CN114072996A - 功率转换装置 - Google Patents
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Abstract
本发明的功率转换装置包括:电路基板,其具有构成第一电路的接地的第一接地及与所述第一接地电分离地形成的第二接地;第二电路,其形成有接合部;金属底板,其设置在所述第二电路与所述电路基板之间,与所述接合部对应地设置有开口部;及壳体,其收纳所述电路基板、所述第二电路和所述金属底板,与所述电路基板的所述第二接地和所述金属底板电连接,所述第二电路的所述接合部经由所述金属底板的所述开口部与所述第二接地对应地配置。
Description
技术领域
本发明涉及功率转换装置。
背景技术
已知一种功率转换装置,其利用金属底板在壳体内将包含开关元件的高电压主电路的收纳室和产生用于驱动开关元件的控制信号的控制电路的收纳室分成两部分。
在专利文献1中,为了减轻噪声,记载了一种功率转换装置,其金属制的壳体的内部空间由金属底板分割成两个空间,在一个空间内搭载控制电路,在另一个空间中搭载驱动电路和功率模块。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本专利特开2010-183763号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
在使功率转换装置小型化的情况下,内部空间变窄,需要在金属底板上设置开口部以避免电路的接合部,但存在如下问题:会受到通过该开口部传播的噪声的影响。
解决技术问题所采用的技术方案
本发明的方式所涉及的功率转换装置优选为包括:电路基板,该电路基板具有构成第一电路的接地的第一接地、以及与所述第一接地电分离而形成的第二接地;第二电路,该第二电路形成有接合部;金属底板,该金属底板设置在所述第二电路与所述电路基板之间,与所述接合部相对应地设置有开口部;以及壳体,该壳体收纳所述电路基板、所述第二电路和所述金属底板,与所述电路基板的所述第二接地和所述金属底板电连接,所述第二电路的所述接合部经由所述金属底板的所述开口部与所述第二接地对应地配置。
发明效果
根据本发明,能够抑制通过金属底板的开口部而传播的噪声的影响。
上述以外的问题、结构及效果通过实施以下发明的说明将变得更为明确。
附图说明
图1是表示功率转换装置的结构和应用了功率转换装置的电动机驱动系统的结构的电路结构图。
图2是表示第一实施方式所涉及的功率转换装置的构造的一个示例的分解立体图。
图3是表示第一实施方式所涉及的功率转换装置的构造的一个示例的截面投影图。
图4是表示第一实施方式所涉及的功率转换装置的金属底板的开口部周边的一个示例的俯视图。
图5是表示第二实施方式所涉及的功率转换装置的构造的一个示例的分解立体图。
图6是表示第二实施方式所涉及的功率转换装置的金属底板的开口部周边的一个示例的俯视图。
图7是表示第三实施方式所涉及的功率转换装置的构造的一个示例的分解立体图。
图8是表示第三实施方式所涉及的功率转换装置的构造的一个示例的截面投影图。
图9是表示第三实施方式所涉及的功率转换装置的金属底板的开口部周边的一个示例的俯视图。
具体实施方式
下面,参照附图,对本发明的实施方式进行说明。实施方式是用于说明本发明的例示,为了使说明变得明确,适当地进行了省略和简化。本发明利用其它各种方式也可实施。除非特别限定,否则各结构要素可以是单个,也可以是多个。
为了容易理解发明,附图中所示的各结构要素的位置、大小、形状、范围等有时并不表示实际的位置、大小、形状、范围等。因此,本发明不一定限于附图中所公开的位置、大小、形状、范围等。
[第一实施方式]
以下,参照图1至图4来说明本发明的第一实施方式。
图1是表示本实施方式所涉及的功率转换装置10的结构和应用了功率转换装置10的电动机驱动系统的结构的电路结构图。图1所示的电动机驱动系统以将直流电压转换为交流电压来驱动电动车或混合动力汽车等的电动机的例子来示出。
图1中,功率转换装置10收纳于金属的壳体100。另外,用于由低电压电源20驱动功率转换装置10的电动机控制电路170的低电压直流电力、例如9~14V经由低电压连接器101来供给。另外,从高电压电源30经由高电压连接器102向功率转换装置10提供高电压直流电力、例如320~900V。在该功率转换装置10的壳体100中存储有各种电路模块和元件,在图1中仅描绘了这些电路模块和元件中的说明所需的部件。此外,图1中示出了由功率转换装置10生成的交流电压来驱动的电动机40。
