WO2024134991A1 - モータ - Google Patents
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Classifications
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- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K3/00—Details of windings
- H02K3/46—Fastening of windings on the stator or rotor structure
- H02K3/52—Fastening salient pole windings or connections thereto
Definitions
- the present invention relates to a motor.
- Patent Document 1 discloses a motor that includes a bus bar that is interposed between a lead wire drawn from a stator coil and a conductor that is connected to an external power source or the like.
- the stator is disposed below the bus bar.
- a coil is wound around a stator core made of a magnetic material.
- An insulating member is disposed between the magnetic material and the coil.
- components such as the bus bars, stator core, and insulating members are each held within the motor housing.
- the individual components are not necessarily firmly fixed. Therefore, improvements are needed in terms of vibration resistance.
- one of the objectives of the present invention is to provide a motor that can improve vibration resistance.
- a motor includes a housing, a lid that covers an opening of the housing, an annular member having bus bars, and a stator that has a magnetic body and an insulating member that covers the magnetic body, and the annular member is connected to the lid or the insulating member, and the magnetic body and the insulating member are connected.
- FIG. 1 is a perspective view showing a schematic external appearance of a motor 10 according to a first embodiment of the present invention
- 2 is a cross-sectional view of FIG. 1 taken along an imaginary plane including an axis x that constitutes the rotation axis of the motor 10.
- 3 is a cross-sectional view of FIG. 1 taken along an imaginary plane perpendicular to the axis x.
- 1 is an exploded perspective view showing a schematic diagram of a busbar unit 50 and a cover 42 according to one specific example.
- FIG. 2 is a perspective view showing a schematic structure of an insulator 33 according to one specific example.
- 4 is a partial cross-sectional view corresponding to the cross-sectional view of FIG. 3, in which one insulator 33 and one tooth 35 are taken out.
- FIG. 7 is a cross-sectional view corresponding to FIG. 6 and showing a state where an insulator 33 is attached to a tooth 35.
- FIG. FIG. 6 is a perspective view showing a schematic structure of a motor 10A according to a second embodiment of the present invention.
- FIG. 6 is an exploded perspective view showing a schematic structure of a motor 10A according to a second embodiment of the present invention.
- 13 is an exploded perspective view showing a schematic structure of a busbar unit 50A according to another specific example.
- FIG. FIG. 2 is a perspective view showing a schematic structure of an insulator 33 according to one specific example.
- 1 is a plan view illustrating a schematic structure of an insulator 33 according to one specific example.
- FIG. 11 is a partial cross-sectional view showing a state in which an insulator 33 is attached to a tooth 35.
- FIG. 11 is a cross-sectional view showing a state in which an insulator 33 is attached to a tooth 35.
- FIG. 11 is a plan view of a stator 30A, illustrating a schematic structure of a motor 10B according to a third embodiment of the present invention.
- 13 is a perspective view showing a schematic structure of an insulator 33A and a tooth 35A according to another specific example.
- FIG. 13 is a plan view illustrating a schematic structure of an insulator 33A and a tooth 35A according to another specific example.
- FIG. 13 is a partial cross-sectional view showing a state in which an insulator 33A is attached to a tooth 35A.
- FIG. 11 is a cross-sectional view showing a state where an insulator 33A is attached to a tooth 35A.
- Fig. 1 is a perspective view showing a schematic external view of a motor 10 according to a first embodiment of the present invention
- Fig. 2 is a longitudinal cross-sectional view of the motor 10
- Fig. 3 is a transverse cross-sectional view of the motor 10.
- Fig. 2 corresponds to the 2-2 cross-sectional view of Fig. 1 taken along an imaginary plane including an axis x that constitutes the rotational axis of the motor 10
- Fig. 3 corresponds to the 3-3 cross-sectional view of Fig. 1 taken along an imaginary plane perpendicular to the axis x.
- one side in the direction of axis x is defined as the upper side a, and the other side opposite the one side is defined as the lower side b.
- the upper side a and the lower side b do not necessarily correspond to the up-down relationship in the direction of gravity.
- the side away from axis x is defined as the outer circumferential side c, and the side toward axis x is defined as the inner circumferential side d.
- a clockwise direction e and a counterclockwise direction f are defined as viewed from the upper side a (see Figure 3).
- the motor 10 includes a shaft 11 constituting a rotating shaft, a rotor 20, a stator 30, a housing 40, and an annular member, i.e., a busbar unit 50.
- the rotor 20 is fixed to the shaft 11.
- the stator 30 is disposed so as to surround the rotor 20.
- the housing 40 holds the stator 30.
- the busbar unit 50 supplies current to the stator 30.
- the motor 10 is an inner rotor type brushless motor.
- the shaft 11 and the rotor 20 rotate relative to the housing 40 and the stator 30.
- the housing 40 and the stator 30 are fixed, for example, to an external device (not shown) in which the motor 10 is incorporated.
- the shaft 11 is rotatably supported by two bearings 12 and 13 fixed to the housing 40.
- the bearings 12 and 13 are attached between the shaft 11 and the housing 40, for example, by press fitting.
- the rotor 20 includes a rotor core 21 and a magnet 22.
- the rotor core 21 is a cylindrical magnetic body fixed to the shaft 11.
- the magnet 22 is a cylindrical permanent magnet fixed to the outer circumferential surface of the rotor core 21.
- the rotor core 21 is formed from a laminate of multiple magnetic bodies stacked in the direction of the axis x.
- the shaft 11 is inserted into and fixed in a hole in the rotor core 21 formed along the axis x.
- the stator 30 includes a stator core 31, a coil 32, and an insulator 33.
- the stator core 31 is fixed to the housing 40.
- the coil 32 is wound around the stator core 31.
- the insulator 33 is an insulating member disposed between the stator core 31 and the coil 32.
- the stator core 31 is formed from a laminate of a magnetic material, i.e., a metal material, such as silicon steel plate.
- the insulator 33 is formed from, for example, a resin material.
- the stator core 31 includes a cylindrical annular portion 34 and a plurality of teeth 35.
- the teeth 35 extend radially from the inner peripheral surface of the annular portion 34 to the inner peripheral side d.
- the stator core 31 is fixed to the housing 40 at the outer peripheral surface of the annular portion 34.
