JP2023011178A - linear motor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電機子コイルの温度を精度よく測定できるリニアモータに関する。 The present invention relates to a linear motor capable of accurately measuring the temperature of armature coils.
半導体製造装置、液晶製造装置、あるいは半導体素子や液晶ディスプレイ等の検査装置においては、各種部品の搬送装置として2軸のステージ装置、いわゆるX-Yステージが使用されている。X-Yステージは、定盤に対して所定の方向(X方向)に移動するXステージと、X方向に直交する方向(Y方向)に移動するYステージとを備える。
Xステージ及びYステージはリニアモータ等により駆動される駆動部を含む。リニアモータは、N極とS極が対向するようにヨークに支持された永久磁石を有する磁界発生部材と、その磁界内を横切るコイルを有するコイル部材とを備えている。
リニアモータはコイルに電流を流すことで、永久磁石による磁界と、コイルに発生する磁界の相互作用で、磁界発生部材とコイル部材との相対移動ができるようになっている。
2. Description of the Related Art In a semiconductor manufacturing apparatus, a liquid crystal manufacturing apparatus, or an inspection apparatus for semiconductor elements and liquid crystal displays, a biaxial stage apparatus, a so-called XY stage, is used as a conveying apparatus for various parts. The XY stage includes an X stage that moves in a predetermined direction (X direction) with respect to the surface plate, and a Y stage that moves in a direction orthogonal to the X direction (Y direction).
The X stage and Y stage include drive units driven by linear motors or the like. A linear motor includes a magnetic field generating member having a permanent magnet supported by a yoke such that the north pole and the south pole are opposed to each other, and a coil member having a coil crossing the magnetic field.
By applying a current to the coil of the linear motor, the interaction between the magnetic field generated by the permanent magnet and the magnetic field generated by the coil enables relative movement between the magnetic field generating member and the coil member.
上記のようなリニアモータは、例えば、磁界発生部材を固定子、コイル部材を可動子とする構造となっている。このようなリニアモータは、搬送装置の高速化を図るためにコイルに流す電流を増加させることが一般的に行われている。コイルに流す電流を増加させると、コイルの発熱量が増大し、電気抵抗の増大や、周辺部材の熱変形といった問題が発生する。
この対策として、コイルを内包するモールド部材の両面側に空間が形成されるようにジャケット部材を取り付け、モールド部材とジャケット部材により形成された空間に冷媒を通してコイルを冷却することが行われている(特許文献1)。
The linear motor as described above has a structure in which, for example, the magnetic field generating member is the stator and the coil member is the mover. In such linear motors, it is common practice to increase the current flowing through the coils in order to increase the speed of the conveying device. When the current flowing through the coil is increased, the amount of heat generated by the coil increases, causing problems such as an increase in electrical resistance and thermal deformation of peripheral members.
As a countermeasure, a jacket member is attached so that a space is formed on both sides of the mold member containing the coil, and a coolant is passed through the space formed by the mold member and the jacket member to cool the coil ( Patent document 1).
また、コイルを冷却する際、コイルの発熱量に合わせて流す冷媒量を調整する技術が提案されている(特許文献2)。 Moreover, when cooling a coil, the technique which adjusts the refrigerant|coolants flow amount according to the heat_generation|fever of a coil is proposed (patent document 2).
特許文献1には、温度測定の技術が開示されておらず、どのように温度測定を行っているのか不明である。 Patent Document 1 does not disclose a temperature measurement technique, and it is unclear how the temperature is measured.
特許文献2に開示の技術は、冷却配管による冷却方法であり、コイルの直近にセンサを配置しているがモールド部材とジャケット部材用いたコイル部材における温度測定方法については開示されていない。
The technique disclosed in
従来から、発明者らは、特許文献1に係る可動コイル型リニアモータと同様のリニアモータにおいて、可動子を構成するモールド部材の一部に切り欠きを設け、温度センサを載置してコイルの温度を測定していた(図3参照)。
しかし、コイルと温度センサの間隔が大きく、コイルによる温度上昇を十分に検知することができないという問題が発生した。
Conventionally, in a linear motor similar to the moving-coil linear motor according to Patent Document 1, the inventors provided a notch in a part of a molded member that constitutes a mover, placed a temperature sensor thereon, and formed a coil. The temperature was measured (see Figure 3).
