JP2005036746A - 磁気結合ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】 コイル線を断線せずに配線するとともに、コイル線の被覆を剥離することなくターミナルとを電気的に接続し、生産効率の向上および低コスト化を図ることができる磁気結合ポンプを提供すること。
【解決手段】 ウォータポンプ２０のモータ部４を構成するステータ５において、プリント配線基板７に接続する各ターミナル４１〜４３の他にピン４４を設け、中間ターミナル４２に始点相当部分が接続されたコイルがステータコア３１に巻回される前にピン４４に数回巻く。そして、すべてのコイル線をステータコア３１に巻回した後に、電極５１，５２間にコイル線と各ターミナル４２とを所定荷重にて狭持し、電極５１に１次電流Ｉ１を流してコイル線の被覆６ｂを溶融させ、その後、電極５１，５２間に２次電流Ｉ２を流してコイル線とターミナル４２とを接合する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、磁気結合ポンプに関する。さらに詳細には、磁気結合ポンプにおけるモータ部の構造に関するものである。

従来から、内燃機関を搭載した自動車や電気自動車などの冷却系統に使用されるウォータポンプとして磁気結合ポンプが使用されている。このようなポンプとして、例えば、特開平１１−１６６５００号公報に開示されたものがある。そして、このようなポンプにおけるモータ部においては、コイルの末端は、端子（ターミナル）に電気的に接続され、最終的にはプリント配線基板の配線パターンに電気的に接続されている。なお、電気的な接続は、特開平１１−１６６５００号公報にも記載されているように、ハンダにより行われるのが一般的である。

特開平１１−１６６５００号公報（第６頁、第１７図）

しかしながら、上記した特開平１１−１６６５００号公報に記載されたポンプを含め、従来の磁気結合ポンプでは、コイルと端子（ターミナル）との電気的接続がハンダにより行われる。そして、コイル線と端子（ターミナル）とをハンダにより接合するためには、コイル線の被覆を剥離する必要があるが、コイル線の途中では被覆を剥離することができないため、一度コイル線を切断して被覆を剥離することになる。このため、現状においてモータ部に備わるステータを製造する際には、各相のコイル毎に、コイル線をステータコアに巻回した後に、コイル線を切断して各コイルの始点及び終点部分におけるコイル線の被覆を剥離し、その剥離部分を端子（ターミナル）に絡げ、その部分をハンダ付けにより接合してコイルと端子（ターミナル）との電気的接続を確保している。このため、生産工程が複雑化しており、生産効率が悪く、コスト的に不利という問題があった。

そこで、本発明は上記した課題を解決するためになされたものであり、コイル線を断線せずに配線するとともに、コイル線の被覆を剥離することなくターミナルとを電気的に接続し、生産効率の向上および低コスト化を図ることができる磁気結合ポンプを提供することを課題とする。

上記課題を解決するためになされた本発明に係る磁気結合ポンプは、ポンプ室に回転可能に軸支され着磁された円筒部を有する羽根車と、モータ室に配され前記羽根車を回転させるためのモータ部と、前記羽根車の回転位置を検出する検出部と該検出部からの信号に対応して前記羽根車を回転させる駆動電力を前記モータ部に供給する制御部を有するプリント配線基板とにより構成される磁気結合ポンプにおいて、前記モータ部は、コイル線を巻回して複数相のコイルを形成するためのステータコアと、前記ステータの端面に立設され、その先端がプリント配線基板に接続されるとともに、各相のコイルの始点部分が電気的に接続された始点ターミナルと、前記ステータの端面に立設され、その先端がプリント配線基板に接続されるとともに、各相のコイルの終点部分が電気的に接続された終点ターミナルと、前記ステータの端面に立設され、その先端がプリント配線基板に接続されるとともに、異なる相のコイルの始点および終点に相当する部分が電気的に接続された中間ターミナルと、前記中間ターミナルの近傍に立設されるピンとを備え、前記中間ターミナルに始点相当部分が接続されたコイルは、前記ステータコアに巻回される前に前記ピンに数回巻かれており、少なくとも前記中間ターミナルとコイルとの電気的接続が抵抗溶接により行われていることを特徴するものである。

