WO2024075571A1 - レゾルバのロータおよびレゾルバ - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to resolver rotors, and in particular to improvements in the fixing structure of the motor shaft to the rotor.
- the outer circumference of the rotor 1 has two convex portions, making the shaft angle double (2X), and the inner diameter wall 1Aa that forms the inner diameter of the inner hole 1A of the rotor 1 has one protrusion 3A formed on it that protrudes toward the axis P.
- a shaft recess 11 is formed on the outer periphery of the rotating shaft 10 as a keyway, and when the rotating shaft 10 is pressed into the inner hole 1A of the rotor 1 so that the protrusion 3A and the shaft recess 11 fit together, escape recesses 3Aa, 3Ab are formed on both sides of the protrusion 3A so that the corners 11a, 11b formed on both sides of the shaft recess 11 can enter and escape.
- Patent Document 1 when the rotor 1 is fixed to the rotating shaft 10 by pressing the rotating shaft 10 into the inner hole 1A of the rotor 1, the inner hole 1A becomes non-circular due to the pressing in of the entire inner peripheral edge except for the area around the protrusion 3A, and the stress during pressing is not uniform in the circumferential direction. This causes uneven deformation of the two convex portions on the outer peripheral surface of the rotor 1, and the air gap between the convex portions and the stator 100 becomes uneven. This causes waveform distortion of the rotation angle signal generated by the convex portions, which may affect the accuracy of the detected angle.
- the present invention was made in consideration of the above circumstances, and aims to provide a resolver rotor that can suppress uneven deformation of the convex portion when the rotating shaft is pressed into the rotor.
- the present invention is a resolver rotor that is fixed to a motor shaft by pressing the shaft into a substantially circular hole, and has a plurality of convex portions on the outer peripheral surface of the rotor that are uniform in the circumferential direction and protrude radially outward, and a convex portion located approximately at the circumferential center of the convex portions and protruding toward the center of the hole on the inner peripheral surface of the rotor, and a concave portion located approximately at the circumferential center of the other convex portions and recessed radially outward.
- the present invention makes it possible to suppress uneven deformation of the convex portion when the shaft is pressed into the rotor.
- FIG. 2 is a plan view showing a rotor according to the embodiment of the present invention.
- FIG. 2 is a plan view showing a resolver according to the embodiment of the present invention.
- FIG. 2 is an enlarged view of a portion indicated by an arrow III in FIG.
- FIG. 2 is an enlarged view of a portion indicated by an arrow IV in FIG.
- FIG. 3 is an enlarged view of a portion indicated by an arrow V in FIG. 2 .
- FIG. 3 is an enlarged view of a portion indicated by an arrow VI in FIG. 2 .
- 4 is a graph showing the amount of deformation of the outer diameter of a rotor when a shaft is press-fitted into the rotor.
- Rotor configuration Fig. 1 is a diagram showing a rotor 10 of a variable reluctance (VR) resolver.
- the rotor 10 is formed by stacking a predetermined number of cores, each of which is formed by pressing a magnetic steel plate (silicon steel plate, electromagnetic steel plate) into a predetermined shape (e.g., a substantially elliptical shape), in the axial direction, and riveting, welding, or the like to form an integral structure.
- the rotor 10 shown in Fig. 1 is assumed to have a center line in the vertical direction, and the position of the part above the center line is set to 0°, the position of the part below the center line is set to 180°, and each position is indicated by an angle in the clockwise direction.
- the rotor 10 has a double shaft angle (2X), and its outer circumferential surface is formed with two convex portions 11 at, for example, 0° and 180°, giving it a roughly elliptical shape.
- a roughly circular hole 12 is formed in the center of the rotor 10.
- the direction passing through the center of the hole 12 is referred to as the axial direction
- the direction perpendicular to the axial direction is referred to as the radial direction
- the direction rotating around the axial direction is referred to as the circumferential direction.
- the inner circumferential surface of the hole 12 is formed with a convex portion 13 that is located at the circumferential center of the convex portion 11, protrudes toward the center of the hole 12, and extends in the axial direction.
