JP2010048775A - バリアブルリラクタンス型レゾルバロータ及びブラシレスモータ - Google Patents

Abstract

【課題】
回転軸への圧入に伴う外側検出面の周方向の不均一な変形を抑制でき、レゾルバの検出性能の向上に寄与することができるバリアブルリラクタンス型レゾルバロータを提供する。
【解決手段】レゾルバロータ２１の軸固定孔３２には、１つの突極部３１の周方向中央部に該孔３２に開口する位置決め凹部３３が設けられ、また該孔３２の内周縁部に回転軸５に圧接する複数の圧入凸部３４が設けられる。この圧入凸部３４は、隣接する突極部３１間の谷部３１ｂに相当する角度位置に配置される。
【選択図】図３

Description

本発明は、回転軸に対して好適に固定可能なバリアブルリラクタンス型レゾルバロータ、及びそのレゾルバを備えてなるブラシレスモータに関するものである。

従来、バリアブルリラクタンス型（ＶＲ型）レゾルバロータとしては、例えば特許文献１に記載されたものが知られている。レゾルバロータは、その外側検出面とレゾルバステータとの間のギャップパーミアンスが該レゾルバロータ（回転軸）の回転角度に対して正弦波状に変化するように非円形状（文献１では、径方向外側に突出する突極部を２つ有する形状）をなしている。このようなレゾルバロータは、回転軸に圧入にて固定されるのが一般的である。
特開２００２−１７４５３５号公報

ところで、レゾルバロータは回転軸との位置決めを行う必要もあるため、特許文献１では、レゾルバロータ中央部の軸固定孔内周縁に突起を１個形成し、回転軸のレゾルバロータの固定部分にも位置決め凹部を１個形成して、その突起を位置決め凹部内に嵌合させることで回転軸に対するレゾルバロータの周方向の位置決めが行われている。

しかしながら、レゾルバロータの軸固定孔がその位置決め用の突起を設けることで非円形状となることから、該軸固定孔にてレゾルバロータを回転軸に圧入固定すると、その軸固定孔の周縁部において回転軸からの圧接力の反力が周方向に均一に作用しないために、レゾルバロータの外側検出面に周方向に不均一な変形が生じてしまう。レゾルバロータの外側検出面は、回転角度の検出に係る高精度な形状に形成されているため、このような周方向の不均一な変形が生じると、レゾルバステータで生成される回転角度信号においてその波形歪みの原因となるレゾルバステータのスロット数と一致した高調波成分が助長され検出性能に著しい影響を及ぼすことがある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、回転軸への圧入に伴う外側検出面の周方向の不均一な変形を抑制でき、レゾルバの検出性能の向上に寄与することができるバリアブルリラクタンス型レゾルバロータ及びブラシレスモータを提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、径方向外側に複数の突極部を有する外側検出面を備えるとともに、回転軸に圧入固定される軸固定孔を中央部に備えてなるバリアブルリラクタンス型レゾルバロータであって、前記軸固定孔には、少なくとも１つを除いた所定の前記突極部の周方向中央部に該孔に開口する位置決め凹部が設けられるとともに、該孔の内周縁部に前記回転軸に圧接する複数の圧入凸部が設けられ、前記圧入凸部は、前記突極部間の谷部に相当する角度位置に配置されていることをその要旨とする。

