CN107023763A - Led照明装置及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及LED照明装置及其制造方法。LED照明装置包括壳体、设置在所述壳体内部的LED发光单元、以及用于驱动所述LED发光单元工作的LED驱动器。所述LED驱动器与所述LED发光单元一体地设置在所述壳体内部。本发明的LED照明装置使得部件数目减少且结构更紧凑，从而允许LED驱动器内置在小型照明装置的壳体中。

Description

LED照明装置及其制造方法
技术领域
本发明涉及LED(发光二极管)照明装置，特别是，涉及具有紧凑结构且安装方便的LED照明装置及其制造方法。
背景技术
众所周知，LED照明具有诸多不可替代的优点，因此LED越来越多地替代传统光源作为照明装置的光源使用。LED灯管是室内LED照明装置的一个主要应用产品。与传统的日光灯管和荧光灯管相比，LED灯管光效更高、更为节能、使用寿命更长而且更为环保。此外，LED灯管无需镇流器和起辉器，易于实现模块化制造和安装。所以LED灯管已经逐渐普及应用于生产和生活中的各个方面。
对于LED照明装置，外部电源通常经由作为LED恒流驱动源的LED驱动器施加至LED发光单元使LED发光。LED驱动器由包含多个电子元器件的驱动电路构成，并作为一个整体以单独的封装件或电路板的形式电连接至壳体内的LED发光单元的LED电路板。因此部件的数目增加，进而部件的加工和组装工序增加，并且使得不能够有效地利用照明装置内部的空间。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种部件数目减少且结构更紧凑的新型LED照明装置。
本发明的另一个目的是提供一种抗弯强度高的新型LED照明装置。
本发明的再一目的是提供一种易于模块化生产且组装容易的LED照明装置。
本发明的又一目的是提供一种成本低且易于加工的LED照明装置，该LED照明装置能够有效解决由不同材料的热膨胀系数不匹配所引发的问题。
上述目的中的一个或多个可以通过根据本发明的一种LED照明装置来实现。该LED照明装置包括：壳体；设置在所述壳体内部的LED发光单元；以及LED驱动器，用于驱动所述LED发光单元工作；其中，所述LED驱动器与所述LED发光单元一体地设置在所述壳体内部。
通过将LED驱动器与LED发光单元集成为一体而达到减少部件数量、简化结构和组装步骤以及节省空间的目的。
优选地，LED照明装置还包括钢制的托架，用于将所述LED驱动器与所述LED发光单元支撑在所述壳体的内部，并用于散热和提高照明装置的抗弯强度。
优选地，照明装置还包括端盖，用于封闭所述壳体的开口，并用于将所述LED驱动器及所述LED发光单元电连接到外部电源。更优选地，所述端盖包括锁定部，所述端盖能够通过所述锁定部卡扣配合到所述托架上。由此实现简易的组装并克服由于不同材料的热膨胀系数不匹配所引发的塑料灯管卡死或变形的问题。
本发明还提供了一种照明装置的制造方法，其包括如下步骤：将LED驱动器的电子元器件及LED发光单元的LED元件焊接在同一块电路板上；将焊接完成的电路板粘接在托架上；将粘接完成的电路板及托架的组件自壳体的开口放入壳体中；用端盖封闭所述壳体的开口。
附图说明
通过以下参照附图而提供的对具体实施例的详细描述，将能够更加容易地理解本发明的特征和优点。附图中，相同的特征或部件采用相同的附图标记来表示且附图不一定按比例绘制，并且附图中：
图1是示出了根据本发明实施方式的LED照明装置的示意性横截面图。
图2是在根据本发明实施方式的LED照明装置中，集成在LED电路板上的LED驱动器的示意性分解立体图。
图3是根据本发明另一实施方式的托架的示意性横截面图。
图4是示出了根据本发明实施方式的LED照明装置的示意性分解立体图。
图5a是根据本发明实施方式的LED照明装置的一个端部的纵向剖视图，其中示出了处于组装状态的LED驱动器和处于锁定状态的端盖。
图5b是图5a中的A部分的放大的细节图。
图6示出了根据本发明实施方式的端盖的放大的细节图。
