CN109642658B - 非接触式抑制器开关 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及抑制器开关，磁体(30)和霍尔元件(40)以水平方向隔开设置，磁体(30)和霍尔元件(40)的安装空间被隔板(15)分离。由于霍尔元件(40)不使用垂直方向上的磁通量，因此即使磁体(30)在上下方向上移动，也能够精确的感测变速档位。并且，由于霍尔元件(40)安装在与磁体(30)的安装空间分离的单独的空间中，从而能够保护霍尔元件(40)免受渗透到磁体安装空间的水分和异物的影响，并能够防止损坏。

Description

非接触式抑制器开关
技术领域
本发明涉及非接触式抑制器开关(Inhibitor switch)，更具体地，涉及一种非接触式抑制器开关，其能够通过利用霍尔元件感测安装在转子(rotor)上的磁体的位置变化来感测变速位置。
背景技术
抑制器开关是在驾驶员操作变速杆时感测相应变速档位(P，R，N，D)的装置。其安装在变速箱上，并且通过电缆直接联动到变速杆，或者通过由变速杆的操作而被控制运转的额外的促动器(actuator)来控制。
由抑制器开关感测到的变速档位信息被传输到发动机控制单元和变速器控制单元，并用于车辆的各种运行控制。例如，具有在R档和D档中抑制(inhibit)起动的功能，而抑制器开关的名称正是源于这种功能。
抑制器开关有接触式和非接触式，其中，接触式包括相互摩擦的端子(terminal)和接触器(contactor)。因此，可由于磨损和异物的渗透而发生接触不良，使得变速档位的感测性能降低。为了解决这种接触式抑制器开关的问题，开发了一种利用霍尔元件(Hallelement)感测变速档位的非接触式抑制器开关。
如图1所示，以往的非接触式抑制器开关由圆弧形的磁体3设置于装配在印制电路板1上的霍尔元件2的上部的结构(霍尔元件2和磁体3之间存在气隙)构成。磁体3安装在转子(未示出)上，并且手动轴插入安装于转子中，使得转子和磁体3与手动轴一体旋转。
霍尔元件2感测上述磁体3的旋转方向的位置变化，并且该信号通过连接到印制电路板1的电缆传输到变速器控制单元。
此时，用于感测磁体3的旋转位置变化的磁通量是所示空间坐标系中的By方向(磁体旋转方向)和Bz方向(磁体和霍尔元件之间的垂直方向的上下方向)上的磁通量。
因此，如果在抑制器开关的运转期间磁体3的上下方向(Bz的方向)上的位置改变，则霍尔元件2和磁体3之间的气隙的大小改变，使得测量值变化且变速档位的感测精度降低。
另一方面，如上所述，磁体3安装在转子上，并且转子安装在贯通抑制器开关而安装的手动轴上。然而，由于手动轴在组装状态和使用状态下会沿上下方向稍微移动，由此导致磁体3也会发生相同的上下方向的移动，上述气隙的大小也由此而发生改变，因此存在霍尔元件2的感测精确到降低的问题。
此外，在以往的抑制器开关中，上述霍尔元件2在抑制器开关的壳体内安装在与磁体3相同的空间中。由于磁体3安装在安装于手动轴上的转子上，并且手动轴贯通抑制器开关的壳体，因此水分和异物必然渗透到转子和磁体3的安装空间中。因此，无法避免安装在与磁体3相同的空间中的霍尔元件2暴露于水分和异物中，从而存在尤其容易受潮的霍尔元件2被损坏而不能正常感测到变档位的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题
对此，本发明为解决上述问题而提出，其目的在于提供一种非接触式抑制器开关，其中不管磁体是否在上下方向上的位置变化，霍尔元件都能够精确地感测变速档位，并能够防止霍尔元件被渗透到磁体安装空间中的水分和异物损坏。
技术方案
