JP2014176243A - Work machine and generator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、主に、作業用のアクチュエータを駆動させる作業機械および発電機に関する。 The present invention mainly relates to a working machine and a generator for driving a working actuator.
従来、例えば耕運機のような作業機械では、エンジンの出力軸にトランスミッションを介して作業対象となる作業装置が接続され、エンジンが駆動することにより作業装置を作動させるようになされている。 2. Description of the Related Art Conventionally, in a work machine such as a cultivator, a work device that is a work target is connected to an output shaft of an engine via a transmission, and the work device is operated by driving the engine.
また、作業機械の中には、エンジンに発電体が取り付けられ、エンジンが駆動することにより発電体で生成された電力をバッテリに蓄電し、バッテリに蓄電された電力でアクチュエータを作動させるようになされたものが提案されている(特許文献1)。 In addition, in the work machine, a power generator is attached to the engine, and when the engine is driven, the power generated by the power generator is stored in the battery, and the actuator is operated by the power stored in the battery. Has been proposed (Patent Document 1).
上記のようなエンジンが駆動することにより作業装置を作動させる作業機械では、エンジンの出力を、トランスミッションを介して作業装置に伝達するため、大型化するという問題があった。また、エンジンの回転数に作業装置の作動が依存するため、例えば二以上の作業装置を作動させる際にはそれぞれを独立して制御することができないなど、作業装置を効率よく作動させることができないという問題があった。 In the working machine that operates the working device by driving the engine as described above, the output of the engine is transmitted to the working device through the transmission, and thus there is a problem that the size of the working machine is increased. In addition, since the operation of the work device depends on the engine speed, the work device cannot be operated efficiently, for example, when two or more work devices are operated, each of which cannot be controlled independently. There was a problem.
また、上記のようなバッテリに蓄電された電力でアクチュエータを作動させる作業機械では、バッテリを設ける分だけ装置が大型化するといった問題があった。 Moreover, in the working machine that operates the actuator with the electric power stored in the battery as described above, there is a problem that the apparatus becomes larger as the battery is provided.
そこで、本発明は、作業機械を小型化し、かつアクチュエータを効率よく作動させる作業機械および発電機を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a work machine and a generator that can reduce the size of the work machine and efficiently operate an actuator.
上記課題を解決するために、本発明の作業機械は、エンジンと、前記エンジンの出力軸に接続され、該出力軸を通じて伝達される該エンジンの動力により電力を生成するアキシャルギャップ発電体と、前記アキシャルギャップ発電体により生成された電力により直接作動する一または複数のアクチュエータとを備える。 In order to solve the above-described problems, a work machine according to the present invention includes an engine, an axial gap power generator that is connected to an output shaft of the engine and generates electric power by power of the engine transmitted through the output shaft, And one or a plurality of actuators that are directly operated by electric power generated by the axial gap power generator.
前記アキシャルギャップ発電体は、前記出力軸に固定され該出力軸と一体となって回転し、該出力軸と直交する両側面に、該出力軸の回転方向に沿って磁化方向が交互に逆向きとなるように複数の磁性体が配置されたロータと、前記ロータの軸方向の両側面に所定間隔離間して配置され、前記ロータに配置される前記磁性体と対向する位置に複数のコイルが配置された第1および第2のステータとを備え、前記第1のステータに配置されたコイルにより生成された電力と、前記第2のステータに配置されたコイルにより生成された電力とを独立して異なる前記アクチュエータに供給してもよい。 The axial gap power generator is fixed to the output shaft and rotates integrally with the output shaft. Magnetization directions are alternately reversed on both side surfaces orthogonal to the output shaft along the rotation direction of the output shaft. A rotor having a plurality of magnetic bodies arranged so as to be spaced apart from each other by a predetermined distance on both side surfaces in the axial direction of the rotor, and a plurality of coils at positions facing the magnetic bodies arranged in the rotor An electric power generated by a coil arranged in the first stator and an electric power generated by a coil arranged in the second stator. May be supplied to different actuators.
