CN103244555A - 一种径轴向磁悬浮轴承 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种径轴向磁悬浮轴承，它是将对称地设置在非导磁轴承内圈中间部位上径向环形凸起部位两端的两个轴向延伸部指向内部的径轴向两极型法兰式永磁部件所构成在中间部位上带有径向口环形凹槽的转子部组件通过所述径向口环形凹槽的径轴向气隙与设置在导磁体轴承外圈上的径向口环形凹槽当中的电磁线圈构成凸凹交叉的侧向结构，所述电磁线圈的两个轴向端部被所述构成径向口环形凹槽的两个径向延伸壁给予部分覆盖，所述径轴向两极型法兰式永磁部件向外一端的端面被非导磁端盖所固定。
Description
技术领域：
本发明涉及径轴向磁悬浮轴承，它包含了具有侧向结构的主动相斥型径轴向磁悬浮轴承和主被动混合相斥型径轴向磁悬浮轴承以及具有轴向结构的主动相斥型径轴向磁悬浮轴承主被动混合相斥型径轴向磁悬浮轴承。
背景技术：
目前，同时具备径轴向约束定位保持功能的主动相斥型径轴向磁悬浮轴承和主被动混合相斥型径轴向磁悬浮轴承均通过至少一个轴向磁悬浮轴承和至少两个径向磁悬浮轴承构成的磁力支撑***来实现，集成度较差，导致体积相对较大，难以形成一种独立单元的轴承产品，另一方面，现有技术的主动相斥型径轴向磁悬浮轴承和主被动混合相斥型径轴向磁悬浮轴承以及具有轴向结构的主动相斥型径轴向磁悬浮轴承主被动混合相斥型径轴向磁悬浮轴承结构离散和被轴向充磁的永磁体的磁能利用率损失二分之一以上也成为现有技术的严重缺陷。
发明内容：
本发明就是要提供高集成度独立单元的径轴向磁悬浮轴承，包括具有侧向结构的主动相斥型径轴向磁悬浮轴承和主被动混合相斥型径轴向磁悬浮轴承以及具有轴向结构的主动相斥型径轴向磁悬浮轴承和主被动混合相斥型径轴向磁悬浮轴承，同时，还要使这些径轴向磁悬浮轴承的结构实现紧凑性和被轴向充磁的永磁体的磁能利用率提高。
下面将对解决以上技术问题和实现本发明目的所采用的技术方案进行描述：
1、一种径轴向磁悬浮轴承，它是由设置在导磁体轴承外圈内壁中间部位上在中间部位上带有径向口环形凹槽的径向环形凸起部两端的两个通电电流极性互为相反的电磁线圈组成的初级定子部组件与设置在轴承内圈外壁上的环形永磁体所组成在中间部位上带有环形凸极的次级转子部组件所组成，所述环形永磁体通过径轴向气隙与所述定子部在两个电磁线圈之间所形成的径向口环形凹槽构成凸凹交叉的侧向结构，并使定子部线圈所产生的磁场与转子部永磁体的磁场成为相互排斥。所述电磁线圈的向外一端可以被导磁型板式圆环型端盖所覆盖，也可以连同线圈的内壁侧采用法兰式的导磁端盖给予覆盖与固定，所述转子部永磁体可以是采用内外单极性辐射取向充磁的环形永磁体，也可以是在中间位置上带有径向环形凸极的径轴向三极型整体式环套永磁体，还可以是由两个法兰式径轴向两极型永磁体对装后所构成的三极型环套永磁体，所述轴承外圈和轴承内圈还可以分别由径轴向磁悬浮轴承应用装置的定子部筒形内壁和转子轴杆所替代。所述永磁体的外径侧还可以设置碳纤维包覆增强层，所述初级定子部组件中间部位上的环形凸极也可以不带中间径向口环形凹槽的环形凸极，所述次级转子部组件上的永磁体无论采用三极型整体式环套永磁体，还是采用由两个法兰式径轴向两极型永磁体对装后所构成的三极型环套永磁体，都要符合中间环形凸极上的磁通成为辐射式径向指向的特征。
