(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
各磁極が永久磁石により構成されたロータコアを回転磁界を発生するステータコア内に配置した永久磁石電動機において、
上記ロータコアは、その回転中心軸に対して同軸的に一体に接合された第１コアメンバーおよび第２コアメンバーを含み、上記第１コアメンバー内には、上記各磁極ごとに所定の断面形状を有する第１永久磁石が上記ロータコアの軸方向に沿って埋設され、上記第２コアメンバー内には、磁石材料および断面形状がともに上記第１永久磁石と異なる第２永久磁石が上記各磁極ごとに上記ロータコアの軸方向に沿って埋設されているとともに、上記第２永久磁石の周方向端部もしくは径方向端部にフラックスバリア孔が形成されており、上記第２コアメンバー内において、上記第２永久磁石および上記フラックスバリア孔がともに、上記第１永久磁石の断面形状の投影面積内に配置されていることを特徴とする永久磁石電動機。
【請求項２】
上記第１永久磁石が断面扇状であり、上記第２永久磁石が断面矩形状として上記ロータコアの直径線と直交する方向に沿って同ロータコアの外周縁側に配置されているとともに、上記第２永久磁石の両端に一対のフラックスバリア孔が形成され、上記第２コアメンバー内において、上記第２永久磁石および上記フラックスバリア孔がともに、上記第１永久磁石の断面扇状の投影面積内に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の永久磁石電動機。
【請求項３】
上記第１永久磁石が断面扇状であり、上記第２永久磁石が断面矩形状として上記ロータコアの直径線と直交する方向に沿って同ロータコアの内周縁側に配置されているとともに、上記第２永久磁石の両端には上記ロータコアの直径線に沿って同ロータコアの外周縁側に向けてスリット状に延びる一対のフラックスバリア孔が形成され、上記第２コアメンバー内において、上記第２永久磁石および上記フラックスバリア孔がともに、上記第１永久磁石の断面扇状の投影面積内に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の永久磁石電動機。
【請求項４】
上記第１永久磁石が断面扇状であり、上記第２永久磁石が断面矩形状の２つの第２磁石片からなり、この２つの第２磁石片の各一端側が上記ロータコアの中心方向に向けて互いに近づくような角度をもって配置されているとともに、上記各第２磁石片の他端側にはフラックスバリア孔がそれぞれ形成されており、上記第２コアメンバー内において、上記第２永久磁石の２つの第２磁石片および上記フラックスバリア孔がともに、上記第１永久磁石の断面扇状の投影面積内に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の永久磁石電動機。
【請求項５】
上記第１永久磁石が上記磁極の境界線に沿って配置された断面矩形状の２つの第１磁石片からなるとともに、この２つの第１磁石片のコア内径側端部間に第１フラックスバリア孔が形成され、また、上記第２永久磁石も上記磁極の境界線に沿って配置された断面矩形状の２つの第２磁石片からなるとともに、この２つの第２磁石片のコア内径側端部間に第２フラックスバリア孔が形成され、上記第２コアメンバー内において、上記第２永久磁石の２つの第２磁石片および第２フラックスバリア孔が上記第１永久磁石の２つの第１磁石片および第１フラックスバリア孔の各投影面積内に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の永久磁石電動機。
【請求項６】
上記第１永久磁石が断面円弧状であって、その凸面側が上記ロータコアの中心側に向けて配置されており、上記第２永久磁石が断面矩形状の２つの第２磁石片からなり、この２つの第２磁石片の各一端側が上記ロータコアの中心方向に向けて互いに近づくような角度をもって配置されているとともに、上記各第２磁石片の他端側にはフラックスバリア孔がそれぞれ形成されており、上記第２コアメンバー内において、上記第２永久磁石の２つの第２磁石片および上記フラックスバリア孔がともに、上記第１永久磁石の断面円弧状の投影面積内に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の永久磁石電動機。
【請求項７】
上記第１永久磁石が断面円弧状であって、その凸面側が上記ロータコアの中心側に向けて配置されており、上記第２永久磁石が断面矩形状として上記ロータコアの直径線と直交する方向に沿って同ロータコアの外周縁側に配置されているとともに、上記第２永久磁石の両端に一対のフラックスバリア孔が形成され、上記第２コアメンバー内において、上記第２永久磁石および上記フラックスバリア孔がともに、上記第１永久磁石の断面円弧状の投影面積内に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の永久磁石電動機。
【請求項８】
上記第１永久磁石が断面円弧状であって、その凸面側が上記ロータコアの中心側に向けて配置されており、上記第２永久磁石が断面矩形状として上記ロータコアの直径線と直交する方向に沿って同ロータコアの内周縁側に配置されているとともに、上記第２永久磁石の両端には上記ロータコアの直径線に沿って同ロータコアの外周縁側に向けてスリット状に延びる一対のフラックスバリア孔が形成され、上記第２コアメンバー内において、上記第２永久磁石および上記フラックスバリア孔がともに、上記第１永久磁石の断面円弧状の投影面積内に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の永久磁石電動機。
【請求項９】
上記第１永久磁石が断面円弧状であって、その凸面側が上記ロータコアの外周縁に沿って配置されており、上記第２永久磁石が断面矩形状として上記ロータコアの直径線と直交する方向に沿って同ロータコアの外周縁側に配置されているとともに、上記第２永久磁石の両端に一対のフラックスバリア孔が形成され、上記第２コアメンバー内において、上記第２永久磁石および上記フラックスバリア孔がともに、上記第１永久磁石の断面円弧状の投影面積内に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の永久磁石電動機。