- Each tooth 35 is separated from the annular portion 34 by a boundary line B defined along the outer peripheral edge of the outer peripheral side c.
- Each tooth 35 is fixed at its outer peripheral end to the inner peripheral surface of the annular portion 34.
- an adhesive or welding is used for fixing.
- the stator core 31 is a split core.
- Each tooth 35 has a spoke 36 and a magnetic pole portion 37.
- the spokes 36 extend in the radial direction.
- the magnetic pole portion 37 is continuous with the inner circumferential end of the spoke 36.
- the magnetic pole portion 37 has two protrusions 38.
- the two protrusions 38 protrude in opposite directions from each other in the circumferential direction relative to the spoke 36.
- the inner surface of the magnetic pole portion 37 of the tooth 35 faces the outer circumferential surface of the magnet 22 with a predetermined magnetic gap.
- a coil 32 is wound around each spoke 36.
- An insulator 33 disposed between the spokes 36 and the coils 32 insulates the stator core 31 from the coils 32.
- one lead wire 32a is drawn from each coil 32 and connected to the busbar unit 50.
- the rotor 20 rotates around the axis x due to interaction with the magnetic field generated by the magnet 22.
- the rotor 20, i.e., the shaft 11 rotates relative to the stator 30 and the housing 40 in a clockwise direction e or a counterclockwise direction f.
- the housing 40 includes, for example, a cylindrical housing body 41 and, for example, a disk-shaped lid 42.
- the housing body 41 opens to the upper side a and is closed to the lower side b.
- the lid 42 covers the opening on the upper side a of the housing body 41.
- the housing body 41 includes, for example, a disk-shaped bottom part 41a and an outer peripheral part 41b that extends from the outer peripheral edge of the bottom part 41a to the upper side a in a cylindrical shape.
- the stator core 31 is fixed to the inner peripheral surface of the outer peripheral part 41b.
- the cover 42 includes a disk-shaped flat part 42a.
- the flat part 42a has a circular opening 42b in its center and, for example, three openings 42c formed around the opening 42b.
- the shaft 11 protrudes from the opening 42b to the upper side a.
- FIG. 4 is an exploded perspective view that shows a schematic diagram of a busbar unit 50 and a cover 42 according to one specific example.
- the busbar unit 50 comprises an annular housing 51 and a plurality of annular busbars 52.
- the plurality of busbars 52 are accommodated within the housing 51.
- the busbar unit 50 is an annular member having a plurality of busbars 52.
- the plurality of busbars 52 are stacked in the direction of the axis x within the housing 51.
- the housing 51 is formed from an insulating material that includes a resin material.
- the busbars 52 are formed from a conductive material that includes a metal material such as copper or aluminum.
- Each bus bar 52 has one or more connection terminals (hereinafter referred to as “internal connection terminals”) 53 and one or more connection terminals (hereinafter referred to as “external connection terminals”) 54.
- the internal connection terminals 53 protrude radially outward from the housing 51 on the outer circumferential side c and the inner circumferential side d.
- the external connection terminals 54 protrude outward from the housing 51 in the direction of the axis x.
- the internal connection terminals 53 and the external connection terminals 54 are arranged at predetermined intervals around the axis x.
- Each internal connection terminal 53 is, for example, a fork-shaped terminal.
- the lead wire 32a of the coil 32 is electrically connected to the internal connection terminal 53.
- the external connection terminal 54 protrudes to the outside of the motor 10 through an opening 42c formed in the lid 42 of the housing 40.
- the external connection terminal 54 is electrically connected to an external device (not shown).
- the busbar unit 50 is fixed to the lid 42 by one or more screws 55, for example three screws.
- the screws 55 are screwed into the housing 51 of the busbar unit 50 through through holes 42d formed in the flat portion 42a of the lid 42 at a predetermined interval around the axis x.
- a female screw member (not shown), for example made of metal, is embedded in the housing 51.
- the upper surface of the housing 51 is in close contact with the lower surface of the flat portion 42a. In this way, the busbar unit 50 is joined to the lid 42.
- the busbar unit 50 is joined to the lid 42 via the screws 55, i.e., other members, but the busbar unit 50 may also be joined directly to the lid 42 by, for example, an adhesive or the like.
- FIG. 5 is a perspective view showing a schematic structure of an insulator 33 according to one specific example.
- the insulator 33 comprises an annular portion 33a, a flange on the outer circumferential side c (hereinafter referred to as the "outer circumferential flange") 33b, and a flange on the inner circumferential side d (hereinafter referred to as the "inner circumferential flange”) 33c.
- the outer circumferential flange 33b is integrated with the outer circumferential end of the annular portion 33a.
- the inner circumferential flange 33c is integrated with the inner circumferential end of the annular portion 33a.
- the annular portion 33a defines a space 33d therein for receiving the spokes 36.
- the outer peripheral flange 33b and the inner peripheral flange 33c extend along a cylindrical surface centered on the axis x, for example.
- the inner peripheral flange 33c has a pair of fitting portions 33f formed on its inner peripheral surface, which extend along the opening 33e on the inner peripheral side d of the space 33d.
- the inner peripheral flange 33c defines, for example, an upper end 33g on the upper side a and a lower end 33h on the lower side b in the direction of the axis x.
- the upper end 33g extends from the annular portion 33a toward the upper side a.
- the lower end 33h extends from the annular portion 33a toward the lower side b.
- the fitting portion 33f is, for example, a convex portion extending between the upper end 33g and the lower end 33h.
- the fitting portion 33f is also a convex portion protruding radially from the inner peripheral flange 33c toward the inner peripheral side d.
- FIG. 6 corresponds to the cross-sectional view of FIG. 3 and is a partial cross-sectional view of one insulator 33 and tooth 35.
- the outer peripheral surface of the protruding portion 38 of the tooth 35 faces the inner peripheral flange 33c of the insulator 33.
- a mated portion 38a corresponding to the mating portion 33f of the insulator 33 is formed on the outer peripheral surface of the protruding portion 38.
- the mated portion 38a is a recess that is defined along the axis x and recesses radially to the inner peripheral side d.
- the mating portion 33f of the insulator 33 is mated with the mated portion 38a of the protruding portion 38. This mating connects the insulator 33 and the tooth 35 to each other in the radial direction.
- the contour of the mating portion 33f increases its width W, which is defined in the circumferential direction, as it moves radially toward the inner circumferential side d.
