JP2008035654A - Magnetic rotating device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、磁石の反発力を利用して回転体を回転駆動する磁力回転装置に関する。 The present invention relates to a magnetic rotating device that rotationally drives a rotating body using a repulsive force of a magnet.
磁力回転装置は、磁石同士の磁気反発力を回転力として利用する回転装置である。電動機が電気エネルギーを変換することにより回転力を得るのに対し、磁力回転装置は磁石の磁気反発力より回転力を得ることができるため、入力に対する出力が高いという点で効率に優れた回転装置を提供することができる。回転力を得るために用いる磁石としては、電磁石又は永久磁石が用いられるが、特に永久磁石を用いることにより、着磁させる必要がないので、より効率に優れた回転装置を提供することができる。 The magnetic rotating device is a rotating device that uses a magnetic repulsive force between magnets as a rotating force. While a motor obtains rotational force by converting electric energy, a magnetic rotating device can obtain rotational force from the magnetic repulsive force of a magnet. Can be provided. An electromagnet or a permanent magnet is used as the magnet used to obtain the rotational force. However, since a permanent magnet is not required to be magnetized, a rotating device with higher efficiency can be provided.
磁力回転装置を動作させるためには、磁気反発力を得るための磁石の対に加え、回転体の回転位置に応じて磁石の磁気反発力を制御するための磁力制御体及び磁力制御装置が必要となる。 In order to operate the magnetic rotation device, in addition to a pair of magnets for obtaining a magnetic repulsion force, a magnetic force control body and a magnetic force control device for controlling the magnetic repulsion force of the magnet according to the rotational position of the rotation body are required. It becomes.
上述のような磁力回転装置の問題点を解決するために、永久磁石同士の磁気反発力を回転力として利用した回転装置として、本出願人は、永久磁石,磁力制御体となる磁気遮蔽体,従動体,弾機,摺動案内体などからなる回転装置を提案している。(例えば、特許文献1)
特許文献1の回転装置は、回転軸に設けたローター磁極の外側に磁気路を有する磁気遮蔽体を介してステーター磁極を設け、さらに回動体に取り付けた従動体の基端をフレームに固設した摺動案内体に摺動自在に設けるとともに従動体の先端を磁気遮蔽体に軸着し、かつ回動体と磁気遮蔽体間に弾機を設け、かつ回転軸と回転体との間に逆方向の同期装置を設けた回転装置である。
In order to solve the problems of the magnetic rotating device as described above, as a rotating device that uses the magnetic repulsion force between permanent magnets as a rotating force, the present applicant has a permanent magnet, a magnetic shield serving as a magnetic force control body, We have proposed a rotating device consisting of a follower, a bullet machine, a sliding guide, and the like. (For example, Patent Document 1)
In the rotating device of
これにより、ローター磁極の回転にともなってローター磁極及びステーター磁極が近づいて相対向する時点において、ローター磁極とステーター磁極との間には磁気遮蔽体が位置するのに対し、ローター磁極とステーター磁極がそれぞれ離れようとする時点において、ローター磁極とステーター磁極との間に磁気路が位置するために、磁石同士の磁気反発力によってローター磁極を一方向に回転させることができる。 Thus, when the rotor magnetic pole and the stator magnetic pole approach each other as the rotor magnetic pole rotates, the magnetic shield is located between the rotor magnetic pole and the stator magnetic pole, whereas the rotor magnetic pole and the stator magnetic pole are Since the magnetic path is located between the rotor magnetic pole and the stator magnetic pole at the time of being separated from each other, the rotor magnetic pole can be rotated in one direction by the magnetic repulsive force between the magnets.
また、ローター磁極とステーター磁極との磁力を有効にローターの回転力にスムースに変換することができる。さらに、回転軸に設けたローター磁極の外側に磁気路を有する磁気遮蔽体を介してステーター磁極を設け、回動体に取付けた従動体の基端をフレームに固設した摺動案内体に摺動自在に設けるとともに従動体の先端を磁気遮蔽体に軸着し、かつ回動体と磁気遮蔽体間に弾機を設けることによってローター磁極とステーター磁極との磁力を有効にローターの回転力に変換することができる。 Further, the magnetic force between the rotor magnetic pole and the stator magnetic pole can be effectively converted smoothly into the rotational force of the rotor. Furthermore, a stator magnetic pole is provided via a magnetic shield having a magnetic path outside the rotor magnetic pole provided on the rotating shaft, and the base end of the follower attached to the rotating body slides on a sliding guide body fixed to the frame. The magnetic force between the rotor magnetic pole and the stator magnetic pole is effectively converted into the rotational force of the rotor by providing it freely and by pivotally attaching the tip of the driven body to the magnetic shield and providing an elastic machine between the rotating body and the magnetic shield. be able to.
