JP6861808B2 - ステータ、電動機、圧縮機および空気調和装置 - Google Patents

Description

本発明は、ステータ、電動機、圧縮機および空気調和装置に関する。

電動機におけるステータの巻線の巻き方には、集中巻と分布巻とがある。空気調和装置等に用いられる電動機では、集中巻よりも騒音および振動の抑制に有利な分布巻が多く用いられる。分布巻の中では同心巻が多く用いられるが、コイルエンド部を小さくできる点で、同心巻よりも波巻が有利である。波巻の場合、コイルエンド部で巻線を折り返す必要があるため、巻線には高い強度が求められる。

分布巻用の巻線としては、平角導体を磁性体層で覆い、さらに絶縁被膜で覆った巻線が知られている（特許文献１）。また、複数の銅線を束ねて絶縁被膜で覆った集合巻線も知られている（特許文献２）。また、平角導体を熱硬化性樹脂被膜で覆い、さらにその周囲を熱可塑性樹脂被膜で覆った巻線も知られている（特許文献３）。

特許第５７４２８０５号公報（図３参照） 特開２０１６−８５８４６号公報（図３参照） 特開２０１６−１１１７３２号公報（図１参照）

ここで、巻線の強度を高めるためには、巻線の断面積を大きくする必要がある。巻線の断面積を大きくすると、電動機の回転数に応じて電気周波数が高くなった場合に、表皮効果によって電流が導体表面に集中し、実効抵抗（すなわち銅損）が増加して、電動機効率の低下を招く可能性がある。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、巻線の強度を高めると共に、実効抵抗を低減することを目的とする。

本発明のステータは、ステータコアと、ステータコアに波巻で巻かれた巻線とを備える。巻線は、複数の被覆線材の集合体と、この集合体の周囲を覆い、熱硬化性樹脂を含み、厚さが０．１ｍｍ以上、０．２ｍｍ以下の外側被膜とを有する。当該複数の被覆線材は、いずれも、導体と、導体の周囲を覆い、厚さが３０μｍ以上、５０μｍ以下の絶縁膜とを有する。複数の被覆線材は、いずれも、線幅が１．５ｍｍ以下である。外側被膜は、熱硬化性樹脂としての不飽和ポリエステル樹脂にガラス繊維を添加したものであり、複数の被覆線材のうち隣り合う被覆線材の間に入り込むように形成されている。

本発明では、導体と絶縁膜とを有する線幅１．５ｍｍ以下の複数の被覆線材を、熱硬化性樹脂の外側被膜で覆って巻線を構成しているため、巻線の強度を向上すると共に、表皮効果を抑制して実効抵抗を低減することができる。

実施の形態１の電動機を示す断面図である。 実施の形態１の巻線を巻き付けていない電動機を示す斜視図である。 実施の形態１の巻線を巻き付けた電動機を示す斜視図である。 実施の形態１の電動機の各部の寸法を説明するための模式図（Ａ）およびティースの周囲を拡大して示す模式図（Ｂ）である。 実施の形態１の巻線の断面構造を示す断面図である。 実施の形態１の巻線と端子部とを示す断面図である。 実施の形態１の巻線を示す斜視図である。 実施の形態１の巻線の一部を拡大して示す模式図である。 実施の形態１の巻線の１本の巻線部分を示す斜視図である。 実施の形態１の巻線の２本の巻線部分を示す斜視図である。 実施の形態１のステータの同一スロットに挿入される巻線部分を示す斜視図である。 比較例の巻線を示す断面図である。 実施の形態１の巻線および比較例の巻線の電流密度分布を比較して示すグラフである。 実施の形態１の巻線および比較例の巻線の電流密度分布を比較して示すグラフである。 実施の形態１の巻線および比較例の巻線の実効抵抗を比較して示すグラフである。 第１の変形例の巻線の断面構造を示す断面図である。 第２の変形例の巻線の断面構造を示す断面図である。 第３の変形例の巻線の断面構造を示す断面図である。 第４、第５および第６の変形例の巻線の断面構造を示す断面図（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）である。 実施の形態１の電動機を適用した圧縮機を示す縦断面図である。 図２０の圧縮機を備えた空気調和装置を示す図である。

実施の形態１．
＜電動機の構成＞
図１は、実施の形態１の電動機１００を示す断面図である。この電動機１００は、ブラシレスＤＣモータであり、後述する圧縮機５００（図２０）に用いられる。また、この電動機１００は、ロータ３に永久磁石３２を埋め込んだ永久磁石埋込型の電動機である。

電動機１００は、ステータ１と、ステータ１の内側に回転可能に設けられたロータ３とを有する。ステータ１とロータ３との間には、エアギャップが設けられている。また、ステータ１は、圧縮機５００の円筒状のシェル４に組み込まれている。

ロータ３は、円筒状のロータコア３０と、ロータコア３０に取り付けられた永久磁石３２とを有する。ロータコア３０は、例えば厚さ０．２５〜０．５ｍｍの電磁鋼板を回転軸の方向に積層し、カシメ等により固定したものである。ロータコア３０の径方向の中心には、円形のシャフト孔３４が形成されている。シャフト孔には、回転軸であるシャフト３５が圧入によって固定されている。シャフト３５の中心軸である軸線Ｃ１は、ロータ３の回転軸をなしている。

以下では、シャフト３５の軸線Ｃ１の方向を、「軸方向」と称する。また、軸線Ｃ１を中心とする円周方向（図１に矢印Ｒ１で示す）を、「周方向」と称する。軸線Ｃ１を中心とする半径方向を、「径方向」と称する。

ロータコア３０の外周に沿って、複数の磁石挿入孔３１が、周方向に等間隔に形成されている。磁石挿入孔３１の数は、ここでは４個である。磁石挿入孔３１は、ロータコア３０を軸方向に貫通している。また、磁石挿入孔３１は、ロータコア３０の外周面に沿って、直線状に延在している。

