CN108431913A - 线圈装置 - Google Patents

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Abstract

线圈装置具备：基座，其具有表面以及背面；磁性部，其设置于基座的表面侧；以及线圈部，其关于磁性部而设置于与基座相反的一侧，并包括导线。磁性部包括第一通过区域，基座包括第二通过区域，导线通过第一通过区域以及第二通过区域而从基座的背面被引出。

Description

线圈装置
技术领域
本公开涉及线圈装置。
背景技术
以往，作为线圈装置公知有如下的线圈装置，其具备：构成设置面的基座、配置于基座的表面侧的线圈部、以及以覆盖线圈部的方式安装于基座的罩(例如专利文献1)。该线圈部的两端分别与导线连接。
专利文献1：国际公开2012/039077号公报
在上述的线圈装置中，在基座的表面侧从线圈装置引出的导线被导出至线圈装置的外部。因此在基座的表面侧的导线的周围产生电磁场辐射。然而，若考虑电磁场辐射对周边环境造成的影响，则优选减少基座的表面侧的电磁场辐射。
发明内容
因此，本公开对能够减少基座的表面侧的电磁场辐射的线圈装置进行说明。
本公开的一个方式的线圈装置具备：基座，其具有表面以及背面；磁性部，其设置于基座的表面侧；以及线圈部，其关于磁性部而设置于与基座相反的一侧，并包括导线，磁性部包括第一通过区域，基座包括第二通过区域，导线通过第一通过区域以及第二通过区域而从基座的背面被引出。
根据本公开的一个方式，能够提供能够减少基座的表面侧的电磁场辐射的线圈装置。
附图说明
图1是表示具备一个实施方式的线圈装置的非接触供电系统的结构例的框图。
图2是表示构成图1的非接触供电系统的送电侧的线圈装置以及受电侧的线圈装置的侧剖视图。
图3是图2的线圈装置的分解立体图。
图4是表示图2的线圈装置的内部构造的俯视图。
图5的(a)以及(b)是沿着图4的V-V线的立体剖视图。
图6是将图1的线圈装置设置于路面的状态的剖视图。
图7是变形例的基座的俯视图。
具体实施方式
本公开的一个方式的线圈装置具备：基座，其具有表面以及背面；磁性部，其设置于基座的表面侧；以及线圈部，其关于磁性部而设置于与基座相反的一侧，并包括导线，磁性部包括第一通过区域，基座包括第二通过区域，导线通过第一通过区域以及第二通过区域而从基座的背面被引出。
在该线圈装置中，导线通过第一通过区域以及第二通过区域，由此从基座的背面引出，而不是从基座的表面引出。在从基座的背面引出的导线的周围产生的电磁场辐射被基座屏蔽。这样，通过将导线从背面引出，从而能够屏蔽在引出至背面侧的导线的周围产生的电磁场辐射。其结果能够减少基座的表面侧的电磁场辐射。
在一些方式中，基座可以由非磁性体构成。在该情况下，在引出至基座的背面侧的导线的周围产生的电磁场辐射变得容易被基座屏蔽。因而电磁场辐射难以向基座的表面侧传播。因此能够进一步减少基座的表面侧的电磁场辐射。
在一些方式中，线圈部可以是环形线圈。
在一些方式中，第一通过区域可以设置于磁性部的中央部，第二通过区域可以设置于基座的中央部。在该情况下，容易使线圈部的导线通过第一通过区域以及第二通过区域，因而能够减少基座的表面侧的导线的延伸长度。因此能够进一步减少基座的表面侧的电磁场辐射。
在一些方式中，可以在基座且在第二通过区域的周围形成有孔部。在该情况下，在第二通过区域的周围产生的涡电流的路径长度因孔部而增加，在基座产生的涡电流的一部以在孔部迂回的方式流动。即，孔部作为将在基座产生的涡电流的一部分截断的涡电流截断部发挥功能。因此增加对涡电流的电阻，因而能够减少涡电流的大小。
在一些方式中，还可以具备功率转换器，该功率转换器设置于基座的背面侧。在该情况下，能够缩短用于将线圈部与功率转换器连接的导线的延伸长度。因此能够进一步减少在导线的周围产生的电磁场辐射。
以下，一边参照附图、一边对本公开的一个实施方式进行说明。另外，在附图的说明中，对相同要素标注相同附图标记，并省略重复的说明。
