JP2022144812A - embedded magnet synchronous motor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、埋め込み磁石同期モータに関する。 The present invention relates to embedded magnet synchronous motors.
特許文献1には、磁石を有するロータを備える埋め込み磁石同期モータが開示されている。ロータは複数のコアピース部と、コアピース部を励磁する複数の永久磁石と、を備え、これらの部材は、互いにモールド樹脂部により固定されている。このモータでは、モールド樹脂部によりコアピース部からの磁束漏れが抑制されるという利点がある。 Patent Literature 1 discloses an embedded magnet synchronous motor having a rotor with magnets. The rotor includes a plurality of core piece portions and a plurality of permanent magnets that excite the core piece portions, and these members are fixed to each other by a molded resin portion. This motor has the advantage that magnetic flux leakage from the core piece is suppressed by the molded resin portion.
特許文献1に記載されたモータでは、ロータがモールド樹脂部を介して回転軸に結合されている。このため、モールド樹脂部の強度や、モールド樹脂部と回転軸との間の接着強度に起因して、トルクの上限値が抑制されてしまう。また、回転軸をインサート成形する際に、多数のコアピース部を所定の位置に固定することが難しくなるため、ロータを軸方向に多段積みする構造とすることができない。 In the motor disclosed in Patent Document 1, the rotor is coupled to the rotating shaft via the molded resin portion. Therefore, the upper limit of the torque is suppressed due to the strength of the molded resin portion and the adhesive strength between the molded resin portion and the rotating shaft. In addition, since it becomes difficult to fix a large number of core pieces at predetermined positions when insert-molding the rotating shaft, it is not possible to construct a structure in which the rotors are multi-layered in the axial direction.
本発明は、トルクの上限値を上昇させることができるとともに、ロータの多段積みを可能とした埋め込み磁石同期モータを提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an embedded magnet synchronous motor capable of increasing the upper limit of torque and allowing rotors to be stacked in multiple stages.
上記問題を解決するために、本発明の一態様は、
磁石が埋め込まれたロータを有する埋め込み磁石同期モータであって、
前記ロータは、
回転軸と、
前記回転軸に取り付けられたコアユニットと、
を備え、
前記コアユニットは、
内周端が前記回転軸の外周端に接触する状態で、前記回転軸に対して取り付けられている環状のインナーコアと、
前記インナーコアから径方向外側に離れた位置において周方向に配列され、磁極にそれぞれ対応する複数のアウターコアと、
互いに隣接する前記アウターコアの間にそれぞれ配置され、周方向に配列された複数の磁石と、
前記インナーコアおよび前記アウターコアに接合された樹脂モールド部と、
を備える、埋め込み磁石同期モータを提供する。
In order to solve the above problems, one aspect of the present invention is
An embedded magnet synchronous motor having a rotor with embedded magnets,
The rotor is
a rotating shaft;
a core unit attached to the rotating shaft;
with
The core unit is
an annular inner core attached to the rotating shaft with its inner peripheral end in contact with the outer peripheral end of the rotating shaft;
a plurality of outer cores arranged in the circumferential direction at positions spaced radially outward from the inner core and corresponding to respective magnetic poles;
a plurality of magnets disposed between the outer cores adjacent to each other and arranged in a circumferential direction;
a resin mold portion joined to the inner core and the outer core;
An embedded magnet synchronous motor is provided, comprising:
本発明によれば、トルクの上限値を上昇させることができるとともに、ロータの多段積みを可能とした埋め込み磁石同期モータが提供される。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, while being able to raise the upper limit of a torque, the embedded magnet synchronous motor which made multistage stacking of a rotor possible is provided.
以下、添付図面を参照しながら実施例について詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
図1は、本実施例の埋め込み磁石同期モータのロータを軸方向から視た図、図2は、インナーコアおよびアウターコアを軸方向から視た図である。なお、以下の記載において、軸方向、径方向、周方向、内周側、外周側は、ロータの回転軸の軸心を基準として定義されている。 FIG. 1 is an axial view of the rotor of the embedded magnet synchronous motor of this embodiment, and FIG. 2 is an axial view of the inner core and the outer core. In the description below, the axial direction, the radial direction, the circumferential direction, the inner peripheral side, and the outer peripheral side are defined with reference to the axis of the rotating shaft of the rotor.
