(57)【要約】【課題】従来の両側式フラット形の三相永久磁石リニア同期モーターのような、各相巻線のコイルの鉄心歯の外に露出する端部が比較的長くなるといった問題等を解消することが可能な整数溝二層環状巻線付きのリニアモーターの提供。【解決手段】整数溝二層環状巻線付きのリニアモーターは、主に、一次部と、二次部と、エアギャップとを備えている。一次部は、主に、一次鉄心と、一次巻線と有する。一次鉄心の左右の２つのエアギャップ側の平面において、運動方向に対して直交する方向に沿って対称的に２ｋｍ個のコイル溝が設けられている。ここで、ｍはモーターの相数、ｋは正整数、ｑはモーターの毎極毎相溝数をそれぞれ示している。一次巻線は、複数の巻数が２Ｎであるコイルと、複数の巻数がＮであるコイルとを有し、一次鉄心の両側の対応する第１，ｑ＋１，２ｑ＋１，…，２ｋｍ−１個のコイル溝の中には、それぞれ２つの巻数がＮであるコイルが設けられている。一方、残りのあらゆるコイル溝の中には、それぞれ巻数が２Ｎであるコイルが設けられている。それぞれのコイルの２つのアクティブサイドが一次鉄心の左右の２つの対称溝の中に嵌められている。一次鉄心の両側のコイル溝は、互いに対応している。二次部は、両側式構造であり、一次部との間にエアギャップが形成されている。【選択図】図１
2015522240.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次部（１）と、二次部（２）とを備える整数溝二層環状巻線付きのリニアモーターであって、
ｍがモーターの相数で且つ３以上の整数、ｋが正整数、ｑがモーターの毎極毎相溝数で且つ２以上の整数、Ｎが正整数である場合において、
前記一次部（１）は、一次鉄心（１−１）と、一次巻線（１−２）とを有し、
前記二次部（２）は、門字形の形状を有し、前記一次鉄心（１−１）を跨ぐように配置され、
前記二次部（２）の内側表面は、エアギャップを介して前記一次鉄心（１−１）の上表面及び両側表面と対向しており、
前記一次鉄心（１−１）は、横断面が矩形状で、且つ、その両側のエアギャップ側が歯溝構造を有し、各側のエアギャップ側の表面のそれぞれに２ｋｍ個のコイル溝が形成され、
前記一次鉄心（１−１）の両側のコイル溝は、互いに対応し、
前記一次巻線（１−２）は、複数の巻数が２Ｎであるコイルと、複数の巻数がＮであるコイルとを有し、
前記一次鉄心（１−１）の両側の対応する第１，ｑ＋１，２ｑ＋１，…，２ｋｍ−１個のコイル溝の中にはそれぞれ２つの巻数がＮであるコイルが設けられ、残りの全ての溝の中にはそれぞれ巻数が２Ｎであるコイルが設けられ、
前記モーターのそれぞれの極において、
第１個のコイル溝における下層の巻数がＮであるコイル、第２個のコイル溝における巻数が２Ｎであるコイル、第３個のコイル溝における巻数が２Ｎであるコイル、…、第ｑ個のコイル溝における巻数が２Ｎであるコイル、第ｑ＋１個のコイル溝における上層の巻数がＮであるコイルを直列接続して同一相の１つの極相グループを構成し、又は、
第１個のコイル溝における上層の巻数がＮであるコイル、第２個のコイル溝における巻数が２Ｎであるコイル、第３個のコイル溝における巻数が２Ｎであるコイル、…、第ｑ個のコイル溝における巻数が２Ｎであるコイル、第ｑ＋１個のコイル溝における下層の巻数がＮであるコイルを直列接続して同一相の１つの極相グループを構成し、
前記モーターの全ての極における同一相の極相グループを直列接続又は並列接続して一相巻線が得られ、
前記モーターの各相巻線の間に３６０°／ｍの電気角の差があるという原則によって、残りのｍ−１相巻線の接続関係が得られることを特徴とする整数溝二層環状巻線付きのリニアモーター。
【請求項２】
一次部（１）と、二次部（２）とを備える整数溝二層環状巻線付きのリニアモーターであって、
ｍがモーターの相数で且つ３以上の整数、ｋが正整数、ｑがモーターの毎極毎相溝数で且つ２以上の整数、Ｎが正整数である場合において、
前記一次部（１）は、一次鉄心（１−１）と、一次巻線（１−２）とを有し、
前記二次部（２）は、門字形の形状を有し、前記一次鉄心（１−１）を跨ぐように配置され、
前記二次部（２）の内側表面は、エアギャップを介して前記一次鉄心（１−１）の上表面及び両側表面と対向しており、
前記一次鉄心（１−１）は、横断面が矩形状を有し、その両側のエアギャップ側の表面において対応してコイル枠が設けられ、
前記コイル枠は、絶縁性を有する非金属材料によって形成され、底板と、２ｋｍ＋１個の仕切り板とを有し、
前記底板は、前記一次鉄心（１−１）の両側のエアギャップ側の表面に固定して取り付けられ、
前記仕切り板は、長尺形状を有し、前記一次部（１）及び前記二次部（２）の相対運動方向に沿って等間隔に前記底板に配列されて２ｋｍ個のコイル溝を形成し、
前記一次鉄心（１−１）の両側のコイル溝は、互いに対応し、
前記一次巻線（１−２）は、複数の巻数が２Ｎであるコイルと、複数の巻数がＮであるコイルとを有し、
前記一次鉄心（１−１）の両側の対応する第１，ｑ＋１，２ｑ＋１，…，２ｋｍ−１個のコイル溝の中にはそれぞれ２つの巻数がＮであるコイルが設けられ、残りの全ての溝の中にはそれぞれ巻数が２Ｎであるコイルが設けられ、
前記モーターのそれぞれの極において、
第１個のコイル溝における下層の巻数がＮであるコイル、第２個のコイル溝における巻数が２Ｎであるコイル、第３個のコイル溝における巻数が２Ｎであるコイル、…、第ｑ個のコイル溝における巻数が２Ｎであるコイル、第ｑ＋１個のコイル溝における上層の巻数がＮであるコイルを直列接続して同一相の１つの極相グループを構成し、又は、
第１個のコイル溝における上層の巻数がＮであるコイル、第２個のコイル溝における巻数が２Ｎであるコイル、第３個のコイル溝における巻数が２Ｎであるコイル、…、第ｑ個のコイル溝における巻数が２Ｎであるコイル、第ｑ＋１個のコイル溝における下層の巻数がＮであるコイルを直列接続して同一相の１つの極相グループを構成し、