为了实现上述目的，根据本发明的抑制器开关包括：壳体，其形成有转子安装部和霍尔元件安装部；转子，其插入安装于上述转子安装部；弧形的磁体，其安装在上述转子的外周面；霍尔元件，其插入安装于上述霍尔元件安装部，并且与磁体水平对置，使得感测面面向磁体的外周面；外罩，转子插入于上述转子安装部之后，其堵住上述转子安装部的入口以防止转子脱离。
此外，隔板形成在上述转子安装部和上述霍尔元件安装部之间，以使磁体和霍尔元件的安装空间彼此分离。
此外，第一密封件分别安装在上述转子安装部的内周面和转子的上端和下端之间。
此外，上述霍尔元件安装部包括沿垂直方向形成的霍尔元件插入槽，并且上述霍尔元件固定于上述霍尔元件插入槽。
此外，在上述霍尔元件安装部上涂布有绝缘材料的涂覆液，或者注入并固化环氧树脂或硅(silicone)。
此外，在上述在壳体的侧部形成有连接器部，上述连接器部的内侧设置连接器端子，并且电连接到上述霍尔元件的霍尔元件侧端子焊接到上述连接器端子。
此外，上述霍尔元件的突出到其一侧面的引线的端部连接到电容器的一侧面，且上述霍尔元件侧端子设置在上述电容器的另一侧面，由此构成霍尔元件组件，并且在上述霍尔元件组件中，上述引线弯曲成直角。
此外，在上述霍尔元件安装部的底面形成有从邻近上述电容器位置沿上侧方向突出的至少一对固定突起，并且上述电容器在紧贴于上述霍尔元件安装部的底面的状态下通过使上述至少一对固定突起的自由端部物理变形，以固定到上述霍尔元件安装部，上述一对固定突起形成在形成在不与所述引线及所述霍尔元件侧端子连接的、邻近电容器的两侧面的位置。
此外，多个结合孔沿着外缘线贯通形成于上述外罩，对应上述多个结合孔，多个结合突起突出形成于上述壳体的底部，上述结合突起的自由端部在上述结合突起贯通插入上述结合孔后物理变形，使得上述外罩紧固于上述转子安装部。
此外，多个结合孔沿着上述转子安装部的上端外缘形成在上述壳体上，对应上述多个结合孔，多个结合突起突出形成于上述外罩，上述结合突起的自由端部在上述结合突起贯通插入上述结合孔后物理变形，使得上述外罩紧固于上述转子安装部。
此外，上述转子从上述转子安装部的上端朝向下端插入，并且第二密封件安装在上述壳体的转子安装部的上端和上述外罩之间。
有益效果
如上所述，根据本发明，由于感测磁体位置的变化时不使用上下方向的磁通量成分，因此具有即使磁体存在上下方向的移动，也可以精确地感测变速档位的效果。
此外，由于保护霍尔元件免受渗透到磁体安装空间的水分和异物的影响，从而能防止霍尔元件的损坏，由此具有能够精确地感测变速档位的效果。
附图说明
图1是以往的非接触式抑制器开关的主要部分结构图。
图2是根据本发明的非接触式抑制器开关的主要部分结构图。
图3是根据本发明的抑制器开关的上面立体图。
图4是根据本发明的抑制器开关的底面立体图。
图5是根据本发明的抑制器开关的纵剖视图。
图6是根据本发明的抑制器开关的另一实施例的纵剖视图。
图7是图5的局部放大图。
具体实施方式
本发明可以有各种修改和多种实施例，具体实施例在附图中示出并进行详细说明。然而，本发明并不限定于具体实施例，而应理解为包括落入本发明的思想和技术范围内的所有修改、等同物以及替代物。为了清楚和便于说明，可夸大附图中示出的线的厚度和结构要素等的尺寸。
并且，下面描述的术语是考虑到本发明的功能而定义的，其可以根据用户、操作者的意图或先例而变化。因此，应该基于本说明书中的整体内容对这些术语进行定义。
以下，参照附图详细说明根据本发明的优选实施例。
图2是根据本发明的非接触式抑制器开关的主要部分结构图，如图2所示，根据本发明的抑制器开关包括：安装在转子上的磁体30；以及面向该磁体30沿水平方向隔开设置的霍尔元件40。磁体30和霍尔元件40之间存在气隙。
虽然不限于此，但是上述磁体30的形状优选为弧状，并且在上下方向上的长度大于径向方向上的厚度。以下，以具有弧状的磁体30作为示例进行说明。
霍尔元件40设置在以水平方向离磁体30的外周面隔开规定距离(气隙)的位置。霍尔元件40是利用霍尔(Hall)效应将磁量转换为电压的器件，是一种内置了用于测量磁场强度或根据磁场的变化而测量电流或位置的集成电路(IC)的芯片。
