CN114342221A - 用于电机的转子 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于电机(1)的转子(2)，转子包括：转子轴(3)，转子轴具有构造在转子轴(3)之内的并能被冷却剂穿流过的至少一个冷却通道(4)；以及布置在转子轴(3)上的叠片组(5)，其中，叠片组(5)轴向上布置在布置于转子轴(3)上的第一与第二端部盘(6、7)之间，其中，叠片组(5)具有多个轴向通道(8)用于引导冷却剂通过转子(2)，其中，为了冷却剂的流入，轴向通道(8)与各自的端部盘(6、7)中的至少一个分配通道(9)在流体技术上连接，其中，为了冷却剂的流出，轴向通道(8)与相应另一端部盘(7、6)中的至少一个返回通道(16)在流体技术上连接，并且其中，各自的端部盘(6、7)中的至少一个分配通道(9)与转子轴(3)上的至少一个冷却通道(4)在流体技术上连接。此外，本发明还涉及一种用于驱动机动车辆的电机(1)，其包括根据本发明的转子(2)。

Description

用于电机的转子

技术领域

本发明涉及用于电机的转子以及具有这种转子的电机，其中，电机被设立成用于驱动机动车辆。

背景技术

为了使用于驱动机动车辆的电机能够以高功率运行，对电机进行有效的冷却是必要的。电机在高功率的情况中生成的废热对某些用途(例如电驱动车桥)来说会限制性能。不仅电机的定子的绕组头中的温度很关键，而且转子的温度也很关键。一旦电机超过极限温度，电机的控制部将典型地降低功率。

例如，DE 10 2018 009 845 A1公开了一种用于电机的转子。转子包括转子轴、以及布置在转子轴上的叠片组，叠片组在转子轴的轴向方向上布置在布置于转子轴上的端部盘之间。端部盘在轴向方向上彼此压紧，由此，使得叠片组也在轴向方向上被压紧。此外，设置有在转子轴之内延伸的且能被用于冷却转子的冷却介质穿流过的至少一个冷却通道，借助冷却通道使得叠片组能被加载冷却介质。叠片组至少在端部盘之间沿轴向方向延伸的纵向区域内在径向方向上向外与转子轴间隔开，由此形成在径向方向上布置在转子轴与叠片组之间的中间空间，在中间空间中，冷却通道经由离开开口通入到该中间空间中，从而使穿流过冷却通道的冷却介质经由离开开口流动到中间空间中。由此在径向方向上从内向外地向叠片组提供经由离开开口从冷却通道离开的冷却介质，从而在转子叠片上形成膜冷却。然后，冷却介质由于转动加速度流出到定子绕组的绕组头上，并引起附加的绕组头冷却。

发明内容

本发明的任务在于，提供一种用于电机的转子以及一种具有改进的冷却的电机。该任务通过权利要求1和15的主题来解决。优选的实施方式是从属权利要求的主题。

根据本发明的用于电机的转子包括：转子轴，转子轴具有构造在转子轴之内的并能被冷却剂穿流过的至少一个冷却通道；以及布置在转子轴上的叠片组，其中，叠片组轴向上布置在布置于转子轴上的第一与第二端部盘之间，其中，叠片组具有多个轴向通道用于引导冷却剂通过转子，其中，为了冷却剂的流入，轴向通道与各自的端部盘中的至少一个分配通道在流体技术上连接，其中，为了冷却剂的流出，轴向通道与相应另一端部盘中的至少一个返回通道在流体技术上连接，并且其中，各自的端部盘中的至少一个分配通道与转子轴上的至少一个冷却通道在流体技术上连接。

换句话说，至少一个分配通道被构造成用于使冷却剂从转子轴送入到叠片组的轴向通道中，其中，至少一个返回通道被构造成用于使冷却剂从轴向通道流出。优选地，在各自的端部盘中构造有多个分配通道以及返回通道。因此，这两个端部盘既被设置成用于使冷却剂流入到轴向通道中，也被设置成用于使冷却剂从轴向通道流出。在流体技术上连接被理解为在两个引导流体的构件或通道之间造成冷却剂的体积流的连接。

