ES2856299T3 - Método para bobinar piñones y dispositivo de asistencia de bobinado - Google Patents
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Abstract
Método para bobinar los dientes de bobinado (2) del rotor o estator (1) de una máquina eléctrica, en cuyo método se coloca un dispositivo de ayuda al bobinado (3) en al menos una cara de extremo del rotor o el estator (1), dicha cara se ubica en la dirección axial (X), y se conecta de manera desmontable al rotor o estator (1), en donde los dientes de bobinado (2) y el dispositivo de ayuda al bobinado (3) se bobinan luego con un alambre de bobinado, preferentemente mediante el uso de la tecnología de bobinado de agujas, en donde el alambre de bobinado se desvía en la región del dispositivo de ayuda al bobinado (3), y en donde el dispositivo de ayuda al bobinado (3) se retira después de que el rotor o estator se ha bobinado, en donde el dispositivo de ayuda al bobinado (3) comprende un una pluralidad de elementos de guía de alambre (30), en donde a cada diente de bobinado (2) a bobinar se le asigna un elemento de guía de alambre (30), en donde el rotor o estator (1) es un rotor externo o estator externo y en donde el elemento de guía de alambre (30) tiene una porción de continuación del diente de bobinado (34) que se diseña de manera que continúa el diente de bobinado (2) en la dirección axial (X), en donde el dispositivo de ayuda al bobinado (3) no se extiende por ello hacia el interior del rotor o el estator (1).
Description
DESCRIPCIÓN
Método para bobinar piñones y dispositivo de asistencia de bobinado
La invención se refiere a un método para bobinar los dientes de bobinado de un rotor o estator de una máquina eléctrica, y a un dispositivo de ayuda al bobinado, en particular para su uso en dicho método.
Se usan dos técnicas diferentes para bobinar núcleos laminados ranurados internamente, como los que se usan para los rotores o estatores. El documento US 2008 201 935 A1 describe una versión de la técnica de la estera enrollada. En preparación, los alambres se doblan en esteras de bobinado y se unen. Para rotores o estatores externos, se colocan en plantillas y se insertan como un bobinado completo con las plantillas en el interior del rotor o estator, con algunos de los bobinados que se encuentran en las ranuras del rotor o estator. Luego, la plantilla se tuerce de acuerdo con la especificación del bobinado y luego se inserta el segundo lote de bobinados desde la plantilla en las ranuras correspondientes del rotor o estator. Para evitar una torsión excesiva de los alambres durante el proceso de torsión, que puede causar daños, pueden acoplarse ayudas para doblar los dientes individuales. Estas ayudas para doblar evitan que los alambres se doblen demasiado en los bordes afilados de los dientes de los polos. A continuación, vuelven a retirarse las ayudas para doblar. Puede prescindirse de dichas ayudas para doblar si el entrelazado tiene lugar antes de que las esteras de bobinado se inserten en el rotor o estator, de manera que la plantilla puede usarse simplemente al insertar los bobinados en el rotor o estator.
A menudo se usa preferiblemente la tecnología de bobinado de agujas. En este proceso, el portagujas se mueve a través del núcleo laminado y coloca el alambre en la ranura particular a medida que se mueve. Las tapas de extremos plásticos se usan generalmente en las caras de los extremos del núcleo laminado para colocar el alambre en el cabezal de bobinado y para aislar los formadores de bobinas del núcleo laminado. Las tapas de extremos plásticos deben absorber las fuerzas del alambre y, por lo tanto, están provistas de los espesores de pared requeridos, por lo que las máquinas eléctricas enrolladas de esta manera requieren una gran cantidad de espacio de instalación. Además, tales tapas de extremos plásticos también se enrollan cuando se enrollan los núcleos laminados. Por lo tanto, permanecen en el rotor o estator y ocupan espacio de instalación adicional. Además, el uso de discos terminales tiene como resultado desventajas debido a las diferentes longitudes de alambre de diferentes fases, que tienen un efecto negativo sobre la densidad de potencia de las diferentes fases de una máquina eléctrica. El documento DE 10 2014 009 799 A1 describe un método con un dispositivo de ayuda al bobinado que está dispuesto de forma reversible. En este caso, el dispositivo de ayuda al bobinado se fija para bobinar mediante un mecanismo de sujeción encerrado por el núcleo laminado y, después del enrollado, se retira de la máquina eléctrica aflojando el mecanismo de sujeción.