参照图1对具备本实施方式的线圈装置的非接触供电系统100进行说明。非接触供电系统100是用于对搭载于电动汽车、混合动力汽车等车辆V的电池进行充电的系统。
如图1以及图2所示，非接触供电系统100包括：设置于路面R的送电装置2、和设置于车辆V侧的受电装置3。在地上行驶的车辆V在预先设定的位置(形成电磁耦合电路的位置)停车时，送电装置2以非接触的方式对车辆V的受电装置3传输电力(用于对电池7充电的电力)。
送电装置2包括：送电线圈装置(线圈装置)1、和与送电线圈装置1连接的电源部60。送电线圈装置1设置于路面R。电源部60包括：整流电路61、送电电路(功率转换器)62以及控制部63。电源部60与外部电源64连接。外部电源64是为了生成应该向车辆V传输的电力而供给所需的电力的电源。外部电源64例如是工业交流电源那样的供给单相交流电的电源。该外部电源64并不局限于供给单相交流电的电源，也也可以是供给三相交流电的电源。
整流电路61是对从外部电源64供给的交流电进行整流并转换为直流电的电路。整流电路61可以具有PFC[Power Factor Correction：功率因数校正]功能、升降压功能。也能够利用燃料电池、太阳电池等直流电源作为外部电源64，在该情况下能够省略整流电路61。在外部电源64为直流电源的情况下，可以代替整流电路61而设置直流转换电路(DC/DC转换器)。
送电电路62将从整流电路61供给的电力经由电磁耦合电路而以非接触的方式向车辆V供给。电磁耦合电路由送电线圈装置1与设置于车辆V的受电线圈装置4形成。送电电路62例如具备逆变电路。送电电路62将来自整流电路61的直流电转换为频率比外部电源64的交流电高的交流电(高频电力)，并且赋予送电线圈装置1。由此，在送电线圈装置1与受电线圈装置4之间进行非接触供电。送电电路62在逆变电路的输出侧能够具备电容器。电容器与送电线圈装置1所包含的线圈20(参照图2)一起构成送电侧谐振电路。如后述的那样，本实施方式中的送电电路62设置于送电线圈装置1的基座50的背面50b侧，构成为送电线圈装置1的一部分。送电电路62可以构成为与送电线圈装置1分体设置。
控制部63例如是包括CPU[Central Processing Unit：中央处理器]、ROM[ReadOnly Memory：只读存储器]、RAM[Random Access Memory：随机存取存储器]等的电子控制单元。控制部63控制从送电线圈装置1向受电线圈装置4的电力供给。控制部63控制电源部60的各电路(整流电路61、送电电路62等)，以便改变从送电线圈装置1向受电线圈装置4供给的电力的大小。控制部63例如在受电侧的电路(受电线圈装置4、受电电路5以及充电电路6的至少一个)、电池7产生异常的情况下等，能够控制电源部60的各电路，以便停止从送电线圈装置1向受电线圈装置4的电力供给。
若送电线圈装置1与受电线圈装置4接近，则使送电线圈装置1所包含的线圈(线圈部)20与受电线圈装置4所包含的线圈20位于接近的状态。由此形成电磁耦合电路。该电磁耦合电路是指线圈20、20彼此以电磁耦合的方式进行从送电侧的线圈20向受电侧的线圈20的非接触的供电的电路。电磁耦合电路可以是以“电磁感应方式”进行供电的电路，也可以是以“磁场共振方式”进行供电的电路。
车辆V包括受电装置3。虽然在图1中省略，但车辆V包括马达、操作方向盘以及制动器等行驶所需要的结构。受电装置3包括受电线圈装置4、受电电路5以及充电电路6。受电线圈装置4接受从送电侧的送电线圈装置1以非接触的方式供给的电力(交流电)。
受电电路5将来自受电线圈装置4的交流电转换为直流电并向充电电路6输出。该受电电路5能够具备电容器，该电容器与受电侧的线圈20一起构成受电侧谐振电路。