电机包括能转动运动的转子和相对壳体固定的定子并且可以作为马达或作为发电机运行。当电机作为马达运行时，可以将尤其是时变的电压施加到定子上和位于其中的绕组上，以便产生在转子中起作用的时变的磁场，以便感应出转矩并因此产生转动运动。当电机作为发电机运行时，例如可以通过(例如由于转子的旋转所造成的)变化的磁场感应进入定子的环形或缠绕的导体中来产生电能，以便在导体中感应出电流。

转子轴首先借助流经优选构造在转子轴中心的冷却通道的冷却剂冷却。冷却剂尤其被构造为冷却液，例如油基或水基的冷却液。冷却剂被设置成用于吸收和排出热量。为此，冷却剂流入转子轴的冷却通道中，并经由各自的端部盘中的至少一个分配通道流向转子的叠片组中的轴向通道。冷却剂沿着流动路径从它所流经的各个构件中汲取热量并因此对它们进行冷却。随后，冷却剂经由各自的端部盘中的至少一个返回通道排出并例如借助热交换器被重新冷却，以便之后再次被输送给转子轴中的冷却通道并以如此方式构成冷却回路。

叠片组例如具有在转子的轴向方向上依次或前后相继布置的叠片层。在叠片组的凹部中布置有磁体、尤其是永磁体。叠片组中的轴向通道优选被构造在由于叠片几何形状而已经具有凹陷部的区域中。优选地，叠片组的叠片形成了各自的轴向通道的器壁，其中，冷却剂在流经轴向通道时直接接触叠片组的表面。

例如，在各自的端部盘的内周上构造有针对冷却剂的入流口，其中，入流口与至少一个分配通道在流体技术上连接。各自的端部盘上的入流口优选经由各自的端部盘的内周上的环绕的分配通道构成。尤其地，环绕的分配通道与用于将冷却剂引入到轴向通道中的多个分配通道在流体技术上连接。尤其地，分配通道至少部分地在径向方向上从内周上的环绕的分配通道向外延伸。尤其地，各自的端部盘尤其具有用于轴向穿引转子轴的中心孔，其中，入流口与中心孔直接邻接。

例如，针对冷却剂的出流口由各自的端部盘的返回通道中的至少一个端侧的开口构成。换句话说，各自的端部盘的返回通道中的至少一个端侧的开口被设立成用于有针对性地排出冷却剂。尤其地，冷却剂从转子轴的冷却通道经由各自的端部盘的入流口流入到轴向通道中，并经由各自的端部盘的返回通道中的被设立成出流口的开口以受控方式再次流出。

例如，至少一个开口被设立成用于使冷却剂喷射到电机的部件上。尤其地，冷却剂经由至少一个开口以有针对性的且因此受控的方式被喷射到定子的绕组头上或转子的各自的端侧上。由此，由于绕组和转子的表面被大量且直接润湿而尤其提高了冷却潜力，其中，在热生成的部位处、尤其是在定子的绕组头上引起了直接且即刻的冷却。

优选地，至少一个开口被设立成用于容纳闸口。闸口被理解为如下元件：该元件至少部分封闭各自的开口或以如下方式改变开口的横截面，即，使得调整体积流并尤其也调整喷射方向和喷射束。除了体积流之外，闸口还调整轴向通道中冷却剂的压力。优选地，经由各自的开口中的各自的闸口尤其是在低转速的情况下实现了直到电机的需要冷却的部件的冷却剂分配。此外，可以经由闸口调整对冷却剂的抽吸效果，使得可以与转动方向以及用于引导冷却剂的各自的通道的长度和横截面无关地调整出恒定的流动阻力。

例如，至少一个分配通道和至少一个返回通道分别被构造为各自的端部盘的指向叠片组的端面中的凹陷部。各自的端部盘轴向贴靠在叠片组的各自的端侧的端部上，更确切地说使得至少一个分配通道和至少一个返回通道流体密封地贴靠在叠片组上。因此，至少间接地、例如经由各自的端部盘与叠片组之间的至少一个密封件或直接地在叠片组上构成对至少一个分配通道和至少一个返回通道的封闭部，从而没有冷却剂能够不期望地经由叠片组的端面从至少一个分配通道或至少一个返回通道离开。尤其地，各自的端部盘与各个叠片组轴向压紧。

优选地，轴向通道在转子的周向上环绕分布地构造在叠片组中。换句话说，转子经由在周向方向上环绕地、即在360°上构造在叠片组中的轴向通道来冷却。例如，轴向通道均等地、优选对称地构造在转子的叠片组中，并从转子的一个端侧的端部延伸到另一端侧的端部。