前記アクチュエータを制御するコントロールユニットを備え、前記第1のステータに配置された複数のコイルのうち、一部のコイルにより生成された電力は前記コントロールユニットに供給され、該一部のコイル以外のコイルにより生成された電力は前記アクチュエータに供給されてもよい。 A control unit for controlling the actuator is provided, and among the plurality of coils arranged in the first stator, power generated by some coils is supplied to the control unit, and coils other than the some coils May be supplied to the actuator.
前記作業機械は移動用の車輪が設けられ、前記車輪を回転させるアクチュエータは、前記第2のステータに配置されたコイルにより生成された電力で作動し、作業用のアクチュエータは、前記第1のステータに配置されたコイルにより生成された電力で作動してもよい。 The working machine is provided with a moving wheel, an actuator for rotating the wheel is operated by electric power generated by a coil disposed in the second stator, and the working actuator is the first stator. It may be operated with power generated by a coil arranged in the.
また、本発明の発電機は、作業機械のアクチュエータに電力を供給する発電機であって、エンジンと、前記エンジンの出力軸に接続され、該エンジンの出力軸から出力される動力により電力を生成し、生成された電力により一または複数のアクチュエータを直接作動させるアキシャルギャップ発電体とを備える。 The generator of the present invention is a generator that supplies electric power to an actuator of a work machine, and is connected to an engine and an output shaft of the engine, and generates electric power by power output from the engine output shaft. And an axial gap power generator that directly operates one or a plurality of actuators with the generated electric power.
本発明は、作業機械を小型化し、かつアクチュエータを効率よく作動させることができる。 The present invention makes it possible to downsize a work machine and operate an actuator efficiently.
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易にするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The dimensions, materials, and other specific numerical values shown in the embodiments are merely examples for facilitating understanding of the invention, and do not limit the present invention unless otherwise specified. In the present specification and drawings, elements having substantially the same function and configuration are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted, and elements not directly related to the present invention are not illustrated. To do.
図1は、作業機械100の全体構成を示す図である。図1に示すように、作業機械100は、耕運機であり、車体フレーム110に発電機112、駆動輪モータ114、回転爪モータ116等が搭載され、これらが車体カバー118により覆われている。車体フレーム110は、前方側で、両端に駆動輪120が固定された車軸122を回転自在に支持するとともに、後方側で、回転爪(ロータリー)124が複数固定された回転軸126を回転自在に支持する。また、車体フレーム110には、作業機械100を扱う作業者が操作するためのハンドル128が取り付けられる。ハンドル128には、コントロールユニット130、および作業者が作業中に操作し得る位置に操作入力部132が取り付けられる。また、車体フレーム110には、後述するエンジン200に供給される燃料を貯蔵する燃料タンク134が設けられる。
