JP2017050918A - Synchronous reluctance motor - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a synchronous reluctance motor capable of starting without using an inverter and improving rotation efficiency.SOLUTION: The synchronous reluctance motor includes: a rotor having a magnetic barrier cavity that penetrates an iron core; a plurality of slots that are disposed coaxially through a gap outside the rotor, face the rotor, and are separated in the circumferential direction; a stator having a primary coil provided at the plurality of slots; and a secondary coil provided at the rotor. The secondary coil includes a conductive member disposed by being separated inside from the circumference of the rotor by 5% to 10% of the radius of the rotor.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明の実施形態は、インバータを用いずに商用電源により始動できる同期リラクタンスモータに関する。   Embodiments described herein relate generally to a synchronous reluctance motor that can be started by a commercial power supply without using an inverter.

近年、インバータを用いずに始動できるリラクタンスモータが開発されている。この種のモータは、例えば、回転子に設けたフラックスバリアスリット(磁気障壁空洞)内にアルミニウムを充填して、充填したアルミニウムの軸方向両端を短絡した二次コイルを備えている。   In recent years, reluctance motors that can be started without using an inverter have been developed. This type of motor includes, for example, a secondary coil in which a flux barrier slit (magnetic barrier cavity) provided in a rotor is filled with aluminum and both ends in the axial direction of the filled aluminum are short-circuited.

特開2003−9484号公報JP 2003-9484 A 特開2002−199674号公報JP 2002-199674 A

フラックスバリアスリットは、回転子の外周近くでの不所望な漏れ磁束を少なくするため、回転子の外周ギリギリまで伸びている。このため、フラックスバリアスリット内にアルミニウムを充填すると、回転子スロット(ティース)のピッチに応じて脈動する磁束が、回転子の外周近くまで充填されたアルミニウムの部分を鎖交するため、モータの回転に寄与しない不所望な高調波電流がアルミニウム充填部に流れる。この高調波電流は、ジュール熱に変換され、その分、モータの効率を下げる。   The flux barrier slit extends to the outer periphery of the rotor in order to reduce undesired leakage magnetic flux near the outer periphery of the rotor. For this reason, when aluminum is filled in the flux barrier slit, the pulsating magnetic flux according to the pitch of the rotor slots (teeth) interlinks the aluminum portion filled up to the outer periphery of the rotor. Undesirable harmonic current that does not contribute to the flow of the aluminum filling portion. This harmonic current is converted into Joule heat, which reduces the efficiency of the motor.

よって、インバータを用いずに始動できモータ効率を向上させることができる同期リラクタンスモータの開発が望まれている。   Therefore, development of a synchronous reluctance motor that can be started without using an inverter and can improve motor efficiency is desired.

実施形態に係る同期リラクタンスモータは、鉄心を貫通した磁気障壁空洞を有する回転子と、この回転子の外側に隙間を介して同軸に配置され、回転子に対向し周方向に離間した複数のスロット、およびこれら複数のスロットに設けた一次コイルを有する固定子と、回転子に設けた二次コイルと、を有する。二次コイルは、回転子の外周から該回転子の半径の5%〜10%内側に離間して配置された導電部材を含む。   A synchronous reluctance motor according to an embodiment includes a rotor having a magnetic barrier cavity penetrating an iron core, and a plurality of slots arranged coaxially with a gap outside the rotor and facing the rotor and spaced apart in the circumferential direction. And a stator having a primary coil provided in the plurality of slots, and a secondary coil provided in the rotor. The secondary coil includes a conductive member arranged to be separated from the outer periphery of the rotor by 5% to 10% of the radius of the rotor.

図1は、第1の実施形態に係る同期リラクタンスモータの要部を示す断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a main part of the synchronous reluctance motor according to the first embodiment. 図2は、図1のモータの側面図である。FIG. 2 is a side view of the motor of FIG. 図3は、図1のモータの回転子を通る磁束について説明するための図である。FIG. 3 is a diagram for explaining the magnetic flux passing through the rotor of the motor of FIG. 図4は、図1のモータの回転子の端板を軸方向から見た正面図である。FIG. 4 is a front view of the end plate of the rotor of the motor of FIG. 1 as viewed from the axial direction. 図5は、第2の実施形態に係る同期リラクタンスモータの要部を示す断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view showing a main part of the synchronous reluctance motor according to the second embodiment. 図6は、図5のモータの側面図である。FIG. 6 is a side view of the motor of FIG. 図7は、図5のモータの回転子の端板を軸方向から見た正面図である。FIG. 7 is a front view of the end plate of the rotor of the motor shown in FIG. 5 as viewed from the axial direction.

以下、図面を参照しながら実施形態について詳細に説明する。
図1は、第1の実施形態に係る同期リラクタンスモータ100(以下、単にモータ100と称する)の要部を示す断面図である。図2は、モータ100を横から見た側面図である。図1は、モータ100を回転軸1と直交する面に沿って切断した断面をq軸の位置で4等分した中心角90°分の構造を示す。つまり、本実施形態のモータ100は、周方向に沿って4つの極(q軸上の極)を有し、図1の構成を4つ組み合わせた断面形状を有する。
Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a main part of a synchronous reluctance motor 100 (hereinafter simply referred to as a motor 100) according to the first embodiment. FIG. 2 is a side view of the motor 100 as viewed from the side. FIG. 1 shows a structure for a central angle of 90 ° obtained by dividing a cross section of the motor 100 along a plane orthogonal to the rotation axis 1 into four equal parts at the q-axis position. That is, the motor 100 of this embodiment has four poles (poles on the q axis) along the circumferential direction, and has a cross-sectional shape obtained by combining the four configurations in FIG.

