JPH05344668A - 同期電動機のロータ - Google Patents

同期電動機のロータ

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JPH05344668A
JPH05344668A JP4147509A JP14750992A JPH05344668A JP H05344668 A JPH05344668 A JP H05344668A JP 4147509 A JP4147509 A JP 4147509A JP 14750992 A JP14750992 A JP 14750992A JP H05344668 A JPH05344668 A JP H05344668A
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JP
Japan
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yoke
magnetic flux
rotor
vicinity
rotary shaft
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JP4147509A
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Hiroyuki Uchida
裕之 内田
Tomoyoshi Yamamoto
致良 山本
Noboru Iwamatsu
登 岩松
Hideaki Oku
秀明 奥
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Fanuc Corp
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/27—Rotor cores with permanent magnets
    • H02K1/2706—Inner rotors
    • H02K1/272—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis
    • H02K1/274—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets
    • H02K1/2753—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets the rotor consisting of magnets or groups of magnets arranged with alternating polarity
    • H02K1/276—Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM]
    • H02K1/2766—Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM] having a flux concentration effect
    • H02K1/2773—Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM] having a flux concentration effect consisting of tangentially magnetized radial magnets
    • H—ELECTRICITY
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    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
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    • H02K21/14—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating within the armatures

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  • Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ヨーク部材内での主磁束の磁束分布の非対称
化を低減又は防止可能な同期電動機のロータを提供す
る。 【構成】 ロータ１０は、回転軸１２の周囲に放射状に
配置された複数の磁石１４と、各磁石１４を周方向へ挟
持して隣接する磁石１４間に配設され、磁極を形成する
複数のヨーク１６とを具備する。ヨーク１６の半径方向
中心線Ｌ上の略中心部には、軸線方向へ貫通するタイロ
ッド２２が挿入される。ヨーク１６はさらに、中心線Ｌ
上で、内周面１６ａ近傍からタイロッド２２近傍に至る