Este dispositivo de ayuda al bobinado se diseña para múltiples ranuras, por lo que el dispositivo de ayuda al bobinado puede usarse para un solo espacio entre ranuras y un ancho de bobina fijo a la vez.
El documento US 3184173 A describe un dispositivo de ayuda al bobinado en el que, de acuerdo con el esquema de bobinado, se disponen elementos de retención en determinados dientes de los polos, mediante los cuales los alambres son guiados directamente en las ranuras, en la extensión axial de los dientes de los polos. Los elementos de retención evitan que los alambres se salgan de los dientes de los polos durante el bobinado. Después de bobinar, los elementos de retención se retiran nuevamente. Los anillos de apriete, mediante los cuales se fijan los elementos de retención al rotor o al estator, tienen una plantilla de disposición de manera que cada dispositivo de ayuda al bobinado se fija en un esquema de bobinado específico.
STENZEL P Y OTROS: “Needle winding for distributed round-wire-windings without the use of insulation disks,” 2014 4TA CONFERENCIA INTERNATIONAL DE PRODUCCIÓN DE ACCIONAMIENTOS ELÉCTRICOS (EDPC), IEEE, 30 de septiembre de 2014 (2014-09-30) describe un dispositivo de ayuda al bobinado, por lo cual el dispositivo de ayuda al bobinado se fija a las caras extremas del estator mediante un dispositivo de sujeción, el dispositivo de sujeción se extiende al interior del estator. 1
El problema abordado por la invención es el de proporcionar un dispositivo de ayuda al bobinado y un método de bobinado asociado que no tengan limitaciones con respecto al diseño del esquema de bobinado.
Este problema se resuelve mediante un método para bobinar los dientes de bobinado del rotor o estator de una máquina eléctrica de acuerdo con las características de la reivindicación 1 y un dispositivo de ayuda al bobinado de acuerdo con las características de la reivindicación 5. Pueden encontrarse modalidades ventajosas en las respectivas reivindicaciones dependientes.
La invención propone un método para bobinar los dientes de bobinado del rotor o estator de una máquina eléctrica, en el que se coloca un dispositivo de ayuda al bobinado en la cara de extremo del rotor o el estator, cuya cara se coloca en la dirección axial, y se conecta de forma desmontable al rotor o el estator. A continuación, los dientes de bobinado y el dispositivo de ayuda al bobinado se bobinan con un alambre de bobinado, preferiblemente mediante el uso de la tecnología de bobinado de agujas, el alambre de bobinado se desvía en la región del dispositivo de ayuda
al bobinado y el dispositivo de ayuda al bobinado se retira después de que el rotor o el estator haya sido completamente bobinado. En el método de acuerdo con la invención, el rotor o el estator es un rotor externo o un estator externo. El dispositivo de ayuda al bobinado comprende una pluralidad de elementos de guía de alambre, asignándose a cada diente de bobinado a bobinar un elemento de guía de alambre y el elemento de guía de alambre tiene una porción de continuación del diente de bobinado que se diseña de manera que continúa el diente de bobinado en la dirección axial. De este modo, el dispositivo de ayuda al bobinado no se extiende al interior del rotor o del estator.
Debido al hecho de que un dispositivo de ayuda al bobinado está unido a cada diente de bobinado, las ranuras entre los dientes de bobinado permanecen abiertas y puede implementarse cualquier esquema de bobinado deseado, sin limitaciones mediante el dispositivo de ayuda al bobinado. Mediante el método así obtenido, pueden formarse rotores o estatores que tienen una geometría de cabezal de bobinado diferente en comparación con los rotores o estatores bobinados manualmente. Los rotores o estatores de bobinado a máquina de acuerdo con la invención se caracterizan por el hecho de que el alambre de bobinado tiene más bordes o esquinas en la región del cabezal de bobinado que en el caso de los rotores o estatores de bobinado manual, en los que el alambre de bobinado tiene forma elíptica o contornos circulares en la región del cabezal de bobinado. Por tanto, los rotores o estatores bobinados de acuerdo con el método según la invención pueden reconocerse por la geometría angular de los bucles de alambre del cabezal de bobinado, que se desvía claramente de la forma elíptica o circular.