- An escape groove 14 is formed on each side of the base of the convex portion 13. As shown in FIG. 3, the escape groove 14 is made up of a pair of inclined surfaces 14a, 14b that extend circumferentially around the inner circumferential surface 12a of the rotor 10 and radially outward from the inner circumferential surface 12a, and a cylindrical surface 14c that is connected to the ends of the inclined surfaces 14a, 14b and forms the bottom of the escape groove 14.
- the size of the escape groove 14 is set to a size that ensures the strength of the convex portion 13.
- the inner circumferential surface 12a at a position facing the protrusion 13 at 180° is formed with a recess 15 recessed radially outward.
- This recess 15 is a flat surface and is located radially outward from the inner circumferential surface 12a.
- a second recess 16 is formed on both sides of the recess 15.
- the second recess 16 is composed of an inclined surface 16a extending circumferentially of the inner circumferential surface 12a of the rotor 10 and radially outward from the inner circumferential surface 12a, and a cylindrical surface 16c connected to the end of the inclined surface 16a and constituting the bottom of the second recess 16.
- the second recess 16 is symmetrical to the escape groove 14 with respect to a line connecting the 90° and 270° positions in the circumferential direction.
- the recess 15 may be an arc-shaped curved surface formed concentrically with the inner circumferential surface 12a.
- a hole 12 is punched out from a long electromagnetic steel sheet.
- a convex portion 13 and a clearance groove 14 are formed at the 0° position on the inner circumference of the hole 12, and the same shape as the convex portion 13 and the clearance groove 14 is formed at the 180° position on the inner circumference of the hole 12.
- a recess 15 having a second recess 16 is formed by punching out the shape of the convex portion 13.
- a rotor core piece having the shape shown in FIG. 1 is punched out from the electromagnetic steel sheet. A predetermined number of the punched rotor core pieces are stacked in the axial direction and integrated by means of caulking, welding, or the like to form the rotor 10.
- the shaft (rotating shaft) 20 of the motor (not shown) is press-fitted into the hole 12 of the rotor 10.
- a key groove 21 with a rectangular cross section is formed on the outer periphery of the shaft 20, and the protrusion 13 of the rotor 10 is fitted into the key groove 21.
- the corner of the key groove 21 is accommodated in the escape groove 14, and a gap T is formed between the bottom of the key groove 21 and the protrusion 13.
- a gap S is formed between the recess 15 at the 180° position on the inner circumference of the hole 12 and the outer circumferential surface of the shaft 20.
- the rotor 10 is then placed inside the stator 30 of the resolver, completing the resolver shown in FIG. 2.
- the convex portion 11 of the rotor 10 crosses the coil wound around the teeth (not shown) of the stator 30, generating a rotation angle signal.
- FIG. 7 is a graph showing the amount of deformation of the outer diameter of the rotor 10 determined by computer simulation when the shaft 20 is press-fitted with a predetermined interference into the rotor 10 of this embodiment and into a comparative rotor having no recess 15.
- the protrusion at the 0° position on the inner circumference of the hole is not in contact with the shaft during press-fitting, and so deformation is small, whereas the other parts are expanded by the shaft 20 and so deformation is large.
- the amount of deformation is larger in the range where the press-fit is located (30° to 330° range) than the amount of deformation at the position of the convex portion, and there is no significant difference in the amount of deformation within this range (30° to 330°).
- the amount of deformation at the 180° position on the inner circumference of the hole is also large, and there is a large difference compared to the amount of deformation at the 0° position on the inner circumference of the hole.
- the recess 15 does not contact the outer periphery of the shaft 20, so there is no significant difference in the amount of deformation at the positions of the two convex portions 11 on the outer periphery of the rotor 10 (0° and 180° positions).
- the waveforms of the rotation angle signals generated at these two convex portions 11 are almost the same, and the effect on the angle accuracy that occurs in a rotor such as the comparative example can be suppressed.
- the second recess 16 is provided on both sides of the recess 15 formed at a position 180° opposite the protrusion 13, and the second recess 16 is linearly symmetrical to the escape groove 14 with respect to a line connecting the 90° and 270° positions in the circumferential direction. Therefore, the shapes of the second recess 16 and the escape groove 14 are the same, and the amount of deformation of both can be made equal, and the difference in the amount of deformation at the 0° and 180° positions on the inner circumference of the hole 12 can be made extremely small.