高电压电源30一般使用电池、或通过转换器将交流电源转换为直流电压后所得的电压。例如,混合动力汽车的驱动用逆变器使用几百伏的高电压电池来作为高电压电源30。另外,例如,X射线诊断装置等医疗装置使用商业交流电源,因此,使用整流电路或转换器来转换为直流的高电压电源30。
电动机40没有特别的限制,由三相电动机构成。该电动机40具备转子(省略图示)和定子(省略图示),在定子上配置有3个线圈。功率转换装置10形成三相交流电压,并将其提供给3个线圈,从而产生与三相交流电压对应的磁场,以使转子旋转。
接着,说明功率转换装置10的结构。功率转换装置10在壳体100内包括低电压连接器101、高电压连接器102、电动机线束连接器103、阳极总线111、阴极总线112、阳极用Y电容器121、阴极用Y电容器122、阳极-阴极间X电容器130、开关元件141~143、AC总线151~153、电流传感器161~163、电动机控制电路170、栅极驱动器电路180。
这里,如上所述,从高电压电源30提供的高电压直流电力通过阳极总线111和阴极总线112提供给开关元件141~143。开关元件141~143在开关时产生高频的切换电流和电压,所以通常使用使其平滑化的X电容器130。虽然在图1中未示出,但是具有大约几十微法程度的电容的电容器并联连接有多个。这里,X电容器130的阳极侧端子连接到阳极总线111,X电容器130的阴极侧端子连接到阴极总线112。这些阳极总线111和阴极总线112没有特别的限制,但为铜所构成的铜板。另外,Y电容器121连接在阳极总线111与壳体100之间,Y电容器122连接在阴极总线112与壳体100之间,由此来减少叠加在阳极总线111和阴极总线112上的共模噪声。
作为开关元件141~143,一般使用IGBT、MOSFET、SiC等半导体元件,通过对这些半导体元件进行开关(导通和关断的切换),从而生成所期望的电压、电流。此外,开关元件141~143的开关输出分别从AC总线151~153经由电动机线束连接器103连接到电动机40。电流传感器161~163分别安装在各自的AC总线151~153上,并且将流过各自的AC总线151~153的电流值作为AC电流监控信号182提供给电动机控制电路170。
接收到AC电流监控信号182的电动机控制电路170生成PWM信号并提供给栅极驱动电路180。栅极驱动电路180将栅极驱动信号181输入至开关元件141~143的栅极端子,以使开关元件141~143动作。
在这样构成的功率转换装置10中,通过来自栅极驱动电路180的栅极驱动信号181对开关元件141~143进行开关并从AC总线151~153周期性地输出阳极电压和阴极电压,由此周期性地处于导通状态/关断状态,因此阳极总线111和阴极总线112中的电压/电流发生变化,并产生噪声。
图2~图4是示出功率转换装置10的构造的一个示例的图。
图2是表示本实施方式所涉及的功率转换装置10的构造的一个示例的分解立体图。在该图中,当展开功率转换装置10时,Y电容器121~122、X电容器130、开关元件141~143收纳于将盖取下后的箱状的壳体100的底部。阳极总线111和阴极总线112被隔离地层叠,并与Y电容器121~122和X电容器130的端子相连接。而且,作为高电压部的阳极总线111和阴极总线112通过接合螺钉191~196与作为高电压部的开关元件141~143的输入端子连接。接合螺钉191~196是用于将阳极总线111、阴极总线112和开关元件141~143电连接的接合部。在图2中,由于分解图的特性,不能图示出所有的接合螺钉,但在图1的阳极总线111、阴极总线112和开关元件141~143的6个连接部位中,在6个部位处进行接合。将由阳极总线111、阴极总线112、接合螺钉(接合部)191~196和开关元件141~143构成的电路称为第二电路。
为了抑制伴随作为高电压部的开关元件141~143的开关动作而产生的高频噪声传播到功率转换装置10内的低电压部即电动机控制电路170,金属底板200位于作为高电压部的第二电路的上部。并且,配置有电动机控制电路170等的电路基板300位于金属底板200的上部。
