CN215772945U - 便携式摩擦纳米发电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种便携式摩擦纳米发电机，所述便携式摩擦纳米发电机包括轴、套筒、驱动组件和发电组件，套筒套设在轴上，套筒可绕轴的周向方向转动，驱动组件与套筒相连，用以驱动套筒转动，发电组件包括定子、转子、多个电极和摩擦片，定子设在轴上，转子设在套筒上，转子与定子在轴的轴向间隔设置，多个电极设在转子朝向定子的侧面上，或多个电极设在定子朝向转子的侧面上，多个电极沿轴的周向间隔设置，摩擦片设在定子朝向转子的侧面上，或摩擦片设在转子朝向定子的侧面上。本实用新型的便携式摩擦纳米发电机具有结构简单，使用方便，工作频率高等优点。

Description

便携式摩擦纳米发电机

技术领域

本实用新型涉及发电机领域，具体地，涉及一种便携式摩擦纳米发电机。

背景技术

以摩擦起电和静电感应相耦合为原理的纳米摩擦发电机(TENG)被认为是一种将低频机械能转化为电能的优秀方案，其具有重量轻、成本低、易于兼容的优点。

相关技术中，纳米摩擦发电机工作频率较低，导致输出功率低。

实用新型内容

本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本实用新型的实施例提出一种结构紧凑，便于携带，工作效率高的便携式摩擦纳米发电机。

根据本实用新型实施例的便携式摩擦纳米发电机包括：轴；套筒，所述套筒套设在所述轴上，所述套筒可绕所述轴的周向方向转动；驱动组件，所述驱动组件与所述套筒相连，用以驱动所述套筒转动；发电组件，所述发电组件包括：定子，所述定子设在所述轴上；转子，所述转子设在所述套筒上，所述转子可随所述套筒同步转动，所述转子与所述定子在所述轴的轴向间隔设置；多个电极，多个所述电极设在所述转子朝向所述定子的侧面上，或多个所述电极设在所述定子朝向所述转子的侧面上，多个所述电极沿所述轴的周向间隔设置；摩擦片，所述摩擦片设在所述定子朝向所述转子的侧面上，或所述摩擦片设在所述转子朝向所述定子的侧面上，在所述转子转动时，所述摩擦片和所述电极发生相对滑动，以便通过所述摩擦片和所述电极产生摩擦并产生电流。

本实用新型实施例的便携式摩擦纳米发电机，通过发电组件和驱动组件的设置，使得转子迅速的转动，提高了发电组件的发电效率，从而提高了便携式摩擦纳米发电机的利用率。

在一些实施例中，所述驱动组件包括绳子，所述绳子的一端系在所述套筒上，所述绳子的至少部分缠绕在所述套筒上。

在一些实施例中，所述发电组件包括第一发电单元和第二发电单元，所述第一发电单元和所述第二发电单元的每一者包括所述定子、所述转子、所述电极和所述摩擦片，所述第一发电单元和所述第二发电单元沿所述轴的轴向间隔设置。

在一些实施例中，所述第一发电组件的定子设在所述轴的第一端，所述第一发电组件的转子设在所述套筒的第一端，所述第二发电组件的定子设在所述轴的第二端，所述第二发电组件的转子设在所述套筒的第二端。

在一些实施例中，在所述轴的径向投影面上，所述第一发电单元内的电极和所述第二发电单元内的电极重合，所述第一发电单元内的摩擦片和所述第二发电单元内的摩擦片重合。

在一些实施例中，所述定子上设有多个凹槽，多个所述凹槽设在所述定子与所述转子相对的侧面上，多个所述凹槽沿所述轴的周向间隔设置，多个所述电极包括第一电极和第二电极，所述第一电极设在所述凹槽内，所述第二电极设在所述定子上，且位于相邻的所述凹槽之间，所述摩擦片设在所述转子的侧面上。

在一些实施例中，所述便携式摩擦纳米发电机还包括：第一电极环，所述第一电极环设在所述定子上，所述第一电极和所述第二电极沿所述第一电极环的外周面间隔设置，所述第一电极环的外周面与所述第一电极接触，所述第一电极环的外周面与所述第二电极间隔设置；第二电极环，所述第二电极环设在所述定子上，所述第一电极和所述第二电极沿所述第二电极环的内周面间隔设置，所述第二电极环的内周面与所述第二电极接触，所述第二电极环的内周面与所述第二电极间隔设置。

