(57)【要約】  本発明は、電動機用の巻成体、特にエアギャップワインディングを備えたブラシレスの直流電動機（２００）用の巻成体であって、ストランド（１０，２０，３０）毎に少なくとも２つのコイル（１２，１４；２２，２４；３２，３４）が設けられている形式の巻成体、及び巻成体を製造する方法に関する。本発明では、巻成体（１００）のストランド（１０；２０；３０）のコイル（１２，１４；２２，２４；３２，３４）が互いに直に連続して巻回されている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機用の巻成体、特にエアギャップワインディングを備えたブラシレスの直流電動機（２００）用の巻成体であって、ストランド（１０，２０，３０）毎に少なくとも２つのコイル（１２，１４；２２，２４；３２，３４）が設けられている形式のものにおいて、巻成体（１００）のストランド（１０；２０；３０）のコイル（１２，１４；２２，２４；３２，３４）が互いに直に連続して巻回されていることを特徴とする、電動機用の巻成体。
【請求項２】
巻成体（１００）がポット形に形成されている、請求項１記載の巻成体。
【請求項３】
巻成体（１００）が一方の軸方向端部に、半径方向外側に向かって設置された巻線ヘッド（１０８）を有している、請求項１又は２記載の巻成体。
【請求項４】
巻成体（１００）が他方の軸方向端部に、半径方向内側に向かって設置された巻線ヘッド（１０６）を有している、請求項１から３までのいずれか１項記載の巻成体。
【請求項５】
ストランド（１０；２０；３０）毎に少なくとも２つのコイル（１２，１４；２２，２４；３２，３４）を備えた、請求項１から４までのいずれか１項記載の電動機（２００）用の巻成体（１００）を製造する方法、特にエアギャップワインディングを備えたブラシレスの直流電動機（２００）用の巻成体を製造する方法であって、１つのストランド（１０；２０；３０）のコイル（１２，１４；２２，２４；３２，３４）を、別の１つのストランド（１０；２０；３０）のコイル（１２，１４；２２，２４；３２，３４）が巻回される前に、互いに連続させて巻回することを特徴とする、電動機用の巻成体を製造する方法。
【請求項６】
１つのストランド（１０；２０；３０）のコイル（１２，１４；２２，２４；３２，３４）を互いに直に連続させて巻回する、請求項５記載の方法。
【請求項７】
巻成体（１００）の巻線全体をただ１つのリッツ線によって製造し、リッツ線を、１つのストランド（１０；２０；３０）のコイル（１２，１４；２２，２４；３２，３４）から次のストランド（１０；２０；３０）の次のコイル（１２，１４；２２，２４；３２，３４）への移行時に関連付けたままにする、請求項５又は６記載の方法。
【請求項８】
コイル（１２，１４；２２，２４；３２，３４）の端部を、巻回中にループとして巻線から外に導く、請求項５から７までのいずれか１項記載の方法。
【請求項９】
ループを巻回後に互いに分ける、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
請求項１から４までのいずれか１項記載の巻成体（１００）を備えた電動機であって、該巻成体（１００）が、請求項５から９までのいずれか１項記載の方法によって製造されている、巻成体を備えた電動機。
【請求項１１】
電動機（２００）の使用、特に電子整流式の電動機（２００）の使用であって、該電動機（２００）がエアギャップワインディングを有していて、巻成体（１００）がステータ鉄パケット（１３２）とロータ（１２０）との間の空隙（１４０）に配置されている、電動工作機械（２１０）用の電動機（２００）の使用、特に、打撃式及び／又は回転駆動可能な使用工具（２１２）を備えた電動工作機械、特にバッテリ運転式の電動工作機械（２１０）用の電動機（２００）の使用。
【請求項１２】
電動工作機械、特に、打撃式及び／又は回転駆動可能な使用工具（２１２）を備えた電動工作機械であって、該電動工作機械が、エアギャップワインディングを備えた電子整流式の電動機（２００）を有していて、この場合巻成体（１００）がステータ鉄パケット（１３２）とロータ（１２０）との間の空隙（１４０）に配置されていることを特徴とする、電動工作機械。
