CN106314126B - 机电集成混合动力***及混合动力汽车 - Google Patents

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Abstract

一种机电集成混合动力***，包括发动机、发动机输出轴、发电机、行星齿轮系、制动器、离合器、驱动电机和差速器；行星齿轮系包括齿圈、行星架和太阳轮；差速器通过传动装置与驱动电机相连；传动装置包括第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮、第四齿轮、差速器齿轮、中间轴和驱动电机输出轴；第一齿轮与行星齿轮系的行星架固定相连；第二齿轮和第三齿轮位于中间轴上，第二齿轮与第一齿轮相互啮合；第四齿轮位于驱动电机输出轴上并与第二齿轮相互啮合；差速器齿轮与差速器相连接并与第三齿轮相互啮合；差速器通过第一驱动半轴和第二驱动半轴将动力分别传递到第一驱动轮和第二驱动轮。本发明还提供一种混合动力汽车。

Description

机电集成混合动力***及混合动力汽车
技术领域
本发明涉及混合动力汽车的动力***技术领域，更具体的是涉及一种机电集成混合动力***及具有该机电集成混合动力***的混合动力汽车。
背景技术
随着石油资源的缺乏和人们环保意识的提高，以及越来越严格的环境保护法规的要求，迫切需要可节省能源和低排放甚至是零排放的绿色环保汽车产品。为此，世界各国政府以及各大汽车制造商都在加大力度开发各种不同类型的新能源汽车。混合动力汽车是新能源汽车的一种，与传统内燃机相比，混合动力汽车是指使用两种以上能量来源的车辆。
最常见的油电混合动力汽车(Hybrid electric vehicle，简称HEV)具有发动机和电动机，发动机消耗燃油，牵引电动机消耗动力电池的电能。近年来，用于混合动力汽车的混合动力驱动***及其工作模式已成为研究热点。
由于混合动力驱动***涉及传统发动机驱动以及电动机驱动，结构往往比较复杂，占用空间较大，影响车辆其他部件的布置。一方面目前比较主流的电机并联式混合动力***中，普遍是电机采用盘式结构，安装在发动机与变速器之间，占用一定的轴向尺寸，造成动力总成轴向长度大，在整车上布置困难。由于受尺寸限制，电机的功率一般不大，纯电动下动力性能较差。另一方面，目前混合动力变速箱集成电机的方案中普遍采用一挡齿轮结构，一般很少采用多挡齿轮结构，要获得动力性和经济都满意往往比较困难。
申请号为CN201420395631.3的中国专利揭示了一种电动汽车动力耦合***，该电动汽车动力耦合***包括：发动机，与发动机同轴相连的发电机，设置在发动机与发电机之间的离合器，通过传动装置分别与离合器和差速器相连的驱动电机。该电动汽车动力耦合***，虽然各部件布局比较合理，结构紧凑，有利于装配且节省空间，提高了车内空间利用率。但是，该电动汽车动力耦合***在发动机参与驱动时，只有一个固定传动比的挡位，会导致整个动力耦合***的动力性受限，不利于发动机工作的效率，经济性也还有进一步提升的空间。
发明内容
本发明的目的在于提供一种机电集成混合动力***，其各部件布局合理，结构紧凑，解决目前的混合动力***占用空间大、在整车上布置困难的问题，且在发动机参与驱动时有两个挡位可以选择，解决了目前的混合动力***在发动机参与驱动时只有一个固定传动比的挡位的问题，优化了发动机的工作范围，动力性和经济性能好。
本发明实施例提供的一种机电集成混合动力***，包括：
发动机；
发电机，通过发动机输出轴与发动机同轴相连；
行星齿轮系，包括齿圈、行星架和太阳轮，太阳轮通过发动机输出轴与发动机同轴相连；
制动器，与行星齿轮系的齿圈相连；
离合器，设置在发动机输出轴与行星齿轮系的行星架之间；
驱动电机，通过传动装置与差速器相连；