在该电路基板300上配置有图1所示的电动机控制电路170、栅极驱动电路180、第一基板接地图案310和第二基板接地图案320。该第一基板接地图案310和第二基板接地图案320在电路基板300上并未彼此电连接。这里,电动机控制电路170是以从低电压电源20提供的低电压源进行动作的电路,将第一基板接地图案310用作基准接地。将电路基板300上的电动机控制电路170称为第一电路。
另一方面,栅极驱动电路180是与作为高电压部的开关元件141~143连接的电路,属于高电压部,因此不以第一基板接地图案310为基准。
另外,在金属底板200中存在用于避免与接合螺钉191~196接触的开口部210,噪声经由开口部210传播到低电压部。在该开口部210的四个角具备用于与位于金属底板200更上部的电路基板300电连接的凸台(第二基板接地图案连接用凸台231~234),其与电路基板300的第二基板接地图案320电连接。该电连接方法例如可以假设如下方法:不对第二基板接地图案320施加保护膜而直接使其与第二基板接地图案连接用凸台231~234接触的方法、夹住衬垫的方法、通过弹簧接触的方法、螺丝止动等,但在本实施方式中没有限定。
此外,金属底板200具有用于固定电路基板300的基板固定用凸台221~226,通过基板固定用凸台221、222、225、226与金属底板200、电路基板300的第一基板接地图案310进行连接。
图3是表示本实施方式所涉及的功率转换装置10的构造的一个示例的截面投影图。在该图中,为从图2所示的箭头500观察时的截面投影图,但不是某一直线的平面,而是为了说明功率转换装置10的结构而投影了深度方向的图。在图1和图2中已经说明了低电压连接器101、高电压连接器102、电动机线束连接器103、阳极总线111、阴极总线112、Y电容器121~122、开关元件141~143、栅极驱动信号181、接合螺钉191~196、金属底板200、开口部210、基板固定用套筒221~226、第二基板接地图案连接用凸台231~234、电路基板300、第一基板接地图案310、第二基板接地图案320,在该图中省略上述说明。另外,图3中的电路基板300上的第一电路的搭载区域171如上所述,是搭载有以电动机控制电路170为中心的低电压电路的区域,第二电路的搭载区域183如上所述,是搭载有以由阳极总线111、阴极总线112和接合螺钉(接合部)191~196以及开关元件141~143构成的电路为中心的高电压电路的区域。
金属底板200设置在第二电路和电路基板300之间,与接合螺钉(接合部)191~196相对应地设置有开口部210。壳体100收纳电路基板300、第二电路和金属底板200,与电路基板300的第二基板接地图案320和金属底板200电连接。第二电路的接合部经由金属底板200的开口部210与第二基板接地图案320对应地配置。此外,“对应地配置”是指第二电路的接合部和第二基板接地图案320处于彼此对应的位置关系,并且,金属底板200的开口部210位于两者之间。此外,“对应地配置”包含下述方式:第二电路的接合部和第二基板接地图案320彼此对应地配置,金属底板200的开口部210位于两者之间。“对应地配置”还包含下述方式:在从与电路基板300的安装面呈直角的方向观察时,第二电路的接合部、没有金属底板200的区域例如开口部210以及第二基板接地图案320以至少一部分重叠的方式配置。另外,金属盖400形成功率转换装置10中的壳体100的一部分。
这里,参考图3更详细地说明金属底板200的开口部210周边的构造。作为针对功率转换装置10的性能指标之一,可举出壳体尺寸,高度方向的约束条件也变得严格。在这种情况下,金属底板200与由阳极总线111和阴极总线112、开关元件141~143构成的第二电路即高电压部需要以绝缘所需的最低限度的距离隔离地配置。在这种情况下,在第二电路的搭载区域183中,由于要回避将阳极总线111和阴极总线112与开关元件141~143接合的接合螺钉191~196的螺钉头的高度以确保与金属底板200的绝缘距离,换言之、需要用于接合部的容积,因此,对金属底板200设置图3所示那样的开口部210。第二基板接地图案连接用凸台231~234可以位于开口部210的端部,或者也可以位于远离开口部210的端部例如10mm左右的位置。