- the escape groove 14 extends circumferentially around the inner circumferential surface 12a and radially outward beyond the inner circumferential surface 12a, so that the burrs on the edge (corner) of the key groove 21 formed in the shaft 20 are accommodated within the escape groove 14 regardless of the direction in which they face.
- the escape groove 14 is composed of a pair of inclined surfaces 14a, 14b that extend circumferentially around the inner peripheral surface 12a of the rotor 10 and radially outward from the inner peripheral surface 12a, and a cylindrical surface 14c that is connected to the ends of the inclined surfaces 14a, 14b and forms the bottom of the escape groove 14. Therefore, when the protrusion 13 is pressed by the edge of the keyway 21, the stress is dispersed by the cylindrical portion 14c, and stress concentration is suppressed.
- the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications are possible as follows.
- the rotor 10 has a double angle (2X) and has two convex portions 11 formed on its outer circumferential surface at 0° and 180°, but the rotor can have a triple angle (3X) and have three convex portions protruding radially outwardly formed on its outer circumferential surface at 0°, 120°, and 240°.
- a convex portion is provided at the 0° position on the inner circumferential surface of the hole, and concave portions are provided at the 120° and 240° positions.
- the present invention can be applied to cases where the shaft angle is quadruple (4X) or quintuple (5X).
- a clearance groove can be provided on both sides of the base of the convex portion, and a second recess of the same shape and size as the clearance groove can be provided on both sides of the recess.
- the second recess 16 is provided on both sides of the recess 15 formed at a position 180° opposite the protrusion 13, but the second recess 16 is not necessarily required to obtain the effects of the present invention.
- the present invention can be used in rotors of VR type resolvers.
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Abstract
