JP2005020978A - 磁力によるエネルギー活用装置、およびエネルギー活用システム - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は磁石や電磁石を用いて外部からのエネルギーを最小にして駆動力を得ることと運動エネルギーを活用することを課題とする。
【解決手段】
本発明は高効率なエネルギー活用装置、エネルギー活用システムとして、運動エネルギーを蓄積する上で、外部からのエネルギーを最小にして、磁石や電磁石を用い磁力を活用し高効率なフライホイールとして、運動エネルギーの減衰を防ぐことと、磁力を活用したフライホイールにおいて一定方向に回転し推進力を得て、フライホイールを高速回転させ慣性力により運動エネルギーを得て、エネルギーを効果的に変換し、蓄積し、必要時に発電し電気エネルギーを得ることが出来る。単なる剛体のフライホイールを駆動する運動エネルギーに比較し少ない運動エネルギーにより、より効果的に蓄積するフライホイールとして用いることを可能とする。
【選択図】 図５

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁石、電磁石を単独及び併用して、磁力の活用によるエネルギー活用装置、およびエネルギー活用システムに関する技術であって、電気、風力、エンジン、その他のエネルギーの変換に対して効率的に活用に関する技術分野である。
【０００２】
【従来の技術】近年、エネルギーの蓄積方法として、フライホイールを用いた方法が注目されつつある。
例えば、電気エネルギーを用いて、電動機でフライホイールの剛体を高速回転させ慣性力により運動エネルギーをえて、エネルギーを蓄積し、必要時に発電し電気エネルギーを得る。この場合、剛体のフライホイールの回転による運動エネルギーの損失を極端に抑えるために磁気浮上する方法が注目されて来ている。
この場合、特に、運動エネルギー損失を防ぐために磁気浮上に超伝導体を採用する方法がある。
しかし、具体的な実現にはこれからの課題が多い。超伝導材料は進展中であり、実用時の規模と経済性、普及性に解決すべき課題が多い。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は磁石や電磁石を用いて外部からのエネルギーを最小にして、エネルギーを効果的に変換し、蓄積し、発電することである。
最近は希土類等の極めて磁気特性の良い磁石がある。
ここで、電気エネルギーを用いた電動機等でフライホイールを高速回転させ慣性力により運動エネルギーを得て、エネルギーを蓄積し、必要時に発電し電気エネルギーを得る場合において、磁力を活用してフライホイール自体を磁力浮上させて運動エネルギーの減衰を防ぐことと、磁力を活用したフライホイールの回転体と固定体において一定方向に回転し推進力を得て運動エネルギーを得られやすくすることにある。
具体的には、フライホイールとして回転体の磁石の磁極と固定体の磁石間が同極で対峙することにより反発力を得ることが基本である。
さらに、各回転体のある磁石と固定体のある磁石が対峙し重なり、強い反発力により、各磁力の磁気分布により反発して押し上げのける力の作用により浮上力と推進力の作用を発生させる。また各磁力の磁力線により反発して押し戻す力の作用を減らす。回転体に搭載した複数の磁石の群と、固定体に搭載した複数の磁石の群とにおいて、磁力相互における磁極間の反発浮上力による運動エネルギーの方向の総和が一定の回転方向となるように磁力を用いた回転体とする。
さらに回転体が特定な場所に停止しないように、相対的において可能な限り可及的に同一組み合わせ、同一位相とならないように配置する。
この磁力の活用による回転体をフライホイールとして用い、電気、風力、エンジン、その他のエネルギーの変換に対して効率的に活用する上で、エネルギー活用装置、およびエネルギー活用システムとする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために、第１発明は、エネルギー活用装置において、磁石または超伝導コイルなどの電磁石さらには磁性体を搭載した回転体と、磁石または超伝導コイルなどの電磁石さらには磁性体を搭載した固定体とを設け、回転体と固定体に搭載した磁石または超伝導コイルなどの電磁石さらには磁性体において、各磁石または超伝導コイルなどの電磁石さらには磁性体のいずれかが回転時に対峙するとき、互いに一方の磁力と他方の磁力とにより磁気浮上させるような位置に配置し、磁力を用いた該回転体をフライホイールとしたことを特徴とする。
