JPWO2017212867A1 - Rotating electric machine - Google Patents
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Abstract
回転子鉄心に形成された永久磁石収納孔と挿入される永久磁石は介装部材により固定され、介装部材は回転子鉄心永久磁石収納孔の外部への流出を防止し、かつ、磁石から回転子鉄心への熱抵抗を小さくすることで、永久磁石の温度上昇を抑制するものである。回転子と固定子とからなる回転電機であって、前記回転子は、回転軸と、永久磁石と、該永久磁石を収納する収納部を形成した回転子鉄心と、前記永久磁石を前記収納部に固定するとともに、前記永久磁石側の固着面と前記収納部の内面側のせん断面を有する介装部材と、を具備しており、前記永久磁石は前記介装部材を固着しない一面で前記回転子鉄心と接触しているものである。The permanent magnet housing hole formed in the rotor core and the permanent magnet to be inserted are fixed by the interposition member, and the interposition member prevents the rotor core permanent magnet housing hole from flowing out and rotates from the magnet. By reducing the thermal resistance to the core, the temperature rise of the permanent magnet is suppressed. A rotating electrical machine including a rotor and a stator, wherein the rotor includes a rotating shaft, a permanent magnet, a rotor core that forms a housing for housing the permanent magnet, and the housing for storing the permanent magnet. And an interposition member having a fixing surface on the permanent magnet side and a shearing surface on the inner surface side of the storage portion, and the permanent magnet rotates on the one surface that does not fix the interposition member. It is in contact with the child core.
Description
本発明は、永久磁石を介装部材で回転子鉄心に固定した回転電機に関する。 The present invention relates to a rotating electrical machine in which a permanent magnet is fixed to a rotor core with an interposed member.
回転子と固定子とからなる回転電機において、固定子は、複数のスロットが形成される固定子鉄心と、スロット間に設けられるティースに巻着されたコイルとから構成される。 In a rotating electrical machine composed of a rotor and a stator, the stator is composed of a stator core in which a plurality of slots are formed, and a coil wound around a tooth provided between the slots.
回転子は、電磁鋼板が複数積層された回転子鉄心と、磁力を帯びた永久磁石と、回転軸となるシャフトとから構成される。また、前記回転子の種類には永久磁石収納孔を形成された鉄心に複数の永久磁石が埋め込まれる、磁石埋込型回転子はよく知られている。 The rotor is composed of a rotor core in which a plurality of electromagnetic steel plates are stacked, a permanent magnet having magnetic force, and a shaft that serves as a rotating shaft. As for the type of rotor, a magnet-embedded rotor in which a plurality of permanent magnets are embedded in an iron core having a permanent magnet housing hole is well known.
そして、前記コイルに電流を通すことにより、磁界が発生する。発生した磁界に基づいて、回転子と固定子との間に磁束の流れが形成されることにより、回転子は回転力を得る。 A magnetic field is generated by passing a current through the coil. Based on the generated magnetic field, a flow of magnetic flux is formed between the rotor and the stator, so that the rotor obtains a rotational force.
前記磁石埋込型回転子においては、回転子鉄心に形成された複数の永久磁石収納孔の寸法は永久磁石の外形寸法よりも大きく設定されており、永久磁石収納孔と永久磁石の固定は、永久磁石と永久磁石収納孔の空隙に充填された接着剤などを介しておこなわれている。また、永久磁石と永久磁石収納穴との固定として接着剤を設けるほかに、永久磁石と永久磁石収納孔の空隙にモールド樹脂を前記空隙に充填した永久磁石固定方法も知られている。以下、永久磁石と永久磁石収納孔を固定する部材を介装部材と示す。 In the magnet-embedded rotor, the dimensions of the plurality of permanent magnet housing holes formed in the rotor iron core are set larger than the outer dimensions of the permanent magnet, and the permanent magnet housing hole and the permanent magnet are fixed. This is done through an adhesive filled in the gap between the permanent magnet and the permanent magnet housing hole. In addition to providing an adhesive for fixing the permanent magnet and the permanent magnet storage hole, there is also known a permanent magnet fixing method in which a space between the permanent magnet and the permanent magnet storage hole is filled with mold resin. Hereinafter, the member that fixes the permanent magnet and the permanent magnet housing hole is referred to as an interposed member.