この発明では、レゾルバロータの軸固定孔には、少なくとも１つを除いた所定の突極部の周方向中央部に該孔に開口する位置決め凹部が設けられ、また該孔の内周縁部に回転軸に圧接する複数の圧入凸部が設けられる。そして、この圧入凸部は、隣接する突極部間の谷部に相当する角度位置に配置される。ここで、このようなレゾルバロータでは各突極部に対して位置決め凹部を有するものと有さないものとが混在するため、レゾルバロータの回転軸への圧入の際、その位置決め凹部の有無で各突極部の外側検出面に現れる歪み寸法量に差が生じることが懸念される。それを踏まえ、突極部の周方向中央部に設ける位置決め凹部に対し、軸固定孔の内周縁部の圧入凸部を突極部間の谷部に相当する角度位置（この場合、谷部と一致する角度位置のみならず、その一致位置から若干周方向に偏倚した位置も含む）に設ける、即ち各圧入凸部をその位置決め凹部から極力離間させつつ、各突極部間の谷部に相当する角度位置に分散して設けることで、回転軸からの圧接力の反力が各圧入凸部を通じて周方向に略均等に作用することが可能となる。また、圧入凸部の圧入による各突極部の外側検出面の歪みが、レゾルバステータとのエアギャップが最も大きく一定量の歪みに対し検出精度が最も影響を与えられ難い谷部に最も大きく現れ易いものとなる。これにより、各突極部の外側検出面の変形が略均一となり、レゾルバの検出性能の向上に寄与できる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のバリアブルリラクタンス型レゾルバロータにおいて、前記位置決め凹部の周方向両側に設けられる前記圧入凸部は、前記突極部間の谷部と一致する角度位置から前記位置決め凹部側に前記突極部の１／４の範囲内でそれぞれ偏倚させてなることをその要旨とする。

この発明では、位置決め凹部の周方向両側に設けられる圧入凸部は、突極部間の谷部と一致する角度位置からその位置決め凹部側に突極部の１／４の範囲内でそれぞれ偏倚して配置される。ここで、例えば各圧入凸部を周方向に等角度間隔に配置してもその配置が位置決め凹部から極力離間する突極部間の谷部としていることから、各突極部に対して位置決め凹部の有無が混在しても各突極部の外側検出面の変形が均等化するものの、若干ではあるが位置決め凹部を有する突極部の外側検出面の変形が異なる。この場合、位置決め凹部の周方向両側に設けられる圧入凸部を突極部間の谷部と一致する角度位置に設定すると若干遠くなるため該凹部が開くように変形するため、これを防止すべく、位置決め凹部の周方向両側の圧入凸部は、該凹部側に上記範囲内で偏倚して配置される。これにより、各突極部の外側検出面の変形がより均一化され、レゾルバの検出性能のより一層の向上に寄与できる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のバリアブルリラクタンス型レゾルバロータにおいて、前記レゾルバロータは、複数枚のコアシートを積層し、前記突極部の周方向中央部に設けた連結部にて軸方向に連結して一体化されるものであることをその要旨とする。

この発明では、レゾルバロータは、複数枚のコアシートを積層し、突極部の周方向中央部に設けた連結部にて軸方向に連結して一体化されてなる。つまり、レゾルバロータはコアシートを用いた積層型よりなり、その製造が容易である。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載のバリアブルリラクタンス型レゾルバロータにおいて、前記位置決め凹部は、周方向に１つ設けられてなることをその要旨とする。

この発明では、位置決め凹部が周方向に１つのレゾルバロータは、回転軸への圧入固定の際に各突極部の外側検出面の変形に差が生じ易い形状であることから、このレゾルバロータに適用する意義は大きい。また、上記請求項３に適用すれば、かしめ部等よりなる連結部におけるコアシート間の連結力が位置決め凹部側に逃げて低下することが抑制され、コアシートが相互に強固に連結できる。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載のバリアブルリラクタンス型レゾルバロータにおいて、前記位置決め凹部の周方向両側に設けられる前記圧入凸部は、その他の前記圧入凸部よりも前記回転軸に対する圧入代が大とされていることをその要旨とする。

この発明では、位置決め凹部の周方向両側に設けられる圧入凸部は、その他の圧入凸部よりも回転軸に対する圧入代が大とされる。つまり、位置決め凹部の周方向両側に設けられる圧入凸部の回転軸への圧接力がその位置決め凹部側に逃げることを考慮し、各圧入凸部の圧接力を略同等、即ち各突極部の外側検出面の変形を略同等とすることが可能となる。

請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか１項に記載のレゾルバロータをモータの回転軸に圧入固定し、その径方向外側にレゾルバステータを配置してなるバリアブルリラクタンス型レゾルバが搭載されたブラシレスモータである。

この発明では、上記請求項に記載のレゾルバロータが用いられ、該レゾルバロータをモータの回転軸に圧入固定しても各突極部の外側検出面の変形が略均一となることでレゾルバの検出性能が良好となるため、回転角度検出に優れたレゾルバ搭載のブラシレスモータを提供できる。

