JP2013511244A - 電動モータ組み立て体 - Google Patents

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Abstract

軸方向磁束式電動モータが開示されている。モータは、第一ロータ面と、第二ロータ面と、第一ロータ面上の第一軸受位置決め部と、第一ロータ面に取り付けられた一以上の永久磁石とを有するロータを備える。また、第一ステータ面と、第二ステータ面と、第一ステータ面上の第二軸受位置決め部と、電力供給源に連結されるための一以上のコンダクタおよびコネクタを含むステータ巻きとを有するステータが備えられている。軸受組み立て体も、備えられており、ステータに対してロータを回転移動可能に支持するために、第一ロータ面と第一ステータ面との間に位置決めされるとともに、ロータとステータとの間にエアギャップを提供するように、ステータからロータを軸方向に離隔させる。軸受組み立て体は、該軸受組み立て体が正確に位置決めされるように、第一軸受位置決め部および第二軸受位置決め部と係合する。
【選択図】図4

Description

本発明は、広くは電動モータに関し、特に、軸方向磁束式の、ブラシレス直流(DC)モータに関する。
ブラシレスモータは、ブラシをロータ上の電気的な接点と機械的に接触させる必要がないことから、従来のブラシ付モータに対する利点がある。ブラシレスDCモータの一般的な構成は、径方向磁束式であって、二つのシリンダ、円筒状のステータ、および円筒状のロータ(軸方向シャフトを有する)からなる。そして、それらの間には円筒状のエアギャップが形成されており、磁束は、エアギャップを、ロータのシャフトに向けて径方向に横断する。
二つのシリンダを同軸に保持し、それにより径方向磁束モータにおいてエアギャップを一定の厚みに維持するために、モータのそれぞれの端部においてシャフトを保持する必要がある。
ブラシレスDCモータによって機械的に駆動される多くのアプリケーションは、本来、シャフトを必要とするものでないことを考慮すれば、シャフトの必要性を排除し、それにより安価で単純な構造を提供することが望ましい。径方向磁束のモータに関しては、二つのシリンダを同軸に保持し、それによりシリンダ間のエアギャップを一定の厚みに維持する必要性があるため、上記のことは、困難である。
従来のモータの一以上の欠点または不便性を改善または克服する、軸方向磁束式電動モータを提供することが望ましい。
本明細書における如何なる先行文献(あるいは、それに由来する情報)、または如何なる公知の事項に対する言及も、認定、自白、または、先行文献(あるいは、それに由来する情報)あるいは公知の事項が、本明細書の関連する活動分野において、一般的な知識の一部を形成することの如何なる形式の示唆としても受け取られるものではなく、また、受け取られるべきものでもない。
上記を踏まえて、本発明の一局面は、第一ロータ面と、第二ロータ面と、第一ロータ面に設けられた第一軸受位置決め部と、第一ロータ面に取り付けられた一以上の永久磁石とを有するロータと、第一ステータ面と、第二ステータ面と、第一ステータ面に設けられた第二軸受位置決め部と、一以上のコンダクタを含むステータ巻きと、ステータ巻きを電力供給源に連結するコネクタとを有するステータと、第一ロータ面と第一ステータ面との間に位置決めされて、ステータに対してロータを回転可能に支持するとともに、ステータからロータを軸方向に離隔させて、ロータとステータとの間にエアギャップを提供する軸受組み立て体とを備え、軸受組み立て体は、該軸受組み立て体を正確に位置決めするように、第一軸受位置決め部および第二軸受位置決め部と係合する、軸方向磁束式電動モータを提供する。
有利には、本発明のモータは、中央シャフトを要することなく構成され得るものであって、その結果として、簡単な構造のモータとなり、且つ、コストを低減することができる。
さらなる利点において、本発明のモータは、ロータを回転可能とし、且つモータの動作のためのエアギャップを提供するように、ロータとステータとの間のエアギャップ面に配置された単一の軸受組み立て体を備えて構成される。有利には、軸受をエアギャップ面に配置することによって、概して、サイズおよびモータ構造全体の形状を最小化することができる。
好ましくは、軸受は、深い溝を有する玉軸受組み立て体である。
有利には、ステータとロータとの間の磁力は、シャフトまたは如何なる専用のクランプ機構を必要とすることなく、モータを一体的に保持する。