在一些实施例中，所述便携式摩擦纳米发电机还包括第一导线和第二导线，所述第一导线与所述第一电极相连，所述第二导线与所述第二电极相连。

在一些实施例中，所述便携式摩擦纳米发电机还包括垫片，所述垫片穿设在所述轴上且位于所述定子和所述转子之间，用于调整所述定子和所述转子之间的距离。

在一些实施例中，所述便携式摩擦纳米发电机还包括轴承，所述轴承设在所述套筒和所述轴之间。

附图说明

图1是本实用新型便携式摩擦纳米发电机的结构示意图。

图2是本实用新型便携式摩擦纳米发电机的爆炸图。

图3是本实用新型便携式摩擦纳米发电机的定子的结构示意图。

图4是本实用新型便携式摩擦纳米发电机的转子的结构示意图。

图5是本实用新型便携式摩擦纳米发电机的转子的侧视图。

图6是本实用新型便携式摩擦纳米发电机安装外部载荷的结构示意图。

图7是本实用新型便携式摩擦纳米发电机的输出电路示意图。

附图标记：

便携式摩擦纳米发电机100；

套筒1；轴2；发电组件3；定子31；凹槽311；第一通孔3111；第二通孔3112；转子32；电极33；第一电极331；第二电极332；摩擦片34；第一发电单元35；第二发电单元36；驱动组件4；第一电极环6；第二电极环7；第一垫片8；第二垫片9；轴承10；第一螺母101；第二螺母102。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

下面参考附图描述根据本实用新型的便携式摩擦纳米发电机。

如图1-5所示，根据本实用新型实施例的便携式摩擦纳米发电机100，包括套筒1、轴2、发电组件3和驱动组件4。

套筒1套设在轴2上，套筒1可绕轴2的轴向方向转动。具体地，如图1-2所示，轴2穿设在套筒1内，且轴2的左右两端伸出套筒1外，套筒1可绕其周向方向转动。

发电组件3包括定子31、转子32、多个电极33和摩擦片34。

定子31设在轴2上。由此，定子31固定在轴2上，且随轴2同步运动。

转子32设在套筒1上，转子32可随套筒1同步转动，转子32与定子31在轴2的轴向(如图1所示，左右方向)间隔设置。具体地，如图1所示，转子32和定子31之间设有间隙，且间隙大小为0.3mm左右。

多个电极33设在转子32朝向定子31的侧面上，或多个电极33设在定子31朝向转子32的侧面上，多个电极33沿轴2的周向间隔设置。

摩擦片34设在定子31朝向转子32的侧面上，或摩擦片34设在转子32朝向定子31的侧面上，在转子32转动时，摩擦片34和电极33发生相对滑动，以便通过摩擦片34和电极33产生摩擦并产生电流。具体地，多个电极33和摩擦片34可根据实际情况进行设置，例如：多个电极33可设在定子31的侧面上，摩擦片34可设在转子32的侧面上，或多个电极33可设在转子32的侧面上，摩擦片34设在定子31的侧面上。

驱动组件4与套筒1相连，用以驱动套筒1转动。由此，通过驱动组件4使得发电组件3中的转子32转动，带动摩擦片34和电极33发生相对转动，使得电极33和摩擦片34产生异种电荷，当摩擦片34与另一个电极33接触时，将产生电荷转移产生电流。

根据本发明人研究发现：纳米摩擦发电机的激励方式都是像雨滴下落或者潮汐能、人的走路动作这样的低频运动，导致纳米摩擦发电机工作频率较低，输出功率低。

根据本实用新型实施例的便携式摩擦纳米发电机100，通过发电组件3和驱动组件4的设计，通过驱动组件4带动转子32高速转动，使得摩擦片34与电极33发生相对转动产生源源不断地电流，使得驱动组件4的机械能转变为电能，提高了便携式摩擦纳米发电机100的工作频率和发电效率，且驱动组件4与套筒1直接相连，减小了机械能的损失，提高了能量的利用率。

在一些实施例中，驱动组件4包括绳子，绳子的一端系在套筒1上，且绳子的至少部分缠绕在套筒1上。由此，通过拉动绳子带动套筒1转动，带动摩擦片34和电极33发生相对相对转动，从而使得电极33与摩擦片34发生相互转动，使得摩擦片34和电极33产生电流。

可以理解的是，绳子为双股绳，绳子末端的绳圈通过胶水固定在套筒1上。驱动组件4不限于此，例如：驱动组件4也可以为手柄，手柄与套筒1的一端相连，通过摇动手柄带动套筒1转动，从而使得便携式摩擦纳米发电机100发电。