En una modalidad preferente del método, se usa un elemento de guía de alambre cuya anchura, transversalmente a la dirección axial, es menor o igual que la anchura del diente de bobinado asociado en la región de su extremo libre en la dirección radial. En este caso, la anchura de la ranura entre los dientes de bobinado no se restringe por el dispositivo de ayuda al bobinado y las orejetas de bobinado que sobresalen de los dientes de bobinado en la dirección axial son más delgadas.
En otra forma de modalidad preferente del método, el dispositivo de ayuda al bobinado, en particular cada elemento de guía de alambre, se fija al rotor o al estator mediante al menos un pasador o perno o, en general, mediante un elemento de seguridad, por ejemplo, una placa de fijación que puede, por ejemplo, atornillarse al rotor o al estator, antes de bobinar. Se usa un pasador o perno o elemento de seguridad para fijar cada elemento de guía de alambre, cuya suma constituye el dispositivo de ayuda al bobinado, al rotor o estator de manera que las fuerzas transversales que ocurren durante el bobinado no provoquen el desplazamiento de los elementos de guía de alambre individuales en la dirección circunferencial, lo que podría provocar una interrupción del proceso de bobinado.
En una forma de modalidad particularmente preferente del método, el dispositivo de ayuda al bobinado, en particular cada elemento de guía de bobinado, se separa del rotor o del estator y se retira después del bobinado al retirar el pasador, el perno o el elemento de seguridad. Las orejetas salientes de los bobinados quedan al descubierto y posteriormente se disponen de manera que el producto se vuelva más compacto.
La invención también se refiere a un dispositivo de ayuda al bobinado que se usa en el método, que comprende al menos un elemento de guía de alambre que tiene al menos una porción de continuación del diente de bobinado que se extiende en una dirección axial para el contacto de la cara de extremo con el diente de bobinado de un rotor o estator y para la continuación axial del diente de bobinado, al estar dispuesta la porción de continuación del diente de bobinado en un primer lado del elemento de guía de alambre. El dispositivo de ayuda al bobinado comprende además al menos una porción de desviación de alambre que está dispuesta en un segundo lado del elemento de guía de alambre que está opuesto al primer lado del elemento de guía de alambre y que tiene un rebaje de recepción de alambre cuya dirección de profundidad se extiende perpendicularmente hacia la dirección axial (X) en una dirección radial (R), el rebaje de recepción de alambre está abierto hacia fuera en la dirección radial.
En una modalidad preferente, la porción de continuación del diente de bobinado tiene, en el extremo de la misma que está alejado de la porción de contacto, una porción que asciende oblicuamente hacia fuera en la dirección radial (R) y alejándose de la porción de contacto. Esto da como resultado más espacio para maniobrar al guiar el alambre a través de una boquilla de salida de alambre, y el bobinado puede realizarse con mayor precisión.
De acuerdo con la invención, se dispone una pluralidad de porciones de desviación de alambre entre la porción de contacto y el extremo del elemento de guía de alambre opuesto a la porción de contacto.
Como alternativa, las porciones de desviación de alambre están dispuestas de manera que estén mutuamente desplazadas en la dirección radial (R).
Como alternativa, la porción de desviación de alambre más cercana a la porción de contacto está dispuesta más hacia fuera en la dirección radial (R) y el desplazamiento radial de las porciones de desviación de alambre hacia el extremo libre en la dirección axial (X) disminuye sucesivamente.
La invención se explicará en más detalle a continuación con referencia a las figuras y algunas modalidades.
La Figura 1- es una vista en perspectiva de un rotor o estator con dispositivos de ayuda al bobinado que se colocan sobre el mismo.
La Figura 2- es una vista seccional de la disposición en la Figura 1.
La Figura 3- muestra el detalle ampliado A de la Figura 1.
La Figura 4- muestra una opción para asegurar el dispositivo de ayuda al bobinado al rotor o al estator.
La Figura 5- es una vista en perspectiva de un elemento de guía de alambre.
La Figura 6- es una vista en sección de un elemento de guía de alambre que se coloca sobre un diente de bobinado.