【０００５】
第２発明は、エネルギー活用装置において、磁石または超伝導コイルなどの電磁石さらには磁性体を搭載した回転体と、磁石または超伝導コイルなどの電磁石さらには磁性体を搭載した固定体とを設け、回転体と固定体に搭載した磁石または超伝導コイルなどの電磁石さらには磁性体において、各磁石または超伝導コイルなどの電磁石さらには磁性体のいずれかが、互いに回転し対峙したとき、相互の磁力による推進力の作用を持たせ、磁力相互における磁極間の反発力による運動エネルギーの方向の総和が一定の推進方向となるように磁力を用いた回転体とし、磁力を用いた該回転体をフライホイールとしたことを特徴とする。
【０００６】
第３発明は、エネルギー活用装置において、各磁石または超伝導コイルなどの電磁石さらには磁性体のいずれかが、互いに回転し対峙したとき、相互の磁力による推進力と磁気浮上させる作用を持たせ、磁力相互における磁極間の反発浮上力による運動エネルギーの方向の総和が一定の推進方向となるように磁力を用いた回転体とし、磁力を用いた該回転体をフライホイールとしたことを特徴とする。
【０００７】
第４発明は、エネルギー活用装置において、回転体の複数の磁石または超伝導コイルなどの電磁石さらには磁性体と、固定体の複数の磁石または超伝導コイルなどの電磁石さらには磁性体との各位置を、相対的において可及的に同一組み合わせ、同一位相とならないように配置し、磁力相互における磁極間の反発力による運動エネルギーの方向の総和が一定の推進方向となるように磁力を用いた回転体とし、磁力を用いた該回転体をフライホイールとしたことを特徴とする。
【０００８】
第５発明は、エネルギー活用装置において、回転体と固定体の一部は磁気浮上専用の磁石または超伝導コイルなどの電磁石さらには磁性体とし、回転体と固定体の他の一部には各磁力相互における磁極間の反発力による運動エネルギーの方向の総和が一定の推進方向となるように磁力を活用した専用の複数の磁石または超伝導コイルなどの電磁石さらには磁性体とし、磁力を用いた該回転体をフライホイールとしたことを特徴とする。
【０００９】
第６発明は、エネルギー活用装置において、複数の磁石または超伝導コイルなどの電磁石さらには磁性体を搭載した回転体と、複数の磁石または超伝導コイルなどの電磁石さらには磁性体などを搭載した固定体とにおいて、各々の磁石または超伝導コイルなどの電磁石さらには磁性体を非磁性体に搭載し、磁力を用いた該回転体をフライホイールとしたことを特徴とする。
【００１０】
第７発明は、エネルギー活用装置において、各種の回転体と固定体との対を多段に組み合わせて、磁力相互における磁極間の反発浮上力による運動エネルギーの方向の総和が一定の推進方向となるように磁力を用いた回転体とし、磁力を用いた該回転体をフライホイールとしたことを特徴とする。
【００１１】
第８発明は、エネルギー活用装置において、回転体の風損を減ずるように低気圧の状態としたことを特徴とする。
【００１２】
第９発明は、エネルギー活用システムにおいて、磁力を用いた該回転体をフライホイールとしたことを特徴とするエネルギー活用装置の構成とし、外部動力により運動エネルギーを蓄積し、必要に応じて、蓄積した運動エネルギーを電気エネルギーに変換することを特徴とする。
【００１３】
第１０発明は、エネルギー活用システムにおいて、磁力を用いた該回転体をフライホイールとしたことを特徴とするエネルギー活用装置の構成とし、蓄積されたフライホイールの運動エネルギーにより電気エネルギーとして発電するとともに、該発電した電気エネルギーを、必要に応じて電動機により運動エネルギーとして蓄積するフライホイールに戻す構成としたことを特徴とする。
【００１４】
【実施の形態】
以下、この発明の実施形態の図面を参照してエネルギー活用装置を例に説明する。