FIG. 1 is a diagram illustrating an overall configuration of the
詳しくは後述するように、発電機112は、その動力により電力を生成し(発電し)、駆動輪モータ114、回転爪モータ116およびコントロールユニット130に電力を供給する。駆動輪モータ114は、発電機112から電力が供給されることにより回転し、駆動ベルト136を介して車軸122および駆動輪120を回転させる。回転爪モータ116は、発電機112から電力が供給されることにより回転し、作業ベルト138を介して回転軸126および回転爪124を回転させる。なお、駆動輪モータ114は、駆動輪120を回転させるため、すなわち作業機械100を移動させるため、回転爪124を回転させる回転爪モータ116より、大きな出力が必要であり、その分消費電力も多い。
As will be described in detail later, the
コントロールユニット130は、発電機112から電力が供給されることにより起動し、駆動輪モータ114および回転爪モータ116の回転方向(正回転および逆回転)および回転数を制御する。操作入力部132は、作業者からの指示を受け付けるための複数のボタンが設けられる。
The
図2は、発電機112の構成を示す概略図である。図2に示すように、発電機112は、エンジン200、アキシャルギャップ発電体202、フライホイール部204、リコイルスターター206を含む構成とされる。
FIG. 2 is a schematic diagram showing the configuration of the
エンジン200は、シリンダ210、ピストン212、ピストンロッド214、出力軸としてのクランク軸216、および点火プラグ218を含む構成とされる。エンジン200は、シリンダ210内で点火プラグ218により点火された燃料が燃焼し、燃焼により生じる圧力でピストン212が上下方向に往復動することにより、ピストンロッド214を介してクランク軸216が回転する。クランク軸216のPTO(Power take off)側の端は、フライホイール部204内まで延在する。
The
アキシャルギャップ発電体202は、エンジン200とフライホイール部204との間に、クランク軸216を軸方向に沿って囲むようにして配置される。アキシャルギャップ発電体202は、ハウジング220、ロータ222、第1ステータ224および第2ステータ226を含む構成とされ、ハウジング220内にロータ222、第1ステータ224および第2ステータ226が設けられる。
The axial
ロータ222は、中央部に貫通孔を有して円盤状に形成された円盤部材230が、当該貫通孔に挿通されたクランク軸216に固定される。円盤部材230は、クランク軸216の軸方向と直交する両側面に、周方向に沿って磁化方向が交互に逆向きとなるように複数の磁石232が配置される。
In the
第1ステータ224は、中央部に貫通孔を有して円筒状に形成された円筒部材240がロータ222の一方の側面に対して所定間隔(例えば約1mm)離間するようにハウジング220に固定され、当該円筒部材240の貫通孔にクランク軸216が接触することなく回転自在に挿通される。第1ステータ224は、円筒部材240におけるロータ222の一方の側面と対向する面であって、ロータ222に配置された磁石232と対向する位置に、周方向に沿って例えば18個のコイル242が配置される。コイル242は、18個のうちの3個がそれぞれ連結され、また、残りの15個が電気角120°ごとにU層、V層、W層の3層に分かれて連結される。なお、説明の便宜上、3個が結線されたコイル242群を電源コイル242aと呼び、15個がU層、V層、W層の3層に分かれて結線されたコイル242群を作業コイル242bと呼ぶ。
The
第2ステータ226は、中央部に貫通孔を有して円筒状に形成された円筒部材250がロータ222の他方の側面(第1ステータ224と対向する側面とは反対側の側面)に対して所定間隔(例えば約1mm)離間するようにハウジング220に固定され、当該円筒部材250の貫通孔にクランク軸216が接触することなく回転自在に挿通される。第2ステータ226は、円筒部材250におけるロータ222の他方の側面と対向する面であって、ロータ222に配置された磁石232と対向する位置に、周方向に沿って例えば18個のコイル(以下、駆動コイルとも呼ぶ)252が配置される。駆動コイル252は、U層、V層、W層の3層に分かれて連結される。
The
アキシャルギャップ発電体202は、エンジン200が駆動してクランク軸216とともにロータ222が回転すると、ロータ222に配置された磁石232の周囲の磁界が変化する。そして、この磁界の変化により、第1ステータ224の電源コイル242aおよび作業コイル242b、ならびに第2ステータ226の駆動コイル252に電磁誘導が生じる。その結果、電源コイル242aでは単相交流電流が流れ、作業コイル242bおよび駆動コイル252では3相交流電流が流れる。このようにして、電源コイル242a、作業コイル242bおよび駆動コイル252では、電力が生成される。