La Figura 7- es una vista detallada parcial de acuerdo con la Figura 2 de un componente que ha sido completamente bobinado de acuerdo con el método según la invención, después de que se retiró la herramienta de bobinado.
La Figura 8- es una vista detallada parcial de acuerdo con la Figura 2 de un componente que ha sido completamente bobinado de acuerdo con un método manual convencional, después de que se retiró la herramienta de bobinado.
La Figura 1 es una vista en perspectiva de un rotor o estator 1, que se muestra abierto por un cuarto con fines ilustrativos. La pieza en bruto aún sin bobinar consiste en un anillo de dientes de bobinado 2 entre los cuales se encuentran las ranuras de bobinado. Los dispositivos de ayuda al bobinado 3 se colocan en los extremos del rotor o el estator 1 en la dirección axial (X), los elementos de guía de alambre individuales 30 contactan el diente de bobinado pertinente 2 con la porción de contacto 33. En esta modalidad, el dispositivo de ayuda al bobinado 3 se fija, entre otras cosas, por un elemento de seguridad que se diseña en este caso como un anillo de seguridad 11 que está atornillado rígidamente a un anillo receptor 10 (no mostrado en la parte izquierda de la figura) en el ejemplo mostrado. Los respectivos anillos receptores 10 se aseguran a un marco de soporte 12 y aseguran el asiento del dispositivo de ayuda al bobinado 3.
La vista en sección de la Figura 2 muestra algunos detalles de la disposición de la Figura 1 de una manera más clara. Los dispositivos de ayuda al bobinado 3, que comprenden al menos un elemento de guía de alambre 30, están previstos en los extremos axiales del rotor o el estator 1.
El elemento de guía de alambre 30 tiene una porción de continuación del diente de bobinado 34 con una porción de contacto 33 mediante la cual el elemento de guía de alambre 30 entra en con el diente de bobinado 2, y una porción 35 que se eleva oblicuamente y está dispuesta en la parte exterior en la dirección axial X. Además, una serie de porciones de desviación de alambre 31, 32 están dispuestas sobre los elementos de guía de alambre 30 que se encuentran fuera en la dirección radial R. Estas porciones de desviación de alambre 31, 32 comprenden rebajes de recepción de alambre 31 y nervios 32 de recepción de alambre que bordean los mismos. Las porciones de desviación de alambre 31, 32 se disponen de manera que estén mutuamente desplazadas en la dirección radial R, al disminuir sucesivamente el desplazamiento radial desde el diente de bobinado 2 en la dirección axial alejándose del rotor o el estator 1.
El dispositivo de ayuda al bobinado 3 se asegura preferentemente a un anillo receptor 10 mediante un anillo de seguridad circunferencial 11 y, por lo tanto, se asegura contra el desplazamiento. El anillo de seguridad 11 no tiene que diseñarse en una sola pieza; el anillo de seguridad 11 puede de todas formas constar de una pluralidad de segmentos circulares, que pueden facilitar el montaje y desmontaje del anillo de seguridad 12.
El detalle que se indica por A en la Figura 1 se muestra de forma ampliada en la Figura 3. Una serie de elementos de guía de alambre 30, de los cuales solo se muestran algunas porciones de desviación de alambre 31, 32 con los rebajes de recepción de alambre 31 y los nervios 32 dispuestos entre ellos, están dispuestos en un anillo receptor 10 en el rotor o el estator 1. Para fijar la posición de los elementos de guía de alambre 30, se introducen pasadores o pernos 4 en el anillo receptor 10, contra los cuales se apoyan los pasadores o pernos de los elementos de guía de alambre 30.
Para este propósito, puede hacerse una ranura de contacto 36 (no se muestra en la figura) en el nervio axialmente más interno 32. Esta disposición puede asegurarse mediante un anillo de seguridad 11 (no se muestra aquí) que se fija mediante tornillos que se atornillan en los orificios roscados 14 en el anillo receptor 10.
La Figura 4 muestra un dispositivo de ayuda al bobinado 3 que se coloca sobre el rotor o el estator 1 y comprende una pluralidad de elementos de guía de alambre 3. Sobre el nervio 32 de los elementos de guía de alambre 30 más cercano al rotor o el estator 1, el anillo de seguridad 11 con una serie de orificios 13 descansa sobre el anillo receptor 10, que recibe los pasadores o pernos 4 y tiene orificios roscados 14. El anillo de seguridad 11 y, por tanto, el dispositivo de ayuda al bobinado 3 se fijan mediante tornillos que se atornillan a través de los orificios 13 en los orificios roscados 14 a ras con ellos.