在一些实施例中，发电组件3包括第一发电单元35和第二发电单元36，第一发电单元35和第二发电单元36的每一者包括定子31、转子32、电极33和摩擦片34，第一发电单35元和第二发电单元36沿轴2的轴向间隔设置。由此，通过第一发电单元35和第二发电单元36提高了便携式摩擦纳米发电机100的发电效率，使得便携式摩擦纳米发电机100设置的更加合理。

在一些实施例中，第一发电组件35的定子31设在轴2的第一端(如图1-2所示，轴2的左端)，第一发电组件35的转子32设在套筒1的第一端(如图1-2所示，套筒1的左端)，第二发电组件36的定子31设在轴2的第二端(如图1-2所示，轴2的右端)，第二发电组件36的转子32设在套筒1的第二端(如图1-2所示，套筒1的右端)。

具体地，如图1-2所示，第一发电组件35的定子31设在轴2的左端，第一发电组件35的转子32设在套筒1的左端，第二发电组件36的定子31设在轴2的右端，第二发电组件36的转子32设在套筒1的右端，第一发电组件35的定子31和第二发电组件36的转子32设在第一发电组件35的定子31和第二发电组件36的定子31之间，绳子的末端固定在套筒1的中部。由此，通过第一发电单元35、第二发电单元36、套筒1和轴2形成类似于yoyo球结构，使用者可根据yoyo球的玩法，将绳子的一部分缠绕在套筒1上，通过拉动绳子带动套筒1转动，带动摩擦片34与电极33发生相对转动，从而产生电流以供外部载荷使用。

在一些实施例中，在轴2的径向投影面上，第一发电单元35内的电极33和第二发电单元36内的电极33重合，第一发电单元35内的摩擦片34和第二发电单元36内的摩擦片34重合。

具体地，第一发电单元35的电极33与第二发电单元36的电极33在左右方向上相对，第一发电单元35内的摩擦片34和第二发电单元36内的摩擦片34在左右方向上相对，由此使得第一发电单元35和第二发电单元36产生的电流方向一致，电流强度相同，从而使得第一发电单元35产生的电流和第二发电单元36产生的电流可以相互叠加，进一步加强了便携式摩擦纳米发电机100的发电效率，提高了便携式摩擦纳米发电机100的工作频率。

在一些实施例中，定子31上设有多个凹槽311，多个凹槽311设在定子31与转子32相对的侧面上，多个凹槽311沿轴2的周向间隔设置，多个电极33包括第一电极331和第二电极332，第一电极331设在凹槽311内，第二电极332设在定子31上，且位于相邻的凹槽311之间，摩擦片34设在与定子31相对的转子32的侧面上。

具体地，如图3所示，定子31上与转子32相对的侧面上设有多个凹槽311，多个凹槽311沿轴2的周向间隔设置，且第一电极331设在凹槽311内，第二电极332设在定子31上，且位于相邻的第一电极331之间，使得第一电极331和第二电极332沿轴2的周向间隔一一交替设置。由此，通过凹槽311使得第一电极331和第二电极332分成两部分，防止第一电极331和第二电极332相互接触而造成短路。而且，由于第一电极331和第二电极332沿轴2的周向间隔交替设置，当转子32转动时，将摩擦片34随转子32转动，使得摩擦片34依次与第一电极331和第二电极332进行相对运动，从而产生源源不断的产生电流，保证了便携式摩擦纳米发电机100的发电效率。

在一些实施例中，便携式摩擦纳米发电机100还包括第一电极环6和第二电极环7。

第一电极环6设在定子31上，第一电极331和第二电极332设在第一电极环6的外周面，第一电极环6的外周面与第一电极331接触，第一电极环6的外周面与第二电极332沿第一电极环6的径向间隔设置。具体地，如图3所示，第一电极环6为圆环，第一电极环6的半径较小，第一电极331设在第一电极环6的外周面上，且第一电极331与第一电极环6的外周面相接触，第二电极332与第一电极环6不接触。由此，使得第一电极331和第一电极环6形成一个整体，使得多个第一电极331通过第一电极环6串联，从而方便收集第一电极331产生的电流。

第二电极环7设在定子31上，第一电极331和第二电极332设在第二电极环7的内周面，第二电极环7的内周面与第二电极332接触，第二电极环7的内周面与第二电极332沿第二电极环7的径向间隔设置。具体地，如图3所示，第二电极环7为圆环，第二电极环7的半径较大，多个第二电极332设在第二电极环7的内周面上，且第二电极332与第二电极环7的内周面相接触，第一电极331与第二电极环7不接触。由此，使得第二电极332和第二电极环7形成一个整体，使得多个第二电极332通过第二电极环7串联，方便收集第一电极331产生的电流。

