(57)【要約】【課題】８の字状のループアンテナを用いる場合であっても、異物を検出し易い異物検出装置を提供する。【解決手段】磁場形成空間Ｒに磁場を発生させる送電コイル１１と、磁場形成空間Ｒ内の磁場検出面Ｓに敷設され、２つのループ部ａ〜ｈをそれぞれ有する複数の８の字状のループアンテナＡ〜Ｈと、ループアンテナＡ〜Ｈに生じる誘導電流に基づいて異物の有無を検出する検出部１３と、を備え、ループアンテナＡ〜Ｈをそれぞれ構成する２つのループ部ａ〜ｈ間には、他のループアンテナＡ〜Ｈを構成するループ部ａ〜ｈが配置されている。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁場形成空間に磁場を発生させる磁場発生部と、
前記磁場形成空間内に配置された第１ループアンテナと、
前記磁場形成空間内に配置され、２つのループ部を有する８の字状の第２ループアンテナと、
前記第１ループアンテナ及び前記第２ループアンテナに生じる誘導電流に基づいて異物の有無を検出する検出部と、
を備え、
２つの前記ループ部間には、前記第１ループアンテナが配置されている、異物検出装置。
【請求項２】
磁場形成空間に磁場を発生させる磁場発生部と、
前記磁場形成空間内に配置され、２つのループ部をそれぞれ有する複数の８の字状のループアンテナと、
前記ループアンテナに生じる誘導電流に基づいて異物の有無を検出する検出部と、
を備え、
前記ループアンテナを構成する２つの前記ループ部間には、他の前記ループアンテナを構成する前記ループ部が配置されている、異物検出装置。
【請求項３】
全ての前記ループアンテナにおいて、前記ループアンテナを構成する２つの前記ループ部間には、他の前記ループアンテナを構成する前記ループ部が配置されている、請求項２に記載の異物検出装置。
【請求項４】
前記ループアンテナは、前記磁場形成空間内の磁場検出面に敷設され、
前記磁場検出面に直交する方向から見たときに、全ての前記ループアンテナにおいて、前記ループアンテナを構成する２つの前記ループ部同士は前記磁場検出面における基準点を中心として点対称に配置されている、請求項２に記載の異物検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、異物検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１に記載されているように、磁場における磁束の変化に基づいて、異物を検出する異物検出装置がある。このような異物検出装置においては、２つのループ部を有する８の字状のループアンテナを用いて磁束の変化を検出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第６０６７２１１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、例えば、８の字状のループアンテナを構成する２つのループ部間を跨ぐように異物が入り込んだ場合、２つのループ部のそれぞれで検出される磁束の変化が互いに相殺され、８の字状のループアンテナでは異物を検出できないことがある。このため、８の字状のループアンテナを用いる場合であっても、異物を検出し易くすることが求められている。
【０００５】
そこで、本発明は、８の字状のループアンテナを用いる場合であっても、異物を検出し易い異物検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一側面に係る異物検出装置は、磁場形成空間に磁場を発生させる磁場発生部と、磁場形成空間内に配置された第１ループアンテナと、磁場形成空間内に配置され、２つのループ部を有する８の字状の第２ループアンテナと、第１ループアンテナ及び第２ループアンテナに生じる誘導電流に基づいて異物の有無を検出する検出部と、を備え、２つのループ部間には、第１ループアンテナが配置されている。
【０００７】
