JP2009261162A - Split stator core - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、分割ステータコアに係り、詳しくは、径方向外側から締め付けられて組み立てられることによって円環状の組立ステータコアを構成する複数の分割ステータコアに関する。 The present invention relates to a split stator core, and more particularly to a plurality of split stator cores that constitute an annular assembly stator core by being assembled by being tightened from the outside in the radial direction.
従来、ハイブリッド自動車等の駆動力源として永久磁石型同期モータが用いられている。そして、このモータを構成するステータコアとして、一体成形されたものではなく、複数の分割ステータコアを円環状に配列した後、その外周から円環状の固定部材を焼き嵌めや圧入等することによって径方向外側から締め付けることにより組み立てられる円環状の組立ステータコアが知られている。 Conventionally, a permanent magnet type synchronous motor is used as a driving force source for a hybrid vehicle or the like. The stator core constituting the motor is not integrally molded, and a plurality of divided stator cores are arranged in an annular shape, and then an annular fixing member is shrink-fitted or press-fitted from the outer periphery thereof in the radially outer side. An annular assembly stator core is known which is assembled by tightening from the above.
このような組立ステータコアにおいては、組立後に分割ステータコア内部に圧縮応力が発生することによって、鉄損の増大や、磁束密度低下によるモータ効率の低下が問題となる。そのため、分割ステータコアにおいて、組立時の内部応力を低減するために種々の提案がなされている。 In such an assembled stator core, compressive stress is generated inside the divided stator core after assembly, which causes problems such as an increase in iron loss and a decrease in motor efficiency due to a decrease in magnetic flux density. For this reason, various proposals have been made to reduce internal stress during assembly of the split stator core.
例えば、特許文献1には、分割ステータコアにおいて円弧状をなすヨーク部の周方向端面(分割面)の径方向最外部に突起部を形成し、円環状ステータコアに組み立てられたときに隣接する分割ステータコアの突起部同士が圧接されるように構成することで、分割ステータコアの連結部において突起部形成部分を除くヨーク部周方向端面間にギャップが形成されるようにしている。これにより、ヨーク部の径方向最外周部だけに圧縮応力を局在させることで、ヨーク部の主磁束領域に圧縮応力をかからないようにして、鉄損の減少とモータの高効率化を図っている。 For example, Patent Document 1 discloses that a split stator core that is adjacent when a projection is formed on the radially outermost end surface (split surface) of a yoke portion having an arc shape in the split stator core and assembled into an annular stator core. Thus, a gap is formed between the circumferential end surfaces of the yoke portion excluding the protruding portion forming portion in the connecting portion of the divided stator core. As a result, the compressive stress is localized only in the radially outermost peripheral portion of the yoke portion so that the compressive stress is not applied to the main magnetic flux region of the yoke portion, thereby reducing the iron loss and increasing the efficiency of the motor. Yes.
しかしながら、上記特許文献1の分割ステータコアでは、隣接する分割ステータコア間に形成されるギャップは、ステータコア構成材料である鉄または鉄合金などの強磁性体に比べて透磁率が低い空間または空隙として構成されることから、このギャップが主磁束領域を横断して形成されていることによる磁束密度の低下は否めない。 However, in the split stator core of Patent Document 1, the gap formed between the adjacent split stator cores is configured as a space or gap having a low permeability compared to a ferromagnetic material such as iron or iron alloy that is a stator core constituent material. Therefore, the decrease in magnetic flux density due to the fact that this gap is formed across the main magnetic flux region cannot be denied.
本発明の目的は、分割ステータコアのヨーク部において圧縮応力の低減に最も効果的であると考えられる位置に応力緩和孔を形成することによって、鉄損の減少とモータの高効率化を図れる分割ステータコア、これを用いた組立ステータコアおよび回転電機を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a split stator core capable of reducing iron loss and improving motor efficiency by forming stress relaxation holes at positions considered to be most effective for reducing compressive stress in the yoke portion of the split stator core. An object of the present invention is to provide an assembled stator core and a rotating electric machine using the same.