- W width W
- the circumferential inner surfaces IS that face inwardly toward each other extend radially, while the circumferential outer surfaces OS that face away from each other move away from the inner surfaces IS as they move radially toward the inner circumferential side d.
- the mated portion 38a has the same contour as the mating portion 33f.
- the circumferential inner surfaces IS that face inwardly toward each other extend radially, while the circumferential outer surfaces OS that face away from each other move away from the inner surfaces IS as they move radially toward the inner circumferential side d.
- Figure 7 corresponds to Figure 6 and is a cross-sectional view showing the installation of the insulator 33 to the teeth 35.
- the teeth 35 are inserted into the space 33d of the annular portion 33a from the opening 33e on the inner flange 33c side of the insulator 33 along the arrow A.
- the width W in the circumferential direction of the entrance of the fitted portion 38a is smaller than the width W in the circumferential direction of the inner side d of the fitting portion 33f. Therefore, when the fitting portion 33f starts to enter the fitted portion 38a, the fitting portion 33f made of resin material is elastically deformed. When the fitting portion 33f enters the fitted portion 38a completely, the fitting portion 33f returns to its original shape due to the elastic restoring force. In this way, the teeth 35, i.e., the stator core 31, are radially coupled to the insulator 33.
- the annular busbar unit 50 having the busbar 52 is connected to the lid 42 of the housing 40, for example, via screws 55. Since the lid 42 of the housing 40 is a relatively strong structure, the vibration resistance of the busbar unit 50 is significantly improved. Since the busbar unit 50 is a relatively heavy part among the components of the motor 10, connecting it to the lid 42 is particularly useful for improving vibration resistance. In addition, the mating portion 33f of the insulator 33 is mated with the mated portion 38a of the tooth 35, for example, in the radial direction. As a result, the vibration resistance of the assembly consisting of the stator core 31, the coil 32, and the insulator 33 is significantly improved.
- FIG. 8 is a perspective view that shows a schematic structure of a motor 10A according to a second embodiment of the present invention
- FIG. 9 is an exploded perspective view that shows a schematic structure of a motor 10A according to a second embodiment of the present invention.
- the shaft 11, bearings 12, 13, rotor 20, and housing 40 which have substantially the same configuration as those of the motor 10 according to the first embodiment, are omitted.
- the motor 10A according to the second embodiment incorporates a busbar unit 50A instead of the busbar unit 50 of the motor 10 according to the first embodiment.
- the same reference symbols are used for configurations similar to those of the motor 10 according to the first embodiment, and duplicate explanations will be omitted.
- the busbar unit 50A is connected to the stator 30, instead of being connected to the lid 42 of the housing 40 via screws 55 as in the first embodiment. That is, the configuration other than the configuration in which the busbar unit 50A is connected to the stator 30 is the same as the configuration of the motor 10 according to the first embodiment.
- the internal connection terminals 53 of the busbars 52 protrude radially only to the outer periphery side c.
- the external connection terminals 54 have the same function as the external connection terminals 54 of the first embodiment, although the number and shape of the external connection terminals 54 differ from those of the first embodiment.
- the busbar unit 50A includes a fixing member 56 for fixing the busbar unit 50A to the stator 30, i.e., the insulator 33.
- the fixing member 56 includes an annular body 56a centered on the axis x, and a plurality of legs 56b. Each leg 56b protrudes from the body 56a toward the inner periphery d in the radial direction.
- the fixing member 56 is attached to the lower surface of the housing 51 by the body 56a.
- the number of legs 56b corresponds to the number of insulators 33 of the stator 30, and therefore the legs 56b are arranged at the same intervals as the insulators 33 in the circumferential direction.
- the legs 56b include a piece 56c (hereinafter referred to as the "connecting piece") extending downward b. As shown in FIG. 8, the connecting piece 56c extends toward the insulator 33 in the direction of the axis x, and is connected to the upper end 33g of the insulator 33. The details of the connection will be described later.
- FIG. 11 is a perspective view showing a schematic structure of an insulator 33 according to one specific example
- FIG. 12 is a plan view showing a schematic structure of an insulator 33 according to one specific example.
- This insulator 33 has a similar structure to the insulator 33 described above.
- the structure of the upper end 33g will be described in detail with reference to both FIG. 11 and FIG. 12. Duplicate descriptions of the structure other than the upper end 33g will be omitted.
- the upper end 33g When the insulator 33 is assembled in the motor 10A, the upper end 33g extends in the direction of the axis x toward the busbar unit 50A.
- the upper end 33g has recesses 39 that receive the legs 56b of the fixing member 56 of the busbar unit 50A.
- the recess 39 is surrounded by a peripheral wall 39A on the outer circumferential side c of the upper end 33g, a pair of peripheral walls 39B, 39C facing the inner circumferential side d of the peripheral wall 39A, and a pair of side walls 39D, 39E connecting the peripheral wall 39A and the peripheral walls 39B, 39C to each other.
- the pair of side walls 39D, 39E face each other. Since a predetermined gap is secured between the pair of peripheral walls 39B, 39C, the recess 39 is in a cut-out state between the peripheral walls 39B, 39C.
- a first length L1 is defined between the side walls 39D, 39E, and a second length L2 is defined between the peripheral wall 39A and the peripheral walls 39B, 39C.
- the first length L1 and the second length L2 are defined according to the size of the leg 56b of the fixing member 56, as described later.
- the joining piece 56c of the fixing member 56 is pressed into the recess 39 of the upper end 33g of the insulator 33. That is, either or both of the first length L1 and the second length L2 of the joining piece 56c, which are defined corresponding to the recess 39, are set to be greater than the first length L1 and the second length L2 of the recess 39. As a result, when the joining piece 56c is pressed into the recess 39, the joining piece 56c exerts a stress that tends to expand the recess 39, for example, in the direction of the arrow F. As shown in FIG.
- this stress acts in a direction that further presses the fitting portion 33f of the insulator 33 into the fitted portion 38a.
- the pressing of the joining piece 56c into the recess 39 further strengthens the connection of the insulator 33 to the stator core 30.
- the joining piece 56c and the recess 39 may be joined by an adhesive or the like.
- the annular busbar unit 50A having the busbar 52 is connected to the stator 30 by the connection between the connecting piece 56c of the fixing member 56 and the recess 39 of the insulator 33.