モータ100は、略円柱状の回転子10、および略円筒状の固定子20を有する。
回転子10は、回転軸1、回転軸1に沿って複数枚の円板状の磁性部材2を重ねた略円柱形の鉄心4、および複数枚の磁性部材2の重ね方向の両側から鉄心4を押える2枚の端板6、8(一対の短絡部材)を有する。複数枚の磁性部材2を重ねた鉄心4および2枚の端板6、8は、その中心に、回転軸1を通す中心孔4a、6a、8aを有する。言い換えると、回転軸1は、複数枚の磁性部材2および2枚の端板6、8の中心孔4a、6a、8aを貫通して固定されている。
The motor 100 includes a substantially columnar rotor 10 and a substantially cylindrical stator 20.
The rotor 10 includes a rotating shaft 1, a substantially cylindrical iron core 4 in which a plurality of disk-shaped magnetic members 2 are stacked along the rotating shaft 1, and an iron core 4 from both sides in the stacking direction of the plurality of magnetic members 2. Have two end plates 6 and 8 (a pair of short-circuit members). The iron core 4 and the two end plates 6 and 8 on which a plurality of magnetic members 2 are stacked have center holes 4a, 6a and 8a through which the rotary shaft 1 passes. In other words, the rotating shaft 1 is fixed through the central holes 4a, 6a, 8a of the plurality of magnetic members 2 and the two end plates 6, 8.

複数枚の磁性部材2は、例えば鋼材により形成された同じ大きさの円板である。2枚の端板6、8は、磁性部材2より径の小さい円板である。2枚の端板6、8は、例えば、アルミニウム、ステンレス、銅などの非磁性導電部材により形成されている。2枚の端板6、8は、ここでは図示しない締結部材によって互いに近付く方向に締め付けられており、複数枚の磁性部材2をその重ね方向に押圧して挟んで固定している。   The plurality of magnetic members 2 are, for example, discs of the same size formed of steel. The two end plates 6 and 8 are discs having a diameter smaller than that of the magnetic member 2. The two end plates 6 and 8 are made of a nonmagnetic conductive member such as aluminum, stainless steel, or copper. The two end plates 6 and 8 are fastened in a direction approaching each other by a fastening member (not shown) here, and the plurality of magnetic members 2 are pressed and fixed in the overlapping direction.

また、複数枚の磁性部材2からなる鉄心4には、回転軸1に沿って鉄心4を貫通した複数のフラックスバリアスリット5(磁気障壁空洞)(以下、単にスリット5と称する)が設けられている。複数のスリット5は、それぞれ、4つの極を通るq軸磁束の流れに沿って湾曲した断面形状を有する。複数のスリット5は、図3に矢印で示すように、鉄心4を通る磁束の流れを形成するために設けられている。つまり、スリット5は、磁束を通過させない磁気障壁として機能する。以下、複数のスリット5の断面形状について説明する。   The iron core 4 made up of a plurality of magnetic members 2 is provided with a plurality of flux barrier slits 5 (magnetic barrier cavities) (hereinafter simply referred to as slits 5) penetrating the iron core 4 along the rotation axis 1. Yes. Each of the plurality of slits 5 has a cross-sectional shape curved along the flow of the q-axis magnetic flux passing through the four poles. The plurality of slits 5 are provided in order to form a flow of magnetic flux passing through the iron core 4 as indicated by arrows in FIG. That is, the slit 5 functions as a magnetic barrier that prevents magnetic flux from passing therethrough. Hereinafter, the cross-sectional shape of the plurality of slits 5 will be described.

具体的には、各スリット5は、2つの隣接するq軸の間のd軸を中心に線対称となる円弧状の断面形状を有する。各スリット5の断面の長手方向の両端は、鉄心4の外周(すなわち、回転子10の外周10a)に近い位置に配置されている。鉄心4の中心角90°分の構造には、4つのスリット5a、5b、5c、5dが設けられている。4つのスリット5a、5b、5c、5dのうち円弧状の断面が最も長いスリット5dの両端はq軸近くに配置され、このスリット5dの湾曲した中央部分は回転軸1方向に突出している。つまり、スリット5dは、回転子10の外周10aと逆向きに湾曲している。   Specifically, each slit 5 has an arcuate cross-sectional shape that is axisymmetric about a d-axis between two adjacent q-axes. Both ends in the longitudinal direction of the cross section of each slit 5 are arranged at positions close to the outer periphery of the iron core 4 (that is, the outer periphery 10a of the rotor 10). Four slits 5 a, 5 b, 5 c, and 5 d are provided in the structure corresponding to a central angle of 90 ° of the iron core 4. Of the four slits 5a, 5b, 5c, and 5d, both ends of the slit 5d having the longest arc-shaped cross section are arranged near the q axis, and the curved central portion of the slit 5d protrudes in the direction of the rotation axis 1. That is, the slit 5 d is curved in the direction opposite to the outer periphery 10 a of the rotor 10.

スリット5dの次に円弧状の断面が長いスリット5cの両端はスリット5dの端部に対してq軸とは反対側に隣接している。スリット5cはスリット5dに対して回転軸1とは反対側に配置されており、湾曲した中央部分が回転軸1方向に突出している。つまり、スリット5cはスリット5dと同じ方向に湾曲している。次に長いスリット5bは、同様に、スリット5cに対して回転軸1とは反対側に配置されている。スリット5aも、同様に、スリット5bに対して回転軸1とは反対側に配置されている。特許請求の範囲では、回転子10の外周10aに近いスリット5の両端を“端部”として定義している。   Both ends of the slit 5c having the long arc-shaped cross section next to the slit 5d are adjacent to the end of the slit 5d on the opposite side to the q axis. The slit 5c is disposed on the opposite side of the rotary shaft 1 with respect to the slit 5d, and a curved central portion protrudes in the direction of the rotary shaft 1. That is, the slit 5c is curved in the same direction as the slit 5d. Similarly, the next long slit 5b is disposed on the opposite side of the rotary shaft 1 with respect to the slit 5c. Similarly, the slit 5a is disposed on the opposite side of the rotary shaft 1 with respect to the slit 5b. In the claims, both ends of the slit 5 close to the outer periphery 10a of the rotor 10 are defined as “end portions”.

本実施形態では、鉄心4の中心角90°毎に4つ(合計16個)のスリット5a、5b、5c、5d(以下、総称してスリット5とする場合もある)を設けた。スリット5の数はこれに限らない。各スリット5の断面形状は、d軸を中心に線対称な形状にされ、回転軸1に向けて中央が突出する方向に湾曲した円弧状に形成されている。言い換えると、スリット5の断面形状を図3に示す形状にすることで、矢印で示す磁束の流れをq軸に集めることができる。   In the present embodiment, four (a total of 16) slits 5a, 5b, 5c, and 5d (hereinafter sometimes collectively referred to as slits 5) are provided for each 90 ° central angle of the iron core 4. The number of slits 5 is not limited to this. Each slit 5 has a cross-sectional shape that is axisymmetric about the d-axis, and is formed in an arc shape that is curved in a direction in which the center protrudes toward the rotating shaft 1. In other words, by making the sectional shape of the slit 5 the shape shown in FIG. 3, the flow of magnetic flux indicated by the arrow can be collected on the q axis.

