WO2015029345A1 - 薄型ギヤモータおよび該薄型ギヤモータを用いた筋力アシスト装置 - Google Patents

薄型ギヤモータおよび該薄型ギヤモータを用いた筋力アシスト装置 Download PDF

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金井　孝
田中　祐介
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日本電産コパル電子株式会社
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Definitions

  • the present invention uses a thin gear motor and a thin gear motor that have a high torque output, can greatly increase the number of gear ratios selected, can greatly improve the degree of freedom in design, and can greatly reduce costs.
  • the present invention relates to a muscular strength assist device.
  • a gear motor having a high torque output employs a multi-stage planetary gear system in which planetary gear mechanisms are stacked in one and two stages to obtain a reduction ratio.
  • a high torque output can be obtained, but there is a drawback that it cannot be reduced in thickness, size, and weight.
  • the present invention can provide a high torque output, can be thin, small and light, and can greatly increase the number of gear ratio selection, and can be freely designed.
  • An object of the present invention is to provide a thin motor and a muscular strength assist device using the thin motor that can achieve a significant improvement in cost and a significant cost reduction.
  • the present invention provides an outer rotor type motor, and a large gear and a small gear that serve as the same axis provided in the planetary gear storage case for rotating the motor shaft of the outer rotor type motor.
  • a thin gear motor that transmits to the output shaft through a speed reduction mechanism using a planetary two-stage gear consisting of the above-described planetary two-stage gear, only one stage is arranged, and the gear ratio between the large gear and the small gear of the planetary two-stage gear is set.
  • a thin gear motor is constructed using non-integer multiples.
  • the present invention relates to an outer rotor type motor, and the rotation of the motor shaft of the outer rotor type motor is such that the gear ratio between the large gear and the small gear that are the same axis provided in the planetary gear housing case is a non-integer multiple.
  • a thin gear motor that transmits a planetary two-stage gear using a gear to the output shaft via a reduction mechanism using only one stage, a second arm having one end attached to the planetary gear storage case of the thin gear motor, and the thin The first arm having one end attached to the output shaft of the gear motor and the thin gear motor part attached to the part near the tip of the first arm protruded from the joint part so as to become a joint part.
  • the first mounting member attached to the part and the thin gear motor part attached to the part near the tip of the second arm project from the joint part so that the joint part becomes a joint part.
  • the present invention has the following effects.
  • (1) According to claim 1, since a reduction mechanism using a planetary two-stage gear consisting of a large gear and a small gear having the same axial center provided in the planetary gear housing case is used for rotating the motor shaft. Torque is obtained, and it is thin and can be reduced in size and weight.
  • Claim 2 can obtain the same effects as the above (1) and (2), and can smoothly assist the movement of the joint portion.
  • FIG. 3 is a sectional view taken along line 1-1 of FIG.
  • FIG. 8 is a sectional view taken along line 8-8 in FIG. Sectional drawing for description of the 2nd form for implementing this invention.
  • the top view (2) of the 2nd form for implementing this invention The side view of the 2nd form for carrying out the present invention.
  • the A section enlarged view of FIG. FIG. 17 is a sectional view taken along line 15-15 in FIG.
  • reference numeral 1 denotes a thin gear motor of the present invention which is thin and is reduced in size and weight.
  • the thin gear motor 1 is an outer rotor type motor 2.
  • a motor base 6 provided in the outer rotor type motor 2, a shallow dish or a peripheral plate notched more than half, which is fixed to the motor base 6 with a plurality of screws 8 via a plate 7.
  • a planetary gear storage case 10 comprising a bearing storage case 9 with an outer peripheral portion cut out by half or more, and a shaft 11 positioned in the planetary gear storage case 10 of the outer rotor type motor 2.
  • the sun gear 12 fixed to the portion of the shaft 11 located in the planetary gear storage case 10 and the planetary gear storage case 10 rotate integrally.
  • a plurality of large gears 16, 16, 16 and the axial centers of the large gears 16, 16, 16 are supported by the mount 14 at both ends via ball bearings 15, 15.