一方で、永久磁石と電磁石との磁気反発力を回転力として利用した回転装置として、回転軸に支持された回転体と、該回転体の円周領域に、回転方向と交差する面を磁極とし互いに同一極性の磁極を対向させて近接配置された少なくとも一対の永久磁石と、前記回転体の周面の外方近傍に該回転体に対面して配置され、前記永久磁石の対向する磁極から発生する静磁界に反発する磁界を発生する電磁石と、前記永久磁石の対向する磁極が前記電磁石の前記回転体に対面する部位を通過するときに電磁石を励磁し、上記対向する磁極の反対面の磁極で回転方向後部に位置する反対極性の磁極が通過する前に励磁を解除する制御装置とを備えた磁力回転装置が提案されている。(例えば、特許文献2)
この磁力回転装置は、回転体の回転位置に応じて電磁石の制御を行う装置であり、制御装置は、位置検出手段により回転位置を検出し、回転位置に応じて電磁石の制御信号を出力する役割を果たす。また、位置検出手段は、発光素子,スリット,受光素子などからなり、受光素子の出力の強度変化に応じて位置を検出する役割を果たす。
This magnetic rotating device is a device that controls the electromagnet according to the rotational position of the rotating body, and the control device detects the rotational position by the position detection means and outputs an electromagnet control signal according to the rotational position. Fulfill. Further, the position detection means includes a light emitting element, a slit, a light receiving element, and the like, and plays a role of detecting the position according to the intensity change of the output of the light receiving element.
従来技術のうち、永久磁石同士の磁気反発力を用いた磁力回転装置では、磁力制御体となる磁気遮蔽体又は磁気路は、ローター磁極とステーター磁極との相対位置に応じて、物理的に位置制御する必要があった。このため、回転装置自体の構造が複雑であり、小型化が容易でなかった。また、回転体の回転速度に応じた磁気反発力の制御が困難であった。 Among the conventional techniques, in the magnetic rotating device using the magnetic repulsion force between the permanent magnets, the magnetic shield or magnetic path serving as the magnetic force controller is physically positioned according to the relative position between the rotor magnetic pole and the stator magnetic pole. There was a need to control. For this reason, the structure of the rotating device itself is complicated, and downsizing is not easy. In addition, it is difficult to control the magnetic repulsive force according to the rotational speed of the rotating body.
一方で、永久磁石と電磁石との磁気反発力を用いた磁力回転装置では、永久磁石と電磁石との相対位置を電磁石の位置を位置検出手段により検出し、電磁石の位置に応じて電磁石への励磁又は消磁などの制御を行う必要があった。このため、電磁石の位置検出手段及び制御装置などが必要となり、回転装置自体の構造が複雑であるばかりか、小型化が容易でなかった。 On the other hand, in the magnetic rotating device using the magnetic repulsion force between the permanent magnet and the electromagnet, the relative position between the permanent magnet and the electromagnet is detected by the position detecting means, and the electromagnet is excited according to the position of the electromagnet. Or it was necessary to perform control such as demagnetization. For this reason, an electromagnet position detecting means, a control device, and the like are required, and the structure of the rotating device itself is complicated, and downsizing is not easy.
そこで、本発明は上記問題点に着目し、磁石の磁気反発力を制御することにより、比較的簡単な構造でかつ小型化に適した磁力回転装置を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention pays attention to the above problems, and an object thereof is to provide a magnetic rotating device having a relatively simple structure and suitable for miniaturization by controlling the magnetic repulsive force of a magnet.
本発明の請求項1記載の磁力回転装置は、回転軸に支持された回転体と、該回転体と一体に設けられ該回転体の周面部に設けられたローター磁極及び該ローター磁極の外側に対向可能に設けられ前記ローター磁極と同一極性のステーター磁極を備えた磁界発生手段と、前記ローター磁極とステーター磁極との間に介在し前記磁界発生手段より生じる磁気を遮蔽する遮蔽体とを備えた回転装置であって、前記ローター磁極と前記ステーター磁極との間に介在し前記磁界発生手段の反発力を制御する磁力制御体と、前記磁力制御体を前記回転体の回転角で制御する制御装置とを備えたことを特徴とする。 According to a first aspect of the present invention, there is provided the magnetic rotating device according to the first aspect of the present invention, the rotating body supported by the rotating shaft, the rotor magnetic pole provided integrally with the rotating body, and the outer surface of the rotor magnetic pole. Magnetic field generating means provided with a stator magnetic pole having the same polarity as the rotor magnetic pole provided so as to be opposed to each other, and a shield that is interposed between the rotor magnetic pole and the stator magnetic pole and shields the magnetism generated from the magnetic field generating means. A rotating device that is interposed between the rotor magnetic pole and the stator magnetic pole and controls a repulsive force of the magnetic field generating means, and a control device that controls the magnetic force controlling body with a rotation angle of the rotating body It is characterized by comprising.
