JP2011165452A - 誘導加熱調理器 - Google Patents

Abstract

【課題】加熱開始時に適正な鍋か否かを判定する精度を高めた誘導加熱調理器を提供する。
【解決手段】商用交流電源１が接続される直流電源回路２の出力を高周波電力に変換して負荷回路４に供給するインバーター回路３と、入力電流検出部１７と、出力電流検出部１９と、天板１５上の鍋１６の温度を検出する温度検出部２１と、インバーター回路３を駆動する駆動信号を制御する制御回路２４と、加熱開始時に制御回路２４により所定の駆動条件でインバーター回路３が駆動されたときに、入力電流検出部１７により検出された電流と出力電流検出部１９により検出された電流とを用いて天板１５上の鍋１６が適正か否かを判定する際、温度検出部２１により検出された鍋１６の温度に応じて鍋１６が適正か否かの判定を行う閾値を補正する鍋判定部２６とを備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、インバータ方式の誘導加熱調理器に係わり、特に加熱コイルの上方の天板に載置された負荷が適正か否か、また、負荷が載置されているか否かを判定する誘導加熱調理器に関するものである。

入力電流や加熱コイルに流れる電流を使用して負荷検出を行う誘導加熱調理器においては、低出力時に入力電流や出力電流が小さくなるため、加熱動作を継続すべき小径鍋と、加熱動作を停止すべき無負荷状態やフォーク、スプーン等の小物負荷の判定が困難となる。また、入力電圧が変動すると同じ負荷状態、かつ、同じ駆動信号でインバーター回路を動作させた場合でも、入力電流や加熱コイル電流の大きさが変わってしまう。さらに、鍋の温度が変わると鍋のインピーダンスが変わるため、同じ入力電圧において同じ駆動信号でインバーター回路を動作させた場合でも、入力電流や加熱コイル電流の大きさが変わってしまう。

そこで、従来の誘導加熱調理器では、インバーター回路の駆動信号が低出力レベルで負荷判定が困難なレベルであれば周期的に負荷判定が可能なレベルまで増加させて負荷検知を行うものや（例えば、特許文献１参照）、周期的に入力電圧に応じた所定の駆動信号で動作させることにより負荷判定を行うようにしているものがあった（例えば、特許文献２参照）。

特開平０６−１１９９６８号公報（第４頁、図１乃至図４） 特開平０５−３１５０６８号公報（第３−４頁、図１）

前述した従来の誘導加熱調理器では、入力電流や加熱コイルに流れる電流が負荷判定可能なレベルになるように、周期的に所定レベルの駆動信号でインバーター回路を駆動したり、あるいは周期的に入力電圧に応じた所定の駆動信号に変更して負荷判定を行うようにしている。このため、使用者が火力設定を変更していないにかかわらず火力が変化し、使用者にとって不自然な動作となり、鍋の載置状態の変化を検知するのが遅れたり、低火力の加熱出力が設定火力より大きくなるという課題があった。

本発明は、前記のような課題を解決するためになされたもので、加熱開始時に適正な鍋か否かを判定する精度を高め、加熱動作中においては低加熱出力状態であっても加熱出力を調整することなく鍋の載置状態を正確に判定できる誘導加熱調理器を得ることを目的とする。

本発明に係る誘導加熱調理器は、天板の下方に配置された加熱コイルを有する負荷回路と、交流電源から直流に変換する直流電源回路と、直流電源回路の出力を高周波電力に変換して負荷回路に供給するインバーター回路と、インバーター回路を駆動する駆動信号を制御する制御回路と、天板に載置された鍋の温度を検出する温度検出手段とを備え、さらに、交流電源から直流電源回路に入力される電流を検出する入力電流検出手段と、交流電源から直流電源回路に入力される電圧を検出する入力電圧検出手段と、負荷回路に流れる電流を検出する出力電流検出手段と、負荷回路に生じる共振電圧を検出する出力電圧検出手段と、加熱開始時に制御回路により所定の駆動条件でインバーター回路が駆動されたときに、入力電流検出手段、入力電圧検出手段、出力電流検出手段および出力電圧検出手段のうち少なくとも二つの検出手段の検出値を用いて天板に載置された鍋が適正か否かを判定する鍋判定手段とを備え、鍋判定手段は、鍋が適正か否かを判定する際、温度検出手段により検出された鍋の温度に応じて鍋が適正か否かの判定条件を補正する。

