JP2014109375A - Electromagnetic clutch - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、自動車エンジン用可変ウォーターポンプへの回転動力の入力を断続する電磁クラッチに関する。 The present invention relates to an electromagnetic clutch that intermittently inputs and outputs rotational power to a variable water pump for an automobile engine.
従来、回転駆動する駆動側機器から当該駆動側機器の回転動力を動力源とする従動側機器への回転動力の伝達を断続する機器の一つとして電磁クラッチが利用されてきた。このような電磁クラッチに関する技術として特許文献1に記載のものがある。 2. Description of the Related Art Conventionally, an electromagnetic clutch has been used as one of devices that intermittently transmit rotational power from a driving device that is rotationally driven to a driven device that uses the rotational power of the driving device as a power source. There exists a thing of patent document 1 as a technique regarding such an electromagnetic clutch.
特許文献1に記載の電磁クラッチは、駆動側機器によって回転するロータと、従動側機器に支持され、励磁コイルが収容されるフィールドコアと、従動側機器の回転軸と一体回転する状態でロータと接離可能に構成されたアーマチュアとを備えて構成される。この電磁クラッチにおいて励磁コイルに通電されていない場合には、アーマチュアとロータとは離間状態となるので、回転動力が従動側機器の回転軸に入力されない。一方、励磁コイルに通電されると、アーマチュア、ロータ、及びフィールドコアの間で磁路が形成されてアーマチュアがロータに吸着される。これにより、ロータ及びアーマチュアを介して駆動側機器からの回転動力が従動側機器の回転軸に入力される。 The electromagnetic clutch described in Patent Document 1 includes a rotor that is rotated by a drive-side device, a field core that is supported by the driven-side device and that accommodates an excitation coil, and a rotor that rotates integrally with a rotation shaft of the driven-side device. And an armature configured to be able to contact and separate. In this electromagnetic clutch, when the exciting coil is not energized, the armature and the rotor are separated from each other, so that rotational power is not input to the rotating shaft of the driven device. On the other hand, when the exciting coil is energized, a magnetic path is formed between the armature, the rotor, and the field core, and the armature is attracted to the rotor. Thereby, the rotational power from the drive side device is input to the rotation shaft of the driven side device via the rotor and the armature.
特許文献1に記載の技術にあっては、駆動側機器の回転動力により回転駆動されるロータがフィールドコアの径方向外側に配設される。一方、フィールドコアは電磁クラッチの断続状態に拘らず静止状態とされる従動側機器に支持される。このため、ロータの回転駆動を妨げないように、ロータとフィールドコアとの間には周方向に亘ってギャップが設けられる。アーマチュアをロータに吸着させる際には、吸着当初においてはこのようなギャップを介して磁路を形成する必要がある。このようなギャップの磁気抵抗(ギャップに存在する空気の磁気抵抗)はフィールドコアの磁気抵抗に比べて非常に大きいため、励磁コイルにより発生させる磁場の強度を強くする必要がある。このような方法として、励磁コイルの線材の巻き数を多くしたり、通電する電流を大きくしたり、或いはフィールドコアの断面積を広くすることが考えられる。 In the technique described in Patent Document 1, a rotor that is rotationally driven by the rotational power of a drive-side device is disposed on the radially outer side of the field core. On the other hand, the field core is supported by a driven device that is in a stationary state regardless of whether the electromagnetic clutch is engaged or not. For this reason, a gap is provided in the circumferential direction between the rotor and the field core so as not to hinder the rotational drive of the rotor. When the armature is attracted to the rotor, it is necessary to form a magnetic path through such a gap at the beginning of the attracting. Since the magnetic resistance of such a gap (the magnetic resistance of air existing in the gap) is much larger than the magnetic resistance of the field core, it is necessary to increase the strength of the magnetic field generated by the exciting coil. As such a method, it is conceivable to increase the number of windings of the exciting coil wire, increase the current to be energized, or increase the cross-sectional area of the field core.