各スリット5の“端部”と回転子10の外周10aとの間には、ブリッジ50が設けられている。当然のことながら、各スリット5の“端部”は、回転子10の外周10aまで到達していない。各スリット5の“端部”と回転子10の外周10aとの間の距離、すなわち回転子10の径方向に沿ったブリッジ50の幅は、適切な値に設計する必要がある。鉄心4を通る磁束のうちブリッジ50を通る磁束は漏れ磁束となる。この漏れ磁束を少なくするためには、ブリッジ50の幅をできるだけ狭くすることが望ましい。反面、ブリッジ50の幅をあまり狭くし過ぎると、鉄心4の機械強度が低下して回転子10に必要とされる十分な機械強度を保てない。つまり、ブリッジ50の幅には適正範囲が存在する。   A bridge 50 is provided between the “end” of each slit 5 and the outer periphery 10 a of the rotor 10. As a matter of course, the “end” of each slit 5 does not reach the outer periphery 10 a of the rotor 10. The distance between the “end” of each slit 5 and the outer periphery 10 a of the rotor 10, that is, the width of the bridge 50 along the radial direction of the rotor 10 needs to be designed to an appropriate value. Of the magnetic flux passing through the iron core 4, the magnetic flux passing through the bridge 50 becomes a leakage magnetic flux. In order to reduce the leakage magnetic flux, it is desirable to make the width of the bridge 50 as narrow as possible. On the other hand, if the width of the bridge 50 is too narrow, the mechanical strength of the iron core 4 is lowered and sufficient mechanical strength required for the rotor 10 cannot be maintained. That is, there is an appropriate range for the width of the bridge 50.

中心角90°毎に設けた4つのスリット5a、5b、5c、5dのうち比較的回転子10の外周10aに近い2つのスリット5a、5bの中には、それぞれ、複数本(本実施形態では3本ずつ計6本)の導電バー11(導電部材)が挿入配置されている。導電バー11の本数もこれに限らない。本実施形態の導電バー11は、断面が矩形の細長い板状である。各導電バー11の回転軸1に沿った方向(軸方向)の両端は、端板6、8に電気的に接続されて固定されるとともに短絡されている。つまり、複数本の導電バー11および端板6、8は、二次コイルとして機能する。   Of the four slits 5a, 5b, 5c, and 5d provided at each central angle of 90 °, each of the two slits 5a and 5b that are relatively close to the outer periphery 10a of the rotor 10 has a plurality (in this embodiment, A total of 6 conductive bars 11 (conductive members) are inserted and arranged. The number of conductive bars 11 is not limited to this. The conductive bar 11 of the present embodiment is an elongated plate having a rectangular cross section. Both ends of each conductive bar 11 in the direction along the rotation axis 1 (axial direction) are electrically connected to the end plates 6 and 8 and are fixed and short-circuited. That is, the plurality of conductive bars 11 and the end plates 6 and 8 function as secondary coils.

図4は、回転子10の端板6を軸方向から見た正面図であり、図1に合わせて、中心角90°分の構造のみを示している。つまり、回転子10の実際の形状は、図4の構造を4つ組み合わせた形状である。   FIG. 4 is a front view of the end plate 6 of the rotor 10 as viewed from the axial direction, and shows only a structure corresponding to a central angle of 90 ° in accordance with FIG. That is, the actual shape of the rotor 10 is a shape obtained by combining four structures shown in FIG.

図4に示すように、端板6(8)は、複数本の導電バー11の端部を挿通可能な複数の貫通した固定孔6b(8b)を有する。各固定孔6b、8bは、挿通される導電バー11の断面形状と略一致する形状を有し、導電バー11を挿通可能な大きさを有する。各導電バー11の長さは、図2に示すように、端板6、8の鉄心4と反対側の外面6c、8cを超えて軸方向外側に突出する長さに設計されている。   As shown in FIG. 4, the end plate 6 (8) has a plurality of fixed holes 6 b (8 b) through which the end portions of the plurality of conductive bars 11 can be inserted. Each of the fixing holes 6b and 8b has a shape that substantially matches the cross-sectional shape of the conductive bar 11 to be inserted, and has a size that allows the conductive bar 11 to be inserted. As shown in FIG. 2, the length of each conductive bar 11 is designed to protrude outward in the axial direction beyond the outer surfaces 6 c, 8 c of the end plates 6, 8 opposite to the iron core 4.

端板6、8に設けた固定孔6b、8bの向きおよび位置は、導電バー11がスリット5a、5bの内壁に非接触となる向きおよび位置に設計されている。また、各導電バー11の厚みおよび幅は、モータ100を駆動して回転子10を回転させた際に、導電バー11が遠心力によって撓んだ場合であっても、導電バー11がスリット5a、5bの内壁に接触しない値に設計されている。これにより、モータ100を駆動して回転子10を回転させた際に、導電バー11が振動したり撓んだりしても、スリット5a、5bの内壁に接触して摩耗することが防止されるとともに、導電バー11および/或いはスリット5a、5bの寸法精度を低くでき、その分、装置の製造コストを低減できる。   The directions and positions of the fixing holes 6b, 8b provided in the end plates 6, 8 are designed to be directions and positions where the conductive bar 11 is not in contact with the inner walls of the slits 5a, 5b. In addition, the thickness and width of each conductive bar 11 is such that when the motor 100 is driven and the rotor 10 is rotated, the conductive bar 11 is slit 5a even when the conductive bar 11 is bent by centrifugal force. 5b is designed so as not to contact the inner wall. Thus, when the motor 100 is driven and the rotor 10 is rotated, even if the conductive bar 11 vibrates or bends, it is prevented from being in contact with the inner walls of the slits 5a and 5b. In addition, the dimensional accuracy of the conductive bar 11 and / or the slits 5a and 5b can be lowered, and the manufacturing cost of the device can be reduced correspondingly.

