KR20240029862A - 전기자동차 모터용 적층분할형 희토류 마그넷의 제조방법 - Google Patents

전기자동차 모터용 적층분할형 희토류 마그넷의 제조방법 Download PDF

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KR20240029862A
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오홍석
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성림첨단산업(주)
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    • H02K1/276Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM]

Abstract

전기자동차 모터용 적층분할형 희토류 마그넷의 제조방법에 관한 것으로,
다수의 마그넷 소재가 상하방향 또는 좌우방향으로 적층된 형태의 전기자동차 모터용 적층분할형 희토류 마그넷을 제조하는 방법으로, 희토류 합금분말의 원료로 외측 마그넷 소재, 다수의 중간 마그넷 소재, 내측 마그넷 소재로 개별 성형하되, 각 마그넷 소재를 로터코어에 설치하기 위한 형상으로 성형하는 소재 성형단계(A); 외측 마그넷 소재, 다수의 중간 마그넷 소재, 내측 마그넷 소재로 분할 성형된 각 마그넷 소재를 차례로 적층하면서 절연접착제를 통해 일체로 접합하는 본딩 적층단계; 본딩 적층단계에서 각 마그넷 소재가 일체로 접합된 희토류 마그넷의 사방을 가압지그를 통해 가압하면서 접착면의 절연접착제를 경화하는 가압 경화단계;를 포함하는 기술 구성을 통해
다수의 마그넷 소재를 개별 성형하여 본딩 적층, 경화함으로써 로터 코어의 형상에 맞게끔 후속 가공을 할 필요가 없이 전기자동차 모터용 적층분할형 희토류 마그넷을 정밀하게 제조할 수 있게 되어 제조공정수를 줄일 수 있게 되고, 그에 따른 작업인력 및 작업시간을 단축할 수 있게 되어 전기자동차 모터용 적층분할형 희토류 마그넷의 생산성 향상과 원가절감을 도모할 수 있게 되는 것이다.

Description

전기자동차 모터용 적층분할형 희토류 마그넷의 제조방법 {MANUFACTURING METHOD OF LAMINATIED RARE EARTH PERNANENT MAGNET FOR ELECTRIC VEHICLE MOTOR}
본 발명은 전기자동차 모터용 적층분할형 희토류 마그넷의 제조방법에 관한 것으로, 더 자세하게는 와전류 손실을 줄일 수 있도록 희토류 합금분말의 원료로 성형된 마그넷 소재를 다수개로 분할 성형하여 소결한 후 마그넷 소재를 본딩 및 적층한 희토류 마그넷 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 하이브리드 자동차, 전기자동차 및 플러그인 하이브리드 등의 그린카에서 사용되고 있는 모터는 고속 고출력이 요구되므로 주로 희토류 마그넷(Nd계열) 동기모터(PMSM)가 사용되고 있으며, 그린카를 비롯한 산업 전반에서 소형, 경량화가 필수적인 구동시스템에서도 희토류계 마그넷을 적용한 모터가 널리 적용되고 있다.
희토류 마그넷은 높은 도전율을 갖기 때문에 모터 구동 중 와전류가 발생하는데, 이러한 와전류는 열손실로 나타나고, 발열로 인하여 마그넷의 성능 저하 및 모터의 효율 저하가 유발되는 문제가 있다.
또한 소형화를 위하여 모터의 속도는 계속해서 증가하는 추세이며, 그에 따라 와전류 손실도 증가된다.
특히 회전자의 발열은 구조상 냉각이 어렵고, 마그넷의 온도 상승은 마그넷의 성능 저하를 유발하므로 마그넷의 와전류를 저감하는 대안이 필요하다.
최근 전기자동차의 모터는 와전류 저감 대책으로 와전류 저감을 위한 모터 형상 최적설계 및 마그넷의 분할조립을 하는 예가 많다.
그러나 마그넷을 분할하여 회전자를 제조할 경우 공정이 복잡해져 제조단가 상승의 원인이 되며, 이에 절연층을 포함하되, 하나의 블럭으로 형성되어 모터 제조가 용이하고 와전류를 저감할 수 있는 다층구조의 적층분할형 희토류 마그넷의 설계 및 제조 기술이 요구되고 있다.
하기의 특허문헌 1에는 와전류 발생을 억제할 수 있는 분할 적층형 영구자석의 제조방법이 개시되어 있다.
특허문헌 1의 분할 적층형 영구자석의 제조방법은 영구자석 모재를 분할하는 제1공정; 분할된 자석편의 전체면을 절연피막처리하는 제2공정; 절연피막처리된 자석편을 접합하는 제3공정; 접합체가 소정의 치수가 되도록 가공하는 제4공정; 가공 후의 접합체 전체면에 절연피막처리를 실시하는 제5공정;를 포함한다.
