JP2008029170A - 電動機の冷却構造 - Google Patents

Abstract

【課題】ハウジング１１が傾斜しても電動機を均一に冷却することが可能な、電動機の冷却構造を提供する。
【解決手段】電動機を収納するハウジング１１と、ハウジング１１の上部に形成された冷却油供給口９０と、冷却油供給口９０から供給される冷却油をコイル１４ａに誘導する冷却油誘導部材６０と、冷却油誘導部材６０の上部に形成された冷却油貯留部６４と、冷却油誘導部材６０を電動機と同軸上で回動自在に支持する回動機構７０と、冷却油誘導部材６０を重力方向に対して所定の角度に維持するフロート６６と、を備える。
【選択図】図４

Description

本発明は、電動機の冷却構造に関するものである。

近年、車両用駆動源として、内燃機関に換えて、あるいは内燃機関とともに、モータ（電動機）を備えた車両が知られている。このような車両では、駆動によるモータの温度上昇を抑制するため、モータに冷却油を供給して冷却している。
特許文献１には、オイルポンプの吐出油量が少ない時でもモータコイルの冷却を行う冷却回路が記載されている。この冷却回路は、噴射面と噴射口とを有する冷却油噴射部を備え、噴射面は隣接するケースの周壁内面に対して油切れを良くするように不連続とされ、油がコイルエンドに滴下するように、噴射面の端部がコイルエンドの上部に位置づけられている。
特開平８−１３０８５６号公報

特許文献１に記載された技術は、噴射口または噴射面から油を滴下してモータコイルの冷却を行うものである。この場合、車両が坂路を走行するとき、車両とともにモータが傾斜するため、コイルに対して油を均等に供給することができないという問題がある。これにより、コイルの一部で温度が上昇するので、モータを保護するためパワーセーブが必要になる。なお油を均一に供給するため油量を増加させると、電動オイルポンプの消費電力が増加して、燃費が悪化することになる。
そこで本発明は、ハウジングが傾斜しても電動機を均一に冷却することが可能な、電動機の冷却構造の提供を課題とする。

上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、コイル（例えば、実施形態におけるコイル１４ａ）を巻き回したステータ（例えば、実施形態におけるステータ１４）と、永久磁石（例えば、実施形態における永久磁石１５ａ）を備えたロータ（例えば、実施形態におけるロータ１５）とで構成される電動機（例えば、実施形態における電動機２）の冷却構造であって、前記電動機を収納するハウジング（例えば、実施形態におけるハウジング１１）と、前記ハウジングの上部に形成された冷却油供給口（例えば、実施形態における冷却油供給口９０）と、前記冷却油供給口から供給される冷却油を前記コイルに誘導する冷却油誘導部材（例えば、実施形態における冷却油誘導部材６０）と、前記冷却油誘導部材の上部に形成された冷却油貯留部（例えば、実施形態における冷却油貯留部６４）と、前記冷却油誘導部材を前記電動機と同軸上で回動自在に支持する回動機構（例えば、実施形態における回動機構７０）と、前記冷却油誘導部材を重力方向に対して所定の角度に維持する角度維持手段（例えば、実施形態におけるフロート６６または錘８６）と、を備えることを特徴とする。

請求項２に係る発明は、前記冷却油が回収される前記ハウジングの内面は、円弧状に形成され、前記角度維持手段は、前記冷却油誘導部材の下部にフロート（例えば、実施形態におけるフロート６６）を配置して構成されることを特徴とする。

請求項３に係る発明は、前記角度維持手段は、前記冷却油誘導部材の下部に錘（例えば、実施形態における錘８６）を配置して構成されることを特徴とする。

請求項４に係る発明は、前記冷却油誘導部材は、前記コイルの外周を覆うように形成され、前記コイルの周方向における前記冷却油貯留部の幅は、前記ハウジングの最大傾斜角度に応じて設定されることを特徴とする。

請求項１に係る発明によれば、冷却油誘導部材を重力方向に対して所定の角度に維持する角度維持手段を備えているので、ハウジングが傾斜しても、ハウジングの冷却油供給口から冷却油誘導部材の冷却油貯留部に冷却油を流入させることが可能になる。また、その冷却油貯留部から流出した冷却油を、ハウジング水平時と同様にコイルに誘導することが可能になる。したがって、ハウジングが傾斜しても電動機を均一に冷却することができる。