各導電バー11の軸方向の両端は、図2および図4に示すように、それぞれ、L字金具12(固定具)によって端板6、8の外面6c、8cに固定される。例えば、端板6、8をアルミニウムにより形成した場合、L字金具12もアルミニウムにより形成する。そして、L字金具12は、端板6、8の外面6c、8cに対して溶接される。さらに、L字金具12と導電バー11は、図示しないネジにより締結固定される。   As shown in FIGS. 2 and 4, both ends of each conductive bar 11 in the axial direction are fixed to the outer surfaces 6 c and 8 c of the end plates 6 and 8 by L-shaped metal fittings 12 (fixing tools), respectively. For example, when the end plates 6 and 8 are formed of aluminum, the L-shaped metal fitting 12 is also formed of aluminum. The L-shaped metal fitting 12 is welded to the outer surfaces 6c and 8c of the end plates 6 and 8. Further, the L-shaped metal fitting 12 and the conductive bar 11 are fastened and fixed by screws (not shown).

L字金具12は、図示のように、導電バー11に対して、回転子10の径方向の外側に配置することが好ましい。このように、L字金具12を導電バー11の外側に取り付けることにより、回転子10の回転による遠心力が作用した場合における導電バー11の取り付け強度を確保できる。なお、本実施形態では、L字金具12を用いて導電バー11を端板6、8に固定したが、代わりに端板6、8の固定孔6b、8bに導電バー11の端部を焼嵌めしてもよい。   As shown in the drawing, the L-shaped metal fitting 12 is preferably arranged on the outer side in the radial direction of the rotor 10 with respect to the conductive bar 11. Thus, by attaching the L-shaped metal fitting 12 to the outside of the conductive bar 11, it is possible to secure the mounting strength of the conductive bar 11 when the centrifugal force due to the rotation of the rotor 10 acts. In this embodiment, the conductive bar 11 is fixed to the end plates 6 and 8 using the L-shaped metal fittings 12, but instead, the ends of the conductive bar 11 are baked into the fixing holes 6 b and 8 b of the end plates 6 and 8. It may be fitted.

なお、本実施形態において、導電バー11は、磁気障壁空洞であるスリット5内に配置されるため、磁束の通過を妨げる非磁性導電部材によって形成することが望ましい。非磁性導電部材として、例えば、銅、ステンレス、アルミニウムなどがある。また、導電バー11は、回転子10を回転したとき、遠心力によって撓んでスリット5の内壁に接触することのない剛性を持たせる必要があり、その材質や厚みが適当に選択される。さらに、導電バー11は、例えば上述したL字金具12と組み合わせて、端板6、8を鉄心4に締結固定するための固定具として用いることもできる。   In the present embodiment, since the conductive bar 11 is disposed in the slit 5 that is a magnetic barrier cavity, it is desirable that the conductive bar 11 be formed of a nonmagnetic conductive member that prevents the passage of magnetic flux. Examples of the nonmagnetic conductive member include copper, stainless steel, and aluminum. Further, the conductive bar 11 needs to have rigidity so as not to be bent by the centrifugal force and contact the inner wall of the slit 5 when the rotor 10 is rotated, and the material and thickness thereof are appropriately selected. Furthermore, the conductive bar 11 can also be used as a fixture for fastening and fixing the end plates 6 and 8 to the iron core 4 in combination with the L-shaped metal fitting 12 described above, for example.

一方、固定子20は、図1に示すように、略円筒形の固定子鉄心21、およびこの固定子鉄心21に巻き付けた電機子巻線22を有する。固定子鉄心21は、回転子10の鉄心4の直径より大きい内径を有し、回転子10の外周10aとの間に円筒状の隙間Sを介して非接触状態で回転子10の外側に同軸に配置される。固定子鉄心21は、回転子10の鉄心4と同様に、複数枚の同じ形の金属板を軸方向に積層した構造を有する。   On the other hand, as shown in FIG. 1, the stator 20 includes a substantially cylindrical stator core 21 and an armature winding 22 wound around the stator core 21. The stator core 21 has an inner diameter larger than the diameter of the iron core 4 of the rotor 10 and is coaxial with the outer side of the rotor 10 in a non-contact state between the outer periphery 10a of the rotor 10 and a cylindrical gap S. Placed in. Like the iron core 4 of the rotor 10, the stator iron core 21 has a structure in which a plurality of metal plates having the same shape are laminated in the axial direction.

回転子10の外周10aに離間対向する固定子鉄心21の内壁21aには、周方向に等間隔で離間して軸方向に伸びた複数のスロット23が設けられている。これら複数のスロット23を形成することで、固定子鉄心21の内壁21aには、周方向に等間隔で離間して軸方向に伸びた複数のティース24が形成される。そして、複数のスロット23には、電機子巻線22(一次コイル)が巻き付けられる。   A plurality of slots 23 extending in the axial direction are provided on the inner wall 21a of the stator core 21 that is spaced apart from the outer periphery 10a of the rotor 10 and spaced apart at equal intervals in the circumferential direction. By forming the plurality of slots 23, a plurality of teeth 24 extending in the axial direction are formed on the inner wall 21 a of the stator core 21 at regular intervals in the circumferential direction. An armature winding 22 (primary coil) is wound around the plurality of slots 23.

上記構造のモータ100を駆動する場合、固定子20の電機子巻線22に三相交流を流す。これにより、電機子巻線22に120°ずつ位相のずれた交流電流が流れ、各ティース24に対応して生じる磁極が固定子20の周方向に回転移動する。固定子20に対して停止した状態の回転子10が固定子20側の磁極の回転に同期して回転するまでの間の非同期状態で、回転子10のスリット5内に配置した導電バー11に誘導電流が流れる。つまり、この場合、導電バー11は、二次コイルとして機能し、固定子20との間で、回転子10を回転させるための始動トルクを発生する。   When driving the motor 100 having the above structure, a three-phase alternating current is passed through the armature winding 22 of the stator 20. As a result, an alternating current whose phase is shifted by 120 ° flows through the armature winding 22, and the magnetic pole generated corresponding to each tooth 24 rotates and moves in the circumferential direction of the stator 20. The conductive bar 11 disposed in the slit 5 of the rotor 10 is in an asynchronous state until the rotor 10 stopped with respect to the stator 20 rotates in synchronization with the rotation of the magnetic poles on the stator 20 side. An induced current flows. That is, in this case, the conductive bar 11 functions as a secondary coil, and generates a starting torque for rotating the rotor 10 with the stator 20.

