CN111670518A - 包括屏蔽层的天线模块和无线功率接收设备 - Google Patents

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Abstract

根据本发明的一个实施例的天线模块包括：线圈层，该线圈层包括缠绕的第一线圈；屏蔽层，该屏蔽层被布置在线圈层上并且包括多个顺序堆叠的磁片；以及保护层，该保护层被布置在屏蔽层上，其中屏蔽层的边缘的厚度大于屏蔽层的中心的厚度，并且在屏蔽层的边缘处的多个磁片之间的总分隔距离大于在屏蔽层的中心处的多个磁片之间的总分隔距离。

Description

包括屏蔽层的天线模块和无线功率接收设备
技术领域
本发明涉及一种天线模块，并且更具体地，涉及一种包括在天线模块中的屏蔽层的结构。
背景技术
由于无线通信技术的发展，对用于向电子设备无线供电的无线充电技术的兴趣已经增加。无线充电技术不仅可以应用于便携式终端的电池充电，而且可以应用于各种家用电器的电力供应、电动车辆和地铁的电力供应等。
一般的无线功率传输和接收技术使用磁感应或磁共振的原理。例如，当将电能施加到无线功率传输设备的传输天线时，传输天线可以将电能转换为电磁能并将电磁能辐射到周围。此外，无线功率接收设备的接收天线可以接收从传输天线辐射的电磁能，并将电磁能转换为电能。
在这种情况下，为了增加功率传输和接收效率，有必要使无线功率传输设备和无线功率接收设备之间的能量损耗最小化。为此，有必要在有效距离内对准传输天线和接收天线。此外，有必要在传输天线和接收天线周围布置屏蔽层，以将从传输天线辐射的电磁能在朝向接收天线的方向上聚焦。
图1是无线充电系统的一个示例。
参考图1，无线充电系统1包括无线功率传输设备10和无线功率接收设备20。无线功率接收设备20包括接收线圈21、屏蔽层22和电池23，并且无线功率接收设备20的接收线圈21可以与无线功率传输设备10的传输线圈11对准。
在传输线圈11和接收线圈21之间产生的磁力通量并非均匀地出现，并且能够在线圈的中心部分处稀疏地出现并且能够在线圈的边缘部分处密集地出现。因此，穿过无线功率接收设备20的屏蔽层22的磁力通量趋于集中到屏蔽层22的边缘，并且因此，施加到屏蔽层22的边缘的负载可以大于施加到屏蔽层22的中心部分的负载。
由于施加到屏蔽层22的边缘的负载和施加到屏蔽层22的中心部分的负载之间的差异，无线功率传输设备10和无线功率接收设备20的功率传输和接收效率能够被降低。
发明内容
技术问题
本发明旨在提供一种被包括在天线模块中的屏蔽层的结构。
技术方案
根据本发明的一个实施例的天线模块包括：线圈层，该线圈层包括缠绕的第一线圈；屏蔽层，该屏蔽层被布置在线圈层上并且包括多个顺序堆叠的磁片；以及保护层，该保护层被布置在屏蔽层上，其中屏蔽层的边缘的厚度大于屏蔽层的中心的厚度，并且在屏蔽层的边缘处的多个磁片之间的总分隔距离大于在屏蔽层的中心处的多个磁片之间的总分隔距离。
屏蔽层的边缘的厚度可以是屏蔽层的中心的厚度的1.05至1.3倍。
粘合层可以被布置在多个磁片之间，并且在屏蔽层的边缘处的粘合层的总厚度可以大于在屏蔽层的中心处的粘合层的总厚度。
在屏蔽层的边缘处的磁导率(permeability)可以大于在屏蔽层的中心处的磁导率。
屏蔽层可以包括：第一区域，该第一区域包括中心；以及第二区域，该第二区域围绕第一区域并且包括边缘，第一线圈可以被布置在第一区域中，并且第一区域的宽度可以是屏蔽层的总宽度的0.2至0.8倍。
屏蔽层的厚度可以从第一区域和第二区域之间的边界到边缘逐渐地增加。
多个磁片可以包括：第一磁片，该第一磁片被布置在线圈层上；第二磁片，该第二磁片被布置在第一磁片上；第三磁片，该第三磁片被布置在第二磁片上；以及第四磁片，该第四磁片被布置在第三磁片和保护层之间，在屏蔽层的中心处的第二磁片和第三磁片之间的分隔距离可以是在屏蔽层的边缘处的第二磁片和第三磁片之间的分隔距离的0.99到1.01倍，并且在屏蔽层的边缘处的第一磁片和第二磁片之间的分隔距离以及在屏蔽层的边缘处的第三磁片和第四磁片之间的分隔距离中的每个可以大于在屏蔽层的边缘处的第二磁片和第三磁片之间的分隔距离。