本発明の請求項2記載の磁力回転装置は、請求項1において、前記磁力制御体が、前記磁界発生手段間に近接配置され、少なくとも前記磁界発生手段の反発力を制御する位置に磁路部を形成するようにコイル巻きした磁気遮蔽体であり、前記磁路部の透磁率を制御することを特徴とする。 The magnetic rotating device according to a second aspect of the present invention is the magnetic rotating device according to the first aspect, wherein the magnetic force control body is disposed close to the magnetic field generating means and at least a position for controlling a repulsive force of the magnetic field generating means. The magnetic shield is coiled so as to form a magnetic field, and the magnetic permeability of the magnetic path portion is controlled.
本発明の請求項3記載の磁力回転装置は、請求項2において、前記磁気遮蔽体が、磁性材料からなることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, the magnetic rotating device according to the second aspect is characterized in that the magnetic shield is made of a magnetic material.
本発明の請求項4記載の磁力回転装置は、請求項1において、前記制御装置が、回転角に応じて通電するスリップリングであることを特徴とする。 A magnetic rotating device according to a fourth aspect of the present invention is the magnetic rotating device according to the first aspect, wherein the control device is a slip ring that energizes in accordance with a rotation angle.
本発明の請求項5記載の磁力回転装置は、請求項1において、前記磁界発生手段が、永久磁石であることを特徴とする。
The magnetic rotating device according to
本発明の磁力回転装置によれば、磁力制御体、磁力制御体の制御装置によって磁界発生手段の磁気反発力を制御することにより、比較的簡単な構造でかつ小型化に適した磁力回転装置を提供することができる。 According to the magnetic rotating device of the present invention, by controlling the magnetic repulsive force of the magnetic field generating means by the magnetic force control body and the magnetic force control body control device, a magnetic rotating device having a relatively simple structure and suitable for downsizing can be obtained. Can be provided.
請求項1の構成によれば、磁力制御体で前記磁界発生手段の反発力を制御して回転力として利用し、前記磁力制御体の励磁又は消磁などの制御を前記回転体の回転角により行うことができる磁力回転装置を提供することができる。 According to the configuration of the first aspect, the repulsive force of the magnetic field generating means is controlled by the magnetic force control body and used as a rotational force, and the excitation or demagnetization of the magnetic force control body is controlled by the rotation angle of the rotary body. It is possible to provide a magnetic rotating device capable of performing the above.
請求項2の構成によれば、前記磁気遮蔽体に巻かれたコイルを通じて励磁又は消磁することにより、前記磁路部の透磁率を制御し、前記磁界発生手段の反発力を制御することができる磁力回転装置を提供することができる。
According to the configuration of
請求項3の構成によれば、透磁率の高い磁性材料を用いることにより、前記磁界発生手段の反発力を制御できる磁力回転装置を提供することができる。 According to the configuration of the third aspect, it is possible to provide a magnetic rotating device capable of controlling the repulsive force of the magnetic field generating means by using a magnetic material having a high magnetic permeability.
請求項4の構成によれば、前記回転体の回転角に応じて前記磁気制御遮蔽体の励磁又は消磁を行うことができる磁力回転装置を提供することができる。
According to the structure of
請求項5の構成によれば、着磁させることなく磁界を発生させることができる磁力回転装置を提供することができる。
According to the structure of
以下、添付図面を参照しながら、本発明における磁力回転装置の好ましい各実施例を説明する。なお、各実施例において、同一箇所には同一符号を付し、共通する部分の説明は重複するため極力省略する。 Hereinafter, preferred embodiments of a magnetic rotating device according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. Note that, in each embodiment, the same portions are denoted by the same reference numerals, and the description of the common portions will be omitted as much as possible.
