JP6692870B2 - Outer rotor type rotor for electric motor - Google Patents
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Description
本発明は、円筒状の側壁を有した有底円筒状のロータケースと、前記側壁の内周に固定される磁性金属製のリング状のヨークと、射出成形で前記ヨークの内面にモールド結合される樹脂ボンド永久磁石とを備えるアウターロータ型電動機用ロータの改良に関する。 According to the present invention, a bottomed cylindrical rotor case having a cylindrical side wall, a magnetic metal ring-shaped yoke fixed to the inner periphery of the side wall, and an inner surface of the yoke are injection-molded and coupled to each other. To a rotor for an outer rotor type electric motor including a resin-bonded permanent magnet.
ロータケースの内周の複数箇所に設けられる凹部にヨークの外周に設けられる凸部が係合することでロータケースおよびヨークの相対回転が規制され、ヨークの内周に突設される複数の突起が樹脂ボンド永久磁石の外周に食い込むことでヨークおよび樹脂ボンド永久磁石の相対回転が規制されるようにしたアウターロータ型電動機用ロータが、特許文献1で知られている。 The relative rotation of the rotor case and the yoke is restricted by the engagement of the projections provided on the outer circumference of the yoke with the recesses provided at the multiple locations on the inner circumference of the rotor case, and the plurality of protrusions provided on the inner circumference of the yoke Patent Document 1 discloses an outer rotor type electric motor rotor in which the relative rotation of the yoke and the resin-bonded permanent magnet is regulated by cutting into the outer periphery of the resin-bonded permanent magnet.
ところが、上記特許文献1で開示されるものでは、ヨークの内周に樹脂ボンド永久磁石を形成してヨーク組立体を得る工程と、そのヨーク組立体をロータケースの内周に固定する工程とを相互に分離して行なっており、製造工程が煩雑化している。 However, in the technique disclosed in Patent Document 1, a step of forming a resin bonded permanent magnet on the inner circumference of the yoke to obtain a yoke assembly and a step of fixing the yoke assembly to the inner circumference of the rotor case are performed. Since they are separated from each other, the manufacturing process is complicated.
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、樹脂ボンド永久磁石を成形する一工程でロータケース、ヨークおよび樹脂ボンド永久磁石をそれらの相対回転の防止を可能として組み付けてロータが得られるようにしたアウターロータ型電動機用ロータを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and a rotor is obtained by assembling a rotor case, a yoke, and a resin-bonded permanent magnet so as to prevent their relative rotation in one step of molding the resin-bonded permanent magnet. An object of the present invention is to provide a rotor for an outer rotor type electric motor as described above.
上記目的を達成するために、本発明は、円筒状の側壁を有した有底円筒状のロータケースと、前記側壁の内周に固定される磁性金属製のリング状のヨークと、射出成形で前記ヨークの内面にモールド結合される樹脂ボンド永久磁石とを備えるアウターロータ型電動機用ロータにおいて、前記ロータの軸方向に延びる軸方向溝が前記側壁の内面の周方向に間隔をあけた複数箇所に形成され、前記ヨークに、当該ヨークの周方向で前記軸方向溝に対応した複数箇所に配置される透孔が形成されることを第1の特徴とする。 To achieve the above object, the present invention provides a bottomed cylindrical rotor case having a cylindrical side wall, a magnetic metal ring-shaped yoke fixed to the inner periphery of the side wall, and injection molding. In an outer rotor type electric motor rotor including a resin-bonded permanent magnet that is mold-bonded to the inner surface of the yoke, axial grooves extending in the axial direction of the rotor are provided at a plurality of locations on the inner surface of the side wall at intervals in the circumferential direction. A first feature is that the yoke is formed with through holes arranged at a plurality of positions corresponding to the axial groove in the circumferential direction of the yoke.
また本発明は、第1の特徴の構成に加えて、前記側壁の内面に、前記軸方向溝に共通に連なって周方向に延びる周方向溝が、全周にわたって形成されることを第2の特徴とする。 Further, in addition to the configuration of the first feature, the present invention is characterized in that, in the inner surface of the side wall, a circumferential groove extending in the circumferential direction in common with the axial groove is formed over the entire circumference. Characterize.