【請求項１３】
巻成体（１００）が請求項１から４までのいずれか１項記載のように形成されている、請求項１２記載の電動工作機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機用の巻成体、特にエアギャップワインディングを備えたブラシレスの直流電動機用の巻成体であって、ストランド毎に少なくとも２つのコイルが設けられている形式のものに関する。本発明はまた、このような巻成体を製造する方法に関する。
【０００２】
片持ち式の巻成体を備えていていわゆるエアギャップワインディングを有するブラシレスの直流電動機（BLDC-Motor）が公知である。通常、このような巻成体用の巻線は、初めに心棒に装着され、この心棒は、巻成動作中にコイルを保持して、そのポジションを保つ。次に、通常エナメル線（Backlackdraht）から成っている巻線は、加熱と加圧によって最終形状にもたらされ、この最終形状を巻成体は加熱後に維持する。次いで巻成体は心棒から離型されて、さらに加工もしくは処理されることができる。
【０００３】
３ストランド２極の巻線では、製造時に３つの別個のリッツ線が加工され、このことは取扱いを極めて面倒にし、妥当ではないコストをかけることによってしか自動化が可能でない。従って通常、エアギャップワインディングを備えたこのようなＢＬＤＣ電動機の巻成体は、手によって製造されている。このような理由から、エアギャップワインディングを備えたこのようなＢＬＤＣ電動機は、僅かな個体数だけが必要な、例えばモデル構造ブランチにおける使用のためにしか、使用されない。
【０００４】
発明の開示
本発明は、電動機用の巻成体であって、特にストランド毎に少なくとも２つのコイルが設けられている、エアギャップワインディングを備えたブラシレスの直流電動機用の巻成体を改良する。
【０００５】
本発明の構成では、このような形式の巻成体において、巻成体のストランドのコイルが互いに直に連続して巻回されているようにした。１つのストランドは、巻線の２つの接続端部の接続部であり、部分コイルとも呼ばれる少なくとも２つのコイルから成っている。各部分コイルは、電動機の他の極に配属もしくは対応配置されている。通常、コイルは、複数のシングルワイヤから成る撚り線もしくはリッツ線によって巻成されている。本発明によれば、１つのストランドのコイルを互いに連続して巻回するによって、巻回動作の自動化を可能にすることができ、有利である。すべてのストランドのコイルは、ただ１つのリッツ線によって一貫して巻回されることができ、このリッツ線は巻回後に切り離されねばならない。
【０００６】
巻成体がポット形に形成されていると有利である。本発明の別の有利な構成では、巻成体が１つの軸方向端部に、半径方向外側に向かって設置された巻線ヘッドを有している。同様に、巻成体が１つの軸方向端部に、半径方向内側に向かって設置された巻線ヘッドを有している構成も有利である。このように構成されていると、それぞれ有益な構造空間を得ることができる。一方の端部に外側に向かって設置された、隆起状の拡大部の形の巻線ヘッドが設けられていて、他方の端部に内側に向かって設置された、内部の開放した底部の形の巻線ヘッドが設けられていると、巻成体は両端部において短縮され、構造空間を得ることができる。
【０００７】
本発明はまた、ストランド毎に少なくとも２つのコイルを備えた、電動機用の巻成体を製造する方法、特にエアギャップワインディングを備えたブラシレスの直流電動機用の巻成体を製造する方法に関する。
【０００８】
本発明による方法では、このような巻成体を製造する方法において、１つのストランドのコイルを、別の１つのストランドのコイルが巻回される前に、互いに連続させて巻回するようにした。巻成体の巻線は、巻回技術的に、連続した直列回路として構成される。これによって巻成体の製造を自動化することができる。そして手による巻回はもはや不要である。巻成体は例えば、三相の場合相毎に２つのコイルを備えた、６つのコイルから成っている。巻成体の巻線は、電動機の所望の回転数に応じてかつ供給電圧に関連して、数少ない巻条から成っている。１つのストランドのコイルを連続的に巻回することによって、巻回作業中に２つの異なったストランドのコイルのコイル端部を固定する必要性がなくなる。公知の巻成体では初めに、第１のストランドの第１のコイルが巻回され、次いで、第２のストランドの第１のコイルが巻回され、次に第３のストランドの第１のコイルが巻回され、その後で第１のストランドの第２のコイルが巻回され、と作業が進められる。この公知の巻回作業順序は、３つのリッツ線が、つまりストランド毎に１つのリッツ線が巻回されることを、前提としている。