この異物検出装置では、８の字状の第２ループアンテナを構成する２つのループ部間に第１ループアンテナが配置されている。すなわち、第２ループアンテナの２つのループ部が互いに離れていることにより、２つのループ部間を跨ぐように異物が入り込むことが抑制され、異物が検出され易くなる。また、第２ループアンテナの２つのループ部間には第１ループアンテナが配置されていることで、第１ループアンテナは、第２ループアンテナの２つのループ部間に入り込んだ異物を検出することができる。このように、異物検出装置は、８の字状のループアンテナを用いる場合であっても、異物を検出し易くなる。
【０００８】
本発明の他の一側面に係る異物検出装置は、磁場形成空間に磁場を発生させる磁場発生部と、磁場形成空間内に配置され、２つのループ部をそれぞれ有する複数の８の字状のループアンテナと、ループアンテナに生じる誘導電流に基づいて異物の有無を検出する検出部と、を備え、ループアンテナを構成する２つのループ部間には、他のループアンテナを構成するループ部が配置されている。
【０００９】
この異物検出装置では、８の字状のループアンテナを構成する２つのループ部間に、他のループアンテナのループ部が配置されている。すなわち、２つのループ部間に他のループアンテナを配置できるように当該２つのループ部同士は離して配置されている。これにより、２つのループ部同士が離して配置されたループアンテナにおいて、２つのループ部間を跨ぐように異物が入り込むことが抑制され、異物が検出され易くなる。また、離して配置された２つのループ部間には、他のループアンテナが配置されている。これにより、２つのループ部同士が離して配置されている場合であっても、異物検出装置は、離して配置されたループ部間に入り込んだ異物を他のループアンテナを用いて検出できる。このように、異物検出装置は、８の字状のループアンテナを用いる場合であっても、異物を検出し易くなる。
【００１０】
全てのループアンテナにおいて、ループアンテナを構成する２つのループ部間には、他のループアンテナを構成するループ部が配置されていてもよい。この場合、全ての８の字状のループアンテナにおいて、２つのループ部間を跨ぐように異物が入り込むことが抑制され、異物が検出され易くなる。また、離して配置された２つのループ部間に入り込んだ異物は、他のループアンテナによって検出される。このように、異物検出装置は、８の字状のループアンテナを用いる場合であっても、より一層、異物を検出し易くなる。
【００１１】
ループアンテナは、磁場形成空間内の磁場検出面に敷設され、磁場検出面に直交する方向から見たときに、全てのループアンテナにおいて、ループアンテナを構成する２つのループ部同士は磁場検出面における基準点を中心として点対称に配置されていてもよい。この場合、基準点の周りに配置されたループアンテナの外側に配置されたループアンテナにおいては、当該ループアンテナを構成する２つのループ部同士は離して配置される。このように、２つのループ部同士が離して配置されたループアンテナにおいては、２つのループ部間を跨ぐように異物が入り込むことが抑制され、異物が検出され易くなる。また、離して配置された２つのループ部間に入り込んだ異物は、他のループアンテナによって検出される。このように、基準点の周りに配置されたループアンテナの外側に配置されたループアンテナにおいては異物が検出され易くなる。従って、異物検出装置は、８の字状のループアンテナを用いる場合であっても、より一層、異物を検出し易くなる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の種々の側面によれば、８の字状のループアンテナを用いる場合であっても、異物が検出し易くなる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施形態に係る非接触給電システムの概略構成を示す図である。
【図２】図１の非接触給電システムの内部の構成を示す断面図である。
【図３】非接触給電システムにおける送電装置のアンテナ基板周りの概略構成を示す図である。