本発明の磁力回転装置は、回転軸に支持された回転体と、該回転体の円周面及び外周面に同一極性の磁極を対向させて配置された少なくとも二対の磁界発生手段と、前記磁界発生手段より生じる磁気を遮蔽する遮蔽体とを備えた回転装置において、
前記磁界発生手段の反発力を制御する磁力制御体と、前記磁力制御体を前記回転体の回転角で制御する制御装置とを備えたことを特徴とするものである。
The magnetic rotating device of the present invention comprises a rotating body supported by a rotating shaft, at least two pairs of magnetic field generating means arranged with opposing magnetic poles of the same polarity on the circumferential surface and the outer peripheral surface of the rotating body, In a rotating device provided with a shield that shields magnetism generated by a magnetic field generating means,
A magnetic force control body for controlling a repulsive force of the magnetic field generating means, and a control device for controlling the magnetic force control body with a rotation angle of the rotating body are provided.
本発明に用いる回転体としては、特定のものに限定されるものではないが、例えば、回転体の円周面の少なくとも一部に磁界発生手段を備えた回転体が好ましく用いられる。回転体の回転力となる磁気反発力を得るための磁界発生手段としては、永久磁石が好ましく用いられるが、電磁石を用いてもよい。磁界発生手段より得られる磁束を遮蔽又は通過させるための磁力制御体は、特定のものに限定されるものではないが、磁性材料をコイル巻きするのが好ましい。 The rotating body used in the present invention is not limited to a specific one. For example, a rotating body provided with a magnetic field generating means on at least a part of the circumferential surface of the rotating body is preferably used. A permanent magnet is preferably used as the magnetic field generating means for obtaining the magnetic repulsive force that is the rotational force of the rotating body, but an electromagnet may be used. The magnetic force control body for shielding or passing the magnetic flux obtained from the magnetic field generating means is not limited to a specific one, but it is preferable to coil the magnetic material.
磁力制御体を構成する磁性材料としては、磁気飽和を起こしやすく、透磁率が比較的高く、ヒステリシスが比較的小さい材料が好ましいが、例えば、珪素鋼,コバルト,ニッケル,軟鉄,鉄,純鉄,パーマロイ,フェライト,磁性材料の組み合わせからなる材料を含む軟磁性材料又は硬磁性材料などが好ましく用いられる。また、磁性材料にコイルを巻く場所は、特定のものに限定されるものではないが、少なくとも磁路を形成する一部に巻かれるのが好ましい。さらに、磁力制御体を回転角に応じて制御する制御装置としては、回転角に応じて通電するスリップリングが最も好ましく用いられる。 As the magnetic material constituting the magnetic force control body, a material that easily causes magnetic saturation, a relatively high permeability, and a relatively small hysteresis is preferable. For example, silicon steel, cobalt, nickel, soft iron, iron, pure iron, A soft magnetic material or a hard magnetic material including a material made of a combination of permalloy, ferrite, and a magnetic material is preferably used. Moreover, although the place which winds a coil around a magnetic material is not limited to a specific thing, it is preferable to wind at least in a part which forms a magnetic path. Furthermore, as a control device that controls the magnetic force control body according to the rotation angle, a slip ring that energizes according to the rotation angle is most preferably used.