前記モーターの全ての極における同一相の極相グループを直列接続又は並列接続して一相巻線が得られ、
前記モーターの各相巻線の間に３６０°／ｍの電気角の差があるという原則によって、残りのｍ−１相巻線の接続関係が得られることを特徴とする整数溝二層環状巻線付きのリニアモーター。
【請求項３】
一次部（１）と、二次部とを備える整数溝二層環状巻線付きのリニアモーターであって、
ｍがモーターの相数で且つ３以上の整数、ｋが正整数、ｑがモーターの毎極毎相溝数で且つ２以上の整数、Ｎが正整数である場合において、
前記一次部（１）は、一次鉄心（１−１）と、一次巻線（１−２）とを有し、
前記二次部は、門字形の形状を有し、前記一次鉄心（１−１）を跨ぐように配置され、
前記二次部の内側表面は、エアギャップを介して前記一次鉄心（１−１）の上表面及び両側表面と対向しており、
前記一次鉄心（１−１）は、横断面が矩形状で、且つ、門字形に形成された前記二次部の横辺に対向する側の表面及び当該表面に対向する表面がそれぞれ前記一次部（１）及び前記二次部の相対運動方向に沿って均一に設置してなされた２ｋｍ個のコイル溝である歯溝構造を有し、
前記コイル溝は、門字形に形成された前記二次部の横辺の方向に平行するスルー溝であり、
前記一次鉄心（１−１）の両側表面のコイル溝は、互いに対応し、
前記一次巻線（１−２）は、複数の巻数が２Ｎであるコイルと、複数の巻数がＮであるコイルとを有し、
前記一次鉄心（１−１）の両側の対応する第１，ｑ＋１，２ｑ＋１，…，２ｋｍ−１個のコイル溝の中にはそれぞれ２つの巻数がＮであるコイルが設けられ、残りの全ての溝の中にはそれぞれ巻数が２Ｎであるコイルが設けられ、
前記モーターのそれぞれの極において、
第１個のコイル溝における下層の巻数がＮであるコイル、第２個のコイル溝における巻数が２Ｎであるコイル、第３個のコイル溝における巻数が２Ｎであるコイル、…、第ｑ個のコイル溝における巻数が２Ｎであるコイル、第ｑ＋１個のコイル溝における上層の巻数がＮであるコイルを直列接続して同一相の１つの極相グループを構成し、又は、
第１個のコイル溝における上層の巻数がＮであるコイル、第２個のコイル溝における巻数が２Ｎであるコイル、第３個のコイル溝における巻数が２Ｎであるコイル、…、第ｑ個のコイル溝における巻数が２Ｎであるコイル、第ｑ＋１個のコイル溝における下層の巻数がＮであるコイルを直列接続して同一相の１つの極相グループを構成し、
前記モーターの全ての極における同一相の極相グループを直列接続又は並列接続して一相巻線が得られ、
前記モーターの各相巻線の間に３６０°／ｍの電気角の差があるという原則によって、残りのｍ−１相巻線の接続関係が得られることを特徴とする整数溝二層環状巻線付きのリニアモーター。
【請求項４】
一次部（１）と、二次部（２）とを備える整数溝二層環状巻線付きのリニアモーターであって、
ｍがモーターの相数で且つ３以上の整数、ｋが正整数、ｑがモーターの毎極毎相溝数で且つ２以上の整数、Ｎが正整数である場合において、
前記一次部（１）は、一次鉄心（１−１）と、一次巻線（１−２）とを有し、
前記二次部（２）は、円柱形状を有し、
前記一次鉄心（１−１）は、円筒形状を有し、前記二次部（２）の外側に同軸に外嵌され、
前記一次鉄心（１−１）と前記二次部（２）との間には、エアギャップが形成され、
前記一次鉄心（１−１）の内側表面において前記一次部（１）及び前記二次部（２）の相対運動方向に沿って均一に２ｋｍ個の円周方向のコイル溝が設けられ、
前記一次巻線（１−２）は、複数の巻数が２Ｎであるコイルと、複数の巻数がＮであるコイルとを有し、
前記一次鉄心（１−１）の第１，ｑ＋１，２ｑ＋１，…，２ｋｍ−１個のコイル溝の中にはそれぞれ２つの巻数がＮであるコイルが設けられ、残りの全ての溝の中にはそれぞれ巻数が２Ｎであるコイルが設けられ、
前記モーターのそれぞれの極において、
第１個のコイル溝における下層の巻数がＮであるコイル、第２個のコイル溝における巻数が２Ｎであるコイル、第３個のコイル溝における巻数が２Ｎであるコイル、…、第ｑ個のコイル溝における巻数が２Ｎであるコイル、第ｑ＋１個のコイル溝における上層の巻数がＮであるコイルを直列接続して同一相の１つの極相グループを構成し、又は、
第１個のコイル溝における上層の巻数がＮであるコイル、第２個のコイル溝における巻数が２Ｎであるコイル、第３個のコイル溝における巻数が２Ｎであるコイル、…、第ｑ個のコイル溝における巻数が２Ｎであるコイル、第ｑ＋１個のコイル溝における下層の巻数がＮであるコイルを直列接続して同一相の１つの極相グループを構成し、
前記モーターの全ての極における同一相の極相グループを直列接続又は並列接続して一相巻線が得られ、
前記モーターの各相巻線の間に３６０°／ｍの電気角の差があるという原則によって、残りのｍ−１相巻線の接続関係が得られることを特徴とする整数溝二層環状巻線付きのリニアモーター。
【請求項５】
一次部（１）と、二次部（２）とを備える整数溝二層環状巻線付きのリニアモーターであって、
ｍがモーターの相数で且つ３以上の整数、ｋが正整数、ｑがモーターの毎極毎相溝数で且つ２以上の整数、Ｎが正整数である場合において、
前記一次部（１）は、一次鉄心（１−１）と、一次巻線（１−２）とを有し、
前記一次鉄心（１−１）は、円柱形状を有し、
前記二次部（２）は、円筒形状を有し、前記一次鉄心（１−１）の外側に同軸に外嵌され、
前記一次鉄心（１−１）と前記二次部（２）との間には、エアギャップが形成され、
前記一次鉄心（１−１）の外側表面において前記一次部（１）及び前記二次部（２）の相対運動方向に沿って均一に２ｋｍ個の円周方向のコイル溝が設けられ、
前記一次巻線（１−２）は、複数の巻数が２Ｎであるコイルと、複数の巻数がＮであるコイルとを有し、