本発明の一態様に係る分割ステータコアは、径方向外側から締め付けられて組み立てられることにより円環状の組立ステータコアを構成する複数の分割ステータコアであって、分割ステータコアは前記円環の一部をなすように周方向に分割されたヨーク部を有し、ヨーク部の周方向両端面が隣接する分割ステータコアの周方向端面にそれぞれ圧接される組立状態でヨーク部の周方向端部領域において他領域よりも高い圧縮応力が発生し得る高圧縮応力領域を該領域の長手方向に関して分断する位置に応力緩和孔が形成されていることを特徴とする。 A split stator core according to an aspect of the present invention is a plurality of split stator cores that are assembled by being tightened from outside in the radial direction to form an annular assembled stator core, and the split stator core forms a part of the ring. In the assembled state in which both end surfaces in the circumferential direction of the yoke portion are pressed against the circumferential end surfaces of the adjacent divided stator cores in the circumferential end region of the yoke portion as compared with other regions. A stress relaxation hole is formed at a position where a high compressive stress region where high compressive stress can be generated is divided in the longitudinal direction of the region.
本発明に係る分割ステータコアにおいて、ヨーク部の周方向中央部から径方向内側に突出して外周にコイルが配置されるティース部をさらに有し、コイルに電流が流れたときに隣接する2つの分割ステータコア間で一方のティース部から他方のティース部にかけてヨーク部周方向端部を通って形成される磁路にほぼ沿うように応力緩和孔が延伸形成されてもよい。 The split stator core according to the present invention further includes a teeth portion that protrudes radially inward from the circumferential central portion of the yoke portion so that the coil is disposed on the outer periphery, and is adjacent to each other when a current flows through the coil. A stress relaxation hole may be extended and formed so as to substantially follow a magnetic path formed through one end of the yoke portion in the circumferential direction from one tooth portion to the other tooth portion.
また、本発明に係る分割ステータコアにおいて、応力緩和孔は、高圧縮応力領域の長手方向に対して交差する方向に延伸するスリット状に形成されてもよい。 In the split stator core according to the present invention, the stress relaxation hole may be formed in a slit shape extending in a direction intersecting the longitudinal direction of the high compressive stress region.
また、本発明に係る分割ステータコアにおいて、応力緩和孔は、高圧縮応力領域の長手方向に間隔を置いて複数形成されてもよい。 In the split stator core according to the present invention, a plurality of stress relaxation holes may be formed at intervals in the longitudinal direction of the high compressive stress region.
また、本発明に係る分割ステータコアにおいて、応力緩和孔は、周方向に関してヨーク部端面側の端部よりもヨーク部中央側の端部が径方向内側に位置するように傾斜して形成されてもよい。 In the split stator core according to the present invention, the stress relaxation hole may be formed so as to be inclined so that the end portion on the yoke portion center side is positioned radially inward with respect to the end portion on the yoke portion end face side in the circumferential direction. Good.
また、本発明の別態様に係る分割ステータコアは、径方向外側から締め付けられて組み立てられることにより円環をなす組立ステータコアを構成する複数の分割ステータコアであって、分割ステータコアは前記円環の一部をなすように周方向に分割されたヨーク部を有し、ヨーク部には周方向端部領域であって前記円環の径方向に沿う厚み方向中央領域に1または複数の応力緩和孔が形成されていることを特徴とする。この場合、応力緩和孔は、周方向に関してヨーク部端面側の端部よりもヨーク部中央側の端部が径方向内側に位置するように傾斜したスリット状に形成されていることが好ましい。 Further, the split stator core according to another aspect of the present invention is a plurality of split stator cores constituting an assembly stator core that is tightened and assembled from the outside in the radial direction, and the split stator core is a part of the ring. The yoke portion has a yoke portion that is divided in the circumferential direction so as to form one or more, and one or a plurality of stress relaxation holes are formed in the yoke portion in the circumferential end region and in the central region in the thickness direction along the radial direction of the ring It is characterized by being. In this case, it is preferable that the stress relaxation hole is formed in a slit shape that is inclined so that the end portion on the yoke portion center side is positioned radially inward with respect to the end portion on the yoke portion end face side in the circumferential direction.
本発明に係る組立ステータコアは、上記いずれかの分割ステータコアを円環状に配列し、その外周に配置された円環状の固定部材によって径方向外側から締め付けられることにより組み立てられるものである。 The assembled stator core according to the present invention is assembled by arranging any of the above-mentioned divided stator cores in an annular shape and tightening them from the radially outer side by an annular fixing member arranged on the outer periphery thereof.