図１、図２は本発明のエネルギー活用装置における磁力の作用の一例を示す説明図である。
例えば、磁石または超伝導コイルなどの電磁石さらには磁性体を搭載した回転体１とし、磁石または超伝導コイルなどの電磁石さらには磁性体を搭載した固定体２とを設け、回転体１に搭載した各磁石または超伝導コイルなどの電磁石さらには磁性体１０２、１０２、−−−−−−−−−−−−−の群と、固定体２に搭載した各磁石または超伝導コイルなどの電磁石さらには磁性体２０１、２０２、−−−−−−−−−−−−−の群とにおいて、互いに同一磁極（Ｎ）を向け、一方の磁力線と他方の磁力線とは、回転時に各磁石または超伝導コイルなどの電磁石さらには磁性体のいずれかが対峙し重なったとき、互いに離反し反発力、浮上力として作用するような位置に配置してある。係る磁気浮上させておく構成によって、回転体１はエネルギー活用装置におけるフライホイールとして使用される。回転体１のフライホイールの運動エネルギー（機械的摩擦）の損失を減じて、回転体１のフライホイールによるエネルギー蓄積・活用装置としての運動エネルギーの消耗を減ずることを可能されうる。
【００１５】
さらに、図２においては、回転体１の各磁石または超伝導コイルなどの電磁石さらには磁性体１０１、１０２、−−−−−−−−−−−−−と、固定体２における各磁石または超伝導コイルなどの電磁石さらには磁性体２０１、２０２、−−−−−−−−−−−−−とが、各個々に接近するとき、互いに同極が接近することになり一方の磁力線と他方の磁力線とは、互いに離反し反発力が作用し、押し戻す逆回転方向の作用が働く。
また、回転体１の各磁石または超伝導コイルなどの電磁石さらには磁性体１０１、１０２、−−−−−−−−−−−−−と、固定体２における各磁石または超伝導コイルなどの電磁石さらには磁性体２０１、２０２、−−−−−−−−−−−−−とが、各個々に対峙して離れるとき、互いに同極が離れることになり一方の磁力線と他方の磁力線とは、互いに離反し反発力が作用し、推進力として押し進め正回転方向の作用が働く。
このために、特に、接近する回転体１の各磁石または超伝導コイルなどの電磁石さらには磁性体１０１、１０２、−−−−−−−−−−−−−と、固定体２における各磁石または超伝導コイルなどの電磁石さらには磁性体２０１、２０２、−−−−−−−−−−−−−とにおける各コーナーの強い磁力線密度を緩和する形状の例を示してある。
【００１６】
図３は本発明のエネルギー活用装置における磁力の作用の他の一例を示す説明図である。
磁石または超伝導コイルなどの電磁石さらには磁性体１０１、１０２、−−−−−−−−−−−−−を搭載した回転体１と、磁石または超伝導コイルなどの電磁石さらには磁性体２０１、２０２、−−−−−−−−−−−−−を搭載した固定体２との間において、回転体１に搭載した各磁石または超伝導コイルなどの電磁石さらには磁性体１０１、１０２、−−−−−−−−−−−−−の群と、固定体２に搭載した各磁石または超伝導コイルなどの電磁石さらには磁性体２０１、２０２、−−−−−−−−−−−−−の群とにおいて互いに同一磁極（Ｎ）を向けてあり、且つ、少なくともいずれか一方の群は他方の群に対して、互いに進行方向に狭く反対方向に広くした角度を持たせて設定されている。
よって、互いに移動し対峙し重なったときに、各磁力の磁力線は離反し、反発し、強い反発力により、押し上げのける力の作用により反発浮上力と推進力の作用を発生される。
また、回転体１の各磁石または超伝導コイルなどの電磁石さらには磁性体１０１、１０２、−−−−−−−−−−−−−と、固定体２における各磁石または超伝導コイルなどの電磁石さらには磁性体２０１、２０２、−−−−−−−−−−−−−とが、各個々に接近するとき、異磁極の一部が接近する角度に設定してある。このとき僅かであるが一方の磁力線と他方の磁力線とは互いに結合し吸引力が作用し、推進力としての回転方向の作用が働く。
従って、磁力相互における磁極間の反発浮上力と推進力による運動エネルギーの方向の総和が一定の回転方向となるように磁力が作用した回転体となる。
【００１７】
