JP2006121818A - Motor, and electric power steering device mounting motor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電動パワーステアリング装置に好適なモータおよび、モータを搭載した電動パワーステアリング装置に関する。 The present invention relates to a motor suitable for an electric power steering apparatus and an electric power steering apparatus equipped with the motor.
電動パワーステアリング装置は、自動車を運転中、運転者がステアリングホイール(操舵ハンドル)を操作するとき、モータを連動させて操舵力を補助する支援装置である。電動パワーステアリング装置では、運転者のハンドル操舵によりステアリング軸に生じる操舵トルクを検出する操舵トルク検出部からの操舵トルク信号、および、車速を検出する車速検出部からの車速信号を利用し、モータ制御部の制御動作に基づいて、補助操舵力を出力する支援用のモータを駆動制御し、運転者の操舵力を軽減している。 The electric power steering device is a support device that assists a steering force by interlocking a motor when a driver operates a steering wheel (steering handle) while driving an automobile. In the electric power steering apparatus, motor control is performed using a steering torque signal from a steering torque detection unit that detects a steering torque generated in a steering shaft by a steering wheel of a driver and a vehicle speed signal from a vehicle speed detection unit that detects a vehicle speed. On the basis of the control operation of the unit, the assisting motor that outputs the auxiliary steering force is driven and controlled to reduce the driver's steering force.
ステアリングホイールに加えられた操舵トルクは、ラックアンドピニオン機構の出力軸に伝達されるとともに、操舵トルクに応じてモータが発生した補助トルクを摩擦係合伝達手段及びウォームギヤ機構を介してピニオン軸に伝達し、ラックアンドピニオン機構によって車輪を操舵する。 The steering torque applied to the steering wheel is transmitted to the output shaft of the rack and pinion mechanism, and the auxiliary torque generated by the motor according to the steering torque is transmitted to the pinion shaft via the friction engagement transmission means and the worm gear mechanism. The wheels are steered by a rack and pinion mechanism.
特許文献1には、電動パワーステアリング装置等に用いられるブラシレスモータが開示されている。 Patent Document 1 discloses a brushless motor used in an electric power steering device or the like.
電動パワーステアリング装置に用いられる、モータの回転軸(ロータ)は弾性部材を介してカップリングによりステアリングギヤボックスのハウジングに回転自在に支持されるウォームギヤに連結されている。このウォームギヤは、ピニオンギヤ軸に一体的に設けられるウォームホィールギヤに噛み合わされモータの発生トルクを倍力している。モータは、ピニオン軸に対して概ね直角方向に突出してステアリングギヤボックスのハウジングに固定される。したがって、モータとハウジングとの固定時の剛性は低くなり、モータ通電時の作動振動がハウジングに伝達され騒音を発生するという課題があった。 A rotating shaft (rotor) of the motor used in the electric power steering apparatus is coupled to a worm gear rotatably supported by a housing of the steering gear box through an elastic member through a coupling. This worm gear meshes with a worm wheel gear provided integrally with the pinion gear shaft, and boosts the torque generated by the motor. The motor projects in a direction substantially perpendicular to the pinion shaft and is fixed to the housing of the steering gear box. Therefore, the rigidity when the motor and the housing are fixed is lowered, and there is a problem that the operation vibration when the motor is energized is transmitted to the housing and noise is generated.
上記の課題を解決するためには、モータの剛性を大きくとることが必要である。 In order to solve the above problems, it is necessary to increase the rigidity of the motor.