さらに、本発明に係る回転電機は、上記組立ステータコアと、上記組立ステータコア内に回転軸を中心として回転可能に配置され、外周部に複数の永久磁石が固定されているロータと、を備えるものである。 Furthermore, a rotating electrical machine according to the present invention includes the assembly stator core, and a rotor that is disposed in the assembly stator core so as to be rotatable around a rotation axis, and a plurality of permanent magnets are fixed to an outer peripheral portion. is there.
本発明に係る分割ステータコア、組立ステータコアおよび回転電機によれば、組立状態でヨーク部の周方向端部領域において他領域よりも高い圧縮応力が発生し得る高圧縮応力領域を該領域の長手方向に関して分断する位置(換言すれば、周方向端部領域であって円環径方向に沿う厚み方向中央領域)に応力緩和孔が形成されていることで、分割ステータコア内における圧縮応力を最も効果的に緩和または低減することができ、その結果、鉄損の低下および回転電機の高効率化を図れる。 According to the divided stator core, the assembled stator core, and the rotating electric machine according to the present invention, the high compressive stress region in which the compressive stress higher than the other regions can be generated in the circumferential end region of the yoke portion in the assembled state is related to the longitudinal direction of the region. The stress relaxation hole is formed in the position to be divided (in other words, the circumferential end region and the thickness direction central region along the annular diameter direction), so that the compression stress in the divided stator core is most effectively reduced. As a result, it is possible to reduce the iron loss and increase the efficiency of the rotating electrical machine.
以下に、本発明に係る実施の形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。下記の実施形態は、ハイブリッド自動車に搭載されるモータジェネレータ(回転電機)に適用可能であるが、ハイブリッド自動車以外の例えば燃料電池自動車および電気自動車等の電動車両や、産業機器類、空調機器類等の種々の機器に搭載される回転電機にも本発明は適用可能である。また、下記の説明において、具体的な形状、材料、数値、方向等は、本発明の理解を容易にするための例示であって、用途、目的、仕様等にあわせて適宜変更することができる。 Embodiments according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. The following embodiments can be applied to a motor generator (rotary electric machine) mounted on a hybrid vehicle, but electric vehicles such as fuel cell vehicles and electric vehicles other than hybrid vehicles, industrial devices, air conditioning devices, and the like The present invention can also be applied to rotating electrical machines mounted on various devices. In the following description, specific shapes, materials, numerical values, directions, and the like are examples for facilitating understanding of the present invention, and can be appropriately changed according to the use, purpose, specification, and the like. .
図1は、本発明の一実施形態である分割ステータコア10を用いて構成されるモータ(回転電気)1の要部を示す平面図である。モータ1は、円環状をなす組立ステータコア12を有する。組立ステータコア12は、円環状に配列された複数の分割ステータコア10によって構成されている。
FIG. 1 is a plan view showing a main part of a motor (rotary electricity) 1 configured using a divided