部分に、ヨーク１６を軸線方向へ貫通する第１の貫通孔
２４と、同中心線Ｌ上で、タイロッド２２近傍から外周
面１６ｂ近傍に至る部分に、ヨーク１６を軸線方向へ貫
通する第２の貫通孔２８とを備える。第１及び第２の貫
通孔２４，２８は、ヨーク１６を通る主磁束の磁束分布
を、半径方向略中心線Ｌに関して実質的対称状態に維持
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、同期電動機のロータに
関し、特に、回転軸の周囲に放射状に配置された複数の
永久磁石と、永久磁石の各々を周方向へ挟持して隣接す
る永久磁石間でそれぞれがロータの磁極を形成する複数
のヨーク部材とを備えた同期電動機のロータ構造の改良
に関する。
【０００２】
【従来の技術】同期電動機のロータにおいて、回転軸の
周囲に放射状に配置された複数の永久磁石と、各永久磁
石を周方向に挟持して回転軸の周囲に配設され、隣接す
る永久磁石間でそれぞれが磁極を形成する複数のヨーク
部材とを備えてなるロータは周知である。一般にこの種
のロータでは、各永久磁石は、各ヨーク部材の側面の内
周側及び外周側にそれぞれ突設されたフックによって、
半径方向へ固定支持される。各ヨーク部材は、珪素鋼板
等の磁性材料の積層体からなり、それぞれの略中心部に
形成した軸線方向への貫通穴内に、ヨーク部材締結用の
タイロッドが挿入される。各タイロッドはその両端で、
積層ヨーク部材の軸線方向両端に配置された環状端板に
固定され、各環状端板が回転軸に焼嵌めされる。このよ
うにして、遠心力等の外力に対して永久磁石及びヨーク
部材が確実に固定保持される。
【０００３】ヨーク部材の外周面は、僅かな空隙を介し
てステータコアに対向し、永久磁石による主磁束が、ヨ
ーク部材内を通ってステータコアとの間に磁路を形成す
る。この空隙におけるヨーク部材とステータコアとの間
の磁束分布は、正弦波曲線を描くことが理想的であり、
このとき電動機のトルクの変動が実質的に排除される。
したがってこの種のロータによれば、ヨーク部材の外周
面を所与の規則に従った湾曲面形状に形成することによ
り、上記空隙における主磁束の磁束分布を、容易に理想
の正弦波曲線に近似させることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
主磁束の磁束分布曲線は、ロータの回転作動時、すなわ
ちステータ巻線に電流を流したときに、巻線電流によっ
て及ぼされるいわゆる電機子反作用により、予め設定さ
れた最適な正弦波状の磁束分布曲線から逸脱し、電動機
のトルクむらを誘発する。これは特に、巻線の巻回数が
多い場合や巻線電流が大きい場合に顕著である。電機子
反作用によって主磁束の磁束分布が歪曲化する状態を、
図５に模式的に図示する。電機子反作用磁束Ｆr は、図
５（ｂ）に示すように主磁束Ｆに対して一般に電気角９
０゜の位相差を有する。また図５（ａ）に示すように、
ヨーク部材Ｙが容易に電機子反作用磁束Ｆr の磁路とな
るから、ヨーク部材Ｙ内を通る主磁束Ｆの磁路が電機子
反作用磁束Ｆr によって周方向へ偏移し、それによって
主磁束Ｆの磁束分布曲線に歪みが生じるのである。図５
（ｂ）に示すように、主磁束Ｆと電機子反作用磁束Ｆr
との合成磁束の磁束分布は、主磁束Ｆに対して大きく歪
曲することとなる。さらに、電機子反作用によって周方
向へ偏移した主磁束Ｆは、ヨーク部材Ｙ内に局部的な磁
気飽和を生じ、電動機のピークトルクを低減させる。
【０００５】このように、ステータコアとの間に理想的
な正弦波曲線に基づく磁束分布を形成する際に、本来は
ヨーク部材内で、ヨーク部材の半径方向中心線に関して
左右対称な磁路を形成する主磁束が、例えば電機子反作
用磁束によってその磁路の対称形状を歪曲せられ、磁路
が非対称化すると、局部的磁気飽和によって、電動機の
ピークトルクの低下、回転の円滑性の劣化、電流制御の
不安定化、鉄損の増加に伴う発熱量の増加等の課題を生
じることとなる。
【０００６】本発明は、上記の従来技術における課題を
解決するために鋭意、工夫改善を施したものであり、そ
の目的は、例えば電機子反作用による、ヨーク部材内で
の主磁束の磁束分布の非対称化を低減又は防止可能な同
期電動機のロータを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、回転軸と、回転軸の周囲に放射状に配置
され、周方向へ着磁された複数の永久磁石と、永久磁石
の各々を周方向へ挟持して回転軸の周囲に配設され、ス
テータコアに近接する外周面を有して隣接する永久磁石
間でそれぞれがロータの磁極を形成する磁性薄板材料の
積層体からなる複数のヨーク部材と、永久磁石及びヨー
ク部材の軸線方向両端に配置され、回転軸に固定連結さ
れる端板部材と、ヨーク部材の半径方向略中心線上でヨ
ーク部材を軸線方向へ貫通し、両端で端板部材の各々に