好ましくは、軸受組み立て体は、外輪および内輪を有するリング状部材であって、ロータに配置された第一軸受位置決め部は、軸受組み立て体をロータに対して正確に位置決めするように、軸受組み立て体の外輪と係合し、ステータに配置された第二軸受位置決め部は、軸受組み立て体をステータに対して正確に位置決めするように、軸受組み立て体の内輪と係合する。
有利には、この構成によって、モータは容易に組み立て可能となり、また、軸受組み立て体が正確に位置決めされること、および、モータの組立作業時またはモータの動作時のいずれにおいても配置のずれが生じ得ないことが確保される。
ロータに配置された第一軸受位置決め部が、代替的に、軸受組み立て体をロータに対して正確に位置決めするように、軸受組み立て体の内輪と係合してもよいことが、理解されよう。また、ステータに配置された第二軸受位置決め部が、代替的に、軸受組み立て体をステータに対して正確に位置決めするように、軸受組み立て体の外輪と係合してもよいことが、理解されよう。
好ましくは、第一軸受位置決め部および第二軸受位置決め部は、フランジである。
代替的には、第一軸受位置決め部および第二軸受位置決め部は、軸受組み立て体の一部の周囲に延在する***リップ部であってもよい。
有利には、この構成は、材料を節約しつつ、組立作業時に軸受組み立て体を正確な位置に配置するように作用し、且つ、モータの動作時に軸受組み立て体を正確な位置に保持する。
代替的には、第一軸受位置決め部および第二軸受位置決め部は、一以上のフランジセグメントを含む。
さらなる代替として、第一軸受位置決め部および第二軸受位置決め部は、軸受組み立て体の一部の周囲に延在する一以上の***リップ部を含む。
さらに他の代替として、第一軸受位置決め部および第二軸受位置決め部は、軸受組み立て体の周囲に延在する凹みリップ部を含む。
好ましくは、ロータは、自らを貫通する開口を有する環状リングであり、内壁および外壁を有する。
好ましくは、ステータは、自らを貫通する開口を有する環状リングであり、内壁および外壁を有する。
有利には、本発明のモータの構成は、モータの軸全体(ロータ、軸受組み立て体、およびステータ)を貫く開口を提供する。そして、この開口は、一体的遊星ギアボックスの格納や、パイプ、ケーブル、流体または空気の流れの利用のために用いられ得る。また、この開口は、モータを動作するために必要となる電解コンデンサのような、長尺な電気コンポーネントのための空間を提供するために用いられてもよく、これにより、電気コントローラを一体的に組み込んだモータの全長を減ずることができる。
有利には、開口は、モータの軸全体を貫いて延在しているので、結果として、モータのコストを低減し、エンドアプリケーションにおいてサイズ減少による利点をもたらす、コンパクトなブラシレスDCモータ(コントローラが組み込まれた)となる。
有利には、モータは、シャフトを要することなく、ロータを介して機械的な出力パワーを提供することができる。例として、ロータの外壁は、ロータによって駆動されるベルトを受けるためのレース(race)をさらに含む。
さらなる代替として、ロータの内壁は、ギアボックスに係合するリングギアを含む。この場合においては、モータは、一体的なギアモータ組み立て体として提供される。
さらなる代替として、アプリケーションが、ロータの外面に直接的に取り付けられてもよい。ここで、このアプリケーションがファンである場合、一以上のファン羽根が、ロータに直接取り付けられてもよい。
代替的に、アプリケーションがシャフトドライブである場合、ロータは、該ロータによって駆動されるシャフトを取り付けるための取り付け手段をさらに有してもよい。この取り付け手段は、ロータの内壁に配置されてもよい。代替的に、取り付け手段は、ロータの上面に配置されてもよい。好ましくは、シャフトは、スタブシャフトであって、取り付けプレートに取り付けられる。そして、該取り付けプレートは、溶接、接着、または一以上のネジの形態の取り付け手段によって、ロータ表面に固定される。
好ましくは、ステータは、金属から構成され、これにより、ロータ、軸受組み立て体、およびステータを適所に保持するように、第一ロータ面上の一以上の永久磁石とステータとの間に磁力をもたらす。
好ましくは、ステータは、該ステータを包み、これによりモータのステータ部分を覆うエンクロージャを形成するポッティング材をさらに有する。
有利には、ポッティング材で被覆されたステータの構成は、ステータの内部での動作を外部環境から保護することを補助する。