【図４】８の字状のループアンテナを示す図である。
【図５】ループアンテナのループ部の配置を示す概略図である。
【図６】第１変形例におけるループアンテナのループ部の配置を示す概略図である。
【図７】第２変形例におけるループアンテナのループ部の配置を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明に係る異物検出装置を適用した非接触給電システムの実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１５】
図１に示されるように、非接触給電システム１００は、送電装置１と、受電装置２とを備えている。送電装置１は、車両Ｖが走行する路面Ｗ上に設置される。送電装置１は、受電装置２に対して非接触で送電する。受電装置２は、例えば電気自動車である車両Ｖに搭載されている。送電装置１は、電力供給位置に到着した車両Ｖの受電装置２に対し、例えば、磁界共鳴方式又は電磁誘導方式等のコイル間の磁気結合を利用して、電力を供給する。なお、非接触給電方式は、磁気結合を利用したものに限らず、例えば、電界共鳴方式であってもよい。
【００１６】
図２に示されるように、送電装置１は、筐体１０、送電コイル（磁場発生部）１１、アンテナ基板１２、及び検出部１３（図３参照）を備えている。送電コイル１１、アンテナ基板１２、及び検出部１３は、筐体１０内に収容されている。
【００１７】
送電コイル１１は、図示しない回路（例えば、インバータ回路）から供給された交流電力によって磁場を発生させる。本実施形態において、送電装置１は、送電装置１の上部に位置する受電装置２に対して送電する。このため、送電コイル１１は、送電コイル１１の上部の空間に磁場を発生させる。送電コイル１１が磁場を発生させる空間を、磁場形成空間Ｒとする。車両Ｖが電力供給位置で停止した状態で、受電装置２の受電コイル２１は、送電装置１の送電コイル１１の上面に対向し、且つ磁場形成空間Ｒ内に位置する。これにより、送電コイル１１から受電コイル２１へ磁場を介して送電される。
【００１８】
アンテナ基板１２は、磁場形成空間Ｒ内に入り込んだ金属等の異物を検出するセンサとして機能する。具体的には、図３に示されるように、アンテナ基板１２は、８の字状のループアンテナＡ〜Ｈ、及びループアンテナＡ〜Ｈが敷設された基板１２ａを備えている。ループアンテナＡは、２つのループ部ａを有している。２つのループ部ａ同士は、アンテナ線が交差するように接続されている（クロス接続）。すなわち、ループアンテナＡの一方の端部から他方の端部へ向かって電流を流したときに、２つのループ部ａを流れる電流の回転方向（流れ方向）は反対となる。ループアンテナＡの両端部は、検出部１３に接続されている。
【００１９】
ループアンテナＢ〜Ｈは、ループアンテナＡと同様の構成である。すなわち、ループアンテナＢ〜Ｈは、それぞれ、２つのループ部ｂ〜ｈを有している。ループアンテナＢ〜Ｈの両端部は、それぞれ検出部１３に接続されている。
【００２０】
アンテナ基板１２は、磁場形成空間Ｒ内の磁場検出面Ｓに設置されている。すなわち、ループアンテナＡ〜Ｈは、磁場検出面Ｓに敷設されている。ループアンテナＡ〜Ｈは、磁場検出面Ｓにおける磁束の変化を検出する。磁場検出面Ｓは、磁場形成空間Ｒ内において、ループアンテナＡ〜Ｈを用いて磁束を検出する面として予め設定されている。磁場検出面Ｓは、例えば、送電コイル１１とアンテナ基板１２とが対向する方向に直交する。
【００２１】
ループアンテナＡは、送電コイル１１が発生させた磁束がループ部ａ内を通るように、基板１２ａに敷設されている。また、送電コイル１１が磁束を発生させたときに一方のループ部ａで生じる誘導電流と他方のループ部ａで生じる誘導電流とが相殺されるように、２つのループ部ａの大きさ及びアンテナ線の巻き数等が調整されている。同様に、ループアンテナＢ〜Ｈは、送電コイル１１が発生させた磁束がループ部ｂ〜ｈ内を通るように、基板１２ａに敷設されている。また、ループ部ａと同様に、ループ部ｂ〜ｈの大きさ及びアンテナ線の巻き数等が調整されている。