多个磁片可以包括铁硅铝(sendust)、金属带和铁氧体(ferrite)中的至少一个。
多个金属带中的至少一个可以被裂化。
线圈层可以进一步包括第二线圈，该第二线圈被布置在屏蔽层的第二区域上以围绕第一线圈的侧表面。
第一线圈可以包括无线充电线圈，并且第二线圈可以包括用于近场无线通信的线圈。
根据本发明的一个实施例的线圈组件包括无线功率接收设备，该无线功率接收设备包括：天线模块；以及电池，该电池以通过天线模块接收到的功率进行充电，其中天线模块包括：线圈层，该线圈层包括缠绕的第一线圈；屏蔽层，该屏蔽层被布置在线圈层上并且包括多个顺序堆叠的磁片；以及保护层，该保护层被布置在屏蔽层上，该屏蔽层的边缘的厚度大于屏蔽层的中心的厚度，并且在屏蔽层的边缘处的多个磁片之间的总分隔距离大于在屏蔽层的中心处的多个磁片之间的总分隔距离。
有益效果
根据本发明的实施例，可以获得具有高功率传输和接收效率的天线模块以及包括该天线模块的无线功率接收设备。具体地，因为根据磁通量来调整根据本发明的实施例的天线模块中包括的屏蔽层的磁导率，所以可以最大化无线功率传输和接收效率。
附图说明
图1是无线充电系统的一个示例。
图2是图示根据本发明的一个实施例的无线充电系统的框图。
图3是图示无线功率传输设备的一部分的视图，并且图4是图示无线功率接收设备的一部分的视图。
图5是根据本发明的一个实施例的天线模块的横截面视图。
图6是根据本发明的一个实施例的天线模块中包括的屏蔽层的横截面视图。
图7是用于描述屏蔽层中的磁导率差的视图。
图8图示测量传输效率的结果。
具体实施方式
因为本发明可以被进行各种改变并具有各种实施例，所以将在附图中例示和描述特定的实施例。然而，本发明不限于特定的实施例，而是包括在本发明的精神和范围内的所有变化、等效物和替代物。
此外，应当理解，尽管在本文中可以使用术语“第二”、“第一”等来描述各种元件，但是这些元件不受这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个元件和另一元件。例如，在不脱离本发明的范围的情况下，第一元件可以被命名为第二元件，并且类似地，第二元件可以被命名为第一元件。术语“和/或”包括多个相关联的列出的项目当中的任何一个或任何组合。
当提到预定的组件被“链接”或“连接”到其他组件时，这些组件可以被直接链接或连接到其他组件，但是应该理解，在其间可以存在其他组件。另一方面，当预定组件被提及为被“直接链接”或“直接连接”到其他组件时，应理解，在上述组件之间不存在附加组件。
本发明中使用的术语仅用于描述特定实施例，而不是限制本发明。除非上下文另外明确指出，否则单数形式也旨在包括复数形式。应进一步理解，术语“包括(include)”、“包括(including)”、“提供(provide)”、“提供(providing)”、“具有(have)”和/或“具有(having)”指定所陈述的特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或其群组的存在，但不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或其群组。
除非另有定义，否则本发明中使用的包括技术术语或科学术语的所有术语具有与本领域的技术人员通常理解的术语相同的含义。还将理解的是，诸如在常用字典中定义的那些术语应被解释为具有与其在相关技术的上下文中的含义一致的含义，并且除非在此明确定义，否则不会被理想化或过度形式化地解释。
在下文中，将参考附图详细地描述实施例，相同的参考标记应用于相同或相应的元件，并且将省略其重复描述。