磁石挿入孔３１の内部には、永久磁石３２が配置されている。永久磁石３２は、軸方向に長さを有し、周方向に幅を有し、径方向に厚さを有する平板状の部材である。１つの磁石挿入孔３１には、１つの永久磁石３２が配置されている。但し、１つの磁石挿入孔３１に、複数の永久磁石３２が配置された構成も可能である。

ここでは、ロータ３の極数Ｐは、４である。但し、ロータ３の極数Ｐは、４に限定されるものではなく、２以上であればよい。また、ここでは、１つの磁極に１つの磁石挿入孔３１および１つの永久磁石３２が対応しているが、１つの磁極に複数の磁石挿入孔３１が対応していてもよく、また、１つの磁極に複数の永久磁石３２が対応していてもよい。

磁石挿入孔３１の周方向の中心は、極中心となる。ここでは、磁石挿入孔３１は、極中心を通る径方向の直線（磁極中心線とも称する）に直交する方向に延在している。隣り合う磁石挿入孔３１の間は、極間である。

永久磁石３２は、ネオジウム（Ｎｄ）、鉄（Ｆｅ）、ボロン（Ｂ）およびディスプロシウム（Ｄｙ）を含む希土類焼結磁石で構成される。希土類焼結磁石は、残留磁束密度および保磁力が高いため、所望の出力を得るために必要なロータ３の軸方向の長さを小さくすることができる。

永久磁石３２は、また、酸化鉄を含むフェライト焼結磁石で構成してもよい。フェライト焼結磁石の残留磁束密度および保磁力は、いずれも希土類焼結磁石よりも低いが、材料が安価で調達の安定性が高いため、製造コストを低減できるメリットがある。

それぞれの永久磁石３２は、径方向外側と径方向内側とが反対の磁極を有するように着磁されている。また、周方向に隣り合う永久磁石３２は、互いに反対の磁極を外周側に向けている。

磁石挿入孔３１の周方向の両端には、フラックスバリア３３がそれぞれ形成されている。フラックスバリア３３は、磁石挿入孔３１の周方向端部からロータコア３０の外周に向けて径方向に延在する空隙である。フラックスバリア３３は、隣り合う磁極間の漏れ磁束（すなわち極間を通って流れる磁束）を抑制するために設けられる。

＜ステータの構成＞
ステータ１は、ステータコア１０と、ステータコア１０に波巻で巻かれた巻線２（図３）とを有する。ステータコア１０は、例えば厚さ０．２５〜０．５ｍｍの電磁鋼板を軸方向に積層し、カシメ部１７により固定したものである。

ステータコア１０は、環状のヨーク部１１と、ヨーク部１１から径方向内側に延在する複数のティース１２とを有する。図１に示した例では、ティース１２の数は、３６である。ティース１２の幅（周方向の長さ）は、ティース１２の先端に近づくほど、すなわち径方向内側ほど狭くなる。

周方向に隣り合うティース１２の間に、スロット１３が形成される。スロット１３は、ティース１２に巻かれる巻線２を収容する部分であり、径方向に延在している。スロット１３の数は、ティース１２の数と同じであり、スロット数Ｓと称する。図１に示した例では、スロット数Ｓは３６であり、ロータ３の１磁極に９個のスロット１３が対応している。

３相分布巻の場合には、スロット数Ｓは、極数Ｐの３ｎ（ｎは自然数）倍となる。そのため、極数Ｐに対するスロット数Ｓの比（割合）Ｓ／Ｐは、例えば３、６、９、１２、１５等となる。

ステータコア１０には、ステータコア１０を軸方向に貫通する貫通穴１５が形成されている。貫通穴１５は、ヨーク部１１において、周方向の複数箇所に形成されている。ここでは、６個の貫通穴１５が、周方向に等間隔に配置されている。貫通穴１５は、冷媒を軸方向に通過させる冷媒通路を構成する。また、貫通穴１５は、リベットを挿通するリベット穴としても用いてもよい。貫通穴１５の断面形状は、ここでは円形であるが、円形に限定されるものではない。

図２は、ステータコア１０に巻線２を巻き付けていない状態の電動機１００を示す斜視図である。図２に示すように、ステータコア１０のヨーク部１１は、円筒状の外周面１８を有し、この外周面１８が円筒状のシェル４の内周面４１に嵌合している。

ステータコア１０の外周面１８には、切欠き部１６が形成されている。切欠き部１６は、円筒状の外周面１８を、軸線Ｃ１に平行な平面で切り欠いたものである。切欠き部１６は、ヨーク部１１において、周方向の複数箇所に形成されている。ここでは、６個の切欠き部１６が、周方向に等間隔に配置されている。切欠き部１６は、シェル４の内周面４１との間に、冷媒を軸方向に通過させる冷媒通路を構成する。

また、ステータコア１０の電磁鋼板を互いに固定するカシメ部１７は、ヨーク部１１に形成されている。カシメ部１７によって磁束の流れを妨げないようにするためである。

図３は、ステータコア１０に巻線２を巻き付けた電動機１００を示す斜視図である。巻線２は、ステータコア１０の３６個のティース１２に、波巻で巻き付けられる。巻線２は、波巻で巻かれているため、ティース１２から径方向外側への突出量が少ない。そのため、巻線２は、貫通穴１５および切欠き部１６を通過する冷媒の流れを妨げることがない。

また、巻線２が波巻で巻かれているため、同心巻で巻かれた場合と比較して、巻線２のステータコア１０からの軸方向の突出量も少ない。すなわち、巻線２の全長のうち、駆動力の発生に寄与しないコイルエンド部が小さいため、より少ない電流で所望のトルクを得ることができ、電動機効率が向上する。また、巻線２の軸方向の突出量が少ないため、電動機１００の軸方向の長さが短い。

図４（Ａ）は、電動機１００の各部の寸法を説明するための模式図である。ステータ１の直径、すなわちステータコア１０の直径Ｄ１は、シェル４の内周面４１に嵌合する長さに設定されている。ロータ３の直径（すなわちロータコア３０の直径）Ｄ２は、例えば、６０ｍｍ〜１２０ｍｍである。