固定される締結桿部材とを具備した同期電動機のロータ
において、以下の特徴を有するロータを提供する。すな
わちこの同期電動機のロータは、上記ヨーク部材が、上
記半径方向略中心線上で、上記回転軸側の内周面近傍か
ら上記締結桿部材の近傍に至るヨーク部分に、ヨーク部
材を軸線方向へ貫通して形成される第１の貫通孔手段
と、上記半径方向略中心線上で、上記締結桿部材の近傍
からステータコア側の上記外周面近傍に至るヨーク部分
に、ヨーク部材を軸線方向へ貫通して形成される第２の
貫通孔手段とを具備し、上記永久磁石によってヨーク部
材を介して上記ステータコアとの間に形成される主磁束
の磁束分布を、上記半径方向略中心線に関して実質的対
称状態に維持することを特徴とする。
【０００８】さらに本発明によれば、上記前提構成を有
する同期電動機のロータにおいて、上記ヨーク部材が、
上記半径方向略中心線上で、上記回転軸側の内周面近傍
から上記締結桿部材の近傍に至るヨーク部分に、ヨーク
部材を軸線方向へ貫通して形成される第１の貫通孔手段
と、上記半径方向略中心線に関して対称位置で、上記永
久磁石の近傍から上記中心線方向へ傾斜して上記外周面
近傍に至るヨーク部分に、ヨーク部材を軸線方向へ貫通
して形成される一対の貫通孔からなる第２の貫通孔手段
とを具備し、上記永久磁石によってヨーク部材を介して
上記ステータコアとの間に形成される主磁束の磁束分布
を、上記半径方向略中心線に関して実質的対称状態に維
持することを特徴とする同期電動機のロータが提供され
る。
【０００９】
【作用】ヨーク部材に設けた第１の貫通孔手段は、ヨー
ク部材の内周面近傍から締結桿部材の近傍に至るヨーク
部分において、ヨーク部材を半径方向略中心線に関して
磁気的に実質的対称に分割する。このとき第１の貫通孔
手段は半径方向略中心線上にあるので、主磁束の磁路を
妨害することがない。また、第２の貫通孔手段は、ヨー
ク部材の外周面近傍における主磁束の磁路に沿って形成
されるので、やはり主磁束の磁路を妨害することなく、
ヨーク部材を半径方向略中心線に関して磁気的に実質的
対称に分割する。したがって第１及び第２の貫通孔手段
は、相互に協働して、ヨーク部材を通る主磁束の磁束分
布を、ヨーク部材の半径方向略中心線に関して実質的対
称状態に維持することができる。
【００１０】
【実施例】以下、添付図面に示した好適な実施例に基づ
き、本発明をさらに詳細に説明する。各図面において、
同じ構成要素には同一の符号を付す。図１を参照する
と、本発明の第１実施例による同期電動機のロータ１０
は、回転軸１２と、回転軸１２の周囲に放射状に配置さ
れた断面略矩形の複数（図の例では８個）の永久磁石１
４（以下、単に磁石１４という）と、各磁石１４を周方
向へ挟持して隣接する磁石１４間に配設された断面略扇
形の複数（図の例では８個）のヨーク部材１６（以下、
単にヨーク１６という）とを具備する。磁石１４は、ヨ
ーク１６の略全長に亙って軸線方向へ連続体として延設
される。ヨーク１６は、珪素鋼板を軸線方向へ積層して
形成され、磁石１４による主磁束を通してそれぞれがロ
ータ１０の磁極を形成する。
【００１１】磁石１４及びヨーク１６の軸線方向両端に
は、環状の端板１８がそれぞれ配置される。各端板１８
は、焼嵌めによって回転軸１２に固定される。各ヨーク
１６は、それぞれの半径方向中心線Ｌ上の略中心部に、
軸線方向へ貫通する１つの挿通穴２０を備え、この挿通
穴２０内に締結桿部材としてタイロッド２２が挿入され
る。各タイロッド２２は、その両端で各端板１８に固定
される。
【００１２】各ヨーク１６はさらに、半径方向略中心線
Ｌ上で、回転軸１２側の内周面１６ａ近傍からタイロッ
ド２２の近傍に至るヨーク部分に、ヨーク１６を軸線方
向へ貫通して形成される第１の貫通孔２４と、同中心線
Ｌ上で、タイロッド２２の近傍からステータコア２６
（図２参照）に対向する外周面１６ｂ近傍に至るヨーク
部分に、ヨーク１６を軸線方向へ貫通して形成される第
２の貫通孔２８とを備える。これらの第１及び第２の貫
通孔２４，２８は、ヨーク１６の中心線Ｌ上に、磁束を
通しにくい空隙部分を形成することによって、ヨーク１
６を通る磁石１４の主磁束Ｆ（図２参照）の磁束分布
の、中心線Ｌに関する非対称化を低減しようとするもの
である。このような貫通孔２４，２８の作用を、例とし
て電機子反作用による主磁束Ｆの歪曲化に対するものと
して、図２を参照して説明する。
【００１３】図２に示すように、同期電動機１０のステ
ータコア２６に巻設した巻線３０（１つのコイルについ
てのみ図示）に電流を流すと、図示のような電機子反作
用磁束Ｆr が生じる。電機子反作用磁束Ｆr の磁束分布
は、主磁束Ｆの磁束分布に対して９０゜の位相差を有す
る。このような電機子反作用磁束Ｆr がヨーク１６を通
ることによって、従来、特に電流が大きい場合に、図５
に示すように主磁束Ｆが周方向へ偏移して局部的な磁気