以下、具体的な実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to specific examples, but the present invention is not limited to these examples.
以下、本発明の実施例1について図1から図4を参照して説明する。図1は、本発明の実施例1による磁力回転装置を説明するための概略図である。
図1において、固定されているフレーム1の中心には、支持軸たる回転軸2がベアリング3により支持されている。回転体4は前記回転軸2と同軸に固設されており、前記回転体4の外周面5及び円周面6には同一極性の磁極7A,7B,7C,7Dが対向するように少なくとも二対の磁界発生手段7が配置されている。すなわち、回転軸2を中心として放射方向に複数、実施例では四方向にローター磁極であるローター側の磁界発生手段7C,7D,7C,7Dが一体的に設けられている。一方、磁界発生手段7C,7D,7C,7Dの外側に、同じく回転軸2を中心として放射方向に複数、実施例では四方向にステーター磁極であるステーター側の磁界発生手段7A,7B,7A,7Bが設けられている。本実施例における前記回転体4の前記外周面5及び前記円周面6に配置する磁界発生手段7の組み合わせは、永久磁石と電磁石であるが、永久磁石と永久磁石であってもよい。前記回転体の前記外周面5と前記円周面6との間には、前記外周面5と前記円周面6に配置される前記磁界発生手段7の対より生じる磁気反発力を制御する磁力制御体8が少なくとも1対近接配置される。なお、磁力制御体8は、前記回転体4の前記外周面5と前記円周面6に配置される全ての前記磁界発生手段7の全面を遮蔽するように配置され、前記回転軸2に固設される。なお、磁力制御体8は、前記回転軸2に固設されずに前記フレーム1に固設されてもよい。実施例では、前記磁力制御体8は、前記回転軸2を回転中心とした円筒形状であって、周面を前記磁界発生手段7C,7D,7C,7Dと磁界発生手段7A,7B,7A,7Bとの間に介在するように設けられており、その両側部の中央は回転軸2に設けられている。前記磁力制御体8は、制御装置となるスリップリング9により制御される。前記回転体4の回転角に応じて電気的に接触するスリップリング9及び前記回転体4の回転角に依存せず常に電気的に接触するスリップリング10が接続されており、スリップリング9から正の電圧を供給し、前記スリップリング10から接地されるように接続されている。また、前記スリップリング9及び前記スリップリング10は回転体4に固設されていおり、回転体4とともに回転する。
In FIG. 1, a
図2は、前記磁力制御体の概略図を示す。図2(A)は、磁力制御体8を正面から見た図であり、図2(B)は磁力制御体8を側面方向から見た図である。前記磁力制御体8は、前記磁界発生手段7の磁気反発力を制御するための磁路を形成するように、磁気遮蔽体となる磁性材料11にコイル12を巻くことによって構成される。また、前記磁性材料は、図2(A)に示すように矩形の枠状であり、図2(B)に示すように円形に湾曲した形状を有している。図2に示す磁力制御体は、磁性材料の全周にコイル12を巻いているが、磁性材料の一部のみにコイル12を巻いてもよい。なお、本実施例では、磁気反発力の制御性に優れた磁性材料として比較的透磁率の高い珪素鋼を用いている。
FIG. 2 is a schematic view of the magnetic force control body. 2A is a view of the magnetic
ここで、図3は、磁力制御体8の2つの働きである磁石から生じる磁束を遮蔽又は通過する場合の概念図を示す。
Here, FIG. 3 shows a conceptual diagram in the case of shielding or passing the magnetic flux generated from the magnet which is the two functions of the magnetic
図3(A)は、磁力制御体8に巻かれたコイルに電圧が印加され、通電されている場合の磁力線分布を示す。コイルに電圧を印加した場合、磁力制御体8は、磁気飽和による透磁率の減少により磁界発生手段7となる磁石から生じる磁束を通過させるように働く。磁束は磁力制御体8を通過し、図3(A)に示すように磁束が磁力制御体8の外に漏れるようになる。従って、磁力制御体8を中心として磁石を対向させると、磁気反発力が生じる。
FIG. 3A shows the magnetic field line distribution when a voltage is applied to the coil wound around the magnetic
一方、図3(B)は、磁力制御体8に巻かれたコイルに電圧を印加しない場合の磁力線分布を示す。コイルに電圧を印加しない場合、磁力制御体8は、磁力制御体の高い透磁率を利用して磁界発生手段7となる磁石から生じる磁束を磁力制御体8中に通すように働く。磁束は磁力制御体8中を通るため、図3(B)に示すように磁束が磁力制御体8の外に漏れにくくなる。従って、磁力制御体を中心として磁石を対向させても、磁気反発力が生じることはない。
On the other hand, FIG. 3B shows the lines of magnetic force when no voltage is applied to the coil wound around the magnetic
図4は、磁力制御体8の制御装置の概略図を示す。図4に示すように、制御装置は、回転角に応じて電気的に接触するスリップリング9からなり、スリップリング9はリング状の電極13、ブラシ14及び接続端子15からなる。リング状の電極13は、回転角に応じて電気的に接触するように配置されている。なお、スリップリング9はコミテータでもよく、電極数は複数であってもよい。
FIG. 4 shows a schematic diagram of a control device for the magnetic