多个引线41突出于霍尔元件40的一侧面，并且，垂直于该引线41的突出方向的上表面和下表面中，上表面可以用作感测磁场的感测面40a。其中，由于结构上霍尔元件40的上表面设置得更靠近磁体30，所以优选将霍尔元件40的上表面用作感测面40a。图2示出了霍尔元件40垂直竖立的实施例，其中将上述上表面用作感测面40a并使其面向磁体30的外周面。尽管不限于此，但是下面以将霍尔元件40的上表面用作感测面40a的实施例进行说明。
另一方面，由于将霍尔元件40设置成垂直竖立的状态，以使元件40的上表面用作感测面40a，所以霍尔元件40的引线41向上方突出，为了使引线41连接到形成在壳体侧部的连接器部13的连接器端子13a，上述引线41沿水平方向弯曲延伸。(同时参照图2和图5)
弯曲的引线41的水平部分连接到电容器42的一侧面以便获得电容，而电容器42的另一侧面设置有霍尔元件侧端子43，所述霍尔元件侧端子43用于与上述连接器端子13a进行连接。
参照图3至图7，对包括上述磁体30和霍尔元件40的根据本发明的抑制器开关的整体构成和内部结构进行说明。
根据本发明的抑制器开关包括：壳体10，其形成有转子安装部11、霍尔元件安装部12和连接器部13；转子20，其插入安装于上述转子安装部11；弧状的磁体30，其安装于上述转子20的外周面；霍尔元件40，其插入安装于上述霍尔元件安装部12；外罩50，转子20插入于上述转子安装部11之后，所述外罩50堵住上述转子安装部的入口以防止转子20脱离。
上述霍尔元件40以垂直竖立的状态安装，使得感测面40a面向磁体30的外周面隔开规定距离(气隙)。
如上所述，电容器42设置在突出于霍尔元件40的一侧面的引线41上，且由于霍尔元件侧端子43突出于电容器42的一侧面，因此为了使上述霍尔元件侧端子43连接到形成于壳体10侧部的连接器部13的连接器端子13a，上述引线41沿水平方向弯曲形成。
因此，霍尔元件组件(霍尔元件40、引线41、电容器42、霍尔元件侧端子43的组合体)整体上呈
Figure BDA0001981701980000061
状，由此插入安装霍尔元件组件的霍尔元件安装部12也形成为
Figure BDA0001981701980000062
状，其从壳体10的上表面向内侧下方凹陷。
此时，上述霍尔元件40固定于作为霍尔元件安装部12的垂直槽部分的霍尔元件插入槽12a。优选地，霍尔元件40以被压入到具有与霍尔元件40的宽度大致相同的宽度的霍尔元件插入槽12的方式插入于霍尔元件插入槽12中，由此使霍尔元件40固定到霍尔元件安装部12，从而抑制霍尔元件40的左右(水平方向)移动。
并且，如图7所述，上述电容器42在下侧面紧贴于霍尔元件安装部12的水平部底面的状态下，其两侧面以热嵌缝(Hot caulking)的方式实现固定，因此在左右方向和上下方向上均能实现固定安装，从而也抑制了霍尔元件40的上下方向的移动。
上述热嵌缝是通过以下方式实现的：对以与上述水平部底面一体突出的方式形成的至少一对固定突起12b(从上述霍尔元件安装部12的水平部底面向上侧方向突出)施加热和压力，使固定突起12b的自由端部物理变形，从而紧贴于上述电容器42的两侧面和上侧面。此时，上述一对固定突起12b分别形成于不与上述引线41及上述霍尔元件侧端子43连接的邻近电容器42的两侧面的位置，以便不与上述引线41和上述霍尔元件侧端子43发生干扰。
从电容器42突出的霍尔元件侧端子43焊接并连接到设置在连接器部13内侧的连接器端子13a的一侧端部。作为焊接方法，可以使用电阻焊接或激光焊接。
