JPH1080124A - 永久磁石式回転電機 - Google Patents
永久磁石式回転電機Info
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- JPH1080124A JPH1080124A JP8246926A JP24692696A JPH1080124A JP H1080124 A JPH1080124 A JP H1080124A JP 8246926 A JP8246926 A JP 8246926A JP 24692696 A JP24692696 A JP 24692696A JP H1080124 A JPH1080124 A JP H1080124A
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- Japan
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- permanent magnet
- rotor
- stator
- electric machine
- magnetic
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- Pending
Links
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 38
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 17
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims abstract description 7
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 claims 1
- 230000005405 multipole Effects 0.000 abstract 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 9
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 4
- 230000004323 axial length Effects 0.000 description 3
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- 230000000191 radiation effect Effects 0.000 description 2
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- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
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Landscapes
- Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)
- Motor Or Generator Frames (AREA)
- Motor Or Generator Cooling System (AREA)
- Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 低振動、低騒音で、高速、高出力とすること
ができる永久磁石式回転電機を提供する。 【解決手段】 環状の内周から内側に放射状に突出した
複数の主極１４ａ1乃至１４ａ6の各先端に複数の小歯を
備えた磁性鉄板を回転軸方向に積層した固定子１７と、
その内側で間隙を隔てて多極着磁した円筒状永久磁石体
１１を有する回転子１６とを備えた永久磁石式回転電機
において、円筒状永久磁石体１１の内周及び回転子軸１
３の全周に亙って密着する磁性体中子１２を設けて回転
子１６を構成し、磁性体中子１２は磁性鉄片を軸方向に
積層してバックヨーク作用を有するように構成すると共
に、軸方向に亙る複数の空間部を形成するスリット１２
Ａを設けるように構成した。この場合、固定子１７の主
極数は、６個で３相式巻線としたステッピングモータと