図9は、従来のモータの回転軸に垂直な断面図である。モータ100は、モータハウジング101内に9個のT字状の分割コア102a〜102iからなるアウターコア102が納められ、それらのコア102a〜102iの突極部103a〜103iにコイル104a〜104iが捲かれている。そして、モータ100の中心部には、回転軸105とインナーコア106と8極リング磁石107a〜107hと磁石カバー108からなるロータ109が設けられている。各コア102a〜102iは、断面略T字状の連結部の部分110a〜110i,111a〜111iにそれぞれ半円弧状の凸部112a〜112iと凹部113a〜113iが設けられそれぞれ嵌合されて構成される。
FIG. 9 is a cross-sectional view perpendicular to the rotation axis of a conventional motor. In the motor 100, an
図9に示すように、モータ100のアウターコア102は複数個(9個)の分割コア102a〜102iから構成されている。これらの分割コア102a〜102iは、分割コア102a〜102iのT字の連結部の部分110a〜110i,111a〜111iを密着させて形成したときのリングの外径よりもモータハウジング101の内径を小さく設定し、モータハウジング101の内径に固定されている。そのため、各コア102a〜102iの連結部の外径部114a〜114i,115a〜115iでそれぞれ接触し、各コア102a〜102iの連結部の内径部116a〜116i,117a〜117iでは接触していないように納められている。
図9で示した従来のモータでは、次のような課題が存在する。図9に示すように、モータ100のアウターコア102は、複数個(9個)の分割コア102a〜102iから構成され、モータハウジング101の内径に比べて分割コア102a〜102iの集合体であるアウターコア102の外径が大きく設定されているので、図10に示すようにシメシロによる力R1,R2が発生する(図10では、例として一つの分割コア102aを示す)。分割コア102aの形状は、断面略T字状の連結部の部分110a,111aにそれぞれ半円弧状の凸部112aと凹部113aが設けられそれぞれ嵌合されて構成される。したがって、凸部112aと凹部113aの接触から、これらの力R1,R2は例えば図10のように作用する。このときモータハウジング101の内径方向に作用する力Pはゼロとなるので緊迫力にはならない。しかも曲げモーメントMが発生して傾きを生じさせ不安定となる不具合を発生させる。これらにより剛性不足が発生し、モータ通電時にアウターコア102が振動しこの振動が剛性不足によりハウジング101に伝達され騒音を発生するという課題がある。したがって分割コアの集合体であるアウターコアの剛性を高くすることが望まれていた。特に電動パワーステアリング装置に用いると、モータの振動が直接的にハンドルに伝達され、操舵フィーリングを低下させる課題があった。
The conventional motor shown in FIG. 9 has the following problems. As shown in FIG. 9, the
本発明の目的は、例えば電動パワーステアリング装置に好適な、アウターコアの剛性が高く、騒音の発生を抑えることができるモータとモータを搭載した電動パワーステアリング装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a motor and an electric power steering apparatus equipped with the motor, which are suitable for an electric power steering apparatus, for example, and have a high rigidity outer core and can suppress the generation of noise.
本発明に係るモータおよびモータを搭載した電動パワーステアリング装置は、上記目的を達成するために、次のように構成される。 In order to achieve the above object, the motor according to the present invention and the electric power steering device equipped with the motor are configured as follows.
本発明に係る第1のモータ(請求項1に対応)は、複数のコアを組み合わせてリング形状となるステータを備えるモータであって、各コアの形状は、リング形状となったときの径方向に対して所定幅を持った連結部と突極部とからなる断面略T字状をしており、複数のコアを組み合わせてリング形状としたステータをモータハウジングに納めたときに、各コアは、連結部の内径部で接触し、外径部で非接触であることで特徴づけられる。 A first motor according to the present invention (corresponding to claim 1) is a motor including a stator that is formed into a ring shape by combining a plurality of cores, and the shape of each core is a radial direction when the ring shape is formed. When the stator having a ring shape formed by combining a plurality of cores is placed in the motor housing, each core is It is characterized by being in contact at the inner diameter part of the connecting part and non-contacting at the outer diameter part.
本発明に係る第2のモータ(請求項2に対応)は、上記の構成において、好ましくはモータハウジングの内径は、複数のコアの幅を持った連結部全面を隙間なく接触させて形成した際のリングの外径よりも小さく設定したことで特徴づけられる。 In a second motor according to the present invention (corresponding to claim 2), the motor housing preferably has an inner diameter formed by contacting the entire connecting portion having a plurality of core widths without any gaps. It is characterized by being set smaller than the outer diameter of the ring.
本発明に係る第3のモータ(請求項3に対応)は、上記の構成において、好ましくはモータは複数のマグネットが備えられたインナーロータを備え、複数相の交流波形により駆動されるブラシレスモータであることで特徴づけられる。 A third motor according to the present invention (corresponding to claim 3) is a brushless motor having the above-mentioned configuration, preferably a motor including an inner rotor provided with a plurality of magnets and driven by a plurality of AC waveforms. It is characterized by being.
