DE19726840A1 - Vorrichtung zur berührungslosen Übertragung elektrischer Energie - Google Patents
Vorrichtung zur berührungslosen Übertragung elektrischer EnergieInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur berührungslosen
Übertragung elektrischer Energie mit einer bei einem spei
senden Teil (Einspeisungsteil) angeordneten Induktionsspule,
der elektrische Energie zugeführt wird, und einer bei einem
gespeisten Teil angeordnete und in einem durch die Indukti
onsspule erzeugten Magnetfeld angeordneten induzierten Spule
(Sekundärspule).
Wie in Fig. 7 gezeigt, ist bei einer Vorrichtung zur berüh
rungslosen Übertragung elektrischer Energie eine bei einem
gespeisten Teil 3 mit einer Gleichrichterschaltung 30 und ei
ner Last 31 angeordnete induzierte Spule 4 in einem Magnet
feld positioniert, das durch eine bei einem speisenden Teil 1
mit einer Gleichrichterglättungsschaltung 10 und einer Oszil
latorschaltung 11 angeordneten Induktionsspule 2 erzeugt
wird, wodurch elektrische Energie mittels elektromagnetischer
Induktion übertragen wird. Da elektrische Energie von dem
spei senden Teil 1 zu dem gespeisten Teil 3 übertragen werden
kann, ohne daß ein Ladungsabschnitt (Anschlußabschnitt) der
äußeren Umgebung ausgesetzt wird, wird die Vorrichtung zur
berührungslosen Übertragung elektrischer Energie häufig bei
Vorrichtungen verwendet, bei denen ein wasserdichter Aufbau
erforderlich ist.
Bisher sind Vorrichtungen zur berührungslosen Übertragung
elektrischer Energie derart entworfen worden, daß sowohl der
Schaltungsabschnitt mit der Induktionsspule 2 des speisenden
Teils 1 als auch der Schaltungsabschnitt mit der induzierten
Spule 4 des gespeisten Teils 3 auf die Last 31 des gespeisten
Teils 3 ansprechend werden.
In diesem Fall wird, falls die Last 31 unterschiedlich ist,
sowohl die Schaltung des speisenden Teils 1 als auch die des
gespeisten Teils 3 verändert. Somit erstreckt sich die Ent
wurfszeitdauer zum Entwurf einer Vielzahl von Bauarten von
Vorrichtungen zur berührungslosen Übertragung elektrischer
Energie über einen sehr langen Zeitabschnitt.
Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrich
tung zur berührungslosen Übertragung elektrischer Energie zu
schaffen, die eine erhebliche Verkürzung der Entwicklungsent
wurfzeitdauer ermöglicht, wenn Lasten unterschiedlich sind.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung wird eine Vorrichtung
zur berührungslosen Übertragung elektrischer Energie geschaf
fen, die durch ein speisendes Teil mit einer Induktionsspule,
der elektrische Energie zugeführt wird, und ein gespeistes
Teil mit einer induzierten Spule, die in einem durch die In
duktionsspule erzeugten magnetischen Feld angeordnet ist, und
einem Lastteil gekennzeichnet ist, wobei eine Vielzahl ge
speister Teile vorgesehen sind, und jedes gespeiste Teil ein
unterschiedliches Lastteil aufweist und jedes gespeiste Teil
einen Abschnitt zur Anpassung elektrischer Energie entspre
chend dem einzelnen speisenden Teil aufweist, der seitens des
speisenden Teils zugeführte elektrische Energie zur Überein
stimmung mit jedem Lastteil anpaßt.
Gemäß einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung wird eine
Vielzahl berührungsloser Vorrichtungen zur Speicherung elek
trischer Energie geschaffen, denen konstante elektrische
Energie von außerhalb zugeführt wird, die dadurch gekenn
zeichnet sind, daß jede Vorrichtung zur Speicherung elektri
scher Energie eine induzierte Spule zum Empfang der konstan
ten elektrischen Energie von außerhalb, ein Lastteil, wobei
jede berührungslose elektrische Energiespeichervorrichtung
jeweils ein unterschiedliches Lastteil aufweist, und einen
Abschnitt zur Anpassung elektrischer Energie aufweist, der
die von außerhalb zugeführte Energie zur Übereinstimmung mit
jedem Lastteil anpaßt.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispie
len unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher be
schrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine Veranschaulichung gemäß einem ersten Ausführungs
beispiel,
Fig. 2(a) und (b) ein zweites Ausführungsbeispiel, wobei Fig.