さらに、回転体１の磁石または超伝導コイルなどの電磁石さらには磁性体１０１，１０２、−−−−−−−−−−−−−と、固定体２の磁石または超伝導コイルなどの電磁石さらには磁性体２０１、２０２、との相対的位置において、可及的に、特定な場所に停止しないように、同一組み合わせ、同一位相の間隔、位置とならないように、間隔を順次ずらしたり、ランダムに配置し、各磁力相互における磁極間の反発力、または吸引力による運動エネルギーの方向の総和が一定の回転方向となるように磁力を作用されうる。
【００１８】
また、回転体と固定体の一部には、磁気浮上専用の磁石または超伝導コイルなどの電磁石さらには磁性体として配置して浮上力を維持し、
回転体と固定体の他の一部には、推進力専用の磁石または超伝導コイルなどの電磁石さらには磁性体として配置して各磁力相互における磁極間の反発力による運動エネルギーの方向の総和が一定の推進方向となるように磁力を用いた該回転体をフライホイールとして作用されうる。
【００１９】
また、磁石または超伝導コイルなどの電磁石さらには磁性体を搭載した回転体１と、磁石または超伝導コイルなどの電磁石さらには磁性体などを搭載した固定体２とにおいて、各々の磁石または超伝導コイルなどの電磁石さらには磁性体を非磁性体に搭載し、上術の各磁力線による磁力の相互作用に必要な磁路、磁気分布を形成さられる。
非磁性体に搭載することにより、各磁力相互の作用を強調される。
非磁性体はステンレス、アルミ、銅、プラスチックス、カーボン繊維等を目的に応じ組み合わせて使用可能とされ得る。
【００２０】
また、各種の回転体１と固定体２の組み合わせを並列に多段に形成して、より磁力の活用による運動エネルギーの方向の総和が一定の回転方向となるように磁力による効果を強調することが出来る。
【００２１】
また、回転体１において、気密な場所、部屋、筐体等を設けて（図示せず）、回転体１における風損を減ずるように低気圧の状態とすることにより、運動エネルギーの減衰を低減することを可能とされうる。
【００２２】
図４は本発明のエネルギー活用装置の一例を示す説明図である。
図４において、エネルギー活用装置Ａは、磁石または超伝導コイルなどの電磁石さらには磁性体を搭載した回転体１、１’、１”と、磁石または超伝導コイルなどの電磁石さらには磁性体を搭載した固定体２、２’、２”とがある。回転体１’、１’、２’は、固定体２、２’、２”と、軸Ｂと、軸受Ｃとによって磁気浮上して支えられている。回転体１’、１’、２’はエネルギー活用装置Ａのフライホイールとして使用される。
【００２３】
図５、図６は本発明のエネルギー活用システムの一例を示す説明図である。
図５において、エネルギー活用装置Ａには入力動力機Ｄと、出力動力機Ｅを結合した構成例である。
図６の例において、エネルギー活用装置Ａには入力動力機Ｄ、Ｄ’と、出力動力機Ｅを結合し、さらに動力源Ｆ、負荷装置Ｇ、外部エネルギー蓄積装置Ｈ、変換・切替装置Ｉが接続されている。
係る構成において、例えば、入力動力機Ｄを電動機として使用し、出力動力機Ｅを発電機として使用して、余剰電力で、動力源（電源）Ｆより電気エネルギーを電動機に供給し、電動機によりエネルギー活用装置Ａにおける回転体１’、１’、１”のフライホイールを高速回転し、磁気浮上力、磁気推進力により効率よく回転し維持される。すなわち、本発明によるフライホイールである回転体１等、固定体２等の効果を取り入れたエネルギー活用装置Ａとすることにより、単なる剛体のフライホイールを駆動する運動エネルギーに比較して、浮上推進力を伴い、少ない運動エネルギーにより、より効果的に運動エネルギーを蓄積するフライホイールとして用いることを可能とされ得る。
【００２４】
また、必要に応じて、フライホイールに蓄積された運動エネルギーを発電機としての出力動力機Ｅから電気エネルギーとして負荷装置Ｇに電力を供給されうる。
【００２５】
さらにまた、必要に応じて、得られる電気エネルギーを外部エネルギー蓄積装置Ｈとしてバッテリーに蓄電されうる。
【００２６】
さらにまた、外部エネルギー蓄積装置Ｈのバッテリーに蓄電された電力を変換・切替装置Ｉであるインバーターに接続されている。この電気エネルギーを入力動力機Ｄである電動機に供給し、再び運動エネルギーとして蓄積されうる。