分割ステータコア10は、鉄または鉄合金などの磁性材料から形成されており、組み立てられることによって円環の一部を構成することとなるヨーク部14と、ヨーク部14内面の中央部から径方向内側に突出するティース部16とを有する。ヨーク部14の周方向端部領域には、スリット状の応力緩和孔32が形成されているが、これについては後に詳述する。
The
ティース部16の径方向内側の先端面18は、凹状に湾曲する円弧状面として形成されている。ティース部16の外周には、組立ステータコア12として組み立てられる前に電機子導線が巻回されてなるコイル(図示せず)が配置されている。組立ステータコア12の状態で各分割ステータコア10のティース部16にコイルを配置または巻回するよりも、それぞれ分離された状態にある分割ステータコア10のティース部16にコイルを配置または巻回する方が、その配置等を容易に行うことができる。
The
複数の分割ステータコア10は、まず、図2に示すように、分割ステータコア10の周方向端面同士が当接した状態で円環状に配列される。そして、図3に示すように、その内側に各分割ステータコア10のティース部16の先端面18にほぼ沿った外周面形状を有する円柱状の内部金型7が挿入配置される。それから、円環状に配列された各分割ステータコア10の外周に円環状または円筒状の固定部材20が焼き嵌めや圧入などの方法によって装着される。これにより、各分割ステータコア10は、径方向内側に向かって押圧されて、各ティース部16の先端面18が内部金型7の外周面に圧接するように締め付けられることにより、組立ステータコア12が組み立てられる。組立後、内部金型7は取り除かれる。
First, as shown in FIG. 2, the plurality of
図1を再び参照すると、組立ステータコア12の内部には、円柱状をなすロータ2が配置されている。ロータ2は、鉄または鉄合金などの磁性材料によって構成され、複数の電磁鋼板を積層して形成されたロータコア3と、このロータコア3の外周部に固定された複数の永久磁石4とを有している。そして、ロータ2は、組立ステータコア12の円環中心軸6と同軸状にロータ端面から突設されている回転軸5を中心に回転可能に支持されている。これにより、モータ1では、電源から各分割ステータコア10のコイルにインバータ等を介して電流が流されると、ロータ2と組立ステータコア12との間に生じる磁束によってロータ2が回転するようになっている。
Referring to FIG. 1 again, a cylindrical rotor 2 is disposed inside the assembled
なお、図1では、ロータコア3の外周面に永久磁石4が露出して固定されているSPM(Surface Permanent Magnet)を例示するが、これに限定されず、ロータコア3の外周近傍の内部に永久磁石が埋設されているIPM(Interior Permanent Magnet)であってもよい。 FIG. 1 illustrates an SPM (Surface Permanent Magnet) in which the permanent magnet 4 is exposed and fixed on the outer peripheral surface of the rotor core 3. However, the present invention is not limited to this, and the permanent magnet is disposed in the vicinity of the outer periphery of the rotor core 3. May be an IPM (Interior Permanent Magnet) in which is embedded.
続いて、図4〜6を参照して分割ステータコア10について詳細に説明する。
Next, the
図4に示すように、分割ステータコア10は、ヨーク部14とティース部16とで略T字状をなすように形成されている。ヨーク部14の径方向外側の外周面22は、円環をなす組立ステータコア12の外周面の一部を構成するように円弧状をなしている。また、ヨーク部14の周方向の端面24は、円環をなす組立ステータコア12の円環中心軸6を含む平面と一致するように形成されており、組立ステータコア12として組み立てられたときにその全面が隣接する分割ステータコア10の周方向端面24と圧接されることになる。
As shown in FIG. 4, the
ヨーク部14の周方向内面から径方向内側に向かって突出するティース部16は、上述したように先端面18が円弧状面として形成されるとともに、周方向の各側面26が円環中心軸6に先細りとなるテーパ面として形成されている。
As described above, the
ティース部16の基端部から周方向両側へヨーク部14の端部領域30(以下、適宜に「周方向端部領域」という)がそれぞれ突出している。ヨーク部14の周方向端部領域30には、それぞれ細長い長方形状のスリットからなる3つの応力緩和孔32が形成されている。これらの応力緩和孔32は、後述する力方向線に沿って適当な間隔を置いて配置されるとともに、周方向に関してヨーク部14の周方向端面24側の端部32aよりもヨーク部14の周方向中央側の端部32bが径方向内側に位置するように傾斜して延伸形成されている。さらに、後述するようにヨーク部14の端部領域30において磁路(すなわち磁力線の経路)となる断面積が減少することで磁気抵抗を大きくなるのをできるだけ抑制するために、応力緩和孔32は、その短辺方向の幅wの合計(すなわち3w)がヨーク部14の径方向厚みの約10分の1程度とするのが好ましい。
End regions 30 (hereinafter referred to as “circumferential end regions” as appropriate) of the