本発明によれば、回転軸への圧入に伴う外側検出面の周方向の不均一な変形を抑制でき、レゾルバの検出性能の向上に寄与することができるバリアブルリラクタンス型レゾルバロータ及びブラシレスモータを提供することができる。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１は、本実施形態におけるバリアブルリラクタンス型（ＶＲ型）レゾルバ搭載のブラシレスモータ１を示す断面図である。このブラシレスモータ１は、例えば運転者のステアリング操作をアシストすることを主たる目的とした車両用電動パワーステアリング装置に組み付けられる。

図１に示すように、ブラシレスモータ１は、ステータコア３の複数のティース３ａにそれぞれモータ巻線２が巻回されてなる環状のステータ４と、該ステータ４の内側に配置されて回転軸５とともに一体回転するロータ６と、該ロータ６の回転角度を検出するＶＲ型のレゾルバ７とを備えている。

ブラシレスモータ１のモータケース１０は、有底筒状に形成されたヨークハウジング１１と、該ヨークハウジング１１の開口部１１ａを閉塞するエンドプレート１２とからなり、ステータ４はそのヨークハウジング１１の内周面に固定されている。ステータ４は、モータ巻線２に三相（Ｕ，Ｖ，Ｗ相）の駆動電源が供給されることにより、回転磁界を発生する。

ロータ６は、その回転軸５がヨークハウジング１１の底部１１ｂ及びエンドプレート１２に設けられた軸受１３，１４により回転可能に支持され、ステータ４の内側に配置されている。ロータ６は、マグネット飛散防止用の円筒カバー６ａの内部に複数個のマグネット（図示略）を有している。ロータ６は、ステータ４にて生じる回転磁界の影響を受け回転する。

レゾルバ７は、図２に示すように、回転軸５に圧入されて該回転軸５（ロータ６）と一体回転するように固定される環状のレゾルバロータ２１と、該レゾルバロータ２１の径方向外側に配置される環状のレゾルバステータ２２とを備えている。

レゾルバロータ２１は、図３に示すように、同形状の磁性鋼板よりなるコアシート２１ｘを複数枚積層してなり、径方向外側に突出する同形状の複数（７つ）の突極部３１を備えている。これら突極部３１は、周方向に等角度間隔に配設されており、中心角の二等分線に関して線対称となる略円弧状の外側検出面３１ａを有している。

また、レゾルバロータ２１は、中央部に前記回転軸５に固定するための略円形状の軸固定孔３２を有するとともに、複数の突極部３１のうちいずれか１つの突極部３１の周方向中央部の角度位置でその軸固定孔３２に向けて開口する矩形状の位置決め凹部３３（位置決め部）を有している。位置決め凹部３３は、突極部３１の周方向範囲の１／２よりも小さく設定されている。位置決め凹部３３は、各々のコアシート２１ｘに形成された凹部３３ｘが軸方向に一致され、これにより軸方向に貫通する溝形状をなしている。位置決め凹部３３は、前記ロータ６に対するレゾルバロータ２１の周方向の位置決めのためのものであり、例えば両ロータ６，２１間に跨って冶具等が挿通されてレゾルバロータ２１の各突極部３１と前記ロータ６の永久磁石との周方向の位置決めに用いられる。

また、レゾルバロータ２１は、軸固定孔３２の内周縁部において、各突極部３１間の谷部３１ｂと一致する角度位置にそれぞれ同形状をなす半円状の圧入凸部３４を有している。これら圧入凸部３４は、前記回転軸５へのレゾルバロータ２１の圧入に際し、該回転軸５の外周面（円周面）に圧接することでレゾルバロータ２１が回転軸５に固定される。

