JP4718955B2 - Torque sensor and electric power steering device - Google Patents
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Description
本発明はトルクセンサ及び電動パワーステアリング装置に関する。 The present invention relates to a torque sensor and an electric power steering apparatus.
電動パワーステアリング装置は、ステアリングホイールが結合される入力軸と、出力軸とがトーションバーを介して連結され、ステアリングホイールに加えられた操舵トルクをトルクセンサにより検出し、その検出トルクにより電動モータを駆動し、電動モータの発生トルクを出力軸に伝え、結果として、電動モータの発生トルクを運転者がステアリングホイールに加える操舵力に対するアシスト力として用いる。 In the electric power steering apparatus, an input shaft to which a steering wheel is coupled and an output shaft are connected via a torsion bar, and a steering torque applied to the steering wheel is detected by a torque sensor, and the electric motor is driven by the detected torque. The generated torque of the electric motor is transmitted to the output shaft, and as a result, the generated torque of the electric motor is used as an assist force for the steering force applied by the driver to the steering wheel.
従来のトルクセンサは、特許文献1に記載の如く、入力軸と出力軸のそれぞれを入力軸受と出力軸受のそれぞれを介してハウジングに支持し、入力軸と出力軸のそれぞれに固定される第1と第2のコアとともに磁気回路を構成するトルク検出コイルをハウジングに設け、入力軸と出力軸とを連結したトーションバーに作用するトルクを検出する。 As described in Patent Document 1, the conventional torque sensor is a first type in which each of the input shaft and the output shaft is supported on the housing via the input bearing and the output bearing, and is fixed to each of the input shaft and the output shaft. A torque detection coil that constitutes a magnetic circuit together with the second core is provided in the housing, and a torque acting on a torsion bar connecting the input shaft and the output shaft is detected.
また、特許文献1のトルクセンサでは、磁性材料からなる入力軸の外周円筒部とともに磁気回路を構成する温度補償コイルをハウジングに設け、トルク検出コイルと温度補償コイルの誘起電圧の差を求めることにより、周囲温度変化による誘起電圧を相殺し、トルクセンサの検出精度を向上する。
特許文献1のトルクセンサでは、ハウジング軸方向で温度補償コイルの直上側傍に入力軸受を設け、温度補償コイルは入力軸の外周円筒部に電磁結合しており、以下の問題点がある。 In the torque sensor of Patent Document 1, an input bearing is provided near the temperature compensation coil in the housing axial direction, and the temperature compensation coil is electromagnetically coupled to the outer peripheral cylindrical portion of the input shaft, and has the following problems.
(1)温度補償コイルの直上に入力軸受を設けており、温度補償コイルの磁気回路に入力軸受が磁気的に干渉して磁気特性を低下させることのないように磁気遮蔽を考慮する必要がある。 (1) An input bearing is provided directly above the temperature compensation coil, and it is necessary to consider magnetic shielding so that the input bearing does not interfere magnetically with the magnetic circuit of the temperature compensation coil to deteriorate the magnetic characteristics. .
(2)入力軸受が、入力軸と出力軸の軸方向において、温度補償コイルを挟んで出力軸受の反対側に位置付けられるから、入力軸受と出力軸受の支持スパンが大きい。このため、入力軸と出力軸の同軸度を向上することに困難を伴ない、両者の回転偏心によりトルク検出精度を損なうおそれがある。 (2) Since the input bearing is positioned on the opposite side of the output bearing across the temperature compensation coil in the axial direction of the input shaft and the output shaft, the support span of the input bearing and the output bearing is large. For this reason, there is a difficulty in improving the coaxiality of the input shaft and the output shaft, and there is a possibility that the torque detection accuracy may be impaired due to the rotational eccentricity of both.
本発明の課題は、温度補償コイルの磁気特性を安定化し、トルクセンサの検出精度を向上することにある。 An object of the present invention is to stabilize the magnetic characteristics of a temperature compensation coil and improve the detection accuracy of a torque sensor.
本発明の他の課題は、電動パワーステアリング装置において、ステアリングホイールに加えた操舵トルクの検出精度を向上し、電動モータによるアシスト精度を向上することにある。 Another object of the present invention is to improve detection accuracy of steering torque applied to a steering wheel and improve assist accuracy by an electric motor in an electric power steering apparatus.