【００２２】
送電装置１と受電装置２との間の磁場形成空間Ｒ内に異物が存在する場合、送電コイル１１が発生させた磁束の密度が変化する。ループアンテナＡ〜Ｈは、磁場検出面Ｓにおいて、異物の存在によって生じた磁束の密度の変化を検出する。
【００２３】
検出部１３は、ループアンテナＡ〜Ｈの検出結果（ループアンテナＡ〜Ｈで生じた誘導電流）に基づいて、磁場形成空間Ｒ内の異物の有無を検出する。検出部１３は、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）やＣＰＵ（CentralProcessing Unit）等の各種プロセッサ（制御器）である。具体的には、異物が存在しない場合、ループアンテナＡ〜Ｈには、送電コイル１１が発生させた磁束による誘導電流が生じない。異物が存在する場合、送電コイル１１が発生させた磁束の分布が変化し、ループアンテナＡ〜Ｈのいずれかに誘導電流が生じる。検出部１３は、ループアンテナＡ〜Ｈのいずれかに生じた誘導電流に基づいて、異物の有無を検出する。検出部１３によって異物が検出された場合、送電装置１は、例えば、送電コイル１１による送電を停止する。
【００２４】
このように、ループアンテナＡ〜Ｈ、送電コイル１１、及び検出部１３は、磁場形成空間Ｒ内の異物の有無を検出する異物検出装置３０として機能する。
【００２５】
本実施形態において、ループアンテナＡは、図４に示されるように、２つのループ部ａ同士が離して配置されている。離して配置されたループ部ａ間には、他のループアンテナＢ〜Ｈを構成するループ部ｂ〜ｈのうち少なくともいずれかが配置される。また、ループ部ａは、図４に示されるように、略矩形に形成されている。ループアンテナＢ〜Ｈについても、図４に示されるループアンテナＡと同様の構成となっている。これにより、基板１２ａにループ部ａ〜ｈを配置する際に、ループ部ａ〜ｈが円形である場合に比べて、ループ部ａ〜ｈ間の隙間を少なくできる。
【００２６】
次に、基板１２ａに設けられるループアンテナＡ〜Ｈのループ部ａ〜ｈの配置について説明する。本実施形態では、図５に示されるように、上方からアンテナ基板１２を見たときに、縦方向及び横方向にそれぞれ４つずつのマトリクス状にループ部ａ〜ｈが配置される。また、図５では、符号ａ〜ｈを用い、縦方向及び横方向にそれぞれ４つずつループ部ａ〜ｈを配置したときの各ループ部ａ〜ｈの配置位置を示している。例えば、図５では、左下の「ａ（Ａ）」及び右上の「ａ（Ａ）」の位置に、ループアンテナＡの２つのループ部ａがそれぞれ配置されていることを示している。
【００２７】
図５に示されるように、全てのループアンテナＡ〜Ｈにおいて、ループアンテナＡ〜Ｈを構成する２つのループ部ａ〜ｈのそれぞれの間には、他のループ部ａ〜ｈの少なくともいずれかが配置されている。具体的には、例えば、２つのループ部ａ間には、ループ部ｈ及びループ部ｇが配置されている。同様に、例えば、２つのループ部ｅ間には、ループ部ｆ及びループ部ｈが配置されている。すなわち、２つのループ部ａ同士が隣接していない。同様に、２つのループ部ｂ〜ｈ同士が、それぞれ隣接していない。
【００２８】
以上のように、異物検出装置３０では、８の字状のループアンテナＡを構成する２つのループ部ａ間に、他のループアンテナＢ〜Ｈのループ部ｂ〜ｈの少なくともいずれかが配置されている。すなわち、２つのループ部ａ間に他のループアンテナＢ〜Ｈを配置できるように当該２つのループ部ａ同士は離して配置されている。他のループ部ｂ〜ｈについても、ループ部ａと同様に、互いに離して配置されている。これにより、２つのループ部ａ同士が離して配置されたループアンテナＡにおいて、２つのループ部ａ間を跨ぐように異物が入り込むことが抑制され、異物が検出され易くなる。なお、異物が２つのループ部ａ間を跨ぐこととは、磁場検出面Ｓに直交する方向から見たときに、一方のループ部ａの少なくとも一部に異物が重なり且つ他方のループ部ａの少なくとも一部に異物が重なることである。他のループ部ｂ〜ｈについても、ループ部ａと同様に、２つのループ部ｂ〜ｈ間を跨ぐように異物が入り込むことが抑制され、異物が検出され易くなる。