本発明は、第1の特徴の構成に加えて、前記側壁の内周の全周にわたって形成される凹部に、前記ヨークの全部もしくは一部が嵌合されることを第3の特徴とする。 In addition to the configuration of the first characteristic, the present invention has a third characteristic that the yoke is entirely or partially fitted in a concave portion formed over the entire inner circumference of the side wall.
さらに本発明は、第1〜第3の特徴の構成のいずれかに加えて、前記軸方向溝が、前記側壁の軸方向全長にわたって形成されることを第4の特徴とする。 Further, in addition to any one of the constitutions of the first to third characteristics, the present invention has a fourth characteristic that the axial groove is formed over the entire axial length of the side wall.
本発明の第1の特徴によれば、ロータケースに対してヨークが位置決めされた状態で樹脂ボンド永久磁石の射出成形が行なわれると、樹脂ボンド永久磁石を成形するための成形用材料がヨークの透孔からロータケースの側壁の軸方向溝に流入し、ロータケースに対するヨークの相対回転が阻止されるとともにヨークに対する樹脂ボンド永久磁石の相対回転が阻止されることになるので、樹脂ボンド永久磁石を成形する一工程でロータケース、ヨークおよび樹脂ボンド永久磁石をそれらの相対回転の防止を可能として組み付けてロータを得ることが可能となり、製造工程の削減によるコスト低減を図ることができる。 According to the first aspect of the present invention, when the resin-bonded permanent magnet is injection-molded with the yoke positioned with respect to the rotor case, the molding material for molding the resin-bonded permanent magnet is the yoke. The resin-bonded permanent magnet is prevented from flowing through the through hole into the axial groove on the side wall of the rotor case, which prevents the relative rotation of the yoke with respect to the rotor case and the relative rotation of the resin-bonded permanent magnet with respect to the yoke. In one molding step, the rotor case, the yoke, and the resin-bonded permanent magnet can be assembled to prevent their relative rotation, and the rotor can be obtained, so that the manufacturing process can be reduced and the cost can be reduced.
また本発明の第2の特徴によれば、樹脂ボンド永久磁石を成形するための成形用材料が周方向溝にも流入することで、ロータケースに対する樹脂ボンド永久磁石の軸方向相対移動が阻止されるとともに、ヨークの透孔に成形用材料が留まることでヨークに対する樹脂ボンド永久磁石の軸方向相対移動が阻止されることになり、ヨークおよび樹脂ボンド永久磁石のロータケースからの離脱を防止することができる。 According to the second feature of the present invention, the molding material for molding the resin-bonded permanent magnet also flows into the circumferential groove, so that the axial relative movement of the resin-bonded permanent magnet with respect to the rotor case is prevented. In addition, since the molding material stays in the through hole of the yoke, the axial relative movement of the resin-bonded permanent magnet with respect to the yoke is prevented, and the yoke and the resin-bonded permanent magnet are prevented from being separated from the rotor case. You can
本発明の第3の特徴によれば、ヨークの全部もしくは一部が、側壁の内周の凹部に嵌合されることでロータケースに対するヨークの軸方向相対移動が阻止されるとともに、ヨークの透孔に樹脂ボンド永久磁石を成形するための成形用材料が留まることでヨークに対する樹脂ボンド永久磁石の軸方向相対移動が阻止されることになり、ヨークおよび樹脂ボンド永久磁石のロータケースからの離脱を防止することができる。 According to the third feature of the present invention, by fitting all or part of the yoke in the recess on the inner periphery of the side wall, relative movement of the yoke in the axial direction with respect to the rotor case is prevented, and the yoke is transparent. Since the molding material for molding the resin-bonded permanent magnet stays in the hole, the axial relative movement of the resin-bonded permanent magnet with respect to the yoke is blocked, and the yoke and the resin-bonded permanent magnet are separated from the rotor case. Can be prevented.
さらに本発明の第4の特徴によれば、軸方向溝が側壁の軸方向全長にわたって形成されるので、軸方向溝の形成が容易となる。 Further, according to the fourth aspect of the present invention, since the axial groove is formed over the entire axial length of the side wall, the axial groove can be easily formed.