【請求項１０】
上記第１永久磁石が断面扇状であり、上記第２永久磁石が上記磁極の境界線に沿って配置された断面矩形状の２つの第２磁石片からなるとともに、この２つの第２磁石片のコア内径側端部間にフラックスバリア孔が形成され、上記第２コアメンバー内において、上記第２永久磁石の２つの第２磁石片およびフラックスバリア孔がともに、上記第１永久磁石の断面扇状の投影面積内に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の永久磁石電動機。
【請求項１１】
上記第１永久磁石が上記磁極の境界線に沿って配置された断面矩形状の２つの第１磁石片からなるとともに、この２つの第１磁石片のコア内径側端部間にフラックスバリア孔が形成され、上記第２永久磁石が断面矩形状の２つの第２磁石片からなり、この２つの第２磁石片の各一端側が上記ロータコアの中心方向に向けて互いに近づくような角度をもって配置されているとともに、上記２つの第２磁極片の各他端側にはフラックスバリア孔が形成され、上記第２コアメンバー内において、上記第２永久磁石の２つの第２磁石片およびフラックスバリア孔がともに、上記第１永久磁石の２つの第１磁石片の各投影面積内に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の永久磁石電動機。
【請求項１２】
上記第１永久磁石が断面矩形状の２つの第１磁石片からなり、この２つの第１磁石片の各一端側が上記ロータコアの中心方向に向けて互いに近づくような角度をもって配置されているとともに、この２つの第１磁石片のコア内径側端部間にフラックスバリア孔が形成され、上記第２永久磁石も断面矩形状の２つの第２磁石片からなり、この２つの第２磁石片の各一端側が上記ロータコアの中心方向に向けて互いに近づくような角度をもって配置されているとともに、上記２つの第２磁極片の各他端側にはフラックスバリア孔が形成され、上記第２コアメンバー内において、上記第２永久磁石の２つの第２磁石片およびフラックスバリア孔がともに、上記第１永久磁石の２つの第１磁石片の各投影面積内に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の永久磁石電動機。
【請求項１３】
上記第１コアメンバーの第１永久磁石がフェライト磁石からなり、上記第２コアメンバーの第２永久磁石が希土類磁石からなることを特徴とする請求項１ないし１２のいずれか１項に記載の永久磁石電動機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ブラシレスＤＣモータなどのロータに永久磁石を有する電動機に係り、さらに詳しく言えば、性能およびサイズや製造コストを用途に見合った合理的なものにすることができるようにした、例えば空気調和機のコンプレッサなどの駆動源として好適な電動機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ブラシレスＤＣモータなどの電動機においては、そのインナーロータのコアに永久磁石が埋設されており、図２３および図２４にはその一例が示されている。なお、これらの図は、電動機の内部をその回転軸線と直交する面から見た平面図である。
【０００３】
まず、図２３の例において、ロータコア２は界磁が回転する例えば２４スロットのステータコア１内に配置されている。この例における電動機の極数は４極であり、したがって、ロータコア２には、その極数分に応じて４つの永久磁石３が設けられている。
【０００４】
各永久磁石３は断面が矩形の帯板状に形成されており、ロータコア２の外周縁側において、同ロータコア２の直径線と直交する方向に沿ってＮ極とＳ極の各一対が対向的に配置されている。なお、各永久磁石３は図２３の紙面に対して直交する方向に沿ってロータコア２内に埋設されている。
【０００５】
各永久磁石３の間には、隣接する永久磁石間における磁束の短絡や漏洩を防止するためのフラックスバリアとしての孔４が形成されている。この例では、孔４は三角形状の孔として示されており、各永久磁石３の両端に配置されている。また、ロータコア２の中心には、図示しない回転軸が挿通される中心孔５が設けられている。
【０００６】
ここで、永久磁石３による空隙部（ステータコア１の歯と永久磁石３との間）の磁束分布が正弦波状になっているものとすると、この電動機のトルクＴは、
Ｔ＝Ｐｎ｛Φａ・Ｉａ・ｃｏｓβ−０．５（Ｌｄ−Ｌｑ）・Ｉ２・ｓｉｎ２β｝で表される。なお、Φａはｄ，ｑ座標軸上の永久磁石３による電機子鎖交磁束、Ｌｄ，Ｌｑはｄ，ｑ軸インダクタンス、Ｉａはｄ，ｑ座標軸上の電機子電流の振幅、βはｄ，ｑ座標軸上の電機子電流Ｉのｑ軸からの進み角、Ｐｎは極対数である。
【０００７】
上記の式において、第１項は永久磁石３によるマグネットトルクであり、第２項はｄ軸インダクタンスとｑ軸インダクタンスとの差によって生じるリラクタンストルクである。詳しくは、Ｔ．ＩＥＥ  Ｊａｐａｎ，Ｖｏｌ．１１７―Ｄ，Ｎｏ８，１９９７の論文を参照されたい。
【０００８】
もう一つの従来例である図２４のロータコア２においては、断面円弧状の永久磁石６が用いられているが、そのトルクＴは同じく上記の演算式により求めることができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ロータコアにはその磁極数分の永久磁石が埋設されるが、従来においては、そのほとんどが１種類の永久磁石、例えばフェイライト磁石もしくは希土類磁石のいずれか一方を用いている。このため、設計の自由度が狭く、トルクや効率などの性能および大きさが画一的になりがちであり、また、製造コストも使用する永久磁石材料によってほぼ一義的に決まってしまう。
【００１０】
例えば、図２２に示すロータコア２の磁極としての永久磁石３を希土類磁石とした場合には、サイズは小さく、しかも性能も良好であるが、コストが高くなってしまう。一方、図２３に示すロータコア２の磁極となる永久磁石６をフェイライト磁石とした場合には、コスト的には安価であるが、希土類磁石に匹敵する性能を得ようとすると、ロータコア２の径を大きくしなければならない。
【００１１】
