(57)【要約】【課題】  電気機械の回転子に永久磁石をコスト効率・高品質で結合する。【解決手段】  本発明の永久磁石（１０）は、その横断面（１３）内においてＳ極（２２）からＮ極（２１）へ向かって磁化（１４）が延び、前記横断面（１３）が、第１の凸面部分（１６）の包絡線（１５，１０１５，２１５）を有し、前記磁極が、前記第１の凸面部分（１６）に沿って弓状に延び、前記第１の凸面部分（１６）からなる面とは反対側の面が、第２の凸面部分（１７）として弓状に延び、前記包絡線（１５，１０１５，２１５）が、前記第１の凸面部分（１６）と前記第２の凸面部分（１７）とで以て両凸レンズ状の閉曲線を成し、前記第１の端部（１１）および前記第２の端部（３１）の端面（１２）のうちの少なくとも一方は、前記包絡線（１５）に囲まれたその内側に、当該永久磁石（１０）とそれとは別体の結合装置との結合のための面（１８）を有する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
永久磁石（１０，１１０，２１０，３１０，４１０，１０１０）であって、
磁極としてのＮ極（２１，１２１）およびＳ極（２２，１２２）と、
当該永久磁石（１０，１１０，２１０，３１０，４１０，１０１０）の第１の端部（１１，１０１１，２１１，３１１，４１１）および第２の端部（３１，１０３１，２３１，３３１，４３１）のそれぞれにおける端面（１２，１１２，２１２）と、を含み、
当該永久磁石（１０，１１０，２１０，３１０，４１０，１０１０）の横断面（１３）内において前記Ｓ極（２２，１２２）から前記Ｎ極（２１，１２１）へ向かって磁化（１４，１１４）が延びており、
前記横断面（１３）が、第１の凸面部分（１６，１１６，１０１６，２１６）の包絡線（１５，１０１５，２１５）を有しており、
前記磁極が、前記第１の凸面部分（１６，１１６，１０１６，２１６）に沿って弓状に延びており、
当該永久磁石（１０，１１０，２１０，３１０，４１０，１０１０）における前記第１の凸面部分（１６，１１６，１０１６，２１６）からなる面とは反対側の面が、第２の凸面部分（１７，１１７，２１７，３１７）として弓状に延びており、
前記包絡線（１５，１０１５，２１５）が、前記第１の凸面部分（１６，１１６，１０１６，２１６）の包絡線の部分と前記第２の凸面部分（１７，１１７，２１７，３１７）の包絡線の部分とで以て両凸レンズ状の閉曲線を成しており、
前記第１の端部（１１，１０１１，２１１，３１１，４１１）および前記第２の端部（３１，１０３１，２３１，３３１，４３１）の端面（１２，１１２，２１２）のうちの少なくとも一方は、前記包絡線（１５，１０１５，２１５）に囲まれたその内側に、当該永久磁石（１０，１１０，２１０，３１０，４１０，１０１０）とそれとは別体に形成してなる結合装置（６７２，７７２，８７２，９７２）との結合（６７０，６７１）のための面（１８，１１８，２１８，３１８，４１８，１０３８，２３８，３３８，４３８）を有する
ことを特徴とする永久磁石（１０，１１０，２１０，３１０，４１０，１０１０）。
【請求項２】
請求項１記載の永久磁石において、
前記第１の端部（１１，１０１１）の端面（１２，１１２）が、少なくとも前記結合装置（６７２）と当該永久磁石（１０，１１０，１０１０）との材料結合による結合（６７０）のための面（１８，１１８，１０１８，１０３８）を有する
ことを特徴とする永久磁石（１０，１１０，１０１０）。
【請求項３】
請求項１又は２記載の永久磁石において、
前記第１の端部（２１１，３１１，４１１）の端面が、前記結合装置（７７２，８７２，９７２）と当該永久磁石（２１０，３１０，４１０）との形状結合のための面（２１８，３１８，４１８）に沿った輪郭（２２３，３２３，４２３）を有する
ことを特徴とする永久磁石（２１０，３１０，４１０）。
【請求項４】
請求項３記載の永久磁石において、
前記輪郭（２２３，３２３，４２３）が、前記第１の端部（２１１，３１１，４１１）の端面内に凹所（２２４，３２４，４２４）を有する
ことを特徴とする永久磁石（２１０，３１０，４１０）。
【請求項５】
請求項３記載の永久磁石において、
前記輪郭が、前記端面に対する突起部を有する
ことを特徴とする永久磁石。
【請求項６】
請求項３から５の１つに記載の永久磁石（２１０）において、
前記輪郭（２２３）が、円形の境界（２２５）を有する
ことを特徴とする永久磁石（２１０）。
【請求項７】
請求項３から５の１つに記載の永久磁石において、
前記輪郭（２２３，３２４）が、前記第２の凸面部分（３１７）の第１の点（３０８）から前記第２の凸面部分（３１７）の第２の点（３２０）に向かって弓状に延びている境界（３０９，４０９）を有する
ことを特徴とする永久磁石（３１０，４１０）。
【請求項８】
請求項１から７の１つに記載の永久磁石において、
当該永久磁石（１１０）が、前記Ｎ極（１２１）と前記Ｓ極（１２２）との間における前記第１の凸面部分（１１６）に凹所（１１９）を有する
ことを特徴とする永久磁石（１１０）。
【請求項９】
請求項１から７の１つに記載の永久磁石において、
当該永久磁石（１０，１０１０，２１０，３１０，４１０）が、前記第１の凸面部分（１６）に沿って、前記Ｎ極（２１）と前記Ｓ極（２２）との間に延びている
ことを特徴とする永久磁石。
【請求項１０】
請求項１から９の１つに記載の永久磁石において、
当該永久磁石（１０，１１０，２１０，３１０，４１０，１０１０）が、焼結された永久磁石である
ことを特徴とする永久磁石（１０，１１０，２１０，３１０，４１０，１０１０）。
【請求項１１】
請求項１から１０の１つに記載の永久磁石（１０，１１０，２１０，３１０，４１０，１０１０）と結合装置とを含んでなる、電気機械（６１，６２，６３，６４）用の回転子（６００，７００，８００，９００）であって、
前記永久磁石（１０，１１０，２１０，３１０，４１０，１０１０）が、前記第１の端部（１１，１０１１，２１１，３１１，４１１）から前記第２の端部（３１，１０３１，２３１，３３８，４３８）に向かって、前記回転子（６００，７００，８００，９００）の回転軸線（４）に対して平行に延びており、
前記永久磁石（１０，１１０，２１０，３１０，４１０，１０１０）の前記第１の凸面部分（１６，１１６，１０１６，２１６）が、前記回転子（６００，７００，８００，９００）の包絡線（６７５，８７５）に沿って配置されており、