前記介装部材は、回転電機運転時に永久磁石は高温になることから、耐熱性に優れた熱硬化性樹脂等が用いられることはよく知られている。 It is well known that a thermosetting resin or the like having excellent heat resistance is used for the interposition member because the permanent magnet becomes hot during operation of the rotating electrical machine.
前記熱硬化性樹脂等の介装部材により永久磁石を回転子鉄心の永久磁石収納孔へ固定する工程は、前記永久磁石、前記熱硬化性樹脂等を回転子鉄心の永久磁石収納孔へ挿入または充填した後、前記熱硬化性樹脂等を加熱することで硬化し、固定される。 The step of fixing the permanent magnet to the permanent magnet housing hole of the rotor core with the interposition member such as the thermosetting resin is inserted into the permanent magnet housing hole of the rotor core or the permanent magnet, the thermosetting resin, or the like. After filling, the thermosetting resin or the like is cured and fixed by heating.
前記熱硬化性樹脂の性質は、加熱されると、ある決められた温度で粘度が低下する。そのため、粘度が低下した熱硬化性樹脂は、複数積層された電磁鋼板間のすきまを放射方向に通り、回転子の外部へ流出する。結果、回転子外部に流出した前記熱硬化性樹脂は、回転子外形に付着した状態で硬化される。 As the property of the thermosetting resin, when heated, the viscosity decreases at a predetermined temperature. For this reason, the thermosetting resin having a reduced viscosity flows through the gap between the laminated magnetic steel sheets in the radial direction and flows out of the rotor. As a result, the thermosetting resin that has flowed out of the rotor is cured while attached to the outer shape of the rotor.
前記熱硬化性樹脂の固着により外形が大きくなった回転子は、回転電機運転時、回転子近傍に設定されている部品と干渉し、破損により運転停止を発生させる。 The rotor whose outer shape has become larger due to the fixing of the thermosetting resin interferes with parts set in the vicinity of the rotor during operation of the rotating electrical machine, and the operation is stopped due to breakage.
特許文献1には、介装部材である接着剤をあらかじめ永久磁石に直接コーティング(以下、コーティング磁石とする)させ、前記コーティング磁石を回転子鉄心に形成された永久磁石収納孔に挿入後、磁石にコーティングされた介装部材を硬化させることで、永久磁石を固定する方法が開示されている。 In Patent Document 1, an adhesive, which is an interposed member, is directly coated on a permanent magnet in advance (hereinafter referred to as a coating magnet), and the coated magnet is inserted into a permanent magnet housing hole formed in a rotor core, and then a magnet is formed. A method of fixing a permanent magnet by curing an intervening member coated on is disclosed.
一方、特許文献2には、介装部材である樹脂成形体の被膜層を少なくとも永久磁石収納孔の断面積よりも大きな断面積を有するように永久磁石の外周に形成させ、該磁石を回転子鉄心の永久磁石収納孔に挿入時に、永久磁石収納孔の開口エッジで削られながら挿入することで、永久磁石と永久磁石収納孔とを全面接触させ、固定する方法が発案されている。
On the other hand, in
特許文献1の回転子によれば、前記コーティング磁石を、回転子鉄心に形成された永久磁石収納孔への挿入後に介装部材である接着剤を硬化するため、永久磁石と回転子鉄心収納孔とを固定することができる。しかし、介装部材である接着剤は、回転子鉄心に形成された永久磁石収納孔内部で硬化させるため、複数積層された電磁鋼板間のすきまを放射方向に通り、回転子の外部へ流出する可能性がある。結果、回転子外形は、コーティングの固着により大きくなり、前記回転子は、回転電機運転時、回転子近傍に設定されている部品と干渉し、破損により運転停止を発生させてしまう。 According to the rotor of Patent Document 1, the permanent magnet and the rotor core housing hole are used to cure the adhesive, which is an interposed member, after the coating magnet is inserted into the permanent magnet housing hole formed in the rotor core. And can be fixed. However, since the adhesive, which is an interposed member, is hardened inside the permanent magnet housing hole formed in the rotor core, it passes through the gap between the laminated magnetic steel sheets in the radial direction and flows out of the rotor. there is a possibility. As a result, the outer shape of the rotor becomes larger due to the sticking of the coating, and the rotor interferes with parts set in the vicinity of the rotor during operation of the rotating electrical machine, and the operation is stopped due to breakage.