前記一次鉄心（１−１）の第１，ｑ＋１，２ｑ＋１，…，２ｋｍ−１個のコイル溝の中にはそれぞれ２つの巻数がＮであるコイルが設けられ、残りの全てのコイル溝の中にはそれぞれ巻数が２Ｎであるコイルが設けられ、
前記モーターのそれぞれの極において、
第１個のコイル溝における下層の巻数がＮであるコイル、第２個のコイル溝における巻数が２Ｎであるコイル、第３個のコイル溝における巻数が２Ｎであるコイル、…、第ｑ個のコイル溝における巻数が２Ｎであるコイル、第ｑ＋１個のコイル溝における上層の巻数がＮであるコイルを直列接続して同一相の１つの極相グループを構成し、又は、
第１個のコイル溝における上層の巻数がＮであるコイル、第２個のコイル溝における巻数が２Ｎであるコイル、第３個のコイル溝における巻数が２Ｎであるコイル、…、第ｑ個のコイル溝における巻数が２Ｎであるコイル、第ｑ＋１個のコイル溝における下層の巻数がＮであるコイルを直列接続して同一相の１つの極相グループを構成し、
前記モーターの全ての極における同一相の極相グループを直列接続又は並列接続して一相巻線が得られ、
前記モーターの各相巻線の間に３６０°／ｍの電気角の差があるという原則によって、残りのｍ−１相巻線の接続関係が得られることを特徴とする整数溝二層環状巻線付きのリニアモーター。
【請求項６】
前記一次部（１）は、２つの一次補助鉄心（１−３）をさらに備え、
前記２つの一次補助鉄心（１−３）は、それぞれ、前記一次鉄心（１−１）の両側に配列され、前記一次鉄心（１−１）と並行して設置されるとともに、門字形に形成された前記二次部（２）の縦辺の外側表面との間にエアギャップが形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の整数溝二層環状巻線付きのリニアモーター。
【請求項７】
前記モーターは、前記一次鉄心（１−１）の両側にそれぞれ配列され、前記一次鉄心（１−１）と並行して設置されている２つの補助一次部（３）をさらに備え、
前記２つの補助一次部（３）は、それぞれ、門字形に形成された前記二次部（２）の縦辺の外側表面との間にエアギャップが形成され、
前記補助一次部（３）の構造は、前記一次部（１）の構造と同じであることを特徴とする請求項１又は２に記載の整数溝二層環状巻線付きのリニアモーター。
【請求項８】
前記リニアモーターは、リニア誘導モーター、リニア永久磁石同期モーター及びリニアリラクタンスモーターの何れかであることを特徴とする請求項１〜請求項５の何れか１項に記載の整数溝二層環状巻線付きのリニアモーター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、整数溝二層環状巻線付きのリニアモーターに関し、モーター技術の分野に属するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の両側式フラット形の三相リニア永久磁石同期モーターは、電機子鉄心の歯ピッチτｔと永久磁石の極ピッチτｐが３τｔ＝τｐという関係を満たし、それぞれの溝の中に１つのコイルサイドが嵌められている。また、三相リニア永久磁石同期モーターは、コイルピッチ及び極ピッチが等しく形成されている。一般に、このような巻線構造は、整数溝単層巻線と呼ばれている。このモーターの巻線は、例えば、図１０に示すように、Ａ相巻線のコイルが、第１個の溝及び第４個の溝の中に巻き付けられ、第２個の溝及び第３個の溝に跨って配置される。一方、Ｃ相巻線のコイルが、第２個の溝及び第５個の溝の中に巻き付けられているとともに、第３個の溝と第４個の溝に跨って配置される。このような構造は、類推的に繰り返し設けられる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このような巻線は、各相巻線のコイルの鉄心歯の外に露出する端部が比較的長く、各相巻線のコイルが互いに交差し合っているため、コイルの無駄遣いや銅の損失の増加を招くばかりか、各相巻線間の絶縁プロセスが複雑化してしまい、製造コストが増加するといった問題がある。また、巻線は、単層全節巻線であるため、巻線の起磁力及び起電力の調波成分が大きく、また、モーターのスラストの波動が強くなってしまう場合があり、かかる場合、効率の低下を招く。しかも、巻線は、その端部が長く、二次部の横方向における支持スパンが広いため、支持が難しいといった問題もある。
【０００４】
本発明は、従来の両側式フラット形の三相永久磁石リニア同期モーターのような、各相巻線のコイルの鉄心歯の外に露出する端部が比較的長くなるといった問題、各相巻線間の絶縁プロセスが複雑化してしまうといった問題、製造コストが増えてしまうといった問題を解消することが可能な整数溝二層環状巻線付きのリニアモーター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】
【０００５】
本発明の第１の態様は、一次部と、二次部とを備える整数溝二層環状巻線付きのリニアモーターであって、ｍがモーターの相数で且つ３以上の整数、ｋが正整数、ｑがモーターの毎極毎相溝数で且つ２以上の整数、Ｎが正整数である場合において、一次部は、一次鉄心と、一次巻線とを有し、二次部は、門字形の形状を有し、一次鉄心を跨ぐように配置され、二次部の内側表面は、エアギャップを介して一次鉄心の上表面及び両側表面と対向しており、一次鉄心は、横断面が矩形状で、且つ、その両側のエアギャップ側が歯溝構造を有し、各側のエアギャップ側の表面のそれぞれに２ｋｍ個のコイル溝が形成され、一次鉄心の両側のコイル溝は、互いに対応し、一次巻線は、複数の巻数が２Ｎであるコイルと、複数の巻数がＮであるコイルとを有し、一次鉄心の両側の対応する第１，ｑ＋１，２ｑ＋１，…，２ｋｍ−１個のコイル溝の中にはそれぞれ２つの巻数がＮであるコイルが設けられ、残りの全ての溝の中にはそれぞれ巻数が２Ｎであるコイルが設けられ、モーターのそれぞれの極において、第１個のコイル溝における下層の巻数がＮであるコイル、第２個のコイル溝における