하기의 특허문헌 2에는 절결홈을 따라 파단 분할함으로써 형성한 복수의 자석편끼리를, 파단면 사이에 접착제를 개재시키고, 서로 정렬시켜서 결합하는 회전 전기 기기에 배치되는 영구자석의 제조장치 및 그 제조방법이 개시되어 있다.
하기의 특허문헌 3에는 2개 이상의 분할 영구자석을 집합시켜 제조하는 영구자석의 제조 방법이 개시되어 있다.
도 1은 본 발명이 관계하는 적층분할형 희토류 마그넷이 설치된 전기자동차 모터의 로터 코어의 평면도이다.
본 발명은 도 1과 같이 전기자동차 모터의 로터 코어에 설치되는 적층분할형 희토류 마그넷의 제조방법에 관계한다.
도 2는 종래 기술에 따른 전기자동차 모터용 적층분할형 희토류 마그넷의 제조방법의 공정순서도이다.
종래 기술에 따른 전기자동차 모터용 적층분할형 희토류 마그넷의 제조방법은 사각막대형의 마그넷 소재를 성형하는 단계(a); 적층지그를 통해 다수의 마그넷 소재를 상하방향으로 본딩 적층하는 단계(b); 적층지그에 적층된 마그넷 조립체의 사방을 가압하면서 본드를 경화하는 단계(c); 로터코어에 설치하기 위한 형상으로 가공하는 단계(d)를 포함한다.
일본 공개특허공보 특개2003-134750호 (2003년 05월 09일 공개) 대한민국 공개특허공보 제10-2013-0020915호 (2013년 03월 04일 공개) 대한민국 공개특허공보 제10-2012-0116849호 (2012년 10월 23일 공개)
종래 기술에 따른 전기자동차 모터용 적층분할형 희토류 마그넷의 제조방법은 본딩 및 적층과정에서 마그넷 소재의 정밀한 적층이 어렵게 되고, 적층지그로 마그넷 소재를 본딩 적층한 후 가압 밀착시켜 본드를 경화하는 과정에서 마그넷 소재의 접착면에 도포되는 본드(절연접착제)가 마그넷 소재의 외부로 누설되기 때문에 본딩 적층 및 본드 경화단계 이후에 마그넷 소재의 표면을 절삭 연마하여 누설된 본드를 제거하여야 하는 문제가 있었다.
또한, 종래 기술에 따른 전기자동차 모터용 적층분할형 희토류 마그넷의 제조방법은 본드 경화단계 이후에 로터코어에 설치하기 위한 형상 가공단계가 추가로 필요하게 되고, 형상 가공단계에서 많은 양의 스크랩이 발생하게 되므로 재료가 낭비되는 문제가 있었다.
본 발명은 상기 종래 기술에 따른 전기자동차 모터용 적층분할형 희토류 마그넷의 제조방법의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적이 다수의 마그넷 소재를 본딩 적층하되, 마그넷 소재를 외측 마그넷 소재, 다수의 중간 마그넷 소재, 내측 마그넷 소재로 개별 성형하고 각 마그넷 소재를 보다 효율적으로 본딩 및 적층하는 것에 의해 제조공정수를 축소할 수 있도록 함은 물론 생산성 향상과 원가 절감을 도모할 수 있도록 하는 전기자동차 모터용 적층분할형 희토류 마그넷의 제조방법을 제공하는 데에 있는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 전기자동차 모터용 적층분할형 희토류 마그넷의 제조방법은 다수의 마그넷 소재가 상하방향 또는 좌우방향으로 적층된 형태의 전기자동차 모터용 적층분할형 희토류 마그넷을 제조하는 방법으로, 희토류 합금분말의 원료로 외측 마그넷 소재, 다수의 중간 마그넷 소재, 내측 마그넷 소재로 개별 성형하되, 각 마그넷 소재를 로터코어에 설치하기 위한 형상으로 성형하는 소재 성형단계(A); 외측 마그넷 소재, 다수의 중간 마그넷 소재, 내측 마그넷 소재로 분할 성형된 각 마그넷 소재를 차례로 적층하면서 절연접착제를 통해 일체로 접합하는 본딩 적층단계; 본딩 적층단계에서 각 마그넷 소재가 일체로 접합된 희토류 마그넷의 사방을 가압지그를 통해 가압하면서 접착면의 절연접착제를 경화하는 가압 경화단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 전기자동차 모터용 적층분할형 희토류 마그넷의 제조방법은 소재 성형단계에서, 외측 마그넷 소재가 내측단에 장방형의 끼움돌출부가 마련된 형태로 성형되고, 각 중간 마그넷 소재가 외측단에 장방형의 끼움요입부가 마련되고 내측단에 장방형의 끼움돌출부가 마련된 형태로 성형되고, 내측 마그넷 소재가 외측단에 장방형의 끼움요입부가 마련된 형태로 성형되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 전기자동차 모터용 적층분할형 희토류 마그넷의 제조방법은 소재 성형단계에서, 외측 마그넷 소재의 