ここで、前記抵抗溶接は、電極間にコイル線と前記各ターミナルとを所定荷重にて狭持し、前記電極のうちコイル線に接触する電極にのみ電流を流してコイル線の被覆を溶融させるとともに、前記電極間に電流を流してコイル線と前記各ターミナルとを接合することを特徴する。

このように本発明に係る磁気結合ポンプでは、モータ部にプリント配線基板に接続する各ターミナルの他にピンを設け、中間ターミナルに始点相当部分が接続されたコイルを、ステータコアに巻回される前にピンに数回巻いている。このため、中間ターミナル付近でコイル線の干渉が起こらないので、中間ターミナルとコイルとの電気的接続を抵抗溶接により行っても十分な接合強度を得ることができる。

そして、この抵抗溶接は、電極間にコイル線と各ターミナルとを所定荷重にて狭持し、電極のうちコイル線に接触する電極にのみ電流を流してコイル線の被覆を溶融させるとともに、電極間に電流を流してコイル線と各ターミナルとを接合するので、コイル線の被覆を予め剥離しておく必要がない。したがって、コイル線をステータコアに対して巻回した後に、コイルと各ターミナルとを電気的に接続することができる。これにより、生産効率の向上および低コスト化を図ることができる。

本発明に係る磁気結合ポンプにおいては、前記ピンには、前記中間ターミナルに始点相当部分が接続されたコイル線を巻回するための小径部が形成され、前記小径部は、前記中間ターミナルと前記ピンとの間に配置されるコイル線が前記ステータコアの端面と略平行となる位置に配置されていることが望ましい。

こうすることにより、中間ターミナルとピンとの間に配置されるコイル線が中間ターミナルに対して干渉することを確実に防止することができる。また、中間ターミナルとピンとの間に配置されるコイル線が他の部分に接触すること等も防止することができるので、断線を防止することもできる。

また、本発明に係る磁気結合ポンプにおいては、前記始点ターミナル、前記終点ターミナル、前記中間ターミナル、および前記ピンとは、同心円上に配置されていることが望ましい。

こうすることにより、中間ターミナルとピンとの間に配置されるコイル線の中間ターミナルへの干渉、およびコイル線の断線をより確実に防止することができるからである。

また、本発明に係るステータは、コイル線を巻回して複数相のコイルを形成するためのステータコアと、前記ステータの端面に立設されるとともに、各相のコイルの始点部分が電気的に接続された始点ターミナルと、前記ステータの端面に立設されるとともに、各相のコイルの終点部分が電気的に接続された終点ターミナルと、前記ステータの端面に立設されるとともに、異なる相のコイルの始点および終点に相当する部分が電気的に接続された中間ターミナルと、前記中間ターミナルの近傍に立設されるピンとを備え、前記中間ターミナルに始点相当部分が接続されたコイルは、前記ステータコアに巻回される前に前記ピンに数回巻かれ、少なくとも前記中間ターミナルとコイルとの電気的接続が抵抗溶接により行われていることを特徴するものである。

このステータでも、上記したように、コイル線をステータコアに対して巻回した後に、コイルと各ターミナルとを電気的に接続することができるので、コイル線の被覆を剥離する必要がないため、生産効率の向上および低コスト化を図ることができる。

本発明に係る磁気結合ポンプによれば、コイル線を断線せずに配線するとともに、コイル線の被覆を剥離することなくターミナルとの電気的接続が確保されているので、生産効率の向上および低コスト化を図ることができる。

以下、本発明の磁気結合ポンプを具体化した最も好適な実施の形態について図面に基づき詳細に説明する。本実施の形態は、自動車のエンジンやインバータやモータ等を冷却するための冷却水を循環させるウォータポンプである。そこで、このウォータポンプの概略構成を図１に示す。なお、図１は、ウォータポンプを示す縦断面図である。

ウォータポンプ２０では、図１に示すように、合成樹脂製のハウジング１と合成樹脂製のポンプカバー２が接合面において溶着されることによりポンプ室２ａが形成されている。ポンプカバー２には流体を吸入するための入口部２ｂと吐出するための出口部２ｃが設けられ、それぞれポンプ室２ａに開口している。ポンプ室２ａには予め着磁された円筒部３ａを有する羽根車３が、ハウジング１に設けられた円筒状の隔壁１ａを覆って回転可能に軸支されている。羽根車３の円筒部３ａの内径と隔壁１ａの外径とは最少隙間を保持して組み付けられる。羽根車３が磁気作用により回転されると、羽根３ｂにより流体が入口部２ｂから吸入されて出口部２ｃから吐出されるようになっている。