并且，为了防止引线41和霍尔元件侧端子43由渗透到上述霍尔元件安装部12的水分或异物发生电连接，在完成上述焊接之后，霍尔元件安装部12上可以涂覆绝缘材料的涂覆液，或者可以注入树脂材料或硅材料的填充物。示例性地，作为防止水分和异物流入霍尔元件安装部12的手段，以下将基于对霍尔元件安装部12注入树脂材料或硅材料的填充物并进行固话的实施例进行说明。
作为树脂材料填充物，优选使用环氧树脂，但不限于此。
注入环氧树脂或硅后进行固化，则不仅完全阻挡水分或异物的向霍尔元件安装部12渗透，而且引线41和霍尔元件侧端子43之间的空间被物理阻挡，从而也将根本上阻挡它们之间的电接触。并且，固化的环氧树脂或硅还可起到将整个霍尔元件组件牢固地固定到霍尔元件安装部12的内部的作用。
上述转子安装部11是形成在壳体10中的霍尔元件安装部12的一侧的圆筒形空间。插入安装于转子安装部11的转子20也呈圆筒状，转子20可以在转子安装部11的内部自由旋转。只是，由于相互对应的卡接凸缘11a，20a形成在转子安装部11的内周面和转子20的外周面，能够抑制转子20的向上移动。
上述转子20从转子安装部11的下部向上方插入，或者从上部向下方插入，图5中示出了转子20从转子安装部11的下部向上方插入的实施例，图6中示出了转子20从转子安装部11的上部向下方插入的实施例。
此时，为了防止转子20从上方或下方脱离，在转子安装部11的下方入口或上方入口安装有外罩50。
外罩50抑制转子20从转子安装部11脱离，并通过上述卡接凸缘11a、20a和外罩50的作用抑制转子20的上下方向的移动。由此，可同时防止安装于转子20的外周面的上述磁体30的上下方向的移动。通过防止转子20的上下方向的移动，防止了插入结合于转子20中的手动轴的上下方向的移动。
上述转子20以上下方向形成贯通孔，并且上述转子安装部11的上下部分和外罩50的中央部分开口，以便贯通孔可沿上下方向开放。
图3至图5利用一实施例示出了关于外罩50和壳体10之间的紧固方式。多个结合孔54沿着外缘线贯通形成于外罩50上，与此对应的多个结合突起14突出形成于壳体10的底部，该结合突起14贯通插入于上述结合孔54之后使上述结合突起14的自由端部物理变形，以使外罩50紧固于壳体10。
基于物理变形的紧固方式可以适用通过施加热和压力使结合突起14的自由端部变形的热嵌缝方式和利用压力或旋转力使结合突起14的自由端部变形的铆接(riveting)方式。在结合突起14由塑料材料形成的情况下，优选使用热嵌缝方式，在结合突起14由铝等金属材料形成的情况下，优选使用铆接方式。
另一方面，不同于图3至图5中示出的实施例，还可有其他变形例，如在壳体10的底部形成结合孔，并且在与此对应的位置上使结合突起突出形成于外罩50的变形例，应该理解该变形例也落入本发明的范围内。为了便于说明，以下基于如图所示的多个结合孔54贯通形成于外罩50，且多个结合突起14突出形成于壳体10的底部的实施例进行说明。
如图3和图4所示，在上述外罩50上形成有多个安装部51、52和转子位置设定部53。安装部51、52和转子位置设定部53形成于从圆盘形外罩50的外周面向径向外侧突出形成的突片的端部。为了抑制器开关的安装稳定性，两个安装部51、52位于外罩50的相反侧，转子位置设定部53形成于一侧安装部的侧部。
上述安装部51、52是通过螺栓固定到变速箱的部分，其用于将抑制器开关安装到变速箱上，而转子位置设定部53是用于将抑制器开关组装到变速箱时确定安装在手动轴上的杆的位置，使转子20固定在N档的装置，杆孔和转子位置设定部53的孔对齐时(组装时插入销使其对其)，转子20定位在N档位置。
在组装状态下，上述霍尔元件40和磁体30被隔板15阻挡。上述隔板15作为壳体10的一部分，是形成转子安装部11的部分，通过该隔板15使安装转子20和磁体30的空间(转子安装部11)和安装霍尔元件40的空间(霍尔元件安装部12)彼此完全分离。因此，流入转子安装部11的水分和异物不会影响霍尔元件40，从而保护霍尔元件40并防止其损坏。