請求項２に係る発明によれば、回収された冷却油（以下「回収冷却油」という。）がハウジングの傾斜に伴って重力方向下側に移動しても、回収冷却油の表面から冷却油誘導部材の回動軸までの距離は変化しない。そのため、冷却油誘導部材はフロートにより回収冷却油の表面に浮いた状態に保持され、回収冷却油の移動に伴って回動する。したがって、冷却油誘導部材を重力方向に対して所定の角度に維持することができる。

請求項３に係る発明によれば、錘が重力方向下側に移動して冷却油誘導部材を回動させるので、冷却油誘導部材を重力方向に対して所定の角度に維持することができる。

請求項４に係る発明によれば、ハウジングが最大傾斜した場合でも、ハウジングの冷却油供給口から冷却油誘導部材の冷却油貯留部に冷却油を流入させることが可能になり、電動機を均一に冷却することができる。

以下、本発明の実施形態につき図面を参照して説明する。
（第１実施形態）
図１は、車両の概略構成図である。図１に示す車両３は、内燃機関４と電動機５が直列に接続された駆動ユニット６を有するハイブリッド車であり、駆動ユニット６の動力がトランスミッション７を介して前輪Ｗｆ側に伝達される一方で、この駆動ユニット６と別に設けられた補助駆動用の駆動装置１の動力が後輪Ｗｒ側に伝達されるようになっている。駆動装置１は、ＤＣブラシレスセンサレスモータで構成される電動機２（車輪駆動用電動機）を備えている。駆動ユニット６の電動機５および駆動装置１の電動機２は、ＰＤＵ８（パワードライブユニット）を介してバッテリ９に接続されている。そしてバッテリ９からの電力供給と、各電動機５，２からバッテリ９へのエネルギー回生とが、ＰＤＵ８を介して行われるようになっている。

（駆動装置）
図２は駆動装置１の全体の正面断面図を示すものであって、同図の右側が車輪側であり、左側が車体中央側である。図２に示す駆動装置１のハウジング１１は、全体が略円筒状に形成されている。そのハウジング１１の内部には、車輪駆動用の電動機２と、この電動機２の駆動回転を減速する遊星歯車式減速機１２と、この減速機１２の出力を左右の車軸１０Ａ，１０Ｂに分配する差動装置１３とが、それぞれ車軸１０Ｂと同軸になるように収容配置されている。

ハウジング１１の車輪側（図２の右側）には、電動機２が配置されている。
図３は電動機の拡大図である。電動機２は、ハウジング１１の内周側に固定された環状のステータ１４と、このステータ１４の内周側に回転可能に収容配置された環状のロータ１５とを備えている。ステータ１４は、鋼板を積層してなるステータコア１４ｂと、ステータコア１４ｂに巻装される巻線（コイル）１４ａとを備えている。ロータ１５は、鋼板を積層してなるロータコア１５ｂと、該ロータコア１５ｂに装着される複数の永久磁石１５ａとを備えている。
図２に戻り、ロータ１５の内周側には、車軸１０Ｂの外周側を囲繞する円筒軸１６が結合されている。この円筒軸１６が、車軸１０Ｂと同軸となるように、ハウジング１１の一方の端部壁１７および中間壁１８に軸受１９を介して支持されている。

電動機２の車体中心側（図２の左側）には、遊星歯車式減速機１２が配置されている。遊星歯車式減速機１２は、サンギヤ２１と、このサンギヤ２１に噛合される複数のプラネタリギヤ２２と、これらのプラネタリギヤ２２を支持するプラネタリキャリア２３と、プラネタリギヤ２２の外周側に噛合されるリングギヤ２４とを備えている。サンギヤ２１は、車軸１０Ｂの外周側に同軸に配置されたスリーブ２５の外周に一体に形成され、このスリーブ２５の一端側が電動機２側の円筒軸１６に一体回転可能に結合されている。また、プラネタリギヤ２２は、サンギヤ２１に直接噛合される大径の第１ギヤ２６と、この第１ギヤ２６よりも小径の第２ギヤ２７を有し、これらの第１ギヤ２６と第２ギヤ２７が同軸にかつ軸方向にオフセットした状態で一体に形成されている。リングギヤ２４は、ハウジング１１内の第１ギヤ２６の軸方向側方位置に回転可能に配置され、その内周面が小径の第２ギヤ２７に噛合されている。リングギヤ２４は後述する油圧ブレーキ２８の回転ドラム２９に一体回転可能に保持され、この回転ドラム２９を介してハウジング１１内に回転可能に支持されている。そして電動機２の駆動力がサンギヤ２１から入力されると、減速された駆動力がプラネタリキャリア２３を通して出力されるようになっている。

