(57)【要約】【課題】磁束密度や電流密度を落とすことなく、軽量化、薄型化できるアキシャル型永久磁石モータを提供する。【解決手段】磁束を形成するステータの外側に配設され、磁石６ａと磁石６ａを一方の表面に複数備えたバックヨーク５ａとからなるロータ２ａにおいて、バックヨーク５ａの磁石６ａを備えた面の反対側の面に、磁束密度の低い部分を切除する三角形断面の切欠き部７ａを設けたアキシャル型永久磁石モータ。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁束を形成するステータと、前記ステータの外側に配設され、磁石と前記磁石を一方の表面に複数備えたバックヨークとからなるロータとを有するアキシャル型永久磁石モータにおいて、
前記バックヨークにおける前記磁石を備えた面の反対側の面に、磁束密度の低い部分を切除する切欠き部を設けたことを特徴とするアキシャル型永久磁石モータ。
【請求項２】
請求項１記載のアキシャル型永久磁石モータにおいて、
前記切欠き部の形状を三角形断面としたことを特徴とするアキシャル型永久磁石モータ。
【請求項３】
請求項１記載のアキシャル型永久磁石モータにおいて、
前記切欠き部の形状を円弧断面としたことを特徴とするアキシャル型永久磁石モータ。
【請求項４】
請求項２又は請求項３記載のアキシャル型永久磁石モータにおいて、
前記切欠き部に梁となる部分を残すように、前記形状の断面の前記切欠き部を複数設けたことを特徴とするアキシャル型永久磁石モータ。
【請求項５】
磁束を形成するステータと、前記ステータの外側に配設され、磁石と前記磁石を一方の表面に複数備えたバックヨークとからなるロータとを有するアキシャル型永久磁石モータにおいて、
前記バックヨークの前記磁石を接合する部分に、磁束密度の低い部分を切除する切欠き部を設けたことを特徴とするアキシャル型永久磁石モータ。
【請求項６】
請求項５記載のアキシャル型永久磁石モータにおいて、
前記切欠き部の形状を三角形断面とし、前記切欠き部に嵌合するように、前記磁石を五角柱状にしたことを特徴とするアキシャル型永久磁石モータ。
【請求項７】
請求項５記載のアキシャル型永久磁石モータにおいて、
前記切欠き部の形状を円弧断面とし、前記切欠き部に嵌合するように、前記磁石が前記切欠き部と嵌合する面に湾曲面を有することを特徴とするアキシャル型永久磁石モータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アキシャル型永久磁石モータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
回転するロータ（回転子）が、ステータ（固定子）の内側に配置されるインナーロータ構造の一般的な永久磁石モータに対して、アキシャル型永久磁石モータは、ロータがステータの外側に配置されるアウターロータ構造を特徴としている。そのため、上記構造のアキシャル型永久磁石モータは、ロータを支持する回転軸と同じ方向に磁束が発生するように、ロータの磁石及びステータのコイルが配置されており、偏平薄型にできる特徴がある。例えば、扁平型ファンとして用いられる。上記構造を有するアキシャル型永久磁石モータのロータ、ステータの一例を図９に示す。
【０００３】
図９は、従来のアキシャル型永久磁石モータのロータ及びステータを示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は側面図である。
【０００４】
図９に示すように、従来のアキシャル型永久磁石モータは、磁束を形成するステータ１と、そのステータ１を両外側から挟み込むように配設された２枚のリング状のロータ１２を有している。図示していないが、ステータ１は筐体側に固定され、ロータ１２は回転軸となるシャフトをその中心に有する。ステータ１は、環状に配置された複数のコア３と、コア３に巻かれたコイル４からなり、ロータ１２は、リング状のバックヨーク１５と、その一方の表面に備えられた複数の磁石１６とからなる。
【０００５】