- the vibration resistance of the busbar unit 50A is significantly improved.
- the connection between the connecting piece 56c and the recess 39 further strengthens the fit between the fitting portion 33f of the stator core 31 and the fitted portion 38a of the insulator 33.
- the vibration resistance of the assembly consisting of the stator core 31, the coil 32, the insulator 33, and the busbar unit 50A is significantly improved.
- FIG. 15 is a plan view of a stator 30A, illustrating the structure of a motor 10B according to a third embodiment of the present invention.
- the shaft 11, bearings 12, 13, rotor 20, housing 40, and busbar unit 50A which have configurations similar to those of the motors 10, 10A according to the first and second embodiments, are omitted.
- the motor 10B according to the third embodiment incorporates a stator 30A that is different from the stator 30 of the motors 10, 10A according to the first and second embodiments.
- configurations similar to those of the motors 10, 10A according to the first and second embodiments are given the same reference symbols, and duplicate explanations are omitted.
- the stator 30A has an insulator 33A instead of the insulator 33 described above, and has teeth 35A instead of the teeth 35 described above.
- the stator 30A has a configuration basically similar to that of the stator 30 except for the insulator 33A and the teeth 35A.
- the number of coils 32 has been increased from 12 to 24 compared to the first and second embodiments.
- the number of connecting pieces 56c of the fixing member 56 of the busbar unit 50A (not shown) has also been correspondingly increased from 12 to 24.
- FIG. 16 is a perspective view that shows a schematic structure of an insulator 33A and teeth 35A according to another specific example
- FIG. 17 is a plan view that shows a schematic structure of an insulator 33A and teeth 35A according to another specific example.
- the insulator 33A has an inner flange 33c that is different from the insulator 33 of the first and second embodiments.
- the annular portion 33a and the outer flange 33b other than the inner flange 33c have a different shape from those of the insulator 33, but have the same function and action as the insulator 33.
- the inner flange 33c has a pair of peripheral walls 33j and a pair of claws 33k.
- the pair of peripheral walls 33j extend in the direction of the axis x from the upper end 33g to the lower end 33h on both sides in the circumferential direction of the opening 33e on the inner side d of the space 33d of the annular portion 33a.
- the pair of claws 33k extend radially from the peripheral wall 33j and then extend in a direction approaching each other in the circumferential direction.
- the aforementioned recess 39 is defined by the pair of peripheral walls 33j and the pair of claws 33k.
- the pair of protrusions 38 of the teeth 35A are provided with claw portions 38b that protrude in directions away from each other in the circumferential direction.
- the claw portions 38b are engaged with the claw portions 33k.
- the shape of the claw portions 38b is formed, for example, in a triangular shape in a cross-sectional view, but may have other shapes as long as engagement between the claw portions 38b and the claw portions 33k is established.
- FIG. 18 is a partial cross-sectional view showing the state in which the insulator 33A is attached to the tooth 35A.
- the joining piece 56c of the fixing member 56 is inserted into the recess 39 of the insulator 33A.
- the joining piece 56c is engaged with the claw portion 33k to the extent that it is held in the recess 39 by the pair of claw portions 33k.
- the engagement piece 56c is not pressed into the recess 39, and the engagement piece 56c does not apply a stress to the claw portion 33k that tries to expand the recess 39.
- the joining piece 56c may be joined to the peripheral wall 33j and the claw portion 33k with an adhesive or the like.
- FIG. 19 is a cross-sectional view showing the attachment of the insulator 33A to the teeth 35A.
- the teeth 35A When attaching, the teeth 35A are inserted into the space 33d of the annular portion 33a from the opening 33e on the inner circumferential flange 33c side of the insulator 33A along the arrow A.
- the claws 38b of the teeth 35A elastically deform the claws 33k of the insulator 33A in a direction that moves the claws 33k, 33k away from each other in the circumferential direction.
- the annular busbar unit 50A having the busbar 52 is connected to the stator 30A by the connection between the connecting piece 56c of the fixing member 56 and the recess 39 of the insulator 33.
- the vibration resistance of the busbar unit 50A is significantly improved.
- the claw portion 38b of the stator core 31 engages with the claw portion 33k of the insulator 33A. In this way, the stator core 31 and the insulator 33A are connected. As a result, the vibration resistance of the assembly consisting of the stator core 31, the coil 32, and the insulator 33A is significantly improved.
- the configurations of the motors 10, 10A, 10B according to the first to third embodiments as described above may be combined as appropriate.
- the fixing member 56 or the insulator 33A of the motors 10A, 10B according to the second and third embodiments may be incorporated into the motor 10 according to the first embodiment. That is, in the motor 10, the busbar unit 50 may be connected to the cover 42 by the screw 55, and may also be connected to the insulators 33, 33A by the fixing member 56. With such a configuration, the vibration resistance of the components in the motor 10 can be further improved.
- motors 10, 10A, and 10B are not limited to that of the above-described embodiments, and the present invention can be applied to any type of motor.
- an inner rotor type brushless motor is given as an example, but the present invention can also be applied to an outer rotor type motor.
- the present invention can be applied not only to brushless motors, but also to brush motors.
