JP4952786B2 - 界磁子 - Google Patents

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Description

本発明は、界磁子に関し、特に埋め込み型の界磁子に関する。
特許文献1には、複数個の単位磁石で構成された永久磁石が挿入孔に挿入された回転子が開示されている。
なお、本発明に関連する技術として特許文献2及び特許文献3が開示されている。
特許第3690067号公報 特開2005−261169号公報 特開2004−328963号公報
しかしながら、特許文献1に記載の技術では、単位磁石に対して挿入孔の体積が数倍大きいため、単位磁石を挿入孔に挿入するに際して、例えば挿入孔に対して斜めに単位磁石が挿入される可能性がある。この場合、次の単位磁石を挿入孔に挿入するときに、斜めに挿入された単位磁石と干渉し、結局所望の個数の単位磁石を挿入孔に挿入できない可能性があった。ひいては生産性の低下を招来する恐れがあった。
そこで、本発明は高い生産性を有する界磁子を提供することを目的とする。
本発明に係る界磁子の第1の態様は、回転軸(P)側で第1の極性を呈する第1磁極面(5a)と、前記回転軸とは反対側で第2の極性を呈する第2磁極面(5b)とを有し、前記回転軸に垂直な断面において前記第1磁極面と前記第2磁極面との距離たる幅が、前記第1磁極面の中央から前記第1磁極面の両端に向かう長手方向に従って単調非減少で増大し、前記断面において前記第1磁極面(5a)及び前記第2磁極面(5b)を3個以下の永久磁石(51,52)で構成する界磁磁石(5)と、前記第1磁極面(5a)を覆う第1貫挿面(4a)及び前記第2磁極面(5b)を覆う第2貫挿面(4b)とを有する貫挿孔(4)を有する界磁コア(2)とを備え、前記界磁磁石は複数の前記永久磁石で構成され、一の前記界磁磁石を構成する前記複数の前記永久磁石同士の境界は、前記両端の間にあり、前記第2磁極面(5b)は、前記長手方向における端部で前記回転軸とは反対側へと突出し、前記界磁磁石の前記幅を増大させる突部(51a,52a)を有し、前記第2貫挿面(4b)は前記突部(51a,52a)と嵌合する凹部(41a,41b)を有する
本発明に係る界磁子の第の態様は、第1の態様に係る界磁子であって、前記界磁磁石は前記回転軸方向において複数の前記永久磁石に分割される。
本発明に係る界磁子の第の態様は、第1又は第2の態様に係る界磁子であって、前記貫挿孔は、前記第1貫挿面(4a)及び前記第2貫挿面(4b)から更に前記界磁磁石とは反対側へと延びる。
本発明に係る界磁子の第1の態様によれば、第1貫挿面及び第2貫挿面は、長手方向に対して呈する幅が中央から両端に向かうに従って単調非減少で増大する界磁磁石の第1磁極面及び第2磁極面をそれぞれ覆うので、界磁磁石を貫挿孔に貫挿するに際してのガイドとして機能し、以て当該貫挿を容易とし、引いては界磁子の生産性を向上させる。しかも鎖交磁束を向上することができる。また、界磁磁石の両端で生じる減磁を抑制することができる。また長手方向に向かうに従って幅が一定である平面部を有しているので、長手方向に向かって幅が単調増加する形状と比べて、使用する永久磁石の量を低減でき、以って製造コストを低減できる。
本発明に係る界磁子の第の態様によれば、界磁磁石の必要精度を低下でき、製造コストを低減できる。
本発明に係る界磁子の第の態様によれば、貫通孔が第1貫挿面及び第2貫挿面から更に界磁磁石と反対側へと延びて形成される空隙によって、界磁磁石の漏れ磁束を低減することができる