本実施形態では、導電バー11を回転子10のスリット5の“端部”から離間させてスリット5内に配置したため、導電バー11を“端部”に配置した場合と比較して、回転子10と固定子20との間の隙間Sで生じるスロットルニップルに起因した高調波磁束が導電バー11と鎖交し難く、高調波二次銅損が発生し難い。このため、本実施形態のモータ100では、固定子20側の磁極の回転に回転子10の回転を同期させる同期回転時の二次銅損は、一次銅損の1/10以下であり、効率の低下はほとんど見られなかった。   In this embodiment, since the conductive bar 11 is disposed in the slit 5 so as to be separated from the “end” of the slit 5 of the rotor 10, the rotor is compared with the case where the conductive bar 11 is disposed at the “end”. Harmonic magnetic flux caused by the throttle nipple generated in the gap S between the stator 10 and the stator 20 is difficult to interlink with the conductive bar 11, and harmonic secondary copper loss is unlikely to occur. For this reason, in the motor 100 of this embodiment, the secondary copper loss at the time of synchronous rotation which synchronizes the rotation of the rotor 10 with the rotation of the magnetic pole on the stator 20 side is 1/10 or less of the primary copper loss, and the efficiency There was almost no drop in the.

以下、導電バー11の好適なレイアウトについて説明する。なお、ここでは、スリット5の中央に配置した導電バー11ではなく、スリット5の“端部”近くに配置した2つの導電バー11のレイアウトについて説明する。   Hereinafter, a preferred layout of the conductive bar 11 will be described. Here, the layout of the two conductive bars 11 arranged near the “end” of the slit 5, not the conductive bar 11 arranged in the center of the slit 5, will be described.

モータ100の始動トルクを高めるためには、固定子20から流れ込む磁束が効率よく導電バー11に鎖交する必要があるため、導電バー11は、固定子20に近い回転子10の外周10a近くに配置することが望ましい。よって、本実施形態では、複数のスリット5a、5b、5c、5dのうち比較的固定子20に近いスリット5a、5b内に導電バー11を挿入配置した。しかし、導電バー11を固定子20に近付け過ぎると、上述した高調波磁束が導電バー11と鎖交し易くなり、回転子10の回転に寄与しない不所望な高調波電流が流れてしまう。このため、導電バー11は、上述した高調波磁束に鎖交しないギリギリの位置まで固定子20に近付けてレイアウトすることが望ましい。   In order to increase the starting torque of the motor 100, the magnetic flux flowing from the stator 20 needs to be efficiently linked to the conductive bar 11, so that the conductive bar 11 is close to the outer periphery 10a of the rotor 10 close to the stator 20. It is desirable to arrange. Therefore, in this embodiment, the conductive bar 11 is inserted and disposed in the slits 5a and 5b that are relatively close to the stator 20 among the plurality of slits 5a, 5b, 5c, and 5d. However, if the conductive bar 11 is too close to the stator 20, the above-described harmonic magnetic flux is easily linked to the conductive bar 11, and an undesired harmonic current that does not contribute to the rotation of the rotor 10 flows. For this reason, it is desirable that the conductive bar 11 be laid out close to the stator 20 to the last position where it does not interlink with the above-described harmonic magnetic flux.

よって、本実施形態では、複数のスリット5a、5b、5c、5dのうち比較的固定子20に近いスリット5a、5b内に導電バー11を挿入配置し、且つスリット5a、5bの“端部”から僅かに離間させて導電バー11を配置した。導電バー11を挿入配置するスリットは5a、5bに限らず、5cや5dであっても良いが、スリット5c、5dの“端部”から僅かに離間させて導電バー11を配置する必要がある。   Therefore, in the present embodiment, the conductive bar 11 is inserted and disposed in the slits 5a and 5b that are relatively close to the stator 20 among the plurality of slits 5a, 5b, 5c, and 5d, and the “end portions” of the slits 5a and 5b. The conductive bar 11 was disposed slightly apart from the conductive bar 11. The slit for inserting and arranging the conductive bar 11 is not limited to 5a and 5b, but may be 5c or 5d. However, the conductive bar 11 needs to be arranged slightly spaced from the “end” of the slits 5c and 5d. .

一方、導電バー11を挿入配置するスリット5は、鉄心4を通る磁束の経路をコントロールするための磁気障壁空洞であるため、回転子10の外周10aにできるだけ近い位置までスリット5の両端が伸びていることが望ましい。ここで言うできるだけ近い位置とは、スリット5の“端部”と回転子10の外周10aとの間のブリッジ50の幅が、鉄心4の機械強度を十分確保できる幅より少なくとも大きくなる位置である。   On the other hand, the slit 5 in which the conductive bar 11 is inserted and disposed is a magnetic barrier cavity for controlling the path of the magnetic flux passing through the iron core 4, so that both ends of the slit 5 extend to a position as close as possible to the outer periphery 10 a of the rotor 10. It is desirable. The position as close as possible here is a position where the width of the bridge 50 between the “end” of the slit 5 and the outer periphery 10 a of the rotor 10 is at least larger than the width that can sufficiently secure the mechanical strength of the iron core 4. .

このため、導電バー11を固定子20にできるだけ近付けるように導電バー11をスリット5の“端部”に配置してしまうと、上述した高調波磁束が導電バー11と鎖交し、モータ100の回転に寄与しない高調波電流が流れてしまう。よって、本実施形態では、比較的固定子20に近いスリット5a、5bの“端部”から離間して導電バー11をスリット5a、5b内に配置するようにした。このように、導電バー11をスリット5の“端部”から少なくとも離間させて配置することで、“端部”に配置した場合と比較して、高調波磁束が導電バー11と鎖交する不具合を抑制でき、回転効率の低下を抑制できる。   For this reason, if the conductive bar 11 is arranged at the “end” of the slit 5 so that the conductive bar 11 is as close as possible to the stator 20, the above-described harmonic magnetic flux links with the conductive bar 11, and the motor 100 Harmonic current that does not contribute to rotation flows. Therefore, in this embodiment, the conductive bar 11 is arranged in the slits 5a and 5b so as to be separated from the “ends” of the slits 5a and 5b that are relatively close to the stator 20. In this way, by disposing the conductive bar 11 at least away from the “end” of the slit 5, the harmonic flux is linked to the conductive bar 11 compared to the case where it is arranged at the “end”. Can be suppressed, and a decrease in rotational efficiency can be suppressed.