前記コイル12は、前記回転体4の回転角に応じて電気的に接触するスリップリング9及び前記回転体4の回転角に依存せず常に電気的に接触するスリップリング10に接続されており、スリップリング9から正の電圧を供給し、前記スリップリング10から接地されるように接続されている。また、前記スリップリング9及び前記スリップリング10は回転体4に固設されている。また、制御装置となるスリップリング9には、回転体4の回転角に応じて前記コイル12に通電するための直流電源16が接続される。
The
なお、前記磁性材料11に巻かれる前記コイル12の巻き数は、前記磁性材料11の断面積や長さなどの幾何学的形状及び前記コイル12に流す電流量に応じて様々であるが、磁路部17で磁気飽和が生じる程度で十分である。特に、モータを省エネルギーで回転させるべく、コイル12に流す電流量を少なくするためには、前記コイル12の巻線の太さを0.1mm程度にして、前記磁性材料11に数10から数100回程度巻くのが好ましい。
The number of turns of the
図5は、前記磁力制御体8の前記制御回路の概略図を示す。前記磁力制御体8の前記制御回路は、前記磁力制御体8を構成する前記磁性材料11に巻かれる前記コイル12、前記磁力制御体8を前記回転体4の回転角に応じて制御するための前記制御装置となる前記スリップリング9、前記回転体4の回転角に応じて前記コイル12に通電するための前記直流電源16から構成される。前記スリップリング9は、前記直流電源16と直列に接続されている。前記直流電源16と前記スリップリング9との両端には、前記コイル12が並列に接続されている。前記直流電源16から供給される直流電圧は、前記スリップリング9により前記回転体4の回転角に応じてON/OFFされることにより直流パルス電圧となる。直流パルス電圧はそのまま前記コイル8に印加されるため、前記コイル12は回転角に応じて通電される。
FIG. 5 shows a schematic diagram of the control circuit of the magnetic
以上のような構成において、本実施例における図1の磁力回転装置の動作について説明する。図6は、本発明の磁力回転装置を回転軸方向から見た図であり、磁力回転装置が右方向に回転する場合の動作原理を示す。図6(A),図6(B)は、磁力回転装置の始動前の回転体4の外周面5と円周面6に配置されたステーター磁極7A,7B、ローター磁極7C,7Dと磁力制御体8それぞれの配置例を示す。始動前に、直流電源16を通電しておく必要がある。また、磁極として電磁石を用いた場合は、始動前に電磁石に通電しておく必要がある。磁力回転装置は、始動のための電気的、磁気的又は機械的な力を加えることにより始動する。始動した磁力回転装置は、回転体4の円周面6に配置されたローター磁極7C,7Dと外周面5に配置されたステーター磁極7A,7Bの反発力を利用して回転する。
With the above configuration, the operation of the magnetic rotating device of FIG. 1 in this embodiment will be described. FIG. 6 is a view of the magnetic rotating device of the present invention as viewed from the direction of the rotation axis, and shows the operation principle when the magnetic rotating device rotates in the right direction. 6 (A) and 6 (B) show the magnetic force control with the stator
図6(C)は、磁力回転装置が回転力となる反発力を生じる時の回転体の円周面6に配置されたローター磁極7C,7Dと外周面5に配置されたステーター磁極7A,7Bと磁力制御体8それぞれの配置例を示す。本実施例では、磁力制御体8は回転軸2に固設されているため、回転体の回転とともに磁力制御体8が回転する。図6(C)に示すように、回転体4の円周面6に配置されたローター磁極7C又は7Dが、回転体4の外周面5に配置されたステーター磁極7A又は7Bを通過した時点の回転角において、その回転角でスリップリングが電気的に接触することにより、直流電源16からコイル12に電圧が印加される。そのため、コイル12に印加される電圧は、回転角に応じた直流パルス電圧となる。コイル12に電圧が印加されることによって、コイル12に電流が流れ、コイル巻きした磁性材料11が励磁され、磁路部17が形成される。このとき、形成される磁路部17が磁気飽和を起こすのに十分な電流がコイル12に流されることによって、磁路部17は磁気飽和を起こすため、磁路部17の透磁率が変化する。磁路部17の透磁率は、磁気飽和を起こす前が数100から1,000,000H/m程度であるのに対し、磁気飽和を起こした後には、1H/m以下にまで変化する。
FIG. 6C shows the rotor
コイルに通電する前の磁力制御体8は、回転体4の円周面6に配置されたローター磁極7C,7Dと回転体4の外周面5に配置されたステーター磁極7A,7Bとの間に反発力が生じないように磁気を遮蔽するように働くのに対し、コイル12に通電して磁路部17の透磁率が1H/m以下にまで減少した後の磁力制御体8は、磁気的な作用を及ぼさないように働くため、回転体4の外周面5に配置されたステーター磁極7A,7Bと回転体4の円周面6に配置されたローター磁極7C,7Dとの間には反発力が生じる。
The magnetic
ステーター磁極7A,7B及びローター磁極7C,7Dに生じる反発力は、磁気のクーロンの法則である次式により表すことができる。
The repulsive force generated in the stator
ここで、F[N]は磁極間に働く力の大きさ、m1[Wb]はステーター磁極7A,7Bの磁荷の強さ、m2[Wb]はローター磁極7C,7Dの磁荷の強さ、r[m]は両磁極間の距離、μ[H/m]は透磁率である。
Here, F [N] is the magnitude of the force acting between the magnetic poles, m 1 [Wb] is the magnetic charge strength of the stator
