JP2014033491A - Rotary electric machine - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、回転電機に係り、特に、ロータに電力を供給する複数のブラシを備えた回転電機に関する。 The present invention relates to a rotating electrical machine, and more particularly, to a rotating electrical machine including a plurality of brushes for supplying electric power to a rotor.
モータ等の回転電機は一般的に、ケーシングに固定されたステータと、ステータに対して相対回転可能なロータと、ロータに電力を供給するブラシとを有している。ブラシは、回転軸の外周に設けられたスリップリングに摺接し、ブラシを介してスリップリングに電力が供給される。ここで、回転電機においてブラシ及びスリップリングを含む部分を給電部分とする。給電部分においては、ブラシとスリップリングとが摩擦することにより、ブラシが削れて摩耗粉が発生し、スリップリングへの給電効率が低下するおそれがある。また、ブラシを介したスリップリングへの給電や、ブラシとスリップリングとの摩擦により、ブラシやスリップリングが発熱する。ブラシやスリップリングを発熱したままにしておくと、機器の耐久性が低下するおそれがある。 A rotating electrical machine such as a motor generally has a stator fixed to a casing, a rotor that can rotate relative to the stator, and a brush that supplies electric power to the rotor. The brush is in sliding contact with a slip ring provided on the outer periphery of the rotating shaft, and electric power is supplied to the slip ring via the brush. Here, a portion including the brush and the slip ring in the rotating electrical machine is a feeding portion. In the power feeding portion, the brush and the slip ring rub against each other, so that the brush is shaved and wear powder is generated, and the power feeding efficiency to the slip ring may be reduced. Further, the brush and the slip ring generate heat due to the power supply to the slip ring via the brush and the friction between the brush and the slip ring. If the brush or slip ring is left heated, the durability of the device may be reduced.
上記の問題に鑑みて、特許文献1には、図7に示すように、回転軸104の回転時に冷却風W0をブラシ107又はスリップリング106の少なくとも一方に送るための送風用羽根114を有する回転電機が記載されている。送風用羽根114は回転軸104上に設けられ、冷却風W0によってブラシ107の摩耗粉を除去し、ブラシ107やスリップリング106を冷却する。
In view of the above problem,
しかしながら、特許文献1の回転電機では、送風用羽根114の回転により発生した冷却風W0の一部はブラシ107やスリップリング106に直接当たらずに、送風用羽根114の径方向に拡散してしまう。そのため、送風用羽根114はブラシ107及びスリップリング106に効率よく送風することができず、ブラシ及びスリップリングの冷却やブラシの摩耗粉の除去の効率が低下する。
However, in the rotating electrical machine disclosed in
この発明はこのような問題を解決するためになされたもので、送風用羽根がブラシ及びスリップリングに集中的に冷却風を送風し、ブラシ及びスリップリングの冷却やブラシの摩耗粉の除去の効率を向上させることができる回転電機を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such a problem, and the blowing blades blow cooling air intensively to the brush and slip ring, thereby cooling the brush and slip ring and removing the abrasion powder of the brush. An object of the present invention is to provide a rotating electrical machine capable of improving the above.
この発明に係る回転電機は、筐体と、筐体に回転可能に支持される回転軸と、回転軸とともに回転するように設けられたスリップリングと、スリップリングに接するように設けられたブラシと、ブラシを筐体に固定するブラシホルダと、回転軸上に設けられた送風用羽根と、送風用羽根の径方向に対向して設けられた導風部材とを備える。
このように、送風用羽根の周囲に導風部材を設けることによって、冷却風は拡散せずに複数のブラシ及びスリップリングに向かって効率よく送風されることができる。
A rotating electrical machine according to the present invention includes a housing, a rotating shaft that is rotatably supported by the housing, a slip ring that is provided to rotate together with the rotating shaft, and a brush that is provided so as to be in contact with the slip ring. And a brush holder for fixing the brush to the housing, a blowing blade provided on the rotation shaft, and a wind guide member provided to face the blowing blade in the radial direction.
As described above, by providing the air guide member around the blowing blade, the cooling air can be efficiently blown toward the plurality of brushes and the slip ring without diffusing.