在充电电路6中，输入端与受电电路5的输出端连接，并且输出端与电池7的输入端连接。充电电路6将来自受电电路5的电力(直流电)转换为所希望的电力并向电池7供给。电池7是搭载于车辆V的能够再充电的电池(例如锂离子电池、镍氢电池等充电电池)。电池7向未图示的行驶马达等供给电力。
接下来，参照图2～图6对送电线圈装置1以及受电线圈装置4进行说明。在本实施方式中，受电线圈装置4构成为与送电线圈装置1同样，因此对受电线圈装置4省略与送电线圈装置1的结构重复的说明。
如图2所示，送电线圈装置1以及受电线圈装置4配置为在上下方向(对置方向、Z方向)上对置，并以规定的间隔分离。送电线圈装置1设置为从路面R向上方突出。送电线圈装置1呈扁平的锥台状、长方体状。送电线圈装置1可以不从路面R突出而是埋入路面R。
如图3所示，送电线圈装置1具备：扁平的长方体状的保护罩10、线圈20、保持部件30、铁氧体部(磁性部)40以及平板状的基座50。在由保护罩10与基座50包围的收纳空间，从保护罩10侧起依次收纳有线圈20、保持部件30、铁氧体部40。
保护罩10保护线圈20、保持部件30以及铁氧体部40。保护罩10例如由非磁性以及绝缘性的材料(例如聚苯硫醚树脂等)形成。
线圈20由在同一平面内卷绕成大致矩形的漩涡状的导线21形成。线圈20产生感应电流。线圈20关于铁氧体部40而设置于与基座50相反的一侧(即，线圈20设置于铁氧体部40的与基座50相反的一侧)。线圈20是所谓的环形线圈。环形线圈是将导线21卷绕成平面漩涡状的方式的线圈。平面漩涡状是导线以包围卷轴的方式从外侧向内侧或从内侧向外侧卷绕的形状。线圈20只要为导线21卷绕成平面漩涡状的方式即可，可以是一层，也可以是多层。从卷轴方向观察的线圈20的形状可以是矩形、圆形、椭圆形等各种形状。例如使用将相互绝缘的多个导体线材捻合而成的利兹线作为导线21。导线21也可以为铜或铝的单线或者母线等。
如图4所示，线圈20具有线圈主体22、内引出线23以及外引出线24。在线圈主体22中，导线21卷绕成大致矩形的漩涡状。内引出线23是从线圈主体22的最内周端引出的导线21的端部。外引出线24是从线圈主体22的最外周端引出的导线21的端部。在图4中省略保持部件30。
返回到图3，保持部件30是用于保持线圈20的平板状部件(所谓的绕线管)。保持部件30配置于线圈20与铁氧体部40之间。保持部件30通过将线圈20嵌入在主体部31的表面31a形成的槽部32来保持线圈20。保持部件30例如一体地形成。作为保持部件30的材料，使用具有电绝缘特性的材料(例如有机硅、聚苯硫醚树脂等)。
在俯视观察表面31a(图4的纸面贯通方向观察，Z方向观察)时，槽部32呈卷绕成大致矩形的漩涡状的槽形状。如图5的(a)所示，槽部32具有槽主体部33、内引出槽34以及外引出槽35。槽主体部33为大致矩形的漩涡状，收纳线圈主体22。内引出槽34是用于将内引出线23从线圈主体22的最内周端引出的部分。外引出槽35是用于将外引出线24从线圈主体22的最外周端引出的部分。在内引出槽34的末端部设置有贯通孔34a，该贯通孔34a以贯通保持部件30的方式供内引出线23插通。在外引出槽35的末端部设置有贯通孔35a，该贯通孔35a以贯通保持部件30的方式供外引出线24插通。
返回到图3，铁氧体部40呈平板状，位于保持部件30与基座50之间。铁氧体部40设置于基座50的表面50a侧。例如在俯视观察下，铁氧体部40的形状以及大小与保持部件30的形状以及大小大致相等。铁氧体部40的形状以及大小是只要收纳于由保护罩10与基座50包围的收纳空间，则能够任意设定的事项，可以大于保持部件30，也可以小于保持部件30。
铁氧体部40包括：矩形板状的铁氧体芯42、43、44、45、和矩形框状的框体46。铁氧体芯42～45为磁性体，进行由线圈20产生的磁力线的定向以及汇集。铁氧体芯42～45的平面形状例如为具有比框体46的内缘的一边的一半的长度短的一边的长度的正方形。铁氧体芯42～45相互具有相同形状。铁氧体芯42～45的平面形状并不限定于正方形，而是能够任意地设定。