巻数が２Ｎであるコイル、第３個のコイル溝における巻数が２Ｎであるコイル、…、第ｑ個のコイル溝における巻数が２Ｎであるコイル、第ｑ＋１個のコイル溝における上層の巻数がＮであるコイルを直列接続して同一相の１つの極相グループを構成し、又は、第１個のコイル溝における上層の巻数がＮであるコイル、第２個のコイル溝における巻数が２Ｎであるコイル、第３個のコイル溝における巻数が２Ｎであるコイル、…、第ｑ個のコイル溝における巻数が２Ｎであるコイル、第ｑ＋１個のコイル溝における下層の巻数がＮであるコイルを直列接続して同一相の１つの極相グループを構成し、モーターの全ての極における同一相の極相グループを直列接続又は並列接続して一相巻線が得られ、モーターの各相巻線の間に３６０°／ｍの電気角の差があるという原則によって、残りのｍ−１相巻線の接続関係が得られる整数溝二層環状巻線付きのリニアモーターである。
【０００６】
本発明の第２の態様は、一次部と、二次部とを備える整数溝二層環状巻線付きのリニアモーターであって、ｍがモーターの相数で且つ３以上の整数、ｋが正整数、ｑがモーターの毎極毎相溝数で且つ２以上の整数、Ｎが正整数である場合において、一次部は、一次鉄心と、一次巻線とを有し、二次部は門字形の形状を有し、一次鉄心を跨ぐように配置され、二次部の内側表面は、エアギャップを介して一次鉄心の上表面及び両側表面と対向しており、一次鉄心は、横断面が矩形状を有し、その両側のエアギャップ側の表面において対応してコイル枠が設けられ、コイル枠は、絶縁性を有する非金属材料によって形成され、底板と、２ｋｍ＋１個の仕切り板とを有し、底板は、一次鉄心の両側のエアギャップ側の表面に固定して取り付けられ、仕切り板は、長尺形状を有し、一次部及び二次部の相対運動方向に沿って等間隔に底板に配列されて２ｋｍ個のコイル溝を形成し、一次鉄心の両側のコイル溝は、互いに対応し、一次巻線は、複数の巻数が２Ｎであるコイルと、複数の巻数がＮであるコイルとを有し、一次鉄心の両側の対応する第１，ｑ＋１，２ｑ＋１，…，２ｋｍ−１個のコイル溝の中にはそれぞれ２つの巻数がＮであるコイルが設けられ、残りの全ての溝の中にはそれぞれ巻数が２Ｎであるコイルが設けられ、モーターのそれぞれの極において、第１個のコイル溝における下層の巻数がＮであるコイル、第２個のコイル溝における巻数が２Ｎであるコイル、第３個のコイル溝における巻数が２Ｎであるコイル、…、第ｑ個のコイル溝における巻数が２Ｎであるコイル、第ｑ＋１個のコイル溝における上層の巻数がＮであるコイルを直列接続して同一相の１つの極相グループを構成し、又は、第１個のコイル溝における上層の巻数がＮであるコイル、第２個のコイル溝における巻数が２Ｎであるコイル、第３個のコイル溝における巻数が２Ｎであるコイル、…、第ｑ個のコイル溝における巻数が２Ｎであるコイル、第ｑ＋１個のコイル溝における下層の巻数がＮであるコイルを直列接続して同一相の１つの極相グループを構成し、モーターの全ての極における同一相の極相グループを直列接続又は並列接続して一相巻線が得られ、モーターの各相巻線の間に３６０°／ｍの電気角の差があるという原則によって、残りのｍ−１相巻線の接続関係が得られる整数溝二層環状巻線付きのリニアモーターである。
【０００７】
本発明の第３の態様は、一次部と、二次部とを備える整数溝二層環状巻線付きのリニアモーターであって、ｍがモーターの相数で且つ３以上の整数、ｋが正整数、ｑがモーターの毎極毎相溝数で且つ２以上の整数、Ｎが正整数である場合において、一次部は、一次鉄心と、一次巻線とを有し、二次部は、門字形の形状を有し、一次鉄心を跨ぐように配置され、二次部の内側表面は、エアギャップを介して一次鉄心の上表面及び両側表面と対向しており、一次鉄心は、横断面が矩形状で、且つ、門字形に形成された二次部の横辺に対向する側の表面及び当該表面に対向する表面がそれぞれ一次部及び二次部の相対運動方向に沿って均一に設置してなされた２ｋｍ個のコイル溝である歯溝構造を有し、コイル溝は、門字形に形成された二次部の横辺の方向に平行するスルー溝であり、一次鉄心の両側表面のコイル溝は、互いに対応し、一次巻線は、複数の巻数が２Ｎであるコイルと、複数の巻数がＮであるコイルとを有し、一次鉄心の両側の対応する第１，ｑ＋１，２ｑ＋１，…，２ｋｍ−１個のコイル溝の中にはそれぞれ２つの巻数がＮであるコイルが設けられ、残りの全ての溝の中にはそれぞれ巻数が２Ｎであるコイルが設けられ、モーターのそれぞれの極において、第１個のコイル溝における下層の巻数がＮであるコイル、第２個のコイル溝における巻数が２Ｎであるコイル、第３個のコイル溝における巻数が２Ｎであるコイル、…、第ｑ個のコイル溝における巻数が２Ｎであるコイル、第ｑ＋１個のコイル溝における上層の巻数がＮであるコイルを直列接続して同一相の１つの極相グループを構成し、又は、第１個のコイル溝における上層の巻数がＮであるコイル、第２個のコイル溝における巻数が２Ｎであるコイル、第３個のコイル溝における巻数が２Ｎであるコイル、…、第ｑ個のコイル溝における巻数が２Ｎであるコイル、第ｑ＋１個のコイル溝における下層の巻数がＮであるコイルを直列接続して同一相の１つの極相グループを構成し、モーターの全ての極における同一相の極相グループを直列接続又は並列接続して一相巻線が得られ、モーターの各相巻線の間に３６０°／ｍの電気角の差があるという原則によって、残りのｍ−１相巻線の接続関係が得られる整数溝二層環状巻線付きのリニアモーターである。
【０００８】