第1の実施の形態に係る界磁子の概略的な断面図である。 界磁磁石を貫挿孔に挿入する際の様子を示す概略的な斜視図である。 第1の実施の形態に係る界磁子を用いた電機子の磁束密度を示す図である。 等幅の界磁磁石を用いた電機子の磁束密度を示す図である。 第1の実施の形態に係る界磁子を用いた電機子の磁力線を示す図である。 等幅の界磁磁石を用いた電機子の磁力線を示す図である。 等幅の界磁磁石を用いた界磁子のうち、一つの界磁磁石、貫挿孔を示す概略的な断面図である。 単一の永久磁石で構成された界磁磁石の表面精度により貫挿孔に挿入できない様子を示す概略的な断面図である。 2つの永久磁石で構成された界磁磁石の表面精度により貫挿孔に挿入できる様子を示す概略的な断面図である。 界磁磁石を貫挿孔に挿入する際の様子を示す概略的な斜視図である。 第1の実施の形態の界磁子のうち、一つの界磁磁石、貫挿孔を示す概略的な断面図である。 第1の実施の形態の界磁子のうち、一つの界磁磁石、貫挿孔を示す概略的な断面図である。 第2の実施の形態の界磁子の概略的な断面図である。 第2の実施の形態の界磁子のうち、一つの界磁磁石、貫挿孔を示す概略的な断面図である。 第2の実施の形態の界磁子のうち、一つの界磁磁石、貫挿孔を示す概略的な断面図である。 第2の実施の形態の界磁子のうち、一つの界磁磁石、貫挿孔を示す概略的な断面図である。
この発明の目的、特徴、局面、および利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。
以下、図面を参照して実施の形態に係る界磁子について説明する。なお、同一符号は同一又は相当部分を示し、重畳する説明は省略する。
第1の実施の形態.
本発明に係る第1の実施の形態の界磁子の概略的な断面図を図1に示す。図1は回転軸Pに垂直な断面における界磁子1の概略構成を示している。本界磁子1は、界磁コア2と界磁磁石5と、図示せぬ端板とを備えている。
図1に示すように、界磁コア2は回転軸Pを中心とした環状の外周を有している。界磁コア2には貫挿孔4とシャフト孔6が設けられている。なお、界磁コア2は磁性体により構成され、回転軸Pと平行な方向(紙面に垂直な方向:図示せず:以下、回転軸方向と呼ぶ)に延在している。
より具体的には、界磁コア2にはシャフト孔6が回転軸Pを含む領域に設けられており、このシャフト孔6には図示せぬシャフトが貫通配置される。なお、シャフトを端板に取り付ける場合、シャフト孔6は省略できる。
また、界磁コア2には4つの貫挿孔4が回転軸Pを中心として環状に配置され、それぞれ回転軸方向に延在している。但し、貫挿孔4は必ずしも回転軸方向に延在する必要はなく、例えばスキューを形成すべく、回転軸Pに対して所定の角度で傾斜した方向に延在してもよい。なお、本実施の形態においては、貫挿孔4は回転軸Pに平行な方向に延在しているものとして説明する。
界磁磁石5は貫挿孔4に貫挿されている。なお、図1においては4個の貫挿孔4にそれぞれ対応する4個の界磁磁石5が貫挿された界磁子1(つまり4極の界磁子1)が示されているが、4個に限らず2個であっても良く、4個より多くても構わない。また、界磁磁石5の各々は回転軸P側で所定の極性を呈する磁極面5aと、回転軸Pとは反対側で磁極面5aと異なる極性を呈する磁極面5bとを有している。そして、隣り合う界磁磁石5同士の磁極面5aは相互に異なる極性を呈している。
以下、より具体的に、貫挿孔4及び界磁磁石5について述べる。界磁磁石5においては、回転軸Pに垂直な断面(例えば図1の紙面)において磁極面5aの中央から磁極面5aの両端に向かう長手方向に従って磁極面5a,5bの距離たる幅(以下、単に幅と呼ぶ)が、単調非減少で増大している。つまり、界磁磁石5の幅は磁極面5aの中央で最も小さく、且つ少なくとも磁極面5aの両端における幅が当該中央での幅よりも広く、且つ界磁磁石5の幅は中央から両端に向かうに従って減少していない。
より具体的な一例として、図1に示すように界磁磁石5の幅が磁極面5aの中央から両端に向かって等幅であり、磁極面5bは両端において回転軸Pとは反対側へと突出して当該幅を増大させる突部51a,52aを有している。また、界磁磁石5は回転軸Pに垂直な断面において2個の永久磁石51,52で構成されており、永久磁石51,52の一組は磁極面5a,5bを構成している。そして永久磁石51,52の境界は回転軸Pに垂直な断面において界磁磁石5の両端の間に在る。