图2是图示根据本发明的一个实施例的无线充电系统的框图。
参考图2，无线充电系统包括无线功率传输设备100和无线功率接收设备200。无线功率传输设备100将电能施加到传输天线，并且传输天线将电能转换成电磁能以向周围辐射电磁能。无线功率接收设备200使用接收天线接收从传输天线辐射的电磁能，并将该电磁能转换为用于充电的电能。
这里，无线功率传输设备100可以是例如传输板。此外，无线功率接收设备200可以是应用无线功率传输和接收技术的便携式终端、家用/个人电器、运输工具等的一部分。可以将应用无线功率传输和接收技术的便携式终端、家用/个人电子产品和运输工具等设置为仅包括无线功率接收设备200，或者包括无线功率传输设备100和无线功率接收设备200这两者。
同时，无线功率接收设备200可以被配置成包括同时具有无线功率传输和接收(无线功率转换：WPC)功能和近场无线通信(NFC)功能的模块。在这种情况下，无线功率接收设备200可以与包括NFC模块的外部设备300执行近场无线通信。
图3是图示无线功率传输设备的一部分的视图，并且图4是图示无线功率接收设备的一部分的视图。
参考图3，无线功率传输设备100可以包括传输电路(未示出)、软磁芯110、传输天线120和永磁体130。
软磁芯110可以由几毫米厚的软磁材料形成。此外，传输天线120可以由传输线圈形成，并且永磁体130可以由传输天线120围绕。根据规格，可以省略永磁体130。
参考图4，无线功率接收设备200包括接收电路(未示出)、软磁层210和接收线圈220。软磁层210可以形成在衬底(未示出)上。衬底可以由多个堆叠的固定片形成，并且可以被结合到软磁层210以固定软磁层210。
软磁层210聚焦从无线功率传输设备100的传输天线120辐射的电磁能。在本说明书中，软磁层210可以与屏蔽层互换使用。
接收线圈220被形成在软磁层210上。接收线圈220可以在平行于软磁层210的平面的方向上在软磁层210上缠绕。作为应用于智能电话的接收线圈的示例，接收线圈可以具有螺旋线圈形状，其具有50mm以内的外径和20mm或者以上的内径。接收电路将通过接收线圈220接收的电磁能转换为电能，并利用转换后的电能对电池(未示出)充电。
虽然未示出，但是散热层可以进一步被包括在软磁层210和接收线圈220之间。在说明书中，接收线圈220可以与无线充电线圈互换使用。当无线功率接收设备200同时具有WPC功能和NFC功能时，NFC线圈230可以进一步被布置在软磁层210上。NFC线圈230可以被形成以围绕接收线圈220的外部。
此外，接收线圈220和NFC线圈230可以通过端子240彼此电连接。
根据本发明的实施例，旨在提供一种屏蔽层，即使当磁力通量根据位置变化时，该屏蔽层也能够通过局部地控制磁导率来最大化无线功率传输和接收效率。
图5是根据本发明的一个实施例的天线模块的横截面图，图6是本发明的一个实施例的天线模块中包括的屏蔽层的横截面图，并且图7是用于描述屏蔽层中的磁导率差的视图。
参考图5，天线模块500包括线圈层510、屏蔽层520和保护层530。根据本发明的实施例的天线模块500可以是图2至图4描述的无线功率传输设备100或无线功率接收设备200的一部分。例如，线圈层510可以包括无线功率传输设备100的传输天线120或无线功率接收设备200的接收线圈220，并且屏蔽层520可以是无线功率传输设备100的软磁芯110或无线功率接收设备200的软磁层210。
线圈层510可以包括以螺旋形状缠绕的线圈，但不限于此，并且可以以四边形形状、椭圆形形状等缠绕。此外，与图4中所示的接收线圈220和NFC线圈230相同，线圈层510可以包括缠绕的第一线圈和围绕第一线圈的侧表面并且在与第一线圈相同的平面上缠绕的第二线圈。尽管未示出，但是第二线圈的一部分可以与第一线圈相交，并且可以沿着第一线圈的内表面的一部分被布置。根据实施例，可以进一步布置第三线圈，该第三线圈在缠绕的第一线圈中围绕第一线圈的侧表面、在缠绕的第一线圈和缠绕的第二线圈之间的空间处围绕第一线圈的侧表面和第二线圈的侧表面、或者在缠绕的第二线圈的外部围绕第二线圈的侧表面。第三线圈可以是例如用于磁安全传输(MST)的线圈。