また、この発明に係る回転電機は、導風部材が円筒形状であってもよい。さらにまた、ブラシは複数設けられており、回転軸の長さ方向に沿って複数のブラシを見たときに、ブラシの位置が、回転軸を中心とした円周方向に沿ってずれていてもよい。 In the rotating electrical machine according to the present invention, the air guide member may be cylindrical. Furthermore, a plurality of brushes are provided, and when the plurality of brushes are viewed along the length direction of the rotation axis, the position of the brush may be shifted along the circumferential direction around the rotation axis. Good.
この発明によれば、回転電機において、送風用羽根がブラシ及びスリップリングに集中的に冷却風を送風し、ブラシ及びスリップリングの冷却やブラシの摩耗粉の除去の効率を向上させることができる。 According to the present invention, in the rotating electrical machine, the blowing blades intensively blow cooling air to the brush and the slip ring, and the efficiency of cooling the brush and the slip ring and removing the abrasion powder of the brush can be improved.
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
実施の形態1.
図1に、この発明の実施の形態1に係る回転電機101における給電部分の断面図を示す。この給電部分は、回転電機101のモータ(図示せず)に電気的に接続する。モータは、ロータ(図示せず)とステータ(図示せず)とを有し、回転電機101は、ロータ及びステータを収納する筐体1を備える。そして、ステータは筐体1に固定され、モータはステータに対して相対回転可能となるように、筐体1に回転可能に支持された回転軸4に一体に取り付けられている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 shows a cross-sectional view of a power feeding portion in rotating
回転電機101において、回転軸4は筐体1に回転可能に支持されるとともに、給電部分に突出している。回転軸4は、回転電機101のエンジン(図示せず)及び前述のロータに連結され、円周方向Aに向かって回転する。また、筐体1の給電部分側の外側には、略L字形状の板状の支持部1aが一体に形成されている。すなわち、支持部1aは筐体1の一部を構成する。ここで、支持部1aの略L字形状の内側において、回転軸4の外周は樹脂で形成された絶縁体15によって被覆されている。絶縁体15は回転軸4とともに一体回転可能となるように取り付けられている。さらに、絶縁体15の外周には3つの環状のスリップリング6a,6b,6cが等間隔に配置され、回転軸4と一体回転可能となるように固定される。そして、支持部1aの内側には、スリップリング6a,6b,6cにそれぞれ対応する位置にブラシ7a,7b,7cが設けられる。ブラシ7a,7b,7cはそれぞれスリップリング6a,6b,6cと摺接する。また、ブラシ7a,7b,7cはそれぞれブラシホルダ8a,8b,8cを介して、支持部1aの内側に回転不能に固定されている。ブラシホルダ8a,8b,8cはそれぞれ長方形から半円を切り取った形状の板状部材である(図2参照)。また、ブラシホルダ8a,8b,8cとスリップリング6a,6b,6cとの間には、それぞれ隙間11a,11b,11cが形成される。なお、ブラシ7a,7b,7cは銅又はカーボンにより形成され、スリップリング6a,6b,6cは砲金、真鍮、ステンレス鋼又は銅により形成される。
In the rotating
また、図1及び2に示すように、回転軸4において、モータ側とは反対に位置する端部には、3枚のバスバー12が取り付けられている。バスバー12は、回転軸4の外周面に倣って湾曲した銅板である。バスバー12の一部は回転軸4と絶縁体15の間に挟みこまれてスリップリング6a,6b,6cと電気的に接続し、残りの一部は絶縁体15から露出し、絶縁体15から露出した部分は送風フィン取付部12aを構成する。送風フィン取付部12aには、それぞれ2枚の略台形形状の板状の送風フィン14が固定して取り付けられる。すなわち、回転軸4の外周にはバスバー12を介して、合計6枚の送風フィン14が回転軸4に対して一体回転可能に固定されている。送風フィン14は、回転軸4の長さ方向、すなわち方向Xに対して傾斜する角度で配置される。送風フィン14は、バスバー12と同じ素材、すなわち銅により形成されるが、これに限らず、バスバー12よりも熱伝導性の高い材料を使用しても良い。