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Abstract
耐振動性を向上させることができるモータ(10)を提供する。モータ(10)は、筐体(41)と、筐体(41)の開口部を覆う蓋(42)と、バスバー(52)を有する環状の部材(50)と、磁性体(35)及び当該磁性体(35)を覆う絶縁部材(33)を有するステータ(30)と、を備える。環状の部材(50)は、蓋(42)又は絶縁部材(33)に結合される。また、磁性体(35)と絶縁部材(33)とが結合されている。
Description
本発明は、モータに関する。
例えば特許文献1は、ステータのコイルから引き出された引出線と、外部電源等に接続される導線との間に介在するバスバーとを備えるモータを開示している。バスバーの下方にはステータが配置される。ステータにおいて、磁性体のステータコアにコイルが巻き付けられる。磁性体とコイルとの間には絶縁部材が配置される。
こうしたモータでは、バスバーやステータコア、絶縁部材といった構成部品は、モータの筐体内にそれぞれ保持されている。しかしながら、従来のモータでは、それぞれの構成部品は必ずしも強固に固定されていなかった。したがって、耐振動性の観点において改善が望まれる。
そこで、本発明は、耐振動性を向上させることができるモータを提供することを課題の一例とする。
本発明の一態様に係るモータは、筐体と、前記筐体の開口部を覆う蓋と、バスバーを有する環状の部材と、磁性体及び当該磁性体を覆う絶縁部材を有するステータと、を備え、前記環状の部材は、前記蓋又は前記絶縁部材に結合され、前記磁性体と前記絶縁部材とが結合されている。
以下、添付図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。図1は、本発明の第1実施形態に係るモータ10の外観を概略的に示す斜視図であり、図2はモータ10の縦断面図であり、図3はモータ10の横断面図である。なお、図2は、モータ10の回転軸心を構成する軸線xを含む仮想平面に沿った図1の2-2断面図に相当し、図3は、軸線xに直交する仮想平面に沿った図1の3-3断面図に相当する。
本実施形態の説明においては、軸線xの方向において、一方の側を上側aと規定し、一方の側の反対側の他方の側を下側bと規定する。なお、上側a及び下側bは重力方向における上下関係とは必ずしも一致しない。また、軸線xに垂直なモータ10の径方向において、軸線xから遠ざかる側を外周側cと規定し、軸線xに向かう側を内周側dと規定する。さらに、軸線x周りの周方向において、上側aから見て時計回り方向e及び反時計回り方向fが規定される(図3参照)。
図1~図3に示すように、第1実施形態に係るモータ10は、回転軸を構成するシャフト11と、ロータ20と、ステータ30と、筐体40と、環状の部材すなわちバスバーユニット50と、を備える。ロータ20はシャフト11に固定される。ステータ30は、ロータ20を取り囲むように配置される。筐体40はステータ30を保持する。バスバーユニット50はステータ30に電流を供給する。モータ10はインナーロータタイプのブラシレスモータである。シャフト11及びロータ20は筐体40及びステータ30に対して相対回転する。なお、筐体40及びステータ30は、例えばモータ10が組み込まれる外部機器(図示せず)に固定される。
図2に示すように、シャフト11は、筐体40に固定される2つの軸受12、13に回転自在に支持されている。軸受12、13は、シャフト11と筐体40との間に例えば圧入などにより取り付けられている。ロータ20は、ロータコア21と、マグネット22と、を備える。ロータコア21は、シャフト11に固定された円筒状の磁性体である。マグネット22は、ロータコア21の外周面に固定された円筒状の永久磁石である。ロータコア21は、軸線x方向に積層される複数の磁性体の積層体から形成される。軸線xに沿って形成されるロータコア21の孔にシャフト11が挿入されて固定される。
一方で、ステータ30は、ステータコア31と、コイル32と、インシュレータ33と、を備える。ステータコア31は筐体40に固定される。コイル32はステータコア31に巻き付けられる。インシュレータ33は、ステータコア31及びコイル32の間に配置された絶縁部材である。ステータコア31は、珪素鋼板等の磁性体すなわち金属材料の積層体から形成される。インシュレータ33は例えば樹脂材料から形成される。
図3に示すように、ステータコア31は、円筒状の環状部34と、複数のティース35と、を備える。複数のティース35は、環状部34の内周面から内周側dに径方向に延びる。ステータコア31は環状部34の外周面で筐体40に固定される。各ティース35は、外周側cの外周端に沿って規定される境界線Bで環状部34から分割されている。各ティース35は、その外周端で環状部34の内周面に固定される。固定には例えば接着剤や溶接が用いられる。すなわち、ステータコア31は分割コアである。
各ティース35は、スポーク36と、磁極部37と、を備える。スポーク36は径方向に延びる。磁極部37は、スポーク36の内周端に連続する。磁極部37は2つの突出部38を備える。2つの突出部38は、スポーク36に対して周方向に互いに反対方向に突出する。ティース35は、磁極部37の内周面で、マグネット22の外周面に所定の磁気ギャップで対向する。
各スポーク36の周囲にはコイル32が巻き付けられている。スポーク36とコイル32との間に配置されたインシュレータ33はステータコア31とコイル32とを絶縁する。図2に示すように、各コイル32から例えば1本の引出線32aが引き出されてバスバーユニット50に接続される。この引出線32aを通じてコイル32に電流が供給されると、マグネット22で生じた磁界との相互作用により、ロータ20が軸線x回りに回転する。その結果、ロータ20すなわちシャフト11がステータ30及び筐体40に対して時計回り方向e又は反時計回り方向fに相対回転する。
図2に示すように、筐体40は、例えば筒状の筐体本体41と、例えば円盤状の蓋42と、を備える。筐体本体41は、上側aに開口する一方で、下側bで閉鎖される。蓋42は、筐体本体41の上側aの開口部を覆う。筐体本体41は、例えば円盤状の底部41aと、底部41aの外周縁から筒状に上側aに延在する外周部41bと、を備える。ステータコア31は外周部41bの内周面に固定される。一方で、カバー42は円盤状の平板部42aを備える。平板部42aには、その中心に円形の開口部42bと、開口部42b周りに形成される例えば3つの開口部42cと、が設けられている。開口部42bから上側aにシャフト11が突出する。