接下来，屏蔽层520被布置在线圈层510上并且包括多个顺序堆叠的磁片。在此，每个磁片可以包括铁硅铝、金属带和包括Fe、Si和Al的铁氧体中的至少一个。金属带可以是例如包括Fe、Si和B的合金带，或包括Fe、Si、B、Cu和Nb的合金带。当磁片是金属带时，金属带可以以预定图案裂化。金属带的磁导率可以根据裂纹图案或颗粒大小来控制。
每个磁片可以具有100μm或更小的厚度，并且多个磁片可以包括两个或更多个磁片。保护层530可以被布置在屏蔽层520上，可以支撑屏蔽层520，并且还可以将从线圈层510和屏蔽层520产生的热散发到外部。保护层530可以是例如石墨片，但不限于此。
参考图6，屏蔽层520包括多个顺序堆叠的磁片521、523、525和527。在这种情况下，屏蔽层520的边缘的厚度D1可以大于屏蔽层520的中心的厚度D2。例如，屏蔽层520的边缘的厚度D1可以是屏蔽层520的中心的厚度D2的1.05至1.3倍，优选地1.1至1.25倍，并且更优选地1.15至1.2倍。
对于更具体的描述，参考图7，图7(a)是图6中的区域A的部分放大视图，并且图7(b)是图6中的区域B的部分放大视图。如图7(a)和图7(b)中所示，在屏蔽层520的边缘B处的第一磁片521和第二磁片523之间的分隔距离d1可以大于在屏蔽层520的中心B处的第一磁片521和第二磁片523之间的分隔距离d2。因此，在屏蔽层520的边缘处的多个磁片521、523、525和527之间的总分隔距离可以大于在屏蔽层520的中心处的多个磁片521、523、525和527之间的总分隔距离。因此，屏蔽层520的边缘的厚度D1可以大于屏蔽层520的中心的厚度D2。
如图7(a)中所示，随着多个磁片521、523、525和527之间的分隔距离变小，每个磁片中的磁矩趋于受到干扰，并且如图7(b)中所示，随着多个磁片521、523、525和527之间的分隔距离变大，每个磁片中的磁矩趋于均匀地对准。当磁片中的磁矩受到干扰时，磁片的磁导率可能被降低，并且当磁片中的磁矩均匀地对准时，磁片的磁导率可能增加。
因此，当使用根据本发明的实施例的屏蔽层520时，与屏蔽层520的中心相比，在屏蔽层520的边缘处可以获得更大的磁导率。如上所述，与线圈层510的中心相比，磁力通量在线圈层510的边缘处密集地分布，并且因此，与屏蔽层520的中心相比，在屏蔽层520的边缘处可以获得更大的磁导率。根据本发明的实施例，因为可以根据线圈层510的磁力通量来控制屏蔽层520的磁导率，所以能够最大化无线功率传输和接收效率。
再次参考图6，屏蔽层520可以包括第一区域600，其包括中心602；以及第二区域610，其围绕第一区域600并且包括边缘612。在这种情况下，线圈层510被布置在第一区域600中，并且第一区域600的宽度W1可以是屏蔽层520的总宽度W的0.2至0.8倍，优选地0.3至0.7倍，并且更优选地0.4至0.6倍。在这种情况下，屏蔽层520的厚度可以从第一区域600和第二区域610之间的边界到边缘612逐渐地增加。因此，可以根据线圈层510的磁力通量来最佳地控制屏蔽层520的磁导率。