2、一种径轴向磁悬浮轴承，它是由设置在导磁体轴承外圈内壁中间部位上在中间部位上带有或不带有径向口环形凹槽的环形凸起部两端的两个通电电流极性互为相同的电磁线圈组成的初级定子部组件与设置在非导磁轴承内圈外壁上并采用轴向充磁的环形永磁体所组成在中间部位上带有环形凸极的次级转子部组件所组成，所述环形永磁体通过径轴向气隙与所述定子部在两个电磁线圈之间所形成的径向口环形凹槽构成凸凹交叉的侧向结构，并使定子部线圈所产生的磁场与转子部永磁体的磁场成为相互排斥。所述电磁线圈的向外一端可以被导磁型板式圆环型端盖所覆盖，也可以采用法兰式的导磁端盖连同线圈的内壁侧一并给予覆盖与固定，所述导磁体轴承外圈和非导磁轴承内圈还可以分别由径轴向磁悬浮轴承应用装置的定子部筒形内壁和非导磁转子轴杆所替代，所述初级定子部组件的永磁体的最大外径侧还可以设置导磁套体或碳纤维包覆增强层。
3、一种径轴向磁悬浮轴承，它是将对称地设置在非导磁轴承内圈)中间部位上径向环形凸起部位两端的两个轴向延伸部指向内部的径轴向两极型法兰式永磁部件所构成在中间部位上带有径向口环形凹槽的转子部组件通过所述径向口环形凹槽的径轴向气隙与设置在导磁体轴承外圈上的径向口环形凹槽当中的电磁线圈构成凸凹交叉的侧向结构，所述电磁线圈的两个轴向端部被所述构成径向口环形凹槽的两个径向延伸壁给予部分覆盖，所述径轴向两极型法兰式永磁部件向外一端的端面被非导磁端盖所固定，所述导磁体轴承外圈和非导磁轴承内圈也可以分别由径轴向磁悬浮轴承应用装置的导磁型定子的筒形内壁和非导磁转子轴杆所替代。
在本发明当中，还可以将所述的两个轴向延伸部指向内部的径轴向两极型法兰式永磁部件的轴向延伸部的端面对合在一起。从而，形成一个带有径向口环形凹槽的组合式两极型永磁环形部件并保持带有径向口环形凹槽的组合式两极型永磁环形部件与导磁体轴承外圈上的电磁线圈所产生的磁场相互排斥。
在本发明当中，还可以将所述的任一径轴向磁悬浮轴承，其特征是：所述电磁线圈的骨架采用了高强度非导磁材料制作。
4、一种径轴向磁悬浮轴承，它是由设置在导磁体轴承外圈内壁中间部位环形凸起部两端的两个通电电流极性相互一致的电磁线圈组成的在中间部位上带有径向口环形凹槽的定子部组件与设置在导磁轴承内圈外侧中间部位径向口环形凹槽磁轭当中的电磁线圈所组成在中间部位上带有径向环形凸起部的转子部组件所组成，所述定子部电磁线圈向外一端的端面与气隙侧的侧面被法兰式导磁端盖所覆盖，所述定子部两个线圈之间的径向口环形凹槽通过气隙与转子部组件的中间部分构成凸凹交叉的侧向结构，所述定子部电磁线圈和所述转子部电磁线圈所产生的磁场保持在相互排斥的状态，所述导磁体轴承外圈和导磁体轴承内圈还可以分别由径轴向磁悬浮轴承应用装置的定子部筒形内壁和转子轴杆所替代，所述转子部电磁线圈通过设置在转子轴杆上的集电滑环连接电源，所述导磁体轴承外圈内壁中间部位上的环形凸起部也可以是带有径向口环形凹槽的环形凸起部。
在本发明当中，还可以是将一个在中间部位上带有径向口环形凹槽的电磁线圈直接设置在导磁体轴承外圈的内壁上，从而组成的在中间部位上带有径向口环形凹槽的定子部组件，然后与设置在导磁轴承内圈外侧中间部位径向口环形凹槽磁轭当中的电磁线圈所组成在中间部位上带有径向环形凸起部的转子部组件所组成，所述定子部电磁线圈向外一端的端面与气隙侧的侧面被法兰式导磁端盖所覆盖，所述定子部电磁线圈和所述转子部电磁线圈所产生的磁场保持在相互排斥的状态，所述导磁体轴承外圈和导磁体轴承内圈还可以分别由径轴向磁悬浮轴承应用装置的定子部筒形内壁和转子轴杆所替代，所述转子部电磁线圈通过设置在转子轴杆上的集电滑环连接电源。