反面、上述したように、導電バー11を回転子10の外周10aから離し過ぎると、モータ100の始動時における駆動力が小さくなってしまう。よって、導電バー11のスリット5内における配置位置には適正範囲が存在する。   On the other hand, as described above, if the conductive bar 11 is too far away from the outer periphery 10a of the rotor 10, the driving force at the start of the motor 100 will be reduced. Therefore, there is an appropriate range for the arrangement position of the conductive bar 11 in the slit 5.

本実施形態において、モータ100の効率が最も良くなる導電バー11の位置を調べたところ、導電バー11と回転子10の外周10aとの間の距離を鉄心4の半径の5%〜10%にした場合に効率が良好になることがわかった。回転子10の外周10aと導電バー11との間の距離を鉄心4の半径の5%より短くすると、上述した高調波電流が流れ易くなり、10%より長くすると、停止状態の回転子10を回転させるための始動トルクが不十分となる。   In this embodiment, when the position of the conductive bar 11 where the efficiency of the motor 100 is the best is examined, the distance between the conductive bar 11 and the outer periphery 10a of the rotor 10 is set to 5% to 10% of the radius of the iron core 4. It has been found that the efficiency is improved. When the distance between the outer periphery 10a of the rotor 10 and the conductive bar 11 is shorter than 5% of the radius of the iron core 4, the above-described harmonic current is likely to flow. The starting torque for rotation is insufficient.

以上のように、本実施形態によると、回転子10のフラックスバリアスリット5内に導電バー11を位置決め配置して両端を短絡させるだけの簡単な構成の追加により、インバータを用いずに始動でき且つ効率を高めることができる同期リラクタンスモータを提供できる。   As described above, according to this embodiment, it is possible to start without using an inverter by adding a simple configuration in which the conductive bar 11 is positioned and arranged in the flux barrier slit 5 of the rotor 10 and both ends are short-circuited. A synchronous reluctance motor that can increase efficiency can be provided.

導電バー11を設ける代わりに、スリット5の“端部”にスペーサを挿入してスリット5の残りの部分にアルミニウムを充填して、スペーサを取り除くことでも、本実施形態と同様の効果を奏することができる。しかし、本実施形態のように、導電バー11を用いることで、モータ100の組立を容易にでき、製造コストを低減できる。   The same effect as this embodiment can be obtained by inserting a spacer in the “end” of the slit 5 and filling the remaining portion of the slit 5 with aluminum instead of providing the conductive bar 11 and removing the spacer. Can do. However, as in this embodiment, by using the conductive bar 11, the assembly of the motor 100 can be facilitated and the manufacturing cost can be reduced.

また、本実施形態によると、導電バー11と端板6、8を鉄心4に締め付けるための治具として使うこともでき、その分、部品点数を少なくでき、装置の製造コストを低減できる。また、端板6、8を導電バー11の短絡部材として使用でき、その分、部品点数を少なくできる。   In addition, according to the present embodiment, the conductive bar 11 and the end plates 6 and 8 can be used as a jig for tightening the iron core 4, and accordingly, the number of parts can be reduced and the manufacturing cost of the apparatus can be reduced. Further, the end plates 6 and 8 can be used as a short-circuit member for the conductive bar 11, and the number of parts can be reduced accordingly.

また、本実施形態によると、導電バー11をスリット5の内壁に対して非接触状態で配置するようにしたため、モータ100の回転によって導電バー11が振動したり撓んだりした場合であっても、導電バー11がスリット5の内壁に接触して摩耗することを防止でき、モータ100の使用寿命を延長できる。   Further, according to the present embodiment, since the conductive bar 11 is arranged in a non-contact state with respect to the inner wall of the slit 5, even when the conductive bar 11 vibrates or bends due to the rotation of the motor 100. The conductive bar 11 can be prevented from being in contact with the inner wall of the slit 5 and worn, and the service life of the motor 100 can be extended.

ところで、各スリット5a、5bの中央に配置した導電バー11は、回転子10の外周10aから回転子10の半径の10%を超える位置に配置されている。つまり、この導電バー11は、少なくとも、回転子10の外周10aから回転子10の半径の5%離れた位置より回転軸1寄りに配置されている。このため、この導電バー11には、少なくとも上述した高調波磁束が作用することがなく、この導電バー11を設けることでモータ100の効率が低下することはない。一方で、この中央の導電バー11は、モータ100の上述した始動トルクに全く寄与しない訳ではなく、この導電バー11を設けることで、始動トルクを僅かに大きくすることができる。従って、この中央の導電バー11は、発明に必須の構成ではないが、スリット5a、5b内に配置しても良い。   By the way, the conductive bar 11 disposed at the center of each of the slits 5 a and 5 b is disposed at a position exceeding 10% of the radius of the rotor 10 from the outer periphery 10 a of the rotor 10. That is, the conductive bar 11 is disposed closer to the rotating shaft 1 than at least 5% of the radius of the rotor 10 from the outer periphery 10a of the rotor 10. For this reason, at least the above-described harmonic magnetic flux does not act on the conductive bar 11, and the efficiency of the motor 100 is not lowered by providing the conductive bar 11. On the other hand, the conductive bar 11 in the center does not contribute to the above-described starting torque of the motor 100 at all, and the starting torque can be slightly increased by providing the conductive bar 11. Accordingly, the central conductive bar 11 is not essential for the invention, but may be disposed in the slits 5a and 5b.

次に、第2の実施形態について、図5乃至図7を参照して説明する。図5は、第2の実施形態に係る同期リラクタンスモータ200(以下、単に、モータ200と称する)の要部断面図であり、図6は、モータ200の側面図であり、図7は、モータ200の回転子10の端板6を軸方向から見た正面図である。   Next, a second embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 5 is a cross-sectional view of a main part of a synchronous reluctance motor 200 (hereinafter simply referred to as the motor 200) according to the second embodiment, FIG. 6 is a side view of the motor 200, and FIG. It is the front view which looked at the end plate 6 of the rotor 10 of 200 from the axial direction.