从图5中可以确认磁体30和霍尔元件40安装成在水平方向上彼此对置。
第一密封件71、72设置在上述转子20的上端和下端的外周面。第一密封件71、72的作用是通过堵住转子20和转子安装部11的内周面之间的间隙，以阻挡水分和异物从外部渗入转子安装部11的内部，其可以设置成O型环、方形密封环或油封(oil seal)的形状。图5及图6中示例性地示出了第一密封件71、72设置成O型环的实施例。
另一方面，如图所示，垫圈60可以安装在转子安装部11的上端入口。当注塑成型壳体10时，垫圈60实现嵌件成型(Insert molding)。
上述垫圈60的作用是与外罩50一起在横向(＝水平方向)上支撑插入于转子20中的手动轴(manual shaft)。也就是说，当适用由塑料材料制成的外罩50时，外罩50的刚度可能相对低于由金属材料制成的外罩50的刚性，而垫圈60的适用正是为了补偿这种外罩50的刚性不足。
这样，手动轴通过垫圈60和外罩50在上、下两个位置上被横向支撑，从而抑制了手动轴的横向、即水平方向移动，由此能防止安装在手动轴上的转子20的水平方向上的移动，其最终能够防止安装在转子20上的磁体30的水平方向上的移动。因此，磁体30和霍尔元件40之间的水平距离、即气隙保持恒定，从而提高了霍尔元件40的感测性能，因此可以更精确地实现抑制器开关的变速档位的感测。
通过上述安装结构，根据本发明的霍尔元件40在图2所示的空间坐标系中，仅利用By方向(磁体旋转方向)和Bx方向(磁体与霍尔元件之间的水平方向)上的磁通量来感测磁体30在旋转方向上的位置。由于感测变速档位的位置时不使用Bz方向(上下方向)上的磁通量分量，因此，即使在手动轴发生上下方向的移动，使得磁体30的上下方向的位置发生变动，也可以精确地感测变速档位的位置。
另一方面，图6示出了根据本发明的抑制器开关的其他实施例，为了在变速档位感测中排除上下方向(Bz方向)上的磁通量分量，而将霍尔元件40沿垂直方向安装，并且感测面40a在水平方向(Bx方向)上与磁体30对置安装的结构是相同的。
在该实施例中，霍尔元件安装部12从壳体10的下表面向上方凹陷形成，并且霍尔元件组件插入安装于该霍尔元件安装部12。并且，以下结构也是相同的：即霍尔元件40被垂直压入于霍尔元件插入槽12a中；或者电容器42利用固定突起12b并通过热嵌缝方式固定到霍尔元件安装部12的内部水平面上；以及将环氧树脂或硅注入霍尔元件安装部12以阻挡异物和水分的渗透，同时阻挡引线41和霍尔元件侧端子43之间的电接触，并且还能牢固地固定霍尔元件组件。
如上所述，当霍尔元件安装部12和霍尔元件40安装在壳体10的下部时，从根本上有利于防止水分和异物的渗透。这是因为只要没有施加其他外力，水分和异物就倾向于在重力方向(垂直向下)上移动，因此难以向上移动并渗透到霍尔元件安装部12的内部。
另一方面，图6的实施例与前一实施例的不同之处在于，转子20从转子安装部11的上部向下方插入，并且外罩50安装在转子安装部11的上端以防止转子20向上脱离。
另一方面，关于外罩50和壳体10之间的紧固方式，类似于图3至图5中示出的实施例，可以以热嵌缝或铆接方式实现紧固。并且，在图6中示例性地示出在壳体10的转子安装部11的上端外缘部分以规定间隔形成结合孔16，而在外罩50上形成与结合孔16对应的结合突起55，使得结合突起55插入于结合孔16之后，通过使外罩50的自由端部发生物理变形，以使外罩50紧固于壳体10的实施例。
并且，如上所述，当外罩50安装在壳体10的上部时，水分和异物渗透到外罩50和壳体10之间的间隙的可能性相对于外罩50安装在壳体10的下部时的可能性大，因此，优选为，在外罩50和壳体10之间还安装第二密封件73。
另一方面，卡接面部21可以形成在转子20的贯通孔的内周面，以将转子20和手动轴沿旋转方向彼此固定。