つまり、界磁磁石5は回転軸Pの略周方向で分割されている。また、永久磁石51,52はそれぞれ一端側に突部51a,52aを有しており、それぞれ他端側で永久磁石51,52の境界を形成している。
貫挿孔4は磁極面5aを覆う貫挿面4aと、磁極面5bを覆う貫挿面4bとを有している。具体的には、貫挿面4bは突部51a,52aとそれぞれ嵌合する凹部41a,41bを有している。また、貫挿孔4は、貫挿面4a及び貫挿面4bから更に界磁磁石5とは反対側へと伸びている。具体的には、貫挿孔4は、界磁磁石5の両端から連続して、それぞれ界磁コア2の外周に向かって延在した空隙部42a,42bとを有している。なお、空隙部42a,42bは界磁磁石5の両端と分離して、即ち界磁コア2の肉薄部を介して設けられてもよい。
図示せぬ端板は回転軸方向における界磁コア2の両端に配置される。
図2は、本界磁子1において、界磁磁石5を貫挿孔4に貫挿する様子を示す概略的な斜視図である。端板7が回転軸方向における界磁コア2の一端のみに設けられた後、界磁磁石5が界磁コア2の他端側から貫挿孔4に挿入される。
まず、突部51aを凹部41aに嵌合させて永久磁石51を貫挿孔4に貫挿する。このとき、貫挿面4a,4b(より具体的には凹部41a)は永久磁石51を導くガイドとしての機能を果たすので、永久磁石51は貫挿孔4に対して所望の位置に貫挿される。同様にして突部52aを凹部41bに嵌合させて永久磁石52を貫挿孔4に挿入する。即ち、永久磁石52が挿入される経路に永久磁石51が位置することがないので、永久磁石51に干渉されることなく永久磁石52を容易に貫挿孔4に挿入できる。ひいては界磁子1の生産性を向上することができる。なお、永久磁石52を貫挿孔4に貫挿した後に、永久磁石51を貫挿しても同様である。
また、本界磁子1においては鎖交磁束、減磁耐力を向上することができる。具体的に説明すると、図3は、本界磁子1と電機子8とを備えた回転電機における磁束密度を示す図である。電機子8は例えば6個のティース81と、ティース81の一端同士を繋ぐ環状のヨーク82とを備えている。そして、電機子8はティース81の他端側が界磁子1の外周と対向するように配置されている。なお、図の煩雑を避けるため、電機子巻線は省略して図示した。
図3においては、一の界磁磁石5が一のティース81と正面で対向したときの磁束密度を示している。比較のために、等幅の界磁磁石9を用いた回転電機における磁束密度を図4に示す。なお、図3、4において、磁束密度が等高線で示され、等高線で挟まれる領域には符号100〜109が付記されている。符号100〜109で表される領域は、その符号の数字が小さいほど高い磁束密度を表している。なお符号が付記されていない領域であっても、界磁子1の対称性からその領域の磁束密度が理解できる。
図3、図4における破線で囲った領域の比較から明らかなように、本界磁子1に係る当該領域における一のティース81の磁束密度は、等幅の界磁磁石9を用いた場合に比べて大きい。言い換えると、本界磁子1によれば鎖交磁束を向上することができる。
また、図5は、一のティース81によって逆磁界が外部から一の界磁磁石5に印加された際の磁力線を示している。比較のために、等幅の界磁磁石9を用いた回転電機において、逆磁界が一の界磁磁石9に印加された際の磁力線を図6に示している。なお、一の界磁磁石5及び一の界磁磁石9に印加される逆磁界の方向を図5、6中のブロック矢印で示している。
図5,6において、逆磁界が印加された一の界磁磁石5,9には磁束密度がそれぞれ表現されている。図6に示すように、当該一の界磁磁石9の両端(破線で囲む領域を参照)における白抜きは、当該両端部において磁束密度が低減、即ち減磁していることを示している。他方、図5に示すように、当該一の界磁磁石5の両端(破線で囲む領域を参照)において白抜き部分はなく、図6に示した場合と比較して磁束密度が小さい、つまり減磁が小さい。言い換えると、本界磁子1によれば減磁耐力を向上することができる。