なお、必要に応じて、エネルギー活用装置Ａの直接出力動力機Ｅから、変換・切替装置Ｉで切替えて、入力動力機Ｄを経てエネルギー活用装置Ａにエネルギーを循環することも可能である。
【００２７】
他の実施例として、図６の例において、エネルギー活用装置Ａには入力動力機Ｄ、Ｄ’と、出力動力機Ｅを結合し、さらに動力源Ｆ、負荷装置Ｇ、外部エネルギー蓄積装置Ｈ、変換・切替装置Ｉが接続されている。
係る構成において、例えば、入力動力機Ｄを電動機、入力動力機Ｄ’をエンジンとして使用し、エネルギー活用装置Ａにおけるフライホイールを高速回転し、磁気浮上力、磁気推進力により効率よく回転し維持される。フライホイールに蓄積された運動エネルギーを直接的に負荷装置Ｇに供給され駆動される。
また時には、フライホイールに蓄積された運動エネルギーを発電機としての出力動力機Ｅから、得られる電気エネルギーを外部エネルギー蓄積装置Ｈとしてのバッテリーに蓄電されうる。
さらに必要に応じて、電気エネルギーを電動機に供給してエネルギー活用装置Ａにおけるフライホイールにより運動エネルギーを得て負荷装置Ｇに供給され駆動され得る。
【００２８】
これらは、エネルギー活用システムとして、必要に応じて、電気エネルギーからフライホイールの運動エネルギーに蓄積し、さらには電気エネルギーに蓄積し、蓄積された運動エネルギーから電気エネルギーとして発電し出力して供給したり、必要に応じて、運動エネルギーからフライホイールの運動エネルギーに蓄積し、さらには電気エネルギーに蓄積し、蓄積された運動エネルギーから負荷を駆動したりする、ハイブリット形のエネルギー活用システムとして利用されうる。
【００２９】
また、本発明のエネルギー活用装置を遠心分離機に組み込むことにより、磁力による運動エネルギーとして効率よく活用を可能とされうる。
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は高効率なエネルギー活用装置、エネルギー活用システムとして、運動エネルギーを蓄積する上で、外部からのエネルギーを最小にして、磁石や電磁石を用い磁力を活用し高効率なフライホイールとして、運動エネルギーの減衰を防ぐことと、磁力を活用したフライホイールにおいて一定方向に回転し推進力を得て、フライホイールを高速回転させ慣性力により運動エネルギーを得て、エネルギーを効果的に変換し、蓄積し、必要時に発電し電気エネルギーを得ることが出来る。
磁力の活用による回転体としてのフライホイールにより、電気、風力、エンジン、その他のエネルギーを変換しエネルギー蓄積し、さらに蓄積したエネルギーを発電、負荷駆動、その他のエネルギーとして変換し活用する上で、エネルギー活用装置、およびエネルギー活用システムにより効率的に活用される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明においてエネルギー活用装置における磁力の活用説明図。
【図２】本発明においてエネルギー活用装置における磁力の活用の他の説明図。
【図３】本発明においてエネルギー活用装置における磁力の活用の他の説明図。
【図４】本発明において磁力を活用したエネルギー活用装置の説明図。
【図５】本発明において磁力を活用したエネルギー活用システムの説明図。
【図６】本発明において磁力を活用した他のエネルギー活用システムの説明図。
【符号の説明】
１：回転体。
１０１、１０２、−−−−−−−−−−−−−は、磁石または超伝導コイルなどの電磁石さらには磁性体。
２：固定体。
２０１、２０２、−−−−−−−−−−−−−は、磁石または超伝導コイルなどの電磁石さらには磁性体。
Ａ：本発明において磁力を活用したエネルギー活用装置。
Ｂ：軸。
Ｃ：軸受。
Ｄ：入力動力機（電動機）
Ｄ’：入力動力機（エンジン）
Ｅ：出力動力機（発電機）
Ｆ：動力源（電源）
Ｇ：負荷装置
Ｈ：外部エネルギー蓄積装置（バッテリー）

Claims (10)