2(a) eine schematische Schnittansicht und Fig. 2(b) eine Ver
anschaulichung darstellen,
Fig. 3(a) bis 3(c) ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfin
dung, wobei Fig. 3(a) und 3(b) schematische Schnittansichten
und Fig. 3(c) eine Veranschaulichung darstellen,
Fig. 4 eine Veranschaulichung gemäß einem vierten Ausfüh
rungsbeispiel,
Fig. 5 eine Veranschaulichung gemäß einem fünften Ausfüh
rungsbeispiel,
Fig. 6(a) bis 6(c) ein sechstes Ausführungsbeispiel, wobei
Fig. 6(a) und 6(b) schematische Schnittansichten und Fig.
6(c) eine Veranschaulichung darstellen,
Fig. 7 ein Blockschaltbild zur Darstellung eines grundsätzli
chen Aufbaus,
Fig. 8 ein Blockschaltbild zur Darstellung eines grundsätzli
chen Aufbaus,
Fig. 9 eine erläuternde Veranschaulichung gemäß dem vierten
Ausführungsbeispiel,
Fig. 10(a) bis (d) Veranschaulichungen von Energiesignalver
läufen an Punkten B und C gemäß Fig. 8,
Fig. 11 eine Veranschaulichung gemäß einem Ausführungsbei
spiel gemäß einer Kombination des ersten und des zweiten Aus
führungsbeispiels und
Fig. 12 eine seitliche Schnittansicht eines wiederaufladbaren
Rasierers und einer Batterieaufladevorrichtung davon, bei dem
eine Vorrichtung zur berührungslosen Übertragung elektrischer
Energie gemäß den Ausführungsbeispielen angewandt ist.
Der grundsätzliche Aufbau gemäß den Ausführungsbeispielen ist
derselbe wie der in Fig. 7 gezeigte. Eine Vielzahl von Bauar
ten gespeister Teile 3 mit jeweils unterschiedlicher Last 31
empfängt elektrische Energie im Ansprechen auf die jeweils
enthaltene Last 31 durch Anpassung der nachstehend beschrie
benen Punkte an ein speisendes Teil (Einspeisungsteil) 1 in
einer einzigen Ausführung. Nachstehend sind verschiedene Aus
führungsbeispiele unter Bezug auf die beiliegende Zeichnung
beschrieben.
Falls die Windungsanzahl einer induzierten Spule (Sekundär
spule) 4 des gespeisten Teils 3 für das speisende Teil 1 mit
einer vorbestimmten Glättungsschaltung 10, einer vorbestimm
ten Oszillatorschaltung 11 und einer vorbestimmten Indukti
onsspule 2 verändert wird, ist ein in Fig. 1 gezeigtes Ver
hältnis zwischen der Windungsanzahl und dem aus der induzier
ten Spule 4 entnehmbaren Ausgangsstrom vorhanden. Wenn die
Windungsanzahl A beträgt, wird der Ausgangsstrom maximal.
Normalerweise ist die Windungsanzahl A derart eingestellt,
daß der maximale Ausgangsstrom erzeugt wird, jedoch wird zur
Verringerung des Ausgangsstroms in Abhängigkeit von der Last
31 die Windungsanzahl von A verschoben.
Alternativ dazu wird ein in Fig. 2(a) gezeigter Zwischenraum
(eine Lücke, ein Abstand) G zwischen der Berührungsoberfläche
der äußeren Oberfläche des gespeisten Teils 3 mit dem spei
senden Teil 1 und der enthaltenen induzierten Spule 4 vergrö
ßert, wodurch wie in Fig. 2(b) gezeigt der erzeugte Aus
gangsstrom verringert wird. Der Zwischenraum G wird nicht nur
durch Veränderung der Dicke der äußeren Wand des gespeisten
Teils 3, sondern ebenfalls durch Veränderung der Position der
in dem gespeisten Teil enthaltenen induzierten Spule 4 verän
dert.