ステータ１とロータ１２の間には、適切なギャップが形成されており、回転軸方向に形成された互いの磁束により、磁気吸引力、磁気反発力を及ぼしあってロータ１２を所定の回転方向に回転させる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
機器の小型化にともない、モータ自体の小型化、軽量化が求められており、特に、アキシャル型永久磁石モータは、扁平薄型という特徴があることから、更なる薄型化が求められている。しかしながら、従来の構造のままで、モータのトルク、具体的には磁束密度や電流密度を落とすことなく、さらに軽量化、極薄化を図る事は困難である。
【０００７】
本発明は上記課題に鑑みなされたもので、磁束密度や電流密度を落とすことなく、軽量化、薄型化できるアキシャル型永久磁石モータを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明に係るアキシャル型永久磁石モータは、磁束を形成するステータと、前記ステータの外側に配設され、磁石と前記磁石を一方の表面に複数備えたバックヨークとからなるロータとを有し、前記バックヨークにおける前記磁石を備えた面の反対側の面に、磁束密度の低い部分を切除する切欠き部を設けたことを特徴とする。
【０００９】
上記課題を解決する本発明に係るアキシャル型永久磁石モータは、前記切欠き部の形状を三角形断面としたことを特徴とする。
【００１０】
上記課題を解決する本発明に係るアキシャル型永久磁石モータは、前記切欠き部の形状を円弧断面としたことを特徴とする。
【００１１】
上記課題を解決する本発明に係るアキシャル型永久磁石モータは、前記切欠き部に梁となる部分を残すように、前記形状の断面の前記切欠き部を複数設けたことを特徴とする。
【００１２】
上記課題を解決する本発明に係るアキシャル型永久磁石モータは、磁束を形成するステータと、前記ステータの外側に配設され、磁石と前記磁石を一方の表面に複数備えたバックヨークとからなるロータとを有し、前記バックヨークの前記磁石を接合する部分に、磁束密度の低い部分を切除する切欠き部を設けたことを特徴とする。
【００１３】
上記課題を解決する本発明に係るアキシャル型永久磁石モータは、前記切欠き部の形状を三角形断面とし、前記切欠き部に嵌合するように、前記磁石を五角柱状にしたことを特徴とする。
【００１４】
上記課題を解決する本発明に係るアキシャル型永久磁石モータは、前記切欠き部の形状を円弧断面とし、前記切欠き部に嵌合するように、前記磁石が前記切欠き部と嵌合する面に湾曲面を有することを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明は、モータのトルク、具体的には、磁束密度、電流密度を落とすことなく、モータを軽量化することが目的である。そのため、本発明に係るアキシャル型永久磁石モータの構成、特に、ステータ側のコイル及びコアの構成は、従来と同等のものとした。即ち、本発明のアキシャル型永久磁石モータは、筐体側に固定され、磁束を形成するステータと、そのステータを両外側から挟み込むように配設され、回転軸となるシャフトをその中心に有する２枚のリング状のロータを有する。又、ステータは、環状に配置された複数のコアと、コアに巻かれたコイルからなり、ロータは、リング状のバックヨークと、その一方の表面に備えられた複数の磁石とからなる。
【００１６】
本発明では、上記構造のアキシャル型永久磁石モータにおいて、ロータのバックヨークに着目し、磁束密度に影響を及ぼさないバックヨークの部分を切除することで、磁束密度、電流密度を落とすことなく、モータを軽量化した。その実施例のいくつかを図１乃至図６に示す。なお、本発明は、図に示す実施例のみに限定するものではない。
【００１７】
図１は、本発明に係る実施形態の一例を示すロータの斜視図である。
この図は、図９（ｂ）に示すＡ部分に相当し、後述する図２乃至図６においても同様である。
【００１８】
図１に示すように、本発明に係るロータ２ａは、リング状のバックヨーク５ａと、その一方の表面に備えられた複数の磁石６ａとを有しており、更に、磁石６ａを備えた面の反対側のバックヨーク５ａの面（磁石６ａの貼付け面の反対側の面）に、三角形断面に切除された切欠き部７ａを有する。