また、バスバー12はそれぞれ、モータ側のロータ(図示せず)と電気的に接続する電気的配線13と接続している。
なお、送風フィン14は、送風用羽根を構成する。
As shown in FIGS. 1 and 2, three
Each
In addition, the
バスバー12に取り付けられた6枚の送風フィン14の周囲は、円筒形状のファンシュラウド16によって囲まれる。すなわち、ファンシュラウド16は、送風フィン14の径方向に対向して設けられている。ここで、ファンシュラウド16の方向Xにおける長さは、送風フィン14全体を覆うことができる程度の長さになるように構成される。また、ファンシュラウド16は、支持部1aの端部に回転不能に固定して取り付けられている。さらに、ファンシュラウド16は、絶縁体15と同じ素材、すなわち適当な樹脂材料によって形成されている。なお、ファンシュラウド16は、導風部材を構成する。
The six
また、図3を参照して、ブラシ7a,7b,7cの配置について詳細に説明する。
ブラシ7aはブラシホルダ8aの中央に取り付けられている。すなわち、回転軸4から見て真上の位置において、スリップリング6aと摺接するように構成されている。また、ブラシ7bはブラシホルダ8bにおいて、中央よりも円周方向Aと反対向きに約40度ずれた位置に取り付けられる。さらに、ブラシ7cはブラシホルダ8cにおいて、中央よりも円周方向Aに向かって約40度ずれた位置に取り付けられる。すなわち、ブラシ7a,7b,7cは、方向Xに沿ってブラシ7a,7b,7cを見たときに、ブラシ7a,7b,7cの位置が、円周方向Aに沿って互いにずれるように配置されている。
The arrangement of the
The
次に、この発明の実施の形態1に係る回転電機101の動作を説明する。
図示しない電源から供給された電力がブラシ7a,7b,7cを介してスリップリング6a,6b,6cに給電されることにより、回転軸4が円周方向Aに向かって回転する。スリップリング6a,6b,6cのそれぞれは、ブラシ7a,7b,7cと擦れ合う。ここで、ブラシ7a,7b,7cはスリップリング6a,6b,6cよりも軟らかいため、ブラシ7a,7b,7cが削れ、摩耗粉が発生する。また、ブラシ7a,7b,7cとスリップリング6a,6b,6cとの摩擦や、電源からブラシ7a,7b,7cへの給電により、ブラシ7a,7b,7cは発熱する。一方、回転軸4とともに円周方向Aに向かって回転している送風フィン14によって、冷却風W1が発生する。冷却風W1の一部は、支持部1aの内側のブラシ7a,7b,7c及びスリップリング6a,6b,6cに向かって直接吹き付ける。一方、冷却風W1の残りの一部は送風フィン14の径方向に向かって拡散するように吹き出す。しかしながら、このように送風フィン14の径方向に吹き出した冷却風W1は、即座に送風フィン14の周りのファンシュラウド16にぶつかり、流路を変更して、支持部1aの内側に向かって吹き付けるようになる。
Next, the operation of the rotary
The power supplied from a power source (not shown) is supplied to the
支持部1aの内側に吹き付ける冷却風W1は回転軸4に沿って流通する。まず、冷却風W1は、ブラシ7a及びスリップリング6aに吹き付ける。そして、冷却風W1はブラシ7a及びスリップリング6aを冷却すると共に、ブラシ7aとスリップリング6aとの摺動面に発生した摩耗粉を吹き飛ばして除去する。次に、冷却風W1は隙間11aを通過した後、ブラシ7b及びスリップリング6bに吹きつけ、ブラシ7a及びスリップリング6aにしたものと同じ作用を行う。またさらに、冷却風W1は隙間11bを通過した後、ブラシ7c及びスリップリング6cに吹きつけ、ブラシ7a,7b及びスリップリング6a,6bにしたものと同じ作用を行う。
The cooling air W 1 blown to the inside of the
以上より、送風フィン14の周りにファンシュラウド16を設置することにより、ブラシ7a,7b,7c及びスリップリング6a,6b,6cに集中的に冷却風を送ることができる。よって、ブラシ7a,7b,7cとスリップリング6a,6b,6cとの摺動面に発生する摩耗粉の除去やブラシ7a,7b,7c及びスリップリング6a,6b,6cの冷却をより効率的に行うことができる。
As described above, by installing the
また、ブラシ7a,7b,7cの位置が、円周方向Aに沿ってずれていることにより、ブラシ7a,7b,7cにはそれぞれ送風フィン14から送られる冷却風W1が、上流側のブラシに遮られずに直接当たるようになる。すなわち、ブラシ7a,7b,7cにはおおよそ同じ温度の空気が当たるようになる。そのため、ブラシ7a,7b,7c全体の冷却効率が上がるとともに、ブラシ7a,7b,7cのそれぞれについて冷却効率にバラツキが生じるのを抑えることができる。
さらにまた、バスバー12に送風フィン14を取り付けることにより、スリップリング6a,6b,6cに発生した熱がバスバー12を介して送風フィン14に伝わり、送風フィン14から放熱される。そのため、スリップリング6a,6b,6cの冷却をより効率よく行うことができる。
Further, the
Furthermore, by attaching the blowing
実施の形態2.