図４（Ｂ）は、ステータ１の一部を拡大して示す模式図である。上記の通り、ティース１２の幅は、ティース１２の先端部１２ａに近づくほど狭くなる。ティース１２の先端部１２ａ（径方向の内側端部）での幅をＷ１とし、ティース１２の根元部１２ｂ（径方向の外側端部）での幅をＷ２とすると、Ｗ１＜Ｗ２が成り立つ。

ティース１２の径方向の長さ（すなわち根元部１２ｂから先端部１２ａまでの距離）を、Ｈ１とする。Ｈ１は、スロット１３の長さでもある。また、ティース１２の根元部１２ｂからヨーク部１１の外周面１８までの距離（ヨーク幅）を、Ｈ２とする。ヨーク幅Ｈ２は、ヨーク部１１内を周方向に流れる磁路の幅である。

スロット１３には、巻線２が一列に配列される。スロット１３の周方向の幅Ｗｓは、巻線２が一列に配列される程度の幅に設定される。すなわち、スロット１３は、周方向の幅Ｗｓおよび径方向の長さＨ１を有する長方形形状を有する。スロット１３の径方向内側の端部は、巻線２を挿入する開口部１３ａであり、径方向外側の端部は、終端部１３ｂである。

＜巻線の構成＞
次に、巻線２について説明する。図５は、巻線２の断面構造を示す断面図である。図５に示すように、巻線２は、４本の被覆線材５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄを２行２列に配置した集合体と、この集合体を覆う外側被膜６とを有する。なお、被覆線材５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄは、被覆線材５と総称する。

被覆線材５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄの断面形状は、いずれも正方形である。被覆線材５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄのそれぞれの線幅は、正方形の１辺の長さＬで定義され、１．０〜１．５ｍｍである。

被覆線材５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄは、導体５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄと、導体５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄのそれぞれの周囲を覆う絶縁膜５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄとを有する。

導体５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄの断面形状は、いずれも正方形である。導体５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄは、銅またはアルミニウムで構成されている。なお、導体５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄは、導体５１と総称する。

絶縁膜５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄのそれぞれの厚さは、例えば３０〜５０μｍである。絶縁膜５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄは、電気絶縁性を有するものであり、例えば、ポリエステルイミドまたはポリアミドイミドで構成されている。なお、絶縁膜５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄは、絶縁膜５２と総称する。

外側被膜６の厚さは、例えば０．１〜０．２ｍｍである。外側被膜６は、例えば、不飽和ポリエステル樹脂で構成されている。また、強度を高めるため、不飽和ポリエステル樹脂にガラス繊維を添加することが望ましい。不飽和ポリエステル樹脂は複雑形状への変形が容易であり、作業性に優れるため、波巻の巻線作業に適している。

なお、図５では、外側被膜６が、隣り合う被覆線材５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄの間にも入り込んでいるが、このような構成に限らず、被覆線材５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄを周囲から覆っていればよい。

このように巻線２が４本の被覆線材５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄの集合体で構成され、さらに外側被膜６に覆われているため、巻線２をコイルエンド部で折り曲げても破損しないような高い強度が得られ、また高い耐熱性が得られる。

また、被覆線材５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄの導体５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄは、絶縁膜５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄによって互いに絶縁されている。導体５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄの個々の断面積が小さいため、表皮効果による実効抵抗の増加（すなわち銅損の増加）が抑制される。

図６は、巻線２と、巻線２に接続される端子部８とを示す図である。端子部８は、被覆線材５ａ，５ｂの導体５１ａ，５１ｂに接続される接続部８１と、被覆線材５ｃ，５ｄの導体５１ｃ，５１ｄに接続される接続部８２と、接続部８１，８２を支持する支持部８３とを有する。

なお、接続部８１と導体５１ａ，５１ｂとが接触する部分では、導通を確保するため、絶縁膜５２ａ，５２ｂの一部および外側被膜６の一部が除去されている。同様に、接続部８２と導体５１ｃ，５１ｄとが接触する部分では、導通を確保するため、絶縁膜５２ｃ，５２ｄの一部および外側被膜６の一部が除去されている。

図７は、波巻で巻かれた巻線２のみを取り出して示す模式図である。巻線２は、スロット１３（図１）内に挿入される直線部２２と、ロータコア３０の軸方向の一端面で周方向に延在するコイルエンド部２１と、ロータコア３０の軸方向の他端面で周方向に延在するコイルエンド部２３とを有する。ここでは、１つのスロット１３（図１）に、巻線２の８本の巻線部分２０が挿入されているものとする。

図８は、巻線２のコイルエンド部２１の一部を拡大して示す図である。コイルエンド部２１では、径方向の同じ巻き付け位置（例えば最内周位置）に、９本の巻線部分２０が、１スロット分ずつ周方向位置をずらしながら巻き回されている。最内周に巻かれた９本の巻線部分２０のうちの３本を、巻線部分２０ａ，２０ｂ，２０ｃとする。

図９は、１本の巻線部分２０ａを取り出して示す模式図である。巻線部分２０ａは、２つのコイルエンド部２１ａと、４つの直線部２２ａと、２つのコイルエンド部２３ａとを有する。巻線部分２０ａは、９個のティース１２にまたがるように巻き回される。すなわち、巻線部分２０ａの直線部２２ａは、９個おきのスロット１３に挿入される。

コイルエンド部２１ａは、直線部２２ａの軸方向一端（図９における上端）同士をつなぐように延在し、コイルエンド部２３ａは、直線部２２ａの軸方向他端（図９における下端）同士をつなぐように延在する。コイルエンド部２１ａとコイルエンド部２３ａとは、軸線Ｃ１を中心とする周方向に交互に配置されている。

コイルエンド部２１ａの周方向の中心部には、径方向に変位量Ｅ１だけ変位するノーズ部２５ａが設けられている。コイルエンド部２１ａは、図９に矢印Ａ１で示すように軸線Ｃ１を中心とする時計回りに周方向に延在し、ノーズ部２５ａで径方向内側に変位量Ｅ１だけ変位して、再び矢印Ａ１で示す方向に延在する。

