JP2933151B2 - 発電機 - Google Patents
発電機Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はコージェネシステムや水
力、火力あるいは原子力発電システムに利用する発電機
に関するものである。
力、火力あるいは原子力発電システムに利用する発電機
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】周知のように各種の発電システムに用い
られている従来の多くの回転駆動式発電機では、駆動軸
の回転数に応じて出力電力の周波数が変化するので、供
給電力の周波数を所定の値に維持するためには、タービ
ンや水車等の回転駆動源の高速回転数と、発電機による
供給電力の周波数とを適応させる手段が必要である。
られている従来の多くの回転駆動式発電機では、駆動軸
の回転数に応じて出力電力の周波数が変化するので、供
給電力の周波数を所定の値に維持するためには、タービ
ンや水車等の回転駆動源の高速回転数と、発電機による
供給電力の周波数とを適応させる手段が必要である。
【０００３】そしてこの手段としては、上記高速回転体
と発電機の駆動軸をギヤ等の機械的減速手段を介して接
続して回転数を落したり、発電機の極数を調整したりし
て、所定の周波数の出力電力が得られるように発電機を
動作させる方法や、回転駆動源の高速回転数で発電機の
駆動軸を駆動して高周波数の発電を行い、しかる後、周
波数変換装置により所定の周波数に変換して供給する方
法がある。
と発電機の駆動軸をギヤ等の機械的減速手段を介して接
続して回転数を落したり、発電機の極数を調整したりし
て、所定の周波数の出力電力が得られるように発電機を
動作させる方法や、回転駆動源の高速回転数で発電機の
駆動軸を駆動して高周波数の発電を行い、しかる後、周
波数変換装置により所定の周波数に変換して供給する方
法がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】以上の従来技術では、
以下に示すような課題がある。 ａ． 機械的減速手段を用いる方法では、供給されるエ
ネルギーの１％程度の損失が生じる。 ｂ． 上記いずれの方法を適用する場合にも、装置全体
としての規模が大きくなり、また機械的減速手段を用い
る方法では、可動部品数の増大により保守や管理が困難
になる。 ｃ． 回転数制御が難しいので、周波数の安定化が困難
である。本発明は以上の課題を解決することを目的とす
るものである。
以下に示すような課題がある。 ａ． 機械的減速手段を用いる方法では、供給されるエ
ネルギーの１％程度の損失が生じる。 ｂ． 上記いずれの方法を適用する場合にも、装置全体
としての規模が大きくなり、また機械的減速手段を用い
る方法では、可動部品数の増大により保守や管理が困難
になる。 ｃ． 回転数制御が難しいので、周波数の安定化が困難
である。本発明は以上の課題を解決することを目的とす
るものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、本発明では、固定した中空円筒状導体の内側の
同軸上に駆動軸を回転可能に設置すると共に、中空円筒
状導体の両端部に渡る筒形界磁コイルを前記駆動軸の外
側に平行に固定して、この筒形界磁コイルを駆動軸と中
空円筒状導体の内壁間の空間部に回転移動可能に支持す
ると共に、筒形界磁コイルを励磁電流源に接続し、筒形
界磁コイルの両端側に対応する中空円筒状導体の両端部
と中央部の夫々に電力出力用電線を接続すると共に両端
部に接続した夫々の電線を接続し、中央部に接続した電
線と両端部に接続した電線間を電力出力部として構成す
る発電機を提案する。
ために、本発明では、固定した中空円筒状導体の内側の
同軸上に駆動軸を回転可能に設置すると共に、中空円筒
状導体の両端部に渡る筒形界磁コイルを前記駆動軸の外
側に平行に固定して、この筒形界磁コイルを駆動軸と中
空円筒状導体の内壁間の空間部に回転移動可能に支持す
ると共に、筒形界磁コイルを励磁電流源に接続し、筒形
界磁コイルの両端側に対応する中空円筒状導体の両端部
と中央部の夫々に電力出力用電線を接続すると共に両端