图4是表示本实施方式所涉及的功率转换装置10的金属底板200的开口部210周边的一个示例的俯视图。参考图1到图3已经说明了阳极总线111、阴极总线112、Y电容器121~122、开关元件141~143、接合螺钉191~196、开口部210、第二基板接地图案连接用凸台231~234、第二基板接地图案320,在该图中省略上述说明。
使用图4更详细地说明金属底板200的开口部210、电路基板300的第二基板接地320以及第二基板接地图案连接用凸台231~234的位置关系。首先,金属底板200的开口部210用于保持与接合螺钉191~196的绝缘距离,开口部210的大小根据绝缘距离来决定。第二基板接地图案连接用凸台231~234配置成与金属底板200的开口部210的四个角的外侧相接,第二基板接地图案320以与由第二基板接地图案连接用凸台231~234形成的长方形相同的位置和大小来配置。第二基板接地图案320经由第二基板接地图案连接用凸台231~234等连接构件连接到金属底板200,金属底板200与壳体100相连接。
在本实施方式所涉及的功率转换装置10中,相对于设置在金属底板200上的开口部210,将第二基板接地图案320获取得比开口部210的大小更宽,从而形成了以覆盖开口部210的形状来构成的第二基板接地图案320。通过该结构,能够提供如下功率转换装置10:即使为了保持从连接阳极总线111、阴极总线112和开关元件141~143的接合部到金属底板200为止的绝缘距离而在金属底板200上存在如避开接合部那样的开口部210,也能够抑制从高电压部传播到第一基板接地图案310、第一电路的搭载区域171等低电压部的噪声量的增加。
另外,在本实施方式所涉及的功率转换装置10中,将作为基板图案的一部分的第二基板接地图案320用作针对电磁噪声的遮蔽板,从而能提供如下功率转换装置:能将追加的对策构件抑制到最小限度,能够低成本地抑制从高电压部传播到第一基板接地图案310、第一电路的搭载区域171等低电压部的噪声量的增加。
[第二实施方式]
以下,参照图5~图6详细说明本发明的第二实施方式。另外,图1所示的示出功率转换装置10的结构和应用了功率转换装置10的电动机驱动系统的结构的电路结构图在本实施方式中也相同。另外,在图5以及图6中,在与图1~图4相同的地方标注相同的标号并省略其说明。
图5是表示本实施方式所涉及的功率转换装置10的构造的一个示例的分解立体图。在该图中,与图2所示的第一实施方式所涉及的功率转换装置10的不同点在于,形成第二基板接地图案连接用壁235以取代第二基板接地图案连接用凸台231~234。
与第一实施方式同样地,金属底板200存在用于避免与接合螺钉191~196、即接合部之间的接触的开口部210,噪声经由开口部210传播到低电压部。在该开口部210的周围,具备用于与位于金属底板200的上部的电路基板300电连接的壁(第二基板接地图案连接用壁235),其与电路基板300的第二基板接地图案320电连接。该电连接方法例如可以假设如下方法:不对第二基板接地图案320施加保护膜而直接使其与第二基板接地图案连接用壁235接触的方法、夹住衬垫的方法、通过弹簧接触的方法、螺丝止动等,但在本实施方式中没有限定。
图6是示出本实施方式所涉及的功率转换装置10的金属底板200的开口部210周边的一个示例的俯视图。在该图中,与图4所示的第一实施方式所涉及的功率转换装置10的不同点在于,形成第二基板接地图案连接用壁235以取代第二基板接地图案连接用凸台231~234。
参照图6更详细地说明金属底板200的开口部210、电路基板300的第二基板接地320以及第二基板接地图案连接用壁235的位置关系。首先,金属底板200的开口部210与接合螺钉191~196相对应,用于保持与接合螺钉191~196的绝缘距离,开口部210的大小根据绝缘距离来决定。第二基板接地图案连接用壁235配置成与金属底板200的开口部210的四个角的外侧相接,第二基板接地图案320以与由第二基板接地图案连接用壁235形成的长方形相同的位置和大小来配置。第二基板接地图案320经由第二基板接地图案连接用壁235等连接到金属底板200,金属底板200与壳体100相连接。