また、レゾルバロータ２１は、各突極部３１の周方向中央部の角度位置でその外側検出面３１ａから径方向内側の等距離位置にそれぞれ配置された円形のかしめ部３５（連結部）を有している。これらかしめ部３５は、各コアシート２１ｘの一側面から他側面側に押し出されて形成され、隣接する一方のコアシート２１ｘのかしめ部３５の凸部が他方のコアシート２１ｘのかしめ部３５の凹部に嵌合することで、複数のコアシート２１ｘが軸方向に積層されて一体的に固定される。このとき、位置決め凹部３３が設置される突極部３１のかしめ部３５では、軸方向の連結力が位置決め凹部３３側に逃げ、その連結力が他の位置に設置されるかしめ部３５よりも若干弱くなるが、位置決め凹部３３を１箇所のみの設置としている本実施形態では、他の位置のかしめ部３５により十分な連結力が得られ、コアシート２１ｘが相互に十分強固に連結される。そして、複数枚のコアシート２１ｘが一体化されて構成されたレゾルバロータ２１にて回転軸５に対して圧入されている。

ここで、このようなレゾルバロータ２１の回転軸５への圧入の際、軸固定孔３２の周方向一部に設けた位置決め凹部３３の影響を受け、各突極部３１の外側検出面３１ａに現れる歪み寸法量に差が生じることが懸念される。それを踏まえ、本実施形態のレゾルバロータ２１は、１つの突極部３１の周方向中央部の角度位置に設けられる１つの位置決め凹部３３に対し、各圧入凸部３４をその位置決め凹部３３から極力離間させつつ、７つある突極部３１間の谷部３１ｂと一致する角度位置、即ち本実施形態では等角度間隔にそれぞれ配置させている。これにより、レゾルバロータ２１の圧入による回転軸５からの圧接力の反力が各圧入凸部３４を通じて周方向に略均等に作用するようになる。こうして、レゾルバロータ２１の全ての突極部３１の外側検出面３１ａの変形が略同等とされて、レゾルバ７の検出性能の向上が図られている。

図１及び図２に示すように、レゾルバステータ２２は、同形状の磁性鋼板よりなるコアシート２２ｘを複数枚積層してなり、複数（１０本）のティース２３ａを有するレゾルバステータコア２３と、樹脂製のインシュレータ２４を介してティース２３ａに巻回されたレゾルバ巻線２５とを備えている。尚、レゾルバ巻線２５は、励磁電圧が印加される一相の励磁巻線と、該励磁巻線の励磁に基づいてレゾルバロータ２１の回転に応じた位相の異なる出力信号（回転角度信号）を出力する二相の出力巻線とからなり、それぞれ所定位置のティース２３ａに巻回されている。レゾルバステータ２２は、エンドプレート１２に対して固定プレート１５と取付ねじ１６にて固定される。

また、レゾルバステータ２２には、レゾルバ用コネクタ２６が一体に設けられている。レゾルバ巻線２５は、レゾルバ用コネクタ２６が外部から延びる信号配線２７の接続コネクタ２７ａと接続されることで、外部に設けられる制御装置（図示略）と電気的に接続される。そして、制御装置は、レゾルバ巻線２５のうちの励磁巻線を励磁させつつ出力巻線から得られる出力信号に基づいてレゾルバロータ２１、即ちモータ１のロータ６の回転位置を検出し、ステータ４（モータ巻線２）に供給する三相駆動電源を生成するようになっている。

次に、本実施形態の特徴的な作用効果を記載する。
（１）本実施形態のレゾルバロータ２１の軸固定孔３２には、１つの突極部３１の周方向中央部に該孔３２に開口する位置決め凹部３３が設けられ、また該孔３２の内周縁部に回転軸５に圧接する複数の圧入凸部３４が設けられている。そして、この圧入凸部３４は、隣接する突極部３１間の谷部３１ｂと一致する角度位置に等角度間隔に配置されている。つまり、圧入に影響を与える位置決め凹部３３から各圧入凸部３４を極力離間させつつ、各突極部３１間の谷部３１ｂに相当する角度位置に分散して設けることで、回転軸５への圧入固定の際に、回転軸５からの圧接力の反力が各圧入凸部３４を通じて周方向に略均等に作用することとなる。また、圧入凸部３４の圧入による各突極部３１の外側検出面３１ａの歪みが、レゾルバステータ２２とのエアギャップが最も大きく一定量の歪みに対し検出精度が最も影響を与えられ難い谷部３１ｂに最も大きく現れ易いものとなる。そのため、各突極部３１の外側検出面３１ａの変形が略均一となることから、モータ１のロータ６の回転角度検出に係るレゾルバ７で生成される出力信号（回転角度信号）において、その波形歪みの原因となるレゾルバステータ２２のスロット数（１０個）と一致した高調波成分（１０次高調波成分）を抑制することができ、レゾルバ７の検出性能の向上を図ることができる。これにより、回転角度検出に優れたレゾルバ７搭載のブラシレスモータ１を構成でき、ひいては低振動・低騒音のブラシレスモータ１を構成することができる。