【０００９】
高い充填率を得るため、及び可能な最小半径に関する巻回形態を良好に得ることができるようにするために、平行巻回（Parallelbewicklung）が行われ、つまり複数のワイヤによって同時に巻回が行われる。自動的な製造可能性に基づいて、巻線は巻線技術的に有利に、連続した直列回路として構成されている。１つのストランドのコイルを互いに直に連続させて巻回すると、有利である。
【００１０】
巻線ワイヤはエナメル線として形成されていることができる。巻成体のコイルは、巻回後に除去されるコイル体に巻回される。構造長さを節約するために、半径方向外側に向かって曲げられた縁部を形成する巻線ヘッドが成形され、この巻線ヘッドとは反対の側において縁部は、半径方向内側に向かって曲げられて設置されていて、これにより中央には開放した底部が形成される。次いで、巻線もしくは巻成体は、焼かれて１つの堅い物体に形成される。巻成体にわたって、有利には面絶縁材から成る片持ち式のスリーブである、面絶縁体が設けられる。絶縁された巻成体は、軸方向において互いに上下に積層された金属薄板リングから成るステータ鉄内に導入される。ステータ内における固定は、ワニスペーパとして面絶縁体が形成されていることによって、又は付加的に含浸樹脂を滴下することによって達成されることができる。滴下の利点は一方では、生じる電動機トルクによる回転に対して巻線を機械的に固定することであり、かつ他方では巻線からの改善された放熱にあり、このことによって、定格出力が上昇するのみならず、過負荷特性が改善され、ひいては電動機が極めて頑丈になる。
【００１１】
巻成体の巻線全体は、ただ１つのリッツ線によって製造することができ、この場合リッツ線は、１つのストランドのコイルから次のストランドの次のコイルへの移行時に、関連付けられたままにされ、巻回終了後に初めて、電動機のための相接続部を製造するために切り離される。有利には、複数のシングルワイヤから成るリッツ線が使用され、その結果平行巻回が行われる。このような平行巻回によって、製造時には、数少ない異なったワイヤ直径で十分であり、例えば、規定の電動機サイズのバリエーションの数に相当するワイヤ直径で十分である。
【００１２】
また、コイルの端部を、巻回中にループとして巻線から外に導くと有利である。従来技術ではコイル端部は自由なリッツ線端部によって形成されており、これらのリッツ線端部は、後で行われる結線時に接続部の取り違えを阻止するために、固定され、かつ確実にマーキングされねばならない。コイル端部においてループを有利に外に導くことによって、コイル端部の取り違えのおそれは減じられる。
【００１３】
ループは巻回後に有利に切り離されることができる。ループの切り離しが、コイルの電気的な接続部が完成する時点に近い時点において初めて行われることによって、コイル端部相互の対応関係が接続作業のためになお明りょうである。
【００１４】
本発明ではまた、上記方法の少なくとも１つによって製造された、巻成体を備えた電動機が提案されている。特にエアギャップワインディングを備えた電子整流式の電動機である電動機、特にエアギャップワインディングを備えたＢＬＤＣ電動機は、スロット型式のステータとＤＣ電動機とを備えたＢＬＤＣ電動機に比べて一連の利点を有している。エアギャップワインディングを備えたＢＬＤＣ電動機では、５００００ｒｐｍまでの、あるいはそれ以上の、電動機に連結された伝動装置の負荷限界にまでの高回転数を得ることができる。高回転数では僅かな鉄損しか生じない。このような電動機は、その構造形式によって小さなインダクタンスを得ることができ、高いインダクタンスは、回転数の上昇時に小さな有効電流を生ぜしめ、増大するインダクタンスによって、電子装置における切換え損失は増大してしまう。