In the axial
フライホイール部204は、フライホイール260、ブロワフィン262、イグニッション磁石264、イグニッションコイル266を含む構成とされる。フライホイール260は、円盤状に形成され、一方の側面にクランク軸216が接続され、他方の面にブロワフィン262が取り付けられ、周面にイグニッション磁石264が取り付けられる。フライホイール260は、クランク軸216と一体となって回転する。ブロワフィン262は、外部の空気をエンジン200に吹き付ける羽根が複数設けられる。イグニッションコイル266は、フライホイール260の周面から所定間隔離間した位置に配置され、点火プラグ218が電気的に接続される。イグニッションコイル266は、フライホイール260が回転することでイグニッション磁石264が変化させる磁界によって電磁誘導が起こり、この電磁誘導で生じる電圧差により点火プラグ218を点火させる。
The
リコイルスターター206は、フライホイール部204と隣接して設けられ、作業者の始動操作によりエンジン200を始動させる。
The
図3は、作業機械100の概略的な電気的構成を示した機能ブロック図である。図3では、各部を接続する信号線を細線で示し、各部を接続する電力線を太線で示す。図3に示すように、コントロールユニット130は、制御電源供給ユニット300、回転爪モータ用ドライバユニット302、駆動輪モータ用ドライバユニット304を含む構成とされる。制御電源供給ユニット300は、平滑コンデンサおよびレギュレータを有し、電源コイル242aと電気的に接続されるとともに、回転爪モータ用ドライバユニット302および駆動輪モータ用ドライバユニット304と電気的に接続される。回転爪モータ用ドライバユニット302および駆動輪モータ用ドライバユニット304は、ダイオードブリッジ、平滑コンデンサ、PWM(pulse width modulation)回路を有する例えば12Vで作動するICチップでなり、作業コイル242bおよび駆動コイル252と電気的にそれぞれ接続される。
FIG. 3 is a functional block diagram showing a schematic electrical configuration of
操作入力部132は、回転爪124の回転方向(正転および逆転)を切り替えるための回転爪回転方向切替スイッチ(SW)400、回転爪124の回転速度を切り替えるための回転爪回転速度切替スイッチ(SW)402、進行方向(前進および後進)を切り替えるための進行方向切替スイッチ(SW)404、および、進行速度を切り替えるための進行速度切替スイッチ(SW)406を含む構成とされる。回転爪回転方向切替スイッチ400および回転爪回転速度切替スイッチ402は、作業者の操作に応じた信号を回転爪モータ用ドライバユニット302に出力する。進行方向切替スイッチ404および進行速度切替スイッチ406は、作業者の操作に応じた信号を駆動輪モータ用ドライバユニット304に出力する。
The
回転爪モータ116は、回転爪モータ用ドライバユニット302と電気的に接続され、また、例えばエンコーダやレゾルバでなる回転爪モータ用回転角度検出部116aが取り付けられる。回転爪モータ用回転角度検出部116aは、回転爪モータ116の回転角度を検出し、その検出結果を示す信号を回転爪モータ用ドライバユニット302に出力する。
The
駆動輪モータ114は、駆動輪モータ用ドライバユニット304と電気的に接続され、また、例えばエンコーダやレゾルバでなる駆動輪モータ用回転角度検出部114aが取り付けられる。駆動輪モータ用回転角度検出部114aは、駆動輪モータ114の回転角度を検出し、その検出結果を示す信号を駆動輪モータ用ドライバユニット304に出力する。
The
作業機械100では、エンジン200が駆動すると、電源コイル242a、作業コイル242bおよび駆動コイル252に電磁誘導が生じる。そして、電源コイル242aから単相交流電流が制御電源供給ユニット300に供給されるとともに、作業コイル242bおよび駆動コイル252から3相交流電流が回転爪モータ用ドライバユニット302および駆動輪モータ用ドライバユニット304にそれぞれ供給される。
In
制御電源供給ユニット300は、供給される単相交流電流をダイオードブリッジで整流した後、平滑コンデンサで直流化し、レギュレータで例えば12Vに定圧化して回転爪モータ用ドライバユニット302および駆動輪モータ用ドライバユニット304に供給する。
The control
回転爪モータ用ドライバユニット302は、制御電源供給ユニット300から供給される12Vの直流電流で作動し、作業コイル242bから供給される3相交流電流をダイオードブリッジで整流した後、平滑コンデンサで直流化する。その後、回転爪モータ用ドライバユニット302は、PWM回路により、直流化された電流を、回転爪回転方向切替スイッチ400および回転爪回転速度切替スイッチ402から入力される信号に応じた回転方向および回転速度となるように変調して回転爪モータ116に出力する。
The rotary claw