また、コイルエンド部２３ａの周方向の中心部には、径方向に変位量Ｅ１だけ変位するノーズ部２６ａが設けられている。コイルエンド部２３ａは、図９に矢印Ａ２で示すように軸線Ｃ１を中心とする時計回りに周方向に延在し、ノーズ部２６ａで径方向外側に変位量Ｅ１だけ変位して、再び矢印Ａ２で示す方向に延在する。

図１０は、２本の巻線部分２０ａ，２０ｂを示す模式図である。巻線部分２０ａと同様に、巻線部分２０ｂは、２つのコイルエンド部２１ｂと、４つの直線部２２ｂと、２つのコイルエンド部２３ｂとを有する。

巻線部分２０ｂの直線部２２ｂは、巻線部分２０ａの直線部２２ａに対して、軸線Ｃ１を中心とする時計回りに１スロット分だけシフトした位置にある。コイルエンド部２１ｂ，２３ｂの周方向の中心部には、コイルエンド部２１ａ，２３ａのノーズ部２５ａ，２６ａと同様に、ノーズ部２５ｂ，２６ｂがそれぞれ形成されている。

巻線部分２０ａ，２０ｂのコイルエンド部２１ａ，２１ｂは、軸方向に重なり合って周方向に延在し、ノーズ部２５ａ，２５ｂを経て上下（軸方向の位置関係）が逆転する。同様に、巻線部分２０ａ，２０ｂのコイルエンド部２３ａ，２３ｂは、軸方向に重なり合って周方向に延在し、ノーズ部２６ａ，２６ｂを経て上下が逆転する。そのため、巻線部分２０ａ，２０ｂの直線部２２ａ，２２ｂを、互いに干渉することなく、隣り合うスロット１３（図１）に挿入することができる。

図１０には、２本の巻線部分２０ａ，２０ｂのみを示しているが、巻線部分２０ａ，２０ｂと同じ径方向の巻き付け位置（例えば最内周位置）に、これらを含む合計９本の巻線部分２０が巻き回される。すなわち、ステータコア１０の３６個の全てのスロット１３に、巻線２の直線部２２が挿入される。

図１１は、図９に示した巻線部分２０ａと同じスロット１３に挿入される合計８本の巻線部分２０を示す模式図である。８本の巻線部分２０は、径方向に等間隔に巻き回されている。このように、巻線部分２０を周方向に１スロット分だけずらして巻き回し（図１０）、また径方向にも巻き回すことにより、図７に示した波巻の巻線２が形成される。

なお、１つのスロット１３に挿入される巻線部分２０の数、および巻線部分２０がまたがるティース１２の数は、図７〜図１１に示した例に限定されるものではなく、極数Ｐおよびスロット数Ｓに応じて任意に設定することができる。

このように巻線２を波巻で巻く場合には、図１１に示したノーズ部２５，２６のように、巻線２をコイルエンド部２１，２３で折り曲げる必要がある。この実施の形態１の巻線２は、図５に示すように被覆線材５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄの集合体を外側被膜６で覆った構成により高い強度を有するため、折り曲げによる巻線２の破損を防止することができる。

＜比較例＞
次に、比較例の巻線２Ｇについて説明する。図１２は、比較例の巻線２Ｇを示す断面図である。比較例の巻線２Ｇは、断面が正方形の１本の導体５０と、その周囲を覆う絶縁膜６０とを有する。導体５０の線幅（すなわち１辺の長さ）は、図５に示した導体５１の線幅（１ｍｍ〜１．５ｍｍ）の２倍である。

＜巻線断面における電流密度分布の均一化＞
次に、この実施の形態１による巻線断面における電流密度の均一化効果（すなわち表皮効果の抑制効果）について説明する。図１３は、図１２に示した比較例の巻線２Ｇの導体５０の線幅を２ｍｍとした場合の巻線断面内の電流密度分布を示すグラフである。図１３の横軸は導体５０の断面内における位置を示し、縦軸は電流密度を示す。

電流密度は、磁界解析により、導体５０の内部の電位分布が均一であるという前提で計算したものである。電気周波数は、６０Ｈｚおよび３６０Ｈｚの２通りとしている。電流密度は、導体５０の表面（外周面）における電流密度を１とし、これに対する比率（％）で表している。

図１３から、電気周波数が６０Ｈｚの場合には、導体５０の表面（位置０ｍｍ、２ｍｍ）と導体５０の中心（位置１ｍｍ）とで、電流密度の大きな違いは見られない。これに対し、電気周波数が３６０Ｈｚの場合には、導体５０の表面の電流密度に対して、導体５０の中心の電流密度が０．３％低下している。これは高周波数帯での表皮効果によるものと考えられる。

図１４は、図５に示した実施の形態１の巻線２の導体５１の線幅を１ｍｍとした場合の巻線断面内の電流密度分布を示すグラフである。図１４の横軸は導体５１の断面内における位置を示し、縦軸は電流密度を示す。電流密度は、上記のように磁界解析により求めたものである。電気周波数は、６０Ｈｚおよび３６０Ｈｚの２通りとしている。電流密度は、導体５１の表面における電流密度を１とし、これに対する比率（％）で表している。

図１４から、電気周波数が６０Ｈｚの場合には、導体５１の表面（位置０ｍｍ、２ｍｍ）と導体５１の中心（位置１ｍｍ）とで、電流密度の違いは見られない。また、電気周波数が３６０Ｈｚの場合には、導体５１の表面の電流密度に対する導体５１の中心の電流密度の低下は０．０５％にとどまっている。すなわち、実施の形態１では、高周波数帯における表皮効果が抑制されていることが分かる。

図１５は、比較例と実施の形態１とで、実効抵抗（銅損）の増加率を対比して示すグラフである。実効抵抗の増加率は、導体に直流電流を流した場合を基準とし、６０Ｈｚおよび３６０Ｈｚの交流電流を流した場合の増加率（％）である。