5、一种径轴向磁悬浮轴承，它是将一个带有两个大小不同内侧内径或外侧外径的圆柱形线圈和一个被轴向充磁的圆柱形永磁体分别固定在轴承的内外圈动定子部上，固定圆柱形线圈的轴承内圈动定子部或外圈定动子部采用导磁材料制作，所述圆柱形线圈的工作气隙一侧带有非导磁材料加固层，固定圆柱形永磁体的轴承外圈定动子部或内圈动定子部位采用非导磁材料制作，所述圆柱形永磁体通过径轴向气隙与和所述圆柱形线圈的大径内孔部分或小径外侧部位构成直角气隙相对和使两者的磁场保持相互排斥，这种径轴向磁悬浮轴承在工程应用上大多采用两个形成对置使用，在中间部分设置电机动力源。也可以两个对置后共用一个轴向充磁的圆柱形永磁体
6、一种径轴向磁悬浮轴承，它是将一个在环状体的内侧或外侧中间部位上带有径向环形凸台的电磁线圈设置在轴承的导磁性外圈或导磁性内圈上，使其成为外圈总承部件或内圈总承部件；再将两组由内外环形永磁体所组成的环形永磁体组件，固定在非导磁材料的轴承内圈或轴承外圈上，并通过通两组环形永磁体组件之间的非磁性材料段构成在中间部位上带有径向口环形凹槽的内圈总承部件或外圈总承部件；然后，通过径轴向气隙使所述的内圈总承部件和外圈总承部件之间形成凸凹交叉的侧向结构；所述每个永磁体均采用轴向充磁；所述每组环形永磁体组件指向轴承外部的一端均被圆环形导磁磁轭所覆盖，所述圆环形导磁磁轭的***还可以设置非磁性材料的档盖与所述非磁性材料的轴承内圈或非磁性材料的轴承外圈构成刚性组合；在所述每组环形永磁体组件当中，紧密套装的两个环形永磁体的磁通极性互为相反；所述两组环形永磁体组件通过轴向气隙及所述电磁线圈中间部位的径向环形凸台后形成间接的轴向相对，且使间接轴向相对的每一对环形永磁体的轴向磁通极性互为相反以及使所述导磁轴承外圈或导磁轴承内圈上的永磁体所具有的磁场力与所述电磁线圈的磁场力形成径轴向相互排斥；所述永磁体组件在不违背与电磁线圈磁场力保持相互排斥的前提下，也可以由单一整体且被轴向充磁环形永磁体所替代；所述轴承的内外圈总承可以相互易位磁悬浮性质不变，所述电磁线圈的工作气隙一侧均设有高强度的非磁性材料的骨架或外层加固体。
综上所述，本发明的径轴向磁悬浮轴承，均属于侧向结构的径轴向磁悬浮轴承，其内外圈组件总成均可以一百八十度的位置互换，功能不变，这种侧向结构径轴向磁悬浮轴承的内外圈组件总成，还可以分别进行九十度的翻转后再通过径轴向气隙构成凸凹交叉的轴向配合，从而，使其演变成具有轴向结构的径轴向磁悬浮轴承；本发明所述径轴向磁悬浮轴承的内外圈均可按照相适应的磁路要求由采用径轴向磁悬浮轴承应用装置的动定子部的相应侧所替代。
综合上述：本发明具有侧向结构的主动相斥型径轴向磁悬浮轴承和主被动混合相斥型径轴向磁悬浮轴承以及具有轴向结构的主动相斥型径轴向磁悬浮轴承主被动混合相斥型径轴向磁悬浮轴承与现有技术相比，同时具备径轴向约束定位和保持的功能，集成合理，体积缩小，可以形成独立的磁悬浮轴承产品，以及使径轴向磁悬浮轴承的磁能利用率大大提高。
具体实施方式：
下面用具体的实施方式对本发明径轴向磁悬浮轴承作进一步的详细描述：