すなわち、フェライト磁石は安価であり、成形の容易性により種々形状の永久磁石を得ることが可能であるが、磁束密度が小さいため、ロータコアの小型化が難しい。これに対して、希土類磁石は、磁束密度が高いため、ロータコアの小型化が容易であるが、成形の困難性により永久磁石の形状が限られる。また、希土類磁石はフェライト磁石に比べて高価である。
【００１２】
このように、従来においては、ロータコアの磁極に１種類の永久磁石を用いているため、性能、大きさおよびコストの選択幅が狭く、用途に見合った合理的な電動機を得ることが困難であった。
【００１３】
本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その目的は、用途に見合った適正な性能および大きさを有し、しかもコスト的にも合理的である永久磁石電動機を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、この目的は、各磁極が永久磁石により構成されたロータコアを回転磁界を発生するステータコア内に配置した永久磁石電動機において、上記ロータコアは、その回転中心軸に対して同軸的に一体に接合された第１コアメンバーおよび第２コアメンバーを含み、上記第１コアメンバー内に、上記各磁極ごとに所定の断面形状を有する第１永久磁石を埋設するとともに、上記第２コアメンバー内に、磁石材料および断面形状がともに上記第１永久磁石と異なる第２永久磁石を上記各磁極ごとに埋設することによって達成される。
【００１５】
例えば、第１永久磁石にフェライト磁石を用い、第２永久磁石に希土類磁石を用いることにより、その性能を各磁極をフェライト磁石のみで構成した場合と各磁極を希土類磁石のみで構成した場合の中間的な性能とすることができる。
この場合において、ロータコアに対する第１コアメンバーと第２コアメンバーの構成比率を変えることにより、永久磁石電動機として、性能やサイズ、それにコストも用途により適したものが得られる。
【００１６】
また、本発明において、第１コアメンバーと第２コアメンバーは、その各一端側の端面を緊密に接触させて同軸的に接合されるが、第２コアメンバー側の第２永久磁石は、第１コアメンバー側から見て同第１コアメンバーに埋設されている第１永久磁石の断面形状の投影面積内に配置されることが好ましく、この点も本発明の特徴の一つである。
これによれば、第１コアメンバーと第２コアメンバーの接触面において、第１および第２永久磁石が、互いに相手方のフラックスバリアとして作用することになる。
【００１７】
本発明には、次のようないくつもの態様が含まれる。
【００１８】
まず、第１の態様として、第１コアメンバー側においては、第１永久磁石を断面扇状とする。第２コアメンバー側においては、第２永久磁石を断面矩形状としてロータコアの直径線と直交する方向に沿って同ロータコアの外周縁側に配置するとともに、第２永久磁石の両端に一対のフラックスバリア孔を形成し、この第２永久磁石およびフラックスバリア孔をともに、第１永久磁石の断面扇状の投影面積内に配置する。これによれば、第２コアメンバーに対して、ステータコアからの磁束が入りやすくなり、リラクタンストルクを大きくすることができる。また、フラックスバリア孔により、磁束の短絡や漏洩を防止することができる。
【００１９】
この第１の態様を変形して、第２永久磁石をロータコアの内周縁側に配置するとともに、この第２永久磁石の両端にロータコアの直径線に沿って同ロータコアの外周縁側に向けてスリット状に延びる一対のフラックスバリア孔を形成としてもよい（第２の態様）。
【００２０】
第３の態様として、第１コアメンバー側においては、第１永久磁石を断面扇状とする。第２コアメンバー側においては、第２永久磁石として断面矩形状の２つの第２磁石片を用い、この２つの第２磁石片の各一端側をロータコアの中心方向に向けて互いに近づくような角度をもって配置するとともに、各第２磁石片の他端側にフラックスバリア孔をそれぞれ形成し、これら２つの第２磁石片およびフラックスバリア孔をともに、第１永久磁石の断面扇状の投影面積内に配置する。これによれば、第２永久磁石としての２つの第２磁石片がステータコアからの磁束の磁路曲線に沿って配置されているため、その磁路の磁気抵抗を小さくすることができ、これによりリラクタンストルクが大きくなる。
【００２１】
第４の態様として、第１コアメンバー側においては、第１永久磁石として断面矩形状の２つの第１磁石片を用い、この２つの第１磁石片を磁極の境界線に沿って配置するとともに、この２つの第１磁石片のコア内径側端部間に第１フラックスバリア孔を形成する。また、第２コアメンバー側においても、第２永久磁石として断面矩形状の２つの第２磁石片を用い、この２つの第２磁石片を磁極の境界線に沿って配置するとともに、この２つの第２磁石片のコア内径側端部間に第２フラックスバリア孔を形成し、これらの２つの第２磁石片および第２フラックスバリア孔を第１永久磁石の２つの第１磁石片および第１フラックスバリア孔の各投影面積内に配置する。これによれば、第１および第２コアメンバーの双方に対して、ステータコアからの磁束が入り込みやすく、第３の態様と同じく、ステータコアから入り込む磁束に対する磁気抵抗を小さくすることができ、これによりリラクタンストルクが大きくなる。
【００２２】
第５の態様として、第１コアメンバー側においては、第１永久磁石を断面円弧状とし、その凸面側をロータコアの中心側に向けて配置する。第２コアメンバー側においては、第２永久磁石として断面矩形状の２つの第２磁石片を用い、この２つの第２磁石片の各一端側をロータコアの中心方向に向けて互いに近づくような角度をもって配置するとともに、各第２磁石片の他端側にフラックスバリア孔をそれぞれ形成し、これらの２つの第２磁石片およびフラックスバリア孔をともに、第１永久磁石の断面円弧状の投影面積内に配置する。これにより、上記の各態様と同じく、ステータコアから入り込む磁束に対する磁気抵抗を小さくして、リラクタンストルクを大きくすることができる。
【００２３】
このような作用効果は、以下に説明する第６ないし第１１の態様によっても得ることができる。
【００２４】