  • Planetary two-stage gears 18, 18, 18, each comprising small gears 17, 17, 17 having a gear ratio with the large gears 16, 16, 16 that are provided so as to have the same axial center as An internal gear that meshes with the small gears 17, 17, 17 of the planetary gears 18, 18, 18 and is fixed to the inner wall surface 10 a of the planetary gear storage case 10.
  • Planetary gears 23, 23, which are rotatably attached to planetary gear shafts 21, 21, 21 having both ends attached to the sensor base 13 and the carrier mount 14 via ball bearings 22, 22, 22. 23, and a carrier mount 14 that is an output shaft of the speed reduction mechanism 41.
  • the shaft center is the same as the axis of the shaft 11, and is housed in the planetary gear housing.
  • a ball bearing 29 is interposed between the inner wall surface 24a of the root portion of the shaft 24 and the upper end portion of the shaft 11.
  • the rotor 3 is composed of an outer cylinder 31 having a shaft 11 fixed at the center and covering a main magnet 30 arranged on the outer periphery, and 32 is an iron core.
  • the diameter can be suppressed to one-third or less as compared with an ordinary one-stage planetary gear when the reduction ratio is the same. Therefore, the reduction mechanism 41 having a small outer diameter can be obtained.
  • the planetary two-stage gear 18 uses a gear ratio between the large gear 16 and the small gear 17 that is a non-integer multiple, the number of selected gear ratios can be remarkably increased. Can be greatly improved.
  • the planetary two-stage gear 18 can be assembled accurately and easily by placing a mark for alignment for assembly.
  • the sun gear 12 fixed to the shaft 11 is rotated by the rotation of the shaft 11, and the large gears 16, 16, 16, the small gears of the plurality of planetary two-stage gears 18, 18, 18 are rotated by the rotation of the sun gear 12.
  • the planetary gears 23, 23, 23 meshing with the small gears 17, 17, 17 and the internal gear 19 rotate.
  • the rotation of the shaft 11 of the outer rotor type motor 2 is caused by the meshing of the sun gear 12 with the large gears 16, 16, 16 of the planetary two-stage gears 18, 18, 18, and the planetary two-stage gears 18, 18, Since the speed can be reduced by the meshing relationship between the 18 small gears 17, 17, 17 and the planetary gears 23, 23, 23, the reduction range can be set large, and the planetary two-stage gears 18, 18, 18 can be used. Therefore, it is thin and can be reduced in size and weight.
  • the thin gear motor 1 configured as described above uses the carrier mount 14 as an output shaft by fixing the internal gear 19, but by fixing the carrier mount 14 and the sensor base 13 as a planetary carrier,
  • the internal gear 19 can be configured to be an output shaft.
  • the planetary gears 23, 23, 23 may be omitted, and the small gears 17, 17, 17 of the planetary two-stage gears 18, 18, 18 may be directly meshed with the internal gear. In this case, the diameter of the speed reduction mechanism 41 can be further reduced.
  • the second embodiment for carrying out the present invention shown in FIGS. 9 to 14 is mainly different from the first embodiment for carrying out the present invention in that a shaft 24 is mounted on a bearing housing case 9 and a ball bearing.
  • a thin armature motor 1A that is pivotably attached via a first arm 33, one end of which is fixed to the carrier mount 14 of the thin gearmotor 1A by a plurality of screws 34, 34, 34, and a motor base. 6, the second arm 35 having one end fixed with a plurality of screws 34, 34, and the thin gear motor 1 ⁇ / b> A portion attached to a portion near the tip of the first arm 33 becomes a joint portion.
  • a first mounting member 36 such as a belt attached to a part protruding from the joint part
  • the thin gear motor attached to a part near the tip of the second arm 35.
  • the muscle force assist device 38 using the thin gear motor 1A is used by using the second mounting member 37 such as a belt attached to the portion protruding from the joint portion so that the portion 1A becomes the joint portion.
  • the muscle force assist device 38 using the thin gear motor configured as described above it can be used by being mounted on the thigh and lower leg, the waist and thigh, the upper arm and the forearm.
  • a mounting member 37a such as a belt which can be fixed to the tip of the second arm 35 and attached to the waist of the motor base 6 of the second thin gear motor 1A by fixing the carrier mount 14 of the second thin gear motor 1A.
