JP2012191752A - 電磁回転機 - Google Patents

Abstract

【課題】 比較的簡単な構成で複数のマグネットを確実に固定化できる電磁回転機を提供すること。
【解決手段】回転軸に固定されるロータコアを有するロータユニットと、ロータユニットを保持するユニットホルダと、ロータコアをその外周側から取り囲む一対の円弧状マグネットと、一対の円弧状マグネットの隣接する一端部間に配されて当該一対の円弧状マグネットを円筒状ケースの内周に沿って離間する方向に付勢する付勢手段とを備え、ユニットホルダの端部上には、一対の円弧状マグネットの隣接する他端部間に配されて当該一対の円弧状マグネットの接近方向への移動を規制する規制突起部が一体的に設けられ、一対の円弧状マグネットは、規制突起部と付勢手段とで挟まれて円筒状ケース内で位置決めするようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＤＣモータ等の電磁回転機に関する。

従来から、電磁回転機のロータ構造としては、回転軸と、この回転軸に固定されるロータコアと、ロータコアの周方向に配置される複数のマグネットと、マグネットの周囲を覆うケースとを有するものが知られている（特許文献１）。

ところで、この種のロータ構造では、一般的に、マグネットを固定するため、例えば、接着剤を用いたり、あるいはロータのケース内周面にマグネットを固定するための構造を別途設けたりしている。

なお、特許文献１では、マグネット等を覆うケース（カバー）を円筒状カバーと当該円筒状カバーの軸方向両開口を閉鎖する一対のエンドプレートとで構成し、ロータコアの周囲に配置される４つのマグネット間に突出する突起を一対のエンドプレートに設けて、各マグネットを固定化している。

特開２００６−２９６０２０号公報

上述した特許文献１に開示のロータ構造では、マグネットを固定するための突起を一対のエンドプレートの両方にそれぞれ設ける必要があり、部品点数が多く構造も複雑であり、また組立性も悪いため、低コスト化を図るのが難しいという問題がある。

そこで、本発明は、上述した事情に鑑み、比較的簡単な構成で複数のマグネットを確実に固定化できる電磁回転機を提供する。

上記課題を解決するための本発明の電磁回転機は、回転軸に固定されるロータコアを有するロータユニットと、前記ロータユニットを保持するユニットホルダと、前記ロータコアをその外周側から取り囲む一対の円弧状マグネットと、前記一対の円弧状マグネットの隣接する一端部間に配されて当該一対の円弧状マグネットを前記円筒状ケースの内周に沿って離間する方向に付勢する付勢手段とを備え、前記ユニットホルダの端部上には、前記一対の円弧状マグネットの隣接する他端部間に配されて当該一対の円弧状マグネットの接近方向への移動を規制する規制突起部が一体的に設けられ、前記一対の円弧状マグネットは、前記規制突起部と前記付勢手段とで挟まれて前記円筒状ケース内で位置決めされることを特徴とする。

本発明によれば、比較的簡単な構成で複数のマグネットを確実に固定化できる電磁回転機を提供することができる。

実施形態１の電磁回転機の概略構成を示す分解斜視図。 実施形態１の電磁回転機の概略構成を示す組立断面図。 実施形態１の電磁回転機に係るユニットホルダ構成の概略図。 実施形態１の電磁回転機に係るユニットホルダの断面図。 電磁回転機の参考例との構成比較を説明するための概略図。 実施形態１の電磁回転機の補助ヨーク取付例１を示す概略斜視図。 実施形態１の電磁回転機の補助ヨーク取付例２を示す概略斜視図。 実施形態１の電磁回転機の製造装置を示す概略図。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面を用いて詳細に説明する。但し、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
（実施形態１）

図１は、本発明の実施形態１に係る電磁回転機の概略構成を示す分解斜視図である。また、図２は、本発明の実施形態１に係る電磁回転機の概略構成を示す上部開口図及びＡ−Ａ組立断面図である。さらに、図３は、本発明の実施形態１に係る電磁回転機のユニットホルダ構成の概略図、図４は図３のＢ−Ｂ断面図である。