すなわち、第６の態様として、第１コアメンバー側においては、第１永久磁石を断面円弧状とし、その凸面側をロータコアの中心側に向けて配置する。第２コアメンバー側においては、第２永久磁石を断面矩形状としてロータコアの直径線と直交する方向に沿って同ロータコアの外周縁側に配置するとともに、この第２永久磁石の両端に一対のフラックスバリア孔を形成し、第２永久磁石およびフラックスバリア孔をともに、第１永久磁石の断面円弧状の投影面積内に配置するようにしてもよい。
【００２５】
第７の態様として、第１コアメンバー側においては、第１永久磁石を断面円弧状とし、その凸面側をロータコアの中心側に向けて配置する。第２コアメンバー側においては、第２永久磁石を断面矩形状としてロータコアの直径線と直交する方向に沿って同ロータコアの内周縁側に配置するとともに、第２永久磁石の両端にロータコアの直径線に沿って同ロータコアの外周縁側に向けてスリット状に延びる一対のフラックスバリア孔を形成し、第２永久磁石および上記フラックスバリア孔をともに、第１永久磁石の断面円弧状の投影面積内に配置するようにしてもよい。
【００２６】
第８の態様として、第１コアメンバー側においては、第１永久磁石を断面円弧状とし、その凸面側をロータコアの外周縁に沿って配置する。第２コアメンバー側においては、２永久磁石を断面矩形状としてロータコアの直径線と直交する方向に沿って同ロータコアの外周縁側に配置するとともに、この第２永久磁石の両端に一対のフラックスバリア孔を形成し、第２永久磁石およびフラックスバリア孔をともに、第１永久磁石の断面円弧状の投影面積内に配置するようにしてもよい。
【００２７】
第９の態様として、第１コアメンバー側においては、第１永久磁石を断面扇状とする。第２コアメンバー側においては、第２永久磁石を磁極の境界線に沿って配置された断面矩形状の２つの第２磁石片により構成するとともに、この２つの第２磁石片のコア内径側端部間にフラックスバリア孔を形成し、これら２つの第２磁石片およびフラックスバリア孔をともに、第１永久磁石の断面扇状の投影面積内に配置するようにしてもよい。
【００２８】
また、第１０の態様として、第１コアメンバー側においては、第１永久磁石として断面矩形状の２つの第１磁石片を用い、この２つの第１磁石片を磁極の境界線に沿って配置するとともに、この２つの第１磁石片のコア内径側端部間にフラックスバリア孔を形成する。第２コアメンバー側においても、第２永久磁石として断面矩形状の２つの第２磁石片を用い、この２つの第２磁石片の各一端側をロータコアの中心方向に向けて互いに近づくような角度をもって配置し、これら２つの第２磁石片を第１永久磁石の２つの第１磁石片の各投影面積内に配置するようにしてもよい。
【００２９】
さらに、第１１の態様として、第１コアメンバー側においては、第１永久磁石として断面矩形状の２つの第１磁石片を用い、この２つの第１磁石片の各一端側をロータコアの中心方向に向けて互いに近づくような角度をもって配置するとともに、この２つの第１磁石片のコア内径側端部間にフラックスバリア孔を形成し、また、第２コアメンバー側においても、第２永久磁石として断面矩形状の２つの第２磁石片を用い、この２つの第２磁石片の各一端側をロータコアの中心方向に向けて互いに近づくような角度をもって配置し、これら２つの第２磁石片を第１永久磁石の２つの第１磁石片の各投影面積内に配置するようにしてもよい。
【００３０】
本発明において使用する磁石材料としては、第１コアメンバーの第１永久磁石がフェライト磁石であり、第２コアメンバーの第２永久磁石が希土類磁石であることが好ましい。フェライト磁石および希土類磁石はともに、入手が容易であり、本発明の永久磁石電動機を容易に実現することができる。
【００３１】
本発明において、第１および第２コアメンバーはともに、プレスにて打ち抜かれた永久磁石埋設孔およびフラックスバリア孔を有する電磁鋼板の積層体からなるが、第１コアメンバー用電磁鋼板においては、その永久磁石埋設孔およびフラックスバリア孔が、第２コアメンバーの永久磁石埋設孔およびフラックスバリア孔を被せるように打ち抜かれていることが好ましい。
【００３２】
すなわち、第２コアメンバー側の永久磁石埋設孔およびフラックスバリア孔は、第１コアメンバー側の永久磁石埋設孔およびフラックスバリア孔の投影面積内に配置されており、第２コアメンバー側の永久磁石埋設孔およびフラックスバリア孔は、第１コアメンバー側の永久磁石埋設孔およびフラックスバリア孔よりも寸法的に小さい。
【００３３】
したがって、ロータコアの製造に際しては、まず、ロータコアを構成するすべてのコア材（電磁鋼板）を対象として、第２コアメンバー用の永久磁石埋設孔およびフラックスバリア孔を打ち抜き、しかる後、第１コアメンバー用の永久磁石埋設孔およびフラックスバリア孔については、その第１コアメンバーに必要とされる枚数分のコア材に対して、先に形成した第２コアメンバーの永久磁石埋設孔およびフラックスバリア孔を被せるように打ち抜けばよい。これによれば、さほどコスト負担を招くことなく、能率的に電磁鋼鈑からなるコア積層体が得られることになる。なお、その後にこのコア積層体に永久磁石材料が埋設され、着磁が施される。
【００３４】
本発明は、空気調和機のコンプレッサ駆動用として用いられるブラシレスＤＣモータに好適であり、これによれば空気調和機の性能アップが図れる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明を図面に示されている実施列により説明する。
【００３６】
まず、図１ないし図４を参照して、本発明による永久磁石電動機の第１実施例ついて説明する。この永久磁石電動機は、回転磁界を発生するステータコア１７と、このステータコア１７内に回転可能に設けられたロータコア１０とを備えている。この実施例において、ステータコア１７は２４のスロットを有し、三相（Ｕ相，Ｖ相およびＷ相）の電機子巻線が施されている。この場合、外径側の巻線がＵ相、内径側の巻線がＷ相、その中間に位置する巻線がＶ相とされているが、スロット数および電機子巻線の形態は任意であってよい。
【００３７】
図２の断面図に示されているように、ロータコア１０は、第１永久磁石１２が埋設された第１コアメンバー１２と、第２永久磁石１３が埋設された第２コアメンバー１４とを同軸的に一体に接合することにより構成されている。なお、ロータコア１０の回転中心には、図示しない回転軸を挿通するための中心孔１６が穿設されている。この実施例において、第１永久磁石１２はフェライト磁石からなり、第２永久磁石１３には希土類磁石が用いられている。