図4は、一具体例に係るバスバーユニット50及び蓋42を概略的に示す分解斜視図である。図2及び図4を併せて参照すると、バスバーユニット50は、環状のハウジング51と、環状の複数のバスバー52と、を備える。複数のバスバー52はハウジング51内に収容される。すなわち、バスバーユニット50は、複数のバスバー52を有する環状の部材である。複数のバスバー52はハウジング51内で軸線xの方向に積み重ねられている。ハウジング51は、樹脂材料を含む絶縁材料から形成される。バスバー52は、銅やアルミニウムなどの金属材料を含む導電材料から形成される。
各バスバー52は、1以上の接続端子(以下、「内部接続端子」という。)53と、1以上の接続端子(以下、「外部接続端子」という。)54と、を備える。内部接続端子53は、外周側c及び内周側dに径方向にハウジング51から外側に突出する。外部接続端子54は、軸線xの方向にハウジング51から外側に突出する。内部接続端子53及び外部接続端子54は軸線x回りに所定の間隔で配列される。各内部接続端子53は例えばフォーク型の端子である。内部接続端子53にコイル32の引出線32aが電気的に接続される。一方で、外部接続端子54は、筐体40の蓋42に形成された開口部42cを通ってモータ10の外側に突出する。外部接続端子54は外部装置(図示せず)に電気的に接続される。
図4に示すように、バスバーユニット50は、1以上の例えば3本のネジ55によって蓋42に固定される。ネジ55は、例えば、軸線x回りに所定の間隔で蓋42の平板部42aに形成された貫通孔42dを通じて、バスバーユニット50のハウジング51にねじ込まれる。ハウジング51内には例えば金属製の雌ネジ部材(図示せず)が埋め込まれる。図2から明らかなように、ハウジング51の上面は平板部42aの下面に密接する。こうしてバスバーユニット50は蓋42に結合される。なお、バスバーユニット50は、蓋42にネジ55すなわち他の部材を介して結合されたが、バスバーユニット50は例えば接着剤等により蓋42に直接結合されてもよい。
図5は、一具体例に係るインシュレータ33の構造を概略的に示す斜視図である。図5に示すように、インシュレータ33は、環状部33aと、外周側cのフランジ(以下、「外周側フランジ」という。)33bと、内周側dのフランジ(以下、「内周側フランジ」という。)33cと、を備える。外周側フランジ33bは環状部33aの外周端に一体化される。内周側フランジ33cは環状部33aの内周端に一体化される。環状部33aは、その内部にスポーク36を受け入れる空間33dを規定する。
外周側フランジ33b及び内周側フランジ33cは、例えば、軸線xを中心とする円筒面に沿って広がる。内周側フランジ33cには、その内周面に空間33dの内周側dの開口33eに沿って延びる1対の嵌合部33fが形成される。本実施形態では、内周側フランジ33cは、例えば、軸線xの方向に上側aの上端部33gと、下側bの下端部33hと、を規定する。上端部33gは、環状部33aから上側aに向かって延在する。一方で、下端部33hは、環状部33aから下側bに向かって延在する。嵌合部33fは、例えば、上端部33g及び下端部33hとの間で延びる凸部である。また、嵌合部33fは、内周側フランジ33cから径方向に内周側dに突出する凸部である。
図6は、図3の断面図に対応し、1つのインシュレータ33及びティース35を取り出した部分断面図である。図6を併せて参照すると、インシュレータ33の環状部33aの空間33d内にティース35が配置された状態では、ティース35の突出部38の外周面はインシュレータ33の内周側フランジ33cに面している。突出部38の外周面には、インシュレータ33の嵌合部33fに対応する被嵌合部38aが形成されている。被嵌合部38aは、軸線xに沿って規定されるとともに、径方向に内周側dにへこむ凹部である。インシュレータ33の嵌合部33fは突出部38の被嵌合部38aに嵌合している。この嵌合によってインシュレータ33及びティース35は互いに径方向に結合される。
軸線xに直交する仮想平面に沿った断面において、嵌合部33fの輪郭は、径方向に内周側dに向かうにつれて、周方向に規定されるその幅Wを増大させる。具体的には、本実施形態では、1対の嵌合部33f、33fにおいて、互いに内向する周方向の内側面ISは径方向に延びる一方で、互いに背向する周方向の外側面OSは、径方向に内周側dに向かうにつれて内側面ISから遠ざかる。断面視において、被嵌合部38aは嵌合部33fと同一の輪郭を有している。すなわち、1対の被嵌合部38a、38aにおいて、互いに内向する周方向の内側面ISは径方向に延びる一方で、互いに背向する周方向の外側面OSは、径方向に内周側dに向かうにつれて内側面ISから遠ざかる。
図7は、図6に対応し、ティース35にインシュレータ33を取り付ける場面を示す断面図である。取り付けにあたって、ティース35は、矢印Aに沿って、インシュレータ33の内周側フランジ33c側の開口33eから環状部33aの空間33d内に挿入される。被嵌合部38aの入口の周方向における幅Wは、嵌合部33fの内周側dの周方向における幅Wよりも小さい。したがって、嵌合部33fの被嵌合部38aへの進入開始時、樹脂材料の嵌合部33fは弾性変形する。嵌合部33fが被嵌合部38aに完全に進入すると、嵌合部33fは弾性復元力に基づいて原形に戻る。こうしてティース35すなわちステータコア31はインシュレータ33と径方向に結合される。
以上のような本発明の第1実施形態に係るモータ10では、バスバー52を有する環状のバスバーユニット50は、例えばネジ55を介して筐体40の蓋42に結合される。筐体40の蓋42は相対的に強固な構造体であるので、バスバーユニット50の耐振動性は格段に向上する。バスバーユニット50は、モータ10の構成部品のうちでも相対的に大きな重量を有する部品であるので、蓋42への結合は耐振動性の向上にあたって特に有用である。また、インシュレータ33の嵌合部33fは例えば径方向にティース35の被嵌合部38aに嵌合する。その結果、ステータコア31、コイル32及びインシュレータ33から構成されるアセンブリの耐振動性は格段に向上する。
図8は、本発明の第2実施形態に係るモータ10Aの構造を概略的に示す斜視図であり、図9は、本発明の第2実施形態に係るモータ10Aの構造を概略的に示す分解斜視図である。図8及び図9では、第1実施形態に係るモータ10のものとほぼ同様の構成を有するシャフト11、軸受12、13、ロータ20及び筐体40の記載を省略している。第2実施形態に係るモータ10Aには、第1実施形態に係るモータ10のバスバーユニット50に代えてバスバーユニット50Aが組み込まれている。以降の図面では、第1実施形態に係るモータ10と同様の構成には同一の参照符号を付して、重複した説明を省略する。
図8及び図9を併せて参照すると、バスバーユニット50Aは、第1実施形態のようにネジ55を介して筐体40の蓋42に結合することに代えて、ステータ30に結合される。すなわち、バスバーユニット50Aがステータ30に結合される構成以外の構成については、第1実施形態に係るモータ10の構成と同様である。バスバーユニット50Aでは、バスバー52の内部接続端子53は径方向に外周側cにのみ突出している。外部接続端子54は、第1実施形態の外部接続端子54とその数や形状が相違するものの、第1実施形態の外部接続端子54と同様の機能を有している。