ハウジング１の円筒状の隔壁１ａによりモータ室１ｂが形成され、モータ室１ｂには羽根車３を回転させるためのモータ部４が固定されている。モータ部４は、後述するステータ５を備え、ステータ５の端面に形成された図示しない凹部に隔壁１ａ内側に設けられた複数のリブ１ｃが係合することにより、ハウジング１に固定されている。ハウジング１の上端部に設けられたコネクタ部１ｄには、プリント基板７に外部電源を供給するための第１結合端子８が一体成型されている。

モータ室１ｂを覆うようにプリント基板７が固定され、ステータ５に備わるターミナル４１〜４３（図３参照）を介して、コイル６（Ｉ相コイル６１とＩＩ相コイル６２とで構成されている：図６参照）に結合されて駆動電力が供給される。プリント基板７上には、羽根車３の回転位置を検出するための検出部９と、検出部９からの電気信号に対応してコイル６に羽根車３を回転させるための駆動電力を供給する制御部１０が配置されている。また、プリント基板７の第１結合端子８に対応する位置には、第１結合端子８にスナップ結合する第２結合端子１１が一体的に固着され、第２結合端子１１は制御部１０に配線され外部電源が導入される。これらの部品が全て組み付けられた後、ハウジング１内に流動性樹脂１４が流し込まれ、いわゆるポッティングにより各部品は絶縁固化され、モータカバー１２で覆われる。

ここで、ステータ５について図２〜図７を参照しながら詳細に説明する。図２は、ステータ５の概略構成を示す側面図である。図３は、コイル線を巻回する前のステータを示す側面図である。図４は、コイル線を巻回する前のステータを示す平面図である。図５は、コイル線の巻回順序を説明するための説明図である。図６は、コイル線を巻回したステータを示す平面図である。図７は、図６のＡ−Ａ線における断面図である。

ステータ５は、図２に示すように、コイル線を巻回してなるコイル６を備えるステータコア３１と、コイル６と抵抗溶接により電気的に接続された始点ターミナル４１、中間ターミナル４２、および終点ターミナル４３と、ピン４４とを備えている。そして、このステータ５では、ピン４４を設けたことにより、Ｉ相コイル６１の終点およびＩＩ相コイル６２の始点において、コイル線の被覆を剥離せずに中間ターミナル４２に対して抵抗溶接により電気的に接合することができるようになっている。これにより、コイル線の巻回工程の後に、コイル線と各ターミナルとの接合工程を実施することが可能となっている。

まず、コイル線を巻回する前の状態について、図３および図４を用いて説明する。ステータコア３１は、図３および図４に示すように薄板状の磁性部材を積層した円環形状のものである。なお、ステータコア３１は、外周面および内周面を除いて樹脂３２によりモールドされている。そして、このスターコア３１には、６個のスロット３３ａ〜３３ｆが形成されており、後述するように、隣接するスロット間においてコイル線が巻回され、最終的にコイル６が形成されるようになっている。

そして、ステータコア３１の一端面側に、図４に示すように、始点ターミナル４１、中間ターミナル４２、終点ターミナル４３、およびピン４４とが同心円上に配置されている。なお、各ターミナル４１，４２，４３は、図７に示すように、モールド樹脂３２に埋め込まれており、ステータコア３１には接触していない。また、各ターミナル４１，４２，４３には、それぞれステータコア側とターミナル先端側とに切り欠き部が形成される。すなわち、図３に示すように、始点ターミナル４１には切り欠き部４１ａと４１ｂが形成され、中間ターミナル４２には切り欠き部４２ａと４２ｂが形成され、終点ターミナル４３には切り欠き部４３ａと４３ｂが形成されている。これらの切り欠き部４１ａ〜４３ｂは、コイル線を各ターミナルに巻回するために形成されたものである。そして、コイル線は、各ターミナルの切り欠き部との間に、ターミナル外側に斜めに配置されるように各ターミナルに巻回されるようになっている（図９参照）。