請求項1の発明は、入力軸と出力軸のそれぞれを入力軸受と出力軸受のそれぞれを介してハウジングに支持し、入力軸と出力軸のそれぞれに固定される第1と第2のコアとともに磁気回路を構成するトルク検出コイルをハウジングに設け、入力軸と出力軸とを連結したトーションバーに作用するトルクを検出するトルクセンサにおいて、温度補償コイルをハウジングに設け、該温度補償コイルと入力軸の間に前記入力軸受を設け、該温度補償コイルを該入力軸受に電磁結合してなるようにしたものである。 According to the first aspect of the present invention, the input shaft and the output shaft are supported by the housing via the input bearing and the output bearing, respectively, and the first and second cores fixed to the input shaft and the output shaft are magnetized together. In a torque sensor that detects torque acting on a torsion bar that connects an input shaft and an output shaft, a torque detection coil that constitutes a circuit is provided in the housing, and the temperature compensation coil is connected to the input shaft. The input bearing is provided between them, and the temperature compensation coil is electromagnetically coupled to the input bearing.
請求項2の発明は、請求項1の発明において更に、前記入力軸受が温度補償コイルのコイルボビンと入力軸の間に設けられるようにしたものである。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the input bearing is provided between a coil bobbin of the temperature compensation coil and the input shaft.
請求項3の発明は、ステアリングホイールが結合される入力軸と、電動モータに連動する出力軸とを有し、請求項1又は2に記載のトルクセンサの検出トルクにより電動モータを駆動する電動パワーステアリング装置である。 According to a third aspect of the present invention, there is provided an electric power having an input shaft to which the steering wheel is coupled and an output shaft interlocked with the electric motor, and driving the electric motor by the torque detected by the torque sensor according to the first or second aspect. It is a steering device.
(請求項1)
(a)ハウジングに設けた温度補償コイルと入力軸の間に入力軸受を設け、温度補償コイルを入力軸受と直接電磁結合したから、入力軸受が温度補償コイルの磁気回路を構成しているので、入力軸受の該磁気回路への干渉を考慮する必要がない。従って、温度補償コイルの磁気特性を簡易に安定化できる。
(Claim 1)
(a) Since an input bearing is provided between the temperature compensation coil provided in the housing and the input shaft, and the temperature compensation coil is directly electromagnetically coupled to the input bearing, the input bearing constitutes the magnetic circuit of the temperature compensation coil. There is no need to consider interference of the input bearing with the magnetic circuit. Accordingly, the magnetic characteristics of the temperature compensation coil can be easily stabilized.
(b)入力軸受が、入力軸と出力軸の軸方向において、温度補償コイルを挟んで出力軸受の反対側に位置するものでなく、温度補償コイルと同位置に位置付けられるから、入力軸受と出力軸受間の支持スパンを小さくできる。このため、入力軸と出力軸の同軸度が向上し、両者の回転偏心を抑えてトルク検出精度を向上できる。 (b) Since the input bearing is not located on the opposite side of the output bearing across the temperature compensation coil in the axial direction of the input shaft and the output shaft, it is located at the same position as the temperature compensation coil. Support span between bearings can be reduced. For this reason, the coaxiality of the input shaft and the output shaft is improved, and the torque eccentricity can be suppressed by suppressing the rotational eccentricity of both.
(請求項2)
(c)入力軸受を温度補償コイルのコイルボビンに保持し、入力軸を安定的に支持できる。
(Claim 2)
(c) The input bearing can be held on the coil bobbin of the temperature compensation coil to stably support the input shaft.
(請求項3)
(d)電動パワーステアリング装置のトルクセンサにおいて、上述(a)〜(c)を実現できる。これにより、ステアリングホイールに加えた操舵トルクの検出精度を向上し、電動モータによるアシスト精度を向上できる。
(Claim 3)
(d) In the torque sensor of the electric power steering device, the above (a) to (c) can be realized. Thereby, the detection accuracy of the steering torque applied to the steering wheel can be improved, and the assist accuracy by the electric motor can be improved.