1、一种径轴向磁悬浮轴承，它是由设置在导磁体轴承外圈内壁中间部位上在中间部位上带有径向口环形凹槽的环形凸起部两端的两个通电电流极性互为相反的电磁线圈组成的初级定子部组件与设置在轴承内圈外壁上的环形永磁体所组成在中间部位上带有环形凸极的次级转子部组件所组成，所述环形永磁体通过径轴向气隙与所述定子部在两个电磁线圈之间所形成的径向口环形凹槽构成凸凹交叉的侧向结构，并使定子部线圈所产生的磁场与转子部永磁体的磁场成为相互排斥，所述电磁线圈的向外一端端面和线圈的内壁侧采用法兰式的导磁端盖给予覆盖与固定。所述转子部永磁体采用内外单极性辐射取向充磁的环形永磁体，所述永磁体的向外一侧还设置有碳纤维包覆增强层。
2、一种径轴向磁悬浮轴承，它是由设置在导磁体轴承外圈内壁中间部位上在中间部位上带有径向口环形凹槽的环形凸起部两端的两个通电电流极性相互一致的电磁线圈组成的初级定子部组件与设置在非导磁轴承内圈外壁上并采用轴向充磁的环形永磁体所组成在中间部位上带有环形凸极的次级转子部组件所组成，所述环形永磁体通过径轴向气隙与所述定子部在两个电磁线圈之间所形成的径向口环形凹槽构成凸凹交叉的侧向结构，并使定子部线圈所产生的磁场与转子部永磁体的磁场成为相互排斥。所述电磁线圈的向外一端被法兰式的导磁端盖连同线圈的内壁侧一并给予覆盖与固定，所述永磁体的最大外径侧还设置有筒形导磁套体。
3、一种径轴向磁悬浮轴承，它是将对称地设置在非导磁轴承内圈中间部位径向环形凸起部位两端的两个轴向延伸部指向内部的径轴向两极型法兰式永磁部件所构成在中间部位上带有径向口环形凹槽的转子部组件通过所述径向口环形凹槽的径轴向气隙与设置在导磁体轴承外圈上径向口环形凹槽当中的电磁线圈向内突出的部分构成凸凹交叉的侧向结构，所述电磁线圈的两个轴向端部被所述构成径向口环形凹槽的两个径向延伸壁给予部分覆盖，所述径轴向两极型法兰式永磁部件向外一端的端面被非导磁端盖所固定。
4、一种径轴向磁悬浮轴承，它是由设置在导磁体轴承外圈内壁中间部位环形凸起部两端的两个通电电流极性相互一致的电磁线圈组成的在中间部位上带有径向口环形凹槽的定子部组件与设置在导磁轴承内圈外侧中间部位径向口环形凹槽磁轭当中的电磁线圈所组成在中间部位上带有径向环形凸起部的转子部组件所组成，所述定子部电磁线圈向外一端的端面与气隙侧的侧面被法兰式导磁端盖所覆盖，所述定子部两个线圈之间的径向口环形凹槽通过气隙与转子部组件的中间部分构成凸凹交叉的侧向结构，所述定子部电磁线圈和所述转子部电磁线圈所产生的磁场保持在相互排斥的状态，所述转子部电磁线圈通过设置在转子轴杆上的集电滑环连接电源。
5、一种径轴向磁悬浮轴承，它是将一个带有两个大小不同内侧内径的圆柱形线圈和一个被轴向充磁的圆柱形永磁体分别固定在轴承的外圈定子部上和内圈动子部上，固定圆柱形线圈的轴承外圈定子部采用导磁材料制作，固定圆柱形永磁体的轴承内圈动子部采用非导磁材料制作，所述圆柱形永磁体通过径轴向气隙与和所述圆柱形线圈的大径内孔部分构成直角气隙相对和使两者的磁场保持在相互排斥的状态。
Claims (10)
1.一种径轴向磁悬浮轴承，它是由设置在导磁体轴承外圈内壁中间部位上在中间部位上带有径向口环形凹槽的环形凸起部两端的两个通电电流极性互为相反的电磁线圈组成的初级定子部组件与设置在轴承内圈外壁上的环形永磁体所组成在中间部位上带有环形凸极的次级转子部组件所组成，所述环形永磁体通过径轴向气隙与所述定子部在两个电磁线圈之间所形成的径向口环形凹槽构成凸凹交叉的侧向结构，并使定子部线圈所产生的磁场与转子部永磁体的磁场成为相互排斥，所述电磁线圈的向外一端可以被导磁型板式圆环型端盖所覆盖，