また、ピン４４は、モールド樹脂３２と一体的に成形され、その先端に他の部分よりも経が小さくなっている小径部４４ａが形成されている。この小径部４４ａは、コイル線を巻回するためのものである。そして、この小径部４４ａは、図３に示すように、中間ターミナル４２の切り欠き部４２ｂとほぼ同じ高さ位置に配置されている。これにより、中間ターミナル４２とピン４４との間に位置するコイル線をステータコア３１の端面とほぼ平行に配置することができるようになっている（図９参照）。

次に、上記のステータコア３１にコイル線を巻回する手順について図５を用いて説明する。まず、コイル線は始点ターミナル４１に巻回される。このコイル線の始点ターミナル４１への巻回は、ターミナル４１に形成された２つの切り欠き部４１ｂ，４１ａを利用して行われる。なお、巻回順序は、切り欠き部４１ｂ、４１ａの順であり、切り欠き部４１ｂと４１ａとの間では、コイル線がターミナル外側に斜めに配置される。

次いで、切り欠き部４１ａに巻回されたコイル線は、スロット３３ｂ，３３ａとの間でスターコア３１に巻回される。これにより、Ｉ相第１コイル６１ａが形成される。次に、コイル線は、スロット３３ｃ，３３ｄとの間でステータコア３１に巻回される。これにより、Ｉ相第２コイル６１ｂが形成される。さらに、コイル線は、スロット３３ｅ，３３ｆとの間でステータコア３１に巻回される。これにより、Ｉ相第３コイル６１ｃが形成される。

その後、コイル線は、中間ターミナル４２に巻回される。このコイル線の中間ターミナル４２への巻回は、中間ターミナル４２に形成された２つの切り欠き部４２ａ，４２ｂを利用して行われる。なお、巻回順序は、切り欠き部４２ａ、４２ｂの順であり、切り欠き部４２ａと４２ｂとの間では、コイル線がターミナル外側に斜めに配置される。そして、中間ターミナル４２から繰り出されたコイル線は、ピン４４の小径部４４ａに巻回される。

そして、コイル線は、小径部４４ａに巻回された後、スロット３３ｆ，３３ａとの間でステータコア３１に巻回される。これにより、ＩＩ相第１コイル６２ａが形成される。次に、コイル線は、スロット３３ｃ，３３ｂとの間でステーコア３１に巻回される。これにより、ＩＩ相第２コイル６２ｂが形成される。さらに、コイル線は、スロット３３ｄ，３３ｅとの間でステータコア３１に巻回される。これにより、ＩＩ相第３コイル６２ｃが形成される。

その後、コイル線は、終点ターミナル４３に巻回される。このコイル線の終点ターミナル４３への巻回は、ターミナル４３に形成された２つの切り欠き部４３ａ，４３ｂを利用して行われる。なお、巻回順序は、切り欠き部４３ａ、４３ｂの順であり、切り欠き部４３ｂと４３ａとの間では、コイル線がターミナル外側に斜めに配置される。そして、コイル線は、最終ターミナル４３に巻回された後に切断される。つまり、本発明に係るステータ５では、コイル線の巻回工程の途中でコイル線を切断することがない。

かくして、Ｉ相コイル６１とＩＩ相コイル６２とが形成される。しかしながら、この状態では、未だコイルと各ターミナルとは電気的に接続されていない。このため、コイルと各ターミナルとを電気的に接続するために抵抗溶接を行う。そこで、この抵抗溶接について、図８〜図１５を参照しながら説明する。図８は、電極の配置状態を説明するための説明図である。図９は、電極とターミナルとの接触点を説明するための説明図である。図１０は、電極の形状を示す側面図である。図１１〜図１４は、抵抗溶接の様子を示す模式図である。図１５は、抵抗溶接における荷重および電流の変化を示すタイムチャートである。

この抵抗溶接では、図８に示すように、１次側電極５１と２次側電極５２との間に各ターミナル４１〜４３を所定荷重（図１５参照）にて狭持する。ここで、図９に示すように、１次側電極５１は、各ターミナル４１〜４３の２つの切り欠き部の間に配置されたコイル線を介して各ターミナル４１〜４３に接触する。