前記回転子（６００，７００，８００，９００）が、前記結合装置（６７２，７７２，８７２，９７２）を有すると共に、前記結合装置（６７２，７７２，８７２，９７２）と前記永久磁石（１０，１１０，２１０，３１０，４１０，１０１０）の結合のための面（１８，１１８，２１８，３１８，４１８）との間の結合（６７０，６７１）を有する
ことを特徴とする、電気機械用の回転子（６００，７００，８００，９００）。
【請求項１２】
請求項１１記載の電気機械用の回転子において、
当該回転子（６００，７００，８００，９００）が、当該回転子（６００，７００，８００，９００）における第１の軸方向端部（６４１，７４１，８４１，９４１）での結合を有し、かつ
当該回転子（６００，７００，８００，９００）が、前記結合装置（６７２，７７２，８７２，９７２）と前記永久磁石（１０，１１０，２１０，３１０，４１０，１０１０）の前記第２の端部（１０３１，２３１，３３１，４３１）における端面との第２の結合を有する
ことを特徴とする、電気機械用の回転子（６００，７００，８００，９００）。
【請求項１３】
請求項１１又は１２記載の電気機械用の回転子において、
前記結合装置（８７２，９７２）が、当該回転子（８００，９００）の１つの横断面（８４５，９４５）において、前記永久磁石（３１０，４１０）と境を接して当該回転子（８００，９００）の包絡線（８７５，９７５）に対して同軸でリング状に延びている
ことを特徴とする、電気機械用の回転子（６００，７００，８００，９００）。
【請求項１４】
請求項１１記載の回転子（６００，７００，８００，９００）と、
前記電気機械（６１，６２，６３，６４）の運転中に空隙（５４）を介して前記回転子（６００，７００，８００，９００）と磁気的に協働する固定子（５３）と
を含んでおり、かつ
前記回転子（６００，７００，８００，９００）が、前記回転軸線（４）を中心に回転可能に支持されている
ことを特徴とする電気機械（６１，６２，６３，６４）。
【請求項１５】
電気機械の回転子用の永久磁石の使用方法において、
請求項１から１０の１つに記載の永久磁石（１０，１１０，１０１０，２１０，３１０，４１０）であって、前記結合装置（６７２，７７２，８７２，９７２）を有する回転子（６００，７００，８００，９００）に組み込んで使用されるように設定されており、ここに、前記回転子（６００，７００，８００，９００）は、前記結合装置（６７２，７７２，８７２，９７２）と前記永久磁石（１０，１０１０，２１０，３１０，４１０）の面（１８，１１８，１０１８，２１８，３１８，４１８）との間の結合（６７０，６７１）を有しており、かつ、当該永久磁石（１０，１０１０，２１０，３１０，４１０）の端面（１２，１１２，２１２）の少なくとも一方には、前記包絡線（１５，１０１５，２１５）内に前記結合のための面が設けられており、かつ、当該永久磁石（１０，１０１０，２１０，３１０，４１０）の横断面（１３）に両凸レンズ状の包絡線（１５，１０１５，２１５）を有してなる永久磁石（１０，１１０，１０１０，２１０，３１０，４１０）を、電気機械（６１，６２，６３，６４）の回転子（６００，７００，８００，９００）用の永久磁石として使用する
ことを特徴とする、電気機械の回転子用の永久磁石の使用方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１のプリアンブルによる永久磁石に関する。さらに、本発明は、その永久磁石を含む電気機械用回転子およびその電気機械、ならびに、電気機械の回転子のための永久磁石の使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の永久磁石は、特許文献１から公知である。特許文献１に記載された永久磁石は、継鉄部が最も内側にあって脚部が外側に向けられた馬蹄形を有する。この永久磁石は、馬蹄形磁石の外形を有することが重要というわけではない。というのは、上記の特許文献１によれば、六角形の、又は、セグメントに分割した、ブロックの形に磁石を構成することも可能だからである。
個別の矩形の永久磁石によって模造されたＵ字形又は、Ｖ字形の永久磁石の他にも、一片からなるＵ字形又はＶ字形の磁石が提案されている。磁石の脚部は、半径方向外側に向かって延びているので、永久磁石の２つの磁極は、半径方向の最も外側の磁石面上の円周方向上で離れた位置にある。上記の特許文献１の磁石は、高保持力を有する材料からなり、かつセラミック体又は金属体からなる、又は、ゴム又は樹脂と結合された磁粉の混合物からなるとよいとされている。
永久磁石は、一般に、組立前に磁化されるが、その磁化のため、又は、永久磁石の磁化レベル調整のために、固定子巻線を使用することもできる。
上記の特許文献１では、永久磁石が、交流機、そのうちでも特に同期電動機又は同期発電機のための永久磁石回転子に使用される。回転子は、かご形電動機と同様の回転子拘束トルクを提供するべく、公知のかご形巻線を有することが好ましい。かご形巻線の短絡環が鋳造によって作られる場合には、永久磁石はアルミニウム体によって同時にバーと共に固定されることとなる。鋳造工程中に磁石を保持するために、接着剤を使用することができる。かご形回転子が銅バーから作られている場合には、磁石は、銅バーによって保持される、又は、銅バーと磁石をコイルに取り付けるために使用される例えばエポキシ樹脂のような接着剤との組み合わせによって保持される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】スイス特許出願公開第５４９３０７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の課題は、永久磁石を回転子又は電気機械の結合装置に対してコスト効率良く高品質に結合することを可能とし、以て回転子又は電気機械のために使用される永久磁石をコスト効率良く高品質に提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題は、本発明によれば、請求項１の特徴的事項によって解決される。
【０００６】
すなわち、本発明による永久磁石は、
磁極としてのＮ極およびＳ極と、
当該永久磁石の第１の端部および第２の端部のそれぞれにおける端面と、を含み、
当該永久磁石の横断面内において前記Ｓ極から前記Ｎ極へ向かって磁化が延びており、
前記横断面が、第１の凸面部分からなる面（以降、これを他の面(例えば上記の「端面」など)と区別するべく「側面」とも記述する）の端辺を含んだ包絡線を有しており、
前記磁極が、前記第１の凸面部分からなる側面に沿って弓状に延びており、