本発明に係る第1の電動パワーステアリング装置(請求項4に対応)は、モータによって操舵力を発生させ車両の転舵を行う電動パワーステアリング装置であって、モータとして第1または第2のモータを用いたことで特徴づけられる。 A first electric power steering apparatus according to the present invention (corresponding to claim 4) is an electric power steering apparatus that generates a steering force by a motor and steers the vehicle, and the first or second motor is used as the motor. It is characterized by using.
本発明に係るモータは、高い剛性を付与することができ、モータ通電時にアウターコアの振動が抑制されしかもこの振動がハウジングに伝達され難くなる効果を有する。また、このモータを搭載した電動パワーステアリング装置は、振動伝達の小さい滑らかな操舵フィーリングと騒音が少ないものとすることができる。 The motor according to the present invention can impart high rigidity, and has an effect that vibration of the outer core is suppressed when the motor is energized and this vibration is hardly transmitted to the housing. In addition, an electric power steering apparatus equipped with this motor can be made to have a smooth steering feeling with low vibration transmission and low noise.
以下に、本発明の好適な実施形態(実施例)を添付図面に従って説明する。 Preferred embodiments (examples) of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
実施形態で説明される構成、形状、大きさおよび配置関係については本発明が理解・実施できる程度に概略的に示したものにすぎず、また各構成の組成については例示にすぎない。従って本発明は、以下に説明される実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示される技術的思想の範囲を逸脱しない限り様々な形態に変更することができる。 The configurations, shapes, sizes, and arrangement relationships described in the embodiments are merely schematically shown to the extent that the present invention can be understood and implemented, and the composition of each configuration is merely an example. Therefore, the present invention is not limited to the embodiments described below, and can be modified in various forms without departing from the scope of the technical idea shown in the claims.
図1〜図4を参照して本発明に係るモータを備える電動パワーステアリング装置の全体的構成、機械的機構の要部構成、および電子回路ユニットのレイアウトを説明する。 The overall configuration of the electric power steering apparatus including the motor according to the present invention, the main configuration of the mechanical mechanism, and the layout of the electronic circuit unit will be described with reference to FIGS.
図1は、本発明に係るモータを備える電動パワーステアリング装置10の全体構成を示す。電動パワーステアリング装置10は例えば乗用車両に装備される。電動パワーステアリング装置10は、ステアリングホイール11に連結されるステアリング軸12等に対して補助用の操舵力(操舵トルク)を与えるように構成されている。ステアリング軸12の上端はステアリングホイール11に連結され、下端にはピニオンギヤ13が取り付けられている。ピニオンギヤ13に対して、これに噛み合うラックギヤ14aを設けたラック軸14が配置されている。ピニオンギヤ13とラックギヤ14aによってラックアンドピニオン機構15が形成される。ラック軸14の両端にはタイロッド16が設けられ、各タイロッド16の外側端には前輪17が取り付けられる。上記ステアリング軸12に対し動力伝達機構18を介してモータ19が設けられている。
FIG. 1 shows an overall configuration of an electric