以下、本発明の実施の形態について添付の図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
本発明の第1の実施の形態について図1〜図4を参照しながら説明すると、先ず図1において、このアウターロータ型電動機は、たとえばドローンに用いられるものであり、ケーシング11に固定されるステータ12と、そのステータ12を覆うロータ13を備え、前記ステータ12と同軸に配置されるとともに前記ケーシング11で回転自在に支持される回転軸14の一端部に前記ロータ13が締結される。
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 4. First, in FIG. 1, the outer rotor type electric motor is used for, for example, a drone, and is fixed to a casing 11. 12 and a
前記ステータ12は、複数枚の磁性鋼板が積層、結合されて成るリング状のステータコア17と、該ステータコア17に装着される合成樹脂製のボビン18と、該ボビン18に巻装されるコイル19とを備え、前記ステータコア17の周方向に間隔をあけた複数箇所に設けられる挿通孔20に挿通される第1のボルト21を前記ケーシング11に螺合して締め付けることによって前記ステータ12が前記ケーシング11に固定される。
The
前記ロータ13は、前記回転軸14に締結される軽金属または合成樹脂製のロータケース23Aと、このロータケース23Aの内面に固定される磁性金属製のリング状のヨーク24Aと、該ヨーク24Aの内面に設けられる樹脂ボンド永久磁石25とで構成され、前記軽金属は、たとえばアルミニウム、マグネシウムまたはチタン等である。
The
前記ケーシング11の中央部には、前記回転軸14と同軸に延びる支持孔26が設けられており、この支持孔26の中間部および一端部には、相互に反対側に臨む第1および第2の環状段部26a,26bが形成される。前記回転軸14は前記支持孔26に挿通されており、この回転軸14の他端部は前記ケーシング11に第1のボールベアリング27を介して回転自在に支持され、前記回転軸14の中間部は前記ケーシング11に第2のボールベアリング28を介して回転自在に支持される。
A supporting
すなわち前記第1のボールベアリング27のインナーレース27aは前記回転軸14の他端部に圧入され、前記第1のボールベアリング27のアウターレース27bは、前記支持孔26の第1の環状段部26aと、前記回転軸14の他端部に複数個の第2のボルト29で締結される円板状のプレート30の外周部との間に挟持される。また前記第2のボールベアリング28のインナーレース28aは、前記回転軸14の中間部に形成された第3の環状段部14aに当該するようにして前記回転軸14に圧入され、前記第2のボールベアリング28のアウターレース28bは、前記支持孔26に圧入されるか、第2の環状段部26bに近接、対向もしくは当接するようにして前記支持孔26に嵌入される。
That is, the
図2を併せて参照して、前記ロータケース23Aは、円筒状の側壁31Aと、この側壁31Aの一端開口部を閉じるようにして当該側壁31Aの一端部に連設される皿状の端壁32とを一体に有して有底円筒状に形成され、前記端壁32には、複数個の冷却風排出孔33が形成される。また図1で示すように、前記ケーシング11には該ケーシング11を前記端壁32とは反対側から覆うカバー15が取付けられており、このカバー15には、冷却風を流通させるための複数個の冷却風導入孔16が形成される。
Referring also to FIG. 2, the
前記回転軸14の一端部には、周方向に等間隔をあけた4個のねじ孔34を有するフランジ14bが一体に形成され、周方向に等間隔をあけて前記端壁32に形成される4個の挿通孔35に挿通される第3のボルト36を前記ねじ孔34に螺合して締め付けることで、前記ロータケース23Aにおける前記端壁32の中央部に前記回転軸14の一端部が締結される。
A
前記ロータケース23Aにおける前記側壁31Aの内面の周方向に間隔をあけた複数箇所、この第1の実施の形態では前記側壁31Aの内面の周方向に等間隔をあけた16箇所には、前記ロータケース23Aの軸方向に延びる軸方向溝37が、当該側壁31Aの軸方向全長にわたって形成される。また前記側壁31Aの前記端壁32とは反対側の端部寄りの内面には、前記軸方向溝37に共通に連なる周方向溝38が全周にわたって形成される。さらに前記ロータケース23Aにおける前記端壁32の外周寄りの部分の周方向複数箇所には、樹脂ボンド永久磁石25の射出成形時に成形用材料53(後述の図4参照)を注入するための注入孔40が穿設される。
In the