本発明の第４の態様は、一次部と、二次部とを備える整数溝二層環状巻線付きのリニアモーターであって、ｍがモーターの相数で且つ３以上の整数、ｋが正整数、ｑがモーターの毎極毎相溝数で且つ２以上の整数、Ｎが正整数である場合において、一次部は、一次鉄心と、一次巻線とを有し、二次部は、円柱形状を有し、一次鉄心は、円筒形状を有し、二次部の外側に同軸に外嵌され、一次鉄心と二次部との間には、エアギャップが形成され、一次鉄心の内側表面において一次部及び二次部の相対運動方向に沿って均一に２ｋｍ個の円周方向のコイル溝が設けられ、一次巻線は、複数の巻数が２Ｎであるコイルと、複数の巻数がＮであるコイルとを有し、一次鉄心の第１，ｑ＋１，２ｑ＋１，…，２ｋｍ−１個のコイル溝の中にはそれぞれ２つの巻数がＮであるコイルが設けられ、残りの全ての溝の中にはそれぞれ巻数が２Ｎであるコイルが設けられ、モーターのそれぞれの極において、第１個のコイル溝における下層の巻数がＮであるコイル、第２個のコイル溝における巻数が２Ｎであるコイル、第３個のコイル溝における巻数が２Ｎであるコイル、…、第ｑ個のコイル溝における巻数が２Ｎであるコイル、第ｑ＋１個のコイル溝における上層の巻数がＮであるコイルを直列接続して同一相の１つの極相グループを構成し、又は、第１個のコイル溝における上層の巻数がＮであるコイル、第２個のコイル溝における巻数が２Ｎであるコイル、第３個のコイル溝における巻数が２Ｎであるコイル、…、第ｑ個のコイル溝における巻数が２Ｎであるコイル、第ｑ＋１個のコイル溝における下層の巻数がＮであるコイルを直列接続して同一相の１つの極相グループを構成し、モーターの全ての極における同一相の極相グループを直列接続又は並列接続して一相巻線が得られ、モーターの各相巻線の間に３６０°／ｍの電気角の差があるという原則によって、残りのｍ−１相巻線の接続関係が得られる整数溝二層環状巻線付きのリニアモーターである。
【０００９】
本発明の第５の態様は、一次部と、二次部とを備える整数溝二層環状巻線付きのリニアモーターであって、ｍがモーターの相数で且つ３以上の整数、ｋが正整数、ｑがモーターの毎極毎相溝数で且つ２以上の整数、Ｎが正整数である場合において、一次部は、一次鉄心と、一次巻線とを有し、一次鉄心は、円柱形状を有し、二次部は、円筒形状を有し、一次鉄心の外側に同軸に外嵌され、一次鉄心と二次部との間には、エアギャップが形成され、一次鉄心の外側表面において一次部と二次部の相対運動方向に沿って均一に２ｋｍ個の円周方向のコイル溝が設けられ、一次巻線は、複数の巻数が２Ｎであるコイルと、複数の巻数がＮであるコイルとを有し、一次鉄心の第１，ｑ＋１，２ｑ＋１，…，２ｋｍ−１個のコイル溝の中にはそれぞれ２つの巻数がＮであるコイルが設けられ、残りの全てのコイル溝の中にはそれぞれ巻数が２Ｎであるコイルが設けられ、モーターのそれぞれの極において、第１個のコイル溝における下層の巻数がＮであるコイル、第２個のコイル溝における巻数が２Ｎであるコイル、第３個のコイル溝における巻数が２Ｎであるコイル、…、第ｑ個のコイル溝における巻数が２Ｎであるコイル、第ｑ＋１個のコイル溝における上層の巻数がＮであるコイルを直列接続して同一相の１つの極相グループを構成し、又は、第１個のコイル溝における上層の巻数がＮであるコイル、第２個のコイル溝における巻数が２Ｎであるコイル、第３個のコイル溝における巻数が２Ｎであるコイル、…、第ｑ個のコイル溝における巻数が２Ｎであるコイル、第ｑ＋１個のコイル溝における下層の巻数がＮであるコイルを直列接続して同一相の１つの極相グループを構成し、モーターの全ての極における同一相の極相グループを直列接続又は並列接続して一相巻線が得られ、モーターの各相巻線の間に３６０°／ｍの電気角の差があるという原則によって、残りのｍ−１相巻線の接続関係が得られる整数溝二層環状巻線付きのリニアモーターである。
【００１０】
上記第１及び第２の態様においては、上記一次部は、２つの一次補助鉄心をさらに備え、２つの一次補助鉄心は、それぞれ、一次鉄心の両側に配列され、一次鉄心と並行して設置されている２つの一次補助鉄心は、それぞれ、門字形に形成された二次部の縦辺の外側表面との間にエアギャップが形成されていることをさらに含む。
【００１１】
上記第１及び第２の態様においては、上記モーターは、それぞれ、一次鉄心の両側に配列され、一次鉄心と並行して設置されている２つの補助一次部をさらに備え、２つの補助一次部は、それぞれ、門字形に形成された二次部の縦辺の外側表面との間にエアギャップが形成され、補助一次部の構造は、一次部の構造と同じであることをさらに含む。
【００１２】
上述したあらゆる態様において、上記リニアモーターは、リニア誘導モーター、リニア永久磁石同期モーター及びリニアリラクタンスモーターの何れかである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は、環状巻線を採用することにより、短ピッチと分配効果を実現することができる。また、本発明は、起磁力及び起電力の調波が低減され、巻線の端部の長さとロスが小さくなり、モーターの効率が向上する。さらに、本発明は、スラストの波動の減少、及び、モーターの振動やノイズの低減化を図ることができるとともに、モーターの構造が簡単で絶縁しやすいといった効果もある。また、本発明は、製造コストが低くて信頼性が高く、高い速度、高い加速度や大きいスラスト出力などの場合に適している。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態１及び２の構造を示す模式図である。
【図２】図１の側面図である。
【図３】本発明の実施形態３の一次部の断面図であり、上記断面は、二次部の門字形の横辺の垂直方向の平面である。
【図４】本発明の実施形態４の構造を示す模式図である。
【図５】本発明の実施形態５の構造を示す模式図である。
【図６】本発明の実施形態６の構造を示す模式図である。
【図７】図６の側面図である。
【図８】本発明実施形態７の構造を示す模式図である。
【図９】本発明の実施形態９の構造を示す模式図である。
【図１０】従来の両側式フラット形の三相永久磁石リニア同期モーターの構造模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（実施形態１）