なお、図5および図7は、それぞれ、図1および図4に対応するものであり、実際のモータ200を4等分した中心角90°分の構成を示すものである。以下の説明では、上述した第1の実施形態のモータ100と同様に機能する構成要素には同一符号を付してその詳細な説明を省略する。   5 and 7 correspond to FIG. 1 and FIG. 4, respectively, and show a configuration for a central angle of 90 ° obtained by dividing the actual motor 200 into four equal parts. In the following description, the same reference numerals are given to components that function in the same manner as the motor 100 of the first embodiment described above, and detailed description thereof is omitted.

本実施形態のモータ200は、スリット5内に導電バー11を配置する代わりに、スリット5から外れた位置で鉄心4を軸方向に貫通する複数本の導電バー31を設けた構造を有する。   The motor 200 of the present embodiment has a structure in which a plurality of conductive bars 31 penetrating the iron core 4 in the axial direction are provided at positions away from the slits 5 instead of disposing the conductive bars 11 in the slits 5.

鉄心4には、複数本の導電バー31を挿通するため、スリット5とは別に、複数の挿通孔32(取付孔)が軸方向に延設されている。導電バー31は、鉄やパーメンジュールなどの高透磁率材料により形成されることが望ましい。本実施形態の導電バー31は、磁束が通る経路上に配置されるため、磁束の流れを妨げることのない磁性導電部材により形成する必要がある。各導電バー31は、対応する挿通孔32に対して隙間無く挿通配置される。   In order to insert a plurality of conductive bars 31 through the iron core 4, apart from the slits 5, a plurality of insertion holes 32 (attachment holes) are extended in the axial direction. The conductive bar 31 is preferably formed of a high magnetic permeability material such as iron or permendur. Since the conductive bar 31 of this embodiment is disposed on a path through which the magnetic flux passes, it must be formed of a magnetic conductive member that does not hinder the flow of the magnetic flux. Each conductive bar 31 is inserted and arranged without a gap with respect to the corresponding insertion hole 32.

挿通孔32は、導電バー31を受け入れない状態では、スリット5と同様にフラックスバリアとして機能する。しかし、磁性導電部材により形成した導電バー31を挿通孔32内に隙間無く挿通配置することで、導電バー31が鉄心4と一体になり、導電バー31が磁気障壁となることはない。   The insertion hole 32 functions as a flux barrier in the same manner as the slit 5 in a state where the conductive bar 31 is not received. However, the conductive bar 31 formed by the magnetic conductive member is inserted and disposed in the insertion hole 32 without any gap, so that the conductive bar 31 is integrated with the iron core 4 and the conductive bar 31 does not become a magnetic barrier.

複数本の導電バー31の軸方向の両端部は、端板6、8に接続されて短絡されている。つまり、これら複数本の導電バー31は、端板6、8とともに二次コイルとして機能する。導電バー31の端部の固定構造は上述した第1の実施形態と同様である。なお、図7では、図示明瞭化のため、この固定構造の図示を省略してある。   Both ends in the axial direction of the plurality of conductive bars 31 are connected to the end plates 6 and 8 and are short-circuited. That is, the plurality of conductive bars 31 function as secondary coils together with the end plates 6 and 8. The fixing structure of the end of the conductive bar 31 is the same as that of the first embodiment described above. In FIG. 7, the fixing structure is not shown for clarity.

導電バー31は、図示のように、スリット5から外れたあらゆる位置にレイアウトすることができるが、第1の実施形態と同様に、回転子10の外周10aに近い位置にレイアウトすることが望ましい。しかし、本実施形態の導電バー31も、不所望な高調波電流が流れない好適な距離で、回転子10の外周10aから内側に離間させることが望ましい。よって、本実施形態でも、回転子10の外周10aと導電バー31との間の距離を、回転子10の半径の5%〜10%の距離に設定した。   As shown in the drawing, the conductive bar 31 can be laid out at any position away from the slit 5, but it is desirable to lay out at a position close to the outer periphery 10 a of the rotor 10 as in the first embodiment. However, it is desirable that the conductive bar 31 of the present embodiment is also spaced inward from the outer periphery 10a of the rotor 10 by a suitable distance that does not allow an undesired harmonic current to flow. Therefore, also in this embodiment, the distance between the outer periphery 10a of the rotor 10 and the conductive bar 31 is set to a distance of 5% to 10% of the radius of the rotor 10.

以上のように、第2の実施形態においても、上述した第1の実施形態と同様の効果を奏することができる。つまり、本実施形態においても、インバータを用いずに始動でき且つモータ効率を高めることができる同期リラクタンスモータを提供できる。   As described above, also in the second embodiment, the same effect as in the first embodiment described above can be obtained. That is, also in this embodiment, it is possible to provide a synchronous reluctance motor that can be started without using an inverter and that can increase motor efficiency.

また、本実施形態においても、回転子10の回転が固定子20側の磁極の回転に同期していない非同期状態において、導電バー31に誘導電流が流れる。この誘導電流は、導電バー31の周辺に短絡磁束(導電バー31のみに鎖交する磁束)を発生させ、導電バー31の周辺部を磁気飽和させる。この磁気飽和により、q軸磁路の磁気抵抗が高くなり、突極比が小さくなる。   Also in the present embodiment, an induced current flows through the conductive bar 31 in an asynchronous state where the rotation of the rotor 10 is not synchronized with the rotation of the magnetic pole on the stator 20 side. This induced current generates a short-circuit magnetic flux (magnetic flux linked only to the conductive bar 31) around the conductive bar 31, and magnetically saturates the peripheral portion of the conductive bar 31. This magnetic saturation increases the magnetoresistance of the q-axis magnetic path and decreases the salient pole ratio.