Alternativ dazu wird die Induktivität in Abhängigkeit davon
verändert, ob wie in Fig. 3(a) und 3(b) gezeigt ein Kern 40
in die induzierte Spule 4 eingefügt ist, wodurch wie in Fig.
3(c) gezeigt der Ausgangsstrom verändert wird.
Zusätzlich wird die Kapazität eines Ausgangskondensators bei
der Schaltung des gespeisten Teils 3 zur Veränderung der Re
sonanzfrequenz verändert, wodurch der entnehmbare Ausgangs
strom wie in Fig. 4 gezeigt verändert werden kann. Diese Wir
kung ist nachstehend ausführlich unter Bezug auf Fig. 8 bis
10(d) beschrieben. Gemäß Fig. 8 bezeichnet die Bezugszahl 41
eine Gleichrichterglättungsschaltung bei dem gespeisten Teil
3, 42 ein Sekundärseitenkondensator (Sekundärkondensator) und
43 ein Primärseitenkondensator. Das heißt, daß das speisende
Teil 1 einen Resonanzumrichter (resonance-type inverter) auf
weist, bei dem die Induktionsspule 2 und der Primärseitenkon
densator 43 parallel zueinander verschaltet sind. Die indu
zierte Spule 4 und der Sekundärseitenkondensator 42 bilden
einen Schwingkreis. Durch Veränderung der Kapazität des Se
kundärseitenkondensators 42 wird der Übereinstimmungspunkt
mit der Schwingfrequenz des speisenden Teils 1 verändert. Das
heißt, daß, falls die Kapazität des Sekundärseitenkondensa
tors 42 wie in Fig. 9 gezeigt von C1 auf C2 verändert wird,
die der Last 31 zuführbare Energie wie in Fig. 10(b) und
10(d) gezeigt verändert wird. Fig. 10(a) und 10(b) zeigen je
weils Energiesignalverläufe an den Punkten B und C gemäß Fig.
8, wenn die Kapazität des Sekundärseitenkondensators 42 C1
beträgt. Fig. 10(c) und 10(d) zeigen jeweils Energiesignal
verläufe an den Punkten B und C, wenn die Kapazität des Se
kundärseitenkondensators 42 C2 beträgt. Die Amplitude des
Energieverlaufs an dem Punkt C im Fall der Kondensatorkapazi
tät C2 (Fig. 10(d)) ist kleiner als die in dem Fall von C1
(Fig. 10(b)) an dem Punkt C. Auf diese Weise wird die der
Last 31 zuführbare Energie (schraffierter Bereich bei Fig.
10(b) und 10(d)) verändert. Zur Verwendung dieser Wirkung,
kann der aus der induzierten Spule 4 entnehmbarer Ausgangs
strom (= die der Last 31 zuführbare Energie) verändert wer
den.
Weiterhin wird wie in Fig. 5 gezeigt der Leitungsdurchmesser
bzw. Drahtdurchmesser der induzierten Spule 4 zur Veränderung
des Ausgangsstroms verändert.
Weiterhin wird als induzierte Spule 4 eine Spule mit einer
breiten Windungsbreite wie in Fig. 6(a) gezeigt oder einer
schmalen Windungsbreite wie in Fig. 6(b) gezeigt zur Verände
rung der Ausgangsstroms verwendet. Wenn die Windungsbreite
verbreitert wird, verringert sich der entnehmbare Ausgangs
strom wie in Fig. 6(c) gezeigt.