図１〜図４に示すように、本実施形態の電磁回転機１は、電磁力モータであり、回転軸（シャフト）１１に固定されるロータコア（積層コア）１２等を有するロータユニット１３と、このロータユニット１３を保持するユニットホルダ１４と、ロータコア１２をその外周側から取り囲む一対の円弧状マグネット１５とが円弧状のケース（筒状ケース）１６内に収容される構成を有する。また、電磁回転機１のユニットホルダ１４側の端面１４ａ側には、外部接続用コネクタ１７ａを有する基板１７が装着される。

ここで、電磁回転機１の駆動部を構成するロータユニット１３は、回転軸１１と、ロータコア１２と、ロータコア１２の両端部にそれぞれ装着される一組のインシュレータ（絶縁体）１８とを有する。そして、ロータユニット１３には、図示しないが、ロータコア１２に装着された一組のインシュレータ１８の上から線材が巻かれる。

また、ロータユニット１３の一端部側は、ユニットホルダ１４に保持され、その状態で、ロータユニット１３から突出する回転軸１１の一端部は、コンミテータ（整流子）１９、ワッシャ２０及び軸受２１を介してユニットホルダ１４の挿通孔に挿入される。このコンミテータ１９は、不図示のコンミテータ端子に半田付けされるバリスタ２２と共に回転軸１１に固着されている。なお、ロータユニット１３の他端部側の回転軸１１は、ワッシャ２０及び軸受２１を介してケースの軸挿入穴（天面孔）１６ａに挿入保持される。また、ケース１６の軸挿入穴１６ａから突出する回転軸１１の先端部には、歯車（ギア）２３が圧入され、図示しないが外部に動力を伝達するようになっている。

さらに、このようなロータユニット１３を保持するユニットホルダ１４には、ロータユニット１３の回転軸１１に装着されたコンミテータ１９に対して電気的に接続される一組のブラシ２４がそれぞれ保持される。具体的には、図１及び図３に示すように、各ブラシ２４は、弾性変形する板ばね部材からなるブラシアーム（ブラシ支持体）２５の先端にそれぞれ固定される。また、各ブラシアーム２５の基端側はユニットホルダ１４にそれぞれ装着固定される。そして、一組のブラシ２４は、各ブラシアーム２５の弾性変形によってコンミテータ１９をその径方向両側から挟みこむ構成となっている。これにより、コンミテータ１９が回転すると、一組のブラシ２４がコンミテータ１９に電気的に接続されて、不図示の巻き線の各相に順次電流を流し、後述する一対の円弧状マグネット１５の内側でロータユニット１３が回転する。なお、ブラシアーム２５の背面には、防振ゴム２６が貼着されている。

ここで、このような電磁回転機１においては、上述したように、ロータコア１２の外周側に一対の円弧状マグネット１５が配置されている。すなわち、一対の円弧状マグネット１５は、ケース１６とロータコア１２との間に配置される。そして、これら一対の円弧状マグネット１５は、永久磁石からなり、ロータコア１２に対して回転磁力を生じさせる磁力発生手段となる。なお、本実施形態では、一対の円弧状マグネット１５は、Ｓ極側に配置される第１マグネットと、Ｎ極側に配置される第２マグネットとから構成、すなわち、Ｓ極及びＮ極に二分割された円弧状マグネットによって構成した。

また、図１及び図２に示すように、このような一対の円弧状マグネット１５の隣接する一端部間には、対向する一対の円弧状マグネット１５をケース１６の内周に沿って離間する方向に付勢する付勢手段となるマグネットピン２７が配置されている。すなわち、マグネットピン２７は、ケース１６内に配置される一対の円弧状マグネット１５の各一端部とケース１６とで画成される隙間に圧入固定される。なお、このマグネットピン２７は、例えば、本実施形態では、金属製の細長い板状部材を折り曲げて嘴形状に加工したものを用いた。

そして、ユニットホルダ１４の端部上には、図３及び図４に示すように、一対の円弧状マグネット１５の隣接する他端部間に配されて、一対の円弧状マグネット１５の接近方向への移動を規制する規制突起部１４０が一体的に設けられている。そして、一対の円弧状マグネット１５は、規制突起部１４０によってケース１６内での回転移動が実質的に規制される。また、一対の円弧状マグネット１５は、マグネットピン２７の付勢力の作用を受けて、規制突起部１４０とマグネットピン２７とで強固に挟まれて、ケース１６内で位置決め固定される。なお、このような規制突起部１４０は、例えば、本実施形態では、樹脂材料の一体成型物であるユニットホルダ１４の一部分を構成している。

