CN109217712B - 一种静电感应无刷交流发电机 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种静电感应无刷交流发电机及其使用方法，该发电机包括绝缘的机壳以及设置在机壳内的转子和定子，所述转子包括转轴，所述转轴上绝缘连接有感应转片组、第一极转片和第二极转片，所述定子包括与机壳固定连接的供场定片组、第一极定片组和第二极定片组，所述供场定片组与感应转片组之间、第一极定片组与第一极转片之间以及第二极定片组与第二极转片之间均存有静电感应间隙，本发明实施例提出的静电感应无刷交流发电机，通过静电感应原理完成电能的输出，无需设置电刷，不消耗电能，发电成本低，具有极低的电热损耗，相比电磁感应式发电机，结构更简单，维护更简便，电机工作寿命更长，故障率更少，稳定性更好。

Description

一种静电感应无刷交流发电机

技术领域

本发明涉及发电机技术领域，具体涉及一种静电感应无刷交流发电机及其使用方法。

背景技术

现有的人们普遍使用的发电机一般是利用电磁感应原理，即通过导体切割磁感线产生感应电动势，根据其产生的电动势形式的不同可分为交流发电机和直流发电机，其结构一般较复杂，容易发生故障，使用和维护均不便，同时还存在电能损耗，发电效率也不高，直流发电机产生的直流电也不适于远距离传输。

本发明实施例提出了一种静电感应无刷交流发电机及其使用方法，通过静电感应原理完成电能的输出，无需设置电刷，不消耗电能，发电成本低，具有极低的电热损耗，相比电磁感应式发电机，结构更简单，维护更简便，电机工作寿命更长，故障率更少，稳定性更好。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种静电感应无刷交流发电机及其使用方法，用以解决现有的基于电磁感应原理的发电机结构复杂、容易发生故障、使用和维护均不便、发电效率低、存在电能消耗的问题。

为实现上述目的，本发明实施例提供一种静电感应无刷交流发电机：所述静电感应无刷交流发电机包括绝缘的机壳以及设置在机壳内的转子和定子；

所述转子包括转轴、感应转片组、第一极转片和第二极转片，所述感应转片组安装在转轴中部，所述感应转片组包括第一感应转片和第二感应转片，所述第一感应转片和第二感应转片对称并相互独立地安装在转轴轴线两侧，所述第一极转片和第二极转片分别安装在靠近转轴两端处，所述第一感应转片与第一极转片电连接，所述第二感应转片与第二极转片电连接；

所述定子包括与机壳固定连接的供场定片组、第一极定片组和第二极定片组，所述供场定片组包括第一供场定片和第二供场定片，所述第一供场定片和第二供场定片分别对称并相互独立地安装在第一感应转片和第二感应转片外侧，所述第一极定片组包括第一极定片和第二极定片，所述第一极定片和第二极定片分别对称并相互独立地安装在第一极转片轴线两侧，所述第二极定片组包括第三极定片和第四极定片，所述第三极定片和第四极定片分别对称并相互独立地安装在第二极转片轴线两侧；

所述供场定片组与感应转片组之间、第一极定片组与第一极转片之间以及第二极定片组与第二极转片之间均存有静电感应间隙，所述第一极定片的远离第一极转片的外端和第二极定片的远离第一极转片的外端电连接，所述第三极定片的远离第二极转片的外端和第四极定片的远离第二极转片的外端电连接。

优选的，所述感应转片组与转轴之间装配有绝缘的中芯柱，所述第一极转片和第二极转片与转轴之间均装配有绝缘的极芯柱。

优选的，所述第一感应转片通过第一动连接导线与第一极转片电连接，所述第二感应转片通过第二动连接导线与第二极转片电连接。

优选的，所述第一极定片的远离第一极转片的外端上设置有第一极接线柱，所述第二极定片的远离第一极转片的外端上设置有第二极接线柱，所述第一极接线柱和第二极接线柱的末端均伸出机壳外。