モータ19は、操舵トルクを補助する回転力(トルク)を出力し、この回転力を、動力伝達機構18を経由して、ステアリング軸12に与える。またステアリング軸12には操舵トルク検出部20が設けられている。操舵トルク検出部20は、運転者がステアリングホイール11を操作することによって生じる操舵トルクをステアリング軸12に加えたとき、ステアリング軸12に加わる当該操舵トルクとその作用方向を検出する。また21は車両の走行速度を検出する車速検出部であり、22はコンピュータで構成される制御装置である。制御装置22は、操舵トルク検出部20から出力される操舵トルク信号Tと車速検出部21から出力される車速信号Vを取り入れ、操舵トルクに係る情報と車速に係る情報に基づいて、モータ19の回転動作を制御する駆動制御信号SG1を出力する。またモータ19には、レゾルバ等によって構成されるモータ回転角検出部23が付設されている。モータ回転角検出部23の回転角信号SG2は制御装置22にフィードバックされている。上記のラックアンドピニオン機構15等は図1中で図示しないギヤボックス24に収納されている。
The
上記において電動パワーステアリング装置10は、通常のステアリング系の装置構成に対し、操舵トルク検出部20、車速検出部21、制御装置22、モータ19、動力伝達機構18を付加することによって構成されている。なお、電動機19は例えば、ブラシレスモータから構成される。
In the above, the electric
上記構成において、運転者がステアリングホイール11を操作して自動車の走行運転中に走行方向の操舵を行うとき、ステアリング軸12に加えられた操舵トルクに基づく回転力はラックアンドピニオン機構15を介してラック軸14の軸方向の直線運動に変換され、さらにタイロッド16を介して前輪17の走行方向を変化させようとする。このときにおいて、同時に、ステアリング軸12に付設された操舵トルク検出部20は、ステアリングホイール11での運転者による操舵に応じた操舵トルクを検出して電気的な操舵トルク信号Tに変換し、この操舵トルク信号Tを制御装置22へ出力する。また車速検出部21は、車両の車速を検出して車速信号Vに変換し、この車速信号Vを制御装置22へ出力する。
In the above configuration, when the driver operates the steering wheel 11 to steer in the traveling direction during the traveling operation of the automobile, the rotational force based on the steering torque applied to the steering
制御装置22は、操舵トルク信号Tおよび車速信号Vに基づいて電動機19を駆動するためのモータ電流(Iu,Iv,Iw)を発生する。電動機19は3相電動機であり、そのモータ電流はU相とV相とW相から成る3相交流Iu,Iv,Iwである。上記の駆動制御信号SG1は3相交流であるモータ電流Iu,Iv,Iwである。かかるモータ電流によって駆動される電動機19は、動力伝達機構18を介して補助操舵力をステアリング軸12に作用させる。以上のごとくモータ19を駆動することにより、ステアリングホイール11に加えられる運転者による操舵力が軽減される。
The
図2は、電動パワーステアリング装置10の機械的機構の要部と電気系の具体的構成に示す。ラック軸14の左端部および右端部の一部は断面で示されている。ラック軸14は、車幅方向(図2中左右方向)に配置される筒状ハウジング31の内部に軸方向へスライド可能に収容されている。ハウジング31から突出したラック軸14の両端にはボールジョイント32がネジ結合され、これらのボールジョイント32に左右のタイロッド16が連結されている。ハウジング31は、図示しない車体に取り付けるためのブラケット33を備えると共に、両端部にストッパ34を備えている。
FIG. 2 shows a specific configuration of a main part of the mechanical mechanism of the electric
図2において、35はイグニションスイッチ、36は車載バッテリ、37は車両エンジンに付設された交流発電機(ACG)である。交流発電機37は車両エンジンの動作で発電を開始する。制御装置22に対してバッテリ36または交流発電機37から必要な電力が供給される。制御装置22はモータ19に付設されている。
In FIG. 2, 35 is an ignition switch, 36 is an in-vehicle battery, and 37 is an AC generator (ACG) attached to the vehicle engine. The
図3は図2中のA−A線断面図である。図3では、ステアリング軸12の支持構造、操舵トルク検出部20、動力伝達機構18、ラックアンドピニオン機構15の具体的構成と、電動機19および制御装置22のレイアウトとが明示される。
FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. In FIG. 3, the specific structure of the support structure of the steering
図3において、上記ギヤボックス24を形成するハウジング24aにおいてステアリング軸12は2つの軸受け部41,42によって回転自在に支持されている。ハウジング24aの内部にはラックアンドピニオン機構15と動力伝達機構18が収納され、さらに上部には操舵トルク検出部20が付設されている。ステアリング軸12の下端部に設けられたピニオン13は軸受け部41,42の間に位置している。ラック軸14は、ラックガイド45で案内され、かつ圧縮されたスプリング46で付勢された当て部材47でピニオン13側へ押え付けられている。動力伝達機構18は、電動機19の出力軸に結合される伝動軸48に固定されたウォームギヤ49とステアリング軸12に固定されたウォームホイール50とによって形成される。操舵トルク検出部20は、ステアリング軸12の周りに配置される操舵トルク検出センサ20aと、操舵トルク検出センサ20aから出力される検出信号を電気的に処理する電子回路部20bとから構成されている。