また、永久磁石51,52はそれぞれ磁極面5aにおいて同一の極性を呈しているので、永久磁石51,52には互いに離れる方向に斥力が働く。この斥力により生じる永久磁石51,52間の間隙は鎖交磁束の低下を招く。本界磁子1においては、凹部41a,41bの位置に基づいて永久磁石51,52の間隙を制御でき、当該間隙を小さくすることができ、以って鎖交磁束の低下を抑制することができる。
また、空隙部42a,42bによって、例えば磁極面5aから磁極面5bへと漏れる漏れ磁束を低減することができる。そして、例えば等幅の界磁磁石9であれば、界磁磁石9が長手方向で動かないように、一般的に貫挿面4bは界磁磁石9の両端で段差形状を有していた(図7における破線で囲う領域を参照)。界磁磁石5の中央の幅が界磁磁石9の幅と同一であれば、本界磁子1は図7に示す態様と比べて、空隙部42a,42bの容積を当該段差の領域分大きくすることができ、漏れ磁束の低減効果を向上することができる。
また、界磁磁石5が複数の永久磁石51,52によって構成されているため、形状上の界磁磁石5の必要精度を低減することができる。具体的に、例えば図8に示すように、単一の永久磁石によって構成された界磁磁石5の表面のうねりによって、界磁磁石5が貫挿孔4に貫挿できない場合がある。他方、図8に示す界磁磁石5と同一のうねり精度であっても、界磁磁石5が永久磁石51,52によって構成されている場合、図9に示すように、個々の永久磁石51,52を回転軸Pに垂直な断面内の所定方向にそれぞれ傾けることにより、貫挿孔4に界磁磁石5を挿入することができる場合がある。即ち、界磁磁石5の必要精度を低減でき、ひいては製造コストを低減することができる。
なお、本実施の形態においては、界磁磁石5は回転軸Pに垂直な断面で2つの永久磁石51,52で構成されているとして説明したが、これに限らず当該断面において3個以下の永久磁石で構成されていればよい。また、当該断面のみに限らず、回転軸Pに平行な断面においても複数の永久磁石で構成されていてもよい、言い換えると回転軸Pが延在する方向で分割されていても良い。具体的な一例として、界磁磁石5が回転軸Pに垂直な断面で3つの永久磁石により構成されており、これら3つの永久磁石がそれぞれ回転軸方向で2分割されている界磁子1において、界磁磁石5を貫挿孔4に貫挿する際の様子を概略的な斜視図として図10に示す。
界磁磁石5は永久磁石53〜58で構成されている。永久磁石53〜55,及び永久磁石56〜58はそれぞれ回転軸Pに垂直な断面において、この順で配置されて界磁磁石5を構成する。永久磁石53,56及び永久磁石54,57及び永久磁石55,58はそれぞれ回転軸方向で互いに隣り合って配置されて界磁磁石5を構成する。なお、界磁磁石5の形状は図1,2で示した界磁磁石5と同一形状である。
この場合であれば、まず界磁磁石5の両端に位置する永久磁石53,55,56,58をそれぞれ貫挿孔4に貫挿する。このとき、永久磁石53,56は貫挿孔4に設けられた凹部41aと嵌合し、永久磁石55,58は貫挿孔4に設けられた凹部41bと嵌合して貫挿される。従って、これらの永久磁石53,55,56,58は互いに干渉することなく、貫挿孔4に対して所望の位置に貫挿される。
そして、永久磁石53,55の間及び永久磁石56,58の間にそれぞれ永久磁石54,57を貫挿する。このとき、永久磁石53,55,56,58及び貫挿面4a,4bは永久磁石54,57を導くガイドとして機能するので、容易に永久磁石54,57を貫挿することができる。以上のように、全ての永久磁石53〜58を貫挿するに際して互いに干渉することがなく、容易に界磁磁石5を貫挿孔4に貫挿することができる。
また、界磁磁石5が回転軸Pに平行な方向にも分割されているため、界磁磁石5の必要精度をさらに低減でき、ひいては製造コストをさらに低減できる。また、従来のような等幅の界磁磁石9であれば回転軸方向に分割するほど貫挿孔への挿入が困難になるが、本界磁子1においては容易に貫挿できる。
なお、界磁磁石5が単一の永久磁石により構成されていた場合であっても、貫挿面4a,4b(より具体的には、凹部41a,41b)が界磁磁石5を導くガイドとして機能するので、同様にして、容易に界磁磁石5を貫挿孔4に貫挿することができる。但し、この場合、界磁磁石5の必要精度を低下させる効果は生じない。