図1に示すように、ロータ10は、金属材料からなる回転軸11と、回転軸11に取り付けられたコアユニットCUを備える。コアユニットCUは、環状のインナーコア20と、インナーコア20の外周側において、周方向に配列され、磁極にそれぞれ対応する複数(10個)のアウターコア30と、互いに隣接するアウターコア30の間にそれぞれ配置された複数(10個)の磁石40と、インナーコア20およびアウターコア30に接合された樹脂モールド部50と、を備える。アウターコア30は、磁石40の磁束を固定子(不図示)の側へ導入する磁性部材として機能する。このように、ロータ10は、磁石40が周方向に配列されるスポーク型のロータとして構成される。
As shown in FIG. 1 , the
インナーコア20とアウターコア30は、インナーコア20とアウターコア30との間に介在する樹脂モールド部50により位置的、磁気的に分離して設けられている。また、樹脂モールド部50は、インナーコア20の外周側において、コアユニットCUの全周にわたり形成されている。このため、アウターコア30からインナーコア20への磁束漏れ、およびアウターコア30から回転軸11への磁束漏れを効果的に抑制することができる。
The
コアユニットCUは、インナーコア20を回転軸11に圧入することにより回転軸11に取り付けられる。すなわち、コアユニットCUは、インナーコア20の内周端が回転軸11の外周端に接触する状態で、インナーコア20が回転軸11に対して取り付けられる。このため、コアユニットCUが回転軸11に対して強固に固定され、強いトルクに対する耐性を確保することができる。
The core unit CU is attached to the rotating
なお、本実施例では、磁極の数が10の場合を示しているが、極数は任意である。 In this embodiment, the number of magnetic poles is 10, but the number of poles is arbitrary.
インナーコア20は、例えば、それぞれ図2に示す形状の所定枚数の鉄板20A(板状部材の一例)を、軸方向に積層することで構成される。インナーコア20は、任意の金属材料を用いて構成することができ、非磁性材料を用いてもよい。例えば、鉄板20Aに代えて、非磁性材からなる金属板を積層してインナーコア20を構成してもよい。インナーコア20の材質には、アウターコア30と同様の磁気特性は要求されないため、高価な電磁鋼板を使用する必要はなく、任意の金属材料を使用することができる。
The
一方、アウターコア30は、例えば、それぞれ図2に示す形状の所定枚数の鉄板30Aを、軸方向に積層することで構成される。アウターコア30は、冷間圧延鋼板のほか、任意の素材の鉄板を用いて構成することができる。また、アウターコア30は、任意の磁性材による板状部材(例えば、電磁鋼板)を用いて構成してもよい。アウターコア30に要求される磁気特性を満たすような磁性材が、適宜、使用される。
On the other hand, the
このように、インナーコア20とアウターコア30は、同一の材料を用いて構成する必要はない。このため、アウターコア30には所望の磁気特性を満足する磁性材料(金属材料、例えば、電磁鋼板)を用いつつ、インナーコア20には、より安価な別の材料(金属材料、例えば、安価な鉄板)を使用することにより、モータのコストダウンを図ることができる。
Thus, the
磁石40は、回転軸11の周りに、均等の角度で(36°ずつずれて)配置される。アウターコア30は、互いに隣接する磁石40に挟まれた位置において、回転軸11の周りに均等の角度で(36°ずつずれて)配置される。
The
磁石40は、軸方向に延びる直方体形状とされ、図1に示すように、互いに隣接する磁石40のN極どうし、またはS極どうしが対向する方向に配置される。これにより、アウターコア30のそれぞれは、周方向にN極およびS極を交互に繰り返す磁極として機能する。
The