以下、図１及び図２を参照して本実施形態を説明する。
本実施形態に係る整数溝二層環状巻線付きのリニアモーターは、一次部１と、二次部２とを備えている。一次部１は、一次鉄心１−１と、一次巻線１−２とを有する。二次部２は、門字形の形状を有し一次鉄心１−１を跨ぐように配置されている。二次部２の内側表面は、エアギャップを介して一次鉄心１−１の上表面及び両側表面に対して対向して配置されている。一次鉄心１−１は、横断面が矩形状で、且つ、一次鉄心１−１の両側のエアギャップ側が歯溝構造を有し、一次鉄心１−１の各側のエアギャップ側の表面のそれぞれに２ｋｍ個のコイル溝が設けられている。一次鉄心１−１の両側のコイル溝は、互いに対応している。なお、ｍはモーターの相数で且つ３以上の整数、ｋは正整数、ｑはモーターの毎極毎相溝数で且つ２以上の整数をそれぞれ示している。一次巻線１−２は、複数の巻数が２Ｎであるコイルと、複数の巻数がＮであるコイルとを有する。なお、Ｎは正整数を示している。一次鉄心１−１の両側の対応する第１，ｑ＋１，２ｑ＋１，…，２ｋｍ−１個のコイル溝の中にはそれぞれ２つの巻数がＮであるコイルが設けられている。また、残りの全ての溝の中にはそれぞれ巻数が２Ｎであるコイルが設けられている。上記モーターのそれぞれの極において、第１個のコイル溝における下層の巻数がＮであるコイル、第２個のコイル溝における巻数が２Ｎであるコイル、第３個のコイル溝における巻数が２Ｎであるコイル、…、第ｑ個のコイル溝における巻数が２Ｎであるコイル、第ｑ＋１個のコイル溝における上層の巻数がＮであるコイルを直列接続して同一相の１つの極相グループを構成し、又は、第１個のコイル溝における上層の巻数がＮであるコイル、第２個のコイル溝における巻数が２Ｎであるコイル、第３個のコイル溝における巻数が２Ｎであるコイル、…、第ｑ個のコイル溝における巻数が２Ｎであるコイル、第ｑ＋１個のコイル溝における下層の巻数がＮであるコイルを直列接続して同一相の１つの極相グループを構成している。上記モーターの全ての極における同一相の極相グループを直列接続又は並列接続して一相巻線が得られる。モーターの各相巻線の間に３６０°／ｍの電気角の差があるという原則によって、残りのｍ−１相巻線の接続関係が得られるものである。
【００１６】
本実施形態においては、モーターのそれぞれの極において、コイル溝の中のコイルの設け方が制限されている。このようなモーターの構造において、モーターのあらゆる極のそれぞれに対応するコイル溝の数が同じであるので、それぞれの極における対応するコイル溝の中のコイルを上述したように設けた後、あらゆる極における同一相のコイルを直列接続又は並列接続すれば、各相巻線が得られる。
【００１７】
本実施形態において、一次巻線１−２のそれぞれのコイルの２つのアクティブサイドが一次鉄心１−１の両側の対応するコイル溝の中に嵌められている。一次鉄心１−１の両側の対応する第１，ｑ＋１，２ｑ＋１，…，２ｋｍ−１個のコイル溝において、２つの巻数がＮであるコイルは、それぞれ異なる相に属する。
図１に示すように、一次巻線１−２は、巻数が２Ｎであるコイルと、巻数がＮであるコイルとを有し、毎極毎相溝数であるｑが２であり、モーターの相数であるｍが３である。その第１個、第３個、第５個、第７個、第９個、第１１個の各溝においては、２つの巻数がＮのコイルのコイル辺であり、この２つの巻数がＮのコイルのコイル辺はそれぞれ異なる相に属している。一方、残りの溝においては、巻数が２Ｎであるコイル辺であり、第１個の極において、第１個の溝における下層のコイル辺、第２個の溝におけるコイル辺、第３個の溝における上層のコイル辺は、それぞれ、同一相に属している。例えば、Ａ相の場合に、第１個の極における各コイルを直列接続してＡ相の第１個の極相グループを構成する。このようにして、類推していけば、その他の各極におけるＡ相の各極相グループが得ることができる。また、Ａ相の各極相グループを直列接続又は並列接続すれば、Ａ相巻線を得ることができる。三相巻線の間に１２０°の電気角の差があるという原則によれば、残りの相の巻線の接続関係が得られる。
【００１８】
（実施形態２）
以下、図１及び図２を参照して本実施形態を説明する。
本実施形態に係る整数溝二層環状巻線付きのリニアモーターは、一次部１と、二次部２とを備えている。一次部１は、一次鉄心１−１と、一次巻線１−２とを有する。二次部２は、門字形の形状を有し、一次鉄心１−１を跨ぐように配置され、二次部２の内側表面は、エアギャップを介して一次鉄心１−１の上表面及び両側表面に対してそれぞれ対向して配置されている。一次鉄心１−１は、横断面が矩形状を有する。一次鉄心１−１の両側のエアギャップ側の表面において対応してコイル枠が設けられている。コイル枠は、絶縁性を有する非金属材料によって形成され、底板と、２ｋｍ＋１個の仕切り板とを有する。底板は、一次鉄心１−１の両側のエアギャップ側の表面に固定して取り付けられ、仕切り板は、長尺形状を有する。２ｋｍ＋１個の仕切り板は、一次部１及び二次部２の相対運動方向に沿って等間隔に底板に配列されて２ｋｍ個のコイル溝を形成している。一次鉄心１−１の両側のコイル溝は、互いに対応している。なお、ｍはモーターの相数で且つ３以上の整数、ｋは正整数、ｑはモーターの毎極毎相溝数で且つ２以上の整数をそれぞれ示している。一次巻線１−２は、複数の巻数が２Ｎであるコイルと、複数の巻数がＮであるコイルとを有する。なお、Ｎは正整数を示している。一次鉄心１−１の両側の対応する第１，ｑ＋１，２ｑ＋１，…，２ｋｍ−１個のコイル溝の中には、それぞれ、２つの巻数がＮであるコイルが設けられている。一方、残りの全ての溝の中には、それぞれ巻数が２Ｎであるコイルが設けられている。上記モーターのそれぞれの極において、第１個のコイル溝における下層の巻数がＮであるコイル、第２個のコイル溝における巻数が２Ｎであるコイル、第３個のコイル溝における巻数が２Ｎであるコイル、…、第ｑ個のコイル溝における巻数が２Ｎであるコイル、第ｑ＋１個のコイル溝における上層の巻数がＮであるコイルを直列接続して同一相の１つの極相グループを構成し、又は、第１個のコイル溝における上層の巻数がＮであるコイル、第２個のコイル溝における巻数が２Ｎであるコイル、第３個のコイル溝における巻数が２Ｎであるコイル、…、第ｑ個のコイル溝における巻数が２Ｎであるコイル、第ｑ＋１個のコイル溝における下層の巻数がＮであるコイルを直列接続して同一相の１つの極相グループを構成している。上記モーターの全ての極における同一相の極相グループを直列接続又は並列接続して一相巻線が得られる。モーターの各相巻線の間に３６０°／ｍの電気角の差があるという原則によって、残りのｍ−１相巻線の接続関係が得られるものである。