飽和状態を形成し、磁束分布の非対称化に起因する前述
の様々な不都合を生じていた。本発明によれば、第１実
施例では図２に示すように、第２の貫通孔２８が電機子
反作用磁束Ｆr の磁路の形成を妨げると同時に、第１及
び第２の貫通孔２４，２８が主磁束Ｆの周方向への偏移
を妨げ、中心線Ｌに関する磁束分布の非対称化を低減す
るので、ヨーク１６内での局部的な磁気飽和状態が緩和
され、主磁束Ｆの磁束分布の歪曲化が低減される。
【００１４】図３は、本発明の第２実施例による同期電
動機のロータ３２を示す。ロータ３２は、第１実施例に
よるロータ１０と同様に、回転軸１２と、回転軸１２の
周囲に放射状に配置された複数の磁石１４と、各磁石１
４を周方向へ挟持して隣接する磁石１４間に配設された
複数のヨーク部材３４（以下、単にヨーク３４という）
とを具備する。ヨーク３４は、珪素鋼板を軸線方向へ積
層して形成され、磁石１４による主磁束を通してそれぞ
れがロータ３２の磁極を形成する。各ヨーク３４は、そ
れぞれの半径方向中心線Ｌ上の略中心部に、軸線方向へ
貫通する１つの挿通穴３６を備え、この挿通穴３６内に
締結桿部材としてタイロッド２２が挿入される。各タイ
ロッド２２は、ロータ１０と同様にその両端で環状端板
１８に固定される。
【００１５】各ヨーク３４はさらに、半径方向略中心線
Ｌ上で、回転軸１２側の内周面３４ａ近傍からタイロッ
ド２２の近傍に至るヨーク部分に、ヨーク３４を軸線方
向へ貫通して形成される第１の貫通孔３８と、同中心線
Ｌに関して対称位置で、磁石１４の近傍から中心線Ｌ方
向へ凸に湾曲してステータコア２６（図４参照）に対向
する外周面３４ｂ近傍に至るヨーク部分に、ヨーク３４
を軸線方向へ貫通して形成される一対の第２の貫通孔４
０とを備える。これらの第１及び第２の貫通孔３８，４
０は、第１実施例における第１及び第２の貫通孔２４，
２８と同様に作用し、ヨーク３４を通る磁石１４の主磁
束Ｆ（図４参照）の磁束分布の、中心線Ｌに関する非対
称化を低減する。
【００１６】図４に示すように、同期電動機１０のステ
ータコア２６に巻設した巻線３０に電流を流すことによ
って生じる電機子反作用磁束Ｆr は、ヨーク３４の一対
の第２の貫通孔４０によって磁路の形成を妨げられる。
同時に、第１及び第２の貫通孔３８，４０が主磁束Ｆの
周方向への偏移を妨げ、中心線Ｌに関する磁束分布の非
対称化を低減する。したがって、第１実施例と同様に、
ヨーク３４内での局部的な磁気飽和状態が緩和されると
ともに、電機子反作用磁束Ｆr による主磁束Ｆの磁束分
布の歪曲化が低減される。ここで第２実施例では、ヨー
ク３４の第２の貫通孔４０が、電機子反作用磁束Ｆr の
磁路上の２箇所に、かつ主磁束Ｆの理想の磁路に沿って
形成されているので、電機子反作用磁束Ｆr による主磁
束Ｆの磁束分布の非対称化をさらに効果的に低減するこ
とができる。
【００１７】上記の各実施例において、第１の貫通孔２
４，３８及び第２の貫通孔２８，４０は、いずれもタイ
ロッド２２用の挿通孔２０，３６に連通せず、独立して
形成される。したがって、タイロッド２２によるヨーク
１６，３４の積層構造締結作用、遠心力に対する支持作
用等に、各貫通孔は何ら影響を与えず、ロータ１０，３
２の剛性を維持することができる。また、各実施例にお
ける第２の貫通孔２８，４０は、いずれもヨーク１６，
３４の外周面１６ａ，３４ａまでは到達しないので、ス
テータコア２６との間の空隙における磁束分布に外周面
１６ａ，３４ａの不連続性に起因した乱れを生じること
がなく、ロータ１０，３２の回転の円滑性が保持され
る。さらに、第２実施例における第２の貫通孔４０は、
磁石１４までは到達しないので、主磁束の総量を減少さ
せることがない。
【００１８】また、上記の各実施例において、タイロッ
ド２２は一般的な炭素鋼系材料からなるものを前提とし
たが、その代わりにタイロッド２２をステンレス鋼等の
非磁性材料から形成することもできる。この場合、中心
線Ｌ上に配置されたタイロッド２２が各貫通孔と同様に
作用して、ヨーク１６，３４を通る主磁束Ｆの磁束分布
の、中心線Ｌに関する非対称化が、より一層効果的に低
減されることになる。
【００１９】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
は、同期電動機のロータのヨーク部材に、半径方向略中
心線に関して対称に、軸線方向へ貫通する第１及び第２
の貫通孔手段を設け、永久磁石によってヨーク部材を通
してステータコアとの間に形成される主磁束の磁束分布
を、半径方向略中心線に関して実質的対称状態に維持す
る構成としたので、ロータの剛性を損なうことなく、例
えば電機子反作用による、ヨーク部材内での主磁束の磁
束分布の非対称化を低減又は防止することができる。し
たがって、ヨーク部材内での局部的磁気飽和による電動
機のピークトルクの低下、回転の円滑性の劣化、電流制