一方、特許文献2の回転子によれば、介装部材付磁石は、回転子鉄心の永久磁石収納孔に挿入時に、永久磁石収納孔の開口エッジで削られながら挿入されるため、介装部材が回転子の外部へ流出する可能性は無い。しかし、永久磁石全面に介装部材である樹脂成形体の被膜層が形成されているため、永久磁石から回転子鉄心への熱抵抗が大きくなり、発熱体である永久磁石は、温度が上昇しやすい構造になってしまう。
On the other hand, according to the rotor of
本発明は、永久磁石埋込型回転子において、回転子鉄心に形成された複数の永久磁石収納孔と永久磁石を介装部材により固定することができ、かつ、介装部材が回転子鉄心外形に流出しない、かつ、磁石から回転子鉄心への熱抵抗を小さくすることで、永久磁石の温度上昇を抑制できる回転子の構造を提供することを目的とする。 The present invention provides a permanent magnet embedded rotor in which a plurality of permanent magnet housing holes and permanent magnets formed in a rotor core can be fixed by an interposed member, and the interposed member is an outer shape of the rotor core. It is an object of the present invention to provide a rotor structure that can suppress the temperature rise of the permanent magnet by reducing the thermal resistance from the magnet to the rotor core.
上記課題を解決するため、本発明の回転電機は、回転子と固定子とからなる回転電機であって、前記回転子は、回転軸と、永久磁石と、該永久磁石を収納する収納部を形成した回転子鉄心と、前記永久磁石を前記収納部に固定するとともに、前記永久磁石側の固着面と前記収納部の内面側のせん断面を有する介装部材と、を具備しており、前記永久磁石は前記介装部材を固着しない一面で前記回転子鉄心と接触しているものとした。 In order to solve the above-described problems, a rotating electrical machine according to the present invention is a rotating electrical machine including a rotor and a stator, and the rotor includes a rotating shaft, a permanent magnet, and a storage unit that stores the permanent magnet. The rotor core formed, and an interposition member that fixes the permanent magnet to the storage part, and has a fixing surface on the permanent magnet side and a shear surface on the inner surface side of the storage part, and The permanent magnet is in contact with the rotor core on one side where the interposition member is not fixed.
また、回転子と固定子とからなる回転電機であって、前記回転子は、回転軸と、永久磁石と、該永久磁石を収納する収納部を形成した回転子鉄心と、前記永久磁石を前記収納部に固定するとともに、前記収納部の内面側の固着面と前記永久磁石側のせん断面を有する介装部材と、を具備しており、前記回転子鉄心は前記介装部材を固着しない一面で前記永久磁石と接触しているものとした。 The rotating electric machine includes a rotor and a stator, and the rotor includes a rotating shaft, a permanent magnet, a rotor core that forms a storage unit that stores the permanent magnet, and the permanent magnet. An interposition member that is fixed to the storage portion and has a fixing surface on the inner surface side of the storage portion and a shear surface on the permanent magnet side, and the rotor iron core is not fixed to the interposition member. And in contact with the permanent magnet.
本発明によれば、介装部材は回転子鉄心永久磁石収納孔の外部への流出防止を実現でき、かつ、磁石から回転子鉄心への熱抵抗を小さくすることで、永久磁石の温度上昇を抑制できる。 According to the present invention, the interposed member can prevent the rotor core permanent magnet from flowing out to the outside of the rotor core permanent magnet housing hole, and can reduce the thermal resistance from the magnet to the rotor core, thereby increasing the temperature of the permanent magnet. Can be suppressed.
まず、図1と図2A、図2Bを用いて、本発明の回転電機の回転子の概略を説明する。 First, the outline of the rotor of the rotating electrical machine of the present invention will be described with reference to FIGS. 1, 2A, and 2B.