1. 磁石または超伝導コイルなどの電磁石さらには磁性体を搭載した回転体と、磁石または超伝導コイルなどの電磁石さらには磁性体を搭載した固定体とを設け、回転体と固定体に搭載した磁石または超伝導コイルなどの電磁石さらには磁性体において、各磁石または超伝導コイルなどの電磁石さらには磁性体のいずれかが回転時に対峙するとき、互いに一方の磁力と他方の磁力とにより磁気浮上させるような位置に配置し、磁力を用いた該回転体をフライホイールとしたことを特徴とするエネルギー活用装置。
2. 磁石または超伝導コイルなどの電磁石さらには磁性体を搭載した回転体と、磁石または超伝導コイルなどの電磁石さらには磁性体を搭載した固定体とを設け、回転体と固定体に搭載した磁石または超伝導コイルなどの電磁石さらには磁性体において、各磁石または超伝導コイルなどの電磁石さらには磁性体のいずれかが、互いに回転し対峙したとき、相互の磁力による推進力の作用を持たせ、磁力相互における磁極間の反発力による運動エネルギーの方向の総和が一定の推進方向となるように磁力を用いた回転体とし、磁力を用いた該回転体をフライホイールとしたことを特徴とするエネルギー活用装置。
3. 請求項１、または２において、各磁石または超伝導コイルなどの電磁石さらには磁性体のいずれかが、互いに回転し対峙したとき、相互の磁力による推進力と磁気浮上させる作用を持たせ、磁力相互における磁極間の反発浮上力による運動エネルギーの方向の総和が一定の推進方向となるように磁力を用いた回転体とし、磁力を用いた該回転体をフライホイールとしたことを特徴とするエネルギー活用装置。
4. 請求項２、または３において、回転体の複数の磁石または超伝導コイルなどの電磁石さらには磁性体と、固定体の複数の磁石または超伝導コイルなどの電磁石さらには磁性体との各位置を、相対的において可及的に同一組み合わせ、同一位相とならないように配置し、磁力相互における磁極間の反発力による運動エネルギーの方向の総和が一定の推進方向となるように磁力を用いた回転体とし、磁力を用いた該回転体をフライホイールとしたことを特徴とするエネルギー活用装置。
5. 請求項１、２、３、または４において、回転体と固定体の一部は磁気浮上専用の磁石または超伝導コイルなどの電磁石さらには磁性体とし、回転体と固定体の他の一部には各磁力相互における磁極間の反発力による運動エネルギーの方向の総和が一定の推進方向となるように磁力を活用した専用の複数の磁石または超伝導コイルなどの電磁石さらには磁性体とし、磁力を用いた該回転体をフライホイールとしたことを特徴とするエネルギー活用装置。
6. 請求項１、２、３、４、または５において、複数の磁石または超伝導コイルなどの電磁石さらには磁性体を搭載した回転体と、複数の磁石または超伝導コイルなどの電磁石さらには磁性体などを搭載した固定体とにおいて、各々の磁石または超伝導コイルなどの電磁石さらには磁性体を非磁性体に搭載し、磁力を用いた該回転体をフライホイールとしたことを特徴とするエネルギー活用装置。
7. 請求項１、２、３、４、５、または６において、各種の回転体と固定体との対を多段に組み合わせて、磁力相互における磁極間の反発浮上力による運動エネルギーの方向の総和が一定の推進方向となるように磁力を用いた回転体とし、磁力を用いた該回転体をフライホイールとしたことを特徴とするエネルギー活用装置。
8. 請求項１、２、３、４、５、６、または７において、回転体の風損を減ずるように低気圧の状態としたことを特徴としたエネルギー活用装置。
9. 請求項１、２、３、４、５、６、７または８において、磁力を用いた該回転体をフライホイールとしたことを特徴とするエネルギー活用装置の構成とし、外部動力により運動エネルギーを蓄積し、必要に応じて、蓄積した運動エネルギーを電気エネルギーに変換することを特徴とするエネルギー活用システム。
10. 請求項１、２、３、４、５、６、７、８または９において、磁力を用いた該回転体をフライホイールとしたことを特徴とするエネルギー活用装置の構成とし、蓄積されたフライホイールの運動エネルギーにより電気エネルギーとして発電するとともに、該発電した電気エネルギーを、必要に応じて電動機により運動エネルギーとして蓄積するフライホイールに戻す構成としたことを特徴とするエネルギー活用システム。

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