好ましくは、第二軸受位置決め部は、ポッティング材の内部に配置される。
好ましくは、第二軸受位置決め部は、ポッティング材から形成される。
ポッティング材は、ポリエステルまたはポリウレタンを含む。
本発明に係る軸方向磁束式電動モータの斜視図である。 本発明に係る軸方向磁束式電動モータの後方斜視図である。 図1aに示すロータの底面図である。 ポッティング材が透明表示され、ステータとコイルを示した軸方向磁束式電動モータの斜視図である。 図1aに示すステータの上方斜視図である。 コイルとストリップ巻きコアを示したステータの分解図である。 図1aに示す軸方向磁束式電動モータの分解図である。 ステータがベルトを駆動するように配置された状態の、図1aに示す軸方向磁束式電動モータの斜視図である。 ロータにスタブが取り付けられた状態の図1aに示す軸方向磁束式電動モータの斜視図である。 第二の実施形態に係る軸方向磁束式電動モータの分解図である。
本発明の実施形態は、添付の図面を参照して、一例としてのみ、説明される。図面および実施形態の詳細は、本発明の前述の記載の一般性に取って代わるものではないことを理解されたい。
図1aおよび1bは、本発明に係る軸方向磁束式電動モータ100の前方および後方斜視図を示す。モータ100は、ロータ105と、ポッティング材145内に収容されたステータ140と、ロータ105とステータ140との間に配置された軸受組み立て体180とを備える。ロータ105は、自らを貫通する開口175を有する環状のリングである。ロータ105は、上面110と、下面115と、内壁120および外壁125とを有する。複数の磁石125が、下面115上に配置されている。磁石125は、好ましくはネオジム−鉄−ボロン系材料(NdFeB)から構成されるが、例えばサマリウムコバルトまたはフェライトといった代替の材料でも十分である。ロータ取り付け開口130と、第一軸受位置決め部135も、ロータ105に設けられている(図2aに、より明確に示されている)。ステータ140は、モータ100の駆動中にステータ140が損傷しないように、ステータ140を包むポッティング材145の内部に保持されている。ステータ140は、ポッティング材145によって環囲され、下面150および上面155を有する。また、ステータ140は、自らを貫通する開口175を有する環状のリングであって、内壁165および外壁160も有する。また、ステータは、軸受組み立て体180を適所に保持するように第一軸受位置決め部135と協働する、第二軸受位置決め部170も有する。軸受組み立て体180は、第二軸受位置決め部170と第一軸受位置決め部135との間に固定される。動作時においては、ロータ105は、ステータ140に対して回転する。図1bに示されているように、ステータ140は、ステータ140の下面150上に、ステータ取り付け開口185も有する。ステータ取り付け開口185は、好ましくは、固定具(例えばネジ)を用いてモータ100を適所に保持する方法で、ステータ140を取り付け可能とするために、ネジ加工される。
図2aは、図1aに示す軸方向磁束式電動モータ100のロータ105の底面図である。ロータ105は、上面110および下面115を有する。下面115には、ロータ105の該下面115の周縁部の周囲に、互いに間隔を空けて配置された複数の永久磁石125が、取り付けられている。磁石125は、好ましくは、所定の位置に接着固定される。
ロータ105は、ロータ取り付け開口130も有する。ロータ取り付け開口130は、好ましくは、回転する必要のある対象アプリケーションにロータ105を取り付け(例えば、ファン羽根セット、駆動シャフト等にネジ止めされる)可能とするために、ネジ加工される。第一軸受位置決め部135も、図示されており、第一軸受位置決め部135の内部に、軸受組み立て体180が配置されている。軸受組み立て体180は、レース(race)205と、レース205内に配置された玉210とを有する。軸受組み立て体180は、開口175、内壁215、および外壁220をさらに有する。