However, the distance between the coil and the temperature sensor is large, and there is a problem that the temperature rise due to the coil cannot be sufficiently detected.
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、モールド部材とジャケット部材を有するコイル部材を含むリニアモータにおいて、コイルの温度を精度よく測定することができるリニアモータの提供を目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a linear motor including a coil member having a mold member and a jacket member, and capable of accurately measuring the temperature of the coil.
本発明に係るリニアモータは、所定方向に磁界が発生する磁気空隙を有する磁界発生部材と、前記磁界を横切る方向に電流が流れるコイル、前記コイルを内包し矩形状断面を有するモールド部材、及び前記モールド部材の前記磁界発生部材に対向する側の面に固定されるジャケット部材を有し、前記モールド部材及び前記ジャケット部材との間に冷媒が流動可能な空間が形成されているコイル部材とを備え、前記コイル部材は前記コイルの温度を測定する温度センサと前記温度センサにコイルから発生する熱を伝える熱伝導部材を有することを特徴とする。 A linear motor according to the present invention includes a magnetic field generating member having a magnetic gap for generating a magnetic field in a predetermined direction, a coil through which a current flows in a direction traversing the magnetic field, a mold member enclosing the coil and having a rectangular cross section, and the a coil member having a jacket member fixed to a surface of the mold member facing the magnetic field generating member, and having a space between the mold member and the jacket member in which a coolant can flow is formed; The coil member has a temperature sensor for measuring the temperature of the coil and a heat conducting member for conducting heat generated from the coil to the temperature sensor.
本発明によれば、リニアモータのコイルの温度を精度よく測定することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the temperature of the coil of a linear motor can be measured accurately.
本発明に係るリニアモータは、前記モールド部材は、前記コイルを内包するコイル内包部と前記コイル内包部に連接する基部とからなり、前記温度センサは前記基部に形成された切り欠きに配置されているとともに、前記冷媒が流動可能な空間に前記温度センサから板状の前記熱伝導部材が伸びていることを特徴としている。 In the linear motor according to the present invention, the molded member includes a coil-encapsulating portion that encloses the coil and a base that is connected to the coil-encapsulating portion, and the temperature sensor is arranged in a notch formed in the base. and the plate-like heat conducting member extends from the temperature sensor into a space in which the coolant can flow.
本発明によれば、リニアモータのコイルの温度を精度よく測定することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the temperature of the coil of a linear motor can be measured accurately.
本発明に係るリニアモータは、前記モールド部材は、前記コイルを内包するコイル内包部と前記コイル内包部に連接する基部とからなり、前記温度センサは前記基部に形成された切り欠きに配置されているとともに、前記切り欠きには、前記切り欠きから、前記コイル近傍に到達する孔部を有し、前記孔部に前記温度センサから棒状の前記熱伝導部材が配置されていることを特徴とする。 In the linear motor according to the present invention, the molded member includes a coil-encapsulating portion that encloses the coil and a base that is connected to the coil-encapsulating portion, and the temperature sensor is arranged in a notch formed in the base. In addition, the notch has a hole extending from the notch to the vicinity of the coil, and the rod-shaped heat conducting member is arranged in the hole from the temperature sensor. .
本発明によれば、リニアモータのコイルの温度を精度よく測定することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the temperature of the coil of a linear motor can be measured accurately.
本発明に係るリニアモータは、前記モールド部材は、前記コイルを内包するコイル内包部と前記コイル内包部に連接する基部とからなり、前記温度センサは前記基部に形成された切り欠きに配置されているとともに、前記切り欠きから、前記コイル近に到達する孔部を有し、前記孔部に前記温度センサから棒状の熱伝導部材が配置されており、前記棒状の熱伝導部材と前記コイルの間に熱伝導グリスが介在していることを特徴とする。 In the linear motor according to the present invention, the molded member includes a coil-encapsulating portion that encloses the coil and a base that is connected to the coil-encapsulating portion, and the temperature sensor is arranged in a notch formed in the base. and has a hole extending from the notch to the vicinity of the coil, a rod-shaped heat conduction member extending from the temperature sensor is arranged in the hole, and the rod-shaped heat conduction member is positioned between the coil and the temperature sensor. is characterized in that a heat conductive grease is interposed in the
本発明によれば、リニアモータのコイルの温度を精度よく測定することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the temperature of the coil of a linear motor can be measured accurately.