図1は電動パワーステアリング装置の要部を示す断面図、図2はトルクセンサを拡大して示す断面図、図3はトルクセンサの模式図である。 FIG. 1 is a cross-sectional view showing a main part of the electric power steering apparatus, FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view showing a torque sensor, and FIG. 3 is a schematic view of the torque sensor.
電動パワーステアリング装置10は、図1に示す如く、車体フレーム等に固定される第1ハウジング11に第2ハウジング12をボルト結合する。そして、ステアリングホイールが結合される入力軸14と、出力軸15をトーションバー16を介して同軸結合し、入力軸14は入力軸受17を介して第2ハウジング12に支持し、出力軸15は出力軸受18を介して第1ハウジング11に支持する。
As shown in FIG. 1, the electric
電動パワーステアリング装置10は、出力軸15にピニオン軸を連結し、ピニオン軸のピニオンに噛み合うラックを備えたラック軸をハウジングに左右動可能に支持する。出力軸15の回転運動をピニオン軸を介してラック軸の直線運動に変換し、車輪を操舵する。
The electric
電動パワーステアリング装置10は、第1ハウジング11に電動モータ(不図示)を支持し、電動モータの出力軸にはウォームギヤ21が結合され、ウォームギヤ21に噛み合うウォームホイール22を第1ハウジング11と第2ハウジング12の中で出力軸15に固定してある。
The electric
電動パワーステアリング装置10は、入力軸14と出力軸15の間にトルクセンサ30を設けている。ステアリングホイールに加えられた操舵トルクをトルクセンサ30により検出し、その検出トルクにより電動モータを駆動し、電動モータの発生トルクをウォームギヤ21、ウォームホイール22を介して出力軸15に伝える。これにより、電動モータの発生トルクを運転者がステアリングホイールに加える操舵力に対するアシスト力として用いる。
The electric
しかるに、トルクセンサ30は以下の如くに構成される(図2)。
入力軸14は、磁性材料からなり、ハウジング12の内部に位置して出力軸15に同軸的に結合されている部分の側傍に、直径部A、直径部Bを備え、直径部Aの外周を円筒部14Aとし、直径部Bに円筒状の第1のコア40を圧入固定的に取付けている。第1のコア40の下端端面には周方向に等ピッチで形成された平面視矩形の多数の磁路形成部40Aを備える。
However, the
The
出力軸15は、ハウジング12の内部に位置して入力軸14に同軸的に結合されている部分の外周に円筒状の第2のコア50を圧入固定的に取付けている。第2のコア50の上端部端面には、第1のコア40の磁路形成部40Aに対向する、周方向に等ピッチで形成された平面視矩形の多数の磁路形成部50Aを備える。
The
ハウジング12の内周には、磁性材料である焼結合金又は、プレス等からなる断面コ字形の第1の筒体60と第2の筒体70が挿入されている。
A
第1の筒体60は、第1のコア40と第2のコア50の対向部分に跨るように、それらを囲んでハウジング12に内嵌され、トルク検出コイル61を収納する。62はトルク検出コイル61に接続された検出接続線である。
The first
第1の筒体60は第1のコア40、第2のコア50と磁気回路aを構成し、この磁気回路aは、第1の筒体60と第1のコア40の表面とのエアギャップa1、第2のコア50の表面とのエアギャップa2、及び第1のコア40と第2のコア50の対向端面間のエアギャップa3を経るように形成される。トルク検出コイル61は第1のコア40、第2のコア50と電磁結合し、電磁結合状態に相応する電圧を誘致する。
The
第2の筒体70は、入力軸14の直径部Aを囲んでハウジング12に内嵌され、温度補償コイル71を収納する。72は温度補償コイル71に接続された検出接続線である。
The second