図2aにおける第一軸受位置決め部135は、軸受組み立て体180の外壁220の全周に亘って延在するフランジである。これにより、軸受組み立て体は、正確に位置決めされる。しかしながら、複数のフランジを用いることができることを、理解されるであろう。例えば、軸受組み立て体180の外壁220の周囲の複数の部位に設けられたポスト形態の一以上のフランジは、軸受組み立て体180を正確な位置に配置するように作用する。代替的な実施形態においては、軸受組み立て体180は、第一軸受位置決め部135として形成された凹み部内に設置されてもよく、これにより、軸受組み立て体180の内壁215および外壁220の一部は、該凹み部内に配置され得る。さらなる代替的な実施形態においては、第一軸受位置決め部135および第二軸受位置決め部170は、それぞれ、例えばプレスされた金属のような材料から形成されてもよく、ステータ105およびロータ140に対して、「プレス金属」の第一および第二軸受位置決め部を適所に固定して取り付けてもよい。有利には、このことは、軸受の組み立て径の正確性を改善することに効果があり得る一方、モータ100の総製造コストを大きく増加させない。
図2bは、図1aの軸方向磁束式電動モータ100を示しているが、ステータ140が視認可能となるように、ポッティング材145を透明表示している。ステータ140は、ロータ105上の磁石125がステータ140に対して回転したときに磁束を発生させるための、一以上のコイル310を有する。動作時においては、電気コントローラ(図示せず)が、三相インバータとして設けられる。この三相インバータは、ロータ105が同期する回転磁界を生成するような方法で、電力を三つのモータ位相に変換する。電気コントローラは、この同期を最も効率の良いレベルで維持するために、速度と印加電圧の強度を制御する。さらなるモータの動作については、当業者にとって自明の事項であるため、省略する。
図3aは、ステータ140を包むポッティング材145を有するステータ140の上方斜視図である。ステータ140は、円形状であって、開口175を有する。ステータ140は、外壁160と、内壁165と、上面155および下面150とを有する。第二軸受位置決め部170が、上面155から延びている。ここで、図3aにおいては、第二軸受位置決め部170は、軸受組み立て体180の外壁220の周囲に亘って延在するフランジの形状である。好ましくは、第二軸受位置決め部170は、軸受組み立て体180の内壁215に隣接する(このことについては、図4を参照して後述する)。
図3bは、ポッティング材145を省略したステータ140の部分分解図を示す。ステータ140は、長尺な鉄製のリボンからトロイダル形状となるように巻かれて製造されたストリップ巻きコア305を有する。複数のスロット315が、スロット315とポスト320を形成するために、穿孔・巻き取り機(図示せず)によってリボンに穿設される。それから、銅線コイル310が、ポスト320の周りに巻き付けられる。一度組み立てられたステータ140は、射出成形挿入ダイに挿入されてもよい。この射出成形挿入ダイにおいて、ステータ140は、図3aに示すように、ポッティング材で被覆成形される。適切な樹脂の例としては、DuPont(登録商標)、Rynite(登録商標)、Zenite(登録商標)、またはZytel(登録商標)が挙げられる。好ましくは、ポッティング材145は、ポッティング材から形成された第二軸受位置決め部170も含む。代替的に、図6に示されているように、ポッティング材145は省略可能であり、第二軸受位置決め部170が、軸受組み立て体180との係合のために、ステータ140の上面155に取り付けられてもよい。
図4は、図1の分解図を示しており、ロータ105、軸受組み立て体180、およびステータ140の組み立て体をより明確に図示する。ロータ105は、外壁126と内壁120とを有する。内壁120から、軸受組み立て体180を直接的に位置決めするように作用する第一軸受位置決め部135が延びている。第一軸受位置決め部は、ステータの内壁の一部として形成されてもよいし、或いは、内壁から分離されてもよい。軸受組み立て体180は、レース205と、レース205内に配置された玉210を有する。軸受組み立て体180は、開口175と、内壁215および外壁220とをさらに有する。ロータ105の第一軸受位置決め部135は、軸受組み立て体180の外壁220と係合することによって、軸受組み立て体180と係合し、軸受組み立て体180を位置決めする。一方、ステータ140は、上面155を有し、該上面155から、第二軸受位置決め部170が延びている。ここで、軸受組み立て体180をさらに位置決めし、且つ、ステータ140と、軸受組み立て体180と、ロータ105との間のより良好な連結を確保するために、第二軸受位置決め部170は、軸受組み立て体180の内壁215と係合する。