【００１９】
切欠き部７ａはバックヨーク５ａ自体の強度を損なわないように切除されており、例えば、切欠き部７ａの切除深さを、バックヨーク５ａの厚さｔに対して１／２程度の厚さとし、切欠き部７ａの切除長さを、磁石６ａの１極分の幅ｗに対して１／２程度の幅とする三角形断面とし、バックヨーク５ａの幅を切欠き部７ａの奥行きの長さとして切除する。後述の図７において詳細は説明するが、この部分は磁束密度の低い部分であり、この部分を切除しても磁束密度に影響を与えずに、バックヨーク５ａの体積、つまり重量を低減することができる。
【００２０】
例えば、切欠き部７ａの深さをバックヨーク５ａの厚さｔの１／２、幅を磁石６ａの１極分の幅Ｗの１／２として試算すると、バックヨーク５ａの体積を、従来と比較して１２．５％低減することができる。
【００２１】
図２は、本発明に係る実施形態の他の一例を示すロータの斜視図である。
【００２２】
図２に示すように、本発明に係るロータ２ｂは、リング状のバックヨーク５ｂと、その一方の表面に備えられた複数の磁石６ａとを有しており、更に、磁石６ａを備えた面の反対側のバックヨーク５ｂの面（磁石６ａの貼付け面の反対側の面）に、三角形断面に切除された２つの切欠き部７ｂと、切欠き部７ｂに挟まれるように形成された梁８ａと有する。
【００２３】
切欠き部７ｂはバックヨーク５ｂ自体の強度を損なわないように切除されており、例えば、切欠き部７ｂの切除深さを、バックヨーク５ｂの厚さｔに対して１／２程度の厚さとし、切欠き部７ｂの切除長さを、磁石６ａの１極分の幅ｗに対して１／２程度の幅とする三角形断面に切除する。但し、本実施例の場合、切除する三角形断面の切欠き部７ｂの奥行きを、バックヨーク５ｂの幅の１／２以下の幅にし、バックヨーク５ｂの幅方向に２つ並列するように切除して、バックヨークの幅中心に、適切な幅を有する梁８ａを形成する。後述するが、切除した部分は磁束密度の低い部分であり、この部分を切除しても磁束密度に影響を与えずに、バックヨーク５ｂの体積、つまり重量を低減することができる。
【００２４】
図１に示す実施例のバックヨーク５ａでは、遠心力や磁力により強い力がかかる場合、切欠き部７ａにて強度的に不十分になるおそれがある。しかし、本実施例では、梁８ａを設けることで、構造的に切欠き部７ｂを補強し、バックヨーク５ｂの強度に問題が生じないようにした。なお、梁８ａは、１つに限定するものではなく、更に強く補強したい場合には、梁８ａを２つ以上設けてもよい。
【００２５】
図３は、本発明に係る実施形態の他の一例を示すロータの斜視図である。
【００２６】
図３に示すように、本発明に係るロータ２ｃは、リング状のバックヨーク５ｃと、その一方の表面に備えられた複数の磁石６ａとを有しており、更に、磁石６ａを備えた面の反対側のバックヨーク５ｃの面（磁石６ａの貼付け面の反対側の面）に、円弧断面に切除された切欠き部７ｃを有する。
【００２７】
切欠き部７ｃはバックヨーク５ｃ自体の強度を損なわないように切除されており、例えば、切欠き部７ｃの切除深さが、バックヨーク５ｃの厚さｔに対して１／２程度の厚さの円弧断面とし、バックヨーク５ｃの幅を切欠き部７ｃの奥行きの長さとして切除する。後述するが、切除した部分は磁束密度の低い部分であり、この部分を切除しても磁束密度に影響を与えずに、バックヨーク５ｃの体積、つまり重量を低減することができる。
【００２８】
図１に示す実施例のバックヨーク５ａでは、遠心力や磁力により強い力がかかる場合、バックヨーク５ａの厚さの最も薄くなる部分（最小断面積となる部分）の切欠き部７ａの角部に応力が集中し、強度的に不十分になるおそれがある。しかし、本実施例では、円弧断面に切除された切欠き部７ｃが、適切な半径を有する湾曲面を形成することで、角部を排除して、応力集中を緩和し、バックヨーク５ｃの強度に問題が生じないようにした。
【００２９】
図４は、本発明に係る実施形態の他の一例を示すロータの斜視図である。
【００３０】