끼움돌출부의 돌출높이 및 각 중간 마그넷 소재의 끼움돌출부의 돌출높이가 각 중간 마그넷 소재의 끼움요입부의 요입깊이 및 내측 마그넷 소재의 끼움요입부의 요입깊이보다 약간 낮게 설정되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 전기자동차 모터용 적층분할형 희토류 마그넷의 제조방법에 의하면, 다수의 마그넷 소재를 개별 성형하여 본딩 적층, 경화함으로써 로터 코어의 형상에 맞게끔 후속 가공을 할 필요가 없이 전기자동차 모터용 적층분할형 희토류 마그넷을 정밀하게 제조할 수 있게 되어 제조공정수를 줄일 수 있게 되고, 그에 따른 작업인력 및 작업시간을 단축할 수 있게 되어 전기자동차 모터용 적층분할형 희토류 마그넷의 생산성 향상과 원가절감을 도모할 수 있게 된다.
본 발명에 따른 전기자동차 모터용 적층분할형 희토류 마그넷의 제조방법에 의하면, 형상 가공과정에서 발생되는 스크랩이 없게 되므로 재료를 절감할 수 있게 된다.
본 발명에 따른 전기자동차 모터용 적층분할형 희토류 마그넷의 제조방법에 의하면, 본딩 적층단계이후의 가압 경화단계에서 마그넷 소재의 접착면에 도포된 절연접착제의 외부 누출이 없게 되므로 절연접착제 제거를 위한 후속 공정이 필요하지 않게 된다.
도 1은 본 발명이 관계하는 적층분할형 희토류 마그넷이 설치된 전기자동차 모터의 로터 코어의 평면도,
도 2는 종래 기술에 따른 전기자동차 모터용 적층분할형 희토류 마그넷의 제조방법의 공정순서도,
도 3은 본 발명에 전기자동차 모터용 적층분할형 희토류 마그넷의 제조방법의 공정순서도,
도 4는 본 발명에 따른 전기자동차 모터용 적층분할형 희토류 마그넷의 제조방법을 통해 제조되는 전기자동차 모터용 적층분할형 희토류 마그넷의 분해 사시도,
도 5는 본 발명에 따른 전기자동차 모터용 적층분할형 희토류 마그넷의 제조방법을 통해 제조되는 전기자동차 모터용 적층분할형 희토류 마그넷의 분해 종단면도,
도 6a는 본 발명에 따른 전기자동차 모터용 적층분할형 희토류 마그넷의 제조방법을 통해 제조되는 전기자동차 모터용 적층분할형 희토류 마그넷의 요부 분해 종단면도,
도 6b는 본 발명에 따른 전기자동차 모터용 적층분할형 희토류 마그넷의 제조방법을 통해 제조되는 전기자동차 모터용 적층분할형 희토류 마그넷의 요부 결합 종단면도.
이하 본 발명에 따른 전기자동차 모터용 적층분할형 희토류 마그넷의 제조방법을 첨부된 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다. 참고로, 본 발명을 설명하는데 참조하는 도면에 도시된 구성요소의 크기, 선의 두께 등은 이해의 편의상 다소 과장되게 표현되어 있을 수 있다.
또, 본 발명의 설명에 사용되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의한 것이므로 사용자, 운용자 의도, 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 이 용어에 대한 정의는 본 명세서의 전반에 걸친 내용을 토대로 내리는 것이 마땅하다.
그리고 본 출원에서, '포함하다', '가지다' 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특정의 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지칭하는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
그러므로, 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 구현 예(態樣, aspect)(또는 실시 예)들을 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 기술적 사상에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, 본 명세서에서 사용한 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 주지 또는 공지된 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.
이하에서, "상방", "하방", "전방" 및 "후방" 및 그 외 다른 방향성 용어들은 도면에 도시된 상태를 기준으로 정의한다.
도 3은 본 발명에 전기자동차 모터용 적층분할형 희토류 마그넷의 제조방법의 공정순서도이다.