其中，传动装置包括第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮、第四齿轮、差速器齿轮、中间轴和驱动电机输出轴；
第一齿轮与行星齿轮系的行星架固定相连；
第二齿轮和第三齿轮位于中间轴上，第二齿轮与第一齿轮相互啮合；
驱动电机输出轴与驱动电机相连，第四齿轮位于驱动电机输出轴上并与第二齿轮相互啮合；
差速器齿轮与差速器相连接并与第三齿轮相互啮合；
差速器通过第一驱动半轴和第二驱动半轴将动力分别传递到第一驱动轮和第二驱动轮。
进一步地，机电集成混合动力***具有纯电动模式、增程模式和混合驱动模式。
进一步地，在纯电动模式下，发动机和发电机均不工作，制动器解除制动，离合器断开，驱动电机的动力经第四齿轮到第二齿轮再经第三齿轮到差速器齿轮减速后传递给差速器，差速器通过第一驱动半轴和第二驱动半轴将动力传递到第一驱动轮和第二驱动轮。
进一步地，在增程模式下，制动器解除制动，离合器断开，发动机启动，发动机带动发电机发电以向动力电池或给驱动电机供电，驱动电机的动力经第四齿轮到第二齿轮再经第三齿轮到差速器齿轮减速后传递给差速器，差速器通过第一驱动半轴和第二驱动半轴将动力传递到第一驱动轮和第二驱动轮。
进一步地，在混合驱动模式下，制动器制动，离合器断开，发动机的动力经发动机输出轴到行星齿轮系的太阳轮、再经行星齿轮系的行星架、第一齿轮、第二齿轮传递到中间轴与驱动电机的动力耦合，驱动电机的动力经第四齿轮到第二齿轮再经第三齿轮到差速器齿轮减速后传递给差速器，差速器通过第一驱动半轴和第二驱动半轴将动力传递到第一驱动轮和第二驱动轮。
进一步地，在混合驱动模式下，制动器解除制动，离合器结合，行星齿轮系的太阳轮与行星架固定相连，发动机的动力经发动机输出轴到第一齿轮，再经第二齿轮传递到中间轴与驱动电机的动力耦合，驱动电机的动力经第四齿轮到第二齿轮再经第三齿轮到差速器齿轮减速后传递给差速器，差速器通过第一驱动半轴和第二驱动半轴将动力传递到第一驱动轮和第二驱动轮。
进一步地，发电机位于发动机与行星齿轮系之间；第一齿轮空套于发动机输出轴上并位于发电机与行星齿轮系之间。
进一步地，离合器包括相互配合的主动部分和从动部分，离合器的主动部分与发动机输出轴相连，离合器的从动部分与行星齿轮系的行星架相连。
进一步地，机电集成混合动力***还包括减震器，减震器设置在发动机与发电机之间。
本发明实施例还提供一种混合动力汽车，该混合动力汽车包括上述的机电集成混合动力***。
本发明实施例提供的机电集成混合动力***，包括发动机、发动机输出轴、发电机、行星齿轮系、制动器、离合器、驱动电机和差速器；发动机、发电机以及行星齿轮系通过发动机输出轴同轴相连；行星齿轮系包括齿圈、行星架和太阳轮；差速器通过传动装置与驱动电机相连；传动装置包括第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮、第四齿轮、差速器齿轮、中间轴和驱动电机输出轴；第一齿轮空套于发动机输出轴上并位于发电机和行星齿轮系之间与行星齿轮系的行星架固定相连；第二齿轮和第三齿轮位于中间轴上，第二齿轮与第一齿轮相互啮合；第四齿轮位于驱动电机输出轴上并与第二齿轮相互啮合；差速器齿轮与差速器相连接并与第三齿轮相互啮合；差速器通过第一驱动半轴和第二驱动半轴将动力分别传递到第一驱动轮和第二驱动轮。机电集成混合动力***的各部件布局合理，结构紧凑，有利于装配且节省空间，提高了车内空间利用率，克服现有并联式混合动力汽车及其动力总成尺寸空间大，结构复杂等缺点。机电集成混合动力***通过对制动器制动或解除制动、以及控制离合器的结合或断开，可以实现纯电动模式、増程模式、混合驱动模式等多种工作模式。其中，在混合驱动模式下发动机参与驱动时具有两个挡位可选择，解决了目前的混合动力***在发动机参与驱动时只有一个固定传动比的挡位的问题，优化了发动机的工作范围，动力性和经济性能好；机电集成混合动力***即使在驱动电机失效的时候，依靠发动机驱动也可以继续行驶，汽车的可靠性增加。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