【００１９】
本実施形態において、一次鉄心１−１の両側のエアギャップ側の表面は、それぞれコイル枠が設けられている滑らかな面である。
【００２０】
（実施形態３）
以下、図３を参照して本実施形態を説明する。なお、図３は門字形に形成された二次部の横辺の垂直方向における平面を示したものである。
本実施形態に係る整数溝二層環状巻線付きのリニアモーターは、一次部１と、二次部とを備えている。一次部１は、一次鉄心１−１と、一次巻線１−２とを有し、二次部は、門字形の形状を有し、一次鉄心１−１を跨ぐように配置され、二次部の内側表面は、エアギャップを介して一次鉄心１−１の上表面及び両側表面に対してそれぞれ対向して配置されている。一次鉄心１−１は、横断面が矩形状を有する。一次鉄心１−１の門字形に形成された二次部の横辺に対向する側の表面及び当該表面に対向する表面は、ともに、一次部１と二次部の相対運動方向に沿って均一に設置してなされた２ｋｍ個のコイル溝である歯溝構造を有する。コイル溝は、門字形に形成された二次部の横辺の方向に平行するスルー溝である。一次鉄心１−１の両側表面のコイル溝は、互いに対応している。なお、ｍはモーターの相数で且つ３以上の整数、ｋは正整数、ｑはモーターの毎極毎相溝数で且つ２以上の整数をそれぞれ示している。一次巻線１−２は、複数の巻数が２Ｎであるコイルと、複数の巻数がＮであるコイルとを有する。なお、Ｎは正整数を示している。一次鉄心１−１の両側の対応する第１，ｑ＋１，２ｑ＋１，…，２ｋｍ−１個のコイル溝の中にそれぞれ２つの巻数がＮであるコイルが設けられ、残りの全ての溝の中にそれぞれ巻数が２Ｎであるコイルが設けられ、上記モーターのそれぞれの極において、第１個のコイル溝における下層の巻数がＮであるコイル、第２個のコイル溝における巻数が２Ｎであるコイル、第３個のコイル溝における巻数が２Ｎであるコイル、…、第ｑ個のコイル溝における巻数が２Ｎであるコイル、第ｑ＋１個のコイル溝における上層の巻数がＮであるコイルを直列接続して同一相の１つの極相グループを構成し、又は、第１個のコイル溝における上層の巻数がＮであるコイル、第２個のコイル溝における巻数が２Ｎであるコイル、第３個のコイル溝における巻数が２Ｎであるコイル、…、第ｑ個のコイル溝における巻数が２Ｎであるコイル、第ｑ＋１個のコイル溝における下層の巻数がＮであるコイルを直列接続して同一相の１つの極相グループを構成している。上記モーターの全ての極における同一相の極相グループを直列接続又は並列接続して一相巻線が得られる。モーターの各相巻線の間に３６０°／ｍの電気角の差があるという原則によって、残りのｍ−１相巻線の接続関係が得られるものである。
【００２１】
（実施形態４）
以下、図４を参照して本実施形態を説明する。
本実施形態に係る整数溝二層環状巻線付きのリニアモーターは、一次部１と、二次部２とを備えている。一次部１は、一次鉄心１−１と、一次巻線１−２とを有する。二次部２は、円柱形状を有する。一次鉄心１−１は、円筒形状を有し、二次部２の外側に同軸に外嵌されている。一次鉄心１−１と二次部２との間には、エアギャップが形成されている。一次鉄心１−１の内側表面において一次部１及び二次部２の相対運動方向に沿って均一に２ｋｍ個の円周方向のコイル溝が設けられている。なお、ｍはモーターの相数で且つ３以上の整数、ｋは正整数、ｑはモーターの毎極毎相溝数で且つ２以上の整数をそれぞれ示している。一次巻線１−２は、複数の巻数が２Ｎであるコイルと、複数の巻数がＮであるコイルとを有する。なお、Ｎは正整数を示している。一次鉄心１−１の第１，ｑ＋１，２ｑ＋１，…，２ｋｍ−１個のコイル溝の中には、それぞれ２つの巻数がＮであるコイルが設けられている。一方、残りの全ての溝の中には、それぞれ巻数が２Ｎであるコイルが設けられている。上記モーターのそれぞれの極において、第１個のコイル溝における下層の巻数がＮであるコイル、第２個のコイル溝における巻数が２Ｎであるコイル、第３個のコイル溝における巻数が２Ｎであるコイル、…、第ｑ個のコイル溝における巻数が２Ｎであるコイル、第ｑ＋１個のコイル溝における上層の巻数がＮであるコイルを直列接続して同一相の１つの極相グループを構成し、又は、第１個のコイル溝における上層の巻数がＮであるコイル、第２個のコイル溝における巻数が２Ｎであるコイル、第３個のコイル溝における巻数が２Ｎであるコイル、…、第ｑ個のコイル溝における巻数が２Ｎであるコイル、第ｑ＋１個のコイル溝における下層の巻数がＮであるコイルを直列接続して同一相の１つの極相グループを構成している。上記モーターの全ての極における同一相の極相グループを直列接続又は並列接続して一相巻線が得られる。モーターの各相巻線の間に３６０°／ｍの電気角の差があるという原則によって、残りのｍ−１相巻線の接続関係が得られるものである。
【００２２】
（実施形態５）
以下、図５を参照して本実施形態を説明する。