  • the third embodiment for carrying out the present invention shown in FIGS. 15 to 17 is mainly different from the first embodiment for carrying out the present invention in that the large gears 16, 16, 16 are connected to the sensor base 13.
  • the planetary two-stage gears 18, 18, 18 are arranged between the sensor base 13 and the carrier mount 14 so as to be positioned on the side, so that the present invention is implemented even with the thin gear motor 1 B configured as described above. Therefore, since the planetary gears 23, 23, 23 are disposed near the carrier mount 14, the thickness of the carrier mount 14 can be reduced accordingly.
  • the present invention is used in the industry for manufacturing a thin gear motor having a high torque output and a muscle force assist device using the thin gear motor.

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Abstract

本発明は、アウターロータ型のモータと、このアウターロータ型のモータのモータシャフトの回転を、遊星歯車収納ケース内に設けた同じ軸心となる大歯車と小歯車とからなる遊星２段歯車を用いた減速機構を介して出力軸に伝える薄型ギヤモータにおいて、前記遊星２段歯車を１段のみ配列するとともに、該遊星２段歯車の大歯車と小歯車のギヤ比を非整数倍のものを用いて薄型ギヤモータを構成しており、高トルク出力が得られ、薄型で小型・軽量化を図ることができるとともに、ギヤ比の選択数を格段に増やすことができ、設計の自由度の大幅な向上や、大幅なコストダウンを図ることができる薄型モータおよび該薄型モータを用いた筋力アシスト装置を得ることができる。

Description

薄型ギヤモータおよび該薄型ギヤモータを用いた筋力アシスト装置
　本発明は高トルク出力を有し、ギヤ比の選択数を格段に増やすことができ、設計の自由度の大幅な向上や、大幅なコストダウンを図ることができる薄型ギヤモータおよび該薄型ギヤモータを用いた筋力アシスト装置に関する。
　従来、高トルク出力を有するギヤモータは遊星歯車機構を１段、２段と積み重ねて、減速比を獲得する多段式遊星歯車方式がとられている。
しかしながら、このような方式だと高トルク出力は得られるが、薄型化・小型化・軽量化することができないという欠点があった。
実開昭６４－３５２３７号公報
　本発明は以上のような従来の欠点に鑑み、高トルク出力が得られ、薄型で小型・軽量化を図ることができるとともに、ギヤ比の選択数を格段に増やすことができ、設計の自由度の大幅な向上や、大幅なコストダウンを図ることができる薄型モータおよび該薄型モータを用いた筋力アシスト装置を提供することを目的としている。
　本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は次の説明を添付図面と照らし合わせて読むと、より完全に明らかになるであろう。
ただし、図面はもっぱら解説のためのものであって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
　上記目的を達成するために、本発明はアウターロータ型のモータと、このアウターロータ型のモータのモータシャフトの回転を、遊星歯車収納ケース内に設けた同じ軸心となる大歯車と小歯車とからなる遊星２段歯車を用いた減速機構を介して出力軸に伝える薄型ギヤモータにおいて、前記遊星２段歯車を１段のみ配列するとともに、該遊星２段歯車の大歯車と小歯車のギヤ比を非整数倍のものを用いて薄型ギヤモータを構成している。