上述卡接面部21以相对于转子20的贯通孔的内周面构成弦的平面形状突出形成，并且与此相应地在手动轴的外周面形成有与上述卡接面部21的面紧贴的对应面。
并且，在上述卡接面部21中沿垂直方向(手动轴的插入方向)形成结合槽22，与此对应地在手动轴的上述对应面形成有插入于上述结合槽22的垂直的结合突起。
如上所述，当手动轴插入转子20的贯通孔时，转子20的卡接面部21和手动轴的对应部的面彼此紧贴，并且手动轴的结合突起插入于转子20的结合槽22，使得转子20和手动轴沿旋转方向实现牢固地固定，从而防止手动轴相对于转子20发生松动。
因此，手动轴的旋转通过转子20精确地传递到磁体30，使得手动轴的旋转量与磁体30的旋转量之间不会产生差异，从而可以精确地感测变速档位的位置。
如上所述，虽然参考附图中示出的实施例来说本发明，但其只是示例性地，因此应该理解的是本领域技术人员可以由此进行各种变更及等同的其他实施例。因此，本发明的真正的技术保护范围应由权利要求书确定。

Claims (8)

1.一种抑制器开关，其特征在于，包括：
壳体，其形成有转子安装部和霍尔元件安装部；
转子，其插入安装于所述转子安装部；
磁体，其安装于所述转子的外周面；
霍尔元件，其插入安装于所述霍尔元件安装部，且与磁体水平对置，使得感测面面向磁体的外周面；
外罩，转子插入于所述转子安装部之后，所述外罩堵住所述转子安装部的入口以防止转子脱离，
所述霍尔元件的向一侧面突出的引线的端部连接到电容器的一侧面，且在所述电容器的另一侧面设置有霍尔元件侧端子，从而构成霍尔元件组件，
并且，所述霍尔元件组件的所述引线弯曲成直角，
所述霍尔元件安装部包括沿垂直方向形成的霍尔元件插入槽，并且所述霍尔元件固定于所述霍尔元件插入槽，
在所述电容器的下侧面紧贴于霍尔元件安装部的水平部底面的状态下，所述电容器的两侧面以热嵌缝的方式实现固定，
在所述壳体的侧部形成有连接器部，所述连接器部的内侧设置有连接器端子，且电连接至所述霍尔元件的霍尔元件侧端子焊接到所述连接器端子。
2.根据权利要求1所述的抑制器开关，其特征在于，
隔板形成在所述转子安装部和所述霍尔元件安装部之间，以使磁体和霍尔元件的安装空间彼此分离。
3.根据权利要求1所述的抑制器开关，其特征在于，
第一密封件分别安装在所述转子安装部的内周面和转子的上端和下端之间。
4.根据权利要求1所述的抑制器开关，其特征在于，
在所述霍尔元件安装部上涂布有绝缘材料的涂覆液，或者注入并固化环氧树脂或硅。
5.根据权利要求1所述的抑制器开关，其特征在于，
在所述霍尔元件安装部的底面形成有至少一对固定突起，其中所述至少一对固定突起在邻近所述电容器的位置沿上侧方向突出而形成，
并且，所述电容器在紧贴于所述霍尔元件安装部的底面的状态下，使所述至少一对固定突起的自由端部物理变形，从而固定到所述霍尔元件安装部，
所述一对固定突起形成在不与所述引线及所述霍尔元件侧端子连接的邻近电容器的两侧面的位置。
6.根据权利要求1所述的抑制器开关，其特征在于，
多个结合孔沿着外缘线贯通形成于所述外罩，多个结合突起以与所述多个结合孔对应的方式突出形成于所述壳体的底部，所述结合突起的自由端部在所述结合突起贯通并插入所述结合孔后物理变形，使得所述外罩紧固于所述转子安装部。
7.根据权利要求1所述的抑制器开关，其特征在于，
多个结合孔沿着所述转子安装部的上端外缘形成在所述壳体上，多个结合突起以与所述多个结合孔对应的方式突出形成于所述外罩，所述结合突起的自由端部在所述结合突起贯通插入所述结合孔后物理变形，使得所述外罩紧固于所述转子安装部。
8.根据权利要求1所述的抑制器开关，其特征在于，
所述转子从所述转子安装部的上端朝向下端插入，并且第二密封件安装在所述壳体的转子安装部的上端和所述外罩之间。
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