バスバーユニット50Aは、バスバーユニット50Aをステータ30すなわちインシュレータ33に固定するための固定部材56を備えている。図10に示すように、固定部材56は、軸線xを中心とする環状の本体56aと、複数の脚部56bと、を備える。各脚部56bは、本体56aから径方向に内周側dに突出する。固定部材56は本体56aでハウジング51の下面に取り付けられる。脚部56bの数はステータ30のインシュレータ33の数に一致し、したがって、脚部56bは周方向にインシュレータ33と同じ間隔で配列される。脚部56bは、下側bに延びる片(以下、「結合片」という。)56cを備える。この結合片56cは、図8に示すように、軸線xの方向にインシュレータ33に向かって延在し、インシュレータ33の上端部33gに結合される。結合の詳細については後述する。
図11は、一具体例に係るインシュレータ33の構造を概略的に示す斜視図であり、図12は、一具体例に係るインシュレータ33の構造を概略的に示す平面図である。このインシュレータ33は前述のインシュレータ33と同様の構成を有している。ここでは、図11及び図12を併せて参照して上端部33gの構造を詳細に説明する。上端部33g以外の構成の重複した説明は省略する。インシュレータ33がモータ10Aに組み込まれた状態では、上端部33gは、軸線xの方向にバスバーユニット50Aに向かって延在する。上端部33gは、バスバーユニット50Aの固定部材56の各脚部56bを受け入れる凹部39を有している。
凹部39は、上端部33gの外周側cの周壁39Aと、周壁39Aに内周側dに対向する1対の周壁39B、39Cと、周壁39A及び周壁39B、39Cを互いに接続する1対の側壁39D、39Eと、によって囲まれる。1対の側壁39D、39E同士は互いに対向する。1対の周壁39B、39Cの間に所定の間隙が確保されるので、凹部39は、周壁39B、39Cの間で切り欠かれた状態となっている。上端部33gでは、側壁39D、39Eの間に第1長さL1が規定され、周壁39A及び周壁39B、39Cの間に第2長さL2が規定される。この第1長さL1及び第2長さL2は、後述するように、固定部材56の脚部56bのサイズに応じて規定される。
図13に示すように、バスバーユニット50Aのステータ30への結合にあたって、インシュレータ33の上端部33gの凹部39内に固定部材56の結合片56cが圧入される。すなわち、凹部39に対応して規定される結合片56cの第1長さL1及び第2長さL2のいずれか一方又は両方が、凹部39の第1長さL1及び第2長さL2よりも大きく設定される。その結果、結合片56cが凹部39に圧入されると、結合片56cは、例えば矢印Fの方向に凹部39を押し広げようとする応力を作用させる。図14に示すように、この応力は、インシュレータ33の嵌合部33fを被嵌合部38a内にさらに押し込む方向に作用する。その結果、結合片56cの凹部39への圧入が、インシュレータ33のステータコア30の結合をさらに強固にする。なお、結合片56c及び凹部39は接着剤等によって接合されてもよい。
以上のような本発明の第2実施形態に係るモータ10Aでは、バスバー52を有する環状のバスバーユニット50Aは、固定部材56の結合片56c及びインシュレータ33の凹部39の間の結合によりステータ30に結合される。バスバーユニット50Aの耐振動性は格段に向上する。また、結合片56c及び凹部39の間の結合は、ステータコア31の嵌合部33fとインシュレータ33の被嵌合部38aとの間の嵌合をさらに強固にする。その結果、ステータコア31、コイル32、インシュレータ33バスバーユニット50Aから構成されるアセンブリの耐振動性は格段に向上する。
図15は、本発明の第3実施形態に係るモータ10Bの構造を概略的に示すステータ30Aの平面図である。図15では、第1及び第2実施形態に係るモータ10、10Aのものとほぼ同様の構成を有するシャフト11、軸受12、13、ロータ20、筐体40及びバスバーユニット50Aの記載を省略している。第3実施形態に係るモータ10Bには、第1及び第2実施形態に係るモータ10、10Aのステータ30と異なるステータ30Aが組み込まれている。以降の図面では、第1及び第2実施形態に係るモータ10、10Aと同様の構成には同一の参照符号を付して、重複した説明を省略する。
図15に示すように、ステータ30Aは、上述したインシュレータ33に代えてインシュレータ33Aを備えるとともに、上述したティース35に代えてティース35Aを備えている。ステータ30Aは、インシュレータ33A及びティース35A以外の構成については基本的にステータ30と同様の構成を有しているが、図15から明らかなように、第3実施形態では第1及び第2実施形態と比較してコイル32の数が12から24に増えている。したがって、図示しないバスバーユニット50Aの固定部材56の結合片56cの数も対応して12から24に増えている。
図16は、別の具体例に係るインシュレータ33A及びティース35Aの構造を概略的に示す斜視図であり、図17は、別の具体例に係るインシュレータ33A及びティース35Aの構造を概略的に示す平面図である。図16及び図17に示すように、インシュレータ33Aは、第1及び第2実施形態のインシュレータ33と異なる内周側フランジ33cを有している。内周側フランジ33c以外の環状部33a及び外周側フランジ33bは、インシュレータ33のものと形状が相違するが、インシュレータ33と同様の機能及び作用を有している。
具体的には、内周側フランジ33cは、1対の周壁33jと、1対の爪部33kと、を備えている。1対の周壁33jは、環状部33aの空間33dの内周側dの開口33eの周方向における両側で上端部33gから下端部33hまで軸線xの方向に延びる。1対の爪部33kは、周壁33jから径方向に延び、その後、互いに周方向に近づく方向に延びる。こうして上端部33gでは、1対の周壁33jと1対の爪部33kとによって前述の凹部39が規定される。
一方で、ティース35Aの1対の突出部38は、周方向に互いに遠ざかる方向に突出する爪部38bを備えている。図17から明らかなように、ティース35Aにインシュレータ33Aが取り付けられた状態では、爪部38bは爪部33kに係止している。爪部38bの形状は、断面視において例えば三角形に形成されているが、爪部38bと爪部33kとの間の係止が確立される限り、その他の形状を有してもよい。