さらに、このようなユニットホルダ１４の規制突起部１４０は、本実施形態では、マグネットピン２７からの一対の円弧状マグネット１５に対する付勢力を受けてケース１６の内周面に押し付けられる形状とした。具体的には、規制突起部１４０の両側面は、それぞれ、一対の円弧状マグネット１４０の円周方向端面と当接するテーパ面１４０ａとなっている（図３参照）。これら各テーパ面１４０ａは、回転軸１１の軸方向から見て、放射状に形成されている。すなわち、各テーパ面１４０ａは、相互にケース１６側に向かって広がるように設けられている。このため、一対の円弧状マグネット１５の一端部がマグネットピン２７によって押圧されると、一対の円弧状マグネット１５の他端部が規制突起部１４０を押圧する。このとき、一対の円弧状マグネット１５の他端部が各テーパ面１４０ａに沿ってそれぞれ摺接し、これによって規制突起部１４０を含むユニットホルダ１４全体がケース１６側に押し付けられる。これにより、一対の円弧状マグネット１５及びユニットホルダ１４をそれぞれケース１６内の所定位置に強固に位置決め固定することができる。

特に、本実施形態によれば、各ブラシ２４は、ユニットホルダ１４に装着されているので、ユニットホルダ１４の規制突起部１４０により一対の円弧状マグネット１５と各ブラシ２４（ブラシアーム２５）との周方向位置が相対的に決まる。このため、結果的に、ブラシ２４とロータコア１２の突極の周方向位置も決まり、最適な転流タイミングを実現することができる。すなわち、本実施形態によれば、一対の円弧状マグネット１５間に規制突起部１４０を挿入配置するだけで、ブラシ２４を保持するユニットホルダ１４と一対の円弧状マグネット１５との相対位置を所定位置に決定することができるため、巻き線に流す電流の転流タイミングを最適にしてトルク定数を最大にするように、後から一対の円弧状マグネット１５とブラシ２４との相対位置を別途調整する手間を省略できる。

本実施形態では、上述したように、ユニットホルダ１４に規制突起部１４０を一体的に設けているので、構造を簡略化でき、優れた組立性を実現できる他、低コスト化を図ることもできる。また、マグネットのグレードを上げて発生磁力を上げつつ、モータ全体の小型化、低コスト化にも有利である。

さらに、本実施形態では、規制突起部１４０が樹脂材料の一体成型物であるユニットホルダ１４の一部分を構成しているので、一対の円弧状マグネット１５とケース１６との振動をそれぞれ減衰（吸収等）して、騒音を小さくする効果も期待できる。

なお、位置決め用の規制突起部１４０の代わりに、図５に示す参考例のように、ケース５０の一部に切曲げ部（切り起し）５１を設けて、この切曲げ部５１をロータユニット側（ケース５０の内側）に折り曲げてケース５０内でマグネット５２を固定する部材とすることもできる。その一方で、ケース５０は、マグネット５２及びロータコアと共に磁気回路を構成している。

このため、図５の参考例の構成では、マグネット５２を固定化できるものの、ケース５０の外周に孔ができてしまうと、磁気回路の一部が切り欠かれることになり、結果的に、磁気抵抗が上がり、回転トルクを発生させるギャップ（マグネット５２からロータコア間）の磁束密度が下がって、モータのトルクを下げる要因となる。本実施形態では、ケース５０に切曲げ部５１を設ける代わりに、ユニットホルダ１４に規制突起部１４０を一体的に設け、当該規制突起部１４０を一対の円弧状マグネット１５間に挿入配置しているので、構成が非常に簡単であって組立性にも優れ、しかも、切曲げ部５１を設ける構成ではないのでモータ性能低下のおそれもない。また、本実施形態では、ケース１６は円筒状を確保できるので、切曲げ部５１を設けた場合と比べて、磁束の通りが良く、磁気抵抗が減少する。これにより、ロータコア１２と一対の円弧状マグネット１５間のエアーギャップの磁束密度が高まり、モータのトルクを高めることができるという効果もある。