しかしながら、励磁コイルの線材の巻き数を大きくすると、励磁コイル自体のサイズが大きくなってしまう。また、励磁コイルに通電する電流を大きくする場合には、励磁コイルの線材に発生するジュール熱を下げるために線材の径を太くする必要がある。このため、結果的に励磁コイルのサイズが大きくなってしまう。更には、フィールドコアの断面積を広くする場合においても、励磁コイルのサイズが大きくなってしまう。このような励磁コイルのサイズアップは電磁クラッチの大型化に繋がるので、軽量化及び小型化の要求が強い車載用途への採用は難しくなる。 However, when the number of windings of the exciting coil wire is increased, the size of the exciting coil itself is increased. Further, when increasing the current to be applied to the exciting coil, it is necessary to increase the diameter of the wire in order to reduce the Joule heat generated in the wire of the exciting coil. As a result, the size of the exciting coil is increased. Furthermore, even when the cross-sectional area of the field core is increased, the size of the exciting coil is increased. Such an increase in the size of the exciting coil leads to an increase in the size of the electromagnetic clutch, making it difficult to adopt it for in-vehicle applications where there is a strong demand for weight reduction and size reduction.
本発明の目的は、上記問題に鑑み、小型の電磁クラッチを提供することにある。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a small electromagnetic clutch.
上記目的を達成するための本発明に係る電磁クラッチの特徴構成は、外周面に自動車のエンジンのクランクシャフトと同期回転する駆動ベルトが巻き回されるベルト巻回部が形成された外側円筒状部と、前記外側円筒状部の軸方向端部の一方において径方向内側に延在する円板状の円板状部と、前記円板状部の内縁部から前記軸方向に延出し、前記外側円筒状部と対向して設けられる内側円筒状部とを有する駆動プーリと、前記外側円筒状部の内周面と前記円板状部の軸方向端面と前記内側円筒状部の外周面とにより囲まれた環状空間に少なくとも一部が収容されると共に、磁性体からなり非回転部であるフィールドコアと、前記駆動プーリの回転軸心と同軸上に、前記駆動プーリからの動力を受けて回転して、前記エンジンに冷媒を供給する自動車エンジン用可変ウォーターポンプの回転軸と、前記回転軸に対してスラスト回転可能に支持され、磁性体からなる作動部材と、前記フィールドコアに支持された状態で前記フィールドコア内に収容され、前記作動部材を吸着固定する磁力を発生させる電磁ソレノイドと、前記駆動プーリと前記フィールドコアとの間のギャップの少なくとも一部に液密的に封止された密閉空間を形成するシール部材と、前記密閉空間に充填される磁性流体と、を備えている点にある。 In order to achieve the above object, the electromagnetic clutch according to the present invention is characterized in that an outer cylindrical portion in which a belt winding portion around which a drive belt that rotates synchronously with a crankshaft of an automobile engine is wound is formed on an outer peripheral surface. A disc-like disc-like portion extending radially inward at one of axial end portions of the outer cylindrical portion, and extending in the axial direction from an inner edge portion of the disc-like portion, A driving pulley having an inner cylindrical portion provided opposite to the cylindrical portion; an inner peripheral surface of the outer cylindrical portion; an axial end surface of the disc-shaped portion; and an outer peripheral surface of the inner cylindrical portion. At least a part is accommodated in the enclosed annular space, and is rotated on the same axis as the non-rotating portion of the field core made of a magnetic material and the rotational axis of the drive pulley in response to power from the drive pulley. Supply refrigerant to the engine A rotating shaft of a variable water pump for an automobile engine, supported to be rotatable with respect to the rotating shaft, an operating member made of a magnetic material, and housed in the field core in a state supported by the field core, An electromagnetic solenoid that generates a magnetic force for adsorbing and fixing the operating member; a sealing member that forms a sealed space that is liquid-tightly sealed in at least a part of a gap between the drive pulley and the field core; and the sealing And a magnetic fluid filled in the space.
このような特徴構成とすれば、駆動プーリとフィールドコアとの間に存在するギャップの少なくとも一部を無くすことができる。このため、駆動プーリとフィールドコアとの間の磁気抵抗を小さくすることができるので、作動部材をフィールドコアに電磁吸着させる際の磁場の強度を、従来のようなギャップを有する電磁クラッチの場合に比べて小さくすることができる。したがって、電磁ソレノイドのサイズを小さくすることができる。また、これに合わせて、駆動プーリも小径のものを用いることができるので、電磁クラッチを小型化することが可能となる。 With such a characteristic configuration, at least a part of the gap existing between the drive pulley and the field core can be eliminated. For this reason, since the magnetic resistance between the drive pulley and the field core can be reduced, the strength of the magnetic field when electromagnetically attracting the actuating member to the field core is reduced in the case of an electromagnetic clutch having a conventional gap. It can be made smaller. Therefore, the size of the electromagnetic solenoid can be reduced. In accordance with this, since the drive pulley having a small diameter can be used, the electromagnetic clutch can be miniaturized.