根据本发明的优选的实施方式，轴向通道被设立成使得冷却剂交替地从第一和第二端部盘涌流向轴向通道，以便在转子的周向上调整出均匀的温度分布。因此，轴向通道和端部盘构造成使得冷却剂的通过量、即冷却剂在轴向通道中的穿流在周向方向上交替地以从第一端部盘到第二端部盘以及从第二端部盘到第一端部盘的方式进行。由此，不仅可以实现转子中的均匀的冷却和温度分布，还可以实现对两侧的绕组头和/或转子的端侧的均匀冷却。

为了在转子的周向上调整出均匀的温度分布，冷却剂例如经由第一端部盘被引入到轴向通道中，并经由第二端部盘从轴向通道引出，并可选地喷射到定子的绕组头以及转子的第一端侧上。在周向方向上看，在每个第二轴向通道中，冷却剂经由第二端部盘被引入到轴向通道中，并经由第一端部盘从轴向通道引出，并可选地喷射到定子的绕组头和转子的第二端侧上。

对此替选地，也可以例如通过如下方式实现轴向通道中的交替的穿流方向，即，使冷却剂经由第一端部盘被引入到轴向通道中，经由第二端部盘分别偏转到在周向方向上邻接的第二轴向通道中，并经由该轴向通道再次返回引入到第一端部盘中，其中，冷却剂从第一端部盘可选地喷射到定子的绕组头和转子的第二端侧上。在周向方向上看，在每个第三轴向通道中，冷却剂经由第二端部盘被引入轴向通道中，经由第一端部盘分别偏转到在周向方向上邻接的第四轴向通道中，并经由该轴向通道被再次返回引入到第二端部盘中，其中，冷却剂从第二端部盘可选地喷射到定子的绕组头以及转子的第一端侧上。

根据本发明的优选实施方式，在轴向通道中构造有用于散热的冷却肋。借助轴向通道中的冷却肋改善了散热，更确切地说通过如下方式改善，即，实现了对冷却起作用的面的更大的润湿。例如，借助轴向通道中的冷却肋由于横截面减少也提高了冷却剂的流速。尤其地，当冷却肋处的流动至少区段式地被调整成层流时，可以提高冷却肋的效率。尤其通过匹配几何形状以及有针对性的偏转和冷却剂在周向上交替流经轴向通道可以实现优化的冷却剂流动引导以改善散热。

根据本发明的优选实施方式，冷却肋分别具有第一、第二和第三辐板，其中，这三个辐板将轴向通道划分成三个轴向通道区域，并至少部分地沿轴向通道的轴向方向延伸。尤其地，各自的轴向通道中的各自的冷却肋在轴向通道的整个长度上延伸。第一、第二和第三辐板被构造成使得它们从轴向通道的器壁径向向内延伸并在共同的中心内相遇。这三个辐板例如可以是一样长，或者也可以具有不同的长度。尤其地，也可以是三个辐板中的仅两个辐板一样长。

根据本发明的优选实施方式，轴向通道具有用于流体封闭的器件。例如，轴向通道的流体封闭通过叠片组的粘接来实现。根据另外的示例，轴向通道的流体封闭通过插入物或嵌件来实现，它们是流体密封的并且与各自的轴向通道的几何形状相匹配，因此被与之对应地构造。例如，插入物应被理解为在周侧封闭的软管或在各自的轴向通道中的套管。

根据本发明的优选实施方式，轴向通道具有用于形成湍流的器件。冷却剂中产生的湍流可以导致散热的提高并因此导致改善的冷却。用于形成湍流的器件优选被构造为在轴向通道中的突起部和/或压痕。此外，通过拧转或交错的转子叠片组的部段可以在轴向通道中构成棱边，这些棱边可以产生附加的湍流。用于形成湍流的另外的几何形状和/或轮廓也是能想到的。

根据本发明的优选实施方式，轴向通道被布置在转子上的磁体的区域中。尤其地，磁体至少部分地构造在轴向通道之间。优选地，轴向通道至少部分或完全与叠片组中的磁体邻接。例如，在具有相对较高的温度生成的对温度而言关键的磁体上布置有更多和/或更大的轴向通道，以便更强烈地冷却这些磁体，尤其是使这些磁体排出更多的热量。轴向通道布置得越靠近转子的生成热的部件，热效应链就越低，并且冷却效率就越高。