如图3以及图4所示，铁氧体芯42～45分别排列为：靠近框体46的内侧的四角的各个角。在排列于框体46的内侧的状态下，铁氧体芯42～45以规定距离相互分离。因此在铁氧体芯42、43之间形成有间隙47a。在铁氧体芯43、44之间形成有间隙47b。在铁氧体芯44、45之间形成有间隙47c。在铁氧体芯45、42之间形成有间隙47d。间隙47a～47d形成长方形的区域，在铁氧体部40的中央部的中央区域41相互连续。在铁氧体部40设置有中央区域41。即，铁氧体部40包括中央区域41。在间隙47a～47d可以填充有填充剂。能够使用与铁氧体芯42～45相同的材料的小型的部件(例如块状、粒状等)、树脂等作为填充剂。通过填充剂的填充来填埋间隙47a～47d，从而能够抑制铁氧体芯42～45的配置发生改变。
返回到图3，基座50确保送电线圈装置1的强度，截断漏磁通的外部流出。基座50由非磁性且导电性的材料(例如铝或铜等)形成。基座50设置于铁氧体部40与路面R之间(即送电线圈装置1的背面侧)。基座50具有表面50a以及背面50b。基座50可以由一块板材构成，也可以通过组合多个板材构成。
如图3以及图6所示，基座50在X方向以及Y方向上向设置有铁氧体部40的矩形区域的外侧突出。换言之，基座50从铁氧体部40的外周部遍布整周而向外侧突出。这样，在将铁氧体部40沿Z方向投影的情况下，基座50覆盖该投影区域S(参照图3)。基座50的面积比铁氧体部40在Z方向上的投影面积(投影区域S的面积)大。
基座50对在线圈20的导线21周围产生的电磁场辐射进行屏蔽。线圈20配置于基座50的表面50a，因而考虑在表面50a侧且在导线21的周围容易产生电磁场辐射。通过从背面50b引出导线21(内引出线23以及外引出线24)，从而能够将在引出到背面50b侧的导线21的周围产生的电磁场辐射屏蔽。其结果能够减少基座50的表面50a侧的电磁场辐射。
如图4以及图5的(b)所示，在基座50设置有贯通孔51，该贯通孔51用于供通过铁氧体部40的中央区域41后的内引出线23以及外引出线24通过。即，基座50包括贯通孔51。贯通孔51设置于基座50的中央部。贯通孔51是能够供内引出线23以及外引出线24插通的贯通孔。贯通孔51例如是在沿着XY平面的一个方向(在本实施方式中为Y方向)上较长的长孔。
在如以上那样构成的送电线圈装置1中，如图6所示，内引出线23沿着保持部件30的内引出槽34在X方向上延伸。内引出线23以朝向保持部件30的厚度方向的方式大致弯曲成直角。内引出线23以经由贯通孔34a贯通保持部件30的方式在Z方向上延伸。内引出线23通过铁氧体部40的中央区域41，并且贯通基座50的贯通孔51而到达基座50的背面50b。
外引出线24沿着保持部件30的外引出槽35在Y方向上延伸。外引出线24以朝向保持部件30的厚度方向的方式大致弯曲成直角。外引出线24以经由贯通孔35a贯通保持部件30的方式在Z方向上延伸。外引出线24以朝向间隙47b的长度方向(X方向)大致弯曲成直角。外引出线24在保持部件30的背面侧(与表面31a相反的一侧)通过间隙47b的空间。外引出线24到达基座50的贯通孔51的上方亦即中央区域41。外引出线24以朝向基座50的厚度方向的方式大致弯曲成直角。外引出线24经由贯通孔51贯通基座50而到达基座50的背面50b。
这样，内引出线23以及外引出线24通过铁氧体部40的中央区域41以及基座50的贯通孔51并被引出至基座50的背面50b侧。即，在本实施方式中，中央区域41是供线圈20的导线21通过的第一通过区域，贯通孔51是供通过第一通过区域后的导线21通过的第二通过区域。导线21通过中央区域41以及贯通孔51并从基座50的背面50b引出的事项，不仅包括将送电线圈装置1内部的导线21从背面50b引出的方式，还包括将送电线圈装置1外部的导线从背面50b引入至送电线圈装置1内部的方式。另外，在从背面50b引出的线圈20的导线21中包括形成线圈20的导线21本身、和与形成线圈20的导线21连接的导线。即，贯通孔51可以是将送电线圈装置1的外部的导线从背面50b引入的第二通过区域。中央区域41可以是供通过第二通过区域后的导线通过的第一通过区域。