图7a至图7g是示意性地示出根据本发明实施方式的LED照明装置的组装方法的流程图。
具体实施方式
下面参照附图对本发明的示例性实施方式进行详细描述。对示例性实施方式的描述仅仅是出于示例目的，并不构成对本发明及其应用或用法的限制。
出于易于说明的目的，本文中会使用诸如“内”、“外”、“下方”、“下面”、“下”、“上方”、“上”等的空间上相对的术语，以如图中示出那样描述一个元件或特征与其它元件或特征的关系。空间上相对的术语可被理解为除了图中所示方位以外，还涵盖了装置在使用中或工作中的不同的方位。例如，如果图中的装置翻转，那么被描述为位于其它元件或特征的“下方”或“下面”的元件将被定向成位于该其它元件或特征的“上方”。由此，示例性术语“下方”可涵盖上方和下方这两个方位。该装置可以其它的方式定向(旋转90度或处于其它方位)，并且本文使用的空间上相对的描述应该被相应地做出解释。
下面参照图1和图2，以LED灯管为示例对本发明的LED照明装置进行描述。
如图1所示，根据本发明实施方式的LED照明装置(LED灯管)100包括壳体10及设置在壳体内部的LED发光单元20。
壳体10通常是各种型号的灯管，例如挤出成型的T5、T8型灯管等。由于LED光源发热低，替代采用耐热性高的金属和玻璃材料，本发明实施例的壳体10例如可以是T5型塑料管，由透光性好、耐水性强、不易破碎、易成型、耐老化、重量轻、价格低廉的聚合物材料挤出成型。该聚合物材料例如可以为聚碳酸脂(PC)、有机玻璃(PMMA)、聚氯乙烯(PVC)等。但是本发明的照明装置的壳体不限于此，而是可以由任意适合的材料制成。
如图2所示，LED发光单元20由LED电路板(PCB)21以及安装在LED电路板21上的至少一个LED元件22构成。LED元件22可以如图所示设置成一排，也可以设置多排，或者根据需要呈任意图案排列。
LED元件是一种能够将电能转化为可见光的固态的半导体光源，其特有的伏安特性使得当施加在LED元件上的电压超过死区电压后，电流随电压呈指数变化。因此，为了让LED元件能够正常工作而不会因电压的微小波动而烧毁，LED照明装置100通常还包括LED驱动器30作为LED元件22的恒流驱动源，以控制流经LED元件的电流，使其不会高于LED元件的额定电流且不受LED元件的顺向偏压和输入电压的不同所影响。LED驱动器30即是将市电进行变压、整流、滤波后输出到LED发光单元20的部件，并且通常由包含多个电子元器件31的驱动电路32构成。
在现有技术中，LED驱动器通常作为一个整体部件以单独的封装件或电路板的形式电连接至容纳在照明装置的壳体内的LED发光单元的LED电路板，因此需要附加地设置电连接装置，提高加工和组装的复杂性和成本。尤其是，在LED照明装置的壳体的内部空间不足的情况下，LED驱动器将被设置在照明装置外部，例如，设置在专门的安装支架上或灯座上，并经由电线与照明装置的内部电连接。以LED灯管为例，LED灯管按直径大小分类由小到大包括T2型、T3型、T4型、T5型、T8型、T10型、T12型灯管，其中以T5和T8型灯管最为常见。T8型灯管的直径为26mm，灯管内部空间足够大，因此现有技术的LED驱动器可以直接设置在灯管内并电连接至LED电路板。相比之下，T5型灯管的直径仅为16mm，灯管的内部空间有限。因此，现有技术的T5型灯管采用外置的LED驱动器，并提供专门的安装支架与T5型灯管配套使用，因此产品的制造成本更高，现场安装更复杂，产品的美观性和安全实用性降低。
如图2所示，在根据本发明实施方式的照明装置100中，LED驱动器30的驱动电路32集成在LED电路板21上，并且LED驱动器30的多个电子元器件31焊接在驱动电路32中，由此构成与LED照明单元20集成为一体的LED驱动器30。
具体地，如图2所示，LED电路板21的末端设置有电路板插头23，用于与外部电源(未示出)电连接。在LED电路板21的位于电路板插头23与LED阵列之间的部段上集成有LED驱动器30。外部电源经由电路板插头23施加至LED驱动器30，经过LED驱动器30的处理，从LED驱动器30输出满足LED元件22工作需要的恒定的电流。