在本实施方式所涉及的功率转换装置10中,相对于设置于金属底板200的开口部210,将第二基板接地图案320获取得比开口部210的大小更宽,从而形成了以没有间隙地覆盖开口部210的形状来构成的第二基板接地图案320。通过该结构,能够提供如下功率转换装置10:即使为了保持从连接阳极总线111、阴极总线112和开关元件141~143的接合部到金属底板200为止的绝缘距离而在金属底板200上存在如避开接合部那样的开口部210,也能够抑制从高电压部传播到第一基板接地图案310、第一电路的搭载区域171等低电压部的噪声量的增加。
[第三实施方式]
以下,参照图7~图9详细说明本发明的第三实施方式。另外,图1所示的示出功率转换装置10的结构和应用了功率转换装置10的电动机驱动系统的结构的电路结构图在本实施方式中也相同。另外,在图7~图9中,在与图1~图6相同的地方标注相同的标号并省略其说明。
图7是表示本发明的第三实施方式所涉及的功率转换装置10的构造的一个示例的分解立体图。在该图中,与图5所示的第二实施方式所涉及的功率转换装置10的不同点在于,金属底板200成为下述形状:存在于至少覆盖阳极总线111和阴极总线112的位置,而不存在于开关元件141~143的上部。关于该形状,例如,假设开关元件141~143的形状与金属底板200发生干扰的情况、开关元件141~143与电路基板300的信号连接数较多的情况等。
另外,与第一和第二实施方式同样地,金属底板200存在用于避免与接合螺钉191~196、即接合部之间的接触的开口部210,噪声经由该开口部210传播到低电压部。在该开口部210的周围,用于与位于金属底板200上部的电路基板300电连接的壁(第二基板接地图案连接用壁235)配置成コ字形,其与电路基板300的第二基板接地图案320电连接。该电连接方法例如可以假设如下方法:不对第二基板接地图案320施加保护膜而直接使其与第二基板接地图案连接用壁235接触的方法、夹住衬垫的方法、通过弹簧接触的方法、螺丝止动等,但在本实施方式中没有限定。
图8是表示本实施方式所涉及的功率转换装置10的构造的一个示例的截面投影图。在该图中,为从图7所示的箭头500观察时的截面投影图,但不是某一直线的平面,而是为了说明功率转换装置10的构造而投影了深度方向的图。在该图中,与图5所示的第二实施方式所涉及的功率转换装置10的不同点在于,如使用图7所说明的那样,构成为金属底板200在到开关元件141~143的左端为止被切断,コ字形的第二基板接地图案连接用壁236以コ字形包围开口部210。
图9是示出本实施方式所涉及的功率转换装置10的金属底板200的开口部210周边的一个示例的俯视图。在该图中,与图6所示的第二实施方式所涉及的功率转换装置10的不同点在于,金属底板200被缩小,从而形成コ字形的第二基板接地图案连接用壁236以取代第二基板接地图案连接用壁235。
参照图9更详细地说明金属底板200的开口部210、电路基板300的第二基板接地320以及第二基板接地图案连接用壁236的位置关系。首先,金属底板200的开口部210与接合螺钉191~196相对应,用于保持与接合螺钉191~196的绝缘距离,开口部210的大小根据绝缘距离来决定。コ字形的第二基板接地图案连接用壁236配置成与金属底板200的开口部210的四个角的外侧相接,在开关元件141~143侧的边上不存在壁。另外,第二基板接地图案320具有相对于由第二基板接地图案连接用壁236和开口部210形成的长方形足够大的面积。第二基板接地图案320经由第二基板接地图案连接用壁236连接到金属底板200,金属底板200与壳体100相连接。
在本实施方式所涉及的功率转换装置10中,相对于设置在金属底板200上的开口部210,将第二基板接地图案320获取得较宽,从而形成以覆盖开口部210的形状来构成的第二基板接地图案320。通过该结构,能够提供如下功率转换装置10:即使为了保持从连接阳极总线111、阴极总线112和开关元件141~143的接合部到金属底板200的绝缘距离而在金属底板200上存在如避开接合部那样的开口部210,也能够抑制从高电压部传播到第一基板接地图案310、第一电路的搭载区域171等低电压部的噪声量的增加。
另外,在本实施方式所涉及的功率转换装置10中,能够提供如下功率转换装置:即使设缩小金属底板200的面积,也能够抑制从高电压部传播到第一基板接地图案310、第一电路的搭载区域171等低电压部的噪声量的增加。
根据以上说明的实施方式,能够得到以下的作用效果。