次に、この発明の実施の形態2に係る回転電機102について、図4〜6を参照して説明する。なお、実施の形態2において、図1〜3の参照符号と同一の符号は、同一又は同様な構成要素であるので、その詳細な説明は省略する。
図4に、この発明の実施の形態2に係る回転電機102において給電部分の断面図を示す。この回転電機102は、モータ(図示せず)を収納する筐体1’を有し、筐体1’には回転軸4が回転可能に支持されている。また、筐体1’の外側には給電部分全体を覆うように配置された、略円筒形状の給電側ケーシング1bが一体に形成されている。すなわち、給電側ケーシング1bは筐体1’に一部を構成している。また、給電側ケーシング1bのモータ側とは反対の端面には円形の開口部2aが形成され、回転軸4は開口部2aを通って給電側ケーシング1bの外部に突出する。また、給電側ケーシング1bの内部において、回転軸4は絶縁体15’によって被覆される。そして、絶縁体15’は、回転軸4のうち、給電側ケーシング1bの外部に突出した部分も被覆しており、絶縁体15’のうち給電側ケーシング1bの外部に突出している部分は送風フィン取付部15a’を構成する。
Next, a rotating
FIG. 4 shows a cross-sectional view of a power feeding portion in rotating
給電側ケーシング1bのモータ側外部には、バスバー12’が回転軸4に一体回転可能に取り付けられている。また、給電側ケーシング1bの内部において、絶縁体15’の外周にスリップリング6a,6b,6cが回転軸4に対して一体回転可能に取り付けられている。さらに、スリップリング6a,6b,6cのそれぞれ対応する位置には、ブラシ7a’,7b’,7c’が、略円環状のブラシホルダ8a’,8b’,8c’を介して給電側ケーシング1bの内側に固定して取り付けられる。
A
ブラシ7a’,7b’,7c’は、それぞれブラシホルダ8a’,8b’,8c’に3枚ずつ取り付けられている。すなわち、ブラシホルダ8a’には3枚のブラシ7a’が固定され、ブラシホルダ8b’には3枚のブラシ7b’が固定され、ブラシホルダ8c’には3枚のブラシ7c’が固定される。そして、スリップリング6aには3枚のブラシ7a’が、スリップリング6bには3枚のブラシ7b’が、スリップリング6cには3枚のブラシ7c’がそれぞれ摺接する(図6参照)。さらに、ブラシホルダ8a’,8b’,8c’とスリップリング6a,6b,6cとの間には隙間11a’,11b’,11c’が形成される。
なお、実施の形態1と同様に、絶縁体15’は樹脂によって形成され、ブラシ7a’,7b’,7c’は銅又はカーボンにより形成される。
Three
As in the first embodiment, the
次に、図4及び5を参照して、送風フィン14’及びファンシュラウド16の周りにおける給電側ケーシング1bの形状について説明する。
絶縁体15’の送風フィン取付部15a’の外周には6枚の送風フィン14’が等間隔に配置されて取り付けられる。送風フィン14’は、方向Xに対して傾斜する角度で配置されている。送風フィン14’は絶縁体15’と同一の樹脂によって形成される。そして、送風フィン14’の周囲は、送風フィン14’の径方向に対向して設けられたファンシュラウド16によって囲まれる。また、ファンシュラウド16は、給電側ケーシング1bの開口部2aに嵌合するように、給電側ケーシング1bに回転不能に固定して取り付けられている。また、給電側ケーシング1bにおいて開口部2aの周りには、3つの略楕円形状の通風孔18が円周方向Aに沿って等間隔に穿設されている。通風孔18のうち一つは、回転軸4の真上に位置するように形成され、他の2つは、回転軸4を中心に通風孔18それぞれが互いに約120度ずつ間隔を置いて配置されるように形成されている。
なお、送風フィン14’は、送風用羽根を構成する。
Next, with reference to FIGS. 4 and 5, the shape of the power
Six blower fins 14 'are arranged at equal intervals and attached to the outer periphery of the blower
The
また、図6を参照して、ブラシホルダ8a’,8b’,8c’の形状及びブラシ7a’,7b’,7c’の配置について詳細に説明する。