Im übrigen ist es möglich, die vorstehend beschriebenen Aus
führungsbeispiele zum wirksamen Erhalt der Wirkung gemäß den
Ausführungsbeispielen zu kombinieren. Beispielsweise kann wie
in Fig. 11 gezeigt die Windungsanzahl der induzierten Spule 4
und der Zwischenraum G gleichzeitig zur Anwendung des ersten
und des zweiten Ausführungsbeispiels zusammen verändert wer
den. Zwischen A und D wird eine extrem große Ausgangsstrom
differenz erhalten, wobei in diesem Fall der Zwischenraum G
bei A klein und bei D groß ist. Selbstverständlich ist es
ebenfalls möglich, eine große Ausgangsstromdifferenz durch
andere Kombinationen wie die Kombination des ersten und des
zweiten Ausführungsbeispiels, die Kombination des zweiten und
des vierten Ausführungsbeispiels oder dergleichen zu erhal
ten.
Auf jeden Fall wird die Schaltung des gespeisten Teils 3 der
Sekundärseite im Entwurf im Ansprechen auf die Last des ge
speisten Teils 3 derart geändert, daß das speisende Teil 1
der Primärseite unverändert verwendet werden kann. In diesem
Fall können unterschiedliche Arten von gespeisten Teilen 3
ein einzelnes speisendes Teil 1 gemeinsam nutzen, oder können
die Schaltungsteile des speisenden Teil 1 dieselben sein, ob
wohl die gespeisten Teile 3 aufgrund der Gehäuseform usw. das
speisende Teil nicht gemeinsam nutzen können. Falls unter
schiedliche Bauarten gespeister Teile ein einziges speisendes
Teil 1 gemeinsam nutzen, wird die Form der Oberfläche jedes
gespeisten Teils 3, das das speisende Teil 1 berührt, mit der
Form der das gespeiste Teil 3 berührenden Oberfläche des
speisenden Teils 1 in Übereinstimmung gebracht.
Fig. 12 zeigt eine seitliche Schnittansicht eines wiederauf
ladbaren Rasierers und eine Batterieaufladevorrichtung davon,
bei denen die Vorrichtung zur berührungslosen Übertragung
elektrischer Energie gemäß den Ausführungsbeispielen ange
wandt ist. Die Batterieaufladevorrichtung (das speisende
Teil) kann einen einzelnen Aufbau aufweisen, das heißt, daß
es gemeinsam für verschiedene Arten von Rasierern (gespeiste
Teile) verwendet werden kann, bei denen Batterien (Ni-Cd-
Bauart, Ni-Mn-Bauart oder dergleichen), Eigenschaften und
Bauarten (Gleichstrommotor, Linearmotor) unterschiedlich
sind.
Außerdem kann die Vorrichtung zur berührungslosen Übertragung
elektrischer Energie gemäß den Ausführungsbeispielen bei je
der andern Art elektrischer Produkte angewendet werden und
ist nicht auf wiederaufladbare elektrische Rasierer be
schränkt. Beispielsweise kann die Vorrichtung bei einer elek
trischen Zahnbürste, einem Mobiltelefon (schnurloses Telefon
im Haus, Automobiltelefon oder dergleichen), einer tragbaren
audio-visuellen Ausrüstung (Videokamera, Minidiskspieler,
Kompaktdiskspieler oder dergleichen) usw. angewandt werden.
Wie vorstehend beschrieben wird gemäß den Ausführungsbeispie
len eine Vorrichtung zur berührungslosen Übertragung elektri
scher Energie mit einem speisenden Teil, das eine Indukti
onsspule aufweist, der elektrische Energie zugeführt wird,
und eine Vielzahl von gespeisten Teilen geschaffen, die je
weils eine in einem durch die Induktionsspule erzeugen Ma
gnetfeld angeordnete induzierte Spule aufweisen. Die gespei
sten Teile unterscheiden sich in bezug auf das Lastteil, wo
bei jeder der gespeisten Teile mit verschiedenen Lastteilen
einen Abschnitt zur Anpassung elektrischer Energie entspre
chend dem einzelnen speisenden Teil zum Empfang elektrischer
Energie im Ansprechen auf das Lastteil durch das speisende
Teil aufweisen. Somit wird, falls Lasten unterschiedlich
sind, lediglich das gespeiste Teil im Entwurf geändert, um
die Lastdifferenz zu berücksichtigen, und das speisende Teil
nicht im Entwurf geändert, damit der Entwicklungsentwurfs
zeitabschnitt drastisch gekürzt werden kann.