图1是本发明实施例的机电集成混合动力***的结构示意图。
图2是本发明实施例的机电集成混合动力***的控制流程示意图。
图3是本发明实施例的机电集成混合动力***工作在纯电动模式下的动力传递示意图。
图4是本发明实施例的机电集成混合动力***工作在增程模式下的动力传递示意图。
图5是本发明实施例的机电集成混合动力***工作在混合驱动模式一挡下的动力传递示意图。
图6是本发明实施例的机电集成混合动力***工作在混合驱动模式二挡下的动力传递示意图。
图7是本发明实施例的机电集成混合动力***工作在制动能量回收模式下的动力传递示意图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对本发明进行详细说明如下。
本发明实施例提供一种机电集成混合动力***，其结构如图1所示，机电集成混合动力***包括发动机11、发电机13、行星齿轮系14、制动器16、离合器17、驱动电机18和差速器19。
发动机11例如为汽油发动机或柴油发动机。
发动机输出轴12，与发动机11相连，用于传递发动机11输出的动力。
发电机13，通过发动机输出轴12与发动机11同轴相连；发电机例如为外绕组内永磁体的永磁同步电机。
行星齿轮系14，包括齿圈141、行星架142和太阳轮143。行星齿轮系14的太阳轮143通过发动机输出轴12与发动机11同轴相连，即发动机11、发电机13和行星齿轮系14同轴相连，本实施例中，发电机13位于发动机11与行星齿轮系14之间。
制动器16，与行星齿轮系14的齿圈141相连，用于对行星齿轮系14的齿圈141进行制动；本实施例中，制动器16固定在变速器壳体15上，但并不以此为限。制动器16例如可以为钳盘式制动器、液压摩擦片式制动器或电磁制动器等。
离合器17，设置在发动机输出轴12与行星齿轮系14的行星架142之间；离合器17包括相互配合的主动部分和从动部分，离合器17的主动部分与发动机输出轴12相连，离合器17的从动部分与行星齿轮系14的行星架142相连。离合器17例如可以为空心轴式多片离合器。
驱动电机18，通过传动装置与差速器19相连。
其中，传动装置包括第一齿轮21、第二齿轮22、第三齿轮23、第四齿轮24、差速器齿轮25、中间轴26和驱动电机输出轴27。
第一齿轮21空套于发动机输出轴12上并位于发动机11与行星齿轮系14之间。具体地，第一齿轮21位于发电机13与行星齿轮系14之间，第一齿轮21与行星齿轮系14的行星架142固定相连。
第二齿轮22和第三齿轮23位于中间轴26上，第二齿轮22与第一齿轮21相互啮合。
驱动电机输出轴27与驱动电机18相连，第四齿轮24位于驱动电机输出轴27上并与第二齿轮22相互啮合。
差速器齿轮25与差速器19相连接并与第三齿轮23相互啮合。
差速器19通过第一驱动半轴31和第二驱动半轴32将动力分别传递到第一驱动轮41和第二驱动轮42。
为对发动机11的输出进行缓冲和减震，本发明实施例还包括减震器20。减震器20设置在发动机11与发电机13之间。减震器20例如为扭转减震器或液力耦合器。
为了便于对本发明提供的机电集成混合动力***进行控制，本发明提供的机电集成混合动力***还包括混合动力驱动***总控制器(图未示)、制动控制器(图未示)及离合控制器(图未示)，混合动力驱动***总控制器用于控制发动机11、发电机13的启动与停止，制动控制器用于控制制动器16制动与解除制动，离合控制器用于控制离合器17的结合与断开。
本实施例的机电集成混合动力***具有纯电动模式、增程模式和混合驱动模式，可根据电池SOC值、车速以及油门深度的需求自动实现三种模式的切换，由此，本实施例的控制流程，请参照图2所示，包括：