当該永久磁石における前記第１の凸面部分からなる側面とは反対側の側面が、第２の凸面部分として弓状に延びており、
前記包絡線が、前記第１の凸面部分の区間と前記第２の凸面部分の区間とで以て両凸レンズ状の閉曲線を成しており、
前記第１の端部および前記第２の端部の端面のうちの少なくとも一方は、前記包絡線に囲まれたその内側に、当該永久磁石とそれとは別体に形成してなる結合装置との結合のための面を有する。
【０００７】
上記課題は、また、請求項１１記載の特徴的構成要件を備えた電気機械用の回転子によって解決される。
【０００８】
本発明による電気機械用の回転子は、本発明による永久磁石を含み、その永久磁石が、第１の端部から第２の端部に向かって回転軸線に対して平行に延びており、かつその永久磁石の第１の凸面部分が、回転子の包絡線に沿って配置されており、そしてその回転子が、結合装置を有すると共に、その結合装置と永久磁石の面との間の結合を有している。
【０００９】
上記課題は、また、請求項１４記載の特徴事項を有する電気機械によって解決される。
【００１０】
すなわち、本発明による電気機械は、本発明による回転子と、電気機械の運転中に空隙を介して磁気的に協働する固定子とを含み、回転子は、回転軸線を中心に回転可能に支持されている。
【００１１】
上記課題は、また、請求項１５記載の永久磁石の使用によっても解決される。
【００１２】
すなわち、本発明による電気機械の回転子用の永久磁石の使用では、その永久磁石の横断面が両凸レンズ状の包絡線を有していて、その永久磁石が結合装置を有する回転子に組み込まれて使用されるように設定されており、かつその回転子は前述の結合装置と永久磁石の面との間の結合を有しており、その永久磁石における少なくとも１つの端面は、前述の結合のための面を含んでいる。
【００１３】
上記課題は、また、本発明によれば、両凸レンズ状の包絡線を有する永久磁石の横断面により、永久磁石の少なくとも一方の端面における面が、有利なことにコスト効率良く高品質にて永久磁石との結合のために利用できるようになる、ということによって有利に解決される。
本発明による横断面と、Ｓ極からＮ極に向かって延びている磁化とにより、有利なことに、スペースを節約すると共に少ない量の磁性材料で以て、横方向の磁化を有利に達成することができる。この横方向の磁化によって、有利なことにスペースが節約されて、本発明に係る永久磁石は、その永久磁石自体の１つの面である第１の凸面部分を構成している側面に沿って、Ｎ極およびＳ極を設けることが可能となる。
しかも、さらに有利なことに、上記の如くスペースを節約しながらも、第１の凸面部分と第２の凸面部分との全体が、いわゆる両凸レンズ状を成しているので、本発明によれば、永久磁石の端面は、結合装置そのうちでも特に電気機械用の結合装置に対して、当該永久磁石を結合するための、より大きな面を提供することができる。
【００１４】
上記の少なくとも一方の端面は、本発明に係る永久磁石の横断面の包絡線による囲みの内側に広がっている。従って、その端面は、有利なことに、コスト効率良く高品質に形成することができ、かつ、電気機械において好適に使用可能なものとなる。というのは、その端面は、永久磁石の包絡線を越えて突出することがないからである。
【００１５】
永久磁石は、第１の端部から第２の端部まで、第１の方向に沿ってその外形が延びた形状となっており、かつ、その横断面は、第２の方向および第３の方向に広がる１つの平面として存在している。なお、それら第２の方向および第３の方向は、第１の方向に対してそれぞれ垂直に延びる方向として定義されるものである。
【００１６】
本発明によれば、有利なことに、好都合に小さい寸法を有する回転子を、コスト効率良く高品質に提供できるという、他の利点を有する。永久磁石は、有利なことに僅かな高さにすることができる。その高さは、第１の凸面と第２の凸面との間隔のうちの最大の間隔として測られるものである。
【００１７】
回転子が、少なくとも２つの本発明による永久磁石を有し、それらの永久磁石が、それらの第１の端部から第２の端部に向かって１つの回転軸線に対して平行に延びており、かつ、それらの永久磁石の第１の凸面部分が、前述の回転軸線に対して同軸で延在する１つの円周上の回転子包絡線に配置され、回転子が少なくとも結合装置を有すると共に、少なくとも１つの結合装置と永久磁石の面との間の結合を有するとよい。このようにすることにより、回転軸線を中心とする回転子の安定した回転運動を、有利に達成することができる。
【００１８】
１つの永久磁石におけるＮ極は、回転子の包絡線に沿ってその永久磁石の最も近くに置かれた他の永久磁石のＮ極に隣接して存在し得る。従って、本発明によれば、有利なことに、それら両方のＮ極を一つの磁極としてコスト効率良く高品質に有する回転子を実現することが可能となる。この場合、有利なことに、１つの永久磁石とそれの最も近くに置かれた他の永久磁石との間の間隔は、１つの永久磁石におけるＮ極とＳ極との間隔と一致しなくても構わない。
【００１９】
本発明による電気機械は、電気機械が有利なことにコスト効率良く高品質にて都合よく小さい寸法を有する電気機械を提供することができるという更なる利点を有する。有利なことにスペースを節約しながら、電気機械において本発明による永久磁石を本発明による回転子に前記結合によって取り付けることができ、しかも本発明による機械の空隙内において好都合に高い空隙誘導を達成することができるという利点がある。
【００２０】
上述のようにすることにより、例えば、回転子全体のテーピングを省略することが可能となる。この場合、永久磁石の磁極は、空隙内において、結合装置、例えば帯材で完全には覆われていない、若しくは全く覆われていない。従って、空隙誘導をさらに有利に高め、電気機械の寸法を有利に小さくすることができる。
【００２１】
本発明による回転子は、本発明による電気機械においては、シャフトに取り付けられて、その回転軸線を中心として回転運動し得るように、第１の軸受装置および第２の軸受装置によって支持される。
【００２２】
本発明による回転子を有する電気機械を発電機として運転する場合には、その回転子は、機械エネルギーによって、回転軸線を中心に回転することとなる。回転子および固定子の磁極間の、空隙を介した磁気的な協働によって、機械エネルギーが電気エネルギーに変換される。その電気エネルギーは、固定子に取り付けられてその固定子の磁極形成に寄与する少なくとも１つの巻線において電気負荷と接続されることによって、取り出され得ることとなる。
【００２３】