　また、本発明はアウターロータ型のモータ、このアウターロータ型のモータのモータシャフトの回転を、遊星歯車収納ケース内に設けた同じ軸心となる大歯車と小歯車のギヤ比が非整数倍のものを用いた遊星２段歯車を１段のみ用いた減速機構を介して出力軸に伝える薄型ギヤモータと、この薄型ギヤモータの遊星歯車収納ケースに一端部が取付けられた第２のアームと、前記薄型ギヤモータの出力軸に一端部が取付けられた第１のアームと、前記第１のアームの先端部寄りの部位に取付けられた前記薄型ギヤモータ部位が関節部位となるように、該関節部位より突出した部位に取付けられる第１の装着部材と、前記第２のアームの先端部寄りの部位に取付けられた前記薄型ギヤモータ部位が関節部位となるように、該関節部位より突出した部位に取付けられる第２の装着部材とで薄型ギヤモータを用いた筋力アシスト装置を構成している。
　以上の説明から明らかなように、本発明にあっては次に列挙する効果が得られる。
（１）請求項１により、モータシャフトの回転を遊星歯車収納ケース内に設けた同じ軸心となる大歯車と小歯車とからなる遊星２段歯車を用いた減速機構を用いているので、高トルクが得られ、薄型で、小型・軽量化を図ることができる。
（２）前記（１）により、遊星２段歯車の大歯車と小歯車のギヤ比を非整数倍のものを用いているので、ギヤ比の選択数を格段に増やすことができ、設計の自由度を大幅に向上させることができる。
また、最適なトルクが得られるように、モータを変更しなければならないような状況でも、モータを変更することなく対応でき、大幅なコストダウンを図ることができる。
（３）請求項２も前記（１）、（２）と同様な効果が得られるとともに、関節部分の動きのアシストをスムーズに行なうことができる。
図２の１－１線に沿う断面図。 本発明を実施するための第１の形態の平面図。 本発明を実施するための第１の形態の底面図。 本発明を実施するための第１の形態の遊星歯車の噛み合い状態の説明図。 本発明を実施するための第１の形態の遊星２段歯車の説明図。 本発明を実施するための第１の形態の遊星歯車の取付け状態の平面図。 図６の７－７線に沿う断面図。 図７の８－８線に沿う断面図。 本発明を実施するための第２の形態の説明用断面図。 本発明を実施するための第２の形態の平面図（１）。 本発明を実施するための第２の形態の平面図（２）。 本発明を実施するための第２の形態の側面図。 本発明を実施するための第２の形態の使用状態の正面図。 図１２のＡ部拡大図。 図１６の１５－１５線に沿う断面図。 本発明を実施するための第３の形態の平面図。 本発明を実施するための第３の形態の遊星歯車の取付け状態の平面図。
１、１Ａ、１Ｂ：薄型ギヤモータ、
２：アウターロータ型のモータ、　３：ロータ、
６：モータベース、　　　７：プレート、
８：ビス、　　　　９：ベアリング収納ケース、
１０：遊星歯車収納ケース、　１１：シャフト、
１２：太陽歯車、　　　１３：センサベース、
１４：キャリアマウント、　　１５：ボールベアリング、
１６：大歯車、　　　１７：小歯車、
１８：遊星２段歯車、　　１９：内歯車、
２１：遊星ギヤシャフト、
２２：ボールベアリング、　　２３：遊星歯車、
２４：軸、　　　　２６：ボールベアリング、
２７：ボールベアリング、　　２８：ボールベアリング、
２９：ボールベアリング、　　３０：メインマグネット、
３１：外筒、　　　　３２：鉄心、
３３：第１のアーム、　　３４：ビス、
３５：第２のアーム、　　３６：第１の装着部材、
３７：第２の装着部材、
３８：薄型ギヤモータを用いた筋力アシスト装置、
４１：減速機構。
　以下、図面に示す本発明を実施するための形態により、本発明を詳細に説明する。