El dispositivo de ayuda al bobinado 3 se diseña para retirarse hacia el interior del rotor o el estator 1, después del bobinado, al retirar los elementos de guía de alambre 30 de esta manera.
La Figura 5 muestra una modalidad del elemento de guía de alambre 30 con una serie de porciones de desviación de alambre 31, 32, en las que el desplazamiento radial de los rebajes de recepción de alambre 31 disminuye sucesivamente desde abajo hacia arriba (en la dirección X ). La disminución se selecciona de manera que la longitud del alambre de los devanados sea siempre la misma. Una ranura de contacto 36 mediante la cual el elemento de guía de alambre 30 se fija al pasador o perno 4 está hecha en el nervio inferior 32 del elemento de guía de alambre 30. El fondo 37 de los rebajes de recepción de alambres 37 puede ser plano. Sin embargo, en una modalidad preferente, este fondo 37 también puede ser curvo o arqueado. Esto permite que el alambre se adapte mejor a la forma de la parte inferior del rebaje de recepción de alambre 31 durante el bobinado y, si es necesario, reduce la fuerza de tracción durante el bobinado.
La Figura 6 es una vista en sección de un elemento de guía de alambre 30 que descansa sobre un rotor o estator 1 mediante la porción de contacto 33. Un pasador o perno 4 que encaja en la ranura de contacto 36 del elemento de guía de alambre 30 se inserta en el anillo receptor 10. El anillo de seguridad con la conexión roscada no se muestra aquí por razones de claridad.
Mediante el uso del dispositivo de ayuda al bobinado 3 puede enrollarse un rotor o estator 1 de forma más compacta, ya que el dispositivo de ayuda al bobinado 3 puede retirarse después del bobinado, al reducir así el volumen requerido en los extremos axiales del rotor o estator 1 en la región de los cabezales de bobinado. El diseño modular del dispositivo de ayuda al bobinado 3 permite su uso en diferentes circunstancias y no solo para un tipo de rotor o estator. Esto hace que el proceso de bobinado sea más rentable y simplifica el almacenamiento.
Las Figuras 7 y 8 muestran los cabezales de bobinado después de retirar la herramienta de bobinado de acuerdo con el método según la invención (Figura 7) y según el método manual convencional (Figura 8). En ambos casos puede verse un bucle de alambre 5 que se extiende por parte de la cara de extremo del cuerpo bobinado. En el método de acuerdo con la invención, queda un bucle de alambre 5 después de retirar la herramienta de bobinado, al tener el bucle bordes o esquinas 5a claramente reconocibles. Por el contrario, el método convencional de acuerdo con la Figura 8 proporciona un cabezal de bobinado redondo del bucle de alambre pertinente 5 sin esquinas ni bordes. Debido a esto, un producto que se ha bobinado de acuerdo con el método según la invención puede reconocerse claramente por la geometría del cabezal de bobinado.
Lista de signos de referencia
1 Rotor o estator
2 Dientes de bobinado
3 Dispositivo de ayuda al bobinado
4 Pasador o perno
10 Anillo receptor
11 Anillo de seguridad
12 Marco de soporte
13 Orificio
14 Orificio con rosca
30 Elemento de guía de alambre
31 rebaje de recepción de alambre
32 Nervio
31, 32 Porción de desviación de alambre
33 Porción de contacto
34 Porción de continuación del diente de bobinado
35 Porción ascendente oblicua
36 Ranura de contacto
37 Parte inferior del rebaje de recepción de alambre
R Dirección radial
X Dirección axial
Claims (6)
- REIVINDICACIONESi. Método para bobinar los dientes de bobinado (2) del rotor o estator (1) de una máquina eléctrica, en cuyo método se coloca un dispositivo de ayuda al bobinado (3) en al menos una cara de extremo del rotor o el estator (1), dicha cara se ubica en la dirección axial (X), y se conecta de manera desmontable al rotor o estator (1), en donde los dientes de bobinado (2) y el dispositivo de ayuda al bobinado (3) se bobinan luego con un alambre de bobinado, preferentemente mediante el uso de la tecnología de bobinado de agujas, en donde el alambre de bobinado se desvía en la región del dispositivo de ayuda al bobinado (3), y en donde el dispositivo de ayuda al bobinado (3) se retira después de que el rotor o estator se ha bobinado, en donde el dispositivo de ayuda al bobinado (3) comprende un una pluralidad de elementos de guía de alambre (30), en donde a cada diente de bobinado (2) a bobinar se le asigna un elemento de guía de alambre (30), en donde el rotor o estator (1) es un rotor externo o estator externo y en donde el elemento de guía de alambre (30) tiene una porción de continuación del diente de bobinado (34) que se diseña de manera que continúa el diente de bobinado (2) en la dirección axial (X), en donde el dispositivo de ayuda al bobinado (3) no se extiende por ello hacia el interior del rotor o el estator (1).