本発明による回転子を有する電気機械を電動機として運転する場合には、少なくとも１つの巻線を介して電気エネルギーが供給され、空隙を介する固定子および本発明による回転子の磁極間の磁気的な協働によって、電気エネルギーが機械エネルギーへと変換される。その機械エネルギーによって回転軸線を中心に回転子を回転させ得るトルクが生じ、そのトルクによる回転運動エネルギの形で以て、機械エネルギーがシャフトを介して機械負荷へと引き渡され得ることとなる。
【００２４】
本発明による永久磁石の使用は、コスト効率良く都合良く小さい寸法を有する高品質な永久磁石を提供することが可能となる、という利点を有する。従って、永久磁石用およびそれに必要な安全対策用の輸送量を有利に節約することが可能となる。
【００２５】
本発明の有利な実施形態は、従属請求項に記載されている。それらの従属請求項は、コスト効率良く高品質にて回転子又は電気機械の結合装置を永久磁石と結合することができ、コスト効率の良い高品質の回転子又は電気機械に使用され得る、本発明による永久磁石の有利な実施形態に、技術的に寄与することとなる。
【００２６】
従って、第１の端部の端面が少なくとも結合装置と永久磁石との材料結合による結合のための面を有する本発明による永久磁石の実施形態が、有利である。この実施形態によれば、永久磁石は、材料結合によって、１つの平面を介して結合装置と結合されることが可能となる。１つの平面は、有利なことに簡単な工具を用いて、有利なことに簡単な機械工作によって、形成することができる。
【００２７】
永久磁石の表面は、加工しなくとも構わない。コーティング等の省略によって、有利なことに、コスト効率良く質的に価値の高い結合を達成することができ、而してその結合は、本発明による永久磁石から結合装置への大きな力の伝達を可能とする。なぜなら、その結合面における結合装置と永久磁石との間の材料結合層が、その結合面の粗さのおかげでさらに良好に付着することとなるからである。これにより、例えば、永久磁石の焼結後に結合面の再加工を省略することが可能となるという利点が得られる。
【００２８】
なお、永久磁石の表面は、コーティングを有するようにしてもよい。このようにすることにより、コスト効率良く質的に価値の高い結合を達成することが可能となり、而してその結合は、結合装置とコーティングと本発明による永久磁石との間の材料結合によって、大きな力が伝達され得ることとなるという利点が得られる。
【００２９】
その場合、前述の永久磁石の表面は、その永久磁石にコーティングを施す前に加工されなくてもよく、もしくは、加工されてもよい。
【００３０】
本発明による永久磁石の他の有利な実施形態では、第１の端部の端面が結合装置と永久磁石との形状結合のための面を持った輪郭を有する。このようにすることにより、前述の輪郭を前述の端面に有利に形成することができる。というのは、その輪郭は、両凸レンズ状の包絡線と磁化の弓状分布とによって、有利なことに、より大きな面を有し得るものとなるからである。
【００３１】
本発明による永久磁石の他の有利な実施形態では、前述の輪郭が、第１の端部の端面内に凹所を有する。有利なことに、前述したような大きな面に基づいて、凹所にもかかわらず、その凹所の有利な境界を達成することができ、永久磁石における材料破断を有利に回避することができる。
【００３２】
前述の輪郭は、溝を有するようにすることも可能である。従って、有利なことに、横断面に対して平行に永久磁石に作用する力成分を、前述の面に有利に分散せしめ、以て溝の形状に応じて有利に吸収せしめることが可能となる。
【００３３】
本発明による永久磁石の他の有利な実施形態では、前述の輪郭が、前述の端面に対する突起部を有する。このようにすることにより、有利なことに、その突起部を結合装置との結合のために簡単に受容することが可能となる。
【００３４】
本発明による永久磁石の他の有利な実施形態では、前述の輪郭が円形の境界を有する。そのような円型の境界によって、有利なことに、前述の面を大きなものとすることが可能となる。
【００３５】
本発明による永久磁石の他の有利な実施形態では、前述の輪郭が、前述の第２の凸面部分の第１の点から前述の第２の凸面部分の第２の点に向かって弓状に延びている境界を有する。このようにすることにより、有利なことに、横断面に平行に、結合装置に対して相対的に永久磁石に作用する力成分を、その境界によって吸収することができる。これは特に、力が半径方向に作用する本発明による回転子の場合に、有利である。
【００３６】
結合装置は、結合部材を有し、その結合部材は、前述の輪郭の境界との形状結合のための周縁エッジを有する。このようにすることにより、形状結合による結合装置と永久磁石とは、この形状結合によって結合されることとなる。従って、有利なことに、特に本発明による回転子では、周縁エッジによって、境界からの力が吸収される。というのは、周縁エッジは始端も終端も有さず、従って、その周縁エッジに力が作用する際に、それらの力が周縁エッジ全体に分散されることとなるからである。
【００３７】
本発明による永久磁石の他の有利な実施形態では、永久磁石がＮ極とＳ極との間の第１の凸面部分に凹所を有する。これにより、有利なことに、本発明による電気機械では、空隙の方を向いた回転子表面が永久磁石のＮ極とＳ極との間に凹所を有するようにすることが可能となる。
【００３８】
本発明による永久磁石の他の有利な実施形態では、永久磁石がＮ極Ｓ極との間で第１の凸面部分に沿って延びている。これにより、本発明による電気機械では、有利なことに、空隙の方を向いた回転子表面が永久磁石のＮ極とＳ極との間に連続表面を有するようにすることができる。
【００３９】
本発明による永久磁石の他の有利な実施形態では、永久磁石が、焼結された永久磁石である。有利なことに、本発明による高い磁力を有する永久磁石は、本発明による使用に供することが可能であり、特に、本発明による回転子又は本発明による電気機械の構成要素として、本発明による永久磁石を使用することが可能である。永久磁石の信頼できる結合もしくは結合能力を有する高い磁力によって、省スペースで以て高度な空隙誘導を達成することが可能となる。
【００４０】
本発明による回転子の他の有利な実施形態では、回転子が、その第１の軸方向端部における結合を有し、かつ、結合装置と永久磁石の第２の端部における端面との第２の結合を有する。これにより、永久磁石は、両端面での結合によって、回転子に対して有利に結合されることとなり、従って有利に取り付けられること、特に、回転子の包絡線内に有利に取り付けられることが、可能となる。
【００４１】