また、本発明に係る誘導加熱調理器は、天板の下方に配置された加熱コイルを有する負荷回路と、交流電源から直流に変換する直流電源回路と、直流電源回路の出力を高周波電力に変換して前記負荷回路に供給するインバーター回路と、インバーター回路を駆動する駆動信号を制御する制御回路と、天板に載置された鍋の温度を検出する温度検出手段とを備え、さらに、交流電源から直流電源回路に入力される電流を検出する入力電流検出手段と、交流電源から直流電源回路に入力される電圧を検出する入力電圧検出手段と、負荷回路に流れる電流を検出する出力電流検出手段と、加熱動作中に、入力電圧検出手段、出力電流検出手段および駆動信号のうち少なくとも一つと入力電流検出手段により検出された電流とを用いて天板に鍋が載置されているか否かを判定する鍋有無判定手段とを備え、鍋有無判定手段は、天板に鍋が載置されているか否かを判定する際、温度検出手段により検出された鍋の温度に応じて鍋の有無の判定条件を補正する。

本発明においては、加熱開始時に、入力電流検出手段により検出された電流、入力電圧検出手段により検出された電圧、出力電流検出手段により検出された電流および出力電圧検出手段により検出された共振電圧のうち少なくとも二つを用いて天板に載置された鍋が適正か否かを判定する際、温度検出手段により検出された鍋の温度に応じて鍋が適正か否かの判定条件を補正するようにしている。これにより、小径鍋が載置されている状態と、無負荷状態や小物（フォークやスプーン）が載置された状態との入力電流などの差異が小さい場合においてもより正確に判定することができる。

また、本発明においては、加熱動作中に、入力電圧検出手段により検出された電圧、出力電流検出手段により検出された電流および駆動信号のうち少なくとも一つと入力電流検出手段により検出された電流とを用いて天板に鍋が載置されているか否かを判定する際、温度検出手段により検出された鍋の温度に応じて鍋の有無の判定条件を補正するようにしている。これにより、低加熱出力状態であって鍋の温度が変わって鍋のインピーダンスが変化した場合でも、加熱出力を調整することなく正確に鍋の有無を判定することができる。

実施の形態に係る誘導加熱調理器の回路構成を示す図である。 実施の形態に係る誘導加熱調理器の制御回路における加熱制御の処理を示すフローチャートである。 実施の形態に係る誘導加熱調理器における鍋判定の特性図である。 実施の形態の変形例を示す誘導加熱調理器における鍋判定の特性図である。 実施の形態に係る誘導加熱調理器における鍋の有無判定の特性図である。 実施の形態の変形例を示す誘導加熱調理器における鍋の有無判定の特性図である。

以下、本発明に係る誘導加熱調理器の実施の形態を詳細に説明する。
図１は実施の形態に係る誘導加熱調理器の回路構成を示す図である。
図１において、本実施の形態の誘導加熱調理器は、例えば商用交流電源１に接続される直流電源回路２と、インバーター回路３と、負荷回路４と、耐熱強化ガラスにより構成され鍋１６が載置される天板１５と、加熱開始や停止、加熱電力を設定するための加熱電力設定部２３と、調理器全体の制御を行う制御回路２４とを備えている。

前述の直流電源回路２は、商用交流電源１の交流電力を整流するダイオードブリッジ回路５と、整流された電圧を平滑するチョークコイル６および平滑コンデンサ７とから構成される。この直流電源回路２の出力は、直流母線を介してインバーター回路３に供給される。インバーター回路３は、直流母線間に直列に接続されたスイッチング素子８，９と（以下、高電位側のスイッチング素子８を「上スイッチ８」、低電位側のスイッチング素子９を「下スイッチ９」と呼ぶ）、上スイッチ８と下スイッチ９とにそれぞれ逆並列に接続されたダイオード１０，１１とを有している。このインバーター回路３は、上スイッチ８と下スイッチ９とが交互にオン・オフすることによりその接続点と直流母線の一端（低電位側）との間に高周波電圧が発生し、負荷回路４に供給される。