ロータ105上の磁石125とステータ140との間の磁力は、モータ100を一つの部材に維持するように作用することに注目すべきである。さらに、軸受組み立て体180は、ロータ105とステータ140との間にエアギャップを提供するように作用するのと同様に、ロータ105がステータ140に対して回転可能となるように作用する。有利には、一つの軸受組み立て体180のみ用いることを要する。さらなる利点において、開口175は、ロータ105から、軸受組み立て体180およびステータ140を貫通して延びる。有利には、軸方向磁束式モータは、モータ構造の一体部材としてシャフトを必要としない。上記のように、本発明は、シャフトを要することなく、モータ100を一体的に保持するように、エアギャップ面に配置された単一の軸受組み立て体180を提供する。結果として、より簡単な構造で、安価、且つ信頼性に優れた軸方向磁束式モータとなる。
軸方向磁束式モータの多くのアプリケーションは、シャフトまたはパワートランスミッションを必要としない。図5aに、代替としてのモータ500が図示されている。このモータ500は、ベルト515を受けるレース510を有するロータ505を備える。有利には、ロータ505、軸受(図示せず)、およびステータ145の各々は、自らを貫通する開口175を含む環状のリングである。ここで、開口175によって、例えば、モータを動作するために必要となる電解コンデンサのような電気コンポーネントを収容することが、可能となる。
他の代替的なモータ550が、図5bに示されている。このモータ550において、シャフト組み立て体555は、必要であれば、ロータ105に対向して取り付けられてもよい。シャフト組み立て体555は、取り付けプレート560およびシャフト565を有する。取り付けプレート560は、シャフト組み立て体555をロータ105に固定するためのネジ575の形態を備えた取り付け手段を受容するための開口570をさらに含む。また、取り付け手段575は、シャフト組み立て体をロータ105に固定するために、ロータ105に設けられたロータ取り付け開口130(図示せず)内に延びる。代替として、取り付け手段は、取り付けプレート560とロータ105との間の溶接を介するものであってもよい。さらなる代替として、取り付け手段は、シャフト組み立て体を適所に固定するために、取り付けプレート560とロータ105との間に塗布された接着剤を含んでいてもよい。
仮にシャフトをロータ105に対面して取り付けることが要求されたとしても、取り外し可能なシャフトを備えるモータ100は、シャフトを一体的に設けた同様の軸方向磁束式モータよりも軽量となることから、本発明のシステムは、依然として有利である。さらに、使用を要するのは、一つの軸受組み立て体180のみである。
図6は、図4に示す軸方向磁束式モータの分解図であって、ポッティング材140を省略した図である。ポッティング材で被覆されたステータ140の代替として、機械加工された金属からなる第二軸受位置決め部605は、ポッティング材を省いたステータ140に取り付けられてもよい。有利には、機械加工された金属からなる第二軸受位置決め部605は、従来のシステムよりも安価であって、且つ、本発明の主要な特徴、すなわち、軸方向磁束式である、内部シャフトを必要としない、および、エアギャップの平坦な空間に配置された単一の軸受といった特徴を含んでいる。
本発明の追加的な実施形態もまた、本稿にて言及または示された方向性、要素、および特徴において、二以上の方向性、要素、または特徴のいずれかまたは全てのコンビネーションとして、個別的または間接的に、広く存在していることが言及される。ここで、本発明の関連する技術において同等値が知られている、特定の整数が本稿で述べられているが、このような同等値は、個別に説明されている場合、本稿に包含されるものとみなされる。
好ましい実施形態を詳細に説明したが、当業者によって、本発明の範囲を逸脱することなく、種々の変更、置換、および代替を施し得ることが、理解されるべきである。

Claims (23)

  1. 第一ロータ面と、第二ロータ面と、前記第一ロータ面上の第一軸受位置決め部と、前記第一ロータ面に取り付けられた一以上の永久磁石と、を有するロータと、
    第一ステータ面と、第二ステータ面と、前記第一ステータ面上の第二軸受位置決め部と、一以上のコンダクタを含むステータ巻きと、前記ステータ巻きを電力供給源に連結するコネクタと、を有するステータと、