遊星歯車式減速機１２の車体中心側（図２の左側）には、差動装置１３が配置されている。差動装置１３は、内面側に回転可能なピニオン３０が突設されたディファレンシャルケース３１と、このディファレンシャルケース３１内においてピニオン３０，３０に噛合される一対のサイドギヤ３２ａ，３２ｂを備え、これらの各サイドギヤ３２ａ，３２ｂが左右の車軸１０Ａ，１０Ｂに夫々結合されている。ディファレンシャルケース３１の外側面には、遊星歯車式減速機１２の前述のプラネタリキャリア２３が一体に延設されている。なおディファレンシャルケース３１は、軸受３３を介して、ハウジング１１の車体中心側（図２の左側）の端部壁３４および中間壁１８に支持されている。

差動装置１３の外周側には、油圧ブレーキ（油圧式断接手段）２８が配置されている。この油圧ブレーキ２８では、ハウジング１１の内周面にスプライン嵌合された複数の固定プレート３５と、回転ドラム２９の一端側外周面にスプライン嵌合された複数の回転プレート３６とが軸方向に交互に配置され、これらのプレート３５，３６が環状のピストン３７によって圧接及び解除操作されるようになっている。ピストン３７は、ハウジング１１の端部壁３４に形成された環状のシリンダ室３８に進退自在に収容されている。そのシリンダ室３８への高圧オイルの導入により、ピストン３７が前進してプレート３５，３６が圧接される。また、シリンダ室３８からオイルを排出することにより、ピストン３７が後退してプレート３５，３６の圧接が解除される。

一方、ハウジング１１の車輪側（図２の右側）の端部壁１７の外側には、オイルを供給するためのオイルポンプ４０と、このオイルポンプ４０を駆動するためのポンプ駆動用電動機４１と、油圧ブレーキ２８に供給するオイルを蓄圧状態で貯留するアキュムレータ４２とが設けられている。これらは、一体ブロック状になってカバー４３内に収容され、カバー４３とともに端部壁１７に固定されている。

オイルポンプ４０は、油圧ブレーキ２８の駆動や電動機２の冷却、動力伝達装置の潤滑などに使用されるオイルを供給するものである。オイルポンプ４０は、外接形ギヤポンプ等で構成され、ポンプ作用を成すギヤ４９の対が電動機４１の外周側に並列に並んで配置されている。その一方のギヤ４９には、歯車伝達機構５０を介してポンプ駆動用電動機４１の回転が伝達されるようになっている。そのポンプ駆動用電動機４１は、環状のロータ４４およびステータ４５を備えたブラシレスモータ等で構成されている。
またアキュムレータ４２は、軸方向に奥行きを持つ円環状の容積室５１を備えている。この容積室５１内には、環状のピストン５２が進退自在に収容され、このピストン５２が蓄圧用のスプリング５３によって付勢されている。

以上のように構成された駆動装置１によって後輪Ｗｒ側の車軸１０Ａ，１０Ｂを駆動する場合には、オイルポンプ４０から油を油圧ブレーキ２８に供給し、固定プレート３５と回転プレート３６とを摩擦係合させることによって、リングギヤ２４をハウジング１１に固定する。こうしてリングギヤ２４が固定されると、サンギヤ２１とプラネタリキャリア２３の間で駆動力が伝達されるようになる。このとき電動機２の駆動力は、遊星歯車式減速機１２の設定減速比に従って減速され、差動装置１３を通して車両左右の車軸１０Ａ，１０Ｂに伝達される。