部に接続した夫々の電線を接続し、中央部に接続した電
線と両端部に接続した電線間を電力出力部として構成す
る発電機を提案する。
【０００６】そして本発明は上記の構成において、筒形
界磁コイルを駆動軸の外側に複数設置すること、また筒
形界磁コイルには、両端部を外側に曲げて中空円筒状導
体の内壁に近接させた磁心を設けることを提案する。
界磁コイルを駆動軸の外側に複数設置すること、また筒
形界磁コイルには、両端部を外側に曲げて中空円筒状導
体の内壁に近接させた磁心を設けることを提案する。
【０００７】更に本発明は上記構成において、励磁電流
源は交流又は直流の励磁電流を流す構成とすることを提
案する。
源は交流又は直流の励磁電流を流す構成とすることを提
案する。
【０００８】また本発明は、固定した中空円筒状導体の
内側の同軸上に駆動軸を回転可能に設置すると共に、中
空円筒状導体の両端部に渡る棒状永久磁石を前記駆動軸
の外側に平行に固定して、この棒状永久磁石を駆動軸と
中空円筒状導体の内壁間の空間部に回転移動可能に支持
し、棒状永久磁石の両端側に対応する中空円筒状導体の
両端部と中央部の夫々に電力出力用電線を接続すると共
に両端部に接続した夫々の電線を接続し、中央部に接続
した電線と両端部に接続した電線間を電力出力部として
構成した発電機を提案する。
内側の同軸上に駆動軸を回転可能に設置すると共に、中
空円筒状導体の両端部に渡る棒状永久磁石を前記駆動軸
の外側に平行に固定して、この棒状永久磁石を駆動軸と
中空円筒状導体の内壁間の空間部に回転移動可能に支持
し、棒状永久磁石の両端側に対応する中空円筒状導体の
両端部と中央部の夫々に電力出力用電線を接続すると共
に両端部に接続した夫々の電線を接続し、中央部に接続
した電線と両端部に接続した電線間を電力出力部として
構成した発電機を提案する。
【０００９】
【作用】以上の構成において、筒形界磁コイルに励磁電
流源から励磁電流を供給すると、筒形界磁コイルによっ
て発生する磁束は、中空円筒状導体の一端部において内
側から外側に向かって鎖交すると共に、他端部において
外側から内側に向かって鎖交する。
流源から励磁電流を供給すると、筒形界磁コイルによっ
て発生する磁束は、中空円筒状導体の一端部において内
側から外側に向かって鎖交すると共に、他端部において
外側から内側に向かって鎖交する。
【００１０】そこで、タービンや水車等の回転駆動源に
より駆動軸を回転すると、筒形界磁コイルは、駆動軸と
中空円筒状導体の内壁間の空間部を、筒状の回転軌跡を
画きながら回転移動するので、中空円筒状導体には、そ
の長さ方向に、一端部と他端部で互いに逆向きの誘導起
電力が発生する。そして、これらの逆向きの誘導起電力
は、中空円筒状導体の中央部と両端部に接続した電線間
の電力出力部には同方向の出力電力として現れる。
より駆動軸を回転すると、筒形界磁コイルは、駆動軸と
中空円筒状導体の内壁間の空間部を、筒状の回転軌跡を
画きながら回転移動するので、中空円筒状導体には、そ
の長さ方向に、一端部と他端部で互いに逆向きの誘導起
電力が発生する。そして、これらの逆向きの誘導起電力
は、中空円筒状導体の中央部と両端部に接続した電線間
の電力出力部には同方向の出力電力として現れる。
【００１１】筒形界磁コイルに流す励磁電流が直流の場
合には、中空円筒状導体に発生する誘導起電力の方向は
変化せず、従って本発明の発電機は直流発電機として動
作する。そして、この動作は、駆動軸の回転数には全く
影響を受けない。
合には、中空円筒状導体に発生する誘導起電力の方向は
変化せず、従って本発明の発電機は直流発電機として動
作する。そして、この動作は、駆動軸の回転数には全く
影響を受けない。
【００１２】一方、筒形界磁コイルに流す励磁電流が交
流の場合には、上記中空円筒状導体に発生する誘導起電
力の方向は励磁電流の方向に応じて変化し、従って電力
出力部には励磁電流の周波数と等しい交番電圧が得られ
る。この場合には本発明の発電機は、励磁電流の周波数
が出力周波数となる交流発電機として動作し、上述の直
流動作と同様に、交流動作においても駆動軸の回転数に
は全く影響を受けない。そして励磁電流源における励磁