僅かな鉄損及び銅損によって、エアギャップワインディングを備えたＢＬＤＣ電動機は高い最大効率を得ることができる。低抵抗の巻線によって、作業範囲のほぼ全領域にわたって最適な効率が得られる。巻線の形式は高い「スロット充填率」を可能にし、これによって高い出力密度を生ぜしめ、かつ所望の回転への精密な適合を可能にする。巻線の製造形式によって、電動機は、約２０ｍｍ〜４０ｍｍまでのステータ直径を範囲のために特に適している。さらに、大量生産における部分自動化された製造のためには、比較的僅かな投資額しか必要ない。さらに、バッテリ技術のさらなる発展ひいてはバッテリの小さな内部抵抗によって、エアギャップワインディングを備えたＢＬＤＣ電動機の利点は、スロット型式のステータを備えたＢＬＤＣ電動機に比べて逓増的に大きくなる。
【００１５】
電動機の使用、特に、エアギャップワインディングを有する電子整流式の電動機の使用が有利であり、この場合巻成体がステータ鉄パケットとロータとの間の空隙に配置されている、電動工作機械用の電動機の使用、特に、打撃式及び／又は回転駆動可能な使用工具を備えた電動工作機械、特にバッテリ運転式の電動工作機械用の電動機の使用が、有利である。
【００１６】
エアギャップワインディングを備えた公知の電動機は、巻成体のために自動化が不可能であり、ゆえに大量生産のためには適していない。バッテリ運転式の電動工具は、進歩するバッテリ技術に基づいて、電源網によって運転される機器に比べて益々重要性を増している。一方では、バッテリ製品によって著しく多くの使用例がカバーされ、他方では駆動装置の出力が上昇し、駆動装置の効率が極めて重要になり、永久磁石励磁式の汎用のＤＣ電動機は、多くの使用例において限界に達している。該当する製品としては、例えば大きな出力のドライバ、ドリル、打撃穿孔機及びハンマドリルが挙げられる。アングルグラインダや丸鋸の所要出力がさらに高い。永久磁石励磁式のＤＣ電動機の欠点としては例えば、使用要求に関して回転数に限界がある、ということが挙げられる。その理由は、特に電動機始動時における消磁のおそれと整流にある。作業ポイントは、多くの場合、著しく減じられた効率の範囲にある。電機子からの熱損失は排出が困難である。また、整流機器において生じる損失熱は、信頼性を損なう。製品固有の機械的な反応もしくは反作用は、整流に影響を与え、耐用寿命を減じることになる。
【００１７】
これに対して本発明による電動機は、同じ出力のＤＣ電動機の２倍の値に回転数を高めることができる。出力密度は、既に存在するアプリケーションにおいて２倍にすることができ、言い換えれば同じ出力においては、半分の電動機ボリュームしか必要ない。相応に重量も減じることができる。場合によっては必要な付加的な電子機器は、構造容積に影響しない他の箇所に取り付けることができる。効率は、重要なほぼすべての作業範囲において、高い値を維持することができ、比較可能なＤＣ電動機に比べて最高度に高い。このような良好な効率に基づいて、排出されねばならない損失熱は僅かしか発生しない。高い出力要求が課せられるにもかかわらず、耐用寿命や信頼性に関する問題は回避することができる。それというのは、電動機ひいては電動工作機械は、特に頑丈で信頼性が高く、長い耐用寿命を有しているからである。運転温度に依存する効果及び製品固有の機械的な反動が、電動工作機械の機能に対して及ぼす影響は、有利に減じられている。
【００１８】
本発明ではさらに、電動工作機械、特に、打撃式及び／又は回転駆動可能な使用工具を備えた電動工作機械が提案されており、この電動工作機械は、エアギャップワインディングを備えた、特に電子整流式の電動機を有していて、この場合巻成体はステータ鉄パケットとロータとの間の空隙に配置されている。構造形式に基づいて得られる高回転数と構造形式に基づいて得られる低いインダクタンスとによって、高価値の電動機は、スロット型式のステータを備えたＢＬＤＣ電動機や永久磁石励磁式のＤＣ電動機のような他の電動機を凌駕する特性を有している。そして本発明による有利な電動工作機械は、相応に頑丈でかつ信頼性が高い。
【００１９】
巻成体の１つのストランドのコイルは、他のストランドのコイルが巻回される前に、有利に連続的に巻回されることができる。巻成体の巻線は、巻回技術的に連続した直列回路として構成される。