本発明に係るリニアモータは、前記熱伝導部材は銅であることを特徴とする。 A linear motor according to the present invention is characterized in that the heat conducting member is made of copper.
本発明によれば、リニアモータのコイルの温度を精度よく測定することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the temperature of the coil of a linear motor can be measured accurately.
本発明のリニアモータは、コイルを可動子とし磁界発生部材を固定子とする可動コイル型リニアモータであることを特徴とする。 The linear motor of the present invention is characterized by being a moving coil type linear motor having a coil as a mover and a magnetic field generating member as a stator.
本発明によれば、可動コイル型リニアモータの可動子を構成するコイルの温度を精度よく測定することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the temperature of the coil which comprises the needle|mover of a moving-coil linear motor can be measured accurately.
本発明のリニアモータは、前記コイルは1のコイルが複数個直列に接続されたコイル列であることを特徴とする。 The linear motor of the present invention is characterized in that the coil is a coil array in which a plurality of single coils are connected in series.
本発明によれば、リニアモータのコイルの温度を精度よく測定することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the temperature of the coil of a linear motor can be measured accurately.
本発明によれば、リニアモータのコイルの温度を精度よく測定することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the temperature of the coil of a linear motor can be measured accurately.
以下、本発明をその実施形態を示す図面に基づいて詳述する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail based on the drawings showing its embodiments.
図1は本発明の実施の形態に係るリニアモータの平面図、図2は図1のA-A軸断面図、図3はコイル部材の一例を示す斜視図、図4はコイル部材の一例を示す分解斜視図、図5は温度センサの一例を示す斜視図、図6はコイル部材の一例を示す平面図、図7は図6のB-B断面図である。
本発明のリニアモータは、複数の分割ユニット3を有する固定子1と、その内部に形成された磁気空隙g内で駆動される多層コイルを有する可動子2を備えている。
このリニアモータは、複数の分割ユニット3を可動子2の可動方向(図1における上下方向)に沿って接続したものであり、各分割ユニット3は同様の構造を有する。ただし、長さは同一である必要は無い。図2に示す様に、可動子2は後述する多相コイルを有するコイル部材4とそれを指示するホルダ5を備えている。ホルダ5は被駆動部材(図示せず)に連結されている。
このリニアモータによれば、可動子2にホール素子などの磁界検出素子を設けて、磁極位置を検出し、各コイルに流れる電流の向きを変えることにより、可動子2を可動方向に移動させることができる。
1 is a plan view of a linear motor according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view along the line AA of FIG. 1, FIG. 3 is a perspective view showing an example of a coil member, and FIG. 4 is an example of a coil member. 5 is a perspective view showing an example of a temperature sensor, FIG. 6 is a plan view showing an example of a coil member, and FIG. 7 is a sectional view taken along line BB of FIG.