步骤S11，判断电池SOC值与第一阈值的大小关系，或同时判断电池SOC值与第一阈值的大小关系以及汽车车速与第二阈值的大小关系，或同时判断电池SOC值与第一阈值的大小关系、汽车车速与第二阈值的大小关系以及油门深度与第三阈值的关系；
步骤S12，根据判断结果，切换机电集成混合动力***的工作模式；在进入混合驱动模式时根据电池SOC值、油门深度信号及车速信号进行判断进入一档或二档。
第一阈值用于判断电池SOC值的高低，第二阈值用于判断车速的高低，第三阈值用于判断油门深度的大小，本实施例不对第一阈值、第二阈值和第三阈值的取值范围做限定，通常可以根据具体的控制策略自由设定，不同的控制策略下，第一阈值、第二阈值和第三阈值的取值都不尽相同。设定好第一阈值、第二阈值和第三阈值后，则自动判断并根据判断结果在三种模式间自动切换。
具体地，如图3所示，当***判断进入纯电动模式时，步骤S12包括：控制发动机11、发电机13均不工作，控制制动器16解除制动，控制离合器17断开，驱动电机18的动力经第四齿轮24到第二齿轮22再经第三齿轮23到差速器齿轮25减速后传递给差速器19，差速器19通过第一驱动半轴31、第二驱动半轴32将动力传递到第一驱动轮41、第二驱动轮42，此时车辆以纯电动模式行驶在全车速区域，动力传递路线如图3中箭头所示。
如图4所示，当***判断进入增程模式时，步骤S12包括：控制制动器16解除制动，控制离合器17断开，发动机11带动发电机13发电，以向动力电池充电或给驱动电机18供电，驱动电机18的动力经第四齿轮24到第二齿轮22再经第三齿轮23到差速器齿轮25减速后传递给差速器19，差速器19通过第一驱动半轴31、第二驱动半轴32将动力传递到第一驱动轮41、第二驱动轮42，此时车辆以增程模式行驶在低速区域，动力传递路线如图4中箭头所示。
如图5所示，当***判断进入混合驱动模式时，步骤S12包括：进一步判断进入混合驱动模式一挡时，控制制动器16制动，控制离合器17断开，发动机11的动力经发动机输出轴12到行星齿轮系14的太阳轮143、再经行星齿轮系14的行星架142到第一齿轮21、再第二齿轮22传递到中间轴26与驱动电机18的动力耦合，驱动电机18的动力经第四齿轮24到第二齿轮22再经第三齿轮23到差速器齿轮25减速后传递给差速器19，差速器19通过第一驱动半轴31、第二驱动半轴32将动力传递到第一驱动轮41、第二驱动轮42，此时车辆以混合驱动模式一挡行驶在中高速区域，动力传递路线如图5中箭头所示。
如图6所示，当***判断进入混合驱动模式时，步骤S12包括：进一步判断进入混合驱动模式二挡时，控制制动器16解除制动，控制离合器17结合，此时行星齿轮系14的太阳轮143与行星架142固定相连，发动机11的动力经发动机输出轴12直接到第一齿轮21，再经第二齿轮22传递到中间轴26与驱动电机18的动力耦合，驱动电机18的动力经第四齿轮24到第二齿轮22再经第三齿轮23到差速器齿轮25减速后传递给差速器19，差速器19通过第一驱动半轴31、第二驱动半轴32将动力传递到第一驱动轮41、第二驱动轮42，此时车辆以混合驱动模式二挡行驶在高速区域，动力传递路线如图6中箭头所示。
在上述增程模式中，当电池SOC值较低需要启动发动机时，发电机13作为启动电机使用，用于启动发动机11，使发动机11带动发电机13向动力电池充电或者给驱动电机18供电；当汽车需要高速行驶时，发电机13同样将作为启动电机使用，用于启动发动机11，发动机11输出驱动力矩，驱动电机18则辅助驱动，进入混合驱动模式。
上述三种模式以表格体现如下：
此外，汽车制动时，驱动电机18产生制动力矩制动车轮，同时其电机绕组中将产生感应电流向动力电池充电，实现制动能量的回收。由此，本实施例的控制方法还包括：