通过将LED驱动器30集成在LED电路板21上，与将LED驱动器30作为单独的部件电连接至LED电路板21的现有技术相比，能够减少照明装置中独立部件的数目，减少对LED驱动器与LED电路板之间的附加的电连接的需要，从而使照明装置的结构和组装简化，并且减少了故障点，提高了工作可靠性。进一步地，由于照明装置的结构和组装简化，从而能够节省空间，这对于小型照明装置而言，尤为重要。
进一步地，如图1和图2中所示，LED驱动器30的所述多个电子元器件31按在安装状态下垂直于LED电路板21的方向上的高度被划分为具有类似高度尺寸的第一组一个或多个电子元器件31a和具有类似高度尺寸的第二组一个或多个电子元器件31b。第一组电子元器件31a的高度要大于第二组电子元器件31b的高度。例如，第一组电子元器件31a中的每一个的高度可以在壳体直径的1/5到3/5的范围，并且第二组电子元器件31b中的每一个的高度可以小于壳体直径的1/5。根据这些电子元器件的高度分布以及其它尺寸(例如在LED电路板上占据的面积)的大小，该数值范围可以调节。第一组电子元器件31a例如可以包括继电器或类似物，第二组电子元器件31b例如可以包括电阻、电容或类似物。可以将第一组电子元器件31a和第二组电子元器件31b分别焊接在LED电路板21的相反两侧表面上。根据本发明的一种实施方式，LED元件22和第一组电子元器件31a布置在LED电路板21的上侧表面上，第二组电子元器件31b布置在LED电路板21的下侧表面上。
由于LED驱动器30的电子元器件31被分类布置在LED电路板21的上下两侧上，因此与这些电子元器件布置在LED电路板的一侧上的情况相比，能够进一步地有效利用灯管的内部空间，使得对于例如T5、T4型灯管的小型照明装置而言，内置LED驱动器成为可能，从而消除对专门的安装支架的需要。
另外，如图1所示，本发明的LED照明装置100还可以包括托架40，以支承LED电路板21。托架40设置在壳体10的内侧表面处并且由钢材制成。托架40至少在LED电路板21的设置有LED元件22的长度上延伸。由于托架40与LED照明单元20直接接触并且由散热性良好的钢材制成，从而能够充当LED发光单元20的散热装置。进一步地，由于钢材较金属铝等常用散热装置材料而言具有更高的抗弯强度，因此本发明的钢制托架40同时克服了塑料壳体10抗弯强度低的问题。
托架40的横截面总体上呈弧形，与壳体10的内侧表面的轮廓相符并布置成与壳体10的内侧表面贴合。根据本发明的一些实施方式，弧形托架40的两侧端分别与一体形成在壳体10的内侧表面上的朝向托架40的方向突伸的两个钩状部11抵接，由此限制托架40沿着壳体10的内侧表面在圆周方向上滑移。该钩状部11可以与壳体10一体地挤出成型。如图1所示，弧形托架40的两侧端的边缘可以折叠以防止其弯曲变形。可选地，在托架40由弹性薄钢片制成的情况下，其也可以借助于自身的弹性扩张力保持在壳体10的内侧表面上。
如图1所示，托架40可以包括支承部41，LED电路板21可以安置在托架40的支承部41上而将壳体10的内部分隔成两个空间S1和S2，第一组电子元器件31a和第二组电子元器件31b可以分别容纳在空间S1和空间S2内。
在图1所示的实施方式中，托架40的两侧对称地形成有向内侧凹进的弯折部段，该弯折部段通过对托架的一部分进行弯折而形成，其包括水平部分和竖直部分，两侧的弯折部段的水平部分形成能够承载LED电路板21的支承部41。LED电路板21的两个侧部搭设在支承部41上，从而将壳体10的内部分隔成位于上侧的第一空间S1和位于下侧的第二空间S2。该支承部41的在高度方向上的位置可以根据第一组电子元器件31a和第二组电子元器件31b所需要的空间来适当地设置。
托架40的形状及其固定方式以及支承部41的构造并不限于上文所描述的具体示例，而是可以以各种不同的方式实施，并且都落入本发明的范围内。图3示出了图1的托架40的一种可能的变型，其中，从托架40的本体的两侧向内彼此靠近地伸出一对臂部，形成用于支承LED电路板21的支承部41。