するのが望ましい。また、これに代え固定子１７の主極
数が、４個で２相式巻線とするようにしても良い。な
お、磁性体中子１２は、磁性鉄片をスキューさせて積層
した構成にするのが望ましい。
ができる永久磁石式回転電機を提供する。 【解決手段】 環状の内周から内側に放射状に突出した
複数の主極１４ａ1乃至１４ａ6の各先端に複数の小歯を
備えた磁性鉄板を回転軸方向に積層した固定子１７と、
その内側で間隙を隔てて多極着磁した円筒状永久磁石体
１１を有する回転子１６とを備えた永久磁石式回転電機
において、円筒状永久磁石体１１の内周及び回転子軸１
３の全周に亙って密着する磁性体中子１２を設けて回転
子１６を構成し、磁性体中子１２は磁性鉄片を軸方向に
積層してバックヨーク作用を有するように構成すると共
に、軸方向に亙る複数の空間部を形成するスリット１２
Ａを設けるように構成した。この場合、固定子１７の主
極数は、６個で３相式巻線としたステッピングモータと
するのが望ましい。また、これに代え固定子１７の主極
数が、４個で２相式巻線とするようにしても良い。な
お、磁性体中子１２は、磁性鉄片をスキューさせて積層
した構成にするのが望ましい。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、複写機のスキャナ
ー駆動等に適した低振動、高速回転のステッピングモー
タを含む永久磁石式回転電機の改良に関するものであ
る。
ー駆動等に適した低振動、高速回転のステッピングモー
タを含む永久磁石式回転電機の改良に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】図４は第１の従来例であるハイブリッド
形（以下ＨＢ形という）ステッピングモータの回転子を
示す斜視図である。同図において、３は回転子軸、６
ａ、６ｂは夫々ＨＢ形回転子、７は各回転子６ａ、６ｂ
の中間に設けられる永久磁石である。なお、図示しない
が、固定子は通常のステッピングモータと同様に構成さ
れる。第１の従来例のＨＢ形ステッピングモータでは、
回転子６ａ、６ｂと固定コイルとの鎖交磁束の磁路は図
４から明らかなように、回転子軸方向に２極に永久磁石
７が磁化されるため、２個の回転子６ａ、６ｂが、例え
ば、左側の回転子６ａがＮ極とすると、右側の回転子６
ｂはＳ極になる。従って、回転子６ａのＮ極から出た磁
束は、図示しない固定子に入り、そのコイルと鎖交し、
固定子の積層鉄心を経て他方の回転子６ｂのＳ極へ至
る。図５は第２の従来例である円筒状永久磁石式ステッ
ピングモータの回転子を示すもので、同図（Ａ）は正面
図、同図（Ｂ）は縦断側面図である。第２の従来例のも
のでは、同図（Ｂ）に示すように円筒状永久磁石１の内
周側に磁性鉄板を深絞りして形成したバックヨークの作
用も有する中子８を設けるようにした点に特徴がある。
その他の構成中、対応のものは図４に示す第１の従来例
と同一の符号を付して示した。
形（以下ＨＢ形という）ステッピングモータの回転子を
示す斜視図である。同図において、３は回転子軸、６
ａ、６ｂは夫々ＨＢ形回転子、７は各回転子６ａ、６ｂ
の中間に設けられる永久磁石である。なお、図示しない
が、固定子は通常のステッピングモータと同様に構成さ
れる。第１の従来例のＨＢ形ステッピングモータでは、
回転子６ａ、６ｂと固定コイルとの鎖交磁束の磁路は図
４から明らかなように、回転子軸方向に２極に永久磁石
７が磁化されるため、２個の回転子６ａ、６ｂが、例え
ば、左側の回転子６ａがＮ極とすると、右側の回転子６
ｂはＳ極になる。従って、回転子６ａのＮ極から出た磁
束は、図示しない固定子に入り、そのコイルと鎖交し、
固定子の積層鉄心を経て他方の回転子６ｂのＳ極へ至
る。図５は第２の従来例である円筒状永久磁石式ステッ
ピングモータの回転子を示すもので、同図（Ａ）は正面
図、同図（Ｂ）は縦断側面図である。第２の従来例のも
のでは、同図（Ｂ）に示すように円筒状永久磁石１の内
周側に磁性鉄板を深絞りして形成したバックヨークの作
用も有する中子８を設けるようにした点に特徴がある。
その他の構成中、対応のものは図４に示す第１の従来例
と同一の符号を付して示した。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記の各従