【００３８】
図３に示されているように、第１永久磁石１１は断面扇状に形成され、第１コアメンバー１２内に、このモータの極数（この例では４極）に応じて円周方向に沿って等間隔に埋設されている。このように、第１永久磁石１１は断面扇状であるため、第１コアメンバー１２における磁石の占有率が極めて高くなっている。
【００３９】
これに対して、図４に示されているように、第２永久磁石１３は断面矩形状、すなわち所定の板厚を有する帯板状であり、第２コアメンバー１４内に第１永久磁石１１と同じく、モータの極数に応じて均等な間隔をもって埋設されている。このように、第２永久磁石１３は帯板状であるため、第２コアメンバー１４における磁石の占有率が第１コアメンバー１２に比べて小さくなっている。
【００４０】
各第２永久磁石１３は、第２コアメンバー１４の外周縁側寄りの位置において、同第２コアメンバー１４の直径線と直交する方向に沿って配置されている。
【００４１】
第１コアメンバー１２と第２コアメンバー１４とを同軸的に接合するにあたって、第１永久磁石１１と第２永久磁石１３は、その同じ磁極同士がそれぞれ対応するように位置合わせされるが、この場合、第１コアメンバー１２側から見て、第２コアメンバー１４側の第２永久磁石１３は、第１コアメンバー１２に埋設されている第１永久磁石１１の投影面積内に配置されている。すなわち、図１において、第１永久磁石１１は鎖線で示され、第２永久磁石１３はその鎖線内に実線で示されているように、第２永久磁石１３は第１永久磁石１１の断面形状に含まれるように配置されている。
【００４２】
また、各第２永久磁石１３の両端側には、磁束の短絡および磁束の漏洩を防止するためのフラックスバリア孔１５ａ，１５ｂが一対として形成されている。このフラックスバリア孔１５ａ，１５ｂもまた第１永久磁石１１の投影面積内に形成されることが好ましい。
【００４３】
このロータコア１０を観察すると、第１コアメンバー１２においては、第１永久磁石１１が安価で磁束密度の低いフェライト磁石であっても、その形状が断面扇状で第１コアメンバー１２に対する磁石占有率が高いことから、マグネットトルクをある程度大きくすることができるが、他方において、その高い磁石占有率によりｑ軸インダクタンスおよびｄ軸インダクタンスが小さい値となるため、リラクンストルクが小さくなる。
【００４４】
これに対して、第２コアメンバー１４においては、第２永久磁石１３が高価で磁束密度の高い希土類磁石であることから、マグネットトルクが大きく、また、第２コアメンバー１４に対する磁石占有率が低く、図４の実線矢印で示す磁路の磁気抵抗が小さいため、ステータコア１７からの磁束が内部に入り込み易くなり、ｄ軸とｑ軸のインダクタンス差（Ｌｑ−Ｌｄ）が大きくなり、リラクタンストルクが大きくなる。
【００４５】
したがって、ロータコア１０において、例えば第１コアメンバー１２の比率を相対的に増やすと、性能（トルク、効率）が低下するが、コストが大幅に低減する。すなわち、安価なフェライト磁石の第１永久磁石１１の使用量が増え、その反面、希土類磁石の第２永久磁石１３の量が減るからである。ちなみに、希土類磁石はフェライト磁石よりも２０倍程度高価である。
【００４６】
これとは反対に、第２コアメンバー１４の比率を相対的に増やすと、性能的には向上するが、コストがかなり高くなる。なお、この永久磁石電動機の用途によっては、第１コアメンバー１２および第２コアメンバー１４をともに増やし、もしくは逆にそれらのコアメンバーをともに減らすようにしてもよい。
【００４７】
このように、ロータコア１０に対する第１コアメンバー１２と第２コアメンバー１４の占める比率を選択することにより、所望の性能、サイズおよびコストのモータを得ることができる。すなわち、モータ設計の自由度（選択の幅）が大きくなる。
【００４８】
また、第１永久磁石１１の断面形状を第２永久磁石１３の断面形状よりも大きくしているため、第１コアメンバー１２と第２コアメンバー１４との接触面において、第１永久磁石１１と第２永久磁石１３とが、互いに相手方の永久磁石のフラックスバリアの機能（磁束の短絡、漏洩防止機能）を果たすことになる。すなわち、第１永久磁石１１を埋設している孔が第２永久磁石１３のフラックスバリアの機能を発揮し、第２永久磁石１３を埋設している孔が第１永久磁石１１のフラックスバリアの機能を発揮する。
【００４９】
このロータコア１０の製造においては、自動プレス機械でコアプレス金型により電磁鋼板からコア材を打ち抜き、そのコア材を金型内で所定枚数積層した後、リベットを挿通してかしめる自動コア積層方式が採用されている。
【００５０】
このプレス加工工程で、第１コアメンバー１２用のコア材と第２コアメンバー１４用のコア材とを、あらかじめ別々に所定枚数分打ち抜いてもよいが、本発明では、まず、ロータコア１０を構成するのに必要なすべてのコア材を第２コアメンバー１４用として打ち抜く。すなわち、すべてのコア材に第２永久磁石１３を埋設するための孔とフラックスバリア孔１５ａ，１５ｂとを形成する。しかる後、そのコア材の中から第１コアメンバー１２に必要とされる枚数分のコア材を取り出し、これについて第１永久磁石１１を埋設するための孔を打ち抜くようにしている。この場合、第１永久磁石１１の埋設孔は、先に形成した第２コアメンバー１４用の磁石埋設孔およびフラックスバリア孔１５ａ，１５ｂを被せるように打ち抜かれ、したがって、第１コアメンバー１２用のコア材には第１永久磁石１１の埋設孔のみが形成されることになる。
【００５１】
上記のようにして、第１コアメンバー１２と第２コアメンバー１４とを一体に組み立てた後、第１コアメンバー１２に第１永久磁石１１としてのフェライト磁石を埋設し、第２コアメンバー１４には第２永久磁石１３としての希土類磁石を埋設してそれぞれ着磁することによりロータコア１０が得られる。なお、各永久磁石１１，１３を着磁した後、コア内に埋設するようにしてもよい。
【００５２】
このように、本発明によれば、新たに設備を導入する必要がなく、既存の装置を利用してロータコア１０を製造することができるため、コスト負担が増えることもない。