【００２０】
電動工作機械は有利には手持ち式工作機械である。さらに、バッテリ運転式の手持ち式工作機械が有利である。
【００２１】
図面の簡単な説明
次に図面を参照しながら本発明の実施例を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】有利な巻成体を示す斜視図である。
【図２】６コイル、２極及び３ストランドを備えた巻成体の巻回パターンを示す図である。
【図３ａ】略示されたコイルと共に巻成体を示す断面図である。
【図３ｂ】本発明による有利な電動機を示す縦断面図である。
【図４ａ】汎用の巻成体を示す図である。
【図４ｂ】本発明による有利な巻成体を示す図である。
【図４ｃ】図４ａとは反対の側から見た汎用の巻成体を示す図である。
【図４ｄ】図４ｂとは反対の側から見た有利な巻成体を示す図である。
【図５】本発明による有利な電動工作機械を示す図である。
【００２３】
本発明の実施の形態
以下においてすべての図面で、同一エレメント又は同一の作用を有するエレメントには、同一符号が使用されている。
【００２４】
図１には、例えばエアギャップワインディング（Luftspaltwicklung）を備えた電子的に転流可能なブラシレス直流電動機（BLDC-Motor）として形成された電動機のための有利な巻成体（Wickelkoerper）１００が示されている。この巻成体１００は片持ち式に形成されていて、ほぼポット形状をしていて、ほぼ円筒形の区分１０２と、一端に設けられた内方に向かって延びる巻線ヘッド１０６と、外方に向かって曲げられた巻線ヘッド１０８とを備えており、巻線ヘッド１０６は中央に開放した底部を形成していて、巻線ヘッド１０８は、巻成体１００の他端に隆起状の縁部を形成している。電気的な接点１１０を介して巻成体は運転中に給電されることができる。巻成体１００の内部１０４には取り付けられた状態において、電動機のロータが配置されており、このロータのロータ軸は、巻成体１００の両端部において突出している。
【００２５】
図２には、電動機の３ストランド２極の巻線に対する巻線パターンが示されている。
【００２６】
３ストランド２極の巻線では、第１のストランド１０のための２つのコイル１２，１４と、第２のストランド２０のための２つのコイル２２，２４と、第３のストランド３０のための２つのコイル３２，３４とが設けられていて、つまり全部で６つのコイル１２，１４，２２，２４，３２，３４が設けられており、これらのコイルは図示のように互いに結線される。各ストランド１０，２０，３０には運転時に電気的な位相Ｒ，Ｓ，Ｔが給電のために印加される。
【００２７】
図３ａ及び図３ｂには、有利な電動機２００が軸受シールド、ハウジング、冷却装置及びこれに類したものなしに、横断面図及び縦断面図で示されている。コイル１２，１４，２２，２４，３２，３４のポジションと、ロータ２０として働く永久磁石のＮ極Ｎ及びＳ極Ｓとが示されており、この場合ロータ２０はロータ軸１２２に直に配置されていて、巻成体１００の内部に位置している。各ストランド１０，２０，３０の部分コイル１２，１４；２２，２４；３２，３４はそれぞれ直径方向で向かい合って配置されている。
【００２８】
ロータ１２０はロータ軸１２２と、ロータ軸１２２に固定された永久磁石とから成っており、この永久磁石は中実磁石として形成されていても、しかしながらまた軸方向で並んで配置された複数のリングから形成されていてもよく、多くの場合、例えばNd-Fe-B-合金のような希土類元素磁石材料から形成されている。ロータ軸１２２は玉軸受によって支承されているが、しかしながらまた滑り軸受を使用することも可能である。
【００２９】
巻成体１００は、ステータ１３０の半径方向外側のステータ鉄パケット１３２とロータ１２０との間に配置されていて、図１について既に述べたように、ポット形状をしているが、これについてさらに詳しく述べる。ステータ１３０はステータ鉄パケット１３２と巻成体１００とを有している。巻成体１００の内輪郭とロータ１２０との間には、機械的な空隙１２４が配置されている。
【００３０】