In FIG. 3, the steering
図4は図3中のB−B線断面図である。図4ではモータ19および制御装置22の内部の具体的構成が明示される。
4 is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. In FIG. 4, specific configurations inside the
モータ19は、回転軸51に固定された永久磁石により成るロータ52と、ロータ52の周囲に配置された、巻線53を有する複数のコアからなるアウターコア54とを備える。回転軸51は、2つの軸受け部56,57によって回転自在に支持される。回転軸51の先部はモータ19の出力軸19aとなっている。モータ19の出力軸19aは、トルクリミッタ58を介して、回転動力が伝達されるように伝動軸48に結合されている。
The
伝動軸48には前述の通りウォームギヤ49が固定され、これに噛み合うウォームホイール50が配置されている。回転軸51の後端部には、モータ19のロータ52の回転角(回転位置)を検出する前述のモータ回転角検出部(位置検出部)23が設けられる。モータ回転角検出部23は、回転軸51に固定された回転子23aと、この回転子23aの回転角を磁気的な作用を利用して検出する検出素子23bとから構成される。モータ回転角検出部23には例えばレゾルバが用いられる。ステータ54,55の巻線53には3相交流であるモータ電流Iu,Iv,Iwが供給される。以上のモータ19の構成要素は、モータハウジング59の内部に配置される。
As described above, the
図5は図4のC−C線断面図であり、モータ19の断面構造を示す。なお、制御装置22は省略してある。アウターコア54は、9個のコア54a〜54iからなり各コア54a〜54iには、ティース部(突極)62a〜62iを放射状に延している。これら放射状に配置した9個のティース部62a〜62iに巻線53a〜53iを巻くことで、U相、V相、W相を構成している。
FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line CC of FIG. 4 and shows a cross-sectional structure of the
ロータ52は、周方向に8個(8極)の永久磁石52a〜52hを有した回転体である。8個の永久磁石52a〜52hは、径方向(内・外面方向)に着磁した円弧状部材であり、周方向にN極とS極とが交互に配列するように並べたものである。
The
本発明に係る電動機の第1の実施形態について説明する。 A first embodiment of an electric motor according to the present invention will be described.
図5に示すように、モータ19は、モータハウジング59内に9個のT字状の分割コア54a〜54iからなるアウターコア54が納められ、それらのコアの突極部62a〜62iにコイル53a〜53iが捲かれている。そして、モータ19の中心部には、回転軸51とインナーコア63と8極リング磁石52a〜52hと磁石カバー64からなるロータ52が設けられている。各コア54a〜54iは、断面略T字状の連結部の部分70a〜70i,71a〜71iにそれぞれ半円弧状の凸部72a〜72iと凹部73a〜73iが設けられそれぞれ嵌合されて構成される。
As shown in FIG. 5, in the
複数のコア54a〜54iを組み合わせてリング形状となるステータ54を備えるモータ19であって、各コア54a〜54iの形状は、リング形状となったときの径方向に対して所定幅を持った連結部70a〜70i,71a〜71iと突極部62a〜62iからなる断面略T字状をしており、複数のコア54a〜54iを組み合わせてリング形状としたステータ54をモータハウジング59に納めたときに、各コア54a〜54iは、連結部70a〜70i,71a〜71iの内径部で接触し、外径部で非接触であることを特徴とするモータである。また、モータハウジング59の内径は、複数のコア54a〜54iの幅を持った連結部全面を隙間なく接触させて形成した際のリングの外径よりも小さく設定した。
The
図6は、従来のモータと本発明のモータのハウジングとコアの納めた状態の比較を示す概念図である。図6(a)は、従来型のものであり、ハウジング80の内径と、コア54a〜54iを連結部で密着させたときに形成される場合を示すが、コア54a〜54iは製作上の公差を有するので、図6(a)のような密着はあり得ない。実際には、例えば図6(b)のように、従来のハウジング81の内径と、コア54a〜54iを連結部で密着させたときに形成されるリングの外径が大きく、連結部の内径部90a〜90i,91a〜91iに隙間が生じる。このとき接触点A点、B点とC点の距離lが小さいので押しつけ力が小さく剛性が低くなる。図6(c)は、本発明のモータハウジング82の内径は、複数のコア54a〜54iの所定幅を持った連結部全面を接触させて形成したリングの外径よりも小さく設定した場合である。この場合には、連結部の内径部90a〜90i,91a〜91iで接触している。
FIG. 6 is a conceptual diagram showing a comparison between the conventional motor and the housing and core of the motor of the present invention. FIG. 6A shows a case of a conventional type, which is formed when the inner diameter of the