また、前記密閉空間が、前記外側円筒状部と前記フィールドコアとの間、及び前記内側円筒状部と前記フィールドコアとの間に形成されてあると好適である。 Further, it is preferable that the sealed space is formed between the outer cylindrical portion and the field core and between the inner cylindrical portion and the field core.
このような構成とすれば、外側円筒状部とフィールドコアとの間、及び内側円筒状部とフィールドコアとの間に磁性流体を充填することができるので、駆動プーリとフィールドコアとの間の磁気抵抗を低減することができる。このため、電磁ソレノイドにより生じさせる磁場の強度を小さくすることができるので、電磁ソレノイドをコンパクトなものに変更することができる。したがって、電磁クラッチを小型化することが可能となる。 With such a configuration, the magnetic fluid can be filled between the outer cylindrical portion and the field core and between the inner cylindrical portion and the field core. Magnetic resistance can be reduced. For this reason, since the intensity of the magnetic field generated by the electromagnetic solenoid can be reduced, the electromagnetic solenoid can be changed to a compact one. Therefore, the electromagnetic clutch can be reduced in size.
また、前記フィールドコアが、前記環状空間に収容される環状コアであると好適である。 Further, it is preferable that the field core is an annular core accommodated in the annular space.
このような構成とすれば、駆動プーリの外側円筒状部とフィールドコアとの間の空間、及び駆動プーリの内側円筒状部とフィールドコアとの間の空間の夫々を円環状に構成することができる。したがって、密閉空間の構成にあたり、夫々の円環状の空間の軸方向両側にシール部材を用いるだけで良いので、磁性流体の充填を容易に行うことが可能となる。 With this configuration, each of the space between the outer cylindrical portion of the drive pulley and the field core and the space between the inner cylindrical portion of the drive pulley and the field core can be configured in an annular shape. it can. Therefore, in the configuration of the sealed space, it is only necessary to use seal members on both sides in the axial direction of the respective annular spaces, so that the magnetic fluid can be easily filled.
本発明に係る電磁クラッチは、自動車のエンジンに冷媒を供給する自動車エンジン用可変ウォーターポンプ120に入力する回転動力を伝達したり、当該回転動力を遮断したりする機能を備えている。以下、本実施形態の電磁クラッチ100について詳細に説明する。
The electromagnetic clutch according to the present invention has a function of transmitting rotational power input to an automotive engine
図1には、本実施形態に係る電磁クラッチ100の側方断面図が示される。また、図2には、図1におけるII‐II線の断面図が示される。図3には、電磁ソレノイド50の周辺を拡大した図が示される。図1に示されるように電磁クラッチ100は、駆動プーリ10と、フィールドコア20と、回転軸30と、作動部材40と、電磁ソレノイド50と、シール部材60と、磁性流体70とを備えて構成される。
FIG. 1 shows a side sectional view of an
駆動プーリ10は、外側円筒状部11と円板状部12と内側円筒状部13とを有して構成される。外側円筒状部11は円筒状で構成される。すなわち、外側円筒状部11は、図2に示されるように軸方向に直交する断面が円形である筒状で構成される。外側円筒状部11は、その外周面11Aに自動車のエンジンEのクランクシャフト110と同期回転する駆動ベルト111が巻き回されるベルト巻回部14が形成される。エンジンEとは、電磁クラッチ100が搭載される自動車の動力源である。駆動ベルト111は、エンジンEのクランクシャフト110のプーリ溝112と駆動プーリ10のベルト巻回部14とに亘って巻き掛けられる。これにより、クランクシャフト110が回転駆動すると、駆動ベルト111を介して外側円筒状部11に回転駆動力が伝達され、駆動プーリ10が回転駆動する。