図４に示すように、本発明に係るロータ２ｄは、リング状のバックヨーク５ｄと、その一方の表面に備えられた複数の磁石６ａとを有しており、更に、磁石６ａを備えた面の反対側のバックヨーク５ｄの面（磁石６ａの貼付け面の反対側の面）に、円弧断面に切除された２つの切欠き部７ｄと、切欠き部７ｄに挟まれるように形成された梁８ｂとを有する。
【００３１】
切欠き部７ｄはバックヨーク５ｄ自体の強度を損なわないように切除されており、例えば、切欠き部７ｄの切除深さを、バックヨーク５ｄの厚さｔに対して１／２程度の厚さの円弧断面に切除する。但し、本実施例の場合、切除する円弧断面の切欠き部７ｄの奥行きを、バックヨーク５ｄの幅の１／２以下の幅にし、バックヨーク５ｄの幅方向に２つ並列するように切除して、バックヨーク５ｄの幅中心に、適切な幅を有する梁８ｂを形成する。後述するが、切除した部分は磁束密度の低い部分であり、この部分を切除しても磁束密度に影響を与えずに、バックヨーク５ｄの体積、つまり重量を低減することができる。
【００３２】
図３に示す実施例のバックヨーク５ｃは、遠心力や磁力により強い力がかかる場合、切欠き部７ｃにて強度的に不十分になるおそれがあるが、本実施例では、梁８ｂを設けることで、構造的に切欠き部７ｄを補強し、バックヨーク５ｄの強度に問題が生じないようにした。なお、梁８ｂも、１つに限定するものではなく、更に強く補強したい場合には、梁８ｂを２つ以上設けてもよい。
【００３３】
図５は、本発明に係る実施形態の他の一例を示すロータの斜視図である。
【００３４】
図５に示すように、本発明に係るロータ２ｅは、リング状のバックヨーク５ｅと、その一方の表面に備えられた複数の磁石６ｂとを有しており、バックヨーク５ｅは、磁石６ａを接合する部分に、その貼付け面となる三角形断面に切除された切欠き部７ｅを有し、磁石６ｂは、その切欠き部７ｅに嵌合するように五角柱状の形状を有する。
【００３５】
切欠き部７ｅはバックヨーク５ｅ自体の強度を損なわないように切除されており、例えば、切欠き部７ｅの切除深さを、バックヨーク５ｅの厚さｔに対して１／２程度の厚さとし、切欠き部７ｅの切除長さを、磁石６ｂの１極分の幅とする三角形断面とし、バックヨーク５ｅの幅を切欠き部７ｅの奥行きの長さとして切除する。後述するが、切除した部分は磁束密度の低い部分であり、この部分を切除しても磁束密度に影響を与えずに、バックヨーク５ｅの体積、つまり重量を低減することができる。
【００３６】
ロータ２ｅの磁束密度を、図９に示す従来の構造のロータ１２と同等とする場合、磁石６ｂを五角柱状とすることで、磁石６ｂの体積を変えることなく、ロータ２ｅに寄与する磁石６ｂの実効的な厚さを薄くすることができ、この五角柱状の磁石６ｂを、バックヨーク５ｅの三角形断面に切除された切欠き部７ｅに嵌め込むことで、ロータ２ｅ自体の厚さを薄型化することができる。
【００３７】
図６は、本発明に係る実施形態の他の一例を示すロータの斜視図である。
【００３８】
図６に示すように、本発明に係るロータ２ｆは、リング状のバックヨーク５ｆと、その一方の表面に備えられた複数の磁石６ｃとを有している。バックヨーク５ｆは、磁石６ｃを接合する部分に、その貼付け面となる円弧断面に切除された切欠き部７ｆを有し、その切欠き部７ｆに嵌合するように、磁石６ｃは、切欠き部７と嵌合する面に湾曲面を有し、全体の形状としては、例えば、蒲鉾状の形状を有する。
【００３９】
切欠き部７ｆはバックヨーク５ｆ自体の強度を損なわないように切除されており、例えば、切欠き部７ｆの切除深さを、バックヨーク５ｆの厚さに対して１／２程度の厚さとし、切欠き部７ｅの切除長さを、磁石６ｂの１極分の幅とする円弧断面とし、バックヨーク５ａの幅を切欠き部７ａの奥行きの長さとして切除する。後述するが、切除した部分は磁束密度の低い部分であり、この部分を切除しても磁束密度に影響を与えずに、バックヨーク５ｆの体積、つまり重量を低減することができる。
【００４０】
ロータ２ｆの磁束密度を、図９に示す従来の構造のロータ１２と同等とする場合、磁石６ｃを上記形状とすることで、磁石６ｃの体積を変えることなく、ロータ２ｅに寄与する磁石６ｃの実効的な厚さを薄くすることができ、この形状の磁石６ｃを、バックヨーク５ｆの円弧断面に切除された切欠き部７ｆに嵌め込むことで、ロータ２ｆ自体の厚さを薄型化することができる。