一方、モータの始動時(固定子の回転磁界の速度に対して回転子の回転速度が遅い場合)には、回転子の突極性に起因した逆相電流が流れて、回転子の回転数が同期速度の1/2以上となる回転数では、始動トルクを妨げる方向にトルクを発生させる。これに対し、本実施形態のように鉄心4に導電バー31を埋め込むと、始動時の突極比が小さくなるため、逆相電流が緩和され、始動トルクの低下が抑えられる。なお、同期運転時には、導電バー31には電流がほとんど流れないため、突極比が低下することはなく、特性(トルクや力率)は低下しない。また、回転子10の外周10aと導電バー31との間の距離が鉄心4の半径の5%以上あれば、高調波損失もほとんど発生せず、モータ効率が低下することはない。   On the other hand, when the motor is started (when the rotational speed of the rotor is slow relative to the speed of the rotating magnetic field of the stator), a reverse-phase current flows due to the saliency of the rotor, and the rotational speed of the rotor is reduced. At a rotational speed that is 1/2 or more of the synchronous speed, torque is generated in a direction that hinders the starting torque. On the other hand, when the conductive bar 31 is embedded in the iron core 4 as in the present embodiment, the salient pole ratio at the time of starting becomes small, so that the reverse phase current is relaxed and the reduction in starting torque is suppressed. During synchronous operation, almost no current flows through the conductive bar 31, so the salient pole ratio does not decrease and the characteristics (torque and power factor) do not decrease. If the distance between the outer periphery 10a of the rotor 10 and the conductive bar 31 is 5% or more of the radius of the iron core 4, almost no harmonic loss occurs and the motor efficiency does not decrease.

つまり、本実施形態によると、始動時の突極比に起因した逆相電流を低減することができ、モータ200の始動トルクの低下を抑制できる。   That is, according to the present embodiment, the reverse-phase current due to the salient pole ratio at the time of starting can be reduced, and a decrease in the starting torque of the motor 200 can be suppressed.

いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。   Although several embodiments have been described, these embodiments have been presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and their modifications are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

例えば、上述した第1および第2の実施形態を組み合わせて、スリット5内に導電バー11を配置するとともに鉄心4を貫通する導電バー31を設けてもよい。いずれにしても、導電バー11、31は、回転子10の外周10aから所定距離(回転子10の半径の5%〜10%)内側に離れた位置に配置する必要がある。   For example, by combining the first and second embodiments described above, the conductive bar 11 may be provided in the slit 5 and the conductive bar 31 penetrating the iron core 4 may be provided. In any case, the conductive bars 11 and 31 need to be disposed at a position away from the outer periphery 10a of the rotor 10 by a predetermined distance (5% to 10% of the radius of the rotor 10).

1…回転軸、2…磁性部材、4…鉄心、5、5a、5b、5c、5d…フラックスバリアスリット、6、8…端板、6b、8b…固定孔、10…回転子、11、31…導電バー、12…L字金具、20…固定子、21…固定子鉄心、22…電機子巻線、23…スロット、24…ティース、32…挿通孔、50…ブリッジ、100、200…同期リラクタンスモータ。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Rotating shaft, 2 ... Magnetic member, 4 ... Iron core 5, 5a, 5b, 5c, 5d ... Flux barrier slit, 6, 8 ... End plate, 6b, 8b ... Fixed hole, 10 ... Rotor, 11, 31 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Conductive bar, 12 ... L-shaped metal fitting, 20 ... Stator, 21 ... Stator iron core, 22 ... Armature winding, 23 ... Slot, 24 ... Teeth, 32 ... Insertion hole, 50 ... Bridge, 100, 200 ... Synchronous Reluctance motor.

Claims (5)

円柱状の鉄心を軸方向に貫通した磁気障壁空洞を有する回転子と、
この回転子の外側に隙間を介して同軸に配置され、上記回転子に対向し周方向に離間した複数のスロット、およびこれら複数のスロットに設けた一次コイルを有する固定子と、
上記回転子の外周から該回転子の半径の5%〜10%内側に離間して配置された導電部材を含む二次コイルと、
を有する同期リラクタンスモータ。
A rotor having a magnetic barrier cavity penetrating a cylindrical iron core in the axial direction;
A stator having a plurality of slots arranged coaxially with a gap on the outside of the rotor, facing the rotor and spaced apart in the circumferential direction, and a primary coil provided in the plurality of slots,
A secondary coil including a conductive member arranged to be separated from the outer periphery of the rotor by 5% to 10% of the radius of the rotor;
Synchronous reluctance motor.
上記導電部材は、上記回転子の外周に近い上記磁気障壁空洞の端部から離間して該磁気障壁空洞内に配置された非磁性の導電バーを含む、
請求項1の同期リラクタンスモータ。
The conductive member includes a non-magnetic conductive bar disposed in the magnetic barrier cavity spaced from an end of the magnetic barrier cavity close to the outer periphery of the rotor;
The synchronous reluctance motor according to claim 1.
上記鉄心は、複数枚の磁性部材をその軸方向に重ねた構造を有し、
上記鉄心の上記軸方向両端にそれぞれ対向して配置され、上記複数枚の磁性部材を軸方向に挟んで固定するとともに、上記導電バーの軸方向両端を固定して短絡する、一対の短絡部材をさらに有する、
請求項2の同期リラクタンスモータ。
The iron core has a structure in which a plurality of magnetic members are stacked in the axial direction,
A pair of short-circuit members that are arranged to face both axial ends of the iron core, fix the plurality of magnetic members sandwiched in the axial direction, and fix and short-circuit the axial ends of the conductive bar. In addition,
The synchronous reluctance motor according to claim 2.
上記導電バーに対して上記鉄心の径方向の外側に配置され、上記導電バーを上記短絡部材に固定する固定具をさらに有する、
請求項3の同期リラクタンスモータ。
It further includes a fixture that is disposed on the outer side of the iron core in the radial direction with respect to the conductive bar, and fixes the conductive bar to the short-circuit member.
The synchronous reluctance motor according to claim 3.
上記磁気障壁空洞とは別に上記鉄心を軸方向に貫通した取付孔をさらに有し、
上記導電部材は、上記取付孔内に配置した磁性導電部材を含む、
請求項1または請求項2の同期リラクタンスモータ。
In addition to the magnetic barrier cavity, it further has a mounting hole penetrating the iron core in the axial direction,
The conductive member includes a magnetic conductive member disposed in the mounting hole.
The synchronous reluctance motor according to claim 1 or 2.
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