The linear motor of the present invention comprises a stator 1 having a plurality of
This linear motor is constructed by connecting a plurality of divided
According to this linear motor, the
固定子1を構成している分割ユニット3は、非磁性のフレーム31と磁界発生部材32である永久磁石を含む。非磁性フレーム31は、ベース部材311と一対のサイド部材312を有する。ベース部材は311は角柱状をなし、側部に平板状のサイド部材312が配置されている。非磁性フレーム31は断面U字状をなしている。
非磁性フレームを構成するベース部材311、サイド部材312は例えばアルミニウム合金などの非磁性材料で構成されている。
ベース部材311には、可動子2の可動方向に延びる溝313が形成されている。溝313はベース部材311の幅方向の中央部に設けられている。溝313の幅と深さは、後述するコイル部材4の一部が入る寸法に設定されている。
A divided
A
A
磁界発生部材32は、ヨーク33、主磁石34、補助磁石35を含んでいる。ヨーク33は平板状をなしており、SS材などの強磁性材料からなる。ヨーク33の一面には複数個の主磁石34が、可動子2の可動方向に沿って、所定の間隔で固定されている。主磁石34の磁化方向は厚さ方向(可動子2の可動方向と垂直な方向)である。
主磁石34はそのN極とS極が可動子2の可動方向に沿って交互に並んでいる。
補助磁石35の磁化方向は、可動子2の可動方向と平行に、かつ主磁石34の磁化方向と直交する方向である。補助磁石35は主磁石34を挟んで同極の磁極が対向するように配置されている。ヨーク33の他面は非磁性フレーム31のサイド部材312に固定されている。
磁気空隙gを挟んで対向する主磁石34、補助磁石35は異極が対向するように配置され、ハルバッハ配列となっている。 磁気空隙gの磁界の向きは、磁石の対向方向となっている。
主磁石34、補助磁石35は公知の永久磁石を使用することができる。一例としては希土類磁石である。R(RはNd等の希土類元素から選択された少なくとも一種からなる元素)。T(TはFeまたはFe及びCo)及びB(ホウ素)を必須成分とするR-T-B系焼結磁石は主磁石34、補助磁石35として好ましい。
ここでR-T-B系焼結磁石は、リニアモータの小型・軽量化、高効率・省エネルギー化(エネルギー効率の改善)に欠かせない材料である。
The magnetic
The N poles and S poles of the
The magnetization direction of the auxiliary magnet 35 is parallel to the moving direction of the
The
Known permanent magnets can be used for the
Here, RTB based sintered magnets are essential materials for reducing the size and weight of linear motors, increasing efficiency and saving energy (improving energy efficiency).
可動子2はホルダ5とコイル部材4を含む。可動子2のコイル部材4は、固定子1に形成された磁気空隙g内で駆動される。ホルダ5は図示しない被駆動部材に連結される。リニアモータ10は、可動子2に図示しない磁界検出素子を設けて、磁極位置を検出し、各コイルに流れる電流の向きを変えることにより、可動子2を移動させることができる。
このリニアモータ10はコイルを含む可動子2を有する可動コイル型リニアモータである。以下においてはコイル部材4のことを可動コイル部材4と称する。
A
This
次に可動コイル部材4について詳述する。図3は可動コイル部材4の一例を示す斜視図、図4は可動コイル部材4の一例を示す分解斜視図である。可動コイル部材4は、モールド部材41、一対のジャケット部材42、多層コイル6を含む。可動コイル部材4は矩形板状をなしている。
Next, the moving
モールド部材41は、断面視T字状をなし、多層コイル6を内包するコイル内包部41bとコイル内包部につながる基部41aとからなり、コイル内包部41bの両側面にジャケット部材42が固定されている。モールド部材41はコイルを樹脂でモールドすることにより形成される。
モールド部材41(基部41a)には冷媒の注入口411、排出口414が設けられている。注入口411及び排出口414は上下方向に延びている。
モールド部材41は、剛性が高く、電気的絶縁性を有し、冷媒に対する耐性を有しており、例えばガラスエポキシなどが用いられる。
The
A
The
多層コイル6は、3層コイルの場合、6個の偏平形状の空心コイルをU相コイル、V相コイル、W相コイルが平面視で有効な導体部が重ならないように配設してある。
複数の空心コイルは、各相のコイルに通電された際に、空心コイルの配設方向の推力が発生するように結線されている。空心コイルを形成するコイル線の一部は、可動子2の可動方向に垂直な方向に沿って電流が流れる。言い換えると、コイル線の一部は、固定子1に発生する磁界を横切る様に電流が流れるように構成されている。
If the
The plurality of air-core coils are connected so that thrust is generated in the arrangement direction of the air-core coils when the coils of each phase are energized. Some of the coil wires that form the air-core coil carry current along the direction perpendicular to the moving direction of the