본 발명에 따른 전기자동차 모터용 적층분할형 희토류 마그넷의 제조방법은 다수의 마그넷 소재가 적층된 형태의 전기자동차 모터용 적층분할형 희토류 마그넷(100)을 제조하는 방법으로, 소재 성형단계(A), 본딩 적층단계(B), 가압 경화단계(C)를 포함한다.
소재 성형단계(A)는 희토류 합금분말의 원료로 다수의 마그넷 소재를 소결 성형하는 단계이다.
소재 성형단계(A)에서 마그넷 소재는 외측 마그넷 소재(110), 다수의 중간 마그넷 소재(121~128), 내측 마그넷 소재(130)로 개별 성형되고, 이때 각 마그넷 소재(110)(121~128)(130)은 로터코어에 설치하기 위한 형상으로 성형된다. .
도 4는 본 발명에 따른 전기자동차 모터용 적층분할형 희토류 마그넷의 제조방법을 통해 제조되는 전기자동차 모터용 적층분할형 희토류 마그넷의 분해 사시도이고, 도 5는 본 발명에 따른 전기자동차 모터용 적층분할형 희토류 마그넷의 제조방법을 통해 제조되는 전기자동차 모터용 적층분할형 희토류 마그넷의 분해 종단면도이다.
소재 성형단계(A)에서 외측 마그넷 소재(110)는 내측단에 장방형의 끼움돌출부(110a)가 마련된 형태로 성형되고, 각 중간 마그넷 소재(121~128)는 외측단에 장방형의 끼움요입부(120b)가 마련되고 내측단에 장방형의 끼움돌출부(120a)가 마련된 형태로 성형되고, 내측 마그넷 소재(130)는 외측단에 장방형의 끼움요입부(130b)가 마련된 형태로 성형된다.
이때 외측 마그넷 소재(110)의 끼움돌출부(110a)의 돌출높이(H1) 및 각 중간 마그넷 소재(121~128)의 끼움돌출부(120a)의 돌출높이(H1)는 각 중간 마그넷 소재(121~128)의 끼움요입부(120b)의 요입깊이(H2) 및 내측 마그넷 소재(130)의 끼움요입부(130b)의 요입깊이(H2)보다 약간 낮게 설정된다.
도 6a는 본 발명에 따른 전기자동차 모터용 적층분할형 희토류 마그넷의 제조방법을 통해 제조되는 전기자동차 모터용 적층분할형 희토류 마그넷의 요부 분해 종단면도이고, 도 6b는 본 발명에 따른 전기자동차 모터용 적층분할형 희토류 마그넷의 제조방법을 통해 제조되는 전기자동차 모터용 적층분할형 희토류 마그넷의 요부 결합 종단면도이다.
본딩 적층단계(B)는 외측 마그넷 소재(110), 다수의 중간 마그넷 소재(121~128), 내측 마그넷 소재(130)로 분할 성형된 각 마그넷 소재(110)(121~128)(130)를 차례로 적층하면서 일체로 접합하는 단계이다.
본딩 적층단계(B)에서는 외측 마그넷 소재(110)의 끼움돌출부(110a)의 하단면과 각 중간 마그넷 소재(121~128)의 끼움돌출부(120a)의 하단면(130)에 절연접착제(140)를 일정두께로 도포하고, 외측 마그넷 소재(110)의 끼움돌출부(111a) 및 각 중간 마그넷 소재(121~128)의 끼움돌출부(120a)를 해당 중간 마그넷소재(121~127)의 끼움요입부(120b) 및 내측 마그넷 소재(130)의 끼움요입부(130b)에 삽입하여 각 마그넷 소재(110)(121~128)(130)를 일체로 접합한다.
가압 경화단계(C)는 본딩 적층단계에서 각 마그넷 소재(110)(121~129)(130)가 일체로 접합된 희토류 마그넷(100)의 사방을 가압지그를 통해 일정시간동안 가압하는 단계이다.
가압 경화단계(C)에서는 각 끼움돌출부(110a)(120a)와 끼움요입부(120b)(130b) 사이의 절연접착제(140)가 경화되어 각 마그넷 소재(110)(121~129)(130)가 견고하게 접착된다.
본 발명에 따른 전기자동차 모터용 적층분할형 희토류 마그넷의 제조방법에서는 소재 성형단계(A)에서 외측 마그넷 소재(110), 다수의 중간 마그넷 소재(121~128), 내측 마그넷 소재(130)가 로터코어에 설치하기 위한 형상으로 개별 성형되기 때문에 각 마그넷 소재(110)(121~128)(130)을 본딩 적층 및 가압 경화한 후에 후속으로 형상 가공을 할 필요가 없게 된다.