また、回転爪モータ用ドライバユニット302は、回転爪モータ用回転角度検出部116aで検出される回転爪モータ116の回転角度を示す信号を所定間隔毎に受信する。そして、回転爪モータ用ドライバユニット302は、回転爪モータ用回転角度検出部116aから受信した信号に基づいて、PWM回路によりフィードバック制御を行い、回転爪モータ116を回転爪回転方向切替スイッチ400および回転爪回転速度切替スイッチ402から入力される信号に応じた回転方向および回転速度で回転させる。これにより、作業機械100は、作業者の回転爪回転方向切替スイッチ400および回転爪回転速度切替スイッチ402に対する指示に応じた方向および速度で回転爪124を回転させる。
Further, the rotary claw
駆動輪モータ用ドライバユニット304は、制御電源供給ユニット300から供給される12Vの直流電流で動作し、駆動コイル252から供給される3相交流電流をダイオードブリッジで整流した後、平滑コンデンサで直流化する。その後、駆動輪モータ用ドライバユニット304は、PWM回路により、直流化された電流を、進行方向切替スイッチ404および進行速度切替スイッチ406から入力される信号に応じた進行方向および進行速度となるように変調して駆動輪モータ114に出力する。
The drive wheel
また、駆動輪モータ用ドライバユニット304は、駆動輪モータ用回転角度検出部114aで検出される駆動輪モータ114の回転角度を示す信号を所定間隔毎に受信する。駆動輪モータ用ドライバユニット304は、駆動輪モータ用回転角度検出部114aから受信した信号に基づいてPWM回路により、フィードバック制御を行い、進行方向切替スイッチ404および進行速度切替スイッチ406から入力される信号に応じた回転方向および回転速度で駆動輪モータ114を回転させる。これにより、作業機械100は、作業者の進行方向切替スイッチ404および進行速度切替スイッチ406に対する指示に応じた方向および速度で進行する。
The drive wheel
以上のように、作業機械100は、発電機112のアキシャルギャップ発電体202で生成された電力(交流電流)で、駆動輪モータ114を直接作動させて駆動輪120を回転させるとともに、回転爪モータ116を直接作動させて回転爪124を回転させる。これにより、作業機械100は、従来のようにバッテリに一旦蓄電させてからアクチュエータを作動させる場合と比して、バッテリを設けなくてよい分だけ小型化することができるとともに、バッテリの蓄電容量による使用時間の制限もなく、使い勝手を向上することができる。また、作業機械100は、従来のようなエンジンの出力で作業対象となる作業装置を直接作動させる場合と比して、トランスミッションを設けなくてよい分だけ車幅方向を狭くできるとともに小型化することができる。特に、耕運機として使用する場合、農作物や畝の間を容易にすり抜けることができるようになり、有用である。
As described above, the
また、作業機械100は、アキシャルギャップ発電体202の第1ステータ224(作業コイル242b)および第2ステータ226(駆動コイル252)で生成された電力(交流電流)で、異なるアクチュエータである回転爪モータ116および駆動輪モータ114をそれぞれ作動させる。これにより、作業機械100は、複雑な構成をとることなく、駆動輪モータ114および回転爪モータ116をそれぞれ独立して効率よく作動させることができる。
Further, the
また、作業機械100は、第1ステータ224に配置される複数のコイル242のうちの一部が電源コイル242aとしてコントロールユニット130の動作用の電力(交流電流)を生成し、残りのコイル242が作業コイル242bとして回転爪モータ116の作動用の電力(交流電流)を生成するようにした。一方で、第2ステータ226に配置される複数のコイルの全てを駆動コイル252として駆動輪モータ114の作動用の電力(交流電流)を生成するようにした。これは、駆動輪モータ114が回転爪モータ116より電力を必要とし、また消費電力も多いことから、消費電力の少ない回転爪モータ116を作動させる方のコイル242の一部をコントロールユニット130の作動用の電源コイル242aとして使用するものである。これにより、作業機械100は、コントロールユニット130、駆動輪モータ114および回転爪モータ116に効率よく電力を供給することができる。
In the
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。 As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described referring an accompanying drawing, it cannot be overemphasized that this invention is not limited to this embodiment. It will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications can be made within the scope of the claims, and these are naturally within the technical scope of the present invention. Is done.