来例のものでは、次のような問題点があった。 (１)第１の従来例の場合 回転子は磁歯を有しているため、エアギャップの界磁
磁束密度の分布が正弦波とはならず、このため振動騒音
が大きくなる。 前記のように、一方の回転子がＮ極、他方の回転子が
Ｓ極に構成されているので、一方のＨＢ形ステッピング
モータの回転子から出た磁束は固定子のコイルと鎖交
し、固定子の積層鉄心板の厚み方向に磁束が通過する立
体３次元磁路となるので、磁路が長くなり、しかも鉄心
板の積層方向と磁路の方向が同一方向になるため磁気抵
抗が大となる。 (２)第２の従来例の場合 この円筒状永久磁石式回転子には、バックヨークの作
用をする中子は存在するが、この中子の構造は積層構造
ではなく一体物のため、回転子内の鉄損が大きく温度上
昇が大となる。 バックヨークの作用を有する中子は、鉄板の深絞り等
より構成されているため、回転子軸の軸方向に渦電流が
流れ、鉄損が大きく、この点からも温度上昇が大とな
る。 本発明は従来のものの上記課題（問題点）を解決するよ
うにした永久磁石式回転電機を提供することを目的とす
る。
来例のものでは、次のような問題点があった。 (１)第１の従来例の場合 回転子は磁歯を有しているため、エアギャップの界磁
磁束密度の分布が正弦波とはならず、このため振動騒音
が大きくなる。 前記のように、一方の回転子がＮ極、他方の回転子が
Ｓ極に構成されているので、一方のＨＢ形ステッピング
モータの回転子から出た磁束は固定子のコイルと鎖交
し、固定子の積層鉄心板の厚み方向に磁束が通過する立
体３次元磁路となるので、磁路が長くなり、しかも鉄心
板の積層方向と磁路の方向が同一方向になるため磁気抵
抗が大となる。 (２)第２の従来例の場合 この円筒状永久磁石式回転子には、バックヨークの作
用をする中子は存在するが、この中子の構造は積層構造
ではなく一体物のため、回転子内の鉄損が大きく温度上
昇が大となる。 バックヨークの作用を有する中子は、鉄板の深絞り等
より構成されているため、回転子軸の軸方向に渦電流が
流れ、鉄損が大きく、この点からも温度上昇が大とな
る。 本発明は従来のものの上記課題（問題点）を解決するよ
うにした永久磁石式回転電機を提供することを目的とす
る。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明の永久磁石式回転
電機は、環状の内周から内側に放射状に突出した複数の
主極の各先端に複数の小歯を備えた磁性鉄板を回転子軸
方向に積層した固定子と、その内側で間隙を隔てて多極
着磁した円筒状永久磁石体を有する回転子とを備えた永
久磁石式回転電機において、上記円筒状永久磁石体の内
周及び回転子軸の全周に亙って密着する磁性体中子を設
けて回転子を構成し、上記磁性体中子は磁性鉄片を軸方
向に積層してバックヨーク作用を有するように構成する
と共に、軸方向に亙る複数の空間部を形成するスリット
を設けるように構成した。この場合、上記固定子の主極
数は、６個で３相式巻線としたステッピングモータとす
るのが望ましい。また、これに代え固定子の主極数が、
４個で２相式巻線とするようにしても良い。さらに、上
記磁性体中子は、磁性鉄片をスキューさせて積層した構
成にするのが望ましい。
電機は、環状の内周から内側に放射状に突出した複数の
主極の各先端に複数の小歯を備えた磁性鉄板を回転子軸
方向に積層した固定子と、その内側で間隙を隔てて多極
着磁した円筒状永久磁石体を有する回転子とを備えた永
久磁石式回転電機において、上記円筒状永久磁石体の内
周及び回転子軸の全周に亙って密着する磁性体中子を設
けて回転子を構成し、上記磁性体中子は磁性鉄片を軸方
向に積層してバックヨーク作用を有するように構成する
と共に、軸方向に亙る複数の空間部を形成するスリット
を設けるように構成した。この場合、上記固定子の主極
数は、６個で３相式巻線としたステッピングモータとす
るのが望ましい。また、これに代え固定子の主極数が、
４個で２相式巻線とするようにしても良い。さらに、上
記磁性体中子は、磁性鉄片をスキューさせて積層した構
成にするのが望ましい。
【０００５】
【発明の実施の形態】以下、図示する一実施の形態によ
り本発明を説明する。図１は本発明の一実施の形態を示
す永久磁石式回転電機の縦断正面図である。同図におい