优选的，所述第一极接线柱和第二极接线柱的末端通过第一极连接导线连接。

优选的，所述第三极定片的远离第二极转片的外端上设置有第三极接线柱，所述第四极定片的远离第二极转片的外端上设置有第四极接线柱，所述第三极接线柱和第四极接线柱的末端均伸出机壳外。

优选的，所述第三极接线柱和第四极接线柱的末端通过第二极连接导线连接。

优选的，所述第一供场定片上设置有第一供场接线柱，所述第二供场定片上设置有第二供场接线柱，所述第一供场接线柱和第二供场接线柱的末端均伸出机壳外，所述第一供场接线柱与外部直流电源的正极电连接，所述第二供场接线柱与外部直流电源的负极电连接。

优选的，所述机壳包括通过螺栓固定连接的第一机壳和第二机壳，所述第一机壳和第二机壳的两端设置有两组端盖，所述转轴两端与两组端盖之间通过轴承连接。

本发明实施例还提出了一种静电感应无刷交流发电机的使用方法，所述使用方法包括以下步骤：

第一供场定片和第二供场定片分别接通外部直流电源的正负极，第一供场定片聚集正电荷，第二供场定片表面聚集负电荷；

通过外力驱动转子转动，当第一感应转片靠近第一供场定片时，第一感应转片表面通过静电感应聚集负电荷，第二感应转片靠近第二供场定片时，第二感应转片表面通过静电感应聚集正电荷；

与第一感应转片电连接的第一极转片因为负电荷向第一感应转片方向聚集导致第一极转片表面聚集正电荷，与第二感应转片电连接的第二极转片因为正电荷向第二感应转片方向聚集导致第二极转片表面聚集负电荷；

此时第一极转片靠近第一极定片和第二极定片的内表面，第一极定片和第二极定片内表面通过静电感应聚集负电荷，第二极转片靠近第三极定片和第四极定片的内表面，第三极定片和第四极定片内表面通过静电感应聚集正电荷；

第一极定片和第二极定片的远离第一极转片的外端上因负电荷向第一极定片和第二极定片内表面方向聚集导致第一极定片和第二极定片的远离第一极转片的外端上聚集正电荷，第一极定片和第二极定片的远离第一极转片的外端通过第一极连接导线连接形成带正电的正电极，第三极定片和第四极定片的远离第二极转片的外端上因正电荷向第三极定片和第四极定片内表面方向聚集导致第三极定片和第四极定片的远离第二极转片的外端上聚集负电荷，第三极定片和第四极定片的远离第二极转片的外端通过第二极连接导线连接形成带负电的负电极；

转子继续转动，当第一感应转片靠近第二供场定片时，第一感应转片表面通过静电感应聚集正电荷，第二感应转片靠近第一供场定片时，第二感应转片表面通过静电感应聚集负电荷；

与第一感应转片电连接的第一极转片因为正电荷向第一感应转片方向聚集导致第一极转片表面聚集负电荷，与第二感应转片电连接的第二极转片因为负电荷向第二感应转片方向聚集导致第二极转片表面聚集正电荷；

此时第一极转片靠近第一极定片和第二极定片的内表面，第一极定片和第二极定片内表面通过静电感应聚集正电荷，第二极转片靠近第三极定片和第四极定片的内表面，第三极定片和第四极定片内表面通过静电感应聚集负电荷；

第一极定片和第二极定片的远离第一极转片的外端上因正电荷向第一极定片和第二极定片内表面方向聚集导致第一极定片和第二极定片的远离第一极转片的外端上聚集负电荷，第一极定片和第二极定片的远离第一极转片的外端通过第一极连接导线连接形成带负电的负电极，第三极定片和第四极定片的远离第二极转片的外端上因负电荷向第三极定片和第四极定片内表面方向聚集导致第三极定片和第四极定片的远离第二极转片的外端上聚集正电荷，第三极定片和第四极定片的远离第二极转片的外端通过第二极连接导线连接形成带正电的正电极；

转子持续做圆周运动，第一感应转片和第二感应转片交替进入第一供场定片和第二供场定片的正负电场，重复上述步骤，在第一极连接导线和第二极连接导线处交替形成正负电极，由此产生交替变化的电动势，通过外接导线将交替变化的电动势以交流电的形式对外输出。