也可以连同线圈的内壁侧采用法兰式的导磁端盖给予覆盖与固定，所述转子部永磁体可以是采用内外单极性辐射取向充磁的环形永磁体，也可以是在中间位置上带有径向环形凸极的径轴向三极型整体式环套永磁体，还可以是由两个法兰式径轴向两极型永磁体对装后所构成的三极型环套永磁体，所述轴承外圈和轴承内圈还可以分别由径轴向磁悬浮轴承应用装置的定子部筒形内壁和转子轴杆所替代，所述永磁体的外径侧还可以设置碳纤维包覆增强层，所述初级定子部组件中间部位上的环形凸极也可以是在中间部位上不带径向口环形凹槽的环形凸极。
2.一种径轴向磁悬浮轴承，它是由设置在导磁体轴承外圈内壁中间部位上的径向环形凸起部两端的两个通电电流极性互为相同的电磁线圈组成的初级定子部组件与设置在非导磁轴承内圈外壁上并采用轴向充磁的环形永磁体(9)所组成在中间部位上带有环形凸极的次级转子部组件所组成，所述环形永磁体通过径轴向气隙与所述定子部在两个电磁线圈之间所形成的径向口环形凹槽构成凸凹交叉的侧向结构，并使定子部线圈所产生的磁场与转子部永磁体的磁场成为相互排斥，所述电磁线圈的向外一端可以被导磁型板式圆环型端盖所覆盖， 也可以采用法兰式的导磁端盖连同线圈的内壁侧一并给予覆盖与固定，所述导磁体轴承外圈和非导磁轴承内圈还可以分别由径轴向磁悬浮轴承应用装置的定子部筒形内壁和非导磁转子轴杆所替代，所述初级定子部组件永磁体的最大外径侧还可以设置导磁套体或碳纤维包覆增强层。
3.一种径轴向磁悬浮轴承，它是将对称地设置在非导磁轴承内圈中间部位上径向环形凸起部位两端的两个轴向延伸部指向内部的径轴向两极型法兰式永磁部件所构成在中间部位上带有径向口环形凹槽的转子部组件通过所述径向口环形凹槽的径轴向气隙与设置在导磁体轴承外圈上的径向口环形凹槽当中的电磁线圈构成凸凹交叉的侧向结构，所述电磁线圈的两个轴向端部被所述构成径向口环形凹槽的两个径向延伸壁给予部分覆盖，所述径轴向两极型法兰式永磁部件向外一端的端面被非导磁端盖所固定，所述导磁体轴承外圈和非导磁轴承内圈也可以分别由径轴向磁悬浮轴承应用装置的导磁型定子的筒形内壁和非导磁转子轴杆所替代。
4.按照权利要求3所述的径轴向磁悬浮轴承，其特征是：将所述的两个轴向延伸部指向内部的径轴向两极型法兰式永磁部件的轴向延伸部的端面对合在一起。从而，形成一个带有径向口环形凹槽的组合式两极型永磁环形部件并保持带有径向口环形凹槽的组合式两极型永磁环形部件与导磁体轴承外圈上的电磁线圈所产生的磁场相互排斥。
5.按照权利要求3、4所述的任一径轴向磁悬浮轴承，其特征是：所述电磁线圈的骨架采用了高强度非导磁材料制作。
6.一种径轴向磁悬浮轴承，它是由设置在导磁体轴承外圈内壁中间部位环形凸起部两端的两个通电电流极性相互一致的电磁线圈组成的在中间部位上带有径向口环形凹槽的定子部组件与设置在导磁轴承内圈外侧中间部位径向口环 形凹槽磁轭当中的电磁线圈所组成在中间部位上带有径向环形凸起部的转子部组件所组成，所述定子部电磁线圈向外一端的端面与气隙侧的侧面被法兰式导磁端盖所覆盖，所述定子部两个线圈之间的径向口环形凹槽通过气隙与转子部组件的中间部分构成凸凹交叉的侧向结构，所述定子部电磁线圈和所述转子部电磁线圈所产生的磁场保持在相互排斥的状态，所述导磁体轴承外圈和导磁体轴承内圈还可以分别由径轴向磁悬浮轴承应用装置的定子部筒形内壁和转子轴杆所替代，所述转子部电磁线圈通过设置在转子轴杆上的集电滑环连接电源，所述导磁体轴承外圈内壁中间部位上的环形凸起部也可以是带有径向口环形凹槽的环形凸起部。