図18は、ティース35Aにインシュレータ33Aを取り受けた状態を示す部分断面図である。図18に示すように、バスバーユニット50Aのステータ30Aへの結合にあたって、インシュレータ33Aの凹部39内に固定部材56の結合片56cが挿入される。ただし、前述のインシュレータ33と固定部材56との結合とは異なり、結合片56cは、1対の爪部33kで凹部39内に保持される程度に爪部33kに係止する。すなわち、係合片56cが凹部39内に圧入されることはなく、係合片56cが凹部39を押し広げようとする応力を爪部33kに作用させることもない。こうしてバスバーユニット50Aはステータ30Aに結合される。なお、結合片56cは周壁33j及び爪部33kに接着剤等で接合されてもよい。
図19は、ティース35Aにインシュレータ33Aを取り付ける場面を示す断面図である。取り付けにあたって、ティース35Aは、矢印Aに沿って、インシュレータ33Aの内周側フランジ33c側の開口33eから環状部33aの空間33d内に挿入される。ティース35Aがさらに挿入されると、ティース35Aの爪部38bがインシュレータ33Aの爪部33kを周方向において爪部33k、33kを互いに遠ざける方向に弾性変形させる。ティース35Aの突出部38の外周面がインシュレータ33Aの外周側フランジ33cの周壁33jの内周面に突き当たると、爪部33kは弾性復元力に基づいて原形に戻る。その結果、爪部38bは爪部33kに係止する。こうしてティース35Aはインシュレータ33Aに結合される。
以上のような本発明の第3実施形態に係るモータ10Bでは、バスバー52を有する環状のバスバーユニット50Aが、固定部材56の結合片56c及びインシュレータ33の凹部39の間の結合によりステータ30Aに結合される。バスバーユニット50Aの耐振動性は格段に向上する。また、ステータコア31の爪部38bはインシュレータ33Aの爪部33kに係止する。こうしてステータコア31及びインシュレータ33Aは結合される。その結果、ステータコア31、コイル32及びインシュレータ33Aから構成されるアセンブリの耐振動性は格段に向上する。
以上のような第1~第3実施形態に係るモータ10、10A、10Bの構成は適宜組み合わせられてもよい。例えば、第1実施形態に係るモータ10に、第2及び第3実施形態に係るモータ10A、10Bの固定部材56又はインシュレータ33Aが組み込まれてもよい。すなわち、モータ10において、バスバーユニット50が、ネジ55によって蓋42に結合されるとともに、固定部材56によってインシュレータ33、33Aに結合されてもよい。こうした構成によれば、モータ10における構成部品の耐振動性をさらに向上させることができる。
また、モータ10、10A、10Bの構成については、上記実施形態の構成に限定されず、あらゆるタイプのモータに対しても本発明を適用することができる。上述した第1~第3実施形態では、インナーロータタイプのブラシレスモータを例に挙げているが、アウターロータタイプのモータにも本発明を適用することができる。同様に、ブラシレスモータに限らずブラシモータにも本発明を適用することができる。
以上、上記実施形態を通じて本発明を説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。上記実施形態に様々な変更又は改良を加えることができることが当業者には明らかである。そのような変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。上記実施形態が備える各構成要素並びにその配置、材料、条件、形状及びサイズ等は、例示したものに限定されるわけではなく、適宜変更することができる。また、技術的に矛盾しない範囲において、異なる実施形態で示した構成要素同士を部分的に置換し又は組み合わせることができる。
10、10A、10B モータ、11 シャフト、12、13 軸受、20 ロータ、21 ロータコア、22 マグネット、30、30A ステータ、31 ステータコア、32 コイル、32a 引出線、33、33A インシュレータ(絶縁部材)、33a 環状部、33b フランジ(外周側フランジ)、33c フランジ(内周側フランジ)、33d 空間、33e 開口、33f 嵌合部、33g 上端部、33h 下端部、33j 周壁、33k 爪部、34 環状部、35、35A ティース、36 スポーク、37 磁極部、38 突出部、38a 被嵌合部、38b 爪部、39 凹部、39A 周壁、39B、39C 周壁、39D、39E 側壁、40 筐体、41 筐体本体、41a 底部、41b 外周部、42 蓋、42a 平板部、42b 開口部、42c 開口部、42d 貫通孔、50、50A バスバーユニット(環状の部材)、51 ハウジング、52 バスバー、53 接続端子(内部接続端子)、54 接続端子(外部接続端子)、55 ネジ、56 固定部材、56a 本体、56b 脚部、56c 片(結合片)、A 矢印、B 境界線、IS 内側面、L1 第1長さ、L2 第2長さ、OS 外側面、W 幅、a 上側、b 下側、c 外周側、d 内周側、e 時計回り方向、f 反時計回り方向
Claims (7)
- 筐体と、
前記筐体の開口部を覆う蓋と、
バスバーを有する環状の部材と、
磁性体及び当該磁性体を覆う絶縁部材を有するステータと、を備え、
前記環状の部材は、前記蓋又は前記絶縁部材に結合され、
前記磁性体と前記絶縁部材とが結合されている、モータ。 - 径方向において、前記磁性体と前記絶縁部材とは結合されている、請求項1に記載のモータ。
- ロータを備え、
前記磁性体は、前記ロータに対向する磁極部を備え、
前記磁極部の内周面及び前記絶縁部材の外周面のうちの一方が嵌合部を備え、前記前記磁極部の内周面及び前記絶縁部材の外周面のうちの他方が被嵌合部を備え、
径方向において、前記嵌合部と前記被嵌合部とが嵌合している、請求項2に記載のモータ。 - 前記磁性体は、前記磁極部に連結されたスポークを備え、
前記磁極部は、周方向において、前記スポークから延在する2つの突出部を備え、
前記突出部が前記嵌合部又は被嵌合部を備えている、請求項3に記載のモータ。 - ロータを備え、
前記磁性体は、前記ロータに対向する磁極部と、前記磁極部に連結されたスポークと、を備え、
前記磁極部は、周方向において、前記スポークから延在する2つの突出部を備え、
前記磁性体の突出部と前記絶縁部材とが嵌合している、請求項1に記載のモータ。 - 回転軸方向において、前記絶縁部材は前記環状の部材に向かって延在する部分を備え、
回転軸方向において、前記環状の部材は前記絶縁部材に向かって延在する部分を備え、
回転軸方向において、前記絶縁部材の部分と前記環状部材の部分とが結合されている、請求項1から5のいずれか1項に記載のモータ。 - 前記蓋と前記環状の部材とは、直接、又は、他の部材により結合されている、請求項6に記載のモータ。
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-
2023
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