なお、上述の実施形態においては、アクチュエータとして、駆動輪120を駆動させる駆動輪モータ114および回転爪124を回転させる回転爪モータ116を適応した場合について述べたが、他の作業装置を駆動させるアクチュエータに適応でき、また、1つのアクチュエータのみであってもよい。
In the above-described embodiment, the case where the
また、上述の実施形態においては、作業機械100として耕運機に適応した場合について述べたが、作業機械は耕運機に限定されるものではない。
Moreover, in the above-mentioned embodiment, although the case where it adapted to the cultivator as the working
本発明は、作業用のアクチュエータを駆動させる作業機械および発電機に利用できる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used for a working machine and a generator that drive a working actuator.
100 …作業機械
112 …発電機
114 …駆動輪モータ
116 …回転爪モータ
120 …駆動輪
124 …回転爪
200 …エンジン
202 …アキシャルギャップ発電体
216 …クランク軸
222 …ロータ
224 …第1ステータ
226 …第2ステータ
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記エンジンの出力軸に接続され、該出力軸を通じて伝達される該エンジンの動力により電力を生成するアキシャルギャップ発電体と、
前記アキシャルギャップ発電体により生成された電力により直接作動する一または複数のアクチュエータとを備える作業機械。 An engine,
An axial gap power generator connected to an output shaft of the engine and generating electric power by the power of the engine transmitted through the output shaft;
A work machine comprising one or a plurality of actuators that are directly operated by electric power generated by the axial gap power generator.
前記出力軸に固定され該出力軸と一体となって回転し、該出力軸と直交する両側面に、該出力軸の回転方向に沿って磁化方向が交互に逆向きとなるように複数の磁性体が配置されたロータと、
前記ロータの軸方向の両側面に所定間隔離間して配置され、該ロータに配置される前記磁性体と対向する位置に複数のコイルが配置された第1および第2のステータとを備え、
前記第1のステータに配置されたコイルにより生成された電力と、前記第2のステータに配置されたコイルにより生成された電力とを異なる前記アクチュエータに独立して供給することを特徴とする請求項1に記載の作業機械。 The axial gap power generator is
A plurality of magnets are fixed to the output shaft and rotate integrally with the output shaft, and on both side surfaces orthogonal to the output shaft, the magnetization directions are alternately reversed along the rotation direction of the output shaft. A rotor on which the body is arranged;
A first stator and a second stator, which are arranged on both side surfaces of the rotor in the axial direction at a predetermined interval and in which a plurality of coils are arranged at positions facing the magnetic body arranged on the rotor;
The electric power generated by the coil arranged in the first stator and the electric power generated by the coil arranged in the second stator are independently supplied to the different actuators. The work machine according to 1.
前記第1のステータに配置された複数のコイルのうち、一部のコイルにより生成された電力は前記コントロールユニットに供給され、該一部のコイル以外のコイルにより生成された電力は前記アクチュエータに供給されることを特徴とする請求項2に記載の作業機械。 A control unit for controlling the actuator;
Of the plurality of coils arranged in the first stator, electric power generated by a part of the coils is supplied to the control unit, and electric power generated by a coil other than the part of the coils is supplied to the actuator. The work machine according to claim 2, wherein:
前記車輪を回転させるアクチュエータは、前記第2のステータに配置されたコイルにより生成された電力で作動し、
作業用のアクチュエータは、前記第1のステータに配置されたコイルにより生成された電力で作動することを特徴とする請求項2または3に記載の作業機械。 The work machine is provided with wheels for movement,
The actuator for rotating the wheel is operated by electric power generated by a coil disposed in the second stator,
4. The work machine according to claim 2, wherein the work actuator is operated by electric power generated by a coil disposed in the first stator. 5.
エンジンと、
前記エンジンの出力軸に接続され、該エンジンの出力軸から出力される動力により電力を生成し、生成された電力により一または複数のアクチュエータを直接作動させるアキシャルギャップ発電体と、
を備える発電機。 A generator for supplying power to an actuator of a work machine,
An engine,
An axial gap power generator that is connected to the output shaft of the engine, generates electric power by power output from the output shaft of the engine, and directly operates one or a plurality of actuators by the generated electric power;
With a generator.
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