ここで、上述した構成の電磁回転機１のケース１６の外側（胴回り）には、筒状部材として、スリット部２８を有する板状（帯状）の補助ヨーク２９が装着される（図１）。このような補助ヨーク２９をケース１６の外周に嵌合して磁束の通りを作ることによりトルクアップを図ることができる。

このような補助ヨーク２９は、詳細は後ほど図６及び図７を用いて説明するが、周方向の一部を不連続とするスリット部２８と、ケース１６の外周面に係合する係合部となる凸部３０とを有する。この凸部３０としては、例えば、本実施形態では、円形の凸部３０とした。一方、ケース１６の外周面には、凹部１６ｂが設けられている。すなわち、補助ヨーク２９の凸部３０と、ケース１６の凹部１６ｂとを係合することで、補助ヨーク２９をケース１６の外周に位置決め固定することができる。

このような補助ヨーク２９とケース１６との係合位置、すなわち、両部材の相対的な位置決め固定位置は、スリット部２８を係合の位置基準として、補助ヨーク２９の端部（縁部を含む）を除いた中央領域内に対応して設けられている。特に、補助ヨーク２９とケース１６との係合位置は、スリット部２８に対向する中央領域内であって且つスリット部２８との対称位置とするのが望ましい。本実施形態では、補助ヨーク２９とケース１６との係合位置を、スリット部２８に対向する中央領域の対称位置（補助ヨーク２９の幅方向中央部且つ周方向中央部）とした。これにより、補助ヨーク２９全体の方向性が実質的に無くなり、ケース１６に対する組立性を格段に向上することができる。なお、補助ヨーク２９のケース１６に対する位置決め用の係合部（凸部３０）の位置は、少なくとも補助ヨーク２９の幅方向又は周方向での方向性を無くすることができれば、組立性の向上に寄与するため、必ずしも、補助ヨーク２９の形状における完全な対称位置でなくてもよい。

また、補助ヨーク２９とケース１６との係合位置は、一対の円弧状マグネット１５の隣接する端部間を除いた当該一対の円弧状マグネット１５に対向する位置に設けられている。これは、補助ヨーク３９とケース１６との係合部分で、各マグネット１５の間隙に対応する磁束の通り道を阻害することを防ぐためである。但し、補助ヨーク２９とケース１６との係合部分を小さくすれば、各マグネット１５の間隙に対応して設けてもよい。

なお、このように、本実施形態では、ケース１６の外周に補助ヨーク２９を環状に装着することで、磁束の通り道を実質的に広くして磁気抵抗を下げることができる。また、本実施形態の構造例では、ケース１６に貫通孔を設けていないので、磁束の通り道を阻害することもない。

以下、図６及び図７を参照して、本実施形態の電磁回転機１の製造方法（組立方法）及び電磁回転機１の製造装置について説明する。なお、図６は、本実施形態の電磁回転機の補助ヨーク取付例１を示す概略斜視図である。また、図７は、本実施形態の電磁回転機の補助ヨーク取付例２を示す概略斜視図である。図８は、本実施形態の電磁回転機の製造装置を示す概略図である。

［補助ヨーク取付例１］
本取付例１では、まず、図６（ａ）に示すように、補助ヨーク２９のスリット部２８を介して円弧状に拡開した状態で、電磁回転機本体のケース１６の外周に挿嵌し、これを仮組みユニット１Ａとする。このとき、補助ヨーク２９は、補助ヨーク２９の凸部３０とケースの凹部１６ｂとを回転軸１１の軸周りに異なる位相の状態（相対位置をずらした状態）でケース１６の外周に挿嵌する。本実施形態では、補助ヨーク２９とケース１６との係合位置を、スリット部２８に対向する中央領域の対称位置としているので、補助ヨーク２９全体の方向性が実質的に無くなり、ケース１６に対する組立性を格段に向上することができる。ここでは、回転軸１１の軸方向における補助ヨーク２９の凸部３０とケース１６の凹部１６ｂとの位置関係が略一致するまで補助ヨーク２９をケース１６の外周に挿嵌する。なお、このように補助ヨーク２９をケース１６の外周に挿嵌する際においては、補助ヨーク２９のスリット部２８を、ケース１６に対する仮組みの基準位置としている。