負荷回路４は、天板１５の下方に配置された加熱コイル１２およびその共振コンデンサ１３の直列回路と、共振コンデンサ１３に並列に接続されたクランプダイオード１４とから構成されている。この負荷回路４は、加熱コイル１２に流れる高周波電流により生じる磁束が天板１５に載置された鍋１６に渦電流を誘起して加熱する。なお、クランプダイオード１４を加熱コイル１２に並列に接続しても良い。

入力電流検出部１７は、商用交流電源１からダイオードブリッジ回路５に流れる入力電流を検出する。入力電圧検出部１８は、ダイオードブリッジ回路５から出力される電圧を検出する。出力電流検出部１９は、インバーター回路３から負荷回路４に流れる電流を検出する。出力電圧検出部２０は、共振コンデンサ１３に生じる共振電圧を検出する。温度検出部２１は、天板１５の下面に密着するように配置され、鍋１６の温度を天板１５を介して間接的に検出する。インバーター駆動回路２２は、制御回路２４からの制御に基づいて駆動信号を生成し、その駆動信号をインバーター回路３の上スイッチ８と下スイッチ９に出力して交互にオン・オフする。

前述した制御回路２４には、鍋有無判定部２５および鍋判定部２６が設けられている。鍋有無判定部２５は、加熱動作中に入力電流等の検出値やインバーター回路３の駆動信号のレベルから天板１５に載置された鍋１６が取り除かれたか否かを判定する。鍋判定部２６は、加熱動作の開始時に制御回路２４により所定の駆動信号のレベルでインバーター回路３が駆動されると、天板１５に適正な鍋１６が載置されているか否かを入力電流等の検出値から判定する。

前記のように構成された誘導加熱調理器において加熱制御の処理を図２のフローチャートを用いて説明する。
図２は実施の形態に係る誘導加熱調理器の制御回路における加熱制御の処理を示すフローチャートである。
まず、制御回路２４は、加熱電力設定部２３から加熱電力の設定による加熱開始要求が入力されたかどうかを判定する（ステップ１）。制御回路２４は、加熱開始要求を検知したときにはインバーター駆動回路２２を制御し、インバーター回路３の上スイッチ８と下スイッチ９への所定の駆動信号の出力を開始する（ステップ２）。その後、制御回路２４は、入力電流検出部１７を介して入力電流を、入力電圧検出部１８を介して入力電圧を、出力電流検出部１９を介して負荷回路４に流れる出力電流を、さらに、出力電圧検出部２０を介して共振コンデンサ１３に発生する共振電圧を、温度検出部２１を介して天板１５（鍋１６）の温度をそれぞれ検出する(ステップ３)。

この時、制御回路２４の鍋判定部２６は、検出された入力電流等の検出値に基づいて適正な鍋１６が天板１５に載置されているか否かを判定する(ステップ４)。一方、制御回路２４は、鍋判定部２６により適正な鍋１６が載置されていないと判定されたときには、所定の駆動信号の出力を停止し、ステップ１に戻って加熱開始要求を待つ。また、制御回路２４は、鍋判定部２６により適正な鍋１６が載置されていると判定されたときには、入力電流検出部１７により検出された入力電流と入力電圧検出部１８により検出された入力電圧とから入力電力を算出し、加熱電力設定部２３により設定された設定電力と比較する（ステップ５）。制御回路２４は、入力電力の方が大きいときにはインバーター駆動回路２２を制御してインバーター回路３の駆動周波数を高くし、加熱出力をダウンさせて（ステップ６）、ステップ８へ進む。また、制御回路２４は、ステップ５で設定電力の方が大きいときにはインバーター駆動回路２２を制御してインバーター回路３の駆動周波数を低くし、加熱出力をアップさせて（ステップ７）、ステップ８へ進む。さらに、制御回路２４は、ステップ５で設定電力と入力電力とが略同等のときにはインバーター駆動回路２２を制御することなくそのままステップ８へ進む。

その後、制御回路２４は、加熱電力設定部２３の加熱停止操作による加熱停止要求を検知したか否かを判定する（ステップ８）。制御回路２４は、加熱停止要求を検知しなかったときには、入力電流検出部１７を介して入力電流を、入力電圧検出部１８を介して入力電圧を、出力電流検出部１９を介して負荷回路４に流れる出力電流を、さらに、出力電圧検出部２０を介して共振コンデンサ１３に発生する共振電圧を、温度検出部２１を介して天板１５（鍋１６）の温度をそれぞれ検出する(ステップ９)。