図2に示すように、インナーコア20を構成する鉄板20Aには、回転軸11の周りに、均等の角度で(72°ずつずれて)係合部21が形成されている。係合部21は、凹状または凸状に形成され、互いに積層された鉄板20Aが係合部21において係合することで、鉄板20Aの周方向および径方向の位置決めに寄与する。
As shown in FIG. 2, an iron plate 20A forming the
また、鉄板20Aには、回転軸11の周りに、それぞれ均等の角度で(72°ずつずれて)配置された凸部22および凸部23が、周方向に交互に設けられている。凸部22および凸部23は、それぞれ磁石40に対向する位置で外周側に突出することで、インナーコア20とアウターコア30との間における樹脂モールド部50の厚みを均一化するとともに、インナーコア20の回り止めとしても機能する。また、凸部22および凸部23が、磁石40に対して周方向に均等に設けられることにより、周方向におけるロータ10の磁気特性を均等化することができる。
Also, on the iron plate 20A, convex
図2に示すように、アウターコア30を構成する鉄板30Aには、それぞれ3つの係合部31が形成されている。係合部31は、凹状または凸状に形成され、互いに積層された鉄板30Aが係合部31において係合することで、鉄板30Aの周方向および径方向の位置決めに寄与する。
As shown in FIG. 2, three
また、鉄板30Aには、貫通孔32が形成されている。貫通孔32は積層された鉄板30Aを軸方向に貫く円柱形状の貫通孔を形成する。この円柱形状の貫通孔は、樹脂モールド部50の柱部50Cに対応している。なお、本実施例では、アウターコア30を軸方向に貫通する樹脂モールド部50の柱部50Cを設けることにより、樹脂の肉厚を増すことなくゲートから反ゲートまでの樹脂の流路を確保することができ、樹脂の充填不足を補うことができる。また、樹脂モールド部50が柱部50Cを有することにより、硬化時において樹脂が収縮する際に、アウターコア30の全体を変位させることができるため、アウターコア30の傾きや位置ずれを抑制できるなどの効果がある。
Further, through
鉄板30Aの外周部には、周方向に突出する2つの突出部33が形成されている。図1、図2に示すように、突出部33は、隣接する鉄板30Aの突出部33と対向して形成されており、磁石40の外周端よりも外周側から樹脂モールド部50に接合される。なお、突出部33(アウターコア30)と、磁石40との間の距離を確保することにより、磁石40の減磁耐力を向上させている。
Two protruding
インナーコア20(鉄板20A)と対向する鉄板30Aの内周面には、外周側に窪んだ凹部35が形成されている。互いに積層される鉄板30Aの凹部35は、軸方向に連通して、アウターコア30の溝部Dを形成する。図2に示すように、溝部Dは、アウターコア30の内周面において内周側に向けて開口し、軸方向に延設される。図2に点線で示す樹脂の流路41において、溝部Dを設けることにより、互いに隣接するアウターコア30の間から、インナーコア20の外周面とアウターコア30の内周面の間まで、流路41の厚みを均一化することができ、樹脂の偏肉が抑制されるなどの効果がある。また、溝部Dに樹脂が入り込むことによりアンカー効果が発揮され、アウターコア30を保持する径方向の力(とくに内側への力)を増大させることができる。このため、遠心力に対するアウターコア30の保持耐力を向上させることができる。
The inner peripheral surface of the
次に、ロータ10の製造方法について説明する。
Next, a method for manufacturing the
図3~図3Aは、樹脂モールド部を成形する工程(プレス加工)を示す図である。 3 to 3A are diagrams showing the process (pressing) of molding the resin mold portion.