以上，在送电线圈装置1中，导线21通过中央区域41以及贯通孔51，由此并不是从基座50的表面50a引出，而是从基座50的背面50b引出。在从基座50的背面50b引出的导线21的周围产生的电磁场辐射被基座50屏蔽。这样，通过将导线21从背面50b引出，能够将在引出至背面50b侧的导线21的周围产生的电磁场辐射屏蔽。其结果能够减少基座50的表面50a侧的电磁场辐射。
在送电线圈装置1中，基座50由非磁性体构成。由此在引出到基座50的背面50b侧的导线21的周围产生的电磁场辐射容易被基座50屏蔽。因此该电磁场辐射难以向基座50的表面50a侧传播。因此能够进一步减少基座50的表面50a侧的电磁场辐射。
在送电线圈装置1中，中央区域41设置于铁氧体部40的中央部，贯通孔51设置于基座50的中央部。由此容易使线圈20的导线21通过中央区域41以及贯通孔51，因而能够减少基座50的表面50a侧的导线21的延伸长度。因此能够进一步减少基座50的表面50a侧的电磁场辐射。另外在送电线圈装置1中，内引出线23能够不与线圈主体22交叉地引出至送电线圈装置1的外部，因而与使内引出线23与线圈主体22交叉并且将内引出线23从线圈20的最外周侧引出的情况相比，能够减少送电线圈装置1的厚度。
换言之，在送电线圈装置1中，内引出线23以及外引出线24以贯通线圈构造的方式被引出。因此与现有的构造相比，提高内引出线23以及外引出线24的环绕性。与导线从上表面引出的构造相比，减少送电线圈装置1的厚度。内引出线23以及外引出线24以最短距离引出至送电线圈装置1的外部，由此防止效率降低。
在送电线圈装置1中，送电电路62设置于基座50的背面50b侧，构成为送电线圈装置1的一部分。由此能够缩短用于将线圈20与送电电路62连接的导线21的延伸长度。因此能够进一步减少在导线21的周围产生的电磁场辐射。
在送电线圈装置1中，内引出线23以及外引出线24双方通过共通的第一通过区域以及第二通过区域，并向基座50的背面50b侧引出。由此在第一通过区域以及第二通过区域内，在内引出线23流动的电流的方向与在外引出线24流动的电流的方向彼此成为相反方向。其结果能够使在内引出线23周围产生的磁场与在外引出线24周围产生的磁场消除。
以上，对本公开的一个实施方式进行了说明，但本发明并不限定于上述实施方式。例如如图7所示，基座50可以变形为基座50A。基座50A与基座50的不同点在于：在贯通孔51的周围形成有多个孔部55。多个孔部55是大致长方形的长孔，它们贯通基座50A并在贯通孔51的周围以贯通孔51为中心放射状地延伸。孔部55的形状以及位置不特别限定。孔部55可以是不贯通基座50A的凹部。孔部55可以仅形成有一个。
根据这样的基座50A，孔部55使在贯通孔51周围产生的涡电流的路径长度增加，使涡电流的一部分迂回。即，孔部55作为截断在基座50A产生的涡电流的一部分的涡电流截断部而发挥功能。因此增加对涡电流的电阻，因而能够减小涡电流的大小。涡电流截断部是指截断在基座50A产生的涡电流的一部分并使其迂回来改变涡电流的状态的部位。另外，孔部55只要能够截断在贯通孔51的周围产生的涡电流的一部分并使涡电流迂回，且与无孔部55的情况相比能够改变涡电流的状态，则能够采用各种方式。孔部55可以是贯通基座50A的贯通孔，也可以不贯通基座50A而是凹陷的凹部。
在上述实施方式中，第一通过区域亦即中央区域41设置于铁氧体部40的中央部，第二通过区域亦即贯通孔51设置于基座50的中央部。即，中央区域41的位置与贯通孔51的位置在上下方向(Z方向)上彼此重复。然而，中央区域41的位置与贯通孔51的位置在上下方向(Z方向)上可以彼此不重复。