ここで、図5および6を参照して、上記応力緩和孔32を形成する位置および形状について説明する。本願発明の発明者が応力緩和孔を形成していない分割ステータコア11を円環状に組み立てて組立ステータコアを構成した後、各分割ステータコア15における圧縮応力の分布状態を応力コンタに基づいて解析した。すると、図5に示すように、ヨーク部端部領域31において、周方向端面25の径方向内側エッジ部27の近傍からヨーク部端部領域31のヨーク部周方向中央寄りでヨーク部外周面23の近傍にかけての領域で、ヨーク部15の他の領域よりも高い圧縮応力が発生している略長円状の高圧縮応力領域34が存在することが判明した。そして、この高圧縮応力領域34における圧縮応力の作用方向を表したのが、略長円状の高圧縮応力領域34の中央をその長手方向に貫くように示してある力方向線36である。
Here, with reference to FIG. 5 and 6, the position and shape which form the said
このような知見に基づいて本実施形態の分割ステータコア10では、上記高圧縮応力領域34をその長手方向に関して複数箇所で分断する位置に、換言すれば、力方向線36に交差して高圧縮応力領域34を複数箇所で横断する位置に、スリット状の応力緩和孔32が形成されている。これにより、応力緩和孔が無かったとすれば高圧縮応力領域34が発生し得るヨーク部14の端部領域30において圧縮応力を最も効果的に緩和または低減することができ、その結果、鉄損の低下およびモータ1の高効率化を図れることができる。
Based on such knowledge, in the divided
また、上述したように本実施形態における応力緩和孔32は、周方向に関してヨーク部14の周方向端面24側の端部32aよりもヨーク部14の周方向中央側の端部32bが径方向内側に位置するように傾斜して延伸形成されている。このようにスリット状の応力緩和孔32を傾斜して形成してあるのは、図6に示すように、組立ステータコア12において分割ステータコア10のティース部16外周に配置されたコイルに電流がながれたときに隣接する2つの分割ステータコア10間で一方のティース部16から他方のティース部16にかけてヨーク部14の周方向端部領域30を通って形成される磁路38にほぼ沿うようにするためである。これにより、磁性材料に比べて透磁率が小さい空間を含む応力緩和孔32が磁路38を極力横切らないようにすることで、応力緩和孔32による磁束密度の低下を抑制することができ、モータ1の高効率化に寄与することができる。
Further, as described above, in the
上記において本発明の一実施形態である分割ステータコア10について説明したが、本発明に係る分割ステータコアはこれに限定されるものではなく、本発明の技術的範囲を逸脱しない限りにおいて種々の変更や改良が可能である。
Although the
例えば、上記においてはヨーク部14の端部領域30に応力緩和孔32を3つ形成してある例について説明したが、応力緩和孔は2つまたは4つ以上の複数であってもよいし、あるいは、1つだけであってもよい。応力緩和孔が1つまたは複数のいずれの場合でも、ヨーク部端部領域に発生し得る高圧縮応力領域での応力緩和をより有効なものにするために、高圧縮応力領域の長手方向に関して中央領域に、換言すれば径方向に沿うヨーク部厚み方向に関して中央領域に1つまたは複数の応力緩和孔が形成されるのが好ましい。
For example, in the above description, an example in which three stress relaxation holes 32 are formed in the
また、応力緩和孔は、細長い長方形状のものに限られず、例えば図7に示すように湾曲したスリット形状のものであってもよい。 Further, the stress relaxation hole is not limited to an elongated rectangular shape, and may be, for example, a curved slit shape as shown in FIG.
さらに、ヨーク部の端部領域に複数の応力緩和孔を形成する場合に、各応力緩和孔について幅や長さ等の大きさを異なるように形成してもよい。 Further, when a plurality of stress relaxation holes are formed in the end region of the yoke portion, the stress relaxation holes may be formed to have different sizes such as width and length.
1 モータ、2 ロータ、3 ロータコア、4 永久磁石、5 回転軸、6 円環中心軸、7 内部金型、10 分割ステータコア、12 組立ステータコア、14 ヨーク部、16 ティース部、18 先端面、20 固定部材、22 外周面、24 周方向端面、26 側面、30 端部領域、32 応力緩和孔、34 高圧縮応力領域、36 力方向線、38 磁路。 1 Motor, 2 Rotor, 3 Rotor Core, 4 Permanent Magnet, 5 Rotating Axis, 6 Ring Center Axis, 7 Internal Mold, 10 Split Stator Core, 12 Assembly Stator Core, 14 Yoke Part, 16 Teeth Part, 18 Tip Surface, 20 Fixed Member, 22 outer peripheral surface, 24 circumferential end surface, 26 side surface, 30 end region, 32 stress relaxation hole, 34 high compressive stress region, 36 force direction line, 38 magnetic path.