なお、界磁磁石5は両端に突部51a,52aを有した形状に限らず、界磁磁石5の幅が磁極面5aの中央から両端に向かうに従って例えば単調増加で増大する形状であってもよい。具体的な例を図11,12に示す。図11,12は界磁子のうち、一つの貫挿孔4及び一つの界磁磁石5の領域を示す概略的な断面図である。
図11に示すように、界磁磁石5は、磁極面5bが長手方向に対して直線であり、磁極面5aが中央から両端に向かうに従って、界磁コア2の外周側に向かって反り返った形状を有していてもよい。また、図12に示すように、磁極面5a,5bの両方が中央から両端に向かうに従って、互いに反対側へと反り返った形状を有していてもよい。これらの場合であっても、貫挿孔4の貫挿面4a,4bはそれぞれ磁極面5a,5bを覆っているので、界磁磁石5を貫挿孔4に貫挿するに際してガイドの機能を果たし、容易に界磁磁石5を貫挿孔4に貫挿できる。
第2の実施の形態.
本発明に係る第2の実施の形態の界磁子の概略的な断面図を図13に示す。図13は回転軸Pに垂直な断面における界磁子1の概略構成を示している。本界磁子1は、界磁コア2と界磁磁石5とを備えている。
図13に示す界磁子1と、図1に示す界磁子1との相違点は、界磁磁石5が単一の永久磁石で構成されている点である。
本界磁子1によれば、第1の実施の形態にて図3〜6を用いて説明したのと同様に、界磁磁束の向上及び減磁耐力の向上を招来できる。また第1の実施の形態と同様に、貫挿面4a,4b及び磁極面5a,5bが界磁磁石5を導くガイドとして機能するので、容易に界磁磁石5を貫挿孔4に挿入できる。
また、特許文献1に記載のように、回転子の回転軸に沿った一端から他端までを貫通する複数の単位磁石で永久磁石を構成した場合に、これらの単位磁石同士の間には空隙が生じる。一方、本界磁子1では、界磁磁石5は連続した一体の永久磁石で構成されているので、単位磁石同士の間の空隙よって生じる界磁磁束の低下、及び複数の単位磁石が相互に衝突して生じる騒音を防止することができる。
また、界磁磁石5が単一の永久磁石で構成されていることに起因して、界磁磁石5の長手方向の移動を防ぎつつも、空隙部42a,42bの容積を更に大きくすることができる。図14は、貫挿孔4及び界磁磁石5の他の一例を示す概念的な構成を示している。貫挿孔4は、界磁磁石5の表面のうち磁極面5a,5bで挟まれる面5c,5dを除いて磁極面5a,5bのみと接している。言い換えると、貫挿孔4は面5c,5dの全てを露出させて界磁磁石5とは反対側へと延在している。
このような形状の貫挿孔4及び界磁磁石5において、例えば紙面右方向への界磁磁石5の移動は、突部51aの磁極面5b側の表面と、これと接する貫挿面4bとの係合によって阻害される。一方、紙面左方向への界磁磁石5の移動は、突部52aの磁極面5b側の表面と、これと接する貫挿面4bとの係合によって阻害される。よって、長手方向における界磁磁石5の移動を防ぐことができる。言い換えると、磁極面5a,5b、貫挿面4a,4bは、長手方向における界磁磁石5の移動を妨げる磁石押さえ構造を有している。
従って、貫挿孔4は、界磁磁石5の移動を妨げる段差形状、即ち回転軸P側での段差形状(図7参照)や、回転軸Pとは反対側での段差形状(図1参照)を有する必要がない。よって、図14に示すように、面5c,5dの全てを露出させることができ、空隙部42a,42bが磁極面5a,5b間を磁束が短絡的に流れることを防ぐ効果が高まり、漏れ磁束の低減効果を更に向上できる。
図15に示す界磁子1は、図1に示す界磁子1に比して、空隙42a,42bが回転軸Pとは反対側で広がる。空隙部42a,42bの透磁率(=1)は低いので、電機子8から界磁コア2を介して界磁磁石5の両端で短絡的に流れる磁束を低減でき、以って減磁耐性を更に向上できる。