次に、図６（ｂ）及び図６（ｃ）に示すように、図示しない載置台上に仮組みユニット１Ａを固定し、その状態で、補助ヨーク２９だけを保持し、補助ヨーク２９をケース１６の外周に沿って移動（ここでは回転）させ、本組みする。このとき、補助ヨーク２９の凸部３０とケース１６の凹部１６ｂとを嵌めて、両者の相対位置を位置決め固定することで、図６（ｃ）に示すような電磁回転機１を作業性良く効率的に組み立てることができる。

なお、補助ヨーク２９の凸部３０とケース１６の凹部１６ｂとが係合したか否かは、図８に示すように、補助ヨーク２９とケース１６との隙間（数ミリ程度）を検出するための隙間検出装置（接触式変位センサ等）１００を用いて判定することができる。具体的には、隙間検出装置１００の検出用端子（接触子）１０１で補助ヨーク２９の表面までの距離を直接的な検出対象とし、補助ヨーク２９の凸部３０がケース１６の凹部１６ｂに嵌合する前の距離と、嵌合後の距離との差Ｇを検出用端子１０１の移動量（押し込み量）等によって検出し、補助ヨーク２９とケース１６との係合の有無を判定する。すなわち、補助ヨーク２９とケース１６との隙間（凸部３０の高さ分）の変動検出によって、補助ヨーク２９がケース１６に嵌ったことを検出している。

ここで、電磁回転機１の製造装置としては、仮組みユニット１Ａを載置する載置台と、この載置台上にて、補助ヨーク２９の凸部３０をケース１６の凹部１６ｂに係合させるべく補助ヨーク２９をケース１６の外周に沿って移動させる位置決め固定手段を備えていればよい。このような位置決め固定手段としては、ケース１６の外周に沿って補助ヨーク２９を移動させる移動手段（図８の回転爪４０）と、上述した隙間検出装置１００等である係合検出手段とで構成することができる。このような電磁回転機１の製造装置によれば、電磁回転機１の組立を自動的に行うことができ、高い生産性を有する装置となる。

［補助ヨーク取付例２］
本取付例２では、まず、図７（ａ）に示すように、補助ヨーク２９のスリット部２８を介して円弧状に拡開した状態で、電磁回転機本体のケース１６の外周に挿嵌し、これを仮組みユニット１Ｂとする。このとき、補助ヨーク２９は、補助ヨーク２９の凸部３０とケース１６の凹部１６ｂとの回転軸１１の軸周りでの位置を一致させてケース１６の外周に挿嵌する。ここでは、補助ヨーク２９の挿入方向において、補助ヨーク２９の凸部３０がケース１６の凹部１６ｂよりも少し手前の位置まで、補助ヨーク２９をケース１６の外周に挿嵌して仮組みする。

次に、図７（ｂ）及び図７（ｃ）に示すように、図示しない載置台上に仮組みユニット１Ｂを固定し、その状態で、補助ヨーク２９だけを保持し、補助ヨーク２９をケース１６の外周に沿って移動（ここでは回転軸１１の軸方向に押込み移動）させる。これにより、補助ヨーク２９の凸部３０とケース１６の凹部１６ｂとを嵌めて、両部材の相対位置を位置決め固定することで、図７（ｃ）に示すような電磁回転機１を作業性良く効率的に組み立てることができる。

（他の実施形態）
以上、本発明を実施形態１に基づいて説明したが、本発明は上述した実施形態１に限定されるものではない。

例えば、上述した実施形態１では、Ｓ極側に配置される第１マグネットと、Ｎ極側に配置される第２マグネットとで一対の円弧状マグネット１５を構成した。本発明は勿論これに限定されず、例えば、トルク変動を低減等するため、ロータユニットの周囲に４分割以上の偶数分割した複数の円弧状マグネットを配置する場合に、各円弧状マグネットの隙間のそれぞれに、ユニットホルダから突出する１つ又は複数の規制突起部と、隣接するマグネットを付勢する付勢手段とを適宜組み合わせて設けるようにしてもよい。ここで、本発明でいう一対の円弧状マグネットとは、二分割の円弧状マグネット（一組の円弧状マグネット）に限らず、Ｓ極側とＮ極側とで分極された複数組の円弧状マグネットを含む広い概念である。