このようにして得られる反発力を回転力とすることによって、回転体4は回転し、回転体4の外周面5と円周面6に配置された磁界発生手段7A,7B,7C,7Dと磁力制御体8それぞれの配置は、図6(D)のようになる。図6(D)に示すように、回転体4の円周面6に配置されたローター磁極7C又は7Dが、回転体4の外周面5に配置されたステーター磁極7A又は7Bを通過し、ステーター磁極7A又は7Bの磁力の影響を受けない範囲の回転角において、その回転角でスリップリング9が電気的に絶縁することにより、コイル12には電流が流れない状態になるため、コイル巻きした磁性材料11が消磁される。
By using the repulsive force thus obtained as a rotational force, the
磁性材料11が消磁されることによって、磁力制御体8は、回転体4の円周面6に配置されたローター磁極7C,7Dと回転体4の外周面5に配置されたステーター磁極7A,7Bとの間に反発力が生じないように磁気を遮蔽するように働く。磁力制御体8が磁気を遮蔽するように働くことにより、回転体4の円周面6に配置されたローター磁極7C,7Dと回転体4の外周面5に配置されたステーター磁極7A,7Bとの間には反発力が生じることなく、回転体4は回転し、回転体4の円周面6に配置されたローター磁極7C,7Dと外周面5に配置されたステーター磁極7A,7Bと磁力制御体8それぞれの配置は図6(E)を経由して図6(C)のようになる。
By demagnetizing the
すなわち、直流電源16をONにした状態で、磁力制御体8を回転角に応じてスリップリング9により制御することにより、回転体4の円周面6に配置されたローター磁極7C,7Dと外周面5に配置されたステーター磁極7A,7Bとの反発力を制御し、図6(C)−図6(D)−図6(E)−図6(C)のように回転させることができる。直流電源をOFFにすることにより、磁界発生手段7による反発力が生じなくなるため、回転体4は回転力を失い、磁力回転装置は停止する。
That is, the rotor
なお、磁力制御体8は、前記回転体4の前記外周面5に配置される全ての前記ステーター磁極7A,7Bの全面を遮蔽するように配置すればよく、対向するように少なくとも一対配置される。磁力制御体8は、必要に応じて複数対配置してもよい。また、磁気反発力による回転力を得やすくするために、ステーター磁極7A,7B及びローター磁極7C,7Dは、必要に応じて複数対配置してもよい。
The magnetic
また、回転時に生じる虞がある逆起電力や接点火花を防ぐために、ダイオード,コンデンサー,又は抵抗などを組み合わせて用いてもよい。 Further, a diode, a capacitor, or a resistor may be used in combination in order to prevent a back electromotive force or a contact spark that may occur during rotation.
さらに、磁力制御体8を構成する磁性材料11に生じるヒステリシスにより、磁性材料11は着磁し、回転力を妨げてしまうため、ヒステリシスが比較的小さい軟磁性材料11を用いて磁力制御体8を構成してもよい。
Furthermore, since the
加えて、磁力回転装置の始動時に電気的、磁気的又は機械的な力を左方向に加えることにより、左回転させてもよい。 In addition, it may be rotated left by applying an electric, magnetic or mechanical force in the left direction when starting the magnetic rotating device.
図7は、図5の磁力回転装置の配置図に示される、回転体4の円周面6に配置されるローター磁極7C,7D、回転体4の外周面5に配置されるステーター磁極7A,7B及び磁力制御体8の相対位置に対する回転体4の回転力の推移を示すグラフである。回転体4の回転力は、回転体4の円周面6に配置されたローター磁極7C,7Dと回転体4の外周面5に配置されたステーター磁極7A,7Bとの間に生じる反発力と回転の慣性力とを含む。
7 shows the rotor
グラフにおいて、横軸となる配置が(C)であるときは、回転体4の円周面6に配置されるローター磁極7C,7D、回転体4の外周面5に配置されるステーター磁極7A,7B及び磁力制御体8がそれぞれ図6(C)の配置であることを指す。配置(C)のとき、反発力と回転の慣性力とを含む回転力は最大となる。回転体の回転にともない、配置は配置(D)、配置(E)となる。配置(D)、配置(E)ともに磁石の反発力が生じないため、回転力は慣性力のみとなってしまう。従って、回転体の回転力は減衰していく。回転力は減衰するものの、再び配置(C)の位置にまで回転体が回転するため、再び反発力が生じるサイクルが得られる。回転体は、このようにして回転力を得ることができる。
In the graph, when the horizontal axis is (C), the rotor
なお、このサイクル中における回転力の減衰を最小限に抑えることにより、回転力をほぼ一定に保ち、回転速度もほぼ一定にすることができる。具体的には、後述の実施例5のようなローター磁極、ステーター磁極の配置により解決することができる。 Note that, by minimizing the attenuation of the rotational force during this cycle, the rotational force can be kept substantially constant and the rotational speed can also be made substantially constant. Specifically, this can be solved by the arrangement of the rotor magnetic pole and the stator magnetic pole as in Example 5 described later.