次いで、１次側電極５１に１次電流を流す。ここで、１次側電極５１には、図１０に示すように、スリット５３が形成されている。これにより、１次側電極５１に１次電流を流すと、図１１に示すように、１次電流Ｉ１は電極内（（Ａ）→（Ｂ））を流れる。このため、１次側電極５１が発熱し、その熱によりコイル線の被覆６ｂが溶融し始める。なお、１次電流Ｉ１は、図１５に示すように、後述する検出電流Ｉ３が所定に達する間での時間Ｔ１だけ流される。

そして、図１２に示すように、コイル線の被覆６ｂが溶融してコイル線の芯材（銅線）６ａが１次側電極５１および２次側電極に接触すると、１次側電極５１から２次側電極５２へ検出電流Ｉ３が流れ始める。その後、検出電流Ｉ３が所定値に達した後に所定時間（図１５の時間ｃｏｏｌ）が経過すると、図１３に示すように、１次側電極５１から２次側電極５２へ２次電流Ｉ２が流れる。これにより、コイル線の芯材６ａと各ターミナル４１〜４３との接触部にナゲットが形成され、最終的に図１４に示すように、コイル線の芯材６ａと各ターミナル４１〜４３とが溶接される。これにより、コイル線と各ターミナル４１〜４３とが電気的に接続される。なお、２次電流Ｉ２は、図１５に示すように、時間Ｔ２だけ流される。また、２次電流Ｉ２を流し終えると、電極５１と５２とを離間させる。

ここで、中間ターミナル４２においては、Ｉ相コイル６１の終点相当部分とＩＩ相コイル６２の始点相当部分とが接続される。このため、他のターミナル４１，４３とは異なり、先端側の切り欠き部４２ｂから繰り出されたコイル線が、ステータコア３１に巻回される。このため、切り欠き部４２ｂから繰り出されるコイル線が、抵抗溶接を行う際に電極間５１，５２間に挟まれるおそれがある。そして、切り欠き部４２ｂから繰り出されるコイル線が、抵抗溶接を行う際に電極５１と５２との間に挟まれると、２本のコイル線が電極５１と５２との間に存在してしまい、接合強度を十分に確保することができなくなる。このため、断線等の不良が発生するおそれがあった。

そこで、本実施の形態では、中間ターミナル４２の横にピン４４を立設して、切り欠き部４２ｂから繰り出されたコイル線をピン４４に巻回した後にステータコア３１に巻回している。そして、図９に示すように、ピン４４のコイル線を巻回する小径部４４ａを切り欠き部４２ｂとほぼ同じ高さ位置に配置しているので、中間ターミナル４２とピン４４との間に配置されるコイル線はステータコア３１の端面とほぼ平行となる。これにより、切り欠き部４２ｂから繰り出されるコイル線が、抵抗溶接を行う際に電極５１と５２との間に挟まれることを確実に防止することができる。これにより、中間ターミナル４２とＩ相コイル６１の終点相当部分およびＩＩ相コイル６２の始点相当部分とは、十分な接合強度にて電気的に接続される。

以上、詳細に説明したように本実施の形態に係るウォータポンプ２０では、モータ部４を構成するステータ５において、プリント配線基板７に接続する各ターミナル４１〜４３の他にピン４４を設け、中間ターミナル４２に始点相当部分が接続されたコイルがステータコア３１に巻回される前にピン４４に数回巻いている。このため、中間ターミナル４２付近でコイル線の干渉が起こらないので、中間ターミナル４２とコイルとの電気的接続を抵抗溶接により行っても十分な接合強度を得ることができる。

そして、抵抗溶接は、電極５１，５２間にコイル線と各ターミナル４２とを所定荷重にて狭持し、電極５１に１次電流Ｉ１を流してコイル線の被覆６ｂを溶融させ、その後、電極５１，５２間に２次電流Ｉ２を流してコイル線とターミナル４２とを接合する。このため、コイル線の被覆６ｂを予め剥離しておく必要がない。したがって、コイル線をステータコア３１に対して巻回した後に、コイルとターミナル４２とを電気的に接続することができる。つまり、中間ターミナル４２とコイルを電気的に接続するために、コイル線を途中で切断して被覆を剥離する必要がない。このため、生産効率の向上および低コスト化を図ることができる。

なお、上記した実施の形態は単なる例示にすぎず、本発明を何ら限定するものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることはもちろんである。例えば、上記した実施の形態では、２相ステータを例示したが、３相以上のステータにも本発明を適用することができる。