図3に注目して、リング状である前記ヨーク24Aには、当該ヨーク24Aの周方向で前記軸方向溝37に対応した複数箇所に配置される透孔39が形成され、この第1の実施の形態では、前記ヨーク24Aの周方向に等間隔をあけた16箇所に、当該ヨーク24Aの軸方向に間隔をあけた2個ずつの透孔39が形成される。
Focusing on FIG. 3, the ring-
前記樹脂ボンド永久磁石25は、射出成形で前記ヨーク24Aの内面にモールド結合される。この際、当該樹脂ボンド永久磁石25は、その外周側および内周側で複数ずつのN極およびS極に着磁されるとともに、着磁された極の極性が前記ヨーク24Aの周方向で隣接する極同士では前記外周側および前記内周側で異なるようにしつつ全体としてリング状となるようにした、いわゆるラジアル着磁をして、前記ヨーク24Aの内面にモールド結合される場合がある。また、その他にも色々な着磁パターンがあり、たとえばリング形状の内周面側もしくは外周面側のみに周方向にN極およびS極が隣接する磁極を有するようにした、いわゆる極異方着磁もある。
The resin-bonded
また異方性磁石粉末を使用する場合には、溶融樹脂内での配向磁場中で各磁石粉末の磁化容易軸方向を整列させる磁場配向処理を予め行なう。これにより等方性磁石粉末を使用した場合よりも優れた磁気特性を有する異方性樹脂ボンド磁石を得ることができる。異方性樹脂ボンド磁石の製造には、磁場配向処理および着磁処理が必要とされる。 When anisotropic magnet powder is used, magnetic field orientation treatment for aligning the easy axis of magnetization of each magnet powder in the orientation magnetic field in the molten resin is performed in advance. This makes it possible to obtain an anisotropic resin-bonded magnet having magnetic properties superior to those obtained by using isotropic magnet powder. A magnetic field orientation treatment and a magnetizing treatment are required to manufacture an anisotropic resin-bonded magnet.
異方性磁石粉末としては、フェライト磁石粉末、希土類磁石粉末があり、希土類磁石粉末には一例として、Nd−Fe−B系磁石粉末、SmーCo系磁石粉末、Sm−Fe−N系磁石粉末等がある。 The anisotropic magnet powder includes ferrite magnet powder and rare earth magnet powder, and examples of the rare earth magnet powder include Nd-Fe-B system magnet powder, Sm-Co system magnet powder, and Sm-Fe-N system magnet powder. Etc.
前記ロータケース23Aの前記軸方向溝37および前記ヨーク24Aの前記透孔39は、前記樹脂ボンド永久磁石25のN極およびS極の極中央に配置される。これにより前記透孔39からの磁束の漏れを最小限に抑えることができ、アウターロータ型電動機の出力性能低下への影響を最小限に留めることができる。
The
前記樹脂ボンド永久磁石25の射出成形にあたっては、図4で示す射出成形装置41が用いられ、この射出成形装置41は、金型装置42と、射出機43とで構成される。
In injection molding of the resin bond
前記金型装置42は、第1金型44と、前記回転軸14が締結されるとともに前記ヨーク24Aが組み付けられた状態の前記ロータケース23Aを第1金型44との間に挟持する第2金型45と、第1金型44に取付けられるリング状の磁場配向用磁石46とを備える。しかも前記ロータケース23Aへの前記ヨーク24Aの組み付けにあたっては、前記ロータケース23Aの側壁31Aの内面の軸方向溝37に前記透孔39が対応する位置に在るように前記側壁31Aに対する前記ヨーク24Aの位置決めがなされた状態で、前記ヨーク24Aが前記側壁31Aに圧入されるか、前記側壁31Aに嵌入された前記ヨーク24Aが接着材で当該側壁31Aに仮止めされる。
The
前記金型装置42内には、第1金型44、第2金型45、前記磁場配向用磁石46、前記ロータケース23Aおよび前記ヨーク24Aにより、樹脂ボンド永久磁石25に対応したキャビティ47が形成される。すなわち前記樹脂ボンド永久磁石25の射出成形にあたって前記金型装置42には、前記ヨーク24Aが周方向位置を定めて組み付けられるとともに前記回転軸14が締結されされた状態で、前記ロータケース23Aがセットされることになる。