- 2. El método de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque se usa un elemento de guía de alambre (30) cuyo ancho, transversalmente a la dirección axial (X), es menor o igual que el ancho del diente de bobinado asociado (2) en la región de su extremo libre en la dirección radial (R).
- 3. El método de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque el dispositivo de ayuda al bobinado (3), en particular cada elemento de guía de alambre (30), se fija al rotor o al estator (1) mediante al menos un pasador o perno (4) o elemento de seguridad, en particular elemento de sujeción, antes de bobinar.
- 4. El método de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizado porque el dispositivo de ayuda al bobinado (3), en particular cada elemento de guía de alambre (30), se retira del rotor o estator (1) después del bobinado al retirar el pasador o perno (4) o el elemento de seguridad.
- 5. El dispositivo de ayuda al bobinado (3), en particular para su uso de acuerdo con un método de las reivindicaciones anteriores, comprende al menos un elemento de guía de alambre (30) que tiene al menos una porción de continuación del diente de bobinado (34) que se extiende en una dirección axial (X) para el contacto de la cara de extremo con el diente de bobinado (2) de un rotor o estator (1) y para la continuación axial del diente de bobinado (2), en donde la porción de continuación del diente de bobinado (34) está dispuesta en un primer lado del elemento de guía de alambre (30), cuyo lado está dispuesto en una extensión axial directa del diente de bobinado (2) y radialmente dentro del elemento de guía de alambre (30), dicho elemento que tiene también al menos una porción de desviación de alambre (31, 32) que está dispuesta en un segundo lado del elemento de guía de alambre (30) que está radialmente hacia fuera opuesto al primer lado del elemento de guía de alambre (30) y que tiene un rebaje de recepción de alambre (31) que se ubica entre los nervios (32), la dirección de profundidad de cuyo rebaje se extiende perpendicularmente a la dirección axial (X) en una dirección radial (R), en donde el rebaje de recepción de alambre (31) se abre hacia fuera en la dirección radial, al tener dicho elemento también una porción de contacto (33) para el contacto con la cara de extremo de un rotor o estator (1), en donde se crea una ranura de contacto (36) en el nervio inferior (32) del elemento de guía de alambre (30), cuyo nervio entra en con el rotor o estator (1), por medio de cuya ranura el elemento de guía de alambre (30) se fija a un pasador o al perno (4) y el dispositivo de ayuda al bobinado (3) pueden retirarse después del bobinado, en donde una pluralidad de porciones de desviación de alambre (31, 32) se disponen entre la porción de contacto (33) y el extremo del elemento de guía de alambre (30) opuesta a la porción de contacto, y en donde las porciones de desviación de alambre (31, 32) están dispuestas de manera que estén mutuamente desplazadas en la dirección radial (R) o la porción de desviación de alambre (31, 32) más cercana a la porción de contacto (33) esté dispuesta más hacia fuera en la dirección radial (R) y el desplazamiento radial hacia el extremo libre del elemento de guía de alambre en la dirección axial (X) disminuye sucesivamente.
- 6. El dispositivo de ayuda al bobinado (3) de acuerdo con la reivindicación 5, caracterizado porque la porción de continuación del diente de bobinado (34) presenta, en su extremo alejado de la porción de contacto (33), una porción (35) que asciende oblicuamente hacia fuera en la dirección radial (R) y alejándose de la porción de contacto.
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