Claims (9)
分割ステータコアは前記円環の一部をなすように周方向に分割されたヨーク部を有し、ヨーク部の周方向両端面が隣接する分割ステータコアの周方向端面にそれぞれ圧接される組立状態でヨーク部の周方向端部領域において他領域よりも高い圧縮応力が発生し得る高圧縮応力領域を該領域の長手方向に関して分断する位置に応力緩和孔が形成されていることを特徴とする分割ステータコア。 A plurality of divided stator cores constituting an assembly stator core that is formed by being tightened and assembled from the outside in the radial direction,
The split stator core has a yoke portion that is divided in the circumferential direction so as to form a part of the ring, and the yoke in an assembled state in which both end surfaces in the circumferential direction of the yoke portion are respectively pressed against the circumferential end surfaces of the adjacent divided stator cores. A split stator core characterized in that stress relaxation holes are formed at positions where a high compressive stress region in which a higher compressive stress than other regions can be generated in a circumferential end region of the portion is divided in the longitudinal direction of the region.
ヨーク部の周方向中央部の内面から径方向内側に突出して外周にコイルが配置されるティース部をさらに有し、コイルに電流が流れたときに隣接する2つの分割ステータコア間で一方のティース部から他方のティース部にかけてヨーク部周方向端部を通って形成される磁路にほぼ沿うように応力緩和孔が延伸形成されていることを特徴とする分割ステータコア。 The split stator core according to claim 1,
The tooth portion further protrudes radially inward from the inner surface of the central portion in the circumferential direction of the yoke portion and the coil is disposed on the outer periphery, and one of the tooth portions between two adjacent divided stator cores when current flows through the coil A split stator core, wherein stress relaxation holes are formed to extend substantially along a magnetic path formed through one end of the yoke portion in the circumferential direction from the other tooth portion to the other tooth portion.
応力緩和孔は、高圧縮応力領域の長手方向に対して交差する方向に延伸するスリット状に形成されていることを特徴とする分割ステータコア。 The split stator core according to claim 1 or 2,
The split stator core, wherein the stress relaxation hole is formed in a slit shape extending in a direction intersecting with a longitudinal direction of the high compressive stress region.
応力緩和孔は、高圧縮応力領域の長手方向に間隔を置いて複数形成されていることを特徴とする分割ステータコア。 The split stator core according to any one of claims 1 to 3,
A split stator core, wherein a plurality of stress relaxation holes are formed at intervals in the longitudinal direction of the high compressive stress region.
応力緩和孔は、周方向に関してヨーク部端面側の端部よりもヨーク部中央側の端部が径方向内側に位置するように傾斜して形成されていることを特徴とする分割ステータコア。 In the split stator core according to any one of claims 1 to 4,
The split stator core is characterized in that the stress relaxation hole is formed so as to be inclined so that the end portion on the yoke portion center side is positioned radially inward with respect to the end portion on the yoke portion end face side in the circumferential direction.
分割ステータコアは前記円環の一部をなすように周方向に分割されたヨーク部を有し、ヨーク部には周方向端部領域であって前記円環の径方向に沿う厚み方向中央領域に1または複数の応力緩和孔が形成されていることを特徴とする分割ステータコア。 A plurality of divided stator cores constituting an assembly stator core that is formed by being tightened and assembled from the outside in the radial direction,
The split stator core has a yoke portion that is divided in the circumferential direction so as to form a part of the ring, and the yoke portion is a circumferential end region in a central region in the thickness direction along the radial direction of the ring. A divided stator core, wherein one or a plurality of stress relaxation holes are formed.
応力緩和孔は、周方向に関してヨーク部端面側の端部よりもヨーク部中央側の端部が径方向内側に位置するように傾斜したスリット状に形成されていることを特徴とする分割ステータコア。 The split stator core according to claim 6,
The split stator core is characterized in that the stress relaxation hole is formed in a slit shape that is inclined so that the end portion on the center side of the yoke portion is located radially inward relative to the end portion on the end surface side of the yoke portion in the circumferential direction.
組立ステータコア内に回転軸を中心として回転可能に配置され、外周部に複数の永久磁石が固定されているロータと、
を備える回転電機。 An assembled stator core according to claim 8;
A rotor that is rotatably arranged around a rotation axis in an assembly stator core, and a plurality of permanent magnets are fixed to the outer periphery;
A rotating electrical machine.
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