本発明による回転子の他の有利な実施形態では、回転子がその第１の軸方向端部と第２の軸方向端部との間の回転子部分に第２の結合を有し、かつ、その回転子部分と第２の軸方向端部との間に少なくとも１つの他の永久磁石を有する。このようにすることにより、有利なことに、軸方向に相前後して複数の永久磁石を回転子に取り付けることが可能となる。
【００４２】
本発明による回転子の他の有利な実施形態では、結合装置が、回転子の１つの横断面において、永久磁石と境を接して回転子の包絡線に対して同軸でリング状に延びている。これにより、有利なことに、電気機械の運転中における結合装置への遠心力の一様な分布を達成することができ、かつそれと同時に、複数の永久磁石が軸方向に相前後して配置されている場合に特に有利なことに、それら相前後して配置されている永久磁石の間の外面分断が僅かになるようにすることが可能となる、又は理想的な態様としては、そのような外面分断が全くないようにすることが可能となる。
【００４３】
本発明による回転子の他の有利な実施形態では、永久磁石が結合装置内に埋設されている。従って、有利なことに、永久磁石の寸法精度への要求を軽減することができる。なぜなら、永久磁石の寸法精度不足によって生じる間隙を、結合装置によって、埋め合わせすることができるからである。従って、有利なことに、例えば永久磁石の焼結後の機械的な再加工を省略することが可能となる。
【００４４】
本発明による永久磁石、本発明による回転子、本発明による電気機械ならびに本発明による使用の有利な実施形態は、記載された幾つかの又は複数の特徴事項の組み合わせによって、有利にもたらされる。この発明の上述の特性、特徴事項および利点、ならびにこれらを達成する方法について、より明瞭かつ明確に理解され得るようにするべく、以下の実施例の説明との関連で以て、図に基づいて詳述する。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明による永久磁石の第１の実施例の斜視図である。
【図２】本発明による永久磁石の第２の実施例を一端面側から見た図である。
【図３】本発明による回転子の第１の実施例の縦断面図である。
【図４】図３の回転子の線ＩＶ−ＩＶに沿った横断面図である。
【図５】本発明による永久磁石の第３の実施例を一端面側から見た図である。
【図６】図５の永久磁石の線ＶＩ−ＶＩに沿った横断面図である。
【図７】図５の本発明による永久磁石を有する本発明による回転子の第３の実施例の縦断面図である。
【図８】図７による第３の実施例を回転子の回転軸線に沿って第１の軸端側から見た図である。
【図９】図１０の本発明による永久磁石を有する本発明による回転子の第４の実施例の縦断面図である。
【図１０】図９の回転子の線Ｘ−Ｘに沿った横断面図である。
【図１１】第５の実施例による本発明による永久磁石を有する本発明による回転子の第５の実施例の縦断面図である。
【図１２】図１１の回転子の線ＶＩＩ−ＶＩＩに沿った横断面図である。
【図１３】本発明による電気機械の実施例の縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４６】
図１は、磁極としてＮ極２１およびＳ極２２を含む本発明による永久磁石１０の第１の実施例を示す。さらに詳細には、永久磁石１０は、第１の端部１１および第２の端部３１に端面１２，３２を有する。永久磁石１０の１つの横断面１３内において磁化１４がＳ極２２からＮ極２１へと向かっており、その横断面１３は、第１の凸面部分１６による包絡線１５を有し、磁極は、第１の凸面部分１６に沿って弓状に延びている。横方向の磁化１４によって、永久磁石１０は、その永久磁石１０の１つの側面において第１の凸面部分１６に沿ったＮ極２１およびＳ極２２を提供することができる。
この図１による実施例においては、第１の端部１１の端面１２が、永久磁石１０の横断面１３を有する。永久磁石１０は、第１の端部１１から第１の方向１に沿って第２の端部３１まで、図１において縦方向に延びており、その第１の方向１に沿った全ての横断面が等しい包絡線１５を有する。包絡線１５は、両凸レンズ状に第１の凸面部分１６および第２の凸面部分１７を有し、第２の凸面部分１７に沿ってこの永久磁石１０は弓状に延びている。少なくとも一方の端面１２は、包絡線１５内に、結合装置６７２と永久磁石１０との結合６７０のための面１８を有する。この永久磁石１０の高さは、第１の凸面部分１６と第２の凸面部分１７との間の最大間隔として測定されている。この永久磁石１０の横断面１３は、第２の方向２および第３の方向３に広がる１つの平面内に広がっている。第２の方向２および第３の方向３は、第１の方向１に対して直角方向に延びている。第１の端部１１の端面１２は、少なくとも結合装置６７２と永久磁石１０との材料結合による結合６７０のための面を有する。図１による実施例においては、第１の端部１１における端面１２が１つの平面である面１８によって形成されている。永久磁石１０は、Ｎ極２１とＳ極２２との間において第１の凸面部分１６に沿って延びている。永久磁石１０は焼結された永久磁石である。
【００４７】
図２は、本発明による永久磁石１１０の第２の実施例を一方の端面１１２の側から見た図である。この実施例は、図１に基づいて説明した特徴を含んでいる。それらの特徴には、図２において大部分、図１の符号の先頭に「１」を追加することにより生じる符号が付されている。従って、例えば、図１の第２の凸面部分１７の説明は、図２の第２の凸面部分１１７に相応に当て嵌めることができる。以下において、図１による永久磁石１０に対する図２による永久磁石１１０の異なる特徴点を説明する。
この図２による永久磁石１１０は、Ｎ極１２１とＳ極１２２との間において第１の凸面部分１１６に凹所１１９を有する。永久磁石１１０の面１１８は加工されていない。すなわち、永久磁石１１０の面１１８即ち端面１１２に対して、焼結後の機械的な加工は行わなかった。
【００４８】
図３は、本発明による永久磁石１０１０を含む回転子６００の第１の実施例の縦断面図である。永久磁石１０１０は、第１の端部１０１１から第２の端部１０３１に向かって、回転軸線４に対して平行に延びている。回転子６００は、結合装置６７２を有すると共に、結合装置６７２と永久磁石１０１０の面１０１８との間の結合６７０を有する。図３による永久磁石１０１０は、図１による永久磁石１０の特徴点と同じ特徴点を有しており、図３による永久磁石の特徴点の殆どに、図１による永久磁石の対応する特徴点の符号の先頭に「１０」を追加した符号が付されている。