参见图4，其示出了根据该实施方式的LED照明装置100的示意性分解立体图。如图所示，LED照明装置100还包括设置在壳体10的两端的端盖52和53。可以通过将端盖52和53插入壳体10两侧的开口12和13而封闭壳体10，端盖52和53与壳体10可以形成过盈配合。LED电路板21呈长条形状，并且可以在壳体10的整个长度上延伸。LED电路板21包括集成有LED驱动器30的第一部段21a和设置有LED元件阵列的第二部段21b。该第一部段21a靠近壳体10的开口使得所述LED驱动器30能够经由端盖与外部电源电连接。
如图4所示，端盖52和53呈一端封闭的圆筒形形状，并且由不透光的材料制成。例如，端盖52和53可以由与壳体10相同但通过着色、涂层或变性等处理而变得不透光的塑料材料制成，或者可以由与壳体10不同的其它适合的材料制成。端盖52和53的内侧设置有与LED电路板21两端的插头23插接的端口(未示出)，并且外侧设置有用于与外部电源插接的插脚54。在图中所示的实施方式中，LED驱动器30设置在LED电路板21的左侧端部，因此左侧端盖52可以与右侧端盖53略有不同。左侧端盖52的纵向长度更长，使得插入壳体10的左侧端盖52能够覆盖LED电路板21的集成有LED驱动器30的不发光的部位，即，LED电路板21的第一部段21a，使得该第一部段21a在使用状态下从外侧看不见。外部电源仅经由左侧端盖52施加至LED驱动器30，因此左侧端盖52的内接端口和外接插脚54设置成允许该侧的LED插头23与外部电源电连接。右侧端盖53的纵向长度可以设置得较短，能够封闭壳体10的右侧开口即可。并且右侧端盖53的内接端口和外接插脚54可以是普通的插接接头，仅用于照明装置100的固定并且不提供电连接功能。
另外，如图1中清楚示出的，第一部段21a由于要由端盖52覆盖，考虑端盖的厚度可以将该第一部段21a的宽度形成为略窄于第二部段21b的宽度，从而在两个部段的结合部位对称地形成台阶部24。在组装好的状态下，端盖的侧壁可以抵接台阶部24，从而能够更有效地利用内部空间并且有利于端盖的定位。如果必要，如图4所示左侧端盖52的与第一部段21a对应的上侧部分可以被切除，以进一步节省可以用于安置电子元器件31的空间。
端盖52和53还可以包括锁定部55，该锁定部55可以卡扣配合到托架40上，从而将端盖52和53锁定在托架40上。
下面进一步参照图5a和图5b对根据本发明实施方式的端盖52和53与托架40的上述锁定结构进行详细说明，其中，图5a为LED照明装置100的左侧端部的纵向剖视图，图5b是图5a中的以双点划线圈出的部分A的放大的细节图。
根据图示的实施方式，锁定部55从端盖52和53的插入端沿着端盖52和53的纵向方向水平地伸出一段长度，锁定部55大体呈L形，在其末端包括向下突出的锁定突出部551。锁定部55能够与端盖52和53一体地模制成型。
相应地，如图1和图5a所示，托架40的底部可以形成有平直部段，该平直部段沿托架40的纵向方向在托架40的整个或部分长度上延伸。在托架40的平直部段上沿纵向方向设置有斜向上方弯折的弹片42，并且在弹片42的后方形成有切口43，该切口43的形状对应于锁定部55的锁定突出部551的形状，该切口43的尺寸、特别是纵向方向上的尺寸略大于锁定突出部551的尺寸，使得锁定突出部551能够容易地松配合在该切口43内。例如，可以通过冲压在金属托架40的底部上先形成平直部段，然后在平直部段上进行切割及弯折以形成弹片42和切口43。如图1中示出的，在组装状态下，托架40的该平直部段与安装在托架40上的集成有LED驱动器30的LED发光单元20的最底侧间隔开预定的距离，以允许端盖52和53的锁定部55从其间插入。上述锁定结构及其加工方法仅为示例性的，本发明并不局限于此，而是可以采用其它适合的方法将端盖锁定至托架。