電流の周波数の安定化は容易に行うことができるので、
本発明を交流発電機として利用する場合において出力周
波数の安定化が容易である。
流の場合には、上記中空円筒状導体に発生する誘導起電
力の方向は励磁電流の方向に応じて変化し、従って電力
出力部には励磁電流の周波数と等しい交番電圧が得られ
る。この場合には本発明の発電機は、励磁電流の周波数
が出力周波数となる交流発電機として動作し、上述の直
流動作と同様に、交流動作においても駆動軸の回転数に
は全く影響を受けない。そして励磁電流源における励磁
電流の周波数の安定化は容易に行うことができるので、
本発明を交流発電機として利用する場合において出力周
波数の安定化が容易である。
【００１３】以上の動作において、筒形界磁コイルの磁
心を、両端部を外側に曲げて中空円筒状導体の内壁に近
接させた構成とすれば鎖交磁束を増すことができるの
で、誘導起電力、従って電力出力部からの出力電圧を高
くすることができる。
心を、両端部を外側に曲げて中空円筒状導体の内壁に近
接させた構成とすれば鎖交磁束を増すことができるの
で、誘導起電力、従って電力出力部からの出力電圧を高
くすることができる。
【００１４】一方、筒形界磁コイルを、駆動軸の外側に
複数設置することにより、電力出力部からの出力電流容
量を大きくすることができる。
複数設置することにより、電力出力部からの出力電流容
量を大きくすることができる。
【００１５】また上述したように、直流発電機として動
作させる場合には、中空円筒状導体に発生する誘導起電
力の方向を変化させる必要がないので、筒形界磁コイル
に代えて、上記磁心と同様な形状で、同様な磁極を有す
る棒状永久磁石を用いることができ、この構成では励磁
電流源を省略することができる。
作させる場合には、中空円筒状導体に発生する誘導起電
力の方向を変化させる必要がないので、筒形界磁コイル
に代えて、上記磁心と同様な形状で、同様な磁極を有す
る棒状永久磁石を用いることができ、この構成では励磁
電流源を省略することができる。
【００１６】
【実施例】次に本発明の実施例を図について説明する。
図１は本発明の発電機の構成の一例を表した説明的縦断
面図であり、図２は図１のＸ−Ｘ線横断面図である。
図１は本発明の発電機の構成の一例を表した説明的縦断
面図であり、図２は図１のＸ−Ｘ線横断面図である。
【００１７】これらの図において、符号１は銅やアルミ
ニウム製の中空円筒状導体であり、この中空円筒状導体
１は適宜の構造で固定されており、その内側の同軸上に
駆動軸２を設置しており、駆動軸２はタービンや水車等
の回転駆動源の出力軸（図示省略）に接続している。符
号３は駆動軸の軸受である。
ニウム製の中空円筒状導体であり、この中空円筒状導体
１は適宜の構造で固定されており、その内側の同軸上に
駆動軸２を設置しており、駆動軸２はタービンや水車等
の回転駆動源の出力軸（図示省略）に接続している。符
号３は駆動軸の軸受である。
【００１８】符号４は磁心であり、この磁心４は前記中
空円筒状導体１の長さ方向に、その両端部に渡って配置
して、駆動軸２の外側に固定している。この磁心４は両
端部５を外側に曲げて中空円筒状導体１の内壁に近接さ
せた構成としている。そしてこの磁心４は回転角９０度
毎に４個設けている。勿論、この磁心４の数はこれ以上
でも良いし、これ以下でも良く、必要に応じて適数配置
して固定すれば良い。この磁心４は強磁性体でない材質
の支持部材６により駆動軸２に支持されている。
空円筒状導体１の長さ方向に、その両端部に渡って配置
して、駆動軸２の外側に固定している。この磁心４は両
端部５を外側に曲げて中空円筒状導体１の内壁に近接さ
せた構成としている。そしてこの磁心４は回転角９０度
毎に４個設けている。勿論、この磁心４の数はこれ以上
でも良いし、これ以下でも良く、必要に応じて適数配置
して固定すれば良い。この磁心４は強磁性体でない材質
の支持部材６により駆動軸２に支持されている。
【００１９】磁心４には筒形界磁コイル７を巻着けてお
り、この筒形界磁コイル７の両端部は駆動軸２に設置し
たスリップリング８ａ，８ｂに夫々接続している。そし
てこれらのスリップリング８ａ，８ｂには励磁電流源９
に連なる電極１０ａ，１０ｂを圧接させる構成としてい