【００４１】
図５に示す実施例のバックヨーク５ｅでは、遠心力や磁力により強い力がかかる場合、バックヨーク５ｅの厚さの最も薄くなる部分（最小断面積となる部分）の切欠き部７ｅの角部に応力が集中し、強度的に不十分となるおそれがある。しかし、本実施例では、円弧断面に切除された切欠き部７ｆが、適切な半径を有する湾曲面を有することで、角部を排除して、応力集中を緩和し、バックヨーク５ｆの強度に問題が生じないようにした。
【００４２】
図１乃至図６の実施例に示したロータの構造とすることによる影響、特に磁束密度への影響を検証するため、図９において示した従来のロータでの磁束密度分布を確認する。
【００４３】
図７は、従来のバックヨークの、磁石の配設された反対側の面におけるシミュレーションの磁束密度の分布図であり、図８は、時間変動時のバックヨークの磁束密度の最大値を示す分布図である。
このバックヨークは、半周当たり１０個の（１８°間隔に配置された）磁石を有しており、任意の磁石と磁石の中心位置を０°と規定した。
【００４４】
図７に示すように、従来のロータ１２では、バックヨーク１５の、磁石１６が配設された反対側の面において、磁石１６と磁石１６との中心位置で、その磁束密度が最大となり、磁石１６の幅方向の中心位置に向かって、その磁束密度が減少していくことがわかる。
【００４５】
又、図８に示すように、負荷時（時間変動時、つまり、ロータ１２の回転時）のバックヨーク１５の磁束密度最大値は、約１．８［Ｔ］であり、バックヨーク１５が磁気飽和を起こす寸前の値である。この部分は、図７に示すバックヨーク１５の、磁石１６と磁石１６との中心位置に相当し、この部分のバックヨーク１５の、これ以上の薄型化は困難である。
【００４６】
しかしながら、最大値が０．６［Ｔ］程度の部位もあり、この部分は、図７に示すバックヨーク１５の、磁石１６の幅方向の中心位置に相当する。この部分は、磁束が磁石１６を通って左右両側に分かれるので、磁石１６の背面部となる部分のバックヨーク１５にはほとんど磁束が通ることはなく、ステータの励磁電流による反作用によってもほとんど影響を受けない。従って、図１乃至図６の実施例のように、この磁束の低い部分を切除しても、磁束密度の特性に支障が無いことがわかる。
【００４７】
図７、図８によると、バックヨーク１５の、磁石１６の幅方向の中心位置となる位置で、鋭角に磁束密度は変化している。そのため、バックヨーク１５の体積をできるだけ小さくするには、この磁束密度の変化の形状に沿って、切欠き部として切除するのがよい。しかしながら、切除する切欠き部を、磁束密度の低下の形状と同等の形状に切除する場合、切欠き部に鋭角な角部を有することとなり、応力集中が発生し、強度不足等の問題発生が考えられる。そこで、本発明では、図３、図４、図６の実施例のように、切欠き部を円弧状に切除した構造や、図２、図４の実施例のように、切欠き部に梁となる部分を形成した構造とすることで対処した。
【００４８】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によれば、アキシャル型永久磁石モータが、磁束を形成するステータと、前記ステータの外側に配設され、磁石と前記磁石を一方の表面に複数備えたバックヨークとからなるロータとを有し、前記バックヨークにおける前記磁石を備えた面の反対側の面に、磁束密度の低い部分を切除する切欠き部を設けたので、磁束密度を落とすことなく、バックヨークの体積を低減でき、モータの軽量化を行うことができる。
【００４９】
請求項２に係る発明によれば、前記切欠き部の形状を三角形断面としたので、磁束密度を落とすことなく、バックヨークの体積を低減でき、モータの軽量化を行うことができる。
【００５０】
請求項３に係る発明によれば、前記切欠き部の形状を円弧断面としたので、磁束密度を落とすことなく、バックヨークの体積を低減でき、モータの軽量化を行うことができる。又、円弧断面に切除した切欠き部により、切欠き部に湾曲面を有することとなり、応力集中を緩和して、バックヨークの強度に問題が生じないようにすることができる。