図３による永久磁石１０１０は、面１０１８，１０３８にコーティングを有する。結合装置６７２は、前述のコーティングとの材料結合によって永久磁石１０１０との結合を形成するプラスチックを有する。永久磁石１０１０の第１の端部１０１１および第２の端部１０３１における端面部の面１０１８，１０３８と、結合装置６７２との結合６７０，６７１を形成するために、結合装置６７３のプラスチックが加熱され、それによって材料結合による結合６７０，６７１が形成される。回転子６００は、この回転子６０自体の第１の軸方向端部６４１に結合１０１８を有する。回転子６００は、永久磁石１０１０の第２の端部１０３１の端面と結合装置との第２の結合６７１を有する。回転子６００は、回転軸線４に沿って延びたシャフト６０５を有する。
シャフト６０５は、回転軸線４に対して平行な方向に部分的に結合装置６７２に沿って延びたローレット６０６を有する。結合装置６７２を介するシャフト６０５への永久磁石１０１０の固定は、射出成形により作り出される。シャフト６０５および永久磁石１０１０が適切に位置決めされ、結合装置６７２のためのプラスチックが、射出成形によって永久磁石１０１０とシャフト６０５との間および永久磁石１０１０の第１および第２の端部１０１１，１０３１に形成される。
永久磁石１０１０の両端面での材料結合による第１の結合１０１８および第２の結合１０３８が形成され、その際、永久磁石１０１０は、結合装置６７２内に埋設されている。さらに、シャフト６０５と結合装置６７２との間には、材料結合による結合が形成されると共に、シャフトのローレット６０６によって、形状結合による結合が形成される。第１および第２の端部１０１１，１０３１における端面は、永久磁石１０１０の横断面の包絡線１０１５内に、結合装置６７２と永久磁石１０１０との結合６７０，６７１のための面１０１８，１０３８を有する。面１０１８，１０３８に永久磁石１０１０を固定することによって、有利なことに、高品質な結合装置６７２を、同時に回転子６００を有する電気機械６１の第１および第２の軸受装置５８の軸受用ストッパ６７３，６７４として、コスト効率良く利用することが可能となる。
【００４９】
図４は、図３の回転子６００の線ＩＶ−ＩＶに沿った横断面図である。回転子６００は、永久磁石１０１０を含み、その永久磁石１０１０の第１の凸面部分１０１６が、回転子６００全体の外形形状の包絡線６７５に沿うように、その永久磁石１０１０が結合装置６７２の側面上に配置されている。
更に詳しくは、回転子６００は、少なくとも２つの永久磁石１０１０を有しており、それらの永久磁石１０１０は、回転軸線４に対して平行に第１の端部１０１１から第２の端部１０３１に延びており、かつ、それらの永久磁石１０１０の第１の凸面部分１０１６が、回転軸線４に対して同軸で延在する回転子６００全体の外周上の包絡線６７５と重なるように、それらの永久磁石１０１０が配置されている。なお、図４においては、それらの永久磁石１０１０の第１の凸面部分１０１６が形成する外周と第１の凸面部分１０１６と回転子６００全体の外周とは区別できない。なぜなら、その外周を回転子の包絡線が少なくとも図示の視界から完全に覆い隠しており、従って、その外周が図４では回転子６００の包絡線６７５と一致しているからである。１つの永久磁石１０１０のＮ極は、回転子６００の包絡線６７５に沿って、回転子６００の包絡線６７５上で最も近くに置かれた永久磁石１０１０のＮ極に隣接している。
【００５０】
図５は、本発明による第３の実施例に係る永久磁石２１０をその端面２１２の側から見た図である。この実施例は、図１に基づいて説明した特徴点を含んでいる。図５において、それらの特徴点に大部分は次の符号が付されている。即ち、図１の符号の先頭に「２」を追加することによって生じる符号である。
永久磁石２１０の第１の端部の端面２１２は、輪郭２２３を有し、この輪郭２２３は、結合装置７７２（図７参照）と永久磁石２１０との形状結合による結合のための面２１８を有する。輪郭２２３は、円形の境界２２５を有し、この境界２２５には、凹所内に面２１８が広がっている。
【００５１】
図６は、図５の永久磁石２１０の、線ＶＩ−ＶＩに沿った縦断面図である。
永久磁石２１０の輪郭２２３は、第１の端部２１１の端面２１２内に、面２１８を持った凹所２２４を有する。これと同様に、永久磁石２１０は、永久磁石の第２の端部２３１に、面２３８を持った輪郭を有する。それらの面２１８、２３８は、結合装置７７２と永久磁石２１０との形状結合のための面である。なお、他の実施例として、永久磁石の輪郭が突起部を有するようにすることも可能である。すなわち、形状結合のための部位を、この実施例のような永久磁石の凹所２２４内に設けること以外にも、永久磁石の突起部に設けるようにしてもよい。
【００５２】
図７は、図５に示したような永久磁石２１０を有する回転子７００についての、本発明に係る第３の実施例の縦断面である。この実施例も、図３および図４に基づいて説明した特徴点を含んでいる。図７においては、それらの特徴点に、図３および図４の符号から当該符号の最初の数字「６」を「７」に置き換えることによって生じる符号が付されている。
また、図８は、図７に示した第３の実施例の回転子７００を、その回転軸線に沿って第１の軸方向端部側から見た図である。図８では、永久磁石２１０、結合装置７７２およびシャフト７０５の、本図において不可視の特徴点が、破線で示されている。
【００５３】
回転子７００は、その回転子７００自体の第１の軸方向端部７４１に、形状結合による結合を有している。そして、この回転子７００は、結合装置７７２と永久磁石２１０の第２の端部２３１における端面との形状結合による第２の結合を有している。この回転子７００においては、結合装置７７２が射出成形金型を用いた射出成形によって形成されることにより、永久磁石２１０が同様に結合装置７７２内に埋設されており、その永久磁石２１０の第１の凸面部分２１６が、回転子７００における回転軸線４に対して同軸で延在する外周上の包絡線を構成するように配置されている。
この回転子７００では、シャフト７０５の取付が別個に行われる。結合装置７７２は、シャフト７０５のための開口７４３を有する。結合装置７７２に永久磁石２１０を固定および埋設した後、結合装置７７２を摩擦結合によってシャフト７０５に固定することも可能である。その場合、シャフト７０５が開口７４３に圧入されることとなり、従って、持続的に力が結合装置７７２に及ぼされることとなる。それらの力は、有利にコスト効率良く高品質にて付加的に結合装置７７２と永久磁石２１０とを摩擦結合によって結合するために利用することができる。従って、有利にコスト効率良く高品質に結合装置７７２と永久磁石２１０とを摩擦結合によって結合するためにも、第１の端部２１１の端面が、面２１８を有するようにすることが好ましいのである。