A
第2金型45には、前記射出機43の先端のノズル49に接続されるスプルー50と、前記注入孔40に接続される複数個のゲート51と、それらのゲート51および前記スプルー50間を結ぶランナー52とが形成される。異方性磁石粉末を用いた場合で説明すると、コーティングされる樹脂で磁粉が覆われて成る粉末状の成形用材料(コンパウンド)53は、加熱溶融されて前記射出機43の前記ノズル49から射出されるものであり、前記ノズル49から前記スプルー50、前記ランナー52、前記ゲート51および前記注入孔40を経て前記キャビティ47に注入される。加熱溶融された前記成形用材料53は前記キャビティ47での成形と同時に前記磁場配向用磁石46によって配向着磁され、リング状に一体となった樹脂ボンド永久磁石25が前記ヨーク24Aの内面にモールド結合され、前記ヨーク24Aの内面にモールド結合(型成形による樹脂の固着および樹脂ボンド永久磁石25とヨーク24Aとの磁気吸引力により)される。この成形の場合、前記配向磁場によって必要な磁気特性まで着磁を完了し得ない場合があり、その場合には、リング状の樹脂ボンド磁石を再度、着磁することとなる。
In the
しかも前記成形用材料53は、前記ヨーク24Aの透孔39から前記ロータケース23Aにおける前記側壁31Aの軸方向溝37および周方向溝38に流入し、射出成形完了状態で前記透孔39、前記軸方向溝37および前記周方向溝38に前記成形用材料53は留まったままとなる。
Moreover, the
次にこの第1の実施の形態の作用について説明すると、有底円筒状であるロータケース23Aが有する円筒状の側壁31Aの内面の周方向に間隔をあけた複数箇所には、前記ロータケース23Aの軸方向に延びる軸方向溝37が形成され、ヨーク24Aには、当該ヨーク24Aの周方向で前記軸方向溝37に対応した複数箇所に配置される透孔39が形成されるので、前記ロータケース23Aに対して前記ヨーク24Aが位置決めされた状態で樹脂ボンド永久磁石25の射出成形が行なわれると、樹脂ボンド永久磁石25を形成する成形用材料53が前記ヨーク24Aの透孔39から前記ロータケース23Aの側壁31Aの軸方向溝37に流入することになり、前記ロータケース23Aに対する前記ヨーク24Aの相対回転が阻止されるとともに前記ヨーク24Aに対する樹脂ボンド永久磁石25の相対回転が阻止されることになり、樹脂ボンド永久磁石25を成形する一工程で前記ロータケース23A、前記ヨーク24Aおよび前記樹脂ボンド永久磁石25をそれらの相対回転の防止を可能として組み付けてロータ13を得ることが可能となり、製造工程の削減によるコスト低減を図ることができる。
Next, the operation of the first embodiment will be described. The
また前記樹脂ボンド永久磁石25の射出成形後に、前記成形用材料53は前記ロータケース23Aの複数の注入孔40に留まったままとなるので、これによっても前記ロータケース23Aに対する前記樹脂ボンド永久磁石25および前記ヨーク24Aの相対回転が阻止される。
Further, since the
また前記側壁31Aの内面に、前記軸方向溝37に共通に連なる周方向溝38が全周にわたって形成されるので、前記樹脂ボンド永久磁石25を形成する成形用材料53が前記軸方向溝37から前記周方向溝38にも流入することになり、前記ロータケース23Aに対する樹脂ボンド永久磁石25の軸方向相対移動が阻止されるとともに、前記ヨーク24Aの前記透孔38に成形用材料53が留まることで前記樹脂ボンド永久磁石25に対する前記ヨーク24Aの軸方向相対移動が阻止されることになり、前記ヨーク24Aおよび前記樹脂ボンド永久磁石25の前記ロータケース23Aからの離脱を防止することができる。
Further, since the
しかも前記軸方向溝37が前記側壁31Aの軸方向全長にわたって形成されるので、軸方向溝37の形成が容易となる。
Moreover, since the
本発明の第2の実施の形態について図5および図6を参照しながら説明するが、上記第1の実施の形態に対応する部分には同一の参照符号を付して図示するのみとし、詳細な説明は省略する。 The second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 5 and 6, but the portions corresponding to those of the first embodiment will be designated by the same reference numerals and will only be illustrated. Detailed description is omitted.