る。そして全ての筒形界磁コイル７は励磁電流源９から
の励磁電流により、全て同じ方向に磁極が生じるように
構成している。そして中空円筒状導体１の両端部の夫々
に電力出力用電線１３を接続すると共に中空円筒状導体
１の中央部に電力出力用電線１４を接続し、両端部の夫
々に接続した電力出力用電線１３は接続して、この接続
した電力出力用電線１３と中央部に接続した電力出力用
電線１４間を電力出力部１１として構成している。尚、
これらの電線１３，１４の接続方法は適宜である。
り、この筒形界磁コイル７の両端部は駆動軸２に設置し
たスリップリング８ａ，８ｂに夫々接続している。そし
てこれらのスリップリング８ａ，８ｂには励磁電流源９
に連なる電極１０ａ，１０ｂを圧接させる構成としてい
る。そして全ての筒形界磁コイル７は励磁電流源９から
の励磁電流により、全て同じ方向に磁極が生じるように
構成している。そして中空円筒状導体１の両端部の夫々
に電力出力用電線１３を接続すると共に中空円筒状導体
１の中央部に電力出力用電線１４を接続し、両端部の夫
々に接続した電力出力用電線１３は接続して、この接続
した電力出力用電線１３と中央部に接続した電力出力用
電線１４間を電力出力部１１として構成している。尚、
これらの電線１３，１４の接続方法は適宜である。
【００２０】以上の構成において、筒形界磁コイル７に
励磁電流源９から交流の励磁電流を流すと、ある半周期
において全ての筒形界磁コイル７によって発生する磁束
１２は、磁心４の一方の端部５ａにおいて中空円筒状導
体１を内側から外側に向かって鎖交すると共に、他方の
端部５ｂにおいて外側から内側に向かって鎖交する。そ
して他の半周期においては逆方向に鎖交する。
励磁電流源９から交流の励磁電流を流すと、ある半周期
において全ての筒形界磁コイル７によって発生する磁束
１２は、磁心４の一方の端部５ａにおいて中空円筒状導
体１を内側から外側に向かって鎖交すると共に、他方の
端部５ｂにおいて外側から内側に向かって鎖交する。そ
して他の半周期においては逆方向に鎖交する。
【００２１】そこで、タービンや水車等の回転駆動源に
より駆動軸２を回転すると、筒形界磁コイル７は、駆動
軸２と中空円筒状導体１の内壁間の空間部を、筒状の回
転軌跡を画きながら回転移動し、従って鎖交する磁束１
２が中空円筒状導体１の両端側において円周上に移動す
るので、中空円筒状導体１の長さ方向には、一端側と他
端側で互いに逆向きの誘導起電力が発生し、従ってこれ
らの逆向きの誘導起電力は、いずれも電力出力部１に同
方向の出力電圧として現れる。
より駆動軸２を回転すると、筒形界磁コイル７は、駆動
軸２と中空円筒状導体１の内壁間の空間部を、筒状の回
転軌跡を画きながら回転移動し、従って鎖交する磁束１
２が中空円筒状導体１の両端側において円周上に移動す
るので、中空円筒状導体１の長さ方向には、一端側と他
端側で互いに逆向きの誘導起電力が発生し、従ってこれ
らの逆向きの誘導起電力は、いずれも電力出力部１に同
方向の出力電圧として現れる。
【００２２】即ち、交流の励磁電流のある半周期におい
ては、実線矢印ａで示すように互いに背を向けた方向に
誘導起電力が発生すると共に、他の半周期においては二
点鎖線矢印ｂで示すように互いに向いあった方向に誘導
起電力が発生し、こうして電力出力部１１には、励磁電
流の周波数と等しい周波数の交番電圧が発生し、交流発
電機として動作する。
ては、実線矢印ａで示すように互いに背を向けた方向に
誘導起電力が発生すると共に、他の半周期においては二
点鎖線矢印ｂで示すように互いに向いあった方向に誘導
起電力が発生し、こうして電力出力部１１には、励磁電
流の周波数と等しい周波数の交番電圧が発生し、交流発
電機として動作する。
【００２３】以上の動作における誘導起電力ｅは、次式
で表すことができる。 ｅ ∝ L・R・n・M・Ｉf 但し、Ｌ：中空円筒状導体の長さ、Ｒ：中空円筒状導体
の半径、ｎ：駆動軸の回転数、Ｍ：係数、If：励磁電流
であり、磁束密度Ｂ＝Ｍ・Ifである。
で表すことができる。 ｅ ∝ L・R・n・M・Ｉf 但し、Ｌ：中空円筒状導体の長さ、Ｒ：中空円筒状導体
の半径、ｎ：駆動軸の回転数、Ｍ：係数、If：励磁電流