ブラシホルダ8a’は略円環状の板材である。ブラシホルダ8a’の外周部分には約120度ずつ間隔を置いて切り欠き19aが形成されている。また、ブラシホルダ8b’,8c’についても同様に切り欠き19b,19cが形成されている。ブラシホルダ8a’,8b’,8c’は、回転軸4の方向から見て、給電側ケーシング1bの通風孔18及び切り欠き19a,19b,19cの位置が互いに重なり合って見えるように配置された上で、給電側ケーシング1bの内周面に取り付けられる。
Moreover, with reference to FIG. 6, the shape of
The
ブラシホルダ8a’には回転軸4に向かって3枚のブラシ7a’がそれぞれ、切欠き19aのすぐ内側に取り付けられている。また同様に、ブラシホルダ8b’にも回転軸4に向かって3枚のブラシ7b’が取り付けられているが、ブラシ7b’の各々がブラシ7a’の位置に対して円周方向Aに約40度ずれるように配置されている。さらにまた、ブラシホルダ8c’にも回転軸4に向かって3枚のブラシ7c’が取り付けられているが、ブラシ7c’の各々がブラシ7b’の位置に対して円周方向Aに約40度ずれるように配置されている。すなわち、方向Xに沿ってブラシ7a’,7b’,7c’を見ると、ブラシ7a’,7b’,7c’がそれぞれ重なり合わずに見えるように配置されている。
Three
次に、この発明の実施の形態2に係る回転電機102の動作を説明する。
回転電機101と同様に、回転電機102においても、ブラシ7a’,7b’,7c’の摩耗粉の除去やブラシ7a’,7b’,7c’及びスリップリング6a,6b,6cの冷却の必要が生じる。そこで、回転軸4とともに回転する送風フィン14’が発生させる冷却風W2が、給電側ケーシング1bの内部のブラシ7a’,7b’,7c’及びスリップリング6a,6b,6cに向かって吹き付ける。また、一部の冷却風W2は、送風フィン14の径方向に拡散するように吹き出すが、即座に送風フィン14’の周りのファンシュラウド16にぶつかり、流路を変更して、給電側ケーシング1bの内部に吹き付けるようになる。
Next, the operation of the rotating
Similar to the rotating
給電側ケーシング1bの内部に吹き付ける冷却風W2は回転軸4に沿って流通し、まず、ブラシ7a’及びスリップリング6aに吹き付ける。そして、冷却風W2はブラシ7a’及びスリップリング6aを冷却すると共に、ブラシ7a’とスリップリング6aとの摺動面に発生した摩耗粉を吹き飛ばして除去する。次に、冷却風W2は隙間11a’を通過し、ブラシ7b’及びスリップリング6bに吹きつけ、ブラシ7a’及びスリップリング6aにしたものと同じ作用を行う。またさらに、冷却風W2は、隙間11b’を通過し、ブラシ7c’及びスリップリング6cに吹きつけ、ブラシ7a’,7b’及びスリップリング6a,6bにしたものと同じ作用を行う。また、ブラシ7a’,7b’,7c’及びスリップリング6a,6b,6cを冷却し終わった冷却風W2は、給電側ケーシング1bの壁にぶつかって外側に流路を変更し、ブラシホルダ8a’,8b’,8c’の切り欠き19a,19b,19cを順次流通する。そして、切り欠き19a,19b,19cを流通した冷却風W2は、通風孔18から給電側ケーシング1bの外部に吹き出る。
Cooling air W 2 blown onto the inside of the
以上のように、送風フィン14’の周囲をファンシュラウド16で囲むことによって、実施の形態1と同様に、ブラシ7a’,7b’,7c’及びスリップリング6a,6b,6cに集中的に送風することができる。そのため、回転電機102において、ブラシ7a’,7b’,7c’とスリップリング6a,6b,6cとの摺動面に発生する摩耗分除去やブラシ7a’,7b’,7c’及びスリップリング6a,6b,6cの冷却をより効率的に行うことができる。
As described above, by surrounding the fan fin 14 'with the
また、方向Xに沿ってブラシ7a’,7b’,7c’を見たときに、ブラシ7a’,7b’,7c’の位置が、円周方向Aに沿ってずれている。そのため、ブラシ7a’,7b’,7c’が各々複数ある場合でも、それぞれ送風フィン14’から送られる冷却風が、上流側のブラシに遮られずに直接ブラシ7a’,7b’,7c’やスリップリング6a,6b,6cに当たるようになる。従って、送風フィン14’による摩耗粉除去及び冷却の効率にバラツキが生じるのを防止することができ、全体としての摩耗分除去及び冷却の効率が上がる。
Further, when the