例如，各自的端部盘中的至少一个分配通道和至少一个返回通道分别呈I形或呈Y形地构成。呈I形构成的分配通道或返回通道具有基本上线性的几何形状，并且尤其是构造为直槽，其优选从端部盘的内周径向向外延伸。与之相对地，呈Y形构成的分配通道或返回通道具有基本上线性的几何形状，在该几何形状上向一侧延伸出两个另外的线性的几何形状，它们径向向外越来越远离对方。优选地，至少一个分配通道和至少一个返回通道的呈I形或呈Y形的几何形状可以至少部分地通过另外的几何形状来补充，以便使另外的轴向通道在流体技术上耦合。

此外，本发明涉及用于驱动机动车辆的电机，电机包括根据本发明的转子。电机要么单独使用，要么与另外的电机或内燃机组合使用以用于驱动机动车辆。例如，电机被设立成用于驱动机动车辆的车桥。

附图说明

在下文中，将参照附图更详细地解释本发明的优选实施例，其中，相同的元件设有相同的附图标记。其中：

图1示出仅部分示出的根据本发明的电机的示意性透视图；

图2示出根据图1的电机的示意性的纵剖面图；

图3示出根据图1和图2的电机的两个端部盘和仅部分示出的转子的示意性透视图；

图4a示出根据第一实施例的两个彼此构造相同的端部盘之一的示意性透视图；

图4b示出根据第二实施例的两个彼此构造相同的端部盘之一的示意性透视图；

图5示出根据图1至图3的电机的示意性横截面图；以及

图6示出穿过转子的叠片组中的优选构成的轴向通道的示意性横截面图。

具体实施方式

根据图1，仅部分示出的根据本发明的电机1包括相对壳体固定的定子17和能转动运动的转子2，转子布置在定子17之内并在当前被定子17遮盖，因此不可见。在图1中，从转子2只能看到其中构造有冷却通道4的转子轴3。

根据图2，根据图1的电机1以纵剖面示出，其中，转子2在当前在剖平面中是可见的。转子2包括转子轴3和布置在转子轴3上的叠片组5。转子轴3具有冷却通道4，其中，冷却剂穿流过冷却通道4以冷却转子轴3。此外，叠片组5具有多个轴向通道8，它们与转子轴3中的冷却通道4在流体技术上连接用于冷却转子2。为此，在叠片组5的端侧并且与转子轴3同轴地布置有第一和第二端部盘6、7。

作为在各自的端部盘6、7的指向叠片组5的端面中的凹陷部地，在周向侧分布地构造有多个分配通道9。分配通道9被用于将来自冷却通道4的冷却剂引入到轴向通道8中。此外，在各自的端部盘6、7的指向叠片组5的端面中同样作为凹陷部地，在周向侧分布地构造有多个返回通道16。返回通道16被用于使冷却剂从轴向通道8中流出。

根据图1和图2，定子17朝两个端侧具有从定子17的端侧伸出的绕组头18。这些绕组头18在两侧分别被三个冷却剂射束19喷洒并由此进行冷却，其中，在当前仅示出了三个冷却剂射束19中的两个。冷却剂经由转子轴3中的冷却通道4流入到第一和第二端部盘6、7上的分配通道9中。分配通道9将冷却剂导引到构造在叠片组5中的轴向通道8中。冷却剂经由各自的端部盘6、7中的返回通道16从轴向通道8经由各自的出流口11排出。针对冷却剂的出流口11由各自的端部盘6、7的各自的返回通道16中的端侧的开口12形成。这些开口12被设立成用于以有针对性且可控的方式将冷却剂喷射到电机1的部件上，在当前喷射到定子17的绕组头18上，以便对其进行冷却。为此，在各自的开口12中布置有各自的闸口20，闸口调整冷却剂流，尤其是轴向通道8中的通过量和压力。