Wie vorstehend beschrieben, wird eine Vorrichtung zur berüh
rungslosen Übertragung elektrischer Energie geschaffen, die
ein speisendes Teil 1 mit einer Induktionsspule 2, der elek
trische Energie zugeführt wird, und eine Vielzahl von gespei
sten Teilen 3 mit jeweils einer in einem durch die Indukti
onsspule 2 erzeugten Magnetfeld angeordneten induzierten Spu
le 4 aufweist. Die gespeisten Teile 3 unterscheiden sich im
Lastteil 31, wobei jedes der gespeisten Teile 3 mit unter
schiedlichen Lastteilen 31 einen Abschnitt zur Anpassung
elektrischer Energie entsprechend dem einzelnen speisenden
Teil 1 aufweist, um elektrische Energie im Ansprechen auf das
Lastteil 31 von dem speisenden Teil 1 zu empfangen. Es wird
das einzelne speisende Teil 1 verwendet, wobei lediglich die
gespeisten Teile die Lastdifferenz berücksichtigen.
Claims (14)
1. Vorrichtung zur berührungslosen Übertragung elektrischer
Energie,
gekennzeichnet durch
ein speisendes Teil (1) mit einer Induktionsspule (2), der elektrische Energie zugeführt wird, und
ein gespeistes Teil (3) mit einer induzierten Spule (4), die in einem durch die Induktionsspule erzeugten magnetischen Feld angeordnet ist, und einem Lastteil (31),
wobei eine Vielzahl gespeister Teile (3) vorgesehen sind, und jedes gespeiste Teil (3) ein unterschiedliches Lastteil (31) aufweist und jedes gespeiste Teil einen Ab schnitt zur Anpassung elektrischer Energie entsprechend dem einzelnen speisender Teil (1) aufweist, der seitens des spei senden Teils (1) zugeführte elektrische Energie zur Überein stimmung mit jedem Lastteil (31) anpaßt.
ein speisendes Teil (1) mit einer Induktionsspule (2), der elektrische Energie zugeführt wird, und
ein gespeistes Teil (3) mit einer induzierten Spule (4), die in einem durch die Induktionsspule erzeugten magnetischen Feld angeordnet ist, und einem Lastteil (31),
wobei eine Vielzahl gespeister Teile (3) vorgesehen sind, und jedes gespeiste Teil (3) ein unterschiedliches Lastteil (31) aufweist und jedes gespeiste Teil einen Ab schnitt zur Anpassung elektrischer Energie entsprechend dem einzelnen speisender Teil (1) aufweist, der seitens des spei senden Teils (1) zugeführte elektrische Energie zur Überein stimmung mit jedem Lastteil (31) anpaßt.
2. Vorrichtung zur berührungslosen Übertragung elektrischer
Energie nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Abschnitt zur Anpassung elektrischer Energie die elektri
sche Energie durch Veränderung der Windungsanzahl der indu
zierten Spule (4) verändert.
3. Vorrichtung zur berührungslosen Übertragung elektrischer
Energie nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Abschnitt zur Anpassung elektrischer Energie die elektri
sche Energie durch Veränderung eines Zwischenraums (G) zwi
schen einer Kontaktfläche einer äußeren Fläche des gespeisten
Teils (3) mit dem speisenden Teil (1) und der induzierten
Spule (4) anpaßt.
4. Vorrichtung zur berührungslosen Übertragung elektrischer
Energie nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Abschnitt zur Anpassung elektrischer Energie die elektri
sche Energie in Abhängigkeit von einem Vorhandensein oder ei
nem Fehlen eines Kerns (40) der induzierten Spule (4) anpaßt.