【００２９】
また、図５に示されるように、離して配置された２つのループ部ａ間には、他のループアンテナＨのループ部ｈ及びループアンテナＧのループ部ｇが配置されている。離して配置された２つのループ部ｂ〜ｈ間にも、ループ部ａと同様に、他のループアンテナＡ〜Ｈのループ部ａ〜ｈの少なくともいずれかが配置されている。これにより、２つのループ部ａ〜ｈ同士が離して配置されている場合であっても、異物検出装置３０は、離して配置されたループ部ａ〜ｈ間に入り込んだ異物を他のループアンテナＡ〜Ｈを用いて検出できる。以上のように、異物検出装置３０は、８の字状のループアンテナＡ〜Ｈを用いる場合であっても、異物を検出し易くなる。
【００３０】
次に、第１変形例について説明する。第１変形例は、上記の実施形態の構成と比較してループアンテナＡ〜Ｈのループ部ａ〜ｈの配置のみが異なっている。以下、第１変形例におけるループ部ａ〜ｈの配置について説明する。図６に示されるように、全てのループアンテナＡ〜Ｈにおいて、ループアンテナＡ〜Ｈを構成する２つのループ部ａ〜ｈのそれぞれの間には、他のループ部ａ〜ｈの少なくともいずれかが配置されている。
【００３１】
具体的には、例えば、２つのループ部ａ間には、ループ部ｈ及びループ部ｆが配置されている。同様に、例えば、２つのループ部ｅ間には、ループ部ｆが配置されている。ループ部ａ〜ｄは、それぞれ図６における上下方向に、互いに間を離して配置されている。ループ部ａ〜ｄは、それぞれ図６における上下方向に線対称に配置されている。ループ部ｅ〜ｈは、それぞれ図６における左右方向に、互いに間を離して配置されている。すなわち、２つのループ部ａ同士が隣接していない。同様に、２つのループ部ｂ〜ｈ同士が、それぞれ隣接していない。
【００３２】
第１変形例のようにループアンテナＡ〜Ｈを配置した場合であっても、異物検出装置３０は、実施形態と同様の作用効果を奏する。
【００３３】
次に、第２変形例について説明する。第２変形例は、上記の実施形態の構成と比較してループアンテナＡ〜Ｈのループ部ａ〜ｈの配置のみが異なっている。以下、第２変形例におけるループ部ａ〜ｈの配置について説明する。ここで、磁場検出面Ｓに直交する方向から見たときの磁場検出面Ｓの所定の位置を、基準点Ｋとする。本実施形態においては、図７に示されるように、磁場検出面Ｓに直交する方向から基板１２ａを見たときの中心位置を基準点Ｋとする。ループアンテナＡ〜Ｈを構成する２つのループ部ａ〜ｈ同士は、基準点Ｋを中心として点対称に配置されている。
【００３４】
具体的には、基準点Ｋの周り（基準点Ｋに隣接する位置）には、２つのループ部ｇ及び２つのループ部ｈが基準点Ｋを中心として点対称に配置されている。ループ部ｇ及びｈの外側には、ループ部ａ〜ｆが基準点Ｋを中心として点対称に配置されている。すなわち、２つのループ部ａ同士が隣接していない。同様に、２つのループ部ｂ〜ｆ同士が、それぞれ隣接していない。２つのループ部ａ〜ｆのそれぞれの間には、ループアンテナＧ及びＨの少なくともいずれかが位置している。
【００３５】
以上のように、ループ部ａ〜ｈを点対称に配置した場合、基準点の周りに配置されたループ部ｇ及びｈの外側に配置されたループアンテナＡ〜Ｆを構成する２つのループ部ａ〜ｆ同士は、離して配置される。このように、２つのループ部ａ〜ｆ同士が離して配置されたループアンテナＡ〜Ｆにおいては、２つのループ部ａ〜ｆ間を跨ぐように異物が入り込むことが抑制され、異物が検出され易くなる。また、離して配置された２つのループ部ａ〜ｆ間に入り込んだ異物は、他のループアンテナＧ及びＨの少なくともいずれかによって検出される。このように、基準点Ｋの周りに配置されたループアンテナＧ及びＨの外側に配置されたループアンテナＡ〜Ｆにおいては異物が検出され易くなる。従って、異物検出装置３０は、８の字状のループアンテナＡ〜Ｈを用いる場合であっても、異物を検出し易くなる。