この時、制御回路２４の鍋有無判定部２５は、検出された入力電流等の検出値に基づいて鍋１６が天板１５に継続して載置されているか否か、あるいは鍋１６が取り除かれて天板１５上に無い状態となっているか否かを判定する(ステップ１０)。一方、制御回路２４は、鍋有無判定部２５により鍋１６が天板１５に継続して載置されていると判定されたときにはステップ５へ移行して加熱動作を継続する。また、制御回路２４は、ステップ１０で鍋１６が移動されて天板１５上に無い状態であると判定されたときには、一旦、駆動信号の出力を停止させる（ステップ１１）。そして、制御回路２４は、ステップ２に移行して初期負荷の検知を行うための所定の駆動信号の出力から再開し、適正な鍋１６か否かを鍋判定部２６で判定させる。なお、制御回路２４は、ステップ８で加熱停止要求を検知したときには、インバーター駆動回路２２を制御してインバーター回路３への駆動信号を停止し（ステップ１２）、ステップ１へ戻って加熱開始要求を待つ。

以上のように制御回路２４は加熱制御の処理を実行するが、図２のステップ４において加熱開始時に鍋判定部２６が行う適正な鍋１６が載置されているか否かの判定は、図３に示すように、所定の駆動信号でインバーター回路３を駆動している状態における入力電流と出力電流の関係を用いて行う。

鍋判定部２６は、所定の駆動状態において、出力電流が所定値以上に大きい場合（アルミ鍋や銅鍋等の低インピーダンス鍋）、入力電流や出力電流が小さい場合（無負荷や小物）、入力電流に対して出力電流が大きい場合（低インピーダンスの小径鍋）には、不適正な鍋１６であると判定する。その際、鍋１６の温度が上昇するとそのインピーダンス特性が変わり、同一の鍋１６が同一の位置に載置されている場合であっても低温状態における入力電流と出力電流の関係と、高温状態における入力電流と出力電流の関係が変わる。

そこで、本実施の形態においては、鍋１６の温度に応じて判定条件である閾値を補正するようにしている。例えば図３に示すように、補正前の閾値（二点鎖線）に対して、鍋１６の温度が低温のときには閾値を実線で示すように補正し、高温のときには閾値を破線で示すように補正する。これにより、適正な鍋１６か否かの判定を正確に行うことができる。

なお、入力電流と出力電流の関係だけでなく、入力電圧も考慮して、（入力電流／入力電圧）と（出力電流／入力電圧）の関係から適正な鍋１６か否かを判定するようにしても良い。この場合、入力電圧のばらつきの影響も考慮した適性な鍋１６か否かを判定することができる。

また、鍋判定部２６が行う適正な鍋１６が載置されているか否かの判定を、例えば図４に示すように、所定の駆動信号でインバーター回路３を駆動している状態における入力電流と共振電圧の関係から判定することもできる。

所定の駆動状態においては、出力電圧検出部２０により検出された共振コンデンサ１３に生じる共振電圧も天板１５上の鍋１６の状態に応じて異なるからである。アルミ鍋や銅鍋等の低インピーダンス鍋が載置されている場合には共振電圧は高くなり、無負荷状態や小物が載置されている場合には共振電圧や入力電流が小さくなり、低インピーダンスの小径鍋が載置されている場合には入力電流に対して共振電圧が高くなる。従って、出力電圧検出部２０により検出された共振電圧が所定値以上に高い場合や、共振電圧や入力電流が小さい場合、入力電流に対して共振電圧が高い場合には不適正な鍋１６と判定する。この場合も、鍋１６の温度が上昇するとそのインピーダンス特性が変わり、同一の鍋１６であっても低温状態における入力電流と共振電圧の関係と、高温状態における入力電流と共振電圧の関係が変わる。

そこで、本実施の形態の変形例として、例えば図４に示すように、補正前の閾値（二点鎖線）に対して、鍋１６の温度が低温のときには判定条件である閾値を実線で示すように補正し、高温のときには閾値を破線で示すように補正する。これにより、適正な鍋１６か否かの判定を正確に行うことができる。

