４０と連通している。一方、各除熱流路１３６において、回転子１４の外周部側の端部は、各導体１８（の端部）の近傍に配置されており、さらに閉塞されている。なお、各除熱流路１３６については、例えば図２２，２３に示すように回転子１４の外周部側の端部を導体１８の端部と接触させて形成することもできるし、例えば図２４に示すように回転子１４の外周部側の端部を導体１８の端部と接触させずに（近接させて）形成することもできる。また、必ずしも各導体１８毎に除熱流路１３６が設けられていなくてもよいし、各導体１８毎に複数の除熱流路１３６が設けられていてもよい。回転子１４の内部に形成する除熱流路１３６の数については、導体１８の数や導体１８の熱負荷に応じて任意に設定することができる。
【００５６】
図示しないポンプによって冷媒供給ポート３２（軸心２２の一端部）から回転子１４の内部に流入した液体冷媒は、回転子１４の回転による遠心力が作用することで、各除熱流路１３６の軸心２２側の端部から回転子外周部側の端部へ移動する。回転子１４の外周部（導体１８）においては、発熱によって温度が軸心２２よりも高くなるため、各除熱流路１３６の回転子外周部側の端部に移動した液体冷媒は、その付近に位置する各導体１８（さらにはその周辺の鉄心１６）から熱の供給を受ける。この熱の供給（受熱）によって、各除熱流路１３６内の液体冷媒に温度変化が生じて密度変化が生じる。そして、この密度変化によって液体冷媒に浮力（液体浮力）が生じることで、各除熱流路１３６内の流れが誘起されて対流が生じる。そのため、各除熱流路１３６の回転子外周部側の端部に移動した液体冷媒が、図２５に示すように、各導体１８からの受熱によって軸心２２側の端部に還流する。これによって、各導体１８（さらにはその周辺の鉄心１６）から熱を除いて運び去ることができる。なお、各導体１８については、長手方向に関する熱移動性を向上させるために、例えばアルミニウムや銅等の熱伝導性の優れた材料を用いることが好ましい。
【００５７】
このように、本実施形態では、各除熱流路１３６をサーモサイフォンとして機能させることができ、各導体１８の発熱に伴って各除熱流路１３６内（サーモサイフォン内）の液体冷媒が回転子外周部側の端部から軸心２２側の端部へ熱を移動させることで、各導体１８の除熱を行うことができる。その際には、実施形態１と同様に、固定子１２等のケーシング２４内の部品が液体冷媒に晒されることがないため、回転電機の耐久性を向上させることができる。また、回転子１４と固定子１２との間の空隙に液体冷媒が侵入することがないため、回転子１４が固定子１２に対して回転するときの引き摺り損失を低減することができる。そして、回転子１４と固定子１２との間の磁気的ギャップ量を増大させることなく、回転子１４の外周部の除熱を行うことができる。したがって、本実施形態においても実施形態１と同様に、回転電機の効率低下を抑えながら、回転子１４の回転による遠心力及び回転子１４からの受熱による液体浮力を利用して、回転子１４の外周部に配設された導体１８の除熱を効率よく行うことができる。さらに、本実施形態では、除熱流路１３６を鉄心１６以外の部分（短絡環２０−１，２０−２）に形成することで、除熱流路１３６が回転子１４の磁気特性に与える影響を抑えることができる。
【００５８】
本実施形態では、例えば図２６に示すように、除熱流路１３６を、短絡環２０−１よりも回転軸方向外側で短絡環２０−１に接触する伝熱部材５０−１、及び短絡環２０−２よりも回転軸方向外側で短絡環２０−２に接触する伝熱部材５０−２にそれぞれ形成することもできる。この場合は、除熱流路１３６が回転子１４の磁気特性に与える影響をさらに抑えることができる。さらに、除熱流路１３６を形成する箇所については、軸心２２と平行方向に関する回転子１４の端部に限られるものではなく、例えば鉄心１６に形成することもできる。また、本実施形態では、除熱流路１３６を回転子１４の径方向に対し若干傾斜させて形成することもできる。
【００５９】
以上の実施形態２の説明では、回転電機が誘導機であり、回転子１４の外周部に導体１８が配設されているものとした。ただし、本実施形態でも、実施形態１と同様に、回転電機が同期機であり、回転子１４の外周部に永久磁石（磁極）５８が配設されていてもよい。その場合は、除熱流路１３６の回転子外周部側の端部（閉塞された端部）は、永久磁石５８（の端部）の近傍に配置されている。その際には、除熱流路１３６の回転子外周部側の端部を、永久磁石５８と接触させない（近接させる）こともできるし、永久磁石５８の端部と接触させることもできる。なお、鉄心１６については、軸心２２と平行方向に関する熱移動性を向上させるために、三次元当方性のある圧粉磁心材料により形成することが好ましい。ここでの圧粉磁心材料は、鉄等の強磁性体の微小粒の表面に電気を通さない膜のコーティングを施した粉体を押し固めた材料である。
【００６０】
永久磁石５８が配設された例でも導体１８が配設された例と同様に、除熱流路１３６をサーモサイフォンとして機能させることができ、永久磁石５８の発熱に伴って除熱流路１３６内の液体冷媒が回転子外周部側の端部から軸心２２側の端部へ熱を移動させることで、永久磁石５８の除熱を行うことができる。その結果、回転電機の効率低下を抑えながら、回転子１４の回転による遠心力及び回転子１４からの受熱による液体浮力を利用して、回転子１４の外周部に配設された永久磁石５８の除熱を効率よく行うことができる。