ここで、トルクセンサ30は、温度補償コイル71と入力軸14の直径部Aの間に磁性材料からなる前述の入力軸受17を設けている。入力軸受17は、外輪17Aを温度補償コイル71の樹脂製コイルボビン71Aの内周段差面に嵌合保持し、内輪17Bを入力軸14の直径部Aの外周段差面に嵌着し、入力軸14を回転自在に支持する。第2の筒体70は入力軸受17(外輪17A)と磁気回路bを構成し、この磁気回路bは、第2の筒体70と入力軸受17(外輪17A)の表面とのエアギャップb1、b2を経るように形成される。温度補償コイル71と第2の筒体70とは入力軸受17(外輪17A)と電磁結合し、電磁結合状態に相応する電圧を誘起する。
Here, the
トーションバー16にトルクが作用していない場合には、トルク検出コイル61と温度補償コイル71の誘起電圧が等しくなるように、第1のコア40、第2のコア50、入力軸受17の電磁結合状態を求め、第1のコア40、第2のコア50をそれぞれ位置決めする。入力軸受17のサイズは、磁気回路b中のエアギャップb1、b2のそれぞれが磁界に与える影響、即ちそれぞれの磁気抵抗gb1、gb2の和が、磁気回路a中のエアギャップa1、a2、a3のそれぞれが磁界に与える影響、即ちそれぞれの磁気抵抗ga1、ga2、ga3の和と等しくなるように設定される。
When no torque acts on the
従って、トルクセンサ30にあっては、トルク検出コイル61と温度補償コイル71の誘起電圧の差を求めることにより、周囲温度変化による誘起電圧を相殺し、第1のコア40と第2のコア50の相対回転量に相応した電磁結合状態を検出し、トーションバー16に作用したトルク、換言すればステアリングホイールに加えられた操舵トルクのみを検出可能にする。
Therefore, in the
本実施例によれば以下の作用効果を奏する。
(a)ハウジング12に設けた温度補償コイル71と入力軸14の間に入力軸受17を設け、温度補償コイル71を入力軸受17と直接電磁結合したから、入力軸受17が温度補償コイル71の磁気回路の一部を構成し、該磁気回路に干渉することがない。従って、温度補償コイル71の磁気特性を簡易に安定化できる。
According to the present embodiment, the following operational effects can be obtained.
(a) Since the input bearing 17 is provided between the
(b)入力軸受17が、入力軸14と出力軸15の軸方向において、温度補償コイル71を挟んで出力軸受の反対側に位置するものでなく、温度補償コイル71と同位置に位置付けられるから、入力軸受17と出力軸受18間の支持スパンを小さくできる。このため、入力軸14と出力軸15の同軸度が向上し、両者の回転偏心を抑えてトルク検出精度を向上できる。
(b) Since the input bearing 17 is not located on the opposite side of the output bearing across the
(c)入力軸受17を温度補償コイル71のコイルボビン71Aに保持し、温度補償コイル71に近接して配置でき、入力軸14を安定的に支持できる。
(c) The input bearing 17 is held on the
(d)電動パワーステアリング装置10のトルクセンサ30において、上述(a)〜(c)を実現できる。これにより、ステアリングホイールに加えた操舵トルクの検出精度を向上し、電動モータによるアシスト精度を向上できる。
(d) In the
尚、トルクセンサ30は、第1のコア40と第2のコア50を以下の如くに構成している。
In the
第1のコア40は、ステンレス鋼、アルミニウム、銅、樹脂等の非磁性材料からなる遮蔽材42を金型にセットし、この遮蔽材42の周囲に、樹脂に鉄粉等の磁性材金属粉を混合した磁性材41を鋳込んでインサートモールドしてなるものである。具体的には、遮蔽材42は円筒状(円筒本体42A)をなし、下端部の周方向複数位置に歯42Bを設け、相隣る歯42Bの間の谷部42Cに磁性材41をモールドする。より具体的には、遮蔽材42は円筒本体42Aの下端部の周方向複数か所からL形をなして径方向外方に突出する歯42Bを形成し、歯42Bの山部の下向き端面である平面視矩形端面を入力軸14の中心軸に直交する平面に形成するとともに、円筒本体42Aの下端部の相隣る歯42Bの間に谷部42Cを形成し、磁性材41を遮蔽材42の円筒本体42Aの外周及び谷部42Cの中にモールドする。磁性材41は遮蔽材42の円筒本体42Aの外周にモールドされる円筒本体41Aと、円筒本体41Aの下端部の周方向複数か所からL形をなして径方向内方に突出する装填部分41Bを形成し、装填部分41Bの下向き端面である平面視矩形端面を歯42Bの山部の下向き端面そのものに合致させて入力軸14の中心軸に直交する平面に形成する。