図1は、回転電機の要部を半径方向に切断した断面図である。ここに示すように、回転電機は回転子1とその外周に設けられた固定子2とからなっている。回転子1は、積層した回転子鉄心10の磁石収納孔11を貫通する永久磁石20を介装部材30で固定した構成であり、回転子鉄心10の中心に回転軸50を挿入するシャフト孔5が設けてある。また、永久磁石20は介装部材30により回転子鉄心10に固定されているが、更なる信頼性向上のため、回転子鉄心10の軸方向端部に永久磁石20の飛散を防止する押え板を配設しても良い。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a main part of a rotating electrical machine cut in a radial direction. As shown here, the rotating electrical machine includes a rotor 1 and a
一方、固定子2は、複数のスロットが形成される固定子鉄心と、スロット間に設けられるティースに巻着されたコイルから構成され、回転子がインナーロータの場合、回転子外部に配設され、回転子がアウターロータ場合、回転子内部に配設される。前記コイルに電流を通すことによる磁束と、回転子1の永久磁石20による磁束により回転磁界が形成され、回転子1に回転力を発生させ、シャフト孔5に取り付ける出力軸を介して回転電機外部に動力を伝達する。このとき、前記コイルに電流を通すことによる磁束が、永久磁石20に鎖交することにより発生する渦電流損で永久磁石20は高温となる。
On the other hand, the
図2Aは回転子鉄心10の斜視図であり、図2Bはその上面図である。回転子鉄心10はプレスの打ち抜きにより成形した永久磁石20を収納する磁石収納孔11を形成された鋼板を積み重ねた積層鋼板で構成されており、例えば、鋼板は電磁鋼板もしくはアモルファス鋼板で構成してもよい。なお、ここに示すように、磁石収納孔11の半径方向の寸法をBとしている。
2A is a perspective view of the
実施例1の回転子について、図3A、図3B、図4、図5を用いて説明する。なお、図3Aは永久磁石20の一面に介装部材30を固着した斜視図であり、図3Bはその上面図である。以下では、永久磁石20に介装部材30が固着したものを、介装部材付磁石40と称する。また、図4は内周側面に介装部材30を固着した介装部材付磁石40を磁石収納孔11に挿入する手順を示す斜視図、図5は外周側面に介装部材30を固着した介装部材付磁石40を磁石収納孔11に挿入する手順を示す斜視図である。
The rotor of Example 1 is demonstrated using FIG. 3A, FIG. 3B, FIG. 4, FIG. 3A is a perspective view in which the
本実施例において、磁石収納孔11に収納される永久磁石20は、希土類永久磁石であり、ネオジウム系、サマリウム系の焼結磁石やフェライト磁石等の磁石種類は問わない。また、永久磁石20の表面処理の有無は問わない。また、回転電機運転時、永久磁石20が高温になることから、永久磁石20を固定する介装部材30は、耐熱性に優れた材料とする必要がある。したがって、耐熱性温度100度以上の熱硬化性樹脂などの採用が好ましい。
In the present embodiment, the
本実施例では、図3A、図3Bに示すように、磁石収納孔11へ挿入する前に、永久磁石20に介装部材30を塗布し硬化させている。これにより、挿入後に介装部材を硬化させる特許文献1とは異なり、介装部材が回転子1の外部に流出することがない。介装部材30を塗布する面は、図4では永久磁石20の内周側面であり、図5では永久磁石20の内周側面である。また、既に成形された介装部材30を永久磁石20の何れかの面に固着してもよい。図4の構成によれば、永久磁石20が外周側で回転子鉄心10と接触しており、永久磁石20の熱が回転子鉄心10の外周面に良く伝わるため、回転子鉄心10の外周面を冷却することで永久磁石20も効率よく冷却でき、回転電機の効率を向上させることができる。また、図5の構成によれば、遠心力の影響を受けやすい永久磁石20の外周面に設けた介装部材30が保護部材としても機能するので、永久磁石20の破損などを防止することができる。
In this embodiment, as shown in FIGS. 3A and 3B, the interposing
なお、介装部材30は磁石収納孔11への挿入時に削り取られるものであるため、介装部材30の硬度は回転子鉄心10の硬度より低く設定されなければならない。例えば、介装部材30の硬度は、デュロメータ硬さHDA90以下が好ましい。
In addition, since the interposed
また、介装部材30によって永久磁石20が磁石収納孔11に固定されるためには、図2A、図2B、図3A、図3Bに示すように、永久磁石20の厚さ方向の寸法をA、介装部材付磁石40の厚さ方向の寸法をCとしたとき、これらと磁石収納孔11の寸法Bとの関係が、
A<B<C
を満たす必要がある。In addition, in order for the
A <B <C
It is necessary to satisfy.