本发明实施例具有如下优点：

本发明实施例提出的一种静电感应无刷交流发电机，供场定片组与感应转片组组成中部的感应组，第一极转片与第一极定片组以及第二极转片与第二极定片组分别组成两侧的感应组，中部的感应组用于产生方向交替变化的电动势，两侧的感应组用于将方向交替变化的电动势传输到外部电路，该电机通过静电感应的方式完成电能的输出，无需设置电刷，无电刷磨损；其在工作时，提供电场的第一供场定片和第二供场定片相互独立不连接，只起到提供电场的作用，不消耗电能，发电成本低；该发电机无需线圈绕组，工作过程中不会产生涡电流发热，具有极低的电热损耗；相比电磁感应式发电机，结构更简单，维护更简便；电机工作寿命更长，故障率更少，稳定性更好。

附图说明

图1为本发明实施例1提供的一种静电感应无刷交流发电机的结构示意图。

图2为本发明实施例1提供的一种静电感应无刷交流发电机的内部拆分结构示意图。

图3为图1按ABCD面剖切后的1/2剖切结构示意图。

图4为图1按ABCD面剖切后的剖面结构实体图(俯视)。

图5为本发明实施例1提供的一种静电感应无刷交流发电机的第一感应转片的结构示意图。

图6为本发明实施例1提供的一种静电感应无刷交流发电机的第一极转片的结构示意图。

图7为本发明实施例1提供的一种静电感应无刷交流发电机的第一极定片的结构示意图。

图中：1-机壳、2-转子、3-定子、11-第一机壳、12-第二机壳、13-端盖、21-转轴、22-感应转片组、23-第一极转片、24-第二极转片、25-中芯柱、26-极芯柱、27-第一动连接导线、28-第二动连接导线、31-供场定片组、32-第一极定片组、33-第二极定片组、34-第一极连接导线、35-第二极连接导线、221-第一感应转片、222-第二感应转片、311-第一供场定片、312-第二供场定片、313-第一供场接线柱、314-第二供场接线柱、321-第一极定片、322-第二极定片、323-第一极接线柱、324-第二极接线柱、331-第三极定片、332-第四极定片、333-第三极接线柱、334-第四极接线柱。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、右”、“中间”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

实施例1

如图1和图2所示，本实施例提出的一种静电感应无刷交流发电机包括绝缘的机壳1以及设置在机壳1内的转子2和定子3，机壳1包括通过螺栓固定连接的半圆形的第一机壳11和第二机壳12，第一机壳11和第二机壳12的两端设置有两组端盖13。

如图2、图3和图4所示，转子2包括转轴21，转轴21两端与两组端盖13之间通过轴承连接，转轴21上绝缘连接有感应转片组22、第一极转片23和第二极转片24，感应转片组22安装在转轴21中部，感应转片组22与转轴21之间装配有绝缘的中芯柱25，感应转片组22包括两组半圆形的第一感应转片221和第二感应转片222，其结构如图5所示，第一感应转片221和第二感应转片222对称并相互独立地安装在转轴21轴线两侧。第一极转片23和第二极转片24整体均呈圆形并分别安装在靠近转轴21两端处，其结构如图6所示，第一极转片23和第二极转片24与转轴21之间均装配有绝缘的极芯柱26，第一感应转片221通过第一动连接导线27与第一极转片23电连接，第二感应转片222通过第二动连接导线28与第二极转片24电连接。

定子3包括与机壳1固定连接的供场定片组31、第一极定片组32和第二极定片组33，供场定片组31包括两组半圆形的第一供场定片311和第二供场定片312，第一供场定片311和第二供场定片312分别对称并相互独立地安装在第一感应转片221和第二感应转片222外侧，第一供场定片311上设置有第一供场接线柱313，第二供场定片312上设置有第二供场接线柱314，第一供场接线柱313和第二供场接线柱314的末端均伸出机1外，第一供场接线柱313与外部直流电源的正极电连接，第二供场接线柱314与外部直流电源的负极电连接，第一极定片组32包括两组半圆形的第一极定片321和第二极定片322，其结构如图7所示，第一极定片321和第二极定片322分别对称并相互独立地安装在第一极转片23轴线两侧，第二极定片组33包括两组半圆形的第三极定片331和第四极定片332，第三极定片331和第四极定片332分别对称并相互独立地安装在第二极转片24轴线两侧。