また、例えば下り坂等で後輪Ｗｒ側の回転速度が電動機２側の回転速度よりも大きくなった場合には、油圧ブレーキ２８から油を排出し、固定プレート３５と回転プレート３６との摩擦係合を解除して、リングギヤ２４の制動を開放する。これにより、車輪と電動機２の動力経路を切り離すことが可能になり、車軸１０Ａ，１０Ｂ側の回転力に電動機２のロータ１５が連れ回されることがなくなる。したがって、電動機２の過剰回転および車軸フリクションを防止することができる。

（冷却油誘導部材）
図３に示すように、ハウジング１１の天井部には、オイルポンプから供給された冷却油を電動機２のコイル１４ａに供給する冷却油供給口９０が設けられている。その冷却油供給口９０とコイル１４ａとの間には、供給された冷却油をコイル１４ａの外周に誘導する冷却油誘導部材６０が設けられている。なお冷却油供給口９０および冷却油誘導部材６０は、ステータコア１４ｂの軸方向両側に配置されたコイル１４ａにそれぞれ対応して設けられている。

冷却油誘導部材６０は、コイル１４ａの外周を覆うように配置されたカバー部６２と、コイル１４ａの軸方向外側に配置された略円盤状の取付部６９とが、樹脂材料等により一体成型されたものである。取付部６９の中央部には、冷却油誘導部材６０の回動機構７０が設けられている。その回動機構７０として、取付部６９の中央部にベアリングホルダ７２が固定され、そのベアリングホルダ７２の内周にベアリング７１が圧入され、そのベアリング７１の内周がハウジング（中間壁１８）に固定されている。これにより冷却油誘導部材６０は、電動機２と同軸上で回動自在に支持されている。

図４は第１実施形態の冷却油誘導部材の説明図であり、図４（ｂ）は図３のＡ−Ａ線における断面図である。図４（ｂ）に示すように、ハウジング１１内の底部には、冷却油供給口９０から供給された冷却油が回収されるようになっている。そのハウジング１１の内面は、円弧状に形成されている。また冷却油誘導部材６０の下端部は、回収された冷却油（以下「回収冷却油」という。）９８の表面と略同じ高さに形成されている。その冷却油誘導部材６０には、冷却油誘導部材６０を重力方向に対して所定の角度に維持する角度維持手段が設けられている。その角度維持手段として、冷却油誘導部材６０の下端部には、冷却油誘導部材６０を回収冷却油９８の表面に浮いた状態に保持するフロート６６が装着されている。このフロート６６は、カバー部６２と一体成型された樹脂ケースの内部に、冷却油より比重の軽い材料を充填して構成することが可能である。例えば、樹脂ケースの内部を空洞としてもよい。なお樹脂ケースを形成することなく、冷却油より比重の軽い材料をそのまま冷却油誘導部材６０に装着してフロート６６を構成してもよい。

冷却油誘導部材６０のカバー部６２の上部には、冷却油貯留部（以下「貯留部」という。）６４が形成されている。この貯留部６４は、ハウジング１１の天井部に形成された冷却油供給口９０と対向するように配置され、冷却油溜めとして機能する。コイル１４ａの周方向（車両前後方向；図４（ｂ）の左右方向）における貯留部６４の長さは、車両が通行しうる傾斜路の最大登坂角度（ハウジング１１の最大傾斜角度）αに応じて設定されている。すなわち、冷却油誘導部材６０の回動軸Ｐの垂直上方から±αの角度範囲に、貯留部６４が形成されている。なお角度αは、例えば１０°〜２０°程度である。

冷却油誘導部材６０のカバー部６２と、ハウジング１１の内面との間には、貯留部から流出した冷却油が流通しうる程度の隙間が設けられている。この隙間は、例えば３ｍｍ程度である。
図４（ａ）は冷却油誘導部材の平面図である。冷却油誘導部材６０のカバー部６２には、コイルに冷却油を滴下するための、複数の貫通孔６３，６５が形成されている。各貫通孔６３，６５は、コイルの周方向に略等分に配置されている。なお図４（ａ）に示すように、複数の貫通孔６３が千鳥状に２列に配置されていてもよい。また、貯留部６４の底面に形成された貫通孔６５の直径は、貯留部６４以外に形成された貫通孔６３の直径より小さくなっている。