在上述实施方式中，内引出线23以及外引出线24双方通过共通的第一通过区域以及第二通过区域并被引出至基座50的背面50b侧，但并不限定于该例。具体而言，可以分别设置有：供内引出线23通过的第一通过区域、和供外引出线24通过的第一通过区域。也可以分别设置有：供通过第一通过区域后的内引出线23通过的第二通过区域、和供通过第一通过区域后的外引出线24通过的第二通过区域。
在上述实施方式中，保持部件30通过将线圈20嵌入于在主体部31的表面31a形成的槽部32来保持线圈20。保持部件30不限定于通过槽部32来保持线圈20。例如保持部件30可以是平板状、框体状。保持部件30也可以是用粘接剂或浇注封装(potting)等使导线21以卷绕成平面漩涡状的方式固接于该平板状、框体内，来保持线圈20的方式。
在上述实施方式中，铁氧体部40包括多个铁氧体芯42～45。铁氧体部40可以由不同数量的铁氧体芯构成。铁氧体部40也可以由一个铁氧体芯构成。
在上述实施方式中，作为第一通过区域，利用铁氧体部40中不存在铁氧体芯42～45的间隙来设置中央区域41。第一通过区域可以设置于铁氧体芯42～45所在的位置。在该情况下，在铁氧体芯42～45形成能够供内引出线23以及外引出线24插通的贯通孔，由此该贯通孔能够作为第一通过区域发挥功能。
在上述实施方式中，第一通过区域设置于铁氧体部40的中央部。第一通过区域也可以设置于铁氧体部40的中央部以外。例如，第一通过区域能够设置于将铁氧体部40沿Z方向投影至基座50的投影区域S的范围内。在该情况下，基座50的面积比投影区域S的面积大，因而能够将用于供通过第一通过区域后的导线21通过的第二通过区域，设置于基座50中的第一通过区域的正下方。
在上述实施方式中，以在用于对搭载于车辆V的电池7充电的非接触供电系统100中使用的送电线圈装置1为例进行了说明。然而，本发明不限定于该方式。例如也能够在用于对水下航行器之类的车辆以外的移动体的电池充电的非接触供电系统中使用的线圈装置应用本公开的送电线圈装置1。另外，也可以在向马达、传感器等消耗电力的部件直接供给电力的系统中使用的线圈装置应用本公开的送电线圈装置1此外在上述实施方式中，对本公开的线圈装置作为非接触供电系统100的送电线圈装置1应用的情况进行了说明，但并不限定于该例。例如也可以将本公开的线圈装置作为感应加热系统、涡电流探伤系统的线圈装置应用。
[工业上的可利用性]
根据本公开的一些方式，能够提供可减少基座的表面侧的电磁场辐射的线圈装置。
附图标记说明：1…送电线圈装置(线圈装置)；4…受电线圈装置；20…线圈(线圈部)；21…导线；40…铁氧体部(磁性部)；41…中央区域(第一通过区域)；50、50A…基座；50a…表面；50b…背面；51…贯通孔(第二通过区域)；55…孔部；62…送电电路(功率转换器)。

Claims (6)

1.一种线圈装置，其特征在于，具备：
基座，其具有表面以及背面；
磁性部，其设置于所述基座的表面侧；以及
线圈部，其关于所述磁性部而设置在与所述基座相反的一侧并包括导线，
所述磁性部包括第一通过区域，
所述基座包括第二通过区域，
所述导线通过所述第一通过区域以及所述第二通过区域而从所述基座的所述背面被引出。
2.根据权利要求1所述的线圈装置，其特征在于，
所述基座由非磁性体构成。
3.根据权利要求1或2所述的线圈装置，其特征在于，
所述线圈部为环形线圈。
4.根据权利要求1～3中的任一项所述的线圈装置，其特征在于，
所述第一通过区域设置于所述磁性部的中央部，
所述第二通过区域设置于所述基座的中央部。
5.根据权利要求1～4中的任一项所述的线圈装置，其特征在于，
在所述基座且在所述第二通过区域的周围形成有孔部。
6.根据权利要求1～5中的任一项所述的线圈装置，其特征在于，
还具备功率转换器，其设置于所述基座的背面侧。
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