例如，多个磁片521、523、525和527可以包括被布置在线圈层510上的第一磁片521、被布置在第一磁片521上的第二磁片523、被布置在第二磁片523上的第三磁片525、以及被布置在第三磁片525与保护层530之间的第四磁片527，并且在屏蔽层520的中心602处的第二磁片523与第三磁片525之间的分隔距离可以基本类似于在屏蔽层520的边缘612处的第二磁片523和第三磁片525之间的分隔距离。例如，在屏蔽层520的中心602处的第二磁片523和第三磁片525之间的分隔距离可以是在屏蔽层520的边缘612处的第二磁片523和第三磁片525之间的分隔距离的0.99至1.01倍。因此，多个磁片可以在垂直方向上对称并且可以被稳定地支撑。这里，尽管描述其中堆叠四个磁片的示例，但是即使在堆叠四个或者更多磁片的情况下也可以应用相同的方法。例如，当顺序地堆叠六个磁片时，在屏蔽层的中心处的堆叠的第三磁片和堆叠的第四磁片之间的分隔距离可以与在屏蔽层的边缘处的堆叠的第三磁片和堆叠的第四磁片之间的分隔距离基本相似。
此外，在屏蔽层520的中心602处的第一磁片521与第二磁片523之间的分隔距离以及在屏蔽层520的中心602处的第三磁片525与第四磁片527之间的分隔距离中的每个可以与在屏蔽层520的中心602处的第二磁片523和第三磁片525之间的分隔距离基本上相似。例如，在屏蔽层520的中心602处的第一磁片521与第二磁片523之间的分隔距离以及在屏蔽层520的中心602处的第三磁片525和第四磁片527之间的分隔距离中的每个可以是在屏蔽层520的中心602处的第二磁片523和第三磁片525之间的分隔距离的0.99至1.01倍。此外，在屏蔽层520的边缘612处的第一磁片521和第二磁片523之间的分隔距离以及在屏蔽层520的边缘612处的第三磁片525和第四磁片527之间的分隔距离中的每个可以大于在屏蔽层520的边缘612处的第二磁片523和第三磁片525之间的分隔距离。因此，因为与线圈层510的中心相比，磁力通量密集地分布在线圈层510的边缘处，并且因此可以满足与中心相比在边缘处要求高磁导率的屏蔽层的需求，从而可以使无线功率传输和接收效率最大化。
可替选地，当线圈层510包括第一线圈和被布置为围绕第一线圈的外周表面的第二线圈时，第一线圈的频率特性所需的磁导率和第二线圈的频率特性所需的磁导率可以不同。因此，第一线圈可以被布置在第一区域600中，并且第二线圈可以被布置在第二区域610中，在第二区域610中磁导率不同于第一区域600的磁导率。例如，第一线圈可以是无线充电线圈，并且第二线圈可以是近场无线通信(NFC)线圈。可替选地，第二线圈可以是NFC线圈，并且第一线圈可以是无线充电线圈。因此，可以根据第一线圈和第二线圈的频率特性来最佳地控制屏蔽层的磁导率。
同时，如本发明的实施例中所示，为了调节形成屏蔽层520的多个磁片521、523、525和527之间的分隔距离，可以在多个磁片521之间布置粘合层529。即，形成屏蔽层520的多个磁片521、523、525和527之间的分隔距离可以根据粘合层529的厚度来调节。被布置在屏蔽层520的边缘612处的粘合层529的总厚度的和可以大于被布置在屏蔽层520的中心602处的粘合层529的总厚度的和。如上所述，当粘合层529被布置在多个磁片521、523、525和527之间时，可以稳定地维持多个磁片521、523、525和527之间的分隔距离。在这种情况下，为了维持屏蔽层520的屏蔽性能，粘合层529可以包括磁性粉末。
在下文中，将使用比较示例和示例来描述根据本发明的实施例的屏蔽层的性能。
为了制造根据比较示例和示例的屏蔽层，制备均具有尺寸为48mm*48mm的纳米晶金属带，所述纳米晶金属带在热处理之后经历裂化过程。
为了制造根据比较示例的屏蔽层，将制备的金属带堆叠成四层，并且在金属带之间布置具有厚度为5μm的粘合层。
为了制造根据示例的屏蔽层，将制备的金属带堆叠成四层，在中心区域(包括中心的具有尺寸25mm*25mm的区域)中的金属带之间布置厚度为5μm的粘合层，并且在边缘区域(除了中心区域以外的区域)中布置厚度为10μm的粘合层。
在根据比较示例的屏蔽层和根据示例的屏蔽层中，在使用阻抗分析仪测量电感之后，将电感转换为磁导率(μ)值，并且使用15W Tx模块来测量传输效率。图8图示测量传输效率的结果。