The
円板状部12は、いわゆるドーナツ状に構成される。円板状部12は、外側円筒状部11の軸方向端部の一方において径方向内側に延在して構成される。円板状部12は、当該円板状部12の外周面が外側円筒状部11の内周面11Bに当接して設けられる。したがって、円板状部12は、外側円筒状部11と同軸上に設けられる。
The disk-
内側円筒状部13も円筒状で構成される。すなわち、内側円筒状部13は、図2に示されるように、軸方向に直交する断面が円形である筒状で構成される。内側円筒状部13は、円板状部12の内縁部12Aから軸方向に延出し、外側円筒状部11と対向して設けられる。上述のように円板状部12はドーナツ状に構成される。したがって、内側円筒状部13は、ドーナッツ状の内縁部12Aから軸方向に沿って設けられる。内側円筒状部13の軸方向の長さは、外側円筒状部11の軸方向の長さと同程度の長さで形成すると好適である。
The inner
このような外側円筒状部11と円板状部12と内側円筒状部13とは、一体で形成される。このような駆動プーリ10は、外側円筒状部11の内周面11Bと前記円板状部12の軸方向端面12Bと内側円筒状部13の外周面13Aとにより囲まれた環状空間15を形成する。この環状空間15は、図1に示されるように、軸方向一方の側に開口部を有し、駆動プーリ10と同軸上に、周方向に直交する断面がコの字状で形成される。
The outer
フィールドコア20は、この環状空間15に少なくとも一部が収容して配設される。本実施形態では、フィールドコア20は、環状空間15に収容される環状コアから構成される(図2参照)。フィールドコア20は、駆動プーリ10との間にギャップを有して設けられる。また、このようなフィールドコア20は磁性体で形成される。フィールドコア20の背面には、円板状の取付板139が連結固定される。この取付板139は静止系(後述する)であるハウジング130に連結固定される。したがって、フィールドコア20は静止系に支持される。したがって、フィールドコア20は非回転部材で構成される。
At least a part of the
回転軸30は、自動車エンジン用可変ウォーターポンプ120の回転軸であり、駆動プーリ10の回転軸心と同軸上に、駆動プーリ10からの動力を受けて回転して、エンジンEに冷媒を供給するインペラ122と一体回転する。回転軸30は、図2に示されるように、駆動プーリ10の回転軸心と同じ軸心を有して配設される。回転軸30は、エンジンEからの回転動力の入力の有無に拘らず、回転していない部材、すなわち静止系に支持される。ここで、電磁クラッチ100は、当該電磁クラッチ100をエンジンEに取り付けるハウジング130に連結固定される。ハウジング130からは、回転軸30の径方向外側を軸方向に沿って延出して軸方向延出部131が設けられる。本実施形態では、このようなハウジング130及び軸方向延出部131が静止系に相当する。回転軸30は、この軸方向延出部131の径方向内側にベアリング132を介して支持される。また、この軸方向延出部131の径方向外側にベアリング133を介して駆動プーリ10の内側円筒状部13が支持される。
The rotating
本実施形態では、インペラ122はボス部121を介して回転軸30に連結固定される。ここで、駆動プーリ10は、エンジンEから駆動ベルト111を介して回転動力が入力される。詳細は後述するが、電磁クラッチ100がエンジンEの回転動力を接続状態とした場合に、この回転動力が回転軸30に入力され、インペラ122を回転駆動させる。これにより、自動車エンジン用可変ウォーターポンプ120がエンジンEに冷媒を供給することが可能となる。
In the present embodiment, the
作動部材40は、回転軸30に対してスラスト回転可能に支持される。ここで、回転軸30の軸方向端部には、ハブ部41が固定される。ハブ部41は、ボス部41aとフランジ部41bとを備えて構成される。ボス部41aは回転軸30の軸方向端部に嵌合され、回転軸30と一体回転するように連結固定される。フランジ部41bはボス部41aの先端部から径方向に突出した円板状に形成される。また、フランジ部41bはボス部41aと一体的に形成される。
The operating
作動部材40は円板状に構成され、軸方向端面にフランジ部41bに固定されたバネ95により回転軸30と同軸上に支持される。バネ95は、作動部材40にリベット49により締結固定され、フランジ部41bにリベット48により締結固定される。バネ95は、作動部材40を軸方向外側へ、すなわち作動部材40がフィールドコア20から遠ざかるように付勢されている。このようなバネ95はフランジ部41bと作動部材40とに亘って複数備えると好適である。これにより、バネ95の付勢力により作動部材40が駆動プーリ10と離間させられる。上述のスラスト回転とは、回転軸30の延出方向に沿って移動可能であり、回転軸30と同期して回転することを意味する。これにより、作動部材40と回転軸30とが同期して回転することが可能となる。このような作動部材40は、磁性体で形成される。
The actuating
電磁ソレノイド50は、フィールドコア20に支持された状態で当該フィールドコア20内に収容され、作動部材40を吸着固定する磁力を発生させる。ここで、上述のように本実施形態では、フィールドコア20は環状で構成され、駆動プーリ10の環状空間15に収容されている。このようなフィールドコア20は駆動プーリ10の円板状部12の軸方向端面12Bの側に開口部を有する環状溝20Aが形成される(図2参照)。電磁ソレノイド50は、この環状溝20A内に絶縁樹脂51を介して固定される。