本発明の磁力回転装置によれば、磁力制御体、磁力制御体の制御装置によって永久磁石の磁気反発力を制御することにより、比較的簡単な構造でかつ小型化に適した磁力回転装置を提供することができる。 According to the magnetic rotating device of the present invention, a magnetic force rotating device having a relatively simple structure and suitable for miniaturization is provided by controlling the magnetic repulsion force of the permanent magnet by the magnetic force control body and the magnetic force controlling body control device. can do.
本発明における磁力回転装置の第2実施例について図8に示す。本実施例では、図1に示した磁力制御体8を回転軸2に固設せずに、フレーム1に固設した磁力回転装置を構成する。
A second embodiment of the magnetic rotating device according to the present invention is shown in FIG. In the present embodiment, a magnetic force rotating device fixed to the
図8は、前記磁力回転装置の変形例を示す。本実施例では、磁力制御体8は回転軸2に固設されないため、磁力制御体8はベアリング3と回転軸2により支持されている。
FIG. 8 shows a modification of the magnetic rotating device. In the present embodiment, since the magnetic
この磁力制御体8の支持以外の構成については上記第1実施例と略同様である。
The configuration other than the support of the magnetic
以上のような構成において、本実施例における磁力回転装置の動作について説明する。本実施例では、磁力制御体8がフレーム1に固設されているため、回転体4の回転とともに磁力制御体8が回転することはない。
With the configuration as described above, the operation of the magnetic rotating device in the present embodiment will be described. In this embodiment, since the magnetic
図9は、本発明の磁力回転装置を回転軸方向から見た図であり、磁力回転装置が右方向に回転する場合の動作原理を示す。図9(A),図9(B)は、磁力回転装置の始動前の回転体4の外周面5と円周面6に配置されたステーター磁極7A,7B、ローター磁極7C,7Dと磁力制御体8それぞれの配置例を示す。始動前に、直流電源16を通電しておく必要がある。また、磁極として電磁石を用いた場合は、始動前に通電しておく必要がある。磁力回転装置は、始動のための電気的、磁気的又は機械的な力を加えることにより始動する。始動した磁力回転装置は、回転体4の円周面6に配置されたローター磁極7C,7Dと外周面5に配置されたステーター磁極7A,7Bの反発力を利用して回転する。
FIG. 9 is a view of the magnetic rotating device of the present invention as viewed from the direction of the rotation axis, and shows the operation principle when the magnetic rotating device rotates in the right direction. 9 (A) and 9 (B) show the magnetic poles and the stator
図9(C)は、磁力回転装置が回転力となる反発力を生じる時の回転体の円周面6に配置されたローター磁極7C,7Dと外周面5に配置されたステーター磁極7A,7Bと磁力制御体8それぞれの配置例を示す。本実施例では、磁力制御体8はフレーム1に固設されているため、回転体4の回転とともに磁力制御体8が回転することはない。図9(C)に示すように、回転体4の円周面6に配置されたローター磁極7C又は7Dが、回転体4の外周面5に配置されたステーター磁極7A又は7Bを通過した時点の回転角において、その回転角でスリップリング9が電気的に接触することにより、直流電源16からコイル12に電圧が印加される。そのため、コイル12に印加される電圧は、回転角に応じた直流パルス電圧となる。コイル12に電圧が印加されることによって、コイル12に電流が流れ、コイル巻きした磁性材料11が励磁され、磁路部17が形成される。このとき、形成される磁路部17が磁気飽和を起こすのに十分な電流がコイル12に流されることによって、磁路部17は磁気飽和を起こすため、磁路部17の透磁率が変化する。磁路部17の透磁率は、磁気飽和を起こす前が数100から1,000,000程度であるのに対し、磁気飽和を起こした後には、1以下にまで変化する。
FIG. 9C shows the rotor
コイルに通電する前の磁力制御体8は、回転体4の円周面6に配置されたローター磁極7C,7Dと回転体4の外周面5に配置されたステーター磁極7A,7Bとの間に反発力が生じないように磁気を遮蔽するように働くのに対し、コイル12に通電して磁路部17の透磁率が1以下にまで減少した後の磁力制御体8は、磁気的な作用を及ぼさないように働くため、回転体4の円周面6に配置されたローター磁極7C,7Dと回転体4の外周面5に配置されたステーター磁極7A,7Bとの間には上記実施例1と略同様