供场定片组31与感应转片组22之间、第一极定片组32与第一极转片23之间以及第二极定片组33与第二极转片24之间均存有静电感应间隙，第一极定片321的远离第一极转片23的外端上设置有第一极接线柱323，第二极定片322的远离第一极转片23的外端上设置有第二极接线柱324，第一极接线柱323和第二极接线柱324的末端均伸出机壳1外，第一极接线柱323和第二极接线柱324的末端通过第一极连接导线34连接，第三极定片331的远离第二极转片24的外端上设置有第三极接线柱333，第四极定片332的远离第二极转片24的外端上设置有第四极接线柱334，第三极接线柱333和第四极接线柱334的末端均伸出机壳1外，第三极接线柱333和第四极接线柱334的末端通过第二极连接导线35连接。

本实施例中，供场定片组31与感应转片组22组成中部的感应组，第一极转片23与第一极定片组32以及第二极转片24与第二极定片组33分别组成两侧的感应组，中部的感应组用于产生方向交替变化的电动势，两侧的感应组用于将方向交替变化的电动势传输到外部电路。

本实施例的一种静电感应无刷交流发电机的使用方法为：第一供场定片311和第二供场定片312分别接通外部直流电源的正负极，第一供场定片311聚集正电荷，第二供场定片312表面聚集负电荷；通过外力驱动转子2转动，当第一感应转片221靠近第一供场定片311时，第一感应转片221表面通过静电感应聚集负电荷，第二感应转片222靠近第二供场定片312时，第二感应转片222表面通过静电感应聚集正电荷，与第一感应转片221电连接的第一极转片23因为负电荷向第一感应转片221方向聚集导致第一极转片23表面聚集正电荷，与第二感应转片222电连接的第二极转片24因为正电荷向第二感应转片222方向聚集导致第二极转片24表面聚集负电荷，此时第一极转片23靠近第一极定片321和第二极定片322的内表面，第一极定片321和第二极定片322内表面通过静电感应聚集负电荷，第二极转片24靠近第三极定片331和第四极定片332的内表面，第三极定片331和第四极定片332内表面通过静电感应聚集正电荷，第一极定片321和第二极定片322的远离第一极转片23的外端上因负电荷向第一极定片321和第二极定片322内表面方向聚集导致第一极定片321和第二极定片322的远离第一极转片23的外端上聚集正电荷，第一极定片321和第二极定片322的远离第一极转片23的外端通过第一极连接导线34连接形成带正电的正电极，第三极定片331

和第四极定片332的远离第二极转片24的外端上因正电荷向第三极定片331和第四极定片332内表面方向聚集导致第三极定片331和第四极定片332的远离第二极转片24的外端上聚集负电荷，第三极定片331和第四极定片332的远离第二极转片24的外端通过第二极连接导线35连接形成带负电的负电极；

转子2继续转动，当第一感应转片221靠近第二供场定片312时，第一感应转片221表面通过静电感应聚集正电荷，第二感应转片222靠近第一供场定片311时，第二感应转片222表面通过静电感应聚集负电荷，与第一感应转片221电连接的第一极转片23因为正电荷向第一感应转片221方向聚集导致第一极转片23表面聚集负电荷，与第二感应转片222电连接的第二极转片24因为负电荷向第二感应转片222方向聚集导致第二极转片24表面聚集正电荷，此时第一极转片23靠近第一极定片321和第二极定片322的内表面，第一极定片321和第二极定片322内表面通过静电感应聚集正电荷，第二极转片24靠近第三极定片331和第四极定片332的内表面，第三极定片331和第四极定片332内表面通过静电感应聚集负电荷，第一极定片321和第二极定片322的远离第一极转片23的外端上因正电荷向第一极定片321和第二极定片322内表面方向聚集导致第一极定片321和第二极定片322的远离第一极转片23的外端上聚集负电荷，第一极定片321和第二极定片322的远离第一极转片23的外端通过第一极连接导线34连接形成带负电的负电极，第三极定片331和第四极定片332的远离第二极转片24的外端上因负电荷向第三极定片331和第四极定片332内表面方向聚集导致第三极定片331和第四极定片332的远离第二极转片24的外端上聚集正电荷，第三极定片331和第四极定片332的远离第二极转片24的外端通过第二极连接导线35连接形成带正电的正电极；