て、１１は円筒状永久磁石体であり、界磁磁束密度を正
弦波状にするために、Ｎ極及びＳ極を図示のように円周
内に所定ピッチで交互に配置し磁化されている。１２は
硅素鋼板等の磁性鉄片より成り、バックヨークの作用を
有する磁性体中子である。１３は回転子軸である。な
お、磁性体中子１２は、上記磁性鉄片を回転子軸１３の
軸方向に積層して構成され、円筒状永久磁石体１１の内
周と回転子軸１３の外周全体と密着固定されると共に、
内周側には軸方向に亙る複数の空間部を形成するスリッ
ト１２Ａが設けられる。このスリット１２Ａは放熱用を
兼ね、回転子の慣性能率の低減をもたらすものである。
これら円筒状永久磁石体１１と中子１２と回転子軸１３
により本発明の回転子１６が構成される。１４は固定子
用積層鉄心、１４ａ1乃至１４ａ6は鉄心１４よりなる６
個の固定子主極である。１５はコイルで、固定子主極１
４ａ1乃至１４ａ6に巻かれ、各主極の先端には小歯（図
１では各３個）を有して円筒状永久磁石体１１と間隙を
隔てて対向配置される。以上１４乃至１５により本発明
の固定子１７が構成される。また、図１において、破線
で示した矢印は円筒状永久磁石体１１から発生した磁束
の磁路を示すもので、円筒状永久磁石体１１のＮ極から
出た磁束は固定子小歯に入り、コイル１５と鎖交して円
筒状永久磁石体１１のＳ極に戻り磁性体中子１２を通
り、元の円筒状永久磁石体１１のＮ極へ戻り、軸と垂直
面のみの磁路（２次元）となる。なお、図１の固定子用
積層鉄心１４は３相６主極（１４ａ1乃至１４ａ6）の固
定子の例を示したが、これに代え２相４主極としても良
い。また、図１において、図示されていない前後カバー
及び軸受により、回転子軸１３は回転自在に支持されて
おり、回転子１６は固定子１７内でコイル１５の励磁切
り替えにより回転する。図２は図１に示す本発明の回転
子の斜視図を示すものである。図３は図２に示した本発
明の回転子の縦断構造を含めて説明するためのもので、
同図（Ａ）は回転子の正面図、同図（Ｂ）は縦断側面図
である。なお、図２以降の部品は図１と対応するものに
ついては、同一符号を付して示した。また、磁性体中子
１２は図示しないが、積層の方向をある角度ずつ、ずら
して各鉄心を積層し空間部を形成するスリット１２Ａを
スキューになるようにし、高速回転時にはファンの役目
をして放熱効果を増大させるのが望ましい。
り本発明を説明する。図１は本発明の一実施の形態を示
す永久磁石式回転電機の縦断正面図である。同図におい
て、１１は円筒状永久磁石体であり、界磁磁束密度を正
弦波状にするために、Ｎ極及びＳ極を図示のように円周
内に所定ピッチで交互に配置し磁化されている。１２は
硅素鋼板等の磁性鉄片より成り、バックヨークの作用を
有する磁性体中子である。１３は回転子軸である。な
お、磁性体中子１２は、上記磁性鉄片を回転子軸１３の
軸方向に積層して構成され、円筒状永久磁石体１１の内
周と回転子軸１３の外周全体と密着固定されると共に、
内周側には軸方向に亙る複数の空間部を形成するスリッ
ト１２Ａが設けられる。このスリット１２Ａは放熱用を
兼ね、回転子の慣性能率の低減をもたらすものである。
これら円筒状永久磁石体１１と中子１２と回転子軸１３
により本発明の回転子１６が構成される。１４は固定子
用積層鉄心、１４ａ1乃至１４ａ6は鉄心１４よりなる６
個の固定子主極である。１５はコイルで、固定子主極１
４ａ1乃至１４ａ6に巻かれ、各主極の先端には小歯（図
１では各３個）を有して円筒状永久磁石体１１と間隙を
隔てて対向配置される。以上１４乃至１５により本発明
の固定子１７が構成される。また、図１において、破線
で示した矢印は円筒状永久磁石体１１から発生した磁束
の磁路を示すもので、円筒状永久磁石体１１のＮ極から
出た磁束は固定子小歯に入り、コイル１５と鎖交して円
筒状永久磁石体１１のＳ極に戻り磁性体中子１２を通
り、元の円筒状永久磁石体１１のＮ極へ戻り、軸と垂直
面のみの磁路（２次元）となる。なお、図１の固定子用
積層鉄心１４は３相６主極（１４ａ1乃至１４ａ6）の固
定子の例を示したが、これに代え２相４主極としても良
い。また、図１において、図示されていない前後カバー
及び軸受により、回転子軸１３は回転自在に支持されて
おり、回転子１６は固定子１７内でコイル１５の励磁切