なお、入力電流と共振電圧の関係だけでなく、入力電圧も考慮して、（入力電流／入力電圧）と（共振電圧／入力電圧）の関係から適正な鍋１６か否かを判定するようにしても良い。この場合、入力電圧のばらつきの影響も考慮した適正な鍋１６か否かを正確に判定することができる。

図２のステップ１０において鍋有無判定部２５が行う、鍋１６が載置されている状態が継続しているか、あるいは鍋１６が取り除かれて鍋無しの状態になっているかの判定（無負荷判定）については、例えば図５に示すように、駆動信号のレベルと入力電流の関係を利用して行う。

駆動信号のレベルは、例えばインバーター回路３の駆動周波数を調整することにより行うが、駆動周波数を下げる（負荷回路の共振周波数に近づける）と駆動信号のレベルは高く（加熱出力は大きく）なり、駆動周波数を上げる（負荷回路の共振周波数から遠ざける）と駆動信号レベルは低く（加熱出力は小さく）なる。入力電流検出部１７により検出された入力電流は、加熱コイル１２の上方の天板１５に載置された鍋１６の状態（大きさ、材質、等）と駆動信号のレベルにより変化するが、鍋１６が載置されていない無負荷状態では駆動信号のレベルを高くしても入力電流はあまり増加しない。一方、大径の低インピーダンス鍋（アルミ鍋、銅鍋等）の場合には、比較的低い駆動信号のレベルで入力電流が大きくなる。前記のような場合には、適正な鍋１６が載置されていないと判定して加熱を中止する。

鍋有無判定部２５が低火力（低レベルの駆動信号）で加熱している場合において行う、小径鍋を載置している場合と無負荷状態の場合の判定は、小径鍋を載置している場合の入力電流と無負荷状態の入力電流の差異が小さいうえ、鍋１６の温度が上昇するとそのインピーダンス特性が変わるため、その判定が困難な場合がある。

そこで、本実施の形態においては、同一の鍋１６であっても低温状態における駆動信号のレベルと入力電流の関係と、高温状態における入力電流と出力電流の関係が変わることを考慮して、鍋１６の温度に応じて判定条件である閾値を補正する。例えば図５に示すように、補正前の閾値（二点鎖線）に対して、鍋１６の温度が低温のときには閾値を実線で示すように補正し、高温のときには閾値を破線で示すように補正する。高温のときには同一の駆動信号のレベルに対して入力電流の閾値を下げる。このように鍋１６の温度を考慮することにより、天板１５上に鍋１６が載置されているか否かを正確に判定することができる。

なお、駆動信号のレベルと入力電流の関係だけでなく、入力電圧も考慮して、駆動信号と（入力電流／入力電圧）との関係から天板１５上に鍋１６が載置されているか否かを判定するようにしても良い。この場合、入力電圧のばらつきの影響も考慮した適性な鍋１６の有無を正確に判定することができる。

また、前記の説明ではインバーター回路３の駆動周波数を調整することで駆動信号のレベル（加熱出力）を変える例を示したが、インバーター回路３の駆動周波数を一定に保った状態で上スイッチ８と下スイッチ９の通電比率を調整することにより駆動信号のレベル（加熱出力）を変えることもできる。

インバーター回路３を一定の駆動周波数で駆動する場合、上スイッチ８と下スイッチ９の通電時間の比率を５０％：５０％に近づけるほど加熱出力は大きくなり、上スイッチ８の通電時間を下スイッチ９の通電時間に対して短くするほど加熱出力は小さくなる。

インバーター回路３を一定の駆動周波数で駆動する場合、鍋有無判定部２５が行う鍋１６が載置されているか鍋無し状態となったかの判定を、例えば図６に示すように、出力電流検出部１９により検出された出力電流と入力電流検出部１７により検出された入力電流との関係から判定することとしても良い。但し、同一の鍋１６が同一の位置に載置されている場合であっても、インバーター回路３の駆動状態（駆動周波数）により出力電流と入力電流の関係は異なるので、駆動周波数ごとの出力電流と入力電流の関係を用いることとする。

なお、出力電流と入力電流の関係を用いて適正な鍋１６が載置されているか鍋無し状態となったかを判定する場合においても、鍋１６の温度が変わるとそのインピーダンス特性も変化して影響を受けるため、温度に応じて判定条件である閾値を補正することにより適正な鍋１６の有無の判定を正確に行うことができる（図６参照）。