따라서 본 발명에 따른 전기자동차 모터용 적층분할형 희토류 마그넷의 제조방법은 종래 기술에 비해 제조공정수를 축소할 수 있게 되고, 스크랩이 발생하지 않기 때문에 재료의 낭비가 없게 된다.
또한, 본 발명에 따른 전기자동차 모터용 적층분할형 희토류 마그넷의 제조방법에서는 외측 마그넷 소재(110)에 마련된 끼움돌출부(110a) 및 각 중간 마그넷 소재(121~128)에 마련된 끼움돌출부(120a)를 중간 마그넷 소재(121~127)의 끼움요입부(120b) 및 내측 마그넷 소재(130)의 끼움요입부(130b)에 삽입하여 각 마그넷 소재(110)(121~128)(130)를 본딩 적층하고, 각 끼움돌출부(110a)(120a)의 돌출높이(H1)가 각 끼움요입부(120b)(130b)의 요입깊이(H2)보다 약간 낮게 설정되므로 본딩 적층단계 및 가압 경화단계에서 접착면에 도포된 절연접착제가 외부로 누출되지 않게 된다.
따라서 본 발명에 따른 전기자동차 모터용 적층분할형 희토류 마그넷의 제조방법에서는 가압 경화단계 이후에 각 마그넷 소재(110)(121~128)(130)의 외부 표면으로 누설된 절연접착제를 제거하는 공정이 필요가 없게 된다.
이처럼 본 발명에 따른 전기자동차 모터용 적층분할형 희토류 마그넷의 제조방법은 제조공적수를 줄일 수 있게 되고, 그에 필요한 작업인력 및 시간을 단축할 수 있게 됨은 물론 재료를 절감할 수 있게 되어 전기자동차 모터용 적층분할형 희토류 마그넷의 생산성 향상과 원가 절감을 도모할 수 있게 된다.
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.
100 : 희토류 마그넷
110 : 외측 마그넷 소재
121 ~ 128 : 중간 마그넷 소재
130 : 내측 마그넷 소재
110a, 120a : 끼움돌출부
120b, 130b : 끼움요입부

Claims (3)

  1. 다수의 마그넷 소재가 상하방향 또는 좌우방향으로 적층된 형태의 전기자동차 모터용 적층분할형 희토류 마그넷(100)을 제조하는 방법으로,
    희토류 합금분말의 원료로 외측 마그넷 소재(110), 다수의 중간 마그넷 소재(121~128), 내측 마그넷 소재(130)로 개별 성형하되, 각 마그넷 소재(110)(121~128)(130)를 로터코어에 설치하기 위한 형상으로 성형하는 소재 성형단계(A);
    외측 마그넷 소재(110), 다수의 중간 마그넷 소재(121~128), 내측 마그넷 소재(130)로 분할 성형된 각 마그넷 소재(110)(121~128)(130)를 차례로 적층하면서 절연접착제를 통해 일체로 접합하는 본딩 적층단계(B);
    본딩 적층단계에서 각 마그넷 소재(110)(121~129)(130)가 일체로 접합된 희토류 마그넷(100)의 사방을 가압지그를 통해 가압하면서 접착면의 절연접착제(140)를 경화하는 가압 경화단계(C);를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차 모터용 적층분할형 희토류 마그넷의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    소재 성형단계(A)에서,
    외측 마그넷 소재(110)는 내측단에 장방형의 끼움돌출부(110a)가 마련된 형태로 성형되고,
    각 중간 마그넷 소재(121~128)는 외측단에 장방형의 끼움요입부(120b)가 마련되고 내측단에 장방형의 끼움돌출부(120a)가 마련된 형태로 성형되고,
    내측 마그넷 소재(130)는 외측단에 장방형의 끼움요입부(130b)가 마련된 형태로 성형되는 것을 특징으로 하는 전기자동차 모터용 적층분할형 희토류 마그넷의 제조방법.
  3. 제2항에 있어서,
    외측 마그넷 소재(110)의 끼움돌출부(110a)의 돌출높이(H1) 및 각 중간 마그넷 소재(121~128)의 끼움돌출부(120a)의 돌출높이(H1)는 각 중간 마그넷 소재(121~128)의 끼움요입부(120b)의 요입깊이(H2) 및 내측 마그넷 소재(130)의 끼움요입부(130b)의 요입깊이(H2)보다 약간 낮게 설정되는 것을 특징으로 하는 전기자동차 모터용 적층분할형 희토류 마그넷의 제조방법.
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