図５（ａ）は、車両水平時における電動機の冷却作用の説明図である。ハウジング１１の底部には回収冷却油９８が存在し、その回収冷却油９８の表面に浮いた状態で冷却油誘導部材６０が保持されているので、冷却油誘導部材６０の貯留部６４は上端部に位置している。そのため、ハウジング１１の冷却油供給口９０から供給された冷却油は、冷却油誘導部材６０の貯留部６４に流入する。その冷却油の一部は、貯留部６４に形成された貫通孔からコイル１４ａに滴下される。ただし、貯留部６４に形成された貫通孔の直径は比較的小さいので、貯留部６４内の冷却油量は徐々に増加する。貯留部６４が満杯になると、冷却油は、車両上方に位置する貯留部６４から車両前方および車両後方に向かって均等に流出する。流出した冷却油は、カバー部６２の表面に沿ってコイル１４ａの周方向に誘導され、カバー部６２に形成された貫通孔からコイル１４ａに滴下される。これにより、コイル１４ａの周方向に対して均等に冷却油を供給することができる。

図５（ｂ）は、車両傾斜時における電動機の冷却作用の説明図である。車両が最大登坂角度αの傾斜路を走行する場合には、ハウジング１１が、重力方向（図５（ｂ）の上下方向）に対して角度αだけ傾斜する。これに伴って、回収冷却油９８はハウジング１１の新たな底部に移動する。ここで、ハウジング１１の内面は円弧状に形成されているので、回収冷却油９８の表面から冷却油誘導部材の回動軸Ｐまでの距離は一定に保たれる。そのため、冷却油誘導部材６０はフロート６６により回収冷却油９８の表面に浮いた状態を維持しつつ、回収冷却油９８の移動に伴って回動する。したがって、冷却油誘導部材６０は重力方向に対して所定の角度に維持され、貯留部６４は常に上端部に位置することになる。

ハウジング１１の傾斜に伴って、冷却油供給口９０も角度αだけ傾斜する。ところが、冷却油誘導部材６０の貯留部６４は、回動軸Ｐの垂直上方から±αの角度範囲に形成されているので、角度αだけ傾斜した冷却油供給口９０に対向して配置される。これにより、冷却油供給口９０から供給された冷却油は、車両水平時と同様に冷却油誘導部材６０の貯留部６４に流入する。そして貯留部６４が満杯になると、冷却油は、車両水平時と同様に車両上方に位置する貯留部６４から車両前方および車両後方に向かって均等に流出する。流出した冷却油は、カバー部６２の表面に沿ってコイル１４ａの周方向に誘導され、カバー部６２に形成された貫通孔からコイル１４ａに滴下される。したがって、車両傾斜時においても、車両水平時と同様に、コイル１４ａの周方向に対して均等に冷却油を供給することができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。なお第１実施形態と同様の構成となる部分については、その詳細な説明を省略する。
図６は第２実施形態の冷却油誘導部材の説明図であり、図６（ａ）は冷却油誘導部材の平面図であり、図６（ｂ）は図３のＡ−Ａ線に相当する部分における断面図である。図６（ｂ）に示すように、第２実施形態の冷却油誘導部材８０では、コイル１４ａの上半部を覆うようにカバー部８２および取付部８９が一体成型されている。カバー部８２の上部には、第１実施形態と同様の貯留部８４が形成されている。この貯留部８４は、冷却油誘導部材８０の回動軸Ｐの垂直上方から±αの角度範囲に形成されている。また図６（ａ）に示すように、カバー部８２には、第１実施形態と同様の複数の貫通孔８３，８５が形成されている。

図６（ｂ）に戻り、取付部８９の中央部には、第１実施形態と同様の回動機構７０が設けられている。これにより冷却油誘導部材８０は、電動機と同軸上で回動自在に支持されている。第２実施形態では、冷却油誘導部材８０を重力方向に対して所定の角度に維持する角度維持手段として、取付部８９の下端部に錘８６が装着されている。この錘８６の重さは、冷却油誘導部材８０の下半部の重さが、上半部の重さ（貯留部８４が冷却油で満杯になった状態における上半部の重さ）より重くなるように設定されている。
なお第２実施形態では、ハウジング１１の内面が第１実施形態のような円弧状に形成されていない。