なお、界磁磁石5は両端に突部51a,52aを有した形状に限らず、界磁磁石5の幅が磁極面5aの中央から両端に向かうに従って例えば単調増加で増大する形状であってもよい。具体的な例を図15及び図16に示す。図15及び図16は界磁子の他の例のうち、一つの貫挿孔4及び一つの界磁磁石5の領域を示す概略的な断面図である。
図15に示すように、界磁磁石5は、磁極面5aが長手方向に対して直線であり、磁極面5bが中央から両端に向かうに従って、界磁コア2の外周側に向かって反り返った形状を有していてもよい。また、図16に示すように、磁極面5a,5bの両方が中央から両端に向かうに従って、互いに反対側へと反り返った形状を有していてもよい。
これらの場合であっても、界磁磁石5の両端における幅は中央における幅に比べて広いので、当該両端における減磁耐性を向上することができる。また、貫挿孔4の貫挿面4a,4bはそれぞれ磁極面5a,5bを覆っているので、界磁磁石5を貫挿孔4に貫挿するに際してガイドの機能を果たし、容易に界磁磁石5を貫挿孔4に貫挿できる。
また、図15,16に示すいずれの態様においても、磁極面5a,5bと、これらを覆う貫挿面4a,4bとが長手方向における界磁磁石5の移動を妨げる。よって、面5c,5dの全てを露出させて空隙部42a,42bを設けることができ、以って空隙部42a,42bの容積を大きくできる。ひいては漏れ磁束の低減効果を更に向上できる。この場合、界磁磁石5の両端が界磁コア2と接触する面積を低減でき、以って減磁耐性を更に向上できる。
但し、図14に示す界磁磁石5であれば、自身を構成する永久磁石の量を低減できる。以下、具体的に説明する。磁極面5aの中央における幅をいずれも同一として、図14,15,16にそれぞれ示す界磁磁石5の形状を比較する。図15,16にそれぞれ示す界磁磁石5においては、磁極面5aの中央から両端に向かうに従って幅が単調増加しているのに対し、図14に示す界磁磁石5は磁極面の中央から両端に向かうに従って幅が一定である平面部を有している。よって、図14において、平面部の容積は、図15,16において、当該平面部に相当する部分の容積よりも小さい。従って、幅が単調増加している形状に比べて、少ない永久磁石の量で平面部を製造することができる。よって、製造コストを低減できる。
この発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての局面において、例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。

Claims (3)

  1. 回転軸(P)側で第1の極性を呈する第1磁極面(5a)と、前記回転軸とは反対側で第2の極性を呈する第2磁極面(5b)とを有し、前記回転軸に垂直な断面において前記第1磁極面と前記第2磁極面との距離たる幅が、前記第1磁極面の中央から前記第1磁極面の両端に向かう長手方向に従って単調非減少で増大し、前記断面において前記第1磁極面(5a)及び前記第2磁極面(5b)を3個以下の永久磁石(51,52)で構成する界磁磁石(5)と、
    前記第1磁極面(5a)を覆う第1貫挿面(4a)及び前記第2磁極面(5b)を覆う第2貫挿面(4b)とを有する貫挿孔(4)を有する界磁コア(2)
    備え
    前記界磁磁石は複数の前記永久磁石で構成され、
    一の前記界磁磁石を構成する前記複数の前記永久磁石同士の境界は、前記両端の間にあり、
    前記第2磁極面(5b)は、前記長手方向における端部で前記回転軸とは反対側へと突出し、前記界磁磁石の前記幅を増大させる突部(51a,52a)を有し、
    前記第2貫挿面(4b)は前記突部(51a,52a)と嵌合する凹部(41a,41b)を有する、界磁子。
  2. 前記界磁磁石は前記回転軸方向において複数の前記永久磁石に分割される、請求項1に記載の界磁子。
  3. 前記貫挿孔は、前記第1貫挿面(4a)及び前記第2貫挿面(4b)から更に前記界磁磁石とは反対側へと延びる、請求項1又は2に記載の界磁子。
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