図7でこのときのコアでの作用を説明する。ここでは、例としてコア54aについて述べる。コア54aは、連結部70a,71aの内径部90a,91aと、ハウジング59の部分と点83,84で接触する。このとき、コア54aに作用する力は、隣のコアから受ける力R1,R2と、ハウジングから受ける力P1,P2である。力R1,R2は、発生する力R1,R2が分割コア54aをモータハウジング59の内径に押し付ける方向に作用していることが分かる。このときモータハウジング59の内径方向に作用する力P1,P2が大きくできるので緊迫力を発生させ、作用点が下方にあるので曲げモーメントMも発生しない。これらにより、高い剛性を付与することができ、モータ通電時にアウターコアの振動が抑制されしかもこの振動がハウジングに伝達され難くなる効果を有する。
The operation of the core at this time will be described with reference to FIG. Here, the
次に、第2の実施形態を説明する。第2実施形態では、図8に示すように、コア92a〜92iの連結部93a〜93i,94a〜94iは、複数のコア92a〜92iの連結部93a〜93i,94a〜94i全面を隙間なく接触させて形成したリングの外径が、モータハウジング95の内径よりも大きくなるように形成した。それにより、モータハウジング95に複数のコア92a〜92iを組み合わせてリング形状としたステータを納めたときに、各コア92a〜92iは、連結部の内径部96a〜96i,97a〜97iで接触する。
Next, a second embodiment will be described. In 2nd Embodiment, as shown in FIG. 8, the
それにより、第1の実施形態で説明したコアに働く作用により、コア92a〜92iは、連結部の内径部96a〜96i,97a〜97iと、ハウジング95の部分と点98a〜98i,99a,99i,97で接触する。このとき、コア94aに作用する力は、図7で示したように、隣のコアから受ける力R1,R2と、ハウジングから受ける力P1,P2である。力R1,R2は、発生する力R1,R2が分割コアをモータハウジング95の内径方向に押し付ける方向に作用していることが分かる。このときモータハウジング95の内径方向に作用する力Pが大きくできるので緊迫力を発生させ、作用点が内径部にあるので曲げモーメントMも発生しない。これらにより、高い剛性を付与することができ、モータ通電時にアウターコアの振動が抑制されしかもこの振動がハウジングに伝達され難くなる効果を有する。
Thereby, the cores 92a to 92i are connected to the
なお、本発明でのモータは、電動パワーステアリング装置に用いる場合を説明したが、それに限らず、ステアバイワイヤ方式のステアリング装置でのモータとして用いることができる。 In addition, although the case where the motor in this invention was used for an electric power steering apparatus was demonstrated, it is not restricted to this, It can be used as a motor in a steering-by-wire type steering apparatus.
本発明は、電動パワーステアリング装置の使用に好適なモータに利用される。 The present invention is used for a motor suitable for use in an electric power steering apparatus.
10 電動パワーステアリング装置
13 ピニオンギヤ
14 ラック軸
15 ピニオン機構
18 動力伝達機構
19 電動機
19a 出力軸
36 バッテリ
49 ウォームギヤ
50 ウォームホイール
51 回転軸
52 ロータ
52a〜52h 永久磁石
53a〜53i 巻線
54a〜54i コア
62a〜62i ティース部
DESCRIPTION OF
Claims (4)
各コアの形状は、前記リング形状となったときの径方向に対して所定幅を持った連結部と突極部とからなる断面略T字状をしており、
複数の前記コアを組み合わせてリング形状としたステータをモータハウジングに納めたときに、
前記各コアは、前記連結部の内径部で接触し、外径部で非接触であることを特徴とするモータ。 A motor including a stator having a ring shape by combining a plurality of cores,
The shape of each core has a substantially T-shaped cross section composed of a connecting portion and a salient pole portion having a predetermined width with respect to the radial direction when the ring shape is formed,
When a stator having a ring shape by combining a plurality of the cores is housed in a motor housing,
Each of the cores is in contact with an inner diameter portion of the connecting portion and is not in contact with an outer diameter portion.
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