図７（ａ）は、車両水平時における電動機の冷却作用の説明図である。冷却油誘導部材８０は回動自在に支持され、その下端部には錘８６が装着されているので、貯留部８４は上端部に位置している。冷却油供給口９０から冷却油が供給され、貯留部８４が満杯になると、冷却油は、車両上方に位置する貯留部８４から車両前方および車両後方に向かって均等に流出する。流出した冷却油は、カバー部８２の表面に沿ってコイル１４ａの周方向に誘導され、カバー部８２に形成された貫通孔からコイル１４ａに滴下される。以上により、コイル１４ａの周方向に対して均等に冷却油を供給することができる。

図７（ｂ）は、車両傾斜時における電動機の冷却作用の説明図である。車両が最大登坂角度αの傾斜路を走行する場合には、ハウジング１１が重力方向（図７（ｂ）の上下方向）に対して角度αだけ傾斜する。これに伴って、回収冷却油９８は、傾斜したハウジング１１の新たな底部に移動する。なお第２実施形態では、ハウジング１１の内面が円弧状に形成されていないので、回収冷却油９８の表面と冷却油誘導部材８０の回動軸Ｐとの距離は変化する。しかしながら、冷却油誘導部材８０は回動自在に支持され、その下端部には錘８６が装着されているので、貯留部８４は常に上端部に位置することになる。

ハウジング１１の傾斜に伴って、冷却油供給口９０も角度αだけ傾斜する。ところが、冷却油誘導部材８０の貯留部８４は、回動軸Ｐの垂直上方から±αの角度範囲に形成されているので、角度αだけ傾斜した冷却油供給口９０に対向して配置される。これにより、冷却油供給口９０から供給された冷却油は、車両水平時と同様に冷却油誘導部材８０の貯留部８４に流入する。そして貯留部８４が満杯になると、冷却油は、車両水平時と同様に車両上方に位置する貯留部８４から車両前方および車両後方に向かって均等に流出する。流出した冷却油は、カバー部８２の表面に沿ってコイル１４ａの周方向に誘導され、カバー部８２に形成された貫通孔からコイル１４ａに滴下される。したがって、車両傾斜時においても、車両水平時と同様に、コイル１４ａの周方向に対して均等に冷却油を供給することができる。

なお、この発明は上述した実施形態に限られるものではない。
例えば、実施形態では駆動装置の電動機に本発明の冷却構造を適用したが、それ以外の電動機に本発明を適用することも可能である。また冷却油として、コイルを冷却可能ないかなる冷媒を採用することも可能である。

車両の概略構成図である。 駆動装置の正面断面図である。 電動機の拡大図である。 第１実施形態の冷却油誘導部材の説明図である。 電動機の冷却作用の説明図である。 第２実施形態の冷却油誘導部材の説明図である。 電動機の冷却作用の説明図である。

符号の説明

２…電動機 １１…ハウジング １４…ステータ １４ａ…コイル １５…ロータ １５ａ…永久磁石 ６０…冷却油誘導部材 ６４…冷却油貯留部 ６６…フロート（角度維持手段） ７０…回動機構 ８０…冷却油誘導部材 ８４…冷却油貯留部 ８６…錘（角度維持手段） ９０…冷却油供給口

Claims (4)

1. コイルを巻き回したステータと、永久磁石を備えたロータとで構成される電動機の冷却構造であって、
   前記電動機を収納するハウジングと、前記ハウジングの上部に形成された冷却油供給口と、前記冷却油供給口から供給される冷却油を前記コイルに誘導する冷却油誘導部材と、
   前記冷却油誘導部材の上部に形成された冷却油貯留部と、前記冷却油誘導部材を前記電動機と同軸上で回動自在に支持する回動機構と、前記冷却油誘導部材を重力方向に対して所定の角度に維持する角度維持手段と、
   を備えることを特徴とする電動機の冷却構造。
2. 前記冷却油が回収される前記ハウジングの内面は、円弧状に形成され、
   前記角度維持手段は、前記冷却油誘導部材の下部にフロートを配置して構成されることを特徴とする請求項１に記載の電動機の冷却構造。
3. 前記角度維持手段は、前記冷却油誘導部材の下部に錘を配置して構成されることを特徴とする請求項１に記載の電動機の冷却構造。
4. 前記冷却油誘導部材は、前記コイルの外周を覆うように形成され、
   前記コイルの周方向における前記冷却油貯留部の幅は、前記ハウジングの最大傾斜角度に応じて設定されることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の電動機の冷却構造。

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