御の不安定化、鉄損の増加に伴う発熱量の増加等が効果
的に低減又は防止され、同期電動機の出力特性を改善す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例による同期電動機のロータ
の、（ａ）側面図、（ｂ）線Ｉ−Ｉに沿った断面図、で
ある。
【図２】図１のロータの部分拡大断面図で、ステータコ
ア及びヨーク部材に形成される磁束の分布状態を示す。
【図３】本発明の第２実施例による同期電動機のロータ
の断面図である。
【図４】図３のロータの部分拡大断面図で、ステータコ
ア及びヨーク部材に形成される磁束の分布状態を示す。
【図５】従来の同期電動機におけるロータのヨーク部材
及びステータコアに形成される磁束の分布状態を、
（ａ）部分拡大断面図、（ｂ）波形図、で示す。
【符号の説明】
１０，３２…ロータ １２…回転軸 １４…磁石 １６，３４…ヨーク １８…端板 ２２…タイロッド ２４，３８…第１の貫通孔 ２６…ステータコア ２８，４０…第２の貫通孔 ３０…巻線 Ｌ…半径方向略中心線 Ｆ…主磁束
フロントページの続き (72)発明者 岩松 登 山梨県南都留郡忍野村忍草字古馬場3580番 地 ファナック株式会社内 (72)発明者 奥 秀明 山梨県南都留郡忍野村忍草字古馬場3580番 地 ファナック株式会社内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 回転軸と、該回転軸の周囲に放射状に配
    置され、周方向へ着磁された複数の永久磁石と、該永久
    磁石の各々を周方向へ挟持して該回転軸の周囲に配設さ
    れ、ステータコアに近接する外周面を有して隣接する該
    永久磁石間でそれぞれがロータの磁極を形成する磁性薄
    板材料の積層体からなる複数のヨーク部材と、該永久磁
    石及び該ヨーク部材の軸線方向両端に配置され、該回転
    軸に固定連結される端板部材と、該ヨーク部材の半径方
    向略中心線上で該ヨーク部材を軸線方向へ貫通し、両端
    で該端板部材の各々に固定される締結桿部材とを具備し
    た同期電動機のロータにおいて、 前記ヨーク部材は、 前記半径方向略中心線上で、前記回転軸側の内周面近傍
    から前記締結桿部材の近傍に至るヨーク部分に、該ヨー
    ク部材を軸線方向へ貫通して形成される第１の貫通孔手
    段と、 前記半径方向略中心線上で、前記締結桿部材の近傍から
    ステータコア側の前記外周面近傍に至るヨーク部分に、
    該ヨーク部材を軸線方向へ貫通して形成される第２の貫
    通孔手段とを具備し、 前記永久磁石によって該ヨーク部材を介して前記ステー
    タコアとの間に形成される主磁束の磁束分布を、前記半
    径方向略中心線に関して実質的対称状態に維持する、 ことを特徴とする同期電動機のロータ。
  2. 【請求項２】 回転軸と、該回転軸の周囲に放射状に配
    置され、周方向へ着磁された複数の永久磁石と、該永久
    磁石の各々を周方向へ挟持して該回転軸の周囲に配設さ
    れ、ステータコアに近接する外周面を有して隣接する該
    永久磁石間でそれぞれがロータの磁極を形成する磁性薄
    板材料の積層体からなる複数のヨーク部材と、該永久磁
    石及び該ヨーク部材の軸線方向両端に配置され、該回転
    軸に固定連結される端板部材と、該ヨーク部材の半径方
    向略中心線上で該ヨーク部材を軸線方向へ貫通し、両端
    で該端板部材の各々に固定される締結桿部材とを具備し
    た同期電動機のロータにおいて、 前記ヨーク部材は、 前記半径方向略中心線上で、前記回転軸側の内周面近傍
    から前記締結桿部材の近傍に至るヨーク部分に、該ヨー
    ク部材を軸線方向へ貫通して形成される第１の貫通孔手
    段と、 前記半径方向略中心線に関して対称位置で、前記永久磁
    石の近傍から該中心線方向へ傾斜して前記外周面近傍に
    至るヨーク部分に、該ヨーク部材を軸線方向へ貫通して
    形成される一対の貫通孔からなる第２の貫通孔手段とを
    具備し、 前記永久磁石によって該ヨーク部材を介して前記ステー
    タコアとの間に形成される主磁束の磁束分布を、前記半
    径方向略中心線に関して実質的対称状態に維持する、 ことを特徴とする同期電動機のロータ。
JP4147509A 1992-06-08 1992-06-08 同期電動機のロータ Pending JPH05344668A (ja)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP4147509A JPH05344668A (ja) 1992-06-08 1992-06-08 同期電動機のロータ
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