通过这样的布置，当在端盖52和53的锁定部55与托架40的弹片42对准的情况下将端盖52和53插入壳体10时，锁定部55末端的锁定突出部551将斜向上弯折的弹片42压下，之后越过弹片42，直至在端盖52和53推进的过程中锁定突出部551完全落入切口43中而不再对弹片42施加足够大的向下的推压力。如图5b中更清楚地示出的，此时，弹片42恢复至斜向上弯折的状态，从而抵接锁定突出部551的根部而使其不能回退，由此借助于锁定突出部551与切口43和弹片42的接合而将端盖52和53锁定在期望的位置。在该位置，端盖523的插入端与LED电路板21的要被覆盖的第一部段21a的边缘大致对准。也就是说，端盖52恰好完全覆盖集成有LED驱动器30的不发光的第一部段21a。该锁定结构可以采用专用工具例如硬金属薄片或类似物从外部插入将弹片压下而解锁，由此可以防止意外拆卸或擅动。
为防止端盖与托架一体地沿纵向方向移位，如图6所示，每个端盖52、53的两侧还可以设置有凹槽56。该凹槽56在端盖的插入端侧沿纵向方向延伸一段长度，用于与壳体10的内侧表面上的钩状部11配合并允许钩状部11在凹槽56内滑动。能够通过凹槽56的延伸范围来限制端盖52和53相对于壳体10沿纵向方向的移动距离。另外，组装完成后，端盖52和53内侧的端口与LED电路板21的插头23结合，从而限制LED电路板21进而托架40的沿照明装置100的纵向方向的移位。也就是说，容纳在LED照明装置100内部的LED发光单元20、LED驱动器30和托架40被固定。
由于照明装置100的壳体10以及壳体10内容纳的托架40、LED电路板21均为细长形状且由具有不同热膨胀系数的材料制成，因此塑料壳体与其内部的这些金属部件在纵向方向上的热胀冷缩差异明显，容易导致灯管因该差异造成的尺寸偏差而卡死。本发明通过将端盖52和53与钢制托架40而不是壳体锁定在一起，从而允许托架40和LED电路板21在纵向方向上自由地伸缩，并且通过凹槽56的设置允许端盖52和53相对于壳体10在纵向方向上适当地移位，从而简单且有效地解决了由不同材料的热膨胀系数不匹配所引发的照明装置100卡死或变形的问题。
具有上述构造的本发明的LED照明装置100的制造和组装简单易行且有利于模块化生产。下面就参照图7a至图7g来描述根据本发明实施方式的LED照明装置100的制造方法。
如图7a所示，首先将LED驱动器的电子元器件焊接在安装有LED元件的电路板上。然后，如图7b所示，采用例如胶粘剂将LED电路板粘接并固定在托架的支承部上，使得LED电路板的集成有LED驱动器的第一部段悬置在托架外侧。胶粘剂优选采用导热胶，且均匀地涂抹于托架与LED电路板的接触面之间，从而有利于散热。接着，如图7c所示，将托架连同粘接在一起的LED电路板从壳体的一侧开口插入并容纳在壳体内，使得仅LED电路板的末端的电路板插头从壳体两侧的开口伸出。如图7d和图7e所示，将左侧端盖插入壳体内并与托架锁定。最后，如图7f和图7g所示，将右侧端盖插入壳体内并与托架锁定，从而完成照明装置的组装。可以理解，两侧端盖的组装并没有先后之分。
尽管本文给出了LED驱动器集成在LED电路板的一端的LED灯管的示例，但是本领域技术人员可以理解，本发明的实施方式不限于此，而是可以根据需要将LED驱动器集成在LED电路板的任意适当的部位。因此，本发明的理念同样适用于其它任何形状和构造的LED照明装置，包括从两端施加电压的LED灯管。
另外，尽管以上以T5型灯管为例对本发明进行了说明，本发明的LED照明装置还可以形成任意形状，例如圆形、椭圆形及三角形及各种异形形状，其中，在某些变型中可以仅具有一个壳体开口。
尽管在此已详细描述了本发明的优选实施方式，但要理解的是本发明并不局限于在此详细描述和示出的具体结构，在不偏离本发明的实质和范围的情况下可由本领域的技术人员实现其它的变型和变体。所有这些变型和变体都落入本发明要求保护的权利要求的范围内。

Claims (16)

1.一种LED照明装置(100)，包括：
壳体(10)；
设置在所述壳体(10)的内部的LED发光单元(20)；以及
LED驱动器(30)，用于驱动所述LED发光单元(20)工作；
其中，所述LED驱动器(30)与所述LED发光单元(20)一体地设置在所述壳体(10)的内部。