根据测量结果，在应用5μm厚的粘合层的区域中电感值被测量为915.7nH，在应用10μm厚的粘合层的区域中电感值被测量为933.5nH，在应用5μm厚的粘合层的区域中将磁导率值转换为718.3μ，并且在应用10μm厚的粘合层的区域中将磁导率值转换为732.3μ。此外，如图8中所示，可以确认，根据示例制造的屏蔽层的传输效率大于根据比较示例制造的屏蔽层的传输效率。
尽管以上描述本发明的优选实施例，但是本领域的技术人员可以在下面将描述的权利要求书中公开的本发明的精神和范围内对本发明进行各种修改和改变。

Claims (12)

1.一种天线模块，包括：
线圈层，所述线圈层包括缠绕的第一线圈；
屏蔽层，所述屏蔽层被布置在所述线圈层上并且包括多个顺序堆叠的磁片；以及
保护层，所述保护层被布置在所述屏蔽层上，
其中，所述屏蔽层的边缘的厚度大于所述屏蔽层的中心的厚度，以及
在所述屏蔽层的边缘处的所述多个磁片之间的总分隔距离大于在所述屏蔽层的中心处的所述多个磁片之间的总分隔距离。
2.根据权利要求1所述的天线模块，其中，所述屏蔽层的所述边缘的厚度是所述屏蔽层的所述中心的厚度的1.05至1.3倍。
3.根据权利要求2所述的天线模块，其中：
粘合层被布置在所述多个磁片之间；以及
在所述屏蔽层的边缘处的所述粘合层的总厚度大于在所述屏蔽层的中心处的所述粘合层的总厚度。
4.根据权利要求1所述的天线模块，其中，在所述屏蔽层的边缘处的磁导率大于在所述屏蔽层的中心处的磁导率。
5.根据权利要求1所述的天线模块，其中：
所述屏蔽层包括第一区域和第二区域，所述第一区域包括所述中心，所述第二区域围绕所述第一区域并且包括所述边缘；
所述第一线圈被布置在所述第一区域中；以及
所述第一区域的宽度是所述屏蔽层的总宽度的0.2至0.8倍。
6.根据权利要求5所述的天线模块，其中，所述屏蔽层的厚度从所述第一区域和所述第二区域之间的边界到所述边缘逐渐地增加。
7.根据权利要求1所述的天线模块，其中：
所述多个磁片包括第一磁片、第二磁片、第三磁片和第四磁片，所述第一磁片被布置在所述线圈层上，所述第二磁片被布置在所述第一磁片上，所述第三磁片被布置在所述第二磁片上，所述第四磁片被布置在所述第三磁片和所述保护层之间；
在所述屏蔽层的中心处的所述第二磁片和所述第三磁片之间的分隔距离是在所述屏蔽层的边缘处的所述第二磁片和所述第三磁片之间的分隔距离的0.99到1.01倍；以及
在所述屏蔽层的边缘处的所述第一磁片和所述第二磁片之间的分隔距离以及在所述屏蔽层的边缘处的所述第三磁片和所述第四磁片之间的分隔距离中的每个大于在所述屏蔽层的边缘处的所述第二磁片和所述第三磁片之间的所述分隔距离。
8.根据权利要求1所述的天线模块，其中，所述多个磁片包括铁硅铝、金属带和铁氧体中的至少一个。
9.根据权利要求1所述的天线模块，其中，所述多个金属带中的至少一个被裂化。
10.根据权利要求5所述的天线模块，其中，所述线圈层进一步包括第二线圈，所述第二线圈被布置在所述屏蔽层的所述第二区域上以围绕所述第一线圈的侧表面。
11.根据权利要求10所述的天线模块，其中：
所述第一线圈包括无线充电线圈；以及
所述第二线圈包括用于近场无线通信的线圈。
12.一种无线功率接收设备，包括：
天线模块；以及
电池，所述电池以通过所述天线模块接收到的功率进行充电，
其中，所述天线模块包括：线圈层，所述线圈层包括缠绕的第一线圈；屏蔽层，所述屏蔽层被布置在所述线圈层上并且包括多个顺序堆叠的磁片；以及保护层，所述保护层被布置在所述屏蔽层上，
所述屏蔽层的边缘的厚度大于所述屏蔽层的中心的厚度，以及
在所述屏蔽层的边缘处的所述多个磁片之间的总分隔距离大于在所述屏蔽层的中心处的所述多个磁片之间的总分隔距离。
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