转子2持续做圆周运动，第一感应转片221和第二感应转片222交替进入第一供场定片311和第二供场定片312的正负电场，重复上述步骤，在第一极连接导线34和第二极连接导线35处交替形成正负电极，由此产生交替变化的电动势，通过外接导线将交替变化的电动势以交流电的形式对外输出。

本实施例的一种静电感应无刷交流发电机，通过静电感应的方式完成电能的输出，无需设置电刷，无电刷磨损，提供电场的第一供场定片和第二供场定片相互独立不连接，不消耗电能，发电成本低，无需线圈绕组，工作过程中不会产生涡电流发热，具有极低的电热损耗，相比电磁感应式发电机，结构更简单，维护更简便，电机工作寿命更长，故障率更少，稳定性更好。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (9)

1.一种静电感应无刷交流发电机，其特征在于，所述静电感应无刷交流发电机包括绝缘的机壳以及设置在机壳内的转子和定子；

所述转子包括转轴、感应转片组、第一极转片和第二极转片，所述感应转片组安装在转轴中部，所述感应转片组包括第一感应转片和第二感应转片，所述第一感应转片和第二感应转片对称并相互独立地安装在转轴轴线两侧，所述第一极转片和第二极转片分别安装在靠近转轴两端处，所述第一感应转片与第一极转片电连接，所述第二感应转片与第二极转片电连接；

所述定子包括与机壳固定连接的供场定片组、第一极定片组和第二极定片组，所述供场定片组包括第一供场定片和第二供场定片，所述第一供场定片和第二供场定片分别对称并相互独立地安装在第一感应转片和第二感应转片外侧，所述第一极定片组包括第一极定片和第二极定片，所述第一极定片和第二极定片分别对称并相互独立地安装在第一极转片轴线两侧，所述第二极定片组包括第三极定片和第四极定片，所述第三极定片和第四极定片分别对称并相互独立地安装在第二极转片轴线两侧；

所述供场定片组与感应转片组之间、第一极定片组与第一极转片之间以及第二极定片组与第二极转片之间均存有静电感应间隙，所述第一极定片的远离第一极转片的外端和第二极定片的远离第一极转片的外端电连接，所述第三极定片的远离第二极转片的外端和第四极定片的远离第二极转片的外端电连接；

静电感应无刷交流发电机的使用方法，包括以下步骤：

第一供场定片和第二供场定片分别接通外部直流电源的正负极，第一供场定片聚集正电荷，第二供场定片表面聚集负电荷；

通过外力驱动转子转动，当第一感应转片靠近第一供场定片时，第一感应转片表面通过静电感应聚集负电荷，第二感应转片靠近第二供场定片时，第二感应转片表面通过静电感应聚集正电荷；

与第一感应转片电连接的第一极转片因为负电荷向第一感应转片方向聚集导致第一极转片表面聚集正电荷，与第二感应转片电连接的第二极转片因为正电荷向第二感应转片方向聚集导致第二极转片表面聚集负电荷；

此时第一极转片靠近第一极定片和第二极定片的内表面，第一极定片和第二极定片内表面通过静电感应聚集负电荷，第二极转片靠近第三极定片和第四极定片的内表面，第三极定片和第四极定片内表面通过静电感应聚集正电荷；