可以理解的是，第一电极环6和第一电极环6的形状不限于此，第一电极环6和第二电极环7也可以为多边形环。

在一些实施例中，第一电极环6、第二电极环7、第一电极331和第二电极332均为双层导电铜箔胶带。转子32和定子31均为聚甲基丙烯酸甲酯圆盘，摩擦片34为氟化乙烯丙烯共聚物薄膜或氟化乙烯丙烯共聚物，套筒1和轴2为不锈钢材料。由此，使得第一发电单元3和第二发电单元4设置的更加合理。

在一些实施例中，便携式摩擦纳米发电机100还包括第一导线(图中未示意出)和第二导线(图中未示意出)，第一导线与第一电极331相连，第二导线与第二电极332相连。具体地，如图1-3所示，凹槽311的底面设有第一通孔3111，相邻的凹槽311之间的定子31上设有第二通孔3112，第一导线穿过第一通孔3111与第一电极331相连，第二导线穿过第二通孔3112与第二电极332相连。由此，可将便携式摩擦纳米发电机100产生的电能通过第一导线和第二导线输送给外部载荷，从而给外部载荷进行供电。

可以理解的是，可在定子31上安装蓄电池，将第一导线和第二导线对蓄电池进行充电，从而使得便携式摩擦纳米发电机100具有充电宝的功能，提高了便携式摩擦纳米发电机100的使用效率。

在一些实施例中，摩擦片32的数量与第一电极331和第二电极332的数量相同，在转子32转动时，摩擦片34与最多只能与一个第一电极331和一个第二电极332接触，防止摩擦片34同时与两个第一电极331或者两个第二电极332同时接触，从而导致短路。

在一些实施例中，便携式摩擦纳米发电机100还包括垫片，垫片穿设在轴2上且位于定子31和转子32之间，用于调整定子31和转子32之间的距离。具体地，如图1-2所示，垫片包括第一垫片8和第二垫片9，第一垫片8穿设在轴2上，且位于第一发电单元35的定子31和转子32之间，第二垫片9穿设在轴2上，且位于第二发电单元36的定子31和转子32之间。由此，通过第一垫片8调整第一发电单元35的定子31和转子32之间的距离，第二垫片9调整第二发电单元36的定子31和转子32之间距离，使得便携式摩擦纳米发电机100设置的更加合理。

在一些实施例中，便携式摩擦纳米发电机100还包括轴承10，轴承10设在套筒1和轴2之间，以便套筒1流畅的转动。具体地，轴承10包括第一轴承和第二轴承，第一轴承设在第一套筒1的左端，第二轴承设在第二套筒1的右端，且第一轴承和第二轴承的外圈与套筒1的内周面过盈配合，第一轴承和第二轴承的内圈与轴2的外周面过盈配合。由此，通过第一轴承和第二轴承起支撑和减小摩擦的作用，使得轴2和套筒1相互独立互不影响，防止套筒1带动轴2转动，保证了便携式摩擦纳米发电机100发电效率。

在一些实施例中，便携式摩擦纳米发电机100还包括第一螺母101和第二螺母102。

第一螺母101设在轴2的第一端(如图2所示，轴的左端)，第二螺母设在转轴2的第二端(如图2所示，轴的右端)，且第一发电单元35和第二发电单元36设在第一螺母和第二螺母之间。具体地，如图2所示，第一螺母101设在第一发电组件35的定子31的左侧且与轴2螺纹配合，第二螺母102设在第二发电组件36的定子31的右侧且与轴2螺纹配合。由此，将第一发电组件35的定子31和第二发电组件36的定子31安装在轴2上。

根据本实用新型实施例描述携式摩擦纳米发电机工作原理：

如图6-7所示，当使用者需要进行发电时候，将绳子缠绕在套筒1上，拉动绳子带动套筒1转动，从而带动摩擦片34与第一电极331发生相对转动，摩擦片34与电极33的表面将会由于摩擦生电产生异种电荷，其中摩擦片34上带有负电荷，第一电极331上带有正电荷，由于摩擦片34(聚四氟乙烯薄膜)的绝缘性能，电荷将在其表面停留从而保持电势差，转子32持续转动，使得摩擦片34与第二电极332接触，摩擦片34上的电荷将发生电荷转移，从而产生输出电流，当电荷转移完毕后，第一电极331和第二电极332上的电流为零，由于第一电极331和第二电极332一一交替间隔设置在定子31上，由此，转子32在转动的过程中，摩擦片34不断的与第一电极331和第二电极332交替产生摩擦，产生连续的交流电，从而驱动外部负载工作。