図１５から、比較例では、電気周波数が３６０Ｈｚの場合に２．０６％の実効抵抗の増加が見られるのに対し、実施の形態１では、同じ３６０Ｈｚで０．６０％の実効抵抗の増加にとどまっている。これは、実施の形態１の導体５１の断面積が比較例の導体５０の断面積よりも小さいため、表皮効果が抑制されたためと考えられる。

すなわち、この実施の形態１の巻線２は、導体５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄの総断面積は比較例の導体５０と同じであるが、導体５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄの個々の断面積を小さくし、且つ互いに絶縁している。そのため、表皮効果を抑制し、実効抵抗（銅損）の増加を抑制することができる。

なお、ここでは、被覆線材５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄの断面形状を正方形としたが、長方形であってもよい（後述する図１９（Ｂ）参照）。その場合には、被覆線材５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄの線幅（すなわち長方形の長辺の長さ）が１．０ｍｍ〜１．５ｍｍの範囲にあればよい。

また、被覆線材５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄの断面形状は、円形であってもよい（後述する図１６参照）。その場合には、被覆線材５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄの線幅（すなわち円の直径）が１．０ｍｍ〜１．５ｍｍの範囲にあればよい。

＜実施の形態の効果＞
以上説明したように、本発明の実施の形態１では、ステータ１の巻線２が、導体５１を絶縁膜５２で覆った被覆線材５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄの集合体と、この集合体を覆う熱硬化性樹脂からなる外側被膜６とを有し、被覆線材５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄのそれぞれの線幅が１．５ｍｍ以下であるため、巻線２の強度を高めると共に、表皮効果を抑制して実効抵抗を低減することができる。すなわち、波巻に適した巻線２の強度を得ると共に、電動機効率を向上することができる。

また、絶縁膜５２の厚さが３０μｍ〜５０μｍであるため、個々の導体５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄを効果的に絶縁し、表皮効果の抑制効果を高めることができる。また、外側被膜６の厚さが０．１ｍｍ〜０．２ｍｍであるため、巻線２の強度を高めると共に、また、巻線作業時の折り曲げやすさを確保することができる。

また、巻線２の全体の断面形状が四角形（より望ましくは正方形）であるため、スロット１３に巻線２を一列に整列させて収納しやすい。

また、導体５１ａ〜５１ｄの断面形状が四角形（より望ましくは正方形）であり、４本の被覆線材５ａ〜５ｄが２行２列に配置されているため、導体５１ａ〜５１ｄを密に配置することができ、巻線２の断面積を比較的小さくすることができる。また、被覆線材５の線幅が１．０ｍｍ〜１．５ｍｍであるため、表皮効果を抑制しつつ、トルク発生に必要な電流を流すことができる。

また、ステータコア１０のティース１２に巻線２が波巻で巻かれており、巻線２の径方向の突出量が少ないため、巻線２がヨーク部１１の貫通穴１５を通過する冷媒あるいは貫通穴１５に挿通されるリベットの障害にならない。

また、ロータ３の永久磁石３２を希土類焼結磁石で構成することにより、希土類焼結磁石の高い残留磁束密度および高い保磁力により、電動機１００の高効率化および減磁耐力の向上を図ることができる。また、永久磁石３２をフェライト焼結磁石で構成した場合には、製造コストを低減することができる。

＜変形例＞
第１の変形例
次に、実施の形態１の変形例について説明する。図１６は、第１の変形例の巻線２Ａを示す断面図である。図１６に示す巻線２Ａは、断面形状が円形の４本の被覆線材５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄの集合体を有する。被覆線材５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄは、２行２列に配置されている。

被覆線材５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄは、いずれも断面形状が円形の導体５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄと、導体５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄの周囲を覆う絶縁膜５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄとを有する。被覆線材５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄのそれぞれの線幅、すなわち直径は、１．０ｍｍ〜１．５ｍｍである。また、絶縁膜５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄの厚さは、３０μｍ〜５０μｍである。

被覆線材５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄの集合体の周囲は、外側被膜６によって覆われている。外側被膜６は、巻線２の全体の断面形状が正方形となるように形成されている。外側被膜６の厚さは位置によって異なるが、最も薄い部分の厚さは、０．１ｍｍ〜０．２ｍｍである。

この第１の変形例においても、実施の形態１と同様に、巻線２の強度を高めると共に、表皮効果を抑制して実効抵抗を低減することができる。また、断面形状が円形の被覆線材５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄを用いているため、正方形の被覆線材と比較して、導体材料の使用量が少なくて済む。また、断面が円形の被覆線材は、市販されている種類が多いため、調達が容易というメリットもある。

第２の変形例
図１７は、第２の変形例の巻線２Ｂを示す断面図である。図１７に示す巻線２Ｂは、断面形状が円形の４本の被覆線材５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄの集合体を有する。被覆線材５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄは、２行２列に配置されている。被覆線材５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄの構成は、図１６に示した第１の変形例と同様である。

被覆線材５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄの集合体の周囲は、外側被膜６によって覆われている。外側被膜６は、巻線２の全体の断面形状が円形となるように形成されている。外側被膜６の厚さは位置によって異なるが、最も薄い部分の厚さは、０．１ｍｍ〜０．２ｍｍである。

この第２の変形例においても、実施の形態１と同様に、巻線２の強度を高めると共に、表皮効果の影響を抑制して実効抵抗を低減することができる。また、巻線２の全体の断面形状が円形であるため、巻線作業時に折り曲げやすいというメリットがある。

第３の変形例
図１８は、第３の変形例の巻線２Ｃを示す断面図である。図１８に示す巻線２Ｃは、断面形状が正方形の８本の被覆線材５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆ，５ｇ，５ｈの集合体を有する。被覆線材５ａ〜５ｈは、３行３列の９か所のうち、２行目の２列目（中央部）を除く８箇所に配置されている。