【課題】ロータに回転軸を圧入した際の凸状部の不均一な変形を抑制することができるレゾルバのロータを提供する。 【解決手段】略円形状の孔12にモータのシャフト20を圧入して、シャフト20に固定されるレゾルバのロータ10である。ロータ10の外周面に、周方向に均等で径方向外側に突出する2個の凸状部11を備え、ロータ10の内周面12に、凸状部11の周方向略中央部に位置して孔12の中心に向かって突出する凸部13を設け、凸部13の180°反対側の凸状部11の周方向略中央部に位置して径方向外側に凹む凹部15を備えた。
Description
本発明は、レゾルバのロータに係り、特に、ロータへのモータのシャフトの固定構造の改良に関する。
従来、この種のレゾルバのロータとして、ロータの内孔の縁に中心に向けて突出する突起を設け、突起をシャフトの外周に形成したキー溝としての凹部と嵌合させてロータをシャフトに一体に固定する構成が知られている(例えば、特許文献1参照)。
特許文献1に記載されたロータ1では、ロータ1の外周が2ケ所で凸状部となっている軸倍角が2倍角(2X)とされ、ロータ1の内孔1Aの内径を形成する内径壁1Aaには1個の突起3Aが軸心P側へ突出して形成されている。
回転軸10の外周には、キー溝としての軸凹部11が形成されており、突起3Aと軸凹部11とが嵌合するように回転軸10をロータ1の内孔1Aに圧入すると、軸凹部11の両側に形成された各角部11a、11bが入り込んで逃げることができるように、突起3Aの両側に逃げ用凹部3Aa、3Abが形成されている。
特許文献1では、ロータ1の内孔1Aに回転軸10を圧入して、回転軸10にロータ1を固定すると、突起3A周辺を除いた内周縁の全面での圧入によって内孔1Aが非円形状となり、圧入時の応力が周方向で均一とならない。このため、ロータ1の外周面の2箇所の凸状部の箇所の変形が不均一となり、凸状部とステータ100との間のエアーギャップが不均一となる。これが凸状部により生成される回転角度信号の波形歪みの原因となり、検出する角度精度に影響を及ぼす虞がある。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、ロータに回転軸を圧入した際の凸状部の不均一な変形を抑制することができるレゾルバのロータを提供することを目的としている。
本発明は、略円形状の孔にモータのシャフトを圧入して、前記シャフトに固定されるレゾルバのロータであって、前記ロータの外周面に、周方向に均等で径方向外側に突出する複数の凸状部を備え、前記ロータの内周面に、前記凸状部の周方向略中央部に位置して前記孔の中心に向かって突出する凸部を設け、他の前記凸状部の周方向略中央部に位置して径方向外側に凹む凹部を有するレゾルバのロータである。
本発明によれば、ロータにシャフトを圧入した際の凸状部の不均一な変形を抑制することができる。
1.ロータの構成
図1は、バリアブルリラクタンス(VR)型レゾルバのロータ10を示す図である。ロータ10は、磁性鋼板(ケイ素鋼板、電磁鋼板)を所定の形状(例えば、略楕円状の形状)にプレス加工して形成されたコアを、所定枚数、軸方向に積層し、カシメや溶接等によって一体に構成している。なお、以下の説明においては、図1に示すロータ10に上下方向の中心線を想定し、中心線の上側の部分の位置を0°、下側の部分の位置を180°とし、時計回りの方向で各位置を角度で示す。
図1は、バリアブルリラクタンス(VR)型レゾルバのロータ10を示す図である。ロータ10は、磁性鋼板(ケイ素鋼板、電磁鋼板)を所定の形状(例えば、略楕円状の形状)にプレス加工して形成されたコアを、所定枚数、軸方向に積層し、カシメや溶接等によって一体に構成している。なお、以下の説明においては、図1に示すロータ10に上下方向の中心線を想定し、中心線の上側の部分の位置を0°、下側の部分の位置を180°とし、時計回りの方向で各位置を角度で示す。
ロータ10は、軸倍角が2倍角(2X)で、その外周面には、例えば0°と180°の2ケ所に凸状部11が形成されて略楕円状とされている。ロータ10の中央には略円形状の孔12が形成されている。なお、以下の説明においては、孔12の中心を貫通する方向を軸方向、軸方向と直交する方向を径方向、軸方向を中心に回転する方向を周方向と称する。
孔12の内周面には、凸状部11の周方向中心に位置して孔12の中心方向に突出し、軸方向に延在する凸部13が形成されている。凸部13の根元の両側には、それぞれ逃げ溝14が形成されている。逃げ溝14は、図3に示すように、ロータ10の内周面12aの周方向と内周面12aよりも径方向外側に延在する一対の傾斜面14a,14bと、傾斜面14a,14bの端部に接続されて逃げ溝14の底部を構成する円筒面14cとからなっている。なお、逃げ溝14の大きさは、凸部13の強度が確保される大きさとされている。
孔12において、凸部13と180°で対向する位置の内周面12aには、径方向外側に凹む凹部15が形成されている。この凹部15は、平坦面とされ、内周面12aよりも径方向外側に位置している。凹部15の両側には第2の凹部16が形成されている。第2の凹部16は、図4に示すように、ロータ10の内周面12aの周方向と内周面12aよりも径方向外側に延在する傾斜面16aと、傾斜面16aの端部に接続されて第2の凹部16の底部を構成する円筒面16cとからなっている。第2の凹部16は、周方向で90°と270°の位置を結ぶ線に対して、逃げ溝14と線対称となる。なお、凹部15は、平坦面に代えて、内周面12aと同心状に形成した円弧状の曲面であってもよい。