り替えにより回転する。図２は図１に示す本発明の回転
子の斜視図を示すものである。図３は図２に示した本発
明の回転子の縦断構造を含めて説明するためのもので、
同図（Ａ）は回転子の正面図、同図（Ｂ）は縦断側面図
である。なお、図２以降の部品は図１と対応するものに
ついては、同一符号を付して示した。また、磁性体中子
１２は図示しないが、積層の方向をある角度ずつ、ずら
して各鉄心を積層し空間部を形成するスリット１２Ａを
スキューになるようにし、高速回転時にはファンの役目
をして放熱効果を増大させるのが望ましい。
【０００６】
【発明の効果】本発明は上記のように構成されるから、
次のような優れた効果を有する。 本発明では、永久磁性体として円筒状磁性体に、Ｎ、
Ｓの磁極を所定のピッチで磁化したため、界磁磁束密度
が正弦波状となり、このため従来のハイブリッド形の回
転子と比べて、低振動、低騒音とすることができる。 バックヨークが積層構造であるので、高速回転時の鉄
損が少なくなり、従って、高速で高出力のものとするこ
とができる。 また、磁性体中子を積層して構成するものであるか
ら、従来の円筒状永久磁石式回転電機に比べ鉄損を大幅
に減少でき、このため、温度上昇も低減できる。 モータの軸方向長さに対応して磁性体中子の積層長を
調整できるので、モータの軸長を自由に設計できる。な
お、このようにモータの軸方向の長さを長くすると、磁
性体中子の積長も増大でき、高トルクのモータとするこ
とができる。 また、磁性体中子にスリット部を備えたので、放熱効
果が生じ、さらに、スリット部をスキューに形成する
と、高速回転時にモータ内部の空気が流動されるため放
熱効果を促進させることができ、高速機の実用化に寄与
するところ大である。なお、スリット部を形成すること
で、回転子の慣性能率が小さくなり、従って高速応答に
有利となる。 円筒状永久磁石体と磁性体中子の組合せで回転子を構
成しているので、磁路長が２次元となって、磁気抵抗が
減少する分、トルクも増大する。 さらに、請求項２及び３に記載するように、６極、３
相式の回転電機及び４極、２相式の回転電機に本発明を
適用すると、実用上、高トルクが得られる設計ができ
る。即ち、３相式では３の倍数の主極数が可能である。
６極においてラジアル方向の不均衡電磁力がキャンセル
される。この不均衡電磁力は３極では発生するので、極
数を増すと出力トルクが減少することとの兼ね合いで実
用上６極の構成が最適といえる。また２相式では２の倍
数の主極数が可能であるが、３相と同じ理由で４極の構
成が最適である。
次のような優れた効果を有する。 本発明では、永久磁性体として円筒状磁性体に、Ｎ、
Ｓの磁極を所定のピッチで磁化したため、界磁磁束密度
が正弦波状となり、このため従来のハイブリッド形の回
転子と比べて、低振動、低騒音とすることができる。 バックヨークが積層構造であるので、高速回転時の鉄
損が少なくなり、従って、高速で高出力のものとするこ
とができる。 また、磁性体中子を積層して構成するものであるか
ら、従来の円筒状永久磁石式回転電機に比べ鉄損を大幅
に減少でき、このため、温度上昇も低減できる。 モータの軸方向長さに対応して磁性体中子の積層長を
調整できるので、モータの軸長を自由に設計できる。な
お、このようにモータの軸方向の長さを長くすると、磁
性体中子の積長も増大でき、高トルクのモータとするこ
とができる。 また、磁性体中子にスリット部を備えたので、放熱効
果が生じ、さらに、スリット部をスキューに形成する
と、高速回転時にモータ内部の空気が流動されるため放
熱効果を促進させることができ、高速機の実用化に寄与
するところ大である。なお、スリット部を形成すること
で、回転子の慣性能率が小さくなり、従って高速応答に
有利となる。 円筒状永久磁石体と磁性体中子の組合せで回転子を構
成しているので、磁路長が２次元となって、磁気抵抗が
減少する分、トルクも増大する。 さらに、請求項２及び３に記載するように、６極、３
相式の回転電機及び４極、２相式の回転電機に本発明を
適用すると、実用上、高トルクが得られる設計ができ
る。即ち、３相式では３の倍数の主極数が可能である。
６極においてラジアル方向の不均衡電磁力がキャンセル
される。この不均衡電磁力は３極では発生するので、極
数を増すと出力トルクが減少することとの兼ね合いで実