本実施形態に係る上記整数溝二層環状巻線付きのリニアモーターは、一次部１と、二次部２とを備えている。一次部１は、一次鉄心１−１と、一次巻線１−２とを有する。一次鉄心１−１は、円柱形状を有する。二次部２は、円筒形状を有し、一次鉄心１−１の外側に同軸に外嵌されている。一次鉄心１−１と二次部２との間には、エアギャップが形成されている。一次鉄心１−１の外側表面において一次部１と二次部２の相対運動方向に沿って均一に２ｋｍ個の円周方向のコイル溝が設けられている。なお、ｍはモーターの相数で且つ３以上の整数、ｋは正整数、ｑはモーターの毎極毎相溝数で且つ２以上の整数をそれぞれ示している。一次巻線１−２は、複数の巻数が２Ｎであるコイルと、複数の巻数がＮであるコイルとを有する。なお、Ｎは正整数を示している。一次鉄心１−１の第１，ｑ＋１，２ｑ＋１，…，２ｋｍ−１個のコイル溝の中には、それぞれ２つの巻数がＮであるコイルが設けられている。一方、残りの全てのコイル溝の中には、それぞれ巻数が２Ｎであるコイルが設けられている。上記モーターのそれぞれの極において、第１個のコイル溝における下層の巻数がＮであるコイル、第２個のコイル溝における巻数が２Ｎであるコイル、第３個のコイル溝における巻数が２Ｎであるコイル、…、第ｑ個のコイル溝における巻数が２Ｎであるコイル、第ｑ＋１個のコイル溝における上層の巻数がＮであるコイルを直列接続して同一相の１つの極相グループを構成し、又は、第１個のコイル溝における上層の巻数がＮであるコイル、第２個のコイル溝における巻数が２Ｎであるコイル、第３個のコイル溝における巻数が２Ｎであるコイル、…、第ｑ個のコイル溝における巻数が２Ｎであるコイル、第ｑ＋１個のコイル溝における下層の巻数がＮであるコイルを直列接続して同一相の１つの極相グループを構成している。上記モーターの全ての極における同一相の極相グループを直列接続又は並列接続して一相巻線が得られる。モーターの各相巻線の間に３６０°／ｍの電気角の差があるという原則によって、残りのｍ−１相巻線の接続関係が得られるものである。
【００２３】
（実施形態６）
以下、図６及び図７を参照して本実施形態を説明する。
本実施形態は、実施形態１又は２をさらに説明するものである。本実施形態では、上記一次部１は、それぞれ一次鉄心１−１の両側に配列されている。一次鉄心１−１と並行して設置されている２つの一次補助鉄心１−３をさらに備えている。２つの一次補助鉄心１−３は、それぞれ二次部２の門字形の縦辺の外側表面との間にエアギャップが形成されている。本実施形態において、一次補助鉄心１−３は、横断面が矩形状に形成されている。
【００２４】
（実施形態７）
以下、図８を参照して本実施形態を説明する。
本実施形態は、実施形態１又は２をさらに説明するものである。本実施形態では、上記モーターは、それぞれ一次鉄心１−１の両側に配列されている。一次鉄心１−１と並行して設置されている２つの補助一次部３をさらに備えている。２つの補助一次部３は、それぞれ二次部２の門字形の縦辺の外側表面との間にエアギャップが形成され、補助一次部３の構造は、一次部１の構造と同様である。
【００２５】
本実施形態において、補助一次部３も鉄心と巻線とを有している。上記鉄心の横断面は、矩形状を有する。鉄心は、溝開き構造を採用しても、溝無し構造を採用してもよい。上記鉄心は、溝開き構造を採用する場合に、巻線のコイルが溝の中に嵌められる。
【００２６】
本実施形態において、一次巻線１−２は、モーターシステムにおける電力変換装置に接続されてもよく、補助一次部３の巻線は、モーターシステムにおける電力変換装置又は励磁コンデンサに接続されてもよい。
【００２７】
（実施形態８）
本実施形態は、実施形態１、２、３、４又は５をさらに説明するものである。
本実施形態に係るリニアモーター、リニア誘導モーター、リニア永久磁石同期モーター及びリニアリラクタンスモーターの何れかとしたものである。
【００２８】
（実施形態９）
以下、図９を参照して本実施形態を説明する。
本実施形態は、実施形態１又は２をさらに説明するものである。本実施形態は、複数の実施形態１又は２に記載される整数溝二層環状巻線付きのリニアモーターを並列接続したものである。並列接続する場合、隣接する２つの二次部は、一体に固定され、又は同一の二次部を利用する。これにより、モーターのスラスト出力を向上させることができる。
【００２９】
図９に示すモーターは、実施形態１又は２に記載される３つの整数溝二層環状巻線付きのリニアモーターを並列接続してなされるモーターである。これにより、モーターのスラスト出力を向上させることができる。
【００３０】
なお、本発明に係るリニアモーターは、必要な運転速度によって、その巻線が運動方向に沿って幾つかのセクションに分けられてもよい。この場合、各セクション同士のそれぞれの相巻線の直列巻数及び巻線の導体断面積は異なる。具体的に、低速セクションは、それぞれの相巻線の直列巻数が多く、巻線の導体断面積が小さく、高速セクションは、それぞれの相巻線の直列巻数が少なく、巻線の導体断面積が大きい。
【００３１】
本発明は、上述した実施形態に限定されず、上述した各実施形態に記載される技術的特徴の合理的な組み合わせであってもよい。
【符号の説明】
【００３２】
１     一次部
１−１ 一次鉄心
１−２ 一次巻線
１−３ 一次補助鉄心
２     二次部
３     補助一次部
【図１】
2015522240.tif 000003
【図２】
2015522240.tif 000004
【図３】
2015522240.tif 000005
【図４】
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【図５】
2015522240.tif 000007
【図６】
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【図７】
2015522240.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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