また、給電側ケーシング1bに通風孔18が、ブラシホルダ8a’,8b’,8c’に切り欠き19a,19b,19cが設けられ、通風孔18及び切り欠き19a,19b,19cはX方向から見て互いに重なり合うように配置されている。そのため、ブラシ7a’,7b’,7c’及びスリップリング6a,6b,6c全体を給電側ケーシング1bが覆っている場合でも、空気の流れは円滑になり、摩耗粉除去や冷却の効率が上がる。
The power
なお、実施の形態1及び2において、ブラシ7a,7b,7c又はブラシ7a’,7b’,7c’は銅又はカーボンにより形成され、スリップリング6a,6b,6cは砲金、真鍮、ステンレス鋼又は銅により形成されるが、これに限定されない。
また、バスバー12又は12’は銅板により形成されるが、熱伝導性が良い材料であれば、これに限定されない。
さらにまた、ブラシ7a,7b,7cの配置又はブラシ7a’,7b’,7c’の配置について、各々のブラシの位置のずれは、実施の形態1又は2に限定されず、冷却風が適度に当たる程度の配置であればよい。
In the first and second embodiments, the
In addition, the
Furthermore, regarding the arrangement of the
101,102 回転電機、1,1’ 筐体、1a 筐体(支持部)、1b 筐体(給電側ケーシング)、4 回転軸、6a,6b,6c スリップリング、7a,7b,7c,7a’,7b’,7c’ ブラシ、8a,8b,8c,8a’,8b’,8c’ ブラシホルダ、14,14’ 送風フィン(送風用羽根)、16 ファンシュラウド(導風部材)。 101, 102 Rotating electric machine, 1, 1 ′ casing, 1a casing (supporting part), 1b casing (power supply side casing), 4 rotating shaft, 6a, 6b, 6c slip ring, 7a, 7b, 7c, 7a ′ , 7b ', 7c' brush, 8a, 8b, 8c, 8a ', 8b', 8c 'brush holder, 14, 14' blower fin (fan blade), 16 fan shroud (wind guide member).
Claims (3)
前記筐体に回転可能に支持される回転軸と、
前記回転軸とともに回転するように設けられたスリップリングと、
前記スリップリングに接するように設けられたブラシと、
前記ブラシを前記筐体に固定するブラシホルダと、
前記回転軸上に設けられた送風用羽根と、
前記送風用羽根の径方向に対向して設けられた導風部材とを備える回転電機。 A housing,
A rotating shaft rotatably supported by the housing;
A slip ring provided to rotate with the rotating shaft;
A brush provided in contact with the slip ring;
A brush holder for fixing the brush to the housing;
A blowing blade provided on the rotating shaft;
A rotary electric machine comprising: an air guide member provided facing the radial direction of the blowing blade.
前記回転軸の長さ方向に沿って複数の前記ブラシを見たときに、前記ブラシの位置が、前記回転軸を中心とした円周方向に沿って互いにずれている請求項1又は2に記載の回転電機。 A plurality of the brushes are provided,
The position of the said brush has shifted | deviated mutually along the circumferential direction centering on the said rotating shaft when the said several brush is seen along the length direction of the said rotating shaft. Rotating electric machine.
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