図3に示すように、樹脂モールド部50を成形する工程では、例えば、金型の下型61と、上型62と、下型61と上型62の間に挿入される下型63とを用いることができる。下型61にはくさび形状の肉盗み部駒65が、上型62には、同様のくさび形状の肉盗み部駒66が、それぞれ図3における上下方向に摺動可能に取り付けられている。また、肉盗み部駒65にはテーパー部65Aが、肉盗み部駒66にはテーパー部66Aが、それぞれ設けられている。なお、磁石40に相当する部分にも、金型を構成する部材が挿入される。
As shown in FIG. 3, in the step of molding the
図3Aに示すように、型閉時に、上型62を下型63に当接するまで下し、テーパー部65Aおよびテーパー部66Aが、アウターコア30の下端および上端に、それぞれ当接するまで、肉盗み部駒65および肉盗み部駒66をスライドさせる。
As shown in FIG. 3A, when the mold is closed, the
この状態で、樹脂を金型内に充填し、硬化させると、樹脂モールド部50(図3B)によってインナーコア20およびアウターコア30が固定される。また、樹脂は、積層された鉄板30Aの貫通孔32により形成される上記の円柱形状の貫通孔に、軸方向(上下方向)から充填され、アウターコア30を軸方向に貫通する柱部50Cが形成される。
In this state, when resin is filled into the mold and hardened, the
なお、図1では、テーパー部65Aまたはテーパー部66Aを有する部材と、肉盗みの効果を高めるための別の部材とを組み合わせて、軸方向から視てT字形状に窪んだ肉盗み部67を設けた例を示している。また、図1において上下2か所には、肉盗み部67を内周側にさらに拡大させた形状の肉盗み部68を設けている。肉盗み部68では、インナーコア20の外周に当接する肉盗み部駒(不図示)を用いることにより、肉盗み部駒により、インナーコア20とアウターコア30との間の径方向の間隙を制御することができる。
In FIG. 1, a member having a tapered
次に、樹脂モールド部50の所定の部位に磁石40を挿入することにより、コアユニットCUが製造される。
Next, core unit CU is manufactured by inserting
次に、以上のようにして製造されたコアユニットCUを、回転軸11に圧入することにより、ロータ10が完成する。圧入工程では、インナーコア20の内周端が回転軸11の外周端に接触するように、インナーコア20が回転軸11に対して取り付けられる。このため、上記のように、コアユニットCUが回転軸11に対して強固に固定され、強いトルクに対する耐性を確保することができる。
Next, the
図4は、コアユニットを多段に設けた場合を示す斜視図である。 FIG. 4 is a perspective view showing a case where core units are provided in multiple stages.
本実施例では、プレス工程により、コアユニットCUが製造された後、コアユニットCUが回転軸11に対して圧入により取り付けられる。このため、1つの回転軸11に対して1つのコアユニットCUだけでなく、順次、複数のコアユニットCUを取り付けることができる。例えば、図4の例では、3つのコアユニットCUが回転軸11に対して同軸に配列して取り付けられている。このように、複数のコアユニットCUを多段に設けることにより、モータのトルクを増大させることができる。また、複数のコアユニットCUを、互いに周方向に異なる角度で取り付けることにより、コギングトルクを低減することができる。あるいは、複数のコアユニットCUを互いに周方向に同じ角度で取り付けつつ、ステータ(不図示)のティースの周方向の位置を軸方向についてずらして設定する(例えば、ティースを螺旋状に設ける)ことにより、コギングトルクを低減することができる。
In this embodiment, after the core unit CU is manufactured by the pressing process, the core unit CU is attached to the
以上説明したように、本実施例によれば、圧入によって、回転軸11とコアユニットCU(インナーコア20)とが接続されているので、1つのコアユニットCU当たりのトルク上限値を上昇させることができる。また、複数のコアユニットCUを同軸に設けることができるので、モータのトルクを高めることが可能となるとともに、コギングトルクを低減することができる。
As described above, according to this embodiment, the
以上、実施例について詳述したが、特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形および変更が可能である。また、前述した実施例の構成要素を全部または複数を組み合わせることも可能である。 Although the embodiment has been described in detail above, it is not limited to a specific embodiment, and various modifications and changes are possible within the scope of the claims. It is also possible to combine all or more of the constituent elements of the above-described embodiments.
なお、以上の実施例に関し、さらに以下の付記を開示する。 In addition, the following additional remarks will be disclosed with respect to the above examples.
[付記1]
磁石(40)が埋め込まれたロータ(10)を有する埋め込み磁石同期モータであって、
前記ロータは、
回転軸(11)と、
前記回転軸に取り付けられたコアユニット(CU)と、
を備え、
前記コアユニットは、
内周端が前記回転軸の外周端に接触する状態で、前記回転軸に対して取り付けられている環状のインナーコア(20)と、
前記インナーコアから径方向外側に離れた位置において周方向に配列され、磁極にそれぞれ対応する複数のアウターコア(30)と、
互いに隣接する前記アウターコアの間にそれぞれ配置され、周方向に配列された複数の磁石(40)と、
前記インナーコアおよび前記アウターコアに接合された樹脂モールド部(50)と、
を備える、埋め込み磁石同期モータ。
[Appendix 1]
An embedded magnet synchronous motor having a rotor (10) with embedded magnets (40), comprising:
The rotor is
a rotating shaft (11);
a core unit (CU) attached to the rotating shaft;
with
The core unit is
an annular inner core (20) attached to the rotating shaft with its inner peripheral end in contact with the outer peripheral end of the rotating shaft;
a plurality of outer cores (30) arranged in the circumferential direction at positions spaced radially outward from the inner core and corresponding to magnetic poles;
a plurality of magnets (40) disposed between the outer cores adjacent to each other and arranged in the circumferential direction;
a resin mold portion (50) joined to the inner core and the outer core;
an embedded magnet synchronous motor.