【００５４】
図９は、図１０に示したような本発明による第４の実施例に係る複数の永久磁石３１０を有する回転子８００の縦断面を示す図である。この実施例も、図７および図８に基づいて説明した特徴点を有する。図９では、それらの特徴点に、図７および図８の符号の最初の数字「７」を「８」に置き換えることによって生じる符号が付されている。
回転子８００は、その回転子８００自体の第１の軸方向端部８４１に、形状結合による結合を有する。より詳細には、回転子８００は、結合装置８７２と永久磁石３１０の第１の端部３３１における端面との形状結合として、第１の結合を有する。また、回転子８００は、回転子部分８４４と第２の軸方向端部８４２との間に、少なくとも１つの他の永久磁石３１０を有する。そして、回転子８００は、その回転子８００自体の第１の軸方向端部８４１と第２の軸方向端部８４２との間の回転子部分８４４に、第２の結合を有する。すなわち、この回転子８００においては、複数の永久磁石３１０として、２つの永久磁石３１０が、軸方向７に沿って並べて（つまり図９において縦方向に並べて）配置されている。
【００５５】
図１０は、図９の回転子８００の、線Ｘ−Ｘに沿った横断面を示す図である。結合装置８７２が、回転子８００の横断面８４５内において、複数の永久磁石３１０と境を接して、回転子８００の包絡線８７５に対して同軸で環状に延びている。結合装置８７２は、ここではリングを結合部材８７６として有する。
この図１０に示した回転子８００は、本発明による永久磁石３１０の本発明による第４の実施例に係る複数の永久磁石３１０を有する。この第４の実施例の永久磁石も、図１に基づいて説明した特徴点を含んでいる。図９および図１０においては、それらの特徴点は、図１の符号の先頭に数字「３」を追加することによって生じる符号を付されている。
輪郭３２３は、永久磁石３１０の第１の端部３１１の端面に凹所３２４を有する。輪郭３２３は、その凹所３２４によって形成されている溝を有する。輪郭３２３は、第２の凸面部分３１７の第１の点３０８から第２の凸面部分３１７の第２の点３２０へ弓状に延びている境界３０９を有する。結合装置８７２の結合部材８７６、即ちリングは、輪郭３２３の境界３０９との形状結合のための周縁エッジを有する。
斯くして、結合部材８７６は、軸方向７に沿って相前後して並べて（図９において縦方向に並べて）配置された２つの永久磁石３１０の溝内に延在し、以て、１つの永久磁石３１０と、回転子８００の包絡線８７５上でその永久磁石の最も近くに置かれた永久磁石３１０との間で、結合装置８７２の有する成形部分８７８と結合される。回転子８００の動作中の許容遠心力が、前述のリングの強度によって有利に高い値を取り得るようにするべく、結合部材８７６は、鋼、炭素繊維強化プラスチック又はガラス繊維強化プラスチックから成るものとすることが望ましい。
この回転子８００の場合、特に有利なことに、コスト効率良く高品質を達成するべくそれらの材料が利用され得る。なぜなら、遠心力がリング８７６の材料に引張力を要求するからである。回転子８００の製造時に、永久磁石３１０を結合部材８７６と共に少なくとも部分的に射出成形金型内に固定配置し、成形部分８７８を射出成形材料の射出成形によって作り出すようにすると有利である。その射出成形材料としては、例えばプラスチックが挙げられる。結合部材８７６がガラス繊維強化材料又はガラス繊維強化材料からなる回転子８００の実施例では、有利なことに、コスト効率良く高品質にて、回転子８００をシャフト８０５なしに製造することができ、シャフト用の開口８４３内にシャフト８０５を押入することによって、結合部材８７６を予圧することができる。というのは、ガラス繊維強化材料又はガラス繊維強化材料は一般に、有利なことに弾性を有するからである。このようにすることにより、有利なことに、コスト効率良く高品質にて、結合装置８７２と永久磁石３１０との摩擦結合が実現される。
【００５６】
図１１は、本発明による第５の実施例に係る永久磁石４１０を有する回転子９００の、第５の実施例を示す縦断面である。この第５の実施例の永久磁石４１０も、図１、図９および図１０に基づいて説明した特徴点を有する。それらの特徴点は、図１１において、図１、図９および図１０の符号の最初の数字「８」を「９」に置き換えることによって生じる符号、もしくは「４」を先頭に追加することによって生じる符号を付してあり、もしくは、そのような符号を付すことができる。
永久磁石４１０は、第４の実施例の場合と同様に、溝を持った輪郭４２３を有し、その溝は、第２の凸面部分の第１の点から第２の凸面部分の第２の点まで弓状に延びている境界４０９を有する。さらには、その溝に比べて浅い深さを有する凹所４２４が、永久磁石４１０の第２の凸面部分まで延びている。
【００５７】
図１２は、図１１の回転子９００の線ＸＩＩ−ＸＩＩに沿った横断面を示す図である。その回転子９００の横断面９４５において、結合装置９７２は、永久磁石４１０に境を接し、回転子９００の包絡線９７５に対して同軸でリング状に延びている。そして、そのために結合装置が回転子９００の横断面９４５内に結合部材９７６を有し、かつさらに、その結合部材は、永久磁石４１０の輪郭４２３の境界４０９との形状結合のための周縁エッジ９７７を有している。
結合部材９７６は、シャフト９０５のための開口９４３まで延びている。これら図１１および図１２に示した実施例においては、結合部材９７６が、周縁エッジ９７７から開口９４３まで、いわゆる円盤状に延びている。結合部材９７６は、シャフト９０５のための開口９４３の軸線方向に沿って連続した凹所９７８によって区切られている。従って、有利なことに、コスト効率良く高品質にて、回転子９００を圧入によりシャフト９０５上に固定することができ、付加的に回転軸線４に対する永久磁石４１０のセンタリングを有利に行うことが可能となっている。この結合部材９７６は、本発明による回転子８００についての第４の実施例で示した如く、成形部分９７８における射出成形からなるものとすることが可能である。
【００５８】
図１３は、本発明による電気機械６１，６２，６３，６４の実施例を示す。この実施例は、図１〜図１２に基づいて既に説明した特徴点を含んでいる。その特徴点は、図１３においては符号を付していないが、図１〜図１２におけると同様の符号を付してそれらに該当する記述により説明れ得るものとなっている。