在图3中，定子17、转子2的转子轴3和叠片组5被隐藏起来，其中，仅示出了两个端部盘6、7、构造在叠片组5中的轴向通道8和构造在转子轴3中的冷却通道4。在各自的端部盘6、7的周向上分布地交替布置有分配通道9和返回通道16，其中，在当前，在第二端部盘7上示出了来自返回通道16中的开口12的变尖的三股冷却剂射束19。由于是透视图，在第一端部盘6中的返回通道16处只能看到三个冷却剂射束19中的两个。此外，由于是透视图，第二端部盘7中的分配通道9和返回通道16是不可见的。

图4a示出了根据图3的第一端部盘6的放大透视图。电机1的两个端部盘6、7构造相同并且在装配状态下在叠片组5的端侧上沿周向方向相互间拧转了60°地布置。由于设计相同，对第一端部盘6的图示和解释也适用于第二端部盘7。分配通道9和返回通道16交替地以及环绕地在周向方向上分布地构造为各自的端部盘6、7的指向叠片组5的端面中的凹陷部。因此，在流体技术上与之相连的轴向通道8也在转子2的周向上环绕分布地构造在叠片组5中(参见图3)。冷却剂在周向方向上交替地从第一和第二端部盘6、7涌流向轴向通道8，以便在转子2的周向上调整出均匀的温度分布。各个分配通道9和各个返回通道16基本上呈Y形地构成，其中，各个分配通道9和各个返回通道16同时与多个轴向通道8在流体技术上连接。针对冷却剂的入流口10被构造为在各自的端部盘6、7的内周上的端侧的凹陷部。入流口10呈环形地构成并且与所有三个分配通道9在流体技术上连接。与之相对地，针对冷却剂的出流口11由三个返回通道16中的各自的返回通道中的各自的端侧的开口12构成。冷却剂通过各自的开口12喷射到电机1的部件上。在各自的开口12中容纳有用于调整冷却剂射束19的流率和几何形状的各自的闸口20。

根据图4b示出了针对端部盘6、7的另外的实施方式。端部盘6、7的该实施方式具有针对分配通道9和返回通道16简化了的几何形状。在电机1的装配状态下，彼此构造相同的端部盘6、7沿周向方向彼此间拧转了60°地布置在叠片组5的端侧上。分配通道9和返回通道16交替地以及环绕地在周向方向上分布地被构造为各自的端部盘6、7的指向叠片组5的端面中的凹陷部，从而使冷却剂在周向方向上交替地从第一和第二端部盘6、7涌流向轴向通道8，以便在转子2周向上调整出均匀的温度分布。各个分配通道9和各个返回通道16基本上呈I形地构成，其中，各个分配通道9和各个返回通道16同时与多个轴向通道8在流体技术上连接。针对冷却剂的入流口10构造为在各自的端部盘6、7的内周上的端侧的凹陷部。入流口10呈环形地构成并与所有三个分配通道9在流体技术上连接。与之相对地，针对冷却剂的出流口11由三个返回通道16中的各自的返回通道中的各自的端侧的开口12构成。冷却剂通过各自的开口12喷射到电机1的部件上。

图5示出了穿过根据图1至图3的电机1的转子2的横截面。根据该优选的实施方式，在转子2的叠片组5中布置有18个磁体15。由设有附图标记的三个磁体15构成的图案在周向方向上均等地重复五次。此外，根据该优选的实施方式，转子2的叠片组5中布置有42个轴向通道8，其中，由设有附图标记的七个轴向通道8构成的图案在周向方向上均等地重复五次。在当前，在各两个轴向通道8之间分别布置有三个细长地构成的磁体15。各三个细长地构成的磁体15在一起基本上形成三角形，其中，在各自的三角形的中心内分别布置有具有圆形以及更大横截面积的轴向通道8。这些轴向通道8在磁体15区域中的布置能够实现对转子2有效的冷却。冷却剂经由构造在转子轴3中的冷却通道4和构造在端部盘6、7中的分配通道9被引入到轴向通道8中并经由端部盘6、7的返回通道16中的开口12被喷射到定子17的绕组头18上。

图6示出了转子2的叠片组5中的轴向通道8的优选实施方式。这当前，在轴向通道8中构造有冷却肋13以改善散热。冷却肋13具有第一、第二和第三辐板14a、14b、14c，其中，这三个辐板14a、14b、14c将轴向通道8划分成三个轴向通道区域。冷却肋13沿轴向通道8的轴向方向延伸并且像轴向通道8的与叠片组5邻接的器壁一样具有用于流体封闭的器件。因此，没有冷却剂可以沿径向方向经由叠片组5从轴向通道8离开。可选地、但在此未示出地，在轴向通道8中、优选在冷却肋13上构造有用于形成湍流的器件。