【００５３】
また、このロータコア１０を空気調和機の圧縮機用モータとしてのブラシレスＤＣモータに適用することにより、コストアップを伴なうことなく、空気調和機の性能アップ（運転効率の上昇、振動や騒音の低下）を図ることができる。
【００５４】
次に、図５ないし図７に示されている第２実施例について説明する。この第２実施例では、第２コアメンバー１４内に埋設される第２永久磁石１８が上記第１実施例のものと変更されており、その他の構成は第１実施例と同じである。
【００５５】
この第２実施例においても、第２コアメンバー１４内に埋設される第２永久磁石１８は断面矩形状の希土類磁石からなるが、この場合、第２永久磁石１８は第２コアメンバー１４の内周縁側において、同第２コアメンバー１４の直径線と直交する方向に沿って配置されている。
【００５６】
この第２永久磁石１８は、第１コアメンバー１２に埋設されている第１永久磁石１１の断面扇状の投影面積内に入るように、第１実施例の第２永久磁石１３よりも幅が狭くされている。
【００５７】
また、この第２実施例によると、第２永久磁石１８の両端部には、磁極の境界に沿ってコア外周縁側に延びるスリット状のフラックスバリア孔２０ａ，２０ｂが形成されている。このフラックスバリア孔２０ａ，２０ｂは、できるだけコア外周縁近くまで延ばすこと好ましいが、このフラックスバリア孔２０ａ，２０ｂもまた、第１コアメンバー１２に埋設されている第１永久磁石１１の断面扇状の投影面積内からはみ出さないように、その長さが決められている。
【００５８】
このように、第１実施例に比べて、第２永久磁石１８の使用量および位置を異ならせることにより、磁束密度（マグネットトルク）および磁路の磁気抵抗（リラクタンストルク）やコストが異なったロータコアを得ることができる。
【００５９】
また、図８ないし図１０に示されている第３実施例では、第２コアメンバー１４内に第２永久磁石として、一つの磁極あたり２つの磁石片２１ａ，２１ｂが埋設されている。なお、この第３実施例において、ステータコア１７および第１コアメンバー１２などのその他の構成は上記第１実施例と同じである。
【００６０】
磁石片２１ａ，２１ｂはともに、断面矩形状の希土類磁石からなり、それらの各一端側がロータコア１０の中心方向に向けて互いに近づくような角度をもって配置されている。すなわち、各磁石片２１ａ，２１ｂは、それらの交差角が鈍角となるように、ｄ軸に対して線対称的に配置されている。
【００６１】
磁石片２１ａ，２１ｂのコア外周縁側に位置する各他端側には、フラックスバリア孔２３ａ，２３ｂがそれぞれ形成されている。なお、このフラックスバリア孔２３ａ，２３ｂは、磁石片２１ａ，２１ｂ用の埋設孔と一体に形成されてもよい。
【００６２】
この場合、磁石片２１ａ，２１ｂおよびフラックスバリア孔２３ａ，２３ｂは、先の第１および第２実施例と同様に、第１コアメンバー１２に埋設されている第１永久磁石１１の断面扇状の投影面積内に配置されている。
【００６３】
この第３実施例においては、第２永久磁石として２つの磁石片２１ａ，２１ｂを用い、その希土類磁石の使用量が多いことから、大きなマグネットトルクが得られる。また、図１０に示されているように、磁石片２１ａ，２１ｂが磁路に沿って配置されているため、その磁路の磁気抵抗を最小として、リラクタンストルクを最大限に大きくすることができる。したがって、上記第１および第２実施例よりも、高トルクで、高効率のモータを得ることができる。
【００６４】
次に、図１１ないし図１３を参照しながら、第４実施例について説明する。この第４実施例では、第１コアメンバー１２の第１永久磁石および第２コアメンバー１４の第２永久磁石をともに変更している。なお、この第４実施例の全体的な構成が示されている図１１において、ステータコア１７については、上記各実施例と同じである。
【００６５】
図１２によく示されているように、第１コアメンバー１２に埋設される第１永久磁石として、一つの磁極あたり２つの第１磁石片２４ａ，２４ｂが用いられている。この第１磁石片２４ａ，２４ｂはともに、断面矩形で所定の板厚を有する帯板状のフェライト磁石からなる。
【００６６】
この第１磁石片２４ａ，２４ｂは磁極の境界線に沿って配置されており、そのコア内径側端部間には、第１フラックスバリア孔２６が形成されている。この第１フラックスバリア孔２６はできるだけコア内径側に近い方が好ましい。
【００６７】
また、図１３に示されているように、第２コアメンバー１４に埋設される第２永久磁石にも、一つの磁極あたり２つの第２磁石片２７ａ，２７ｂが用いられている。この第２磁石片２７ａ，２７ｂはともに、断面矩形で所定の板厚を有する帯板状の希土類磁石からなる。第２磁石片２７ａ，２７ｂも第１磁石片２４ａ，２４ｂと同様に、磁極の境界線に沿って配置されており、そのコア内径側端部間には、第２フラックスバリア孔２９が形成されている。
【００６８】
この場合、第２磁石片２７ａ，２７ｂの板厚は、第１磁石片２４ａ，２４ｂよりも薄くされている。また、第２フラックスバリア孔２９も、その長さおよび幅が第１フラックスバリア孔２６よりも実質的に小さくされている。すなわち、第２磁石片２７ａ，２７ｂおよび第２フラックスバリア孔２９は、第１磁石片２４ａ，２４ｂおよび第１フラックスバリア孔２６の各投影面積内に含まれるように配置されている。
【００６９】
次に、図１４ないし図１６に示されている第５実施例について説明する。なお、この第５実施例の全体的な構成が示されている図１４において、ステータコア１７については、上記各実施例と同じである。
【００７０】
この第５実施例において、第１コアメンバー１２内に埋設される第１永久磁石３０はフェライト磁石からなるが、この第１永久磁石３０は断面円弧状とされている。図１５に示されているように、この第１永久磁石３０は各磁極ごとに一つとして割り当てられるが、この場合、第１永久磁石３０はその凸面側がコアの中心側に向けて配置されている。
【００７１】
これに対して、図１６に示されているように、第２コアメンバー１４側においては、上記第３実施例と同じく、第２永久磁石として、一つの磁極あたり２つの磁石片３２ａ，３２ｂが用いられている
【００７２】