7.按照权利要求6所述的径轴向磁悬浮轴承，其特征是：它是将一个在中间部位上带有径向口环形凹槽的电磁线圈直接设置在导磁体轴承外圈的内壁上，从而组成的在中间部位上带有径向口环形凹槽的定子部组件，然后与设置在导磁轴承内圈外侧中间部位径向口环形凹槽磁轭当中的电磁线圈所组成在中间部位上带有径向环形凸起部的转子部组件所组成，所述定子部电磁线圈向外一端的端面与气隙侧的侧面被法兰式导磁端盖所覆盖，所述定子部电磁线圈和所述转子部电磁线圈所产生的磁场保持在相互排斥的状态，所述导磁体轴承外圈和导磁体轴承内圈还可以分别由径轴向磁悬浮轴承应用装置的定子部筒形内壁和转子轴杆所替代，所述转子部电磁线圈通过设置在转子轴杆上的集电滑环连接电源。
8.按照权利要求1至7所述的任一径轴向磁悬浮轴承，均属于侧向结构的径轴向磁悬浮轴承，其内外圈组件总成均可以一百八十度的位置互换，功能不变，这种侧向结构径轴向磁悬浮轴承的内外圈组件总成，还可以分别进行九十度的翻转后再通过径轴向气隙构成凸凹交叉的配合，使其成为具有轴向结构的 径轴向磁悬浮轴承。
9.一种径轴向磁悬浮轴承，它是将一个带有两个大小不同内侧内径或外侧外径的圆柱形线圈和一个被轴向充磁的圆柱形永磁体分别固定在轴承的内外圈动定子部上，固定圆柱形线圈的轴承内圈动定子部或外圈定动子部采用导磁材料制作，固定圆柱形永磁体的轴承外圈定动子部或内圈动定子部位采用非导磁材料制作，所述圆柱形线圈的工作气隙一侧带有非导磁材料加固层，所述圆柱形永磁体通过径轴向气隙与和所述圆柱形线圈的大径内孔部分或小径外侧部位构成直角气隙相对和使两者的磁场保持相互排斥，这种径轴向磁悬浮轴承在工程应用上大多采用两个形成对置使用，在中间部分设置电机动力源；也可以两个对置后共用一个轴向充磁的圆柱形永磁体。
10.一种径轴向磁悬浮轴承，它是将一个在环状体的内侧或外侧中间部位上带有径向环形凸台的电磁线圈设置在轴承的导磁性外圈或导磁性内圈上，使其成为外圈总承部件或内圈总承部件；再将两组由内外环形永磁体所组成的环形永磁体组件，固定在非导磁材料的轴承内圈或轴承外圈上，并通过通两组环形永磁体组件之间的非磁性材料段构成在中间部位上带有径向口环形凹槽的内圈总承部件或外圈总承部件；然后，通过径轴向气隙使所述的内圈总承部件和外圈总承部件之间形成凸凹交叉的侧向结构；所述每个永磁体均采用轴向充磁；所述每组环形永磁体组件指向轴承外部的一端均被圆环形导磁磁轭所覆盖，所述圆环形导磁磁轭的***还可以设置非磁性材料的档盖与所述非磁性材料的轴承内圈或非磁性材料的轴承外圈构成刚性组合；在所述每组环形永磁体组件当中，紧密套装的两个环形永磁体的磁通极性互为相反；所述两组环形永磁体组件通过轴向气隙及所述电磁线圈中间部位的径向环形凸台后形成间接的轴向相对，且使间接轴向相对的每一对环形永磁体的轴向磁通极性互为相反以及使所 述导磁轴承外圈或导磁轴承内圈上的永磁体所具有的磁场力与所述电磁线圈的磁场力形成径轴向相互排斥；所述永磁体组件在不违背与电磁线圈磁场力保持相互排斥的前提下，也可以由单一整体且被轴向充磁环形永磁体所替代；所述轴承的内外圈总承可以相互易位磁悬浮性质不变，所述电磁线圈的工作气隙一侧均设有高强度的非磁性材料的骨架或外层加固体。
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