可以理解的是，本实用新型携式摩擦纳米发电机100在发电的过程中，可采用yoyo球的玩法进行使用发电，即拉动绳子的一端使得携式摩擦纳米发电机100向下甩，从而使得携式摩擦纳米发电机向yoyo球一样转动，从而使得使用者可以一遍进行玩耍，一边进行发电，或者一手拿定子31，一手拉绳子时其发电，使得携式摩擦纳米发电机100使用更加灵活。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实用新型中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种便携式摩擦纳米发电机，其特征在于，包括轴、套筒、发电组件和驱动组件，所述套筒套设在所述轴上，所述套筒可绕所述轴的周向方向转动，所述驱动组件与所述套筒相连，用以驱动所述套筒转动，所述发电组件包括：

定子，所述定子设在所述轴上；

转子，所述转子设在所述套筒上，所述转子可随所述套筒同步转动，所述转子与所述定子在所述轴的轴向间隔设置；

多个电极，多个所述电极设在所述转子朝向所述定子的侧面上，或多个所述电极设在所述定子朝向所述转子的侧面上，多个所述电极沿所述轴的周向间隔设置；

摩擦片，所述摩擦片设在所述定子朝向所述转子的侧面上，或所述摩擦片设在所述转子朝向所述定子的侧面上，在所述转子转动时，所述摩擦片和所述电极发生相对滑动，以便通过所述摩擦片和所述电极产生摩擦并产生电流。

2.根据权利要求1所述的便携式摩擦纳米发电机，其特征在于，所述驱动组件包括绳子，所述绳子的一端系在所述套筒上，所述绳子的至少部分缠绕在所述套筒上。

3.根据权利要求1所述的便携式摩擦纳米发电机，其特征在于，所述发电组件包括第一发电单元和第二发电单元，所述第一发电单元和所述第二发电单元的每一者包括所述定子、所述转子、所述电极和所述摩擦片，所述第一发电单元和所述第二发电单元沿所述轴的轴向间隔设置。

4.根据权利要求3所述的便携式摩擦纳米发电机，其特征在于，所述第一发电组件的定子设在所述轴的第一端，所述第一发电组件的转子设在所述套筒的第一端，

所述第二发电组件的定子设在所述轴的第二端，所述第二发电组件的转子设在所述套筒的第二端。

5.根据权利要求4所述的便携式摩擦纳米发电机，其特征在于，在所述轴的径向投影面上，所述第一发电单元内的电极和所述第二发电单元内的电极重合，

所述第一发电单元内的摩擦片和所述第二发电单元内的摩擦片重合。

6.根据权利要求1-5中任一所述的便携式摩擦纳米发电机，其特征在于，所述定子上设有多个凹槽，多个所述凹槽设在所述定子与所述转子相对的侧面上，多个所述凹槽沿所述轴的周向间隔设置，

多个所述电极包括第一电极和第二电极，所述第一电极设在所述凹槽内，所述第二电极设在所述定子上，且位于相邻的所述凹槽之间，所述摩擦片设在所述转子的侧面上。

7.根据权利要求6所述的便携式摩擦纳米发电机，其特征在于，还包括：

第一电极环，所述第一电极环设在所述定子上，所述第一电极和所述第二电极沿所述第一电极环的外周面间隔设置，所述第一电极环的外周面与所述第一电极接触，所述第一电极环的外周面与所述第二电极间隔设置；

第二电极环，所述第二电极环设在所述定子上，所述第一电极和所述第二电极沿所述第二电极环的内周面间隔设置，所述第二电极环的内周面与所述第二电极接触，所述第二电极环的内周面与所述第二电极间隔设置。

8.根据权利要求7所述的便携式摩擦纳米发电机，其特征在于，还包括第一导线和第二导线，所述第一导线与所述第一电极相连，所述第二导线与所述第二电极相连。

9.根据权利要求1-5中任一所述的便携式摩擦纳米发电机，其特征在于，还包括垫片，所述垫片穿设在所述轴上且位于所述定子和所述转子之间，用于调整所述定子和所述转子之间的距离。

10.根据权利要求1-5中任一所述的便携式摩擦纳米发电机，其特征在于，还包括轴承，所述轴承设在所述套筒和所述轴之间。

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