被覆線材５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆ，５ｇ，５ｈは、いずれも断面形状が正方形の導体５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄ，５１ｅ，５１ｆ，５１ｇ，５１ｈと、これら導体５１ａ〜５１ｈのそれぞれの周囲を囲む絶縁膜５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄ，５２ｅ，５２ｆ，５２ｇ，５２ｈとを有する。被覆線材５ａ〜５ｈのそれぞれの線幅（すなわち正方形の１辺の長さ）は、０．６５ｍｍ〜１．０ｍｍである。また、絶縁膜５２ａ〜５２ｈの厚さは、３０μｍ〜５０μｍである。

被覆線材５ａ〜５ｈの集合体の周囲は、外側被膜６によって覆われている。外側被膜６の厚さは、０．１ｍｍ〜０．２ｍｍである。巻線２の全体の断面形状は、正方形である。

被覆線材５ａ〜５ｈは３行３列で配置されているため、２行目の２列目（中央部）には端子部８（図６参照）を接続することができない。そのため、巻線２の中央部には、熱硬化性樹脂の樹脂部６１が設けられる。この樹脂部６１は、外側被膜６と同じ材料であることが望ましいが、異なる材料であってもよい。

熱硬化性樹脂は、導体５１ａ〜５１ｈを構成する銅あるいはアルミニウムよりも強度が高いため、巻線２の中央部に熱硬化性樹脂の樹脂部６１を設けることで、巻線２の強度をさらに高めることができる。また、熱硬化性樹脂は、銅あるいはアルミニウムよりも安価であるため、巻線２の製造コストを低減することができる。

なお、被覆線材５ａ〜５ｈの断面形状は、正方形に限らず、図１６および図１７に示したような円形であってもよく、後述する図１９（Ｂ）に示すような長方形であってもよい。

この第３の変形例においても、実施の形態１と同様に、巻線２の強度を高めると共に、表皮効果の影響を抑制して実効抵抗を低減することができる。さらに、巻線２の中央部に樹脂部６１が形成されているため、巻線２の強度をさらに高め、また製造コストを低減することができる。

第４の変形例
図１９（Ａ）は、第４の変形例の巻線２Ｄを示す断面図である。図１９（Ａ）に示す巻線２Ｄは、断面形状が正方形の６本の被覆線材５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆの集合体を有する。被覆線材５ａ〜５ｆは、２行３列に配置されている。

被覆線材５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆは、いずれも断面形状が正方形の導体５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄ，５１ｅ，５１ｆと、これら導体５１ａ〜５１ｆのそれぞれの周囲を覆う絶縁膜５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄ，５２ｅ，５２ｆとを有する。

被覆線材５ａ〜５ｆのそれぞれの線幅（すなわち正方形の１辺の長さ）は、１．０ｍｍ〜１．５ｍｍである。また、絶縁膜５２ａ〜５２ｆの厚さは、３０μｍ〜５０μｍである。被覆線材５ａ〜５ｆの集合体の周囲は、外側被膜６によって覆われている。外側被膜６の厚さは、０．１ｍｍ〜０．２ｍｍである。

この第４の変形例では、被覆線材５ａ〜５ｆが２行３列に配置されているため、巻線２の全体の断面形状は、長方形となる。

なお、被覆線材５ａ〜５ｆの断面形状は、正方形に限らず、図１６および図１７に示したような円形であってもよい。また、後述する図１９（Ｂ）に示すような長方形であってもよい。

この第４の変形例においても、実施の形態１と同様に、巻線２の強度を高めると共に、表皮効果の影響を抑制して実効抵抗を低減することができる。

第５の変形例
図１９（Ｂ）は、第５の変形例の巻線２Ｅを示す断面図である。図１９（Ｂ）に示す巻線２Ｅは、断面形状が長方形の３本の被覆線材５ａ，５ｂ，５ｃの集合体を有する。被覆線材５ａ〜５ｃは、１行３列に配置されている。また、被覆線材５ａ，５ｂ，５ｃは、いずれも、配列方向（図中左右方向）に短く、配列方向に直交する方向（図中上下方向）に長い長方形の断面形状を有している。

被覆線材５ａ，５ｂ，５ｃは、いずれも断面形状が長方形の導体５１ａ，５１ｂ，５１ｃと、これら導体５１ａ，５１ｂ，５１ｃのそれぞれの周囲を覆う絶縁膜５２ａ，５２ｂ，５２ｃとを有する。被覆線材５ａ，５ｂ，５ｃのそれぞれの線幅（すなわち長辺の長さ）は、１．０ｍｍ〜１．５ｍｍである。また、絶縁膜５２ａ，５２ｂ，５２ｃの厚さは、３０μｍ〜５０μｍである。被覆線材５ａ，５ｂ，５ｃの周囲は、外側被膜６によって覆われている。外側被膜６の厚さは、０．１ｍｍ〜０．２ｍｍである。

この第５の変形例では、被覆線材５ａ，５ｂ，５ｃが１行３列に配置されているため、巻線２の全体の断面形状は、長方形となる。但し、被覆線材５ａ，５ｂ，５ｃが長方形であるため、巻線２Ｅの断面形状の長辺と短辺との比（アスペクト比）を１に近付けることができる。なお、被覆線材５ａ，５ｂ，５ｃの断面形状は、長方形に限らず、正方形あるいは円形であってもよい。

この第５の変形例においても、実施の形態１と同様に、巻線２の強度を高めると共に、表皮効果の影響を抑制して実効抵抗を低減することができる。

第６の変形例
図１９（Ｃ）は、第６の変形例の巻線２Ｆを示す断面図である。図１９（Ｃ）に示す巻線２Ｆは、断面形状が長方形の２本の被覆線材５ａ，５ｂの集合体を有する。被覆線材５ａ，５ｂは、１行２列に配置されている。被覆線材５ａ，５ｂは、いずれも、配列方向（図中左右方向）に短く、配列方向に直交する方向（図中上下方向）に長い長方形の断面形状を有している。