【００５１】
請求項４に係る発明によれば、前記切欠き部に梁となる部分を残すように、前記形状の断面の前記切欠き部を複数設けたので、切欠き部を構造的に補強して、バックヨークの強度に問題が生じないようにすることができる。
【００５２】
請求項５に係る発明によれば、アキシャル型永久磁石モータが、磁束を形成するステータと、前記ステータの外側に配設され、磁石と前記磁石を一方の表面に複数備えたバックヨークとからなるロータとを有し、前記バックヨークの前記磁石を接合する部分に、磁束密度の低い部分を切除する切欠き部を設けたので、磁束密度を落とすことなく、バックヨークの体積を低減でき、モータの軽量化を行うことができる。又、磁石を接合する部分に切欠き部を設け、その切欠き部に嵌め込むように、磁石を接合することができるため、ロータ全体の厚さを薄くすることができ、モータを薄型化することができる。
【００５３】
請求項６に係る発明によれば、前記切欠き部の形状を三角形断面とし、前記切欠き部に嵌合するように、前記磁石を五角柱状にしたので、磁束密度を落とすことなく、バックヨークの体積を低減でき、モータの軽量化を行うことができる。又、磁石を接合する部分に切欠き部を設け、その切欠き部に嵌め込むように、磁石を接合することができるため、ロータ全体の厚さを薄くすることができ、モータを薄型化することができる。
【００５４】
請求項７に係る発明によれば、前記切欠き部の形状を円弧断面とし、前記切欠き部に嵌合するように、前記磁石が前記切欠き部と嵌合する面に湾曲面を有するので、磁束密度を落とすことなく、バックヨークの体積を低減でき、モータの軽量化を行うことができる。又、磁石を接合する部分に切欠き部を設け、その切欠き部に嵌め込むように、磁石を接合することができるため、ロータ全体の厚さも薄くすることができ、モータを薄型化することができる。更に、円弧断面に切除した切欠き部により、切欠き部に湾曲面を有することとなり、応力集中を緩和して、バックヨークの強度に問題が生じないようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る実施形態の一例を示すロータの斜視図である。
【図２】本発明に係る実施形態の他の一例を示すロータの斜視図である。
【図３】本発明に係る実施形態の他の一例を示すロータの斜視図である。
【図４】本発明に係る実施形態の他の一例を示すロータの斜視図である。
【図５】本発明に係る実施形態の他の一例を示すロータの斜視図である。
【図６】本発明に係る実施形態の他の一例を示すロータの斜視図である。
【図７】従来のバックヨークにおけるシミュレーションの磁束密度の分布図である。
【図８】従来のバックヨークの時間変動時の磁束密度の最大値を示す分布図である。
【図９】従来のアキシャル型永久磁石モータのロータ及びステータを示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は側面図である。
【符号の説明】
２ａ〜２ｆ　　ロータ
５ａ〜５ｆ　　バックヨーク
６ａ〜６ｃ　　磁石
７ａ〜７ｆ　　切欠き部
８ａ、８ｂ　　梁
【図１】
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【図２】
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【図３】
2004056890.tif 000005
【図４】
2004056890.tif 000006
【図５】
2004056890.tif 000007
【図６】
2004056890.tif 000008
【図７】
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【図８】
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【図９】
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