すなわち、磁石片３２ａ，３２ｂはともに、断面矩形状の希土類磁石からなり、それらの各一端側がロータコア１０の中心方向に向けて互いに近づくような角度をもって配置されている。換言すれば、各磁石片２１ａ，２１ｂは、それらの交差角が鈍角となるように、ｄ軸に対して線対称的に配置されている。
【００７３】
磁石片３２ａ，３２ｂのコア外周縁側に位置する各他端側には、フラックスバリア孔３４ａ，３４ｂがそれぞれ形成されている。磁石片３２ａ，３２ｂおよびフラックスバリア孔３４ａ，３４ｂは、第１コアメンバー１２に埋設されている第１永久磁石３０の断面円弧状の投影面積内に配置されている。
【００７４】
以上、本発明の代表的な各実施例について説明したが、本発明には次のような各種の変形例が含まれる。なお、これらの変形例においても、ステータコア１７側は変更を要しないため、変形例の各図面にはロータコア１０の概略的な平面図のみを示すことにする。
【００７５】
また、この変形例に係るロータコア１０の各平面図は、第２コアメンバー１４側から見た場合のものであり、したがって、第２コアメンバー１４内の第２永久磁石を実線とし、第２コアメンバー１４に対して紙面後方となる第１コアメンバー１２内の第１永久磁石については鎖線で示している。
【００７６】
図１７の第１変形例において、ロータコア１０は上記第５実施例で説明した第１コアメンバー１２と、上記第１実施例で説明した第２コアメンバー１４とを同軸的に一体に接合したものである。
【００７７】
すなわち、第１コアメンバー１２内には、断面円弧状のフェライト磁石からなる第１永久磁石３０が、各磁極ごとにその凸面側をコアの中心方向に向けて配置されている。これに対して、第２コアメンバー１４には、断面矩形状（平らな帯板状）の希土類磁石からなる第２永久磁石１３が、各磁極ごとに、第２コアメンバー１４の外周縁側において、同第２コアメンバー１４の直径線と直交する方向に沿って配置されている。なお、図示されていないが、第２永久磁石１３の両端側にはフラックスバリア孔がそれぞれ設けられている。
【００７８】
なお、図１８に第２変形例として示されているように、上記第１変形例における断面円弧状のフェライト磁石からなる第１永久磁石３０を、その凸面側がコアの外周縁に沿うように配置してもよい。
【００７９】
図１９には、上記第５実施例で説明した第１コアメンバー１２と、上記第２実施例で説明した第２コアメンバー１４とを同軸的に一体に接合してなる第３変形例としてのロータコア１０が示されている。
【００８０】
第１コアメンバー１２については、上記第１変形例と同一であるため、その説明は省略する。第２コアメンバー１４には、断面矩形状の希土類磁石からなる第２永久磁石１８が、各磁極ごとに、第２コアメンバー１４の内周縁側において、同第２コアメンバー１４の直径線と直交する方向に沿って配置されている。また、第２永久磁石１８の両端部には、磁極の境界に沿ってコア外周縁側に延びるスリット状のフラックスバリア孔２０ａ，２０ｂが形成されている。
【００８１】
図２０には、上記第１実施例で説明した第１コアメンバー１２と、上記第４実施例で説明した第２コアメンバー１４とを同軸的に一体に接合してなる第４変形例としてのロータコア１０が示されている。
【００８２】
すなわち、第１コアメンバー１２には、断面扇状のフェライト磁石からなる第１永久磁石１１が、各磁極ごとに設けられている。これに対して、第２コアメンバー１４には、一つの磁極あたり２つの第２磁石片２７ａ，２７ｂが用いられている。この第２磁石片２７ａ，２７ｂはともに、断面矩形で所定の板厚を有する帯板状の希土類磁石からなり、その各々が磁極の境界線に沿って配置されている。また、そのコア内径側端部間には、第２フラックスバリア孔２９が形成されている。
【００８３】
図２１は第５変形例で、上記第４実施例で説明した第１コアメンバー１２と、上記第３実施例で説明した第２コアメンバー１４とを同軸的に一体に接合してなるロータコア１０が示されている。
【００８４】
すなわち、第１コアメンバー１２には、第１永久磁石として、一つの磁極あたり２つの磁石片２４ａ，２４ｂが用いられている。この磁石片２４ａ，２４ｂはともに、断面矩形で所定の板厚を有する帯板状のフェライト磁石からなり、その各々が磁極の境界線に沿って配置されている。また、そのコア内径側端部間には、フラックスバリア孔２６が形成されている。
【００８５】
これに対して、第２コアメンバー１４には、第２永久磁石として、一つの磁極あたり２つの磁石片２１ａ，２１ｂが用いられている。磁石片２１ａ，２１ｂはともに、断面矩形状の希土類磁石からなり、それらの各一端側がロータコア１０の中心方向に向けて互いに近づくような角度をもって配置されている。また、図示されていないが、磁石片２１ａ，２１ｂのコア外周縁側に位置する各他端側には、フラックスバリア孔がそれぞれ形成されている。
【００８６】
図２２は上記第５変形例で第１永久磁石として用いられている２つの磁石片２４ａ，２４ｂをさらに変形した第６変形例である。すなわち、第５変形例では、第１コアメンバー１２側において、２つの磁石片２４ａ，２４ｂを磁極の境界線に沿って平行に配置しているが、この第１コアメンバー１２側の２つの磁石片２４ａ，２４ｂを第２コアメンバー１４側の２つの磁石片２１ａ，２１ｂと同じく、それらの各一端側がロータコア１０の中心方向に向けて互いに近づくような角度をもって配置するようにしてもよい。
【００８７】
なお、各変形例の図面からも分かるように、いずれの場合においても、第２コアメンバー１４側の第２永久磁石の幅および長さは、第１コアメンバー１２側の第１永久磁石よりも実質的に小さく、第２永久磁石が第１永久磁石の投影面積内に入るようにしている。
【００８８】
以上、本発明を具体的な実施例および変形例により詳細に説明したが、本発明はこれに限定されるものでなく、当業者にとって容易に考えられる均等物をも当然に含む。
【００８９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、磁極が永久磁石により構成されたロータコアを回転磁界を発生するステータコア内に配置した永久磁石電動機において、第１コアメンバーと第２コアメンバーとを同軸的に一体に接合することによりロータコアを構成し、第１コアメンバー内に各磁極ごとに所定の断面形状を有する第１永久磁石（例えば、フェライト磁石）を埋設するとともに、第２コアメンバー内には磁石材料および断面形状がともに第１永久磁石と異なる第２永久磁石（例えば、希土類磁石）を各磁極ごとに埋設するようにしたことにより、その性能を、各磁極をフェライト磁石のみで構成した場合と各磁極を希土類磁石のみで構成した場合の中間的な性能とすることができる。