であり、磁束密度Ｂ＝Ｍ・Ifである。
【００２４】一方、筒形界磁コイル７に流す励磁電流が
直流の場合には、電力出力部１１の出力電圧の方向は変
化せず、従って本発明の発電機は直流発電機として動作
する。
直流の場合には、電力出力部１１の出力電圧の方向は変
化せず、従って本発明の発電機は直流発電機として動作
する。
【００２５】上述したように、本発明の発電機を直流発
電機として動作させる場合には、筒形界磁コイルに代え
て、上記磁心と同様な形状で、同様な磁極を有する永久
磁石を用いることができる。
電機として動作させる場合には、筒形界磁コイルに代え
て、上記磁心と同様な形状で、同様な磁極を有する永久
磁石を用いることができる。
【００２６】以上説明したように、電力出力部１１に発
生する出力電圧の周波数は、励磁電流の周波数と同一
で、駆動軸の回転数には全く影響を受けず、そして励磁
電流源９における励磁電流の周波数の安定化は容易に行
うことができるので、出力周波数の安定化が非常に容易
である。
生する出力電圧の周波数は、励磁電流の周波数と同一
で、駆動軸の回転数には全く影響を受けず、そして励磁
電流源９における励磁電流の周波数の安定化は容易に行
うことができるので、出力周波数の安定化が非常に容易
である。
【００２７】また電力出力部１１は、回転しない円筒状
筒体１の両端部と中央部に夫々接続する電力出力用電線
により構成するので、回転部分から固定部分に給電する
ためのスリップリング等の装置が不要であり、保守や管
理が容易である。
筒体１の両端部と中央部に夫々接続する電力出力用電線
により構成するので、回転部分から固定部分に給電する
ためのスリップリング等の装置が不要であり、保守や管
理が容易である。
【００２８】
【発明の効果】本発明は以上の通りであるので、次のよ
うな効果がある。 ａ． タービンや水車等の高速の回転駆動源から発電機
の駆動軸への機械的減速手段を用いないので、その分、
損失が低減される。 ｂ． 上記機械的減速手段や、周波数変換装置を用いる
必要がないので、装置全体としての規模を小さくするこ
とができる。 ｃ． 可動部品数が少ないので、保守や管理が容易であ
る。 ｄ． 交流発電機として利用する場合において出力周波
数の安定化が非常に容易である。
うな効果がある。 ａ． タービンや水車等の高速の回転駆動源から発電機
の駆動軸への機械的減速手段を用いないので、その分、
損失が低減される。 ｂ． 上記機械的減速手段や、周波数変換装置を用いる
必要がないので、装置全体としての規模を小さくするこ
とができる。 ｃ． 可動部品数が少ないので、保守や管理が容易であ
る。 ｄ． 交流発電機として利用する場合において出力周波
数の安定化が非常に容易である。
【図１】本発明の発電機の構成の一例を表した説明的縦
断面図である。
断面図である。
【図２】図１のＸ−Ｘ線横断面図である。
１ 中空円筒状導体 ２ 駆動軸 ３ 軸受 ４ 磁心 ５ 端部 ６ 支持部材 ７ 筒形界磁コイル ８ａ，８ｂ スリップリング ９ 励磁電流源 １０ａ，１０ｂ 電極 １１ 電力出力部 １２ 磁束 １３，１４ 電力出力用電線
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−254051（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−199462（ＪＰ，Ａ) 実開 昭59−159178（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭62−145475（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭48−21102（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H02K 19/00 - 19/38
Claims (6)
- 【請求項１】 固定した中空円筒状導体の内側の同軸上
に駆動軸を回転可能に設置すると共に、中空円筒状導体
の両端部に渡る筒形界磁コイルを前記駆動軸の外側に平
行に固定して、この筒形界磁コイルを駆動軸と中空円筒