以上のように本実施の形態においては、鍋判定部２６が行う加熱開始時に適正な鍋１６が載置されているか否かの判定を、鍋１６の温度に応じて補正した閾値を用いて判定するようにしている。これにより、小径鍋が載置されている状態と、無負荷状態や小物（フォークやスプーン）が載置された状態との入力電流などの差異が小さい場合においてもより正確に判定することができる。また、加熱開始時の鍋１６の温度により、同一の鍋１６に対して加熱可否の判定のバラツキを抑えることができる。

また、加熱出力状態で鍋有無判定部２５が行う適正な鍋１６が載置され続けているか、あるいは鍋１６が取り除かれて無負荷状態となっているかの判定も、鍋１６の温度に応じて補正した閾値を用いて判定するようにしている。これにより、低加熱出力状態で小径鍋が載置された状態と、無負荷状態や小物（フォークやスプーン）が載置された状態との入力電流などの差異が小さい場合においてもより正確に判定することができる。このため、より安全で無駄なエネルギーを使用しない誘導加熱調理器を得ることがきる。また、鍋１６の温度上昇等により、加熱途中での不適正な鍋１６として加熱が停止されるのを抑えることができる。

１ 商用交流電源、２ 直流電源回路、３ インバーター回路、４ 負荷回路、５ ダイオードブリッジ回路、６ チョークコイル、７ 平滑コンデンサ、８，９ スイッチング素子、１０，１１ ダイオード、１２ 加熱コイル、１３ 共振コンデンサ、１４ クランプダイオード、１５ 天板、１６ 鍋、１７ 入力電流検出部、１８ 入力電圧検出部、１９ 出力電流検出部、２０ 出力電圧検出部、２１ 温度検出部、２２ インバーター駆動回路、２３ 加熱電力設定部、２４ 制御回路、２５ 鍋有無判定部、２６ 鍋判定部。

Claims (2)

1. 天板の下方に配置された加熱コイルを有する負荷回路と、
   交流電源から直流に変換する直流電源回路と、
   前記直流電源回路の出力を高周波電力に変換して前記負荷回路に供給するインバーター回路と、
   前記インバーター回路を駆動する駆動信号を制御する制御回路と、
   天板に載置された鍋の温度を検出する温度検出手段とを備え、
   さらに、
   交流電源から前記直流電源回路に入力される電流を検出する入力電流検出手段と、
   交流電源から前記直流電源回路に入力される電圧を検出する入力電圧検出手段と、
   前記負荷回路に流れる電流を検出する出力電流検出手段と、
   前記負荷回路に生じる共振電圧を検出する出力電圧検出手段と、
   加熱開始時に前記制御回路により所定の駆動条件でインバーター回路が駆動されたときに、前記入力電流検出手段、前記入力電圧検出手段、前記出力電流検出手段および前記出力電圧検出手段のうち少なくとも二つの検出手段の検出値を用いて天板に載置された鍋が適正か否かを判定する鍋判定手段とを備え、
   前記鍋判定手段は、鍋が適正か否かを判定する際、前記温度検出手段により検出された鍋の温度に応じて鍋が適正か否かの判定条件を補正することを特徴とする誘導加熱調理器。
2. 天板の下方に配置された加熱コイルを有する負荷回路と、
   交流電源から直流に変換する直流電源回路と、
   前記直流電源回路の出力を高周波電力に変換して前記負荷回路に供給するインバーター回路と、
   前記インバーター回路を駆動する駆動信号を制御する制御回路と、
   天板に載置された鍋の温度を検出する温度検出手段とを備え、
   さらに、
   交流電源から前記直流電源回路に入力される電流を検出する入力電流検出手段と、
   交流電源から前記直流電源回路に入力される電圧を検出する入力電圧検出手段と、
   前記負荷回路に流れる電流を検出する出力電流検出手段と、
   加熱動作中に、前記入力電圧検出手段、前記出力電流検出手段および駆動信号のうち少なくとも一つと前記入力電流検出手段により検出された電流とを用いて天板に鍋が載置されているか否かを判定する鍋有無判定手段とを備え、
   前記鍋有無判定手段は、天板に鍋が載置されているか否かを判定する際、前記温度検出手段により検出された鍋の温度に応じて鍋の有無の判定条件を補正することを特徴とする誘導加熱調理器。

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