（２）位置決め凹部３３が周方向に１つの本実施形態のレゾルバロータ２１は、回転軸５への圧入固定の際に各突極部３１の外側検出面３１ａの変形に差が生じ易い形状であることから、本実施形態のレゾルバロータ２１に適用する意義は大きい。また、本実施形態のレゾルバロータ２１は、複数枚のコアシート２１ｘを積層し、突極部３１の周方向中央部に設けたかしめ部３５にて軸方向に連結して一体化されてなる。つまり、レゾルバロータ２１はコアシート２１ｘを用いた積層型よりなり、その製造が容易であるのは勿論のこと、かしめ部３５におけるコアシート２１ｘ間の連結力が位置決め凹部３３側に逃げて低下することを抑制することができ、コアシート２１ｘを相互に強固に連結することができる。

尚、本発明の実施形態は、以下のように変更してもよい。
・上記実施形態において、圧入凸部３４を突極部３１間の谷部３１ｂと一致する角度位置に等角度間隔に配置したが、圧入凸部３４の配置はこれに限らず、例えば突極部３１間の谷部３１ｂと一致する角度位置から周方向に若干偏倚させて調整してもよい。この場合、突極部３１間の谷部３１ｂと一致する角度位置から周方向両側にそれぞれ突極部３１の１／４の範囲内（図３のＡ範囲）とするのが望ましい。

また、図４に示す形態では、位置決め凹部３３の周方向両側に設けられる圧入凸部３４ａを、突極部３１間の谷部３１ｂと一致する角度位置からその位置決め凹部３３側に突極部の１／４の範囲Ａ内でそれぞれ同量だけ偏倚させている。尚、各圧入凸部３４ａは、この場合、範囲Ａの略中央にそれぞれ偏倚させている。

ここで、上記実施形態のように圧入凸部３４を突極部３１間の谷部３１ｂと一致させ等角度間隔に配置しても十分な効果が得られるが、図５に示すように、極めて僅かではあるが位置決め凹部３３を有する突極部３１（図５中、マル１）の外側検出面３１ａの径方向外側への変形量が小さく、その周方向両側の突極部３１（図５中、マル２及びマル７）もその影響を受け、その外側検出面３１ａの径方向外側への変形量が大きくなり、その他の位置決め凹部３３を有さない突極部３１（図５中、マル３〜マル６）の外側検出面３１ａの変形に差は生じない。この場合、位置決め凹部３３の周方向両側に設けられる圧入凸部３４を突極部３１間の谷部３１ｂと一致する角度位置に設定すると若干遠くなるため該凹部３３が開くように変形するためであり、これを防止すべく、図４に示す形態では、位置決め凹部３３の周方向両側の圧入凸部３４ａを該凹部３３側に上記範囲Ａ内で偏倚させることで、各突極部３１の外側検出面３１ａの変形をより均一化でき（図５にて実線で示す）、レゾルバ７の検出性能をより一層の向上することができる。

・上記実施形態では、７つの突極部３１を有するレゾルバロータ２１であったが、突極部３１の数を適宜変更してもよい。
例えば、図６に示すように、突極部３１を６つとしてレゾルバロータ２１を構成してもよい。また、この図６のレゾルバロータ２１では、６つの突極部３１で構成することから、位置決め凹部３３を２つとし、１８０°対向する突極部３１に配置することもできる。

また、図７に示すように、突極部３１を５つとしてレゾルバロータ２１を構成してもよい。また、この図７のレゾルバロータ２１では、５つの突極部３１で構成することから、位置決め凹部３３を３つとし、回転軸５を挟んだ３つの突極部３１にそれぞれ配置することもできる。