本実施の形態に係るウォータポンプを示す縦断面図である。 ステータの概略構成を示す側面図である。 コイル線を巻回する前のステータを示す側面図である。 コイル線を巻回する前のステータを示す平面図である。 コイル線の巻回順序を説明するための説明図である。 コイル線を巻回した後のステータを示す平面図である。 図６のＡ−Ａ線における断面図である。 電極の配置状態を説明するための説明図である。 電極とターミナルとの接触点を説明するための説明図である。 電極の形状を示す側面図である。 抵抗溶接において１次電流の流れ示す模式図である。 抵抗溶接において検出電流の流れを示す模式図である。 抵抗溶接において２次電流の流れを示す模式図である。 抵抗溶接後の様子を示す模式図である。 抵抗溶接における荷重および電流の変化を示すタイムチャートである。

符号の説明

４ モータ部
５ ステータ
６ コイル
２０ ウォータポンプ
３１ ステータコア
４１ 始点ターミナル
４２ 中間ターミナル
４３ 終点ターミナル
４４ ピン

Claims (5)

1. ポンプ室に回転可能に軸支され着磁された円筒部を有する羽根車と、モータ室に配され前記羽根車を回転させるためのモータ部と、前記羽根車の回転位置を検出する検出部と該検出部からの信号に対応して前記羽根車を回転させる駆動電力を前記モータ部に供給する制御部を有するプリント配線基板とにより構成される磁気結合ポンプにおいて、
   前記モータ部は、
   コイル線を巻回して複数相のコイルを形成するためのステータコアと、
   前記ステータの端面に立設され、その先端がプリント配線基板に接続されるとともに、各相のコイルの始点部分が電気的に接続された始点ターミナルと、
   前記ステータの端面に立設され、その先端がプリント配線基板に接続されるとともに、各相のコイルの終点部分が電気的に接続された終点ターミナルと、
   前記ステータの端面に立設され、その先端がプリント配線基板に接続されるとともに、異なる相のコイルの始点および終点に相当する部分が電気的に接続された中間ターミナルと、
   前記中間ターミナルの近傍に立設されるピンとを備え、
   前記中間ターミナルに始点相当部分が接続されたコイルは、前記ステータコアに巻回される前に前記ピンに数回巻かれており、
   少なくとも前記中間ターミナルとコイルとの電気的接続が抵抗溶接により行われていることを特徴する磁気結合ポンプ。
2. 請求項１に記載する磁気結合ポンプにおいて、
   前記抵抗溶接は、電極間にコイル線と前記各ターミナルとを所定荷重にて狭持し、前記電極のうちコイル線に接触する電極にのみ電流を流してコイル線の被覆を溶融させるとともに、前記電極間に電流を流してコイル線と前記各ターミナルとを接合することを特徴する磁気結合ポンプ。
3. 請求項１または請求項２に記載する磁気結合ポンプにおいて、
   前記ピンには、前記中間ターミナルに始点相当部分が接続されたコイル線を巻回するための小径部が形成され、
   前記小径部は、前記中間ターミナルと前記ピンとの間に配置されるコイル線が前記ステータコアの端面と略平行となる位置に配置されていることを特徴する磁気結合ポンプ。
4. 請求項１から請求項３に記載するいずれか１つの磁気結合ポンプにおいて、
   前記始点ターミナル、前記終点ターミナル、前記中間ターミナル、および前記ピンとは、同心円上に配置されていることを特徴する磁気結合ポンプ。
5. コイル線を巻回して複数相のコイルを形成するためのステータコアと、
   前記ステータの端面に立設されるとともに、各相のコイルの始点部分が電気的に接続された始点ターミナルと、
   前記ステータの端面に立設されるとともに、各相のコイルの終点部分が電気的に接続された終点ターミナルと、
   前記ステータの端面に立設されるとともに、異なる相のコイルの始点および終点に相当する部分が電気的に接続された中間ターミナルと、
   前記中間ターミナルの近傍に立設されるピンとを備え、
   前記中間ターミナルに始点相当部分が接続されたコイルは、前記ステータコアに巻回される前に前記ピンに数回巻かれ、
   少なくとも前記中間ターミナルとコイルとの電気的接続が抵抗溶接により行われていることを特徴するステータ。

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