The
そして、第1のコア40は、遮弊材42の歯42Bを磁性材41に対する磁気的遮蔽部40Bとする。第1のコア40は、下端面の周方向で遮蔽材42の遮蔽部40B(歯42B)が遮蔽する部分の側傍(相隣る遮蔽部40B、40Bに挟まれる平面視矩形部分)の磁性材41の非遮蔽部(装填部分41B)を、歯42Bの山部の下向き端面そのものに合致させ、この非遮蔽部を前述の磁路形成部40Aとする。
The
このとき、第1のコア40は、磁性材41を遮蔽材42の円筒本体42Aの下端部〜中間部の外周にモールドし、中間部〜上端部の外周にはモールドしない。第1のコア40は、この遮蔽材42の円筒本体42Aを入力軸14の小径部Bに圧入する。
At this time, the
第2のコア50は、ステンレス鋼、アルミニウム、銅、樹脂等の非磁性材料からなる遮蔽材52を金型にセットし、この遮蔽材52の周囲に、樹脂に鉄粉等の磁性材金属粉を混合した磁性材51を鋳込でインサートモールドしてなるものである。具体的には、遮蔽材52は円筒状(円筒本体52A)をなし、上端部の周方向複数位置に歯52Bを設け、相隣る歯52Bの間の谷部52Cに磁性材51をモールドする。より具体的には、遮蔽材52は円筒本体52Aの上端部の周方向複数か所からL形をなして径方向外方に突出する歯52Bを形成し、歯52Bの山部の上向き端面である平面視矩形端面を出力軸15の中心軸に直交する平面に形成するとともに、円筒本体52Aの上端部の相隣る歯52Bの間に谷部52Cを形成し、磁性材51を遮蔽材52の円筒本体52Aの外周及び谷部52Cの中にモールドする。磁性材51は遮蔽材52の円筒本体52Aの外周にモールドされる円筒本体51Aと、円筒本体51Aの上端部の周方向複数か所からL形をなして径方向内方に突出する装填部分51Bを形成し、装填部分51Bの上向き端面である平面視矩形端面を歯52Bの山部の上向き端面そのものに合致させて出力軸15の中心軸に直交する平面に形成する。
In the
そして、第2のコア50は、遮弊材52の歯52Bを磁性材51に対する磁気的遮蔽部50Bとする。第2のコア50は、上端面の周方向で遮蔽材52の遮蔽部50B(歯52B)が遮蔽する部分の側傍(相隣る遮蔽部50B、50Bに挟まれる平面視矩形部分)の磁性材51の非遮蔽部(装填部分51B)を、歯52Bの山部の上向き端面そのものに合致させ、この非遮蔽部を前述の磁路形成部50Aとする。
The
このとき、第2のコア50は、磁性材51を遮蔽材52の円筒本体52Aの上端部〜中間部の外周にモールドし、中間部〜下端部の外周にはモールドしない。第2のコア50は、この遮蔽材52の円筒本体52Aを出力軸15に圧入する。
At this time, the
第1のコア40の磁路形成部40Aと第2のコア50の磁路形成部50Aは適宜長離隔された対向関係をなす。本実施例において、第1のコア40(磁性材41、遮蔽材42)と第2のコア50(磁性材51、遮蔽材52)は内外径寸法、軸長寸法を同一とする同一形状とされている。
The magnetic
従って、本実施例にあっては以下の作用効果も奏する。
(a)第1と第2のコア40、50の端面に非磁性材料からなる遮蔽材42、52を設け、遮蔽材42、52の遮蔽部40B、50Bの側傍の磁性材の非遮蔽部を磁路形成部40A、50Aとした。第1のコア40の磁路形成部40Aと第2のコア50の磁路形成部50Aの間で生ずる磁束の通路は、図3(B)の実線矢印で示す如くに、第1のコア40において相隣る遮蔽材42の遮蔽部40Bと遮蔽部40Bに挟まれる範囲の磁路形成部40A、第2のコア50において相隣る遮蔽材52の遮蔽部50Bと遮蔽部50Bに挟まれる範囲の磁路形成部50Aに限定され、図3(B)の破線矢印で示す如くの遮蔽部40B、50Bの側に回り込むことを抑制される。このため、入力軸14と出力軸15の間のトーションバー16のねじれに伴なう、第1のコア40の磁路形成部40Aと第2のコア50の磁路形成部50Aの重なり面積(磁束通過面積)の変化のみに応じた透磁率の変化量となり、トルク検出コイル61の検出出力幅を増大でき、ひいては検出精度及び感度を向上できる。
Therefore, in this embodiment, the following operational effects are also achieved.