【００６１】
なお、本実施形態でも実施形態１と同様に、冷媒供給ポート３２及び冷媒排出ポート４０の両方を軸心２２の一端部（あるいは他端部）に形成することもできる。
【００６２】
以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の実施形態１に係る回転電機の概略構成を示す図である。
【図２】本発明の実施形態１に係る回転電機の概略構成を示す図である。
【図３】本発明の実施形態１に係る回転電機の概略構成を示す図である。
【図４】本発明の実施形態１に係る回転電機の概略構成を示す図である。
【図５】本発明の実施形態１に係る回転電機の概略構成を示す図である。
【図６】本発明の実施形態１に係る回転電機の他の概略構成を示す図である。
【図７】供給側流路、除熱流路、及び排出側流路における発熱量分布を表す図である。
【図８】供給側流路、除熱流路、及び排出側流路における発熱量分布を変化させたときの冷媒供給ポートの圧力変化を示す図である。
【図９】本発明の実施形態１に係る回転電機の他の概略構成を示す図である。
【図１０】本発明の実施形態１に係る回転電機の他の概略構成を示す図である。
【図１１Ａ】供給側流路、除熱流路、及び排出側流路における発熱量分布を表す図である。
【図１１Ｂ】供給側流路、除熱流路、及び排出側流路における発熱量分布を表す図である。
【図１１Ｃ】供給側流路、除熱流路、及び排出側流路における発熱量分布を表す図である。
【図１１Ｄ】供給側流路、除熱流路、及び排出側流路における発熱量分布を表す図である。
【図１２】供給側流路における発熱量分布、及び排出側流路における発熱量分布をそれぞれ変化させたときの冷媒供給ポートの圧力変化を示す図である。
【図１３】本発明の実施形態１に係る回転電機の他の概略構成を示す図である。
【図１４】本発明の実施形態１に係る回転電機の他の概略構成を示す図である。
【図１５】本発明の実施形態１に係る回転電機の他の概略構成を示す図である。
【図１６】本発明の実施形態１に係る回転電機の他の概略構成を示す図である。
【図１７】本発明の実施形態１に係る回転電機の他の概略構成を示す図である。
【図１８】本発明の実施形態１に係る回転電機の他の概略構成を示す図である。
【図１９】本発明の実施形態１に係る回転電機の他の概略構成を示す図である。
【図２０】本発明の実施形態１に係る回転電機の他の概略構成を示す図である。
【図２１】本発明の実施形態２に係る回転電機の概略構成を示す図である。
【図２２】本発明の実施形態２に係る回転電機の概略構成を示す図である。
【図２３】本発明の実施形態２に係る回転電機の概略構成を示す図である。
【図２４】本発明の実施形態２に係る回転電機の他の概略構成を示す図である。
【図２５】本発明の実施形態２における除熱流路内の液体冷媒の流れを説明する図である。
【図２６】本発明の実施形態２に係る回転電機の他の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
【００６４】
１２  固定子、１４  回転子、１６  鉄心、１８  導体、２０−１，２０−２  短絡環、２２  軸心、２４  ケーシング、２６  巻線、３２  冷媒供給ポート、３４  供給側流路、３６，１３６  除熱流路、３８  排出側流路、４０  冷媒排出ポート、４４，４８  断熱部材、５８  永久磁石。
【図１】
2008219960.tif 000003
【図２】
2008219960.tif 000004
【図３】
2008219960.tif 000005
【図４】
2008219960.tif 000006
【図５】
2008219960.tif 000007
【図６】
2008219960.tif 000008
【図７】
2008219960.tif 000009
【図８】
2008219960.tif 000010
【図９】
2008219960.tif 000011
【図１０】
2008219960.tif 000012
【図１１Ａ】
2008219960.tif 000013
【図１１Ｂ】
2008219960.tif 000014
【図１１Ｃ】
2008219960.tif 000015
【図１１Ｄ】
2008219960.tif 000016
【図１２】
2008219960.tif 000017
【図１３】
2008219960.tif 000018
【図１４】
2008219960.tif 000019
【図１５】
2008219960.tif 000020
【図１６】
2008219960.tif 000021
【図１７】
2008219960.tif 000022
【図１８】
2008219960.tif 000023
【図１９】
2008219960.tif 000024
【図２０】
2008219960.tif 000025
【図２１】
2008219960.tif 000026
【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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