被覆線材５ａ，５ｂは、いずれも断面形状が長方形の導体５１ａ，５１ｂと、これら導体５１ａ，５１ｂのそれぞれの周囲を覆う絶縁膜５２ａ，５２ｂとを有する。被覆線材５ａ，５ｂのそれぞれの線幅（すなわち長辺の長さ）は、１．０ｍｍ〜１．５ｍｍである。また、絶縁膜５２ａ，５２ｂの厚さは、３０μｍ〜５０μｍである。被覆線材５ａ，５ｂの周囲は、外側被膜６によって覆われている。外側被膜６の厚さは、０．１ｍｍ〜０．２ｍｍである。

この第６の変形例では、被覆線材５ａ，５ｂが１行２列に配置されているため、巻線２の全体の断面形状は、長方形となる。但し、被覆線材５ａ，５ｂが長方形であるため、巻線２Ｆの断面形状の長辺と短辺との比（アスペクト比）を１に近付けることができる。なお、被覆線材５ａ，５ｂの断面形状は、長方形に限らず、正方形あるいは円形であってもよい。

この第６の変形例においても、実施の形態１と同様に、巻線２の強度を高めると共に、表皮効果の影響を抑制して実効抵抗を低減することができる。

＜圧縮機＞
次に、上述した実施の形態１の電動機１００を用いた圧縮機について説明する。図２０は、上述した実施の形態１の電動機１００を用いた圧縮機（スクロール圧縮機）５００の構成を示す断面図である。

圧縮機５００は、スクロール圧縮機であり、密閉容器５０２内に、圧縮機構５１０と、圧縮機構５１０を駆動する電動機１００と、圧縮機構５１０と電動機１００とを連結する主軸５０１と、主軸５０１の圧縮機構５１０の反対側の端部（副軸部）を支持するサブフレーム５０３と、密閉容器５０２の底部の油だめ５０５に貯留される潤滑油５０４とを備える。

圧縮機構５１０は、固定スクロール５１１と、主軸５０１に取り付けられた揺動スクロール５１２とを有する。固定スクロール５１１および揺動スクロール５１２は、いずれも渦巻部分を有し、両者の間に渦巻き状の圧縮室５１６が形成される。圧縮機構５１０は、さらに、揺動スクロール５１２の自転を規制して揺動スクロール５１２を揺動させるオルダムリング５１３と、揺動スクロール５１２が取り付けられたコンプライアントフレーム５１４と、これらを支持するガイドフレーム５１５とを備える。

固定スクロール５１１には、密閉容器５０２を貫通した吸入管５０６が圧入されている。また、密閉容器５０２を貫通して、固定スクロール５１１の吐出ポート５１１ａから吐出される高圧の冷媒ガスを外部に吐出する吐出管５０７が設けられている。

密閉容器５０２は、円筒状のシェル４（図１）を有し、このシェル４の内周側に、実施の形態１の電動機１００が取り付けられる。密閉容器５０２には、電動機１００のステータ１と駆動回路とを電気的に接続するためのガラス端子５０８が溶接により固定されている。主軸５０１は、電動機１００のシャフト３５（図１）である。

圧縮機５００の動作は、以下の通りである。電動機１００が回転すると、ロータ３と共に主軸５０１（シャフト３５）が回転する。主軸５０１が回転すると、揺動スクロール５１２が揺動し、固定スクロール５１１と揺動スクロール５１２との間の圧縮室５１６の容積を変化させる。これにより、吸入管５０６から圧縮室５１６に冷媒ガスを吸入して圧縮する。

圧縮室５１６内で圧縮された高圧の冷媒ガスは、固定スクロール５１１の吐出ポート５１１ａから密閉容器５０２内に排出され、吐出管５０７から外部に排出される。また、圧縮室５１６から密閉容器５０２内に排出された冷媒ガスの一部は、ステータ１の貫通穴１５および切欠き部１６（図１）を通過し、電動機１００および潤滑油５０４を冷却する。

上記の通り、実施の形態１の電動機１００は、巻線２の実効抵抗の低減により高い電動機効率が得られるため、圧縮機５００の運転効率を高めることができる。また、実施の形態１の電動機１００は、巻線２が波巻で巻かれているため、貫通穴１５および切欠き部１６（図１）を通る冷媒の十分な流量を確保して電動機１００の冷却効率を向上し、圧縮機５００の動作の安定性を向上することができる。

なお、圧縮機５００の電動機１００には、各変形例の巻線２Ａ〜２Ｆ（図１６〜１９（Ｃ））を設けても良い。また、ここでは、圧縮機の一例としてスクロール圧縮機について説明したが、実施の形態１および各変形例の電動機１００（１００Ａ〜１００Ｄ）は、スクロール圧縮機以外の圧縮機に適用してもよい。

＜空気調和装置＞
次に、図２０に示した圧縮機５００を有する空気調和装置（冷凍サイクル装置）について説明する。図２１は、空気調和装置４００の構成を示す図である。図２１に示した空気調和装置４００は、圧縮機４０１と、凝縮器４０２と、絞り装置（減圧装置）４０３と、蒸発器４０４とを備えている。圧縮機４０１、凝縮器４０２、絞り装置４０３および蒸発器４０４は、冷媒配管４０７によって連結されて冷凍サイクルを構成している。すなわち、圧縮機４０１、凝縮器４０２、絞り装置４０３および蒸発器４０４の順に、冷媒が循環する。

圧縮機４０１、凝縮器４０２および絞り装置４０３は、室外機４１０に設けられている。圧縮機４０１は、図２０に示した圧縮機５００で構成されている。室外機４１０には、凝縮器４０２に室外の空気を供給する室外側送風機４０５が設けられている。蒸発器４０４は、室内機４２０に設けられている。この室内機４２０には、蒸発器４０４に室内の空気を供給する室内側送風機４０６が設けられている。

空気調和装置４００の動作は、次の通りである。圧縮機４０１は、吸入した冷媒を圧縮して送り出す。凝縮器４０２は、圧縮機４０１から流入した冷媒と室外の空気との熱交換を行い、冷媒を凝縮して液化させて冷媒配管４０７に送り出す。室外側送風機４０５は、凝縮器４０２に室外の空気を供給する。絞り装置４０３は、開度を変化させることによって、冷媒配管４０７を流れる冷媒の圧力等を調整する。