　図１ないし図８に示す本発明を実施するための第１の形態において、１は薄型で、小型・軽量化を図った本発明の薄型ギヤモータで、この薄型ギヤモータ１はアウターロータ型のモータ２と、このアウターロータ型のモータ２に設けたモータベース６、このモータベース６にプレート７を介して複数のビス８で固定された、浅皿状あるいは外周部が半分以上切り欠かれた、本発明の実施の形態では外周部が半分以上切り欠かれたベアリング収納ケース９とからなる遊星歯車収納ケース１０と、前記アウターロータ型のモータ２の前記遊星歯車収納ケース１０内に位置するシャフト１１と、このシャフト１１の前記遊星歯車収納ケース１０内に位置する部位に固定された太陽歯車１２と、前記遊星歯車収納ケース１０内に一体となって回転するように設けられた遊星キャリアとしてのセンサベース１３およびキャリアマウント１４、前記遊星歯車収納ケース１０内に位置する部位の前記シャフト１１に固定された太陽歯車１２と噛み合うように、前記センサベース１３およびキャリアマウント１４に両端部がボールベアリング１５、１５を介して支持される複数個、本発明の実施の形態では３個の大歯車１６、１６、１６および、この大歯車１６、１６、１６の軸心と同じ軸心となるようにそれぞれ設けられた、該大歯車１６、１６、１６とのギヤ比が非整数倍の小歯車１７、１７、１７とからなる遊星２段歯車１８、１８、１８、この遊星２段歯車１８、１８、１８の小歯車１７、１７、１７と噛み合うとともに、前記遊星歯車収納ケース１０の内壁面１０ａに固定された内歯車１９と噛み合う、前記センサベース１３およびキャリアマウント１４に両端部が取付けられた遊星ギヤシャフト２１、２１、２１にボールベアリング２２、２２、２２を介して回転可能に取付けられた遊星歯車２３、２３、２３とで構成された減速機構４１と、この減速機構４１の出力軸となるキャリアマウント１４に必要に応じて一体形成された、前記シャフト１１の軸心と同じ軸心となり、かつ前記遊星歯車収納ケース１０より外方へ突出する筒状の出力軸として使用される軸２４と、前記シャフト１１の下端部寄りの部位と前記遊星歯車収納ケース１０のモータベース６の下端部との間に介装されたボールベアリング２６と、前記遊星歯車収納ケース１０のモータベース６の下部寄りの内壁面６ａと前記センサベース１３の下端部の外壁面１３ａとの間に介装されたボールベアリング２７と前記軸２４の根元部の外周部と、前記遊星歯車収納ケース１０のベアリング収納ケース９との間に介装されたボールベアリング２８と、前記軸２４の根元部の内壁面２４ａと前記シャフト１１の上端部との間に介装されたボールベアリング２９とで構成されている。
　なお、ロータ３は中心にシャフト１１が固定され、外周に配置されたメインマグネット３０を覆う外筒３１で構成されており、３２は鉄心である。
　また、前記遊星２段歯車１８、１８、１８を用いることにより、同じ減速比とした場合には、普通の１段構成の遊星歯車と比べて、径を３分の１以下に抑えることができるため、外径寸法の小さい減速機構４１にすることができる。
　なお、遊星２段歯車１８は、大歯車１６と小歯車１７とのギヤ比が非整数倍のものを用いているので、ギヤ比の選択数を格段に増やすことができるため、設計の自由度を大幅に向上させることができる。
　特に通常であれば最適なトルクを得られるように、モータそのものを変更しなければならない状況であっても、モータを変更することなく対応することができるため、設計自由度の向上に加えて、大幅なコストダウンを図ることができる。
　この場合、遊星２段歯車１８に組み立て用の位置合わせ用の印をつけておくことにより、正確かつ簡単に組み立てることができる。
　上記構成の薄型ギヤモータ１はアウターロータ型のモータ２を駆動させると、ロータ３、シャフト１１が回転する。
　このシャフト１１の回転によって、シャフト１１に固定されている太陽歯車１２が回転し、太陽歯車１２の回転によって複数個の遊星２段歯車１８、１８、１８の大歯車１６、１６、１６、小歯車１７、１７、１７が減速回転するとともに、小歯車１７、１７、１７と、内歯車１９と噛み合う遊星歯車２３、２３、２３が回転する。
　この遊星歯車２３、２３、２３が、内歯車１９に噛み合って回転することにより、遊星キャリアとしてのセンサベース１３およびキャリアマウント１４が回転し、該キャリアマウント１４に一体形成されている軸２４が回転する。
　このため、アウターロータ型のモータ２のシャフト１１の回転は、太陽歯車１２と遊星２段歯車１８、１８、１８の大歯車１６、１６、１６との噛み合いおよび、遊星２段歯車１８、１８、１８の小歯車１７、１７、１７と遊星歯車２３、２３、２３との噛み合い関係で減速できるため、減速の範囲を大きく設定することができるとともに、遊星２段歯車１８、１８、１８を用いることにより、薄型で小型・軽量化を図ることができる。
　以上のように構成された薄型ギヤモータ１は、内歯車１９を固定することによりキャリアマウント１４を出力軸としたものであるが、遊星キャリアとしてのキャリアマウント１４およびセンサベース１３を固定することにより、内歯車１９を出力軸となるように構成することができる。