【００３６】
２つのループ部ａが基準点Ｋを中心として点対称に配置されることにより、一方のループ部ａから基準点Ｋまでの距離と、他方のループ部ａから基準点Ｋまでの距離とが等しくなる。他のループ部ｂ〜ｈについてもループ部ａと同様に、一方のループ部ｂ〜ｈから基準点Ｋまでの距離と、他方のループ部ｂ〜ｈから基準点Ｋまでの距離とが等しくなる。また、一般に、送電コイル１１が発生させる磁束の密度分布は、例えば、送電コイル１１の中心位置等の磁束基準点を中心とした点対称となる。このため、ループ部ａ〜ｈを点対称に配置するときの基準点Ｋの位置と送電コイル１１が発生させる磁束の密度分布の磁束基準点とを一致させることにより、２つのループ部ａは、鎖交する磁束の量が互いに略同じとなる位置（磁束の密度分布が略同じ位置）に配置される。すなわち、２つのループ部ａ間において誘導電流を相殺するために、２つのループ部ａの構成（ループの開口面積及びアンテナ線の巻き数）を互いに同じとするだけで良く、ループ部ａの設計が容易となる。他のループ部ｂ〜ｈについてもループ部ａと同様に、ループ部ｂ〜ｈの設計が容易となる。
【００３７】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、ループアンテナＡ〜Ｈは、全て８の字状としたが、いずれかのループアンテナがループ部を一つのみ有する構成であってもよい。そして、８の字状のループアンテナ（第２ループアンテナ）を構成する２つのループ部間に、ループ部を一つのみ有するループアンテナ（第１ループアンテナ）が配置されていてもよい。具体的には、例えば、図６に示されるループアンテナＦがループ部ｆを一つのみ有する構成であり、２つのループ部ａ間にループ部ｆが配置されていてもよい。
【００３８】
ループ部ａ〜ｈの形状は、矩形としたが、例えば、円、楕円、三角、菱形等、矩形以外の形状であってもよい。上記実施形態等では、８個のループアンテナＡ〜Ｈを用いた場合を例に説明したが、ループアンテナの数は８個に限定されない。また、ループ部ａ〜ｈを、縦方向及び横方向にそれぞれ４つずつのマトリクス状に配置したが、縦方向及び横方向に配置するループ部の数は４つに限定されない。また、ループ部ａ〜ｈをマトリクス状に配置したが、マトリクス状に配置することに限定されない。
【００３９】
例えば、実施形態及び第１変形例では、全てのループアンテナＡ〜Ｈにおいて、２つのループ部ａ〜ｈのそれぞれの間に他のループアンテナＡ〜Ｈが配置されているが、全てのループアンテナＡ〜Ｈがこのように配置されていなくてもよい。異物検出装置３０が備える複数のループアンテナＡ〜Ｈのうち、いずれか一つ以上のループアンテナにおいて、２つのループ部間に他のループアンテナが配置されていればよい。
【００４０】
上記の実施形態等においてループアンテナＡ〜Ｈは、送電コイル１１が発生させた磁束の変化を検出したが、送電コイル１１以外の磁場発生部が発生させた磁束の変化を検出してもよい。例えば、上記実施形態等において、ループアンテナＡ〜Ｈは、異物を検出するため専用に設けられた磁場発生部が発生させた磁場における磁束の変化を検出してもよい。
【００４１】
上記の実施形態においては、異物検出装置３０が非接触給電システム１００の送電装置１に適用された場合を例に示したが、非接触給電システム１００以外の装置に異物検出装置３０が適用されてもよい。例えば、異物検出装置３０は、コイルと磁場を用いる金属探知装置に適用されてもよい。
【符号の説明】
【００４２】
１１  送電コイル（磁場発生部）
１３  検出部
Ａ〜Ｈ  ループアンテナ
ａ〜ｈ  ループ部
Ｋ  基準点
Ｒ  磁場形成空間
Ｓ  磁場検出面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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