ロータケース23Bは、円筒状の側壁31Bと、この側壁31Bの一端開口部を閉じるようにして当該側壁31Bの一端部に連設される皿状の端壁32とを一体に有して、有底円筒状に形成される。
The
前記側壁31Bの内周には、その全周にわたる凹部56が形成される。また前記側壁31Bの内面の周方向に間隔をあけた複数箇所、この実施の形態では前記側壁31Bの内面の周方向に等間隔をあけた16箇所には、第1の実施の形態と同様にしてロータケース23Bの軸方向に延びる軸方向溝57が、当該側壁31Bの軸方向全長にわたって形成される。
A
図7において、リング状に形成される前記ヨーク24Bには、前記ロータケース23Bにおける前記側壁31Bの内面の前記軸方向溝57に周方向で対応した複数箇所に2個ずつ配置される透孔39が形成される。
In FIG. 7, in the ring-shaped
前記ロータケース23Bの前記軸方向溝57および前記ヨーク24Bの前記透孔39は、樹脂ボンド永久磁石25(第1の実施の形態参照)のN極およびS極の極中央に配置される。これにより前記透孔39からの磁束の漏れを最小限に抑えることができ、アウターロータ型電動機の出力性能低下への影響を最小限に抑えることができる。
The
また前記ヨーク24Bの周方向1箇所には、軸方向に延びるスリット58が形成されており、このスリット58は、前記側壁31Bの前記軸方向溝57とは周方向で異なる位置に配置される。これにより前記軸方向溝57および前記スリットスリット58が周方向で同位置に配置されることによって生じる強度低下が回避される。
A slit 58 extending in the axial direction is formed at one location in the circumferential direction of the
前記側壁31Bの前記凹部56には、前記ヨーク24Bの全部もしくは一部が嵌合されるものであり、この第2の実施の形態では、前記スリット58を有する前記ヨーク24Bを縮径しつつ、当該ヨーク24Bの軸方向全長のうち半径方向外方側の半部が前記凹部56に嵌合される。
All or a part of the
この第2の実施の形態によれば、側壁31Bの内面の周方向に間隔をあけた複数箇所に軸方向溝57が形成され、ヨーク24Bは、前記軸方向溝57に対応した複数箇所に配置される透孔39を有するので、第1の実施の形態と同様に、前記ヨーク24Bの前記ロータケース23Bに対する相対回転が阻止されるとともに樹脂ボンド永久磁石25の前記ヨーク24Bに対する相対回転が阻止されることになり、製造工程の削減によるコスト低減を図ることができるとともに、ロータケース23Bの側壁31Bの内周の全周にわたって形成される凹部56に、前記ヨーク24Bの全部もしくは一部が嵌合されるので、ヨーク24Bのロータケース23Bに対する軸方向相対移動が阻止されるとともに、ヨーク24Bの透孔39に成形用材料53(第1の実施の形態参照)が存在することで樹脂ボンド永久磁石25のヨーク24Bに対する軸方向相対移動が阻止されることになり、ヨーク24Bおよび樹脂ボンド永久磁石25のロータケース23Bからの離脱を防止することができる。
According to the second embodiment, the
上述の第2の形態において、前記ロータケース23Bが軽金属から成り、当該ロータケース23Bの前記凹部56に、スリット58を有しない前記ヨーク24Bの全部もしくは一部が焼き嵌めで嵌合されるようにしてもよい。
In the second embodiment described above, the
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態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本発明を逸脱することなく種々の設計変更を行うことが可能である。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above embodiments, and various design changes can be made without departing from the present invention described in the claims. Is possible.
13・・・ロータ
23A,23B・・・ロータケース
24A,24B・・・ヨーク
25・・・樹脂ボンド永久磁石
31A,31B・・・側壁
37,57・・・軸方向溝
38・・・周方向溝
39・・・透孔
56・・・凹部
13 ...
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