步骤S13，在制动时，控制驱动电机产生制动力矩并且在电机绕组中产生感应电流以向动力电池充电。
具体地，如图7所示，步骤S13包括：在汽车制动时，第一驱动轮41、第二驱动轮42分别经第一驱动半轴31、第二驱动半轴32输出力矩，产生的动力经差速器19到差速器齿轮25，再经第三齿轮23、第二齿轮22到第四齿轮24传递给驱动电机18，驱动电机18转为发电机再生发电，其电机绕组将产生的感应电流向动力电池充电。此时车辆运行在制动能量回收模式下，动力传递路线如图7中箭头所示。
上述实施例中，提供了一种适用于混合动力汽车的机电集成混合动力***，包括发动机、发动机输出轴、发电机、行星齿轮系、制动器、离合器、驱动电机和差速器；发动机、发电机以及行星齿轮系通过发动机输出轴同轴相连；行星齿轮系包括齿圈、行星架和太阳轮；差速器通过传动装置与驱动电机相连；传动装置包括第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮、第四齿轮、差速器齿轮、中间轴和驱动电机输出轴；第一齿轮空套于发动机输出轴上并位于发电机和行星齿轮系之间与行星齿轮系的行星架固定相连；第二齿轮和第三齿轮位于中间轴上，第二齿轮与第一齿轮相互啮合；第四齿轮位于驱动电机输出轴上并与第二齿轮相互啮合；差速器齿轮与差速器相连接并与第三齿轮相互啮合；差速器通过第一驱动半轴和第二驱动半轴将动力分别传递到第一驱动轮和第二驱动轮。机电集成混合动力***的各部件布局合理，结构紧凑，有利于装配且节省空间，提高了车内空间利用率，克服现有并联式混合动力汽车及其动力总成尺寸空间大，结构复杂等缺点。
机电集成混合动力***通过对制动器制动或解除制动、以及控制离合器的结合或断开，可以实现纯电动模式、増程模式、混合驱动模式等多种工作模式。其中，在混合驱动模式下发动机参与驱动时具有两个挡位可选择，解决了目前的混合动力***在发动机参与驱动时只有一个固定传动比的挡位的问题，优化了发动机的工作范围，动力性和经济性能好；机电集成混合动力***即使在驱动电机失效的时候，依靠发动机驱动也可以继续行驶，汽车的可靠性增加。
本发明实施例还提供一种混合动力汽车，该混合动力汽车包括如上所述的机电集成混合动力***，关于该混合动力汽车的其他结构可以参见现有技术，在此不赘述。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种机电集成混合动力***，其特征在于，包括：
发动机(11)；
发电机(13)，通过发动机输出轴(12)与所述发动机(11)同轴相连；
行星齿轮系(14)，包括齿圈(141)、行星架(142)和太阳轮(143)，所述太阳轮(143)通过所述发动机输出轴(12)与所述发动机(11)同轴相连；
制动器(16)，与所述行星齿轮系(14)的齿圈(141)相连；
离合器(17)，设置在所述发动机输出轴(12)与所述行星齿轮系(14)的行星架(142)之间；
驱动电机(18)，通过传动装置与差速器(19)相连；
其中，所述传动装置包括第一齿轮(21)、第二齿轮(22)、第三齿轮(23)、第四齿轮(24)、差速器齿轮(25)、中间轴(26)和驱动电机输出轴(27)；
所述第一齿轮(21)与所述行星齿轮系(14)的行星架(142)固定相连；
所述第二齿轮(22)和所述第三齿轮(23)位于所述中间轴(26)上，所述第二齿轮(22)与所述第一齿轮(21)相互啮合；
所述驱动电机输出轴(27)与所述驱动电机(18)相连，所述第四齿轮(24)位于所述驱动电机输出轴(27)上并与所述第二齿轮(22)相互啮合；
所述差速器齿轮(25)与所述差速器(19)相连接并与所述第三齿轮(23)相互啮合；
所述差速器(19)通过第一驱动半轴(31)和第二驱动半轴(32)将动力分别传递到第一驱动轮(41)和第二驱动轮(42)。