付記1の構成によれば、インナーコアの内周端が回転軸の外周端に接触する状態で、インナーコアが回転軸に対して取り付けられているので、コアユニット当たりのトルク上限値を上昇させることができる。また、樹脂モールド部によって、アウターコアとインナーコアとの間を離すことができるので、アウターコアからインナーコアおよびアウターコアから回転軸への磁束漏れを抑制できる。 According to the configuration of Supplementary Note 1, the inner core is attached to the rotating shaft in a state in which the inner peripheral end of the inner core is in contact with the outer peripheral end of the rotating shaft, so the upper limit of torque per core unit is increased. be able to. Moreover, since the outer core and the inner core can be separated from each other by the resin molded portion, magnetic flux leakage from the outer core to the inner core and from the outer core to the rotating shaft can be suppressed.
[付記2]
前記インナーコアは、金属材料により構成されている、付記1に記載の埋め込み磁石同期モータ。
[Appendix 2]
The embedded magnet synchronous motor according to appendix 1, wherein the inner core is made of a metal material.
付記2の構成によれば、インナーコアは、金属材料により構成されているので、インナーコアを回転軸に対して圧入により取り付けることができる。 According to the configuration of Supplementary Note 2, since the inner core is made of a metal material, the inner core can be attached to the rotating shaft by press-fitting.
[付記3]
前記回転軸は、金属材料により構成されている、付記2に記載の埋め込み磁石同期モータ。
[Appendix 3]
The embedded magnet synchronous motor according to appendix 2, wherein the rotating shaft is made of a metal material.
付記3の構成によれば、インナーコアおよび回転軸が金属材料により構成されているので、インナーコアを回転軸に対して圧入により強固に取り付けることができる。 According to the configuration of Supplementary Note 3, since the inner core and the rotating shaft are made of a metal material, the inner core can be firmly attached to the rotating shaft by press-fitting.
[付記4]
前記インナーコアは、複数枚の板状部材(20A)を軸方向に積層して構成されている、付記1~付記3のいずれか1項に記載の埋め込み磁石同期モータ。
[Appendix 4]
The embedded magnet synchronous motor according to any one of Appendices 1 to 3, wherein the inner core is configured by laminating a plurality of plate members (20A) in the axial direction.
付記4の構成によれば、複数枚の板状部材を軸方向に積層した後に、樹脂成型加工により樹脂モールド部を成形することができる。 According to the configuration of Supplementary Note 4, after laminating a plurality of plate members in the axial direction, the resin molded portion can be formed by resin molding.
[付記5]
前記樹脂モールド部が、前記インナーコアの外周側において、前記コアユニットの全周にわたり形成されている、付記1~付記4のいずれか1項に記載の埋め込み磁石同期モータ。
[Appendix 5]
The embedded magnet synchronous motor according to any one of Appendices 1 to 4, wherein the resin mold portion is formed along the entire circumference of the core unit on the outer peripheral side of the inner core.
付記5の構成によれば、樹脂モールド部がコアユニットの全周にわたり形成されているので、アウターコアから内周側への磁束漏れを効果的に抑制することができる。 According to the configuration of Supplementary Note 5, since the resin molded portion is formed along the entire circumference of the core unit, magnetic flux leakage from the outer core to the inner peripheral side can be effectively suppressed.
[付記6]
前記アウターコアは、前記インナーコアとは異なる金属材料により構成されている、付記2に記載の埋め込み磁石同期モータ。
[Appendix 6]
The embedded magnet synchronous motor according to appendix 2, wherein the outer core is made of a metal material different from that of the inner core.