　なお、遊星歯車２３、２３、２３を省略して、遊星２段歯車１８、１８、１８の小歯車１７、１７、１７と内歯車とが直接噛み合うように構成してもよい。
この場合には、減速機構４１の直径をさらに小さくすることができる。
　[発明を実施するための異なる形態]
　次に、図９ないし図１７に示す本発明を実施するための異なる形態につき説明する。なお、これらの本発明を実施するための異なる形態の説明に当って、前記本発明を実施するための第１の形態と同一構成部分には同一符号を付して重複する説明を省略する。
　図９ないし図１４に示す本発明を実施するための第２の形態において、前記本発明を実施するための第１の形態と主に異なる点は、ベアリング収納ケース９に軸２４を、ボールベアリング２８を介して回動可能に取付けた薄型ギヤモータ１Ａを用いるとともに、該薄型ギヤモータ１Ａのキャリアマウント１４に一端部を複数本のビス３４、３４、３４で固定した第１のアーム３３と、モータベース６に一端部を複数本のビス３４、３４で固定した第２のアーム３５と、前記第１のアーム３３の先端部寄りの部位に取付けられた、前記薄型ギヤモータ１Ａ部位が関節部位となるように、該関節部位より突出した部位に取付けられるベルト等の第１の装着部材３６と、前記第２のアーム３５の先端部寄りの部位に取付けられた、前記薄型ギヤモータ１Ａ部位が関節部位となるように、該関節部位より突出した部位に取付けられるベルト等の第２の装着部材３７とを用いて薄型ギヤモータ１Ａを用いた筋力アシスト装置３８にした点で、このように構成した薄型ギヤモータを用いた筋力アシスト装置３８にすることにより、大腿部と下腿部、腰部と大腿部、上腕部と前腕部等に装着して使用することができる。
　また、前記第２のアーム３５の先端部に第２の薄型ギヤモータ１Ａのキャリアマウント１４を固定し、該第２の薄型ギヤモータ１Ａのモータベース６に腰部に取付けることができるベルト等の装着部材３７ａを用いたアーム３５ａを取付けることにより、腰部と大腿部、さらに下腿部に取付けて使用することができる薄型ギヤモータ１Ａを用いた筋力アシスト装置３８Ａにすることができる。
　図１５ないし図１７に示す本発明を実施するための第３の形態において、前記本発明を実施するための第１の形態と主に異なる点は、大歯車１６、１６、１６がセンサベース１３側に位置するように遊星２段歯車１８、１８、１８をセンサベース１３とキャリアマウント１４との間に配置した点で、このように構成した薄型ギヤモータ１Ｂにしても、前記本発明を実施するための第１の形態と同様な作用効果が得られるとともに、遊星歯車２３、２３、２３がキャリアマウント１４近くに配置されることから、その分キャリアマウント１４の厚さを薄くすることができる。
　本発明は高トルク出力を有する薄型ギヤモータおよび該薄型ギヤモータを用いた筋力アシスト装置を製造する産業で利用される。

Claims (2)

  1. アウターロータ型のモータと、このアウターロータ型のモータのモータシャフトの回転を、遊星歯車収納ケース内に設けた同じ軸心となる大歯車と小歯車とからなる遊星２段歯車を用いた減速機構を介して出力軸に伝える薄型ギヤモータにおいて、前記遊星２段歯車を１段のみ配列するとともに、該遊星２段歯車の大歯車と小歯車のギヤ比を非整数倍のものを用いたことを特徴とする薄型ギヤモータ。
  2. アウターロータ型のモータ、このアウターロータ型のモータのモータシャフトの回転を、遊星歯車収納ケース内に設けた同じ軸心となる大歯車と小歯車のギヤ比が非整数倍のものを用いた遊星２段歯車を１段のみ用いた減速機構を介して出力軸に伝える薄型ギヤモータと、この薄型ギヤモータの遊星歯車収納ケースに一端部が取付けられた第２のアームと、前記薄型ギヤモータの出力軸に一端部が取付けられた第１のアームと、前記第１のアームの先端部寄りの部位に取付けられた前記薄型ギヤモータ部位が関節部位となるように、該関節部位より突出した部位に取付けられる第１の装着部材と、前記第２のアームの先端部寄りの部位に取付けられた前記薄型ギヤモータ部位が関節部位となるように、該関節部位より突出した部位に取付けられる第２の装着部材とからなることを特徴とする薄型ギヤモータを用いた筋力アシスト装置。
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