第一极定片和第二极定片的远离第一极转片的外端上因负电荷向第一极定片和第二极定片内表面方向聚集导致第一极定片和第二极定片的远离第一极转片的外端上聚集正电荷，第一极定片和第二极定片的远离第一极转片的外端通过第一极连接导线连接形成带正电的正电极，第三极定片和第四极定片的远离第二极转片的外端上因正电荷向第三极定片和第四极定片内表面方向聚集导致第三极定片和第四极定片的远离第二极转片的外端上聚集负电荷，第三极定片和第四极定片的远离第二极转片的外端通过第二极连接导线连接形成带负电的负电极；

转子继续转动，当第一感应转片靠近第二供场定片时，第一感应转片表面通过静电感应聚集正电荷，第二感应转片靠近第一供场定片时，第二感应转片表面通过静电感应聚集负电荷；

与第一感应转片电连接的第一极转片因为正电荷向第一感应转片方向聚集导致第一极转片表面聚集负电荷，与第二感应转片电连接的第二极转片因为负电荷向第二感应转片方向聚集导致第二极转片表面聚集正电荷；

此时第一极转片靠近第一极定片和第二极定片的内表面，第一极定片和第二极定片内表面通过静电感应聚集正电荷，第二极转片靠近第三极定片和第四极定片的内表面，第三极定片和第四极定片内表面通过静电感应聚集负电荷；

第一极定片和第二极定片的远离第一极转片的外端上因正电荷向第一极定片和第二极定片内表面方向聚集导致第一极定片和第二极定片的远离第一极转片的外端上聚集负电荷，第一极定片和第二极定片的远离第一极转片的外端通过第一极连接导线连接形成带负电的负电极，第三极定片和第四极定片的远离第二极转片的外端上因负电荷向第三极定片和第四极定片内表面方向聚集导致第三极定片和第四极定片的远离第二极转片的外端上聚集正电荷，第三极定片和第四极定片的远离第二极转片的外端通过第二极连接导线连接形成带正电的正电极；

转子持续做圆周运动，第一感应转片和第二感应转片交替进入第一供场定片和第二供场定片的正负电场，重复上述步骤，在第一极连接导线和第二极连接导线处交替形成正负电极，由此产生交替变化的电动势，通过外接导线将交替变化的电动势以交流电的形式对外输出。

2.根据权利要求1所述的一种静电感应无刷交流发电机，其特征在于，所述感应转片组与转轴之间装配有绝缘的中芯柱，所述第一极转片和第二极转片与转轴之间均装配有绝缘的极芯柱。

3.根据权利要求1所述的一种静电感应无刷交流发电机，其特征在于，所述第一感应转片通过第一动连接导线与第一极转片电连接，所述第二感应转片通过第二动连接导线与第二极转片电连接。

4.根据权利要求1所述的一种静电感应无刷交流发电机，其特征在于，所述第一极定片的远离第一极转片的外端上设置有第一极接线柱，所述第二极定片的远离第一极转片的外端上设置有第二极接线柱，所述第一极接线柱和第二极接线柱的末端均伸出机壳外。

5.根据权利要求4所述的一种静电感应无刷交流发电机，其特征在于，所述第一极接线柱和第二极接线柱的末端通过第一极连接导线连接。

6.根据权利要求1所述的一种静电感应无刷交流发电机，其特征在于，所述第三极定片的远离第二极转片的外端上设置有第三极接线柱，所述第四极定片的远离第二极转片的外端上设置有第四极接线柱，所述第三极接线柱和第四极接线柱的末端均伸出机壳外。

7.根据权利要求6所述的一种静电感应无刷交流发电机，其特征在于，所述第三极接线柱和第四极接线柱的末端通过第二极连接导线连接。

8.根据权利要求1所述的一种静电感应无刷交流发电机，其特征在于，所述第一供场定片上设置有第一供场接线柱，所述第二供场定片上设置有第二供场接线柱，所述第一供场接线柱和第二供场接线柱的末端均伸出机壳外，所述第一供场接线柱与外部直流电源的正极电连接，所述第二供场接线柱与外部直流电源的负极电连接。

9.根据权利要求1所述的一种静电感应无刷交流发电机，其特征在于，所述机壳包括通过螺栓固定连接的第一机壳和第二机壳，所述第一机壳和第二机壳的两端设置有两组端盖，所述转轴两端与两组端盖之间通过轴承连接。

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