付記6の構成によれば、アウターコアとインナーコアを、それぞれ適切な金属材料により構成することができるため、所望の性能を獲得しつつ、コストダウンを図ることができる。 According to the configuration of Supplementary Note 6, the outer core and the inner core can be made of appropriate metal materials, respectively, so that desired performance can be achieved while reducing costs.
[付記7]
複数の前記コアユニットを備え、
前記複数の前記コアユニットは、前記回転軸に対して同軸に配列して取り付けられた、付記1~付記6のいずれか1項に記載の埋め込み磁石同期モータ。
[Appendix 7]
comprising a plurality of said core units,
The embedded magnet synchronous motor according to any one of Appendices 1 to 6, wherein the plurality of core units are arranged and attached coaxially with respect to the rotating shaft.
付記7の構成によれば、コアユニットを多段に設けているので、トルクを増大させることができる。また、コアユニットを製造した後に、コアユニットを回転軸に取り付けることができるので、容易にコアユニットを多段とすることができる。 According to the configuration of Supplementary Note 7, since the core units are provided in multiple stages, the torque can be increased. Further, since the core units can be attached to the rotating shaft after the core units are manufactured, the core units can be easily multi-staged.
[付記8]
前記複数の前記コアユニットは、周方向について互いに異なる角度で取り付けられている、付記7に記載の埋め込み磁石同期モータ。
[Appendix 8]
The embedded magnet synchronous motor according to appendix 7, wherein the plurality of core units are attached at different angles in the circumferential direction.
付記8の構成によれば、コアユニットは、周方向について互いに異なる角度で取り付けられることにより、コギングトルクを低減することができる。 According to the configuration of Supplementary Note 8, the core units are attached at different angles in the circumferential direction, thereby reducing cogging torque.
[付記9]
前記インナーコアは、前記回転軸に圧入することにより前記回転軸に対して取り付けられている、付記1~付記8のいずれか1項に記載の埋め込み磁石同期モータ。
[Appendix 9]
The embedded magnet synchronous motor according to any one of Appendices 1 to 8, wherein the inner core is attached to the rotating shaft by being press-fitted into the rotating shaft.
付記9の構成によれば、圧入により回転軸とインナーコアが結合されているので、コアユニット当たりのトルク上限値を上昇させることができる。 According to the configuration of Supplementary Note 9, since the rotating shaft and the inner core are coupled by press-fitting, the torque upper limit value per core unit can be increased.
10 ロータ
11 回転軸
20 インナーコア
30 アウターコア
20A 鉄板
40 磁石
50 樹脂モールド部
CU コアユニット
REFERENCE SIGNS
Claims (9)
前記ロータは、
回転軸と、
前記回転軸に取り付けられたコアユニットと、
を備え、
前記コアユニットは、
内周端が前記回転軸の外周端に接触する状態で、前記回転軸に対して取り付けられている環状のインナーコアと、
前記インナーコアから径方向外側に離れた位置において周方向に配列され、磁極にそれぞれ対応する複数のアウターコアと、
互いに隣接する前記アウターコアの間にそれぞれ配置され、周方向に配列された複数の磁石と、
前記インナーコアおよび前記アウターコアに接合された樹脂モールド部と、
を備える、埋め込み磁石同期モータ。 An embedded magnet synchronous motor having a rotor with embedded magnets,
The rotor is
a rotating shaft;
a core unit attached to the rotating shaft;
with
The core unit is
an annular inner core attached to the rotating shaft with its inner peripheral end in contact with the outer peripheral end of the rotating shaft;
a plurality of outer cores arranged in the circumferential direction at positions spaced radially outward from the inner core and corresponding to respective magnetic poles;
a plurality of magnets disposed between the outer cores adjacent to each other and arranged in a circumferential direction;
a resin mold portion joined to the inner core and the outer core;
an embedded magnet synchronous motor.
前記複数の前記コアユニットは、前記回転軸に対して同軸に配列して取り付けられた、請求項1~請求項6のいずれか1項に記載の埋め込み磁石同期モータ。 comprising a plurality of said core units,
The embedded magnet synchronous motor according to any one of claims 1 to 6, wherein the plurality of core units are arranged and attached coaxially with respect to the rotating shaft.
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---|---|---|---|
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