附图标记列表

1 电机

2 转子

3 转子轴

4 冷却通道

5 叠片组

6 第一端部盘

7 第二端部盘

8 轴向通道

9 分配通道

10 入流口

11 出流口

12 开口

13 冷却肋

14a 第一辐板

14b 第二辐板

14c 第三辐板

15 磁体

16 返回通道

17 定子

18 绕组头

19 冷却剂射束

20 闸口

Claims (15)

1.用于电机(1)的转子(2)，所述转子包括：转子轴(3)，所述转子轴具有构造在所述转子轴(3)之内的并能被冷却剂穿流过的至少一个冷却通道(4)；以及布置在所述转子轴(3)上的叠片组(5)，其中，所述叠片组(5)轴向上布置在布置于所述转子轴(3)上的第一与第二端部盘(6、7)之间，其特征在于，所述叠片组(5)具有多个轴向通道(8)用于引导冷却剂通过所述转子(2)，其中，为了冷却剂的流入，所述轴向通道(8)与各自的端部盘(6、7)中的至少一个分配通道(9)在流体技术上连接，其中，为了冷却剂的流出，所述轴向通道(8)与相应另一端部盘(7、6)中的至少一个返回通道(16)在流体技术上连接，并且其中，各自的端部盘(6、7)中的至少一个分配通道(9)与所述转子轴(3)上的至少一个冷却通道(4)在流体技术上连接。

2.根据权利要求1所述的转子(2)，其特征在于，在各自的端部盘(6、7)的内周上构造有针对冷却剂的入流口(10)，其中，所述入流口(10)与所述至少一个分配通道(9)在流体技术上连接。

3.根据权利要求1或2所述的转子(2)，其特征在于，针对冷却剂的流出口(11)由各自的端部盘(6、7)的返回通道(16)中的至少一个端侧的开口(12)形成。

4.根据权利要求3所述的转子(2)，其特征在于，所述至少一个开口(12)被设立成用于使冷却剂喷射到所述电机(1)的部件上。

5.根据权利要求3或4所述的转子(2)，其特征在于，所述至少一个开口(12)被设立成用于容纳闸口(20)。

6.根据前述权利要求中任一项所述的转子(2)，其特征在于，所述至少一个分配通道(9)和所述至少一个返回通道(16)分别构造为各自的端部盘(6、7)的指向所述叠片组(5)的端面中的凹陷部。

7.根据前述权利要求中任一项所述的转子(2)，其特征在于，所述轴向通道(8)在所述转子(2)的周向上环绕分布地构造在所述叠片组(5)中。

8.根据前述权利要求中任一项所述转子(2)，其特征在于，所述轴向通道(8)被设立成使得冷却剂交替地从所述第一和第二端部盘(6、7)涌流向轴向通道，以便在所述转子(2)的周向上调整出均匀的温度分布。

9.根据前述权利要求中任一项所述的转子(2)，其特征在于，在所述轴向通道(8)中构造有用于散热的冷却肋(13)。

10.根据权利要求9所述的转子(2)，其特征在于，各自的冷却肋(13)具有第一、第二和第三辐板(14a、14b、14c)，其中，这三个辐板(14a、14b、14c)将所述轴向通道(8)划分成三个轴向通道区域，并至少部分地沿所述轴向通道(8)的轴向方向延伸。

11.根据前述权利要求中任一项所述转子(2)，其特征在于，所述轴向通道(8)具有用于流体封闭的器件。

12.根据前述权利要求中任一项所述转子(2)，其特征在于，所述轴向通道(8)具有用于形成湍流的器件。

13.根据前述权利要求中任一项所述转子(2)，其特征在于，所述轴向通道(8)布置在转子(2)上的磁体(15)的区域中。

14.根据前述权利要求中任一项所述转子(2)，其特征在于，在各自的端部盘(6、7)中的至少一个分配通道(9)和至少一个返回通道(16)分别呈I形或呈Y形地构成。

15.用于驱动机动车辆的电机(1)，所述电机包括根据前述权利要求中任一项所述的转子(2)。

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