5. Vorrichtung zur berührungslosen Übertragung elektrischer
Energie nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
das speisende Teil (1) einen Resonanzumrichter hat, bei dem die Induktionsspule (2) und eine Primärseitenkondensator (43) parallel zueinander verschaltet sind, und
der Abschnitt zur Anpassung elektrischer Energie die elektrische Energie durch Veränderung einer Kapazität eines Kondensators (42) anpaßt, der zu der induzierten Spule (4) zur Bildung eines Schwingkreises parallel verschaltet ist.
das speisende Teil (1) einen Resonanzumrichter hat, bei dem die Induktionsspule (2) und eine Primärseitenkondensator (43) parallel zueinander verschaltet sind, und
der Abschnitt zur Anpassung elektrischer Energie die elektrische Energie durch Veränderung einer Kapazität eines Kondensators (42) anpaßt, der zu der induzierten Spule (4) zur Bildung eines Schwingkreises parallel verschaltet ist.
6. Vorrichtung zur berührungslosen Übertragung elektrischer
Energie nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Abschnitt zur Anpassung elektrischer Energie die elektri
sche Energie durch Veränderung der Windungsbreite der indu
zierten Spule (4) anpaßt.
7. Vorrichtung zur berührungslosen Übertragung elektrischer
Energie nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Abschnitt zur Anpassung elektrischer Energie die elektri
sche Energie durch Veränderung des Drahtdurchmessers der in
duzierten Spule (4) anpaßt.
8. Vielzahl berührungsloser Vorrichtungen zur Speicherung
elektrischer Energie, denen konstante elektrische Energie von
außerhalb zugeführt wird,
dadurch gekennzeichnet, daß
jede Vorrichtung zur Speicherung elektrischer Energie
eine induzierte Spule (4) zum Empfang der konstanten elektrischen Energie von außerhalb,
ein Lastteil (31), wobei jede berührungslose elektrische Energiespeichervorrichtung jeweils ein unterschiedliches Lastteil aufweist, und
einen Abschnitt zur Anpassung elektrischer Energie auf weist, der die von außerhalb zugeführte Energie zur Überein stimmung mit jedem Lastteil (31) anpaßt.
eine induzierte Spule (4) zum Empfang der konstanten elektrischen Energie von außerhalb,
ein Lastteil (31), wobei jede berührungslose elektrische Energiespeichervorrichtung jeweils ein unterschiedliches Lastteil aufweist, und
einen Abschnitt zur Anpassung elektrischer Energie auf weist, der die von außerhalb zugeführte Energie zur Überein stimmung mit jedem Lastteil (31) anpaßt.
9. Berührungslose Vorrichtung zur Speicherung-elektrischer
Energie nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Abschnitt zur Anpassung elektrischer Energie die elektri
sche Energie durch Veränderung der Windungsanzahl der indu
zierten Spule (4) verändert.
10. Berührungslose Vorrichtung zur Speicherung elektrischer
Energie nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Abschnitt zur Anpassung elektrischer Energie die elektri
sche Energie durch Veränderung einer Distanz (G) zwischen ei
ner äußeren Fläche der Vorrichtung zur Speicherung elektri
scher Energie und der induzierten Spule (4) anpaßt.
11. Berührungslose Vorrichtung zur Speicherung elektrischer
Energie nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Abschnitt zur Anpassung elektrischer Energie die elektri
sche Energie in Abhängigkeit von einem Vorhandensein oder ei
nem Fehlen eines Kerns (40) der induzierten Spule (4) anpaßt.
12. Berührungslose Vorrichtung zur Speicherung elektrischer
Energie nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Abschnitt zur Anpassung elektrischer Energie die elektri
sche Energie durch Veränderung einer Kapazität eines Konden
sators (42) anpaßt, der parallel zu der induzierten Spule (4)
zur Bildung eines Schwingkreises geschaltet ist.
13. Berührungslose Vorrichtung zur Speicherung elektrischer
Energie nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Abschnitt zur Anpassung elektrischer Energie die elektri
sche Energie durch Veränderung der Windungsbreite der indu
zierten Spule (4) anpaßt.
14. Berührungslose Vorrichtung zur Speicherung elektrischer
Energie nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Abschnitt zur Anpassung elektrischer Energie die elektri
sche Energie durch Veränderung des Drahtdurchmessers der in
duzierten Spule (4) anpaßt.
Applications Claiming Priority (1)
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