(1)功率转换装置10包括:电路基板300,该电路基板300具有构成第一电路(电动机控制电路170)的接地的第一基板接地图案310(第一接地)310、以及与第一接地310电隔离地形成的第二基板接地图案(第二接地)320;形成有接合螺钉(接合部)191~196的第二电路(阳极总线111、阴极总线112、开关元件141~143);金属底板200,该金属底板200设置在第二电路和电路基板300之间,与接合部191~196相对应地设置有开口部210;壳体100,该壳体100收纳电路基板300、第2电路和金属底板200,与电路基板300的第二接地320和金属底板200电连接,第二电路的接合部191~196经由金属底板200的开口部210与第二接地320对应地配置。由此,能够抑制通过金属底板200的开口部而传播的噪声的影响。
本发明不限于上述实施方式,只要不损害本发明的特征,在本发明的技术思想范围内可以考虑的其它方式也包括在本发明的范围内。例如,上述的实施方式是为了便于理解地说明本发明而进行的详细说明,本发明不必限定于要包括所说明的所有结构。此外,可将某个实施方式的结构的一部分置换为其它实施方式的结构,此外,也可以在某个实施方式的结构中追加其它实施方式的结构。另外,也可以对各实施方式的一部分结构添加、删除、替换其它结构。
下面的优先权基础申请的公开内容作为引文并入本文中。
日本专利申请2019-125886(2019年7月5日申请)
标号说明
10功率转换装置
20低电压电源
30高电压电源
40电动机
100壳体
101低电压连接器
102高电压连接器
103电动机线束连接器
111阳极总线
112阴极总线
121、122Y电容器
130X电容器
141、142、143开关元件
151、152、153AC总线
161、162、163电流传感器
170电动机控制电路
171第一电路的搭载区域
180栅极驱动电路
181栅极驱动信号
182AC电流监控信号
183第二电路的搭载区域
191~196接合螺钉
200金属底板
210开口部
221~226基板固定用套筒
231~234第二基板接地图案连接用凸台
235第二基板接地图案连接用壁
236コ字形的第二基板接地图案连接用壁
300电路基板
310第一基板接地图案
320第二基板接地图案
400金属盖。
Claims (9)
1.一种功率转换装置,其特征在于,包括:
电路基板,该电路基板具有构成第一电路的接地的第一接地、以及与所述第一接地电分离地形成的第二接地;
第二电路,该第二电路形成有接合部;
金属底板,该金属底板设置在所述第二电路与所述电路基板之间,与所述接合部相对应地设置有开口部;以及
壳体,该壳体收纳所述电路基板、所述第二电路和所述金属底板,与所述电路基板的所述第二接地和所述金属底板电连接,
所述第二电路的所述接合部经由所述金属底板的所述开口部与所述第二接地对应地配置。
2.如权利要求1所述的功率转换装置,其特征在于,
所述第二电路的所述接合部经由所述金属底板的所述开口部与所述第二接地相对地配置。
3.如权利要求1所述的功率转换装置,其特征在于,
在从与所述电路基板的安装面呈直角的方向观察时,所述第二电路、没有所述金属底板的区域以及所述第二接地形成为至少局部重叠。
4.如权利要求1所述的功率转换装置,其特征在于,
所述金属底板的所述开口部的周围的至少一部分经由连接构件与所述电路基板的所述第二接地相连接。
5.如权利要求4所述的功率转换装置,其特征在于,
所述金属底板的所述开口部的周围经由壁状的所述连接构件与所述电路基板的所述第二接地相连接。
6.如权利要求4或5所述的功率转换装置,其特征在于,
所述电路基板的所述第二接地经由所述连接构件并经过所述金属底板与所述壳体相连接。
7.如权利要求1所述的功率转换装置,其特征在于,
所述接合部是连接阳极总线、阴极总线和开关元件的接合部位。
8.如权利要求7所述的功率转换装置,其特征在于,
所述第一电路包含作为低电压的电动机控制用电路,
所述第二电路包含作为高电压的阳极总线、阴极总线、开关元件。
9.如权利要求7或8所述的功率转换装置,其特征在于,
所述金属底板配置于至少覆盖所述阳极总线和所述阴极总线的位置。
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