2.レゾルバの製造方法
長尺状の電磁鋼板から孔12を打ち抜く。この場合、孔12の内周の0°の位置に凸部13および逃げ溝14を成形するとともに、孔12の内周の180°の位置に凸部13および逃げ溝14と同じ形状を成形しておく。そして、次の工程で凸部13の形状を打ち抜くことで第2の凹部16を有する凹部15が成形される。このような工程を経るのは、1回の打ち抜きで凹部15および第2の凹部16を成形すると、第2の凹部16の円筒面16cと凹部15との境界部がだれて正確に成形できないからである。次いで、電磁鋼板から図1に示す形状のロータコア片を打ち抜く。打ち抜いたロータコア片を軸方向に所定枚数積層し、カシメや溶接等の手段により一体化してロータ10とする。
長尺状の電磁鋼板から孔12を打ち抜く。この場合、孔12の内周の0°の位置に凸部13および逃げ溝14を成形するとともに、孔12の内周の180°の位置に凸部13および逃げ溝14と同じ形状を成形しておく。そして、次の工程で凸部13の形状を打ち抜くことで第2の凹部16を有する凹部15が成形される。このような工程を経るのは、1回の打ち抜きで凹部15および第2の凹部16を成形すると、第2の凹部16の円筒面16cと凹部15との境界部がだれて正確に成形できないからである。次いで、電磁鋼板から図1に示す形状のロータコア片を打ち抜く。打ち抜いたロータコア片を軸方向に所定枚数積層し、カシメや溶接等の手段により一体化してロータ10とする。
次いで、ロータ10の孔12にモータ(図示略)のシャフト(回転軸)20を圧入する。図5に示すように、シャフト20の外周には断面矩形状のキー溝21が形成されており、キー溝21にロータ10の凸部13を嵌合させる。この状態でキー溝21の角部は逃げ溝14に収容され、キー溝21の底部と凸部13との間には隙間Tが形成されている。
また、図6に示すように、孔12の内周の180°の位置の凹部15とシャフト20の外周面との間には隙間Sが形成されている。そして、ロータ10は、レゾルバのステータ30の内側に配置され、図2に示すレゾルバが完成される。シャフト20が回転することでロータ10の凸状部11がステータ30のティース(図示略)に巻回したコイルを横切り、回転角度信号が生成される。
3.効果
図7は、本実施形態のロータ10と、凹部15を有しない比較例のロータのそれぞれにシャフト20を所定の締め代で圧入した際、ロータ10の外径の変形量をコンピュータシミュレーションで求めたグラフである。比較例のロータでは、孔の内周の0°の位置にある凸部には、圧入時にシャフトと接触しないから変形が少なく、他の部分ではシャフト20によって拡開されて変形が大きくなる。
図7は、本実施形態のロータ10と、凹部15を有しない比較例のロータのそれぞれにシャフト20を所定の締め代で圧入した際、ロータ10の外径の変形量をコンピュータシミュレーションで求めたグラフである。比較例のロータでは、孔の内周の0°の位置にある凸部には、圧入時にシャフトと接触しないから変形が少なく、他の部分ではシャフト20によって拡開されて変形が大きくなる。
図7に示すように、比較例のロータでは、凸部の位置の変形量に比べて、圧入箇所となる範囲(30°~330°の範囲)の変形量が大きくなり、この範囲(30°~330°)の範囲での変形量に大きな差は生じていない。そして、孔の内周の180°の位置での変形量も大きく、孔の内周の0°の位置での変形量に対して大きな差が生じている。このため、孔の内周の0°の位置の凸状部とステータとのエアーギャップと、孔の内周の180°の位置の凸状部とステータとのエアーギャップに大きな差が生じ、2つの凸状部で生成される回転角度信号の波形が異なり、角度精度に悪影響が出る。
これに対して、実施形態のロータ10では、凹部15はシャフト20の外周と接触しないから、ロータ10の外周面の2箇所の凸状部11の部位での位置(0°と180°の位置)での変形量に大きな差が生じていない。これにより、孔12の内周の0°の位置の凸状部とステータ30とのエアーギャップと、孔12の内周の180°の位置の凸状部とステータとのエアーギャップに大きな差が生じない。このため、この2箇所の凸状部11で生成される回転角度信号の波形もほとんど同じ波形となる結果、比較例のようなロータで生じる角度精度への影響を抑制することができる。
特に、上記実施形態では、凸部13と180°対向する位置に形成された凹部15の両側に、第2の凹部16を設け、第2の凹部16は、周方向で90°と270°の位置を結ぶ線に対して、逃げ溝14と線対称となるから、第2の凹部16と逃げ溝14の形状が一致し、両者の変形量を同等とすることができ、孔12の内周の0°と180°の位置での変形量の差を極めて少なくすることができる。