以下において、それらの電気機械およびそれらに対応する実施例を、電気機械の回転子のための永久磁石の本発明による使用法によって説明し、その際に全ての実施例の符号を表示することとする。例えば、符号６１を有する第１の実施例の説明は、１つの特徴点の２〜４番目の個所に挙げる符号を取り消すことによって、符号６１を有する電気機械の特徴点の符号に限定される。これに対応して、符号６２を有する第２の実施例に関する説明であることは、１つの特徴点の１番目および３番目および４番目の場所に挙げる符号を取り消すことによって表すものとする。
１つの電気機械６１，６２，６３，６４は、１つの回転子６００，７００，８００，９００と、電気機械６１，６２，６３，６４の運転中に空隙５４を介して回転子６００，７００，８００，９００によって磁気的に協働する１つの固定子５３とを有している。回転子６００，７００，８００，９００は、回転軸線４を中心に回転可能に支持されている。回転子６００，７００，８００，９００は、シャフト６０５，７０５，８０５，９０５に取り付けられ、電気機械６１，６２，６３，６４のハウジング５２内において、第１および第２の軸受装置５８によって回転軸線４を中心に回転可能に支持されている。固定子５３は、ハウジング５２内で空隙５４に沿って回転軸線４の軸方向７に延びている少なくとも１つの巻線５５を有し、ハウジング５２内で回転しないように、そのハウジング５２内面に固定して取り付けられている。
【００５９】
電気機械６１，６２，６３，６４の回転子６００，７００，８００，９００のための永久磁石１０，１１０，２１０，３１０，４１０，１０１０についての、本発明による使用の実施例では、永久磁石１０，１１０，２１０，３１０，４１０，１０１０が、回転子６００，７００，８００，９００において使用される。蓋しこれは、永久磁石１０，１１０，２１０，３１０，４１０，１０１０、回転子６００，７００，８００，９００、および電気機械６１，６２，６３，６４との関連で、既に説明したとおりである。
【００６０】
本発明の細部を好ましい実施例によって詳述したが、本発明は、上記のとおりの開示された内容のみには限定されない。その他各種の変形等が、本発明の保護範囲を逸脱することなく当業者によって導き出され得るものであることは勿論である。
【符号の説明】
【００６１】
１０，１１０，２１０，３１０，４１０，１０１０  永久磁石
１１，２１１，３１１，４１１，１０１１          第１の端部
１２，１１２，２１２                            端面
１３                                            横断面
１４，１１４                                    磁化
１５，２１５，１０１６                          包絡線
１６，１１６，２１６                            第１の凸面部分
１７，１１７，２１７，３１７                    第２の凸面部分
１８，１１８，２１８，３１８，４１８，１０１８  面
１１９                                          凹所
２１，１２１，２２１                            Ｎ極
２２，１２２，２２２                            Ｓ極
２２３，３２３，４２３                          輪郭
２２４，３２４，４２４                          凹所
２２５                                          境界
３１，２３１，４３１，１０３１                  第２の端部
３２                                            端面
２３８，３３８，４３８，１０３８                面
６４１，７４１，８４１，９４１                  第１の軸方向端部
６４２，７４２，８４２，９４２                  第２の軸方向端部
７４３，８４３，９４３                          開口
８４４，９４４                                  回転子部分
８４５，９４５                                  横断面
５２                                            ハウジング
５３                                            固定子
５４                                            空隙
５５                                            巻線
５８                                            軸受装置
６１，６２，６３，６４                          電気機械
６００，７００，８００，９００                  回転子
６０５，７０５，８０５，９０５                  シャフト
６０６，７０６                                  ローレット
６７０，６７１                                  結合
６７２，７７２，８７２，９７２                  結合装置
６７３，６７４                                  軸受用ストッパ
６７５，８７５，９７５                          包絡線
８７６，９７６                                  結合部材
８７７，９７７                                  周縁エッジ
８７８，９７８                                  凹所（成形部分）
【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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