【００９０】
また、ロータコアに対する第１コアメンバーと第２コアメンバーの構成比率を変えることにより、永久磁石電動機として、性能やサイズ、それにコストも用途により適したものが得られる。
【００９１】
第２コアメンバー側の第２永久磁石を、第１コアメンバー側から見て同第１コアメンバーに埋設されている第１永久磁石の断面形状の投影面積内に配置するようにしたことにより、第１コアメンバーと第２コアメンバーの接触面において、第１および第２永久磁石が互いに相手方のフラックスバリアとして作用し、磁束の短絡や漏洩を防止することができる。
【００９２】
第１コアメンバー側においては第１永久磁石を断面扇状とし、第２コアメンバー側においては第２永久磁石として断面矩形状の２つの第２磁石片を用い、この２つの第２磁石片の各一端側をロータコアの中心方向に向けて互いに近づくような角度をもって配置するようにしたことにより、第２永久磁石としての２つの第２磁石片がステータコアからの磁束の磁路曲線に沿って配置されることになるため、その磁路の磁気抵抗を小さくすることができ、これによりリラクタンストルクを大きくすることができる。
【００９３】
第１コアメンバー側においては第１永久磁石として断面矩形状の２つの第１磁石片を用い、この２つの第１磁石片を磁極の境界線に沿って配置するとともに、第２コアメンバー側においても第２永久磁石として断面矩形状の２つの第２磁石片を用い、この２つの第２磁石片を磁極の境界線に沿って配置するようにしたことにより、第１および第２コアメンバーの双方に対して、ステータコアからの磁束が入り込みやすくなり、すなわちステータコアから入り込む磁束に対する磁気抵抗を小さくなり、これによりリラクタンストルクを大きくすることができる。
【００９４】
第１コアメンバー側においては第１永久磁石を断面円弧状とし、その凸面側をロータコアの中心側に向けて配置し、第２コアメンバー側においては第２永久磁石として断面矩形状の２つの第２磁石片を用い、この２つの第２磁石片の各一端側をロータコアの中心方向に向けて互いに近づくような角度をもって配置することによっても、上記と同様に、ステータコアから入り込む磁束に対する磁気抵抗を小さくして、リラクタンストルクを大きくすることができる。
【００９５】
第２コアメンバー側の永久磁石埋設孔およびフラックスバリア孔を、第１コアメンバー側の永久磁石埋設孔およびフラックスバリア孔よりも寸法的に小さくして、第１コアメンバー側の永久磁石埋設孔およびフラックスバリア孔の投影面積内に配置するようにしたことにより、ロータコアの製造に際しては、まず、ロータコアを構成するすべてのコア材（電磁鋼板）を対象として、第２コアメンバー用の永久磁石埋設孔およびフラックスバリア孔を打ち抜き、しかる後、第１コアメンバー用の永久磁石埋設孔およびフラックスバリア孔については、その第１コアメンバーに必要とされる枚数分のコア材に対して、先に形成した第２コアメンバーの永久磁石埋設孔およびフラックスバリア孔を被せるように打ち抜けばよく、さほどコスト負担を招くことなく、能率的に電磁鋼鈑からなるコア積層体を得ることができる。
【００９６】
本発明の永久磁石電動機は、空気調和機のコンプレッサ駆動用ブラシレスＤＣモータに好適であり、これによればコストアップを伴なうことなく空気調和機の性能アップを図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を示した概略的な平面図。
【図２】同第１実施例に適用されているロータコアのｄ軸に沿った断面図。
【図３】同ロータコアを構成する第１コアメンバーの平面図。
【図４】同ロータコアを構成する第２コアメンバーの平面図。
【図５】本発明の第２実施例を示した概略的な平面図。
【図６】同第２実施例に適用されているロータコアのｄ軸に沿った断面図。
【図７】同ロータコアを構成する第２コアメンバーの平面図。
【図８】本発明の第３実施例を示した概略的な平面図。
【図９】同第３実施例に適用されているロータコアのｄ軸に沿った断面図。
【図１０】同ロータコアを構成する第２コアメンバーの平面図。
【図１１】本発明の第４実施例を示した概略的な平面図。
【図１２】同第４実施例に適用されているロータコアを構成する第１コアメンバーの平面図。
【図１３】同ロータコアを構成する第２コアメンバーの平面図。
【図１４】本発明の第５実施例を示した概略的な平面図。
【図１５】同第４実施例に適用されているロータコアを構成する第１コアメンバーの平面図。
【図１６】同ロータコアを構成する第２コアメンバーの平面図。
【図１７】ロータコアの第１変形例を示した平面図。
【図１８】ロータコアの第２変形例を示した平面図。
【図１９】ロータコアの第３変形例を示した平面図。
【図２０】ロータコアの第４変形例を示した平面図。
【図２１】ロータコアの第５変形例を示した平面図。
【図２２】ロータコアの第６変形例を示した平面図。
【図２３】従来例を示した概略的な平面図。
【図２４】従来例を示した概略的な平面図。
【符号の説明】
１０  ロータコア
１１，２４ａ，２４ｂ，３０  第１永久磁石（フェライト磁石）
１２  第１コアメンバー
１３，１８，２１ａ，２１ｂ，２７ａ，２７ｂ，３２ａ，３２ｂ  第１永久磁石（希土類磁石）
１４  第２コアメンバー
１５ａ，１５ｂ，２０ａ，２０ｂ，２３ａ，２３ｂ，２６，２９，３４ａ，３４ｂ  フラックスバリア孔
１６  中心孔
１７  ステータコア
【図１】
0003906882.tif 000002
【図２】
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【図３】
0003906882.tif 000004
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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