また、上述した実施形態１では、一対の円弧状マグネット１５の隣接する一端部間に付勢手段としてマグネットピン２７を配置した例を挙げて説明したが、本発明は勿論これに限定されず、付勢手段は、ユニットホルダに固定された状態で一対の円弧状マグネットを付勢するものであってもよい。この場合には、予めユニットホルダ側に付勢手段（板ばね部材等）を装着しておき、ユニットホルダと共に付勢手段を各マグネット間に対応させて圧入固定することで、実施形態１と比べて、組立性を向上することができる。なお、例えば、ユニットホルダから２つの突出部を一体的に設けて、一方の突出部を上述した規制突起部とし、他方の突出部を付勢手段としてもよい。この場合には、例えば、付勢手段となる突出部と規制突起部となる突出部とを同一形状で且つユニットホルダと一体的に設けることができる。また、ケース内に配置された一対の円弧状マグネットの間に２つの突出部を圧入等することにより、ケース内に一対の円弧状マグネットを強固に固定化することができる。

さらに、上述した実施形態１では、補助ヨーク２９側に凸部３０、ケース１６側に凸部１６ｂを設けた係合構造例を説明したが、本発明は勿論これに限定されず、補助ヨーク側を凹部（凹溝を含む）、ケース側を凸部としてもよい。

本発明の電磁回転機は、紙幣、小切手、有価証券、原稿、記録用紙等の各種原稿を給送する各種装置、例えば、スキャナ、プリンタ、ファクシミリ、複写機等の駆動モータに適用可能である。

１ 電磁回転機
１１ 回転軸
１２ ロータコア
１３ ロータユニット
１４ ユニットホルダ
１５ 一対の円弧状マグネット
１６ ケース
１６ｂ 凹部
１７ 基板
１８ インシュレータ
１９ コンミテータ
２０ ワッシャ
２１ 軸受
２２ バリスタ
２３ 歯車
２４ ブラシ
２５ ブラシアーム
２６ 防振ゴム
２７ マグネットピン
２８ スリット部
２９ 補助ヨーク
３０ 凸部
１４０ 規制突起部

Claims (7)

1. 回転軸に固定されるロータコアを有するロータユニットと、
   前記ロータユニットを保持するユニットホルダと、
   前記ロータコアをその外周側から取り囲む一対の円弧状マグネットと、
   前記一対の円弧状マグネットの隣接する一端部間に配されて当該一対の円弧状マグネットを前記円筒状ケースの内周に沿って離間する方向に付勢する付勢手段とを備え、
   前記ユニットホルダの端部上には、前記一対の円弧状マグネットの隣接する他端部間に配されて当該一対の円弧状マグネットの接近方向への移動を規制する規制突起部が一体的に設けられ、
   前記一対の円弧状マグネットは、前記規制突起部と前記付勢手段とで挟まれて前記円筒状ケース内で位置決めされることを特徴とする電磁回転機。
2. 前記一対の円弧状マグネットは、Ｓ極側に配置される第１マグネットと、Ｎ極側に配置される第２マグネットとからなることを特徴とする請求項１に記載の電磁回転機。
3. 前記ユニットホルダの前記規制突起部は、前記付勢手段からの前記一対の円弧状マグネットに対する付勢力を受けて前記円筒状ケースの内周面に押し付けられる形状からなることを特徴とする請求項１又は２に記載の電磁回転機。
4. 前記付勢手段は、板ばね部材からなり、前記一対の円弧状マグネットの各一端部と前記円筒状ケースとで画成される隙間に圧入されるものであることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の電磁回転機。
5. 前記付勢手段は、前記ユニットホルダに固定された状態で前記一対の円弧状マグネットを付勢するものであることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の電磁回転機。
6. 前記規制突起部は、樹脂材料の一体成型物である前記ユニットホルダの一部分を構成することを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の電磁回転機。
7. 前記回転軸の一端部側には、コンミテータが装着され、
   前記ユニットホルダは、前記コンミテータと電気的に接続するブラシが保持されるブラシホルダを兼ねることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の電磁回転機。
   
   

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