2.根据权利要求1所述的LED照明装置(100)，其中，所述LED驱动器(30)与所述LED发光单元(20)形成在同一块电路板(21)上。
3.根据权利要求1或2所述的LED照明装置(100)，还包括钢制的托架(40)，用于将所述LED驱动器(30)与所述LED发光单元(20)支撑在所述壳体(10)的内部。
4.根据权利要求3所述的LED照明装置(100)，其中，所述托架(40)具有能够与所述壳体(10)的内表面贴合的外轮廓，并形成有支承部(41)，所述电路板(21)安置并粘接在所述支承部(41)上。
5.根据权利要求4所述的LED照明装置(100)，其中，所述托架(40)的支承部(41)通过弯折所述托架(40)的一部分形成。
6.根据权利要求4所述的LED照明装置(100)，其中，所述托架(40)的支承部(41)是自所述托架(40)的内表面向内延伸的一对延伸臂。
7.根据权利要求4所述的LED照明装置(100)，其中，所述壳体(10)的内表面形成有一对钩状部(11)，用于与所述托架(40)的两侧端配合，从而将所述托架(40)定位在所述壳体(10)内。
8.根据权利要求4所述的LED照明装置(100)，其中，所述LED发光单元(20)的LED元件(22)设置在所述电路板(21)的一侧，而所述LED驱动器(30)的一部分电子元器件(31a)设置在所述电路板的所述一侧，所述LED驱动器(30)的另一部分电子元器件(31b)设置在所述电路板(21)的另一侧。
9.根据权利要求8所述的LED照明装置(100)，其中，所述一部分电子元器件(31a)的高度大于所述另一部分电子元器件(31b)的高度，所述支承部(41)在高度方向上的位置设置成使得其所支撑的所述电路板(21)将所述壳体(10)的内部分隔成两个空间(S1、S2)，以能够分别容纳所述一部分电子元器件(31a)和所述另一部分电子元器件(31b)。
10.根据权利要求8所述的LED照明装置(100)，其中，所述照明装置(100)形成为管状体，所述壳体(10)是T5型灯管，所述托架(40)的截面形状总体上呈弧形。
11.根据权利要求4所述的LED照明装置(100)，还包括端盖(52、53)，用于封闭所述壳体(10)的开口(12、13)，并用于将所述LED驱动器(30)及所述LED发光单元(20)电连接到外部电源。
12.根据权利要求11所述的LED照明装置(100)，其中，所述端盖(52、53)包括锁定部(55)，所述端盖(52、53)能够通过所述锁定部(55)锁定到所述托架(40)上。
13.根据权利要求12所述的LED照明装置(100)，其中，所述锁定部(55)自所述端盖(52、53)向外伸出并在末端处包括向下突出的锁定突出部(551)，所述托架(40)的底部形成有向斜向上方弯折的弹片(42)及位于所述弹片(42)后方的切口(43)，所述锁定突出部(551)越过所述弹片(42)卡扣配合在所述切口(43)内。
14.一种制造如权利要求4所述的LED照明装置(100)的方法，包括如下步骤：
将所述LED驱动器(30)的电子元器件(31)及所述LED发光单元(20)的LED元件(22)焊接在同一块电路板(21)上；
将焊接完成的所述电路板(21)粘接在所述托架(40)上；
将粘接完成的所述电路板(21)及所述托架(40)的组件自所述壳体(10)的开口(12、13)放入所述壳体(10)中；
用端盖(52、53)封闭所述壳体(10)的开口(12、13)。
15.如权利要求14所述的方法，其中，在用端盖(52、53)封闭所述壳体(10)的开口(12、13)的步骤中，还包括将所述端盖(52、53)的锁定部(55)锁定在所述托架(40)的底部的步骤。
16.如权利要求14所述的方法，其中，所述壳体(10)是T5型灯管，所述端盖(52、53)包括第一端盖和第二端盖，分别封闭位于所述T5型灯管的两个端部的所述开口(12、13)。
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