用上６極の構成が最適といえる。また２相式では２の倍
数の主極数が可能であるが、３相と同じ理由で４極の構
成が最適である。
【図１】本発明の一実施の形態を示す永久磁石式回転電
機の構成を示す縦断正面図である。
機の構成を示す縦断正面図である。
【図２】本発明の回転子の斜視図である。
【図３】図２の回転子の縦断構造を含めて説明するため
のもので、同図（Ａ）は回転子の正面図、同図（Ｂ）は
その縦断側面図である。
のもので、同図（Ａ）は回転子の正面図、同図（Ｂ）は
その縦断側面図である。
【図４】第１の従来例であるハイブリッド形ステッピン
グモータの回転子の斜視図である。
グモータの回転子の斜視図である。
【図５】同図（Ａ）は第２の従来例である円筒状永久磁
石式ステッピングモータの正面図、同図（Ｂ）はその縦
断側面図である。
石式ステッピングモータの正面図、同図（Ｂ）はその縦
断側面図である。
１１：円筒状永久磁石体 １２：磁性体中子 １２Ａ：スリット（空間部） １３：回転子軸 １４ａ1〜１４ａ6：固定子主極 １６：回転子 １７：固定子
Claims (4)
- 【請求項１】 環状の内周から内側に放射状に突出した
複数の主極の各先端に複数の小歯を備えた磁性鉄板を回
転子軸方向に積層した固定子と、その内側で間隙を隔て
て多極着磁した円筒状永久磁石体を有する回転子とを備
えた永久磁石式回転電機において、 上記円筒状永久磁石体の内周及び回転子軸の全周に亙っ
て密着する磁性体中子を設けて回転子を構成し、上記磁
性体中子は磁性鉄片を軸方向に積層してバックヨーク作
用を有するように構成すると共に、軸方向に亙る複数の
空間部を形成するスリットを設けるようにしたことを特
徴とする永久磁石式回転電機。 - 【請求項２】 固定子の主極数が６個で、３相式巻線と
したステッピングモータであることを特徴とする請求項
１記載の永久磁石式回転電機。 - 【請求項３】 固定子の主極数が４個で、２相式巻線と
したステッピングモータであることを特徴とする請求項
１記載の永久磁石式回転電機。 - 【請求項４】 上記磁性体中子は、磁性鉄片をスキュー
させて積層するようにしたことを特徴とする請求項１記
載の永久磁石式回転電機。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8246926A JPH1080124A (ja) | 1996-08-30 | 1996-08-30 | 永久磁石式回転電機 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8246926A JPH1080124A (ja) | 1996-08-30 | 1996-08-30 | 永久磁石式回転電機 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1080124A true JPH1080124A (ja) | 1998-03-24 |
Family
ID=17155820
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8246926A Pending JPH1080124A (ja) | 1996-08-30 | 1996-08-30 | 永久磁石式回転電機 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1080124A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000197287A (ja) * | 1998-12-28 | 2000-07-14 | Kusatsu Denki Kk | モ―タ及びその製造方法 |
| US6958556B2 (en) | 2000-09-28 | 2005-10-25 | Minebea Co., Ltd. | Structure of rotors in stepping motors |
| KR20060051920A (ko) * | 2004-10-01 | 2006-05-19 | 가부시끼가이샤 히다치 세이사꾸쇼 | 영구자석식 회전전기 및 풍력 발전시스템 |
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