状導体の内壁間の空間部に回転移動可能に支持すると共
に、筒形界磁コイルを励磁電流源に接続し、筒形界磁コ
イルの両端側に対応する中空円筒状導体の両端部と中央
部の夫々に電力出力用電線を接続すると共に両端部に接
続した夫々の電線を接続し、中央部に接続した電線と両
端部に接続した電線間を電力出力部として構成すること
を特徴とする発電機 - 【請求項２】 筒形界磁コイルを駆動軸の外側に複数固
定したことを特徴とする請求項１記載の発電機 - 【請求項３】 筒形界磁コイルに、両端部を外側に曲げ
て中空円筒状導体の内壁に近接させた磁心を設けている
ことを特徴とする請求項１又は２記載の発電機 - 【請求項４】 励磁電流源は交流の励磁電流を流す構成
であることを特徴とする請求項１記載の発電機 - 【請求項５】 励磁電流源は直流の励磁電流を流す構成
であることを特徴とする請求項１記載の発電機 - 【請求項６】 固定した中空円筒状導体の内側の同軸上
に駆動軸を回転可能に設置すると共に、中空円筒状導体
の両端部に渡る棒状永久磁石を前記駆動軸の外側に平行
に固定して、この棒状永久磁石を駆動軸と中空円筒状導
体の内壁間の空間部に回転移動可能に支持し、棒状永久
磁石の両端側に対応する中空円筒状導体の両端部と中央
部の夫々に電力出力用電線を接続すると共に両端部に接
続した夫々の電線を接続し、中央部に接続した電線と両
端部に接続した電線間を電力出力部として構成すること
を特徴とする発電機
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4290119A JP2933151B2 (ja) | 1992-10-28 | 1992-10-28 | 発電機 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4290119A JP2933151B2 (ja) | 1992-10-28 | 1992-10-28 | 発電機 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06153476A JPH06153476A (ja) | 1994-05-31 |
| JP2933151B2 true JP2933151B2 (ja) | 1999-08-09 |
Family
ID=17752053
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4290119A Expired - Fee Related JP2933151B2 (ja) | 1992-10-28 | 1992-10-28 | 発電機 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2933151B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8278774B2 (en) | 2009-06-29 | 2012-10-02 | Pratt & Whitney Canada Corp. | Gas turbine with wired shaft forming part of a generator/motor assembly |
| US8097972B2 (en) | 2009-06-29 | 2012-01-17 | Pratt & Whitney Canada Corp. | Gas turbine with magnetic shaft forming part of a generator/motor assembly |
| JP2016196699A (ja) * | 2015-04-03 | 2016-11-24 | 悠一 桐生 | 原子力水素供給システム |
Family Cites Families (5)
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-
1992
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
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