2.如权利要求1所述的机电集成混合动力***，其特征在于，所述机电集成混合动力***具有纯电动模式、增程模式和混合驱动模式。
3.如权利要求2所述的机电集成混合动力***，其特征在于，在所述纯电动模式下，所述发动机(11)和发电机(13)均不工作，所述制动器(16)解除制动、所述离合器(17)断开，所述驱动电机(18)的动力经所述第四齿轮(24)到所述第二齿轮(22)再经所述第三齿轮(23)到所述差速器齿轮(25)减速后传递给所述差速器(19)，所述差速器(19)通过所述第一驱动半轴(31)和第二驱动半轴(32)将动力传递到所述第一驱动轮(41)和第二驱动轮(42)。
4.如权利要求2所述的机电集成混合动力***，其特征在于，在所述增程模式下，所述制动器(16)解除制动、所述离合器(17)断开，所述发动机(11)启动，所述发动机(11)带动所述发电机(13)发电以向动力电池或给所述驱动电机(18)供电，所述驱动电机(18)的动力经所述第四齿轮(24)到所述第二齿轮(22)再经所述第三齿轮(23)到所述差速器齿轮(25)减速后传递给所述差速器(19)，所述差速器(19)通过所述第一驱动半轴(31)和第二驱动半轴(32)将动力传递到所述第一驱动轮(41)和第二驱动轮(42)。
5.如权利要求2所述的机电集成混合动力***，其特征在于，在所述混合驱动模式下，所述制动器(16)制动，所述离合器(17)断开，所述发动机(11)的动力经所述发动机输出轴(12)到所述行星齿轮系(14)的太阳轮(143)、再经所述行星齿轮系(14)的行星架(142)、所述第一齿轮(21)、所述第二齿轮(22)传递到所述中间轴(26)与所述驱动电机(18)的动力耦合，所述驱动电机(18)的动力经所述第四齿轮(24)到所述第二齿轮(22)再经所述第三齿轮(23)到所述差速器齿轮(25)减速后传递给所述差速器(19)，所述差速器(19)通过所述第一驱动半轴(31)和第二驱动半轴(32)将动力传递到所述第一驱动轮(41)和第二驱动轮(42)。
6.如权利要求2所述的机电集成混合动力***，其特征在于，在所述混合驱动模式下，所述制动器(16)解除制动，所述离合器(17)结合，所述行星齿轮系(14)的太阳轮(143)与行星架(142)固定相连，所述发动机(11)的动力经所述发动机输出轴(12)到所述第一齿轮(21)，再经所述第二齿轮(22)传递到所述中间轴(26)与所述驱动电机(18)的动力耦合，所述驱动电机(18)的动力经所述第四齿轮(24)到所述第二齿轮(22)再经所述第三齿轮(23)到所述差速器齿轮(25)减速后传递给所述差速器(19)，所述差速器(19)通过所述第一驱动半轴(31)和第二驱动半轴(32)将动力传递到所述第一驱动轮(41)和第二驱动轮(42)。
7.如权利要求1所述的机电集成混合动力***，其特征在于，所述发电机(13)位于所述发动机(11)与所述行星齿轮系(14)之间；所述第一齿轮(21)空套于所述发动机输出轴(12)上并位于所述发电机(13)与所述行星齿轮系(14)之间。
8.如权利要求1所述的机电集成混合动力***，其特征在于，所述离合器(17)包括相互配合的主动部分和从动部分，所述离合器(17)的主动部分与所述发动机输出轴(12)相连，所述离合器(17)的从动部分与所述行星齿轮系(14)的行星架(142)相连。
9.如权利要求1所述的机电集成混合动力***，其特征在于，所述机电集成混合动力***还包括减震器(20)，所述减震器(20)设置在所述发动机(11)与所述发电机(13)之间。
10.一种混合动力汽车，其特征在于，所述混合动力汽车包括如权利要求1至9任一项所述的机电集成混合动力***。
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