モールド部材41(コイル内包部41b)は、冷媒注入孔412、冷媒排出孔413を有している。冷媒注入孔412、冷媒排出孔413はコイル内包部41bの両面を貫通している。冷媒注入孔412及び冷媒排出孔413の天面はそれぞれ。注入口411、排出口412と連通している。注入口411から供給された冷媒は冷媒注入孔412から、可動コイル部材4の内部に注入される。また可動コイル部材の内部を流動した冷媒は、冷媒排出孔413、排出口414を経て外部に排出される。
The molded member 41 (
モールド部材41は、嵌合溝部421及びネジ穴423を含んでいる。嵌合溝部421は多相コイル6及び冷媒注入孔412、冷媒排出孔413を囲むように配置されている。嵌合溝部421の底部にはネジ穴423が形成されている。嵌合溝部421の内側にはジャケット42との間で冷媒流路を形成する凹部424が形成されている。
ジャケット部材42は矩形板状をしている。ジャケット部材42の外径寸法は、モールド部材41のコイル内包部41bとほぼ同一となっている。ジャケット部材42は嵌合凸部425、複数の穴422を含んでいる。嵌合凸部425は嵌合溝部421の溝形状とは凹凸が逆の同一形状としてあるので、ジャケット部材42がモールド部材41に固定されることにより、嵌合溝部421と嵌合凸部425は嵌合する。それにより嵌合凸部425の内側は密封される。
モールド部材41の嵌合溝部421には凹部424が形成されているので、嵌合溝部421及び嵌合凸部425の内側には空間431が形成され、この空間が冷媒流路431となる。
The
Since the
モールド部材41の基部41aにはコイル内包部41bまで到達する切り欠き43が形成され、切り欠き43の底面に温度センサ100が載置されている。
切り欠き43は基部41aの一部をモールド部材41の長手方向に切り取るようい形成されている。切り欠き43の底面は平坦部となっている。
温度センサ100は本体部104、電極102、金属板101、止め穴103からなる。本体部104は例えば樹脂で形成され内部にはホール素子等を含む電子回路などを内包している。金属板101は本体部104を止め穴103によって、温度測定する場所にネジなどで固定するとともに、温度測定する場所の温度を電子回路に効率的に伝える。
電極102は、温度測定に係る温度センサの情報を外部の回路に伝達する電線などに接続される。温度センサ100は金属板103の止め穴によって、切り欠き43の底部に、ネジ105等によって固定される。
このような構成とすることで、コイルが発する熱は、モールド部材41を構成する樹脂を介して温度センサに伝えられる。
図6(図7参照)の構成では温度センサ100とコイル6及び冷媒流路431の間に一定の間隔があり、コイル6で発生した熱は、モールド樹脂を介して温度センサ100に伝わることになるので、熱の伝わりが十分ではなく、精度の良い温度測定が難しくなる場合があった。
A
The
The
The
With such a configuration, the heat generated by the coil is transferred to the temperature sensor via the resin forming the
In the configuration of FIG. 6 (see FIG. 7), there is a constant gap between the
実施の形態1
図8は本発明の実施の形態1に係る可動コイル部材5の平面図(一部透過図)、図9は図8のC-C断面図である。図1~図7と同一の部分に関しては説明を省略する。
可動コイル部材5はモールド部材51、一対のジャケット部材42、多層コイル6を含む。
モールド部材51の基部51aには切り欠き53が形成されており、切り欠き53の底部には温度センサ100が載置されている。温度センサ100の金属板101はネジ105によって、切り欠き53の底部に固定されている。金属板101には、板状の銅板をL字に曲げた熱伝導部材55の一方端部が固定され、ネジ105によって金属板101とともに切り欠きの底部に固定されている。熱伝導部材55の他方端部は、冷媒流路431に挿入されている。コイル6にて発した熱による温度の変化は、冷媒流路431に流れている冷媒を介して、あるいはコイル6にて発した熱がモールド樹脂を介して、熱伝導部材55に伝わったのち、金属板101を介して温度センサ100に温度変化の情報として伝わる。
熱伝導部材55とコイル6との間のモールド樹脂はごく薄く、熱伝導はしやすくなっている。
実施の形態1は図6、図7に示す従来の可動コイル部材4に比べて、コイル6で発する熱が温度センサ100に伝わりやすくなっている。
Embodiment 1
8 is a plan view (partially see-through view) of the moving
The moving
A
The molding resin between the
In Embodiment 1, the heat generated by the
実施の形態2
図10は本発明の実施の形態2に係る可動コイル部材6の平面図(一部透過図)、図11は図10のD-D断面図である。
実施の形態1との違いは、熱伝導部材をL字形状の板材ではなく、棒状(本実施の形態2においては円柱状)としたことである。材質は銅としている。
熱伝導部材75は一方端面にネジ105に対応するメネジ部を有し、金属板101のネジ穴103に通したネジ105によって可動コイル部材7(モールド部材71)の基部71aに形成された切り欠き73の底部に固定されている。
可動コイル部材7(モールド部材71)の切り欠き73の底部には円柱状の熱伝導部材75に対応した円形の穴が穿孔され、熱伝導部材75が挿入配置されている。