このような寸法に設定した介装部材付磁石40を磁石収納孔11へ挿入する手順を、図4、図5の斜視図を用いて説明する。
The procedure for inserting the interposed member-equipped
図4または図5の(a)(b)に示すように、前記の寸法通り設定した介装部材付磁石40を磁石収納孔11へ挿入すると、介装部材30は、磁石収納孔11の開口部エッジ12によってC−Bに相当する寸法だけ削られ、せん断面が形成されるとともに、介装部材付磁石40の寸法が磁石収納孔11の寸法Bと略等しくなる。回転子鉄心10は、プレスにより成形されているため、プレス方向にバリが形成される。なお、磁石収納孔11のプレス方向を磁石の挿入方向に対し反対方向に設定することで、磁石収納孔11の開口部エッジ12にバリが形成されるため、介装部材30は削られやすくなる。
As shown in FIGS. 4A and 4B, when the magnet with the interposed
一方、介装部材付磁石40の反介装部材側である磁石面は、介装部材付磁石40の挿入時、回転子鉄心10の磁石収納孔内面と接触する。
On the other hand, the magnet surface on the side of the anti-intervention member of the magnet with
前記の通り、磁石面は回転子鉄心10の磁石収納孔の内面と接触させながら磁石収納孔に挿入されるため、前記磁石収納孔の開口部エッジ12によって削られる介装部材30は不要な量のみ削られる。従って、介装部材付磁石40は、図4または図5の(c)に示すように、回転子鉄心10へ固定される。かつ、介装部材30を固着しない面においては永久磁石20と回転子鉄心10が接触することにより、永久磁石20から回転子鉄心10の熱抵抗を低減できるため、永久磁石20の温度上昇を抑制できる。
As described above, since the magnet surface is inserted into the magnet housing hole while being in contact with the inner surface of the magnet housing hole of the
以上で説明したように、本実施例の回転電機によれば、永久磁石収納孔の外部への介装部材の流出を防止でき、かつ、磁石から回転子鉄心への熱抵抗を小さくすることで、永久磁石の温度上昇を抑制することができる。 As described above, according to the rotating electrical machine of the present embodiment, it is possible to prevent the interposed member from flowing out of the permanent magnet housing hole and to reduce the thermal resistance from the magnet to the rotor core. The temperature rise of the permanent magnet can be suppressed.
実施例2の回転電機について、図6から図9を用いて説明する。実施例1と重複する事項は説明を省略する。なお、図6は磁石収納孔111の外周側壁面に介装部材130を固着した斜視図(図6A)と上面図(図6B)、図7は磁石収納孔111の内周側壁面に介装部材130を固着した斜視図(図7A)と上面図(図7B)である。以下では、磁石収納孔111の側壁に介装部材130が固着したものを、介装部材付磁石収納孔110と称する。
A rotating electric machine according to a second embodiment will be described with reference to FIGS. Description of the same items as those in the first embodiment is omitted. 6 is a perspective view (FIG. 6A) and a top view (FIG. 6B) in which the
永久磁石20を磁石収納孔111へ挿入する前に、磁石収納孔111の側壁に介装部材130を塗布し硬化させる。磁石収納孔111の側壁に介装部材130を塗布する面は、図13では磁石収納孔111の内周側壁面であり、図14では磁石収納孔111の外周側壁面である。また、既に成形された介装部材130を磁石収納孔111の何れかの側壁に固着してもよい。なお、介装部材130は永久磁石20の挿入により削り取られるものであるので、介装部材130の硬度は永久磁石20の硬度より低く設定されなければならない。例えば、デュロメータ硬さHDA90以下が好ましい。
Before inserting the
また、介装部材130によって永久磁石20が磁石収納孔111に固定されるためには、図11または図12に示すように、磁石収納孔111の厚さ方向の寸法をD、介装部材付磁石収納孔110の寸法をEとしたとき、これらと永久磁石20の厚さ方向の寸法Aとの関係が、
E<A<D
を満たす必要がある。In addition, in order for the
E <A <D
It is necessary to satisfy.