有利な電動機２００は、僅かなインダクタンスと高回転数によって際立っている。巻線の製造形式によって電動機は特に、約２０ｍｍ〜４０ｍｍを越えるまでの大きな範囲のステータ直径のために特に適しており、ゆえに多数の使用例のために適宜に使用されることができる。
【００３１】
巻成体１００のストランド１０，２０，３０のコイル１２，１４，２２，２４，３２，３４は、直に連続するように１つのリッツ線によって巻回される。これによって、図１及び図２に示された巻成体１００におけるリッツ線の位置は、図４ａ〜図４ｄに示されているように、変化する。図４ａは、汎用の形式で巻回された巻成体１００ａを底部側から見て示し、図４ｃは、外方に向かって設置された巻線ヘッド１０８ａを備えた拡大された端部を示しており、これに対して図４ｂは、有利な巻成体１００をその底部１０６から示し、図４ｄは、外方に向かって巻き付けられた巻線ヘッド１０８ａを備えた拡大された端部を示している。
【００３２】
巻成体１００を製造する有利な方法によれば、第１のストランド１０のコイル１２，１４は直に互いに連続するように巻回され、次いで第２のストランド２０のコイル２２，２４が巻回され、その後で第３のストランド３０のコイル３２，３４が直に互いに連続するように巻回される。巻成体１００の巻線全体は、ただ１つのリッツ線によって製造され、この場合リッツ線は第１のストランド１０のコイル１２，１４から第２のストランド２０のコイル２２，２４への移行時、及び次いで第３のストランド３０のコイル３２，３４への移行時に、互いに関連したままであり、巻回動作中に切り離されない。各コイル端部においてリッツ線は巻回動作中にループとして巻線から導かれる。ループは巻回動作の終了した後で初めて切り離される。
【００３３】
図４ｂ及び図４ｄから明らかなように、各ストランド１０，２０，３０のコイル１２，１４，２２，２４，３２，３４はそれぞれ互いに向かい合って位置している。例えば第１のストランド１０のコイル１２及びコイル１４の最外位の巻線領域は、内方に向かって延びる底部側の巻線ヘッド１０６の外側を形成している。図面から分かるようにこれらの領域はそれぞれほぼ半月形に形成されている。両方の領域の間には、第２のストランド２０の第１のコイル２２と第２のコイル２４とが見えるが、第３のストランド３０のコイル３２，３４は覆われているので、見えない。同様なことは、外方に向かって巻かれた巻線ヘッド１０８を備えた巻成体１００の他方の端部においても言える。
【００３４】
図５には、打撃及び／又は穿孔のために駆動可能な使用工具２１２を備えた電動工作機械としての、バッテリ運転又は電源網運転のための有利な電動工作機械２１０が示されている。この電動工作機械２１０は、エアギャップワインディングを備えた有利な電動機２００を有しており、この電動機２００は、図１〜図３について既に述べたような巻成体１００を備えて構成されている。電動工作機械２１０は特に高負荷可能な電動工作機械２１０であり、例えば工業用ドライバ、バッテリ式ドライバ又はドリルハンマである。
【００３５】
電動機２００は有利には三角結線で接続されている。ＢＬＤＣ電動機は三相交流を必要とする。バッテリ運転される電動工作機械２１０では、個々の電動機巻線の制御は三相の整流器を介して行われる。この整流器は、永久磁石励磁式のＤＣ電動機の機械式の整流子を使用する。
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図４ｃ】
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【図４ｄ】
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【図５】
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【国際調査報告】
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2010531132.tif 000013
2010531132.tif 000014
2010531132.tif 000015
2010531132.tif 000016
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