なお熱伝導部材75は、可動コイル部材7のモールド部材71のコイル内包部71bにモールド部材71の形成後に孔をあけて配置しても良いし、モールド部材71を形成する際に埋め込んでおいても良い。
熱伝導部材75とコイル6の間にはモールド樹脂があるため、円形の穴はコイル6まで貫通した貫通孔ではない。
熱伝導部材75の他方端面はコイル6に近接させることができ、コイルの発する熱を温度センサ100に早く伝えることができる。
10 is a plan view (partially see-through view) of the moving
The difference from the first embodiment is that the heat-conducting member is not an L-shaped plate material but a rod-like one (columnar in the second embodiment). The material is copper.
The
A circular hole corresponding to the cylindrical
The
Since there is mold resin between the
The other end face of the heat-conducting
実施の形態3
図12は本発明の実施の形態3に係る可動コイル部材8の断面図である。実施の形態2に係る図10のD-D面と同じ位置の断面図である。
実施の形態3において実施の形態2と異なる点は、熱伝導部材75に対応した筒状の穴が貫通し、コイル6にまで到達していることである。
熱伝導部材75とコイル6の間には空間が形成されており、当該空間には導電性グリス80(例えば、シリコングリスなど)を注入してある。
コイル6から発せられた熱は、導電性グリスを介して熱伝導部材75、金属板101に伝わるので、コイルの発する熱を迅速に検知することができる。
FIG. 12 is a sectional view of the moving
The third embodiment differs from the second embodiment in that a cylindrical hole corresponding to the
A space is formed between the
Since the heat generated from the
本明細書では、複数のコイルを併設した可動コイル部材を有するリニアモータを用いて本発明を説明したが、一つのコイルを用いたVCMタイプのリニアモータにも本発明は適用できる。 In this specification, the present invention has been described using a linear motor having a moving coil member with a plurality of coils, but the present invention can also be applied to a VCM type linear motor using a single coil.
本明細書では、可動コイル型のリニアモータについて本発明を説明したが、コイルを固定子にした可動磁石型のリニアモータにも本発明は適用できる。 In this specification, the present invention has been described with respect to a moving coil type linear motor, but the present invention can also be applied to a moving magnet type linear motor using a coil as a stator.
開示された実施形態は、例示であって制限的なものではない。本発明の技術的範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び全ての変更が含まれることが意図される。 The disclosed embodiments are illustrative and not restrictive. The technical scope of the present invention is indicated by the scope of claims, and is intended to include meanings equivalent to the scope of claims and all modifications.
1 固定子
2 可動子
3 分割ユニット
4、5,7,8 可動コイル部材
6 コイル
10 可動コイル型リニアモータ
41、51,71,81 モールド部材
42 ジャケット部材
43、53,73 切り欠き
55 熱伝導部材(L字状)
75 熱伝導部材(円柱状)
100 温度センサ
1
75 heat-conducting member (cylindrical)
100 temperature sensor
Claims (7)
7. A linear motor according to any one of claims 1 to 6, wherein said coil is a coil array in which a plurality of one coils are connected in series.
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JP2021114864A JP2023011178A (en) | 2021-07-12 | 2021-07-12 | linear motor |
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