    前記第一ロータ面と前記第一ステータ面との間に位置決めされて、前記ステータに対して前記ロータを回転移動可能に支持するとともに、前記ステータから前記ロータを軸方向に離隔させて、前記ロータと前記ステータとの間にエアギャップを提供する軸受組み立て体と、を備え、
    前記軸受組み立て体は、前記第一軸受位置決め部および前記第二軸受位置決め部と係合して、該軸受組み立て体が正確に位置決めされる、軸方向磁束式電動モータ。
  2. 前記軸受組み立て体は、外輪および内輪を有するリング状部材であって、
    前記第一軸受位置決め部は、前記軸受組み立て体の前記外輪と係合するように前記ロータ上に配置されて、前記軸受組み立て体を前記ロータに対して正確に位置決めし、
    前記第二軸受位置決め部は、前記軸受組み立て体の前記内輪と係合するように前記ステータ上に配置され、前記軸受組み立て体を前記ステータに対して正確に位置決めする、請求項1に記載の軸方向磁束式電動モータ。
  3. 前記第一軸受位置決め部および前記第二軸受位置決め部は、フランジである、請求項1に記載の軸方向磁束式電動モータ。
  4. 前記第一軸受位置決め部および前記第二軸受位置決め部は、前記軸受組み立て体の一部の周囲に延在する***リップ部である、請求項1に記載の軸方向磁束式電動モータ。
  5. 前記第一軸受位置決め部および前記第二軸受位置決め部は、一以上のフランジセグメントを含む、請求項1に記載の軸方向磁束式電動モータ。
  6. 前記第一軸受位置決め部および前記第二軸受位置決め部は、前記軸受組み立て体の一部の周囲に延在する一以上の***リップ部を含む、請求項1に記載の軸方向磁束式電動モータ。
  7. 前記第一軸受位置決め部および前記第二軸受位置決め部は、前記軸受組み立て体の周囲に延在する凹みリップ部を含む、請求項1に記載の軸方向磁束式電動モータ。
  8. 前記ロータは、該ロータを貫通する開口を有する環状リングであり、内壁および外壁を有する、請求項1に記載の軸方向磁束式電動モータ。
  9. 前記ステータは、該ステータを貫通する開口を有する環状リングであり、内壁および外壁を有する、請求項1に記載の軸方向磁束式電動モータ。
  10. 前記ロータの外壁は、前記ロータによって駆動されるベルトを受容するためのレースをさらに含む、請求項8に記載の軸方向磁束式電動モータ。
  11. 前記ロータの内壁は、ギアボックスに係合するリングギアを含む、請求項8に記載の軸方向磁束式電動モータ。
  12. 前記ロータの外面に着脱可能に取り付けられる一以上のアプリケーションをさらに備える、請求項8に記載の軸方向磁束式電動モータ。
  13. 前記アプリケーションは、ファンまたはシャフトドライブのいずれか一つを有する、請求項12に記載の軸方向磁束式電動モータ。
  14. 前記ロータは、該ロータによって駆動されるシャフトを取り付けるための取り付け手段をさらに有する、請求項8に記載の軸方向磁束式電動モータ。
  15. 前記取り付け手段は、前記ロータの内壁に配置されている、請求項14に記載の軸方向磁束式電動モータ。
  16. 前記取り付け手段は、前記ロータの上面に配置されている、請求項14に記載の軸方向磁束式電動モータ。
  17. 前記シャフトは、取り付けプレートに取り付けられるスタブシャフトであり、
    前記取り付けプレートは、前記取り付け手段によって前記ロータに固定される、請求項14に記載の軸方向磁束式電動モータ。
  18. 前記ステータは、金属から作製され、それにより、前記ロータ、前記軸受組み立て体、および前記ステータを適所に保持するように、前記第一ロータ面上の前記一以上の永久磁石と前記ステータとの間に磁力を生じさせる、請求項1に記載の軸方向磁束式電動モータ。
  19. 前記ステータは、該ステータを包むポッティング材をさらに有する、請求項1に記載の軸方向磁束式電動モータ。
  20. 前記第二軸受位置決め部は、ポッティング材の内部に配置される、請求項1に記載の軸方向磁束式電動モータ。
  21. 前記第二軸受位置決め部は、ポッティング材から形成される、請求項1に記載の軸方向磁束式電動モータ。
  22. ポッティング材は、ポリエステルまたはポリウレタンである、請求項1に記載の軸方向磁束式電動モータ。
  23. 添付の図面を参照して実質的に本稿にて説明されている、軸方向磁束式電動モータ。
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