また、上記実施形態では、逃げ溝14は内周面12aの周方向に延在し、かつ内周面12aよりも径方向外側に延在して形成されているから、シャフト20に形成されたキー溝21のエッジ(角部)のバリがどの方向に向いた場合であっても、逃げ溝14の中に収容される。
さらに、上記実施形態では、逃げ溝14をロータ10の内周面12aの周方向と内周面12aよりも径方向外側に延在する一対の傾斜面14a,14bと、傾斜面14a,14bの端部に接続されて逃げ溝14の底部を構成する円筒面14cとから構成しているから、凸部13がキー溝21のエッジで押圧されたときに応力が円筒部14cで分散され、応力集中が抑制される。
4.変更例
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、以下のように種々の変更が可能である。
i)上記実施形態では、ロータ10の軸倍角が2倍角(2X)で、その外周面には0°と180°の2ケ所に凸状部11が形成されているが、ロータの軸倍角を3倍角(3X)として、その外周面の0°、120°、および240°の3ケ所に径方向外側に突出する凸状部を形成することができる。この場合、孔の内周面の0°の位置に凸部を設け、120°および240°の位置に凹部を設ける。同様に、軸倍角が4倍角(4X)や5倍角(5X)の場合にも本発明を適用することができる。
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、以下のように種々の変更が可能である。
i)上記実施形態では、ロータ10の軸倍角が2倍角(2X)で、その外周面には0°と180°の2ケ所に凸状部11が形成されているが、ロータの軸倍角を3倍角(3X)として、その外周面の0°、120°、および240°の3ケ所に径方向外側に突出する凸状部を形成することができる。この場合、孔の内周面の0°の位置に凸部を設け、120°および240°の位置に凹部を設ける。同様に、軸倍角が4倍角(4X)や5倍角(5X)の場合にも本発明を適用することができる。
ii)ロータの外周の3箇所以上に凸状部を設ける場合において、凸部の根元の両側に逃げ溝を設け、凹部の両側に逃げ溝と同形同大の第2の凹部を設けることができる。
iii)上記実施形態では、凸部13と180°対向する位置に形成された凹部15の両側に、第2の凹部16を設けているが、本発明の効果を得るためには第2の凹部16は必ずしも必要ではない。
本発明は、VR型レゾルバのロータに利用することができる。
10…ロータ、11…凸状部、12…孔、12a…内周面、13…凸部、14…逃げ溝、14a,14b…傾斜面、14c…円筒面、15…凹部、16…第2の凹部、16a…傾斜面、16c…円筒面、20…シャフト、21…キー溝、30…ステータ、S,T…隙間。
Claims (8)
- 略円形状の孔にモータのシャフトを圧入して、前記シャフトに固定されるレゾルバのロータであって、
前記ロータの外周面に、周方向に均等で径方向外側に突出する複数の凸状部を備え、
前記ロータの内周面に、前記凸状部の周方向略中央部に位置して前記孔の中心に向かって突出する凸部を設け、他の前記凸状部の周方向略中央部に位置して径方向外側に凹む凹部を有するレゾルバのロータ。 - 前記凸部の根元の両側に逃げ溝が形成され、該逃げ溝は前記内周面の周方向に延在し、かつ前記内周面よりも径方向外側に延在して形成されている請求項1に記載のレゾルバのロータ。
- 前記逃げ溝は、前記ロータの内周面の周方向と前記内周面よりも径方向外側に延在する一対の傾斜面と、該傾斜面の端部に接続されて逃げ溝の底部を構成する円筒面とからなる請求項1または2に記載のレゾルバのロータ。
- 前記凹部の両側に、第2の凹部を設け、該第2の凹部は、前記逃げ溝と同形同大である請求項2または3に記載のレゾルバのロータ。
- 前記ロータの外周面の前記凸状部は2つである請求項1ないし4のいずれかに記載のレゾルバのロータ。
- 前記第2の凹部は、周方向で90°と270°の位置を結ぶ線に対して、前記逃げ溝と線対称となる請求項4に記載のレゾルバのロータ。
- 前記凹部は、平坦面または前記孔と同心状に形成した円弧状の曲面である請求項1ないし6のいずれかに記載のレゾルバのロータ。
- 外周にキー溝を有するモータのシャフトを前記キー溝に前記凸部を嵌合させて前記孔に圧入された請求項1乃至7のいずれかに記載のレゾルバのロータを、ステータの内側に配置したレゾルバ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE112023004157.1T DE112023004157T5 (de) | 2022-10-03 | 2023-09-25 | Rotor für resolver und resolver |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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