The
電磁ソレノイド50は、通電されることによりフィールドコア20から磁束が発生し、当該磁束により磁路が形成される。この磁路により作動部材40がバネ95の付勢力に抗して駆動プーリ10に吸着される。これにより、作動部材40が駆動プーリ10と一体回転される。
When the
シール部材60は、駆動プーリ10とフィールドコア20との間のギャップの少なくとも一部に液密的に封止された密閉空間61を形成する。フィールドコア20は、駆動プーリ10の内壁、即ち、外側円筒状部11の内周面11B及び内側円筒状部13の外周面13Aとの間にギャップを有して配設されている。また、本実施形態では、フィールドコア20として環状コアが用いられている。したがって、上述のギャップは、フィールドコア20の内周面に沿った円環状のギャップと、外周面に沿った円環状のギャップと環状空間15の開口奥側の円板状のギャップとからなる。本実施形態では、フィールドコア20の内周面に沿った円環状ギャップと、外周面に沿った円環状のギャップとに円環状のシール部材60を嵌め込んで密閉空間61が形成される。したがって、本実施形態では、密閉空間61も図2に示されるように円環状に形成される。液密的に封止された密閉空間61とは、密閉空間61に液体を充填した場合に、密閉空間61から液体が漏れ出さないことを意味する。
The
ここで、駆動プーリ10はエンジンEのクランクシャフト110に同期して回転する。一方、フィールドコア20は静止系に支持され回転しない。シール部材60は、このような非回転部であるフィールドコア20の外周面に配設され、駆動プーリ10はシール部材60の外周面を摺動回転する。このためシール部材60は、液密性及び耐磨耗性に優れたものを用いる必要があるが、このようなシール部材60は例えば流体軸受等に利用されているシール部材を用いることが可能である。このようなシール部材は、公知であるので説明は省略する。
Here, the
磁性流体70は、密閉空間61に充填される。密閉空間61とは、フィールドコア20の内周面に沿った円環状のギャップと外周面に沿った円環状のギャップとに円環状のシール部材60を嵌め込んで形成された円環状の空間である(図2参照)。このような円環状の空間に充填される磁性流体70は、例えばイソパラフィン系磁性流体を用いると好適である。もちろん、他の磁性流体を用いることも当然に可能である。
The
電磁ソレノイド50に通電すると、電磁ソレノイド50が電磁石として機能する。これにより、図3に示されるように、電磁ソレノイド50を中心として磁束が生じ、磁路が形成される。図3においては、このような磁路が破線で示される。その結果、作動部材40がバネ95の付勢力に抗して、駆動プーリ10に吸着支持される。これにより、駆動プーリ10と共に作動部材40が回転され、回転軸30も回転駆動される。したがって、自動車エンジン用可変ウォーターポンプ120が回転駆動される。
When the
本電磁クラッチ100によれば、フィールドコア20と駆動プーリ10との間には磁性流体70が充填されているので、磁束がギャップを飛び越えることがなく、磁性体により形成される。このため、磁路の磁気抵抗を小さくすることができるので、電磁ソレノイド50の巻線の巻き数を大きくする必要がなく、電磁ソレノイド50の断面積も広くする必要もない。したがって、電磁クラッチ100をコンパクトに構成することが可能となる。
According to the
〔その他の実施形態〕
上記実施形態では、駆動プーリ10とフィールドコア20との間のギャップに周方向に亘って密閉空間61を形成するシール部材60が備えられているとして説明した。しかしながら、本発明の適用範囲は、これに限定されるものではない。駆動プーリ10とフィールドコア20との間のギャップの一部に液密的に封止された密閉空間61を形成する構成とすることも当然に可能である。
[Other Embodiments]
In the said embodiment, it demonstrated that the sealing
上記実施形態では、密閉空間61が、外側円筒状部11とフィールドコア20との間、及び内側円筒状部13とフィールドコア20との間に形成されているとして説明した。しかしながら、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。外側円筒状部11とフィールドコア20との間、及び内側円筒状部13とフィールドコア20との間の一方にのみ密閉空間61を構成するようにすることも当然に可能である。
In the embodiment described above, the sealed
上記実施形態では、フィールドコア20が、環状空間15に収容される環状コアであるとして説明した。しかしながら、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。フィールドコア20を環状でないコアで形成することも当然に可能である。
In the above embodiment, the
本発明は、自動車エンジン用可変ウォーターポンプへの動力源の入力を断続する電磁クラッチに用いることが可能である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used for an electromagnetic clutch that intermittently inputs a power source to a variable water pump for an automobile engine.