蒸発器４０４は、絞り装置４０３により低圧状態にされた冷媒と室内の空気との熱交換を行い、冷媒に空気の熱を奪わせて蒸発（気化）させて、冷媒配管４０７に送り出す。室内側送風機４０６は、蒸発器４０４に室内の空気を供給する。これにより、蒸発器４０４で熱が奪われた冷風が、室内に供給される。

圧縮機４０１（図２０の圧縮機５００）には、実施の形態１および変形例で説明した電動機１００が適用されるため、空気調和装置４００の運転時における圧縮機４０１の運転効率を高め、動作の安定性を向上することができる。

なお、実施の形態１および各変形例の巻線を有する電動機を適用した圧縮機５００は、図２１に示した空気調和装置４００に限らず、他の種類の空気調和装置に用いてもよい。

以上、本発明の望ましい実施の形態について具体的に説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良または変形を行なうことができる。

１ ステータ、 ２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ，２Ｅ，２Ｆ 巻線、 ３ ロータ、 ４ シェル、 １０ ステータコア、 １１ ヨーク部、 １２ ティース、 １３ スロット、 １５ 貫通穴、 １６ 切欠き部、 １７ カシメ部、 ２０，２０ａ，２０ｂ，２０ｃ 巻線部分、 ２１，２１ａ，２１ｂ コイルエンド部、 ２２，２２ａ，２２ｂ 直線部、 ２３，２３ａ，２３ｂ コイルエンド部、 ２５ａ，２５ｂ ノーズ部、 ２６ａ，２６ｂ ノーズ部、 ３０ ロータコア、 ３１ 磁石挿入孔、 ３２ 永久磁石、 ３３ フラックスバリア、 ３４ シャフト孔、 ３５ シャフト、 ５，５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆ，５ｇ，５ｈ 被覆線材、 ５１，５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄ，５１ｅ，５１ｆ，５１ｇ，５１ｈ 導体、 ５２，５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄ，５２ｅ，５２ｆ，５２ｇ，５２ｈ 絶縁膜、 ６ 外側被膜、 ６１ 樹脂部、 ８ 端子部、 ８１，８２ 接続部、 １００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ 電動機、 ４００ 空気調和装置、 ４０１ 室外機、 ４０２ 室内機、 ４０３ 冷媒配管、 ４０５ 室外送風機、 ４０６ 室内送風機、 ５００ 圧縮機（スクロール圧縮機）、 ５０１ 主軸、 ５０２ 密閉容器、 ５１０ 圧縮機構。

Claims (13)

1. ステータコアと、前記ステータコアに波巻で巻かれた巻線とを備え、
   前記巻線は、複数の被覆線材の集合体と、この集合体の周囲を覆い、熱硬化性樹脂を含み、厚さが０．１ｍｍ以上、０．２ｍｍ以下の外側被膜とを有し、
   前記複数の被覆線材は、いずれも、導体と、前記導体の周囲を覆い、厚さが３０μｍ以上、５０μｍ以下の絶縁膜とを有し、
   前記複数の被覆線材は、いずれも、線幅が１．５ｍｍ以下であり、
   前記外側被膜は、前記熱硬化性樹脂としての不飽和ポリエステル樹脂にガラス繊維を添加したものであり、前記複数の被覆線材のうち隣り合う被覆線材の間に入り込むように形成されている
   ステータ。
2. 前記巻線の全体の断面形状は、四角形または円形である
   請求項１に記載のステータ。
3. 前記導体の断面形状は、四角形または円形である
   請求項１または２に記載のステータ。
4. 前記複数の被覆線材は、１行２列に配置された２本の被覆線材、１行３列に配置された３本の被覆線材、２行２列に配置された４本の被覆線材、または、２行３列に配置された６本の被覆線材である
   請求項１から３までの何れか１項に記載のステータ。
5. 前記複数の被覆線材は、いずれも、線幅が１．０ｍｍ以上、１．５ｍｍ以下である
   請求項４に記載のステータ。
6. 前記複数の被覆線材は、３行３列のうち、２行目の２列目である中央部を除く８箇所に配置された８本の被覆線材である
   請求項１から３までの何れか１項に記載のステータ。
7. 前記複数の被覆線材は、いずれも、線幅が０．６５ｍｍ以上、１．０ｍｍ以下である
   請求項６に記載のステータ。
8. 前記巻線は、前記複数の被覆線材の中央部に、熱硬化性樹脂で形成された樹脂部を有する
   請求項６または７に記載のステータ。
9. 前記ステータコアは、
   軸線を中心とする周方向に延在するヨーク部と、
   前記ヨーク部から前記軸線に向かって延在し、前記巻線が巻き付けられるティースと
   を有し、
   前記ヨーク部に、前記ヨーク部を前記軸線の方向に貫通する貫通穴が設けられている
   請求項１から８までの何れか１項に記載のステータ。
10. ロータと、
    前記ロータを囲むように設けられた、請求項１から９までの何れか１項に記載のステータと
    を備えた
    電動機。
11. 前記ロータは、ロータコアと、前記ロータコアに取り付けられた希土類焼結磁石またはフェライト焼結磁石とを有する
    請求項１０に記載の電動機。
12. 電動機と、前記電動機によって駆動される圧縮機構とを備えた圧縮機であって、
    前記電動機は、ロータと、前記ロータを囲むように設けられた請求項１から９までの何れか１項に記載のステータとを有する
    圧縮機。
13. 圧縮機、凝縮器、減圧装置および蒸発器を備えた空気調和装置であって、
    前記圧縮機は、電動機と、前記電動機によって駆動される圧縮機構とを備え、
    前記電動機は、
    ロータと、前記ロータを囲むように設けられた請求項１から９までの何れか１項に記載のステータとを有する
    空気調和装置。

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