図8、図9は、介装部材付磁石収納孔110へ永久磁石20を挿入する手順を示す図である。
8 and 9 are diagrams showing a procedure for inserting the
前記の寸法通り設定した介装部材付磁石収納孔110へ永久磁石20を挿入すると、介装部材130は永久磁石エッジ21によってA−Eに相当する寸法だけ削られ、せん断面が形成されるとともに、介装部材付磁石収納孔110の寸法が永久磁石20の寸法Aと略等しくなる。
When the
一方、介装部材付磁石収納孔110の介装部材が固着されている面の対面は、永久磁石20の挿入時、永久磁石20と接触する。
On the other hand, the surface of the surface of the
前記の通り、永久磁石20は回転子鉄心10の介装部材130が付いていない磁石収納孔の内壁と接触させながら磁石収納孔111に挿入されるため、永久磁石エッジ21によって削られる磁石収納孔の介装部材130は不要な量のみ削られる。従って、永久磁石20は、回転子鉄心10へ固定される。かつ、介装部材130を固着しない面においては永久磁石20と回転子鉄心10が接触することにより、永久磁石20から回転子の熱抵抗を低減できるため、永久磁石20の温度上昇を抑制できる。
As described above, since the
1…回転子
2…固定子
5…シャフト孔、
10…回転子鉄心、
11…磁石収納孔
12…開口部エッジ、
20…永久磁石、
21…永久磁石エッジ、
30…介装部材、
40…介装部材付磁石、
50…回転軸
110…介装部材付磁石収納孔、
111…磁石収納孔、
130…介装部材、DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ...
10 ... Rotor core,
11 ...
20 ... Permanent magnet,
21 ... Permanent magnet edge,
30: Intervening member,
40: Magnet with intervening member,
50 ...
111 ... Magnet housing hole,
130 ... intervention member,
Claims (5)
前記回転子は、
回転軸と、
永久磁石と、
該永久磁石を収納する収納部を形成した回転子鉄心と、
前記永久磁石を前記収納部に固定するとともに、前記永久磁石側の固着面と前記収納部の内面側のせん断面を有する介装部材と、
を具備しており、
前記永久磁石は前記介装部材を固着しない一面で前記回転子鉄心と接触していることを特徴とする回転電機。A rotating electric machine comprising a rotor and a stator,
The rotor is
A rotation axis;
With permanent magnets,
A rotor core formed with a storage portion for storing the permanent magnet;
While fixing the permanent magnet to the storage portion, an interposition member having a fixing surface on the permanent magnet side and a shear surface on the inner surface side of the storage portion,
It has
The rotating electric machine according to claim 1, wherein the permanent magnet is in contact with the rotor core on one surface to which the interposition member is not fixed.
前記回転子は、
回転軸と、
永久磁石と、
該永久磁石を収納する収納部を形成した回転子鉄心と、
前記永久磁石を前記収納部に固定するとともに、前記収納部の内面側の固着面と前記永久磁石側のせん断面を有する介装部材と、
を具備しており、
前記回転子鉄心は前記介装部材を固着しない一面で前記永久磁石と接触していることを特徴とする回転電機。A rotating electric machine comprising a rotor and a stator,
The rotor is
A rotation axis;
With permanent magnets,
A rotor core formed with a storage portion for storing the permanent magnet;
While fixing the permanent magnet to the storage unit, an interposition member having a fixing surface on the inner surface side of the storage unit and a shear surface on the permanent magnet side,
It has
The rotating electric machine is characterized in that the rotor iron core is in contact with the permanent magnet on one surface to which the interposition member is not fixed.
前記介装部材は前記永久磁石の内周側面に配置されていることを特徴とする回転電機。In the rotating electrical machine according to claim 1 or 2,
The rotating electrical machine, wherein the interposition member is disposed on an inner peripheral side surface of the permanent magnet.
前記介装部材は前記永久磁石の外周側面に配置されていることを特徴とする回転電機。In the rotating electrical machine according to claim 1 or 2,
The rotating electrical machine, wherein the interposition member is disposed on an outer peripheral side surface of the permanent magnet.
前記永久磁石と前記回転子鉄心の間の熱抵抗は、
前記介装部材を設けた面において高く、前記介装部材を設けない面において低いことを特徴とする回転電機。In the rotating electrical machine according to claim 1 or 2,
The thermal resistance between the permanent magnet and the rotor core is
A rotating electrical machine characterized by being high on a surface provided with the interposition member and low on a surface not provided with the interposition member.
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