10:駆動プーリ
11:外側円筒状部
11A:外周面
11B:内周面
12:円板状部
12A:内周面
12B:軸方向端面
13:内側円筒状部
13A:外周面
14:ベルト巻回部
15:環状空間
20:フィールドコア
30:回転軸
40:作動部材
50:電磁ソレノイド
60:シール部材
61:密閉空間
70:磁性流体
100:電磁クラッチ
110:クランクシャフト
111:駆動ベルト
120:自動車エンジン用可変ウォーターポンプ
E:エンジン
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10: Drive pulley 11: Outer
Claims (3)
前記外側円筒状部の内周面と前記円板状部の軸方向端面と前記内側円筒状部の外周面とにより囲まれた環状空間に少なくとも一部が収容されると共に、磁性体からなり非回転部であるフィールドコアと、
前記駆動プーリの回転軸心と同軸上に、前記駆動プーリからの動力を受けて回転して、前記エンジンに冷媒を供給する自動車エンジン用可変ウォーターポンプの回転軸と、
前記回転軸に対してスラスト回転可能に支持され、磁性体からなる作動部材と、
前記フィールドコアに支持された状態で前記フィールドコア内に収容され、前記作動部材を吸着固定する磁力を発生させる電磁ソレノイドと、
前記駆動プーリと前記フィールドコアとの間のギャップの少なくとも一部に液密的に封止された密閉空間を形成するシール部材と、
前記密閉空間に充填される磁性流体と、
を備えた電磁クラッチ。 An outer cylindrical portion in which a belt winding portion around which a driving belt that rotates synchronously with a crankshaft of an automobile engine is wound is formed on the outer peripheral surface, and a radially inner side at one of axial end portions of the outer cylindrical portion A drive pulley having a disk-shaped disk-shaped part extending in the direction of the axis, and an inner cylindrical part extending in the axial direction from the inner edge of the disk-shaped part and provided to face the outer cylindrical part When,
At least a part is accommodated in an annular space surrounded by the inner peripheral surface of the outer cylindrical portion, the axial end surface of the disc-shaped portion, and the outer peripheral surface of the inner cylindrical portion, and is made of a magnetic material. A field core which is a rotating part;
On the same axis as the rotational axis of the drive pulley, the rotational axis of a variable water pump for an automobile engine that rotates by receiving power from the drive pulley and supplies refrigerant to the engine;
An actuating member made of a magnetic material supported so as to be capable of thrust rotation with respect to the rotating shaft;
An electromagnetic solenoid housed in the field core in a state of being supported by the field core and generating a magnetic force for adsorbing and fixing the operating member;
A seal member that forms a sealed space liquid-tightly sealed in at least a part of a gap between the drive pulley and the field core;
A magnetic fluid filled in the sealed space;
With electromagnetic clutch.
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