・上記実施形態では、圧入凸部３４の形状を同形状とし回転軸５に対する圧入代を同等としたが、これに限らず適宜変更してもよく、例えば図８に示すように、位置決め凹部３３の周方向両側に設けられる圧入凸部３４ｂの先端部（径方向内側端部）までの半径ｒ２を、その他の圧入凸部３４の先端部（径方向内側端部）までの半径ｒ１よりも小とし、位置決め凹部３３の両側の圧入凸部３４ｂの回転軸５に対する圧入代を大としてもよい。これにより、先端部まで半径ｒ２とした圧入凸部３４ｂの回転軸５への圧接力が位置決め凹部３３側に逃げて半径ｒ１の圧入凸部３４の圧接力と略同等となり、これら略同等の圧接力による各突極部３１の外側検出面３１ａの歪みも略同等のものとなる。これにより、レゾルバ７の検出性能の向上を図ることができる。

・上記実施形態では、突極部３１間の谷部３１ｂに相当する角度位置にそれぞれ１つの圧入凸部３４を設けたが、２以上の複数個を設けるようにしてもよい。また、圧入凸部３４を半円状以外の形状にて形成してもよい。

・上記実施形態では、ブラシレスモータ１に搭載するレゾルバ７に適用したが、その他の装置に搭載するレゾルバに適用してもよい。

本実施形態におけるブラシレスモータを示す断面図である。 ＶＲ型レゾルバを示す平面図である。 レゾルバロータの構成を説明するための平面図である。 別例におけるレゾルバロータの構成を説明するための平面図である。 図４のレゾルバロータの各突極部の変形量を説明するための説明図である。 別例におけるレゾルバロータの構成を説明するための平面図である。 別例におけるレゾルバロータの構成を説明するための平面図である。 別例におけるレゾルバロータの構成を説明するための平面図である。

符号の説明

１…ブラシレスモータ、５…回転軸、７…バリアブルリラクタンス型（ＶＲ型）レゾルバ、２１…レゾルバロータ、２２…レゾルバステータ、２１ｘ…コアシート、３１…突極部、３１ａ…外側検出面、３１ｂ…谷部、３２…軸固定孔、３３…位置決め凹部、３４，３４ａ，３４ｂ…圧入凸部、３５…かしめ部（連結部）、Ａ…範囲。

Claims (6)

1. 径方向外側に複数の突極部を有する外側検出面を備えるとともに、回転軸に圧入固定される軸固定孔を中央部に備えてなるバリアブルリラクタンス型レゾルバロータであって、
   前記軸固定孔には、少なくとも１つを除いた所定の前記突極部の周方向中央部に該孔に開口する位置決め凹部が設けられるとともに、該孔の内周縁部に前記回転軸に圧接する複数の圧入凸部が設けられ、
   前記圧入凸部は、前記突極部間の谷部に相当する角度位置に配置されていることを特徴とするバリアブルリラクタンス型レゾルバロータ。
2. 請求項１に記載のバリアブルリラクタンス型レゾルバロータにおいて、
   前記位置決め凹部の周方向両側に設けられる前記圧入凸部は、前記突極部間の谷部と一致する角度位置から前記位置決め凹部側に前記突極部の１／４の範囲内でそれぞれ偏倚させてなることを特徴とするバリアブルリラクタンス型レゾルバロータ。
3. 請求項１又は２に記載のバリアブルリラクタンス型レゾルバロータにおいて、
   前記レゾルバロータは、複数枚のコアシートを積層し、前記突極部の周方向中央部に設けた連結部にて軸方向に連結して一体化されるものであることを特徴とするバリアブルリラクタンス型レゾルバロータ。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のバリアブルリラクタンス型レゾルバロータにおいて、
   前記位置決め凹部は、周方向に１つ設けられてなることを特徴とするバリアブルリラクタンス型レゾルバロータ。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のバリアブルリラクタンス型レゾルバロータにおいて、
   前記位置決め凹部の周方向両側に設けられる前記圧入凸部は、その他の前記圧入凸部よりも前記回転軸に対する圧入代が大とされていることを特徴とするバリアブルリラクタンス型レゾルバロータ。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載のレゾルバロータをモータの回転軸に圧入固定し、その径方向外側にレゾルバステータを配置してなるバリアブルリラクタンス型レゾルバが搭載されたことを特徴とするブラシレスモータ。

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