(a) The shielding
(b)各コア40、50が、非磁性材料からなる遮蔽材42、52を、樹脂に磁性材金属粉を混合した磁性材41、51でインサートモールドしてなることにより、磁性材41、51と遮蔽材42、52のエアギャップをなくし、トルクセンサ30の検出感度を向上できる。
(b) The
(c)各コア40、50は、磁性材41、51と遮蔽材42、52の両部品の組立てのための寸法公差の管理の如くを不要とし、組立性を向上する。
(c) The
(d)磁性材41、51は、磁性材金属粉を樹脂に混合したものを、金型にセットされた遮蔽材42、52の周囲にモールドするだけで成形され、低コストになる。
(d) The
(e)第1のコア40の遮蔽材42を入力軸に圧入し、第2のコア50の遮弊材52を出力軸に圧入するものであり、各コア40、50の組付性を簡易にできる。
(e) The shielding
(f)各コア40、50は、金型にセットされた遮蔽材42、52の相隣る歯42B、52Bの間の谷部42C、52Cに磁性材41、51をモールドすることで、組立性を向上できる。
(f) The
(g)各コア40、50が、磁性材41、51を遮蔽材42、52の円筒本体42A、52Aの外周及び谷部42C、52Cの中にモールドしてなるから、磁性材41、51と遮蔽材42、52の結合強度を軸方向及び周方向で強化できる。
(g) Since each of the
(h)各コア40、50は、磁性材41、51を遮蔽材42、52の円筒本体の一端部〜中間部外周のみにモールドし、中間部〜他端部の外周にモールドしないから、金型にセットされた遮蔽材42、52のインサートモールド時の放熱性をその中間部〜他端部で良好にし、結果として遮弊材42、52のこの部分での熱ひずみを極小にし、入力軸又は出力軸への圧入寸法精度を向上し、各コア40、50の組付性を向上する。
(h) Since the
(i)各コア40、50が互いに同一形状をなすことにより、各コア40、50を共通部品化できる。
(i) Since the
(j)電動パワーステアリング装置10のトルクセンサ30において、上述(a)〜(i)を実現できる。これにより、ステアリングホイールに加えた操舵トルクの検出精度を向上し、電動モータによるアシスト精度を向上できる。
(j) In the
以上、本発明の実施例を図面により詳述したが、本発明の具体的な構成はこの実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。例えば、本発明のコア40、50において、遮蔽材42、52は磁性材41、51(鉄等)より電気抵抗率が低い金属(アルミニウム、銅等)からなるものでも良い。
The embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration of the present invention is not limited to this embodiment, and even if there is a design change or the like without departing from the gist of the present invention. It is included in the present invention. For example, in the
10 電動パワーステアリング装置
11、12 ハウジング
14 入力軸
15 出力軸
16 トーションバー
17 入力軸受
18 出力軸受
30 トルクセンサ
40 第1のコア
50 第2のコア
61 トルク検出コイル
71 温度補償コイル
71A コイルボビン
DESCRIPTION OF
Claims (3)
入力軸と出力軸のそれぞれに固定される第1と第2のコアとともに磁気回路を構成するトルク検出コイルをハウジングに設け、
入力軸と出力軸とを連結したトーションバーに作用するトルクを検出するトルクセンサにおいて、
温度補償コイルをハウジングに設け、該温度補償コイルと入力軸の間に前記入力軸受を設け、該温度補償コイルを該入力軸受に電磁結合してなることを特徴とするトルクセンサ。 Support the input shaft and output shaft to the housing via the input bearing and output bearing,
A torque detection coil that constitutes a magnetic circuit together with the first and second cores fixed to the input shaft and the output shaft is provided in the housing,
In the torque sensor for detecting the torque acting on the torsion bar connecting the input shaft and the output shaft,
A torque sensor comprising: a temperature compensation coil provided in a housing; the input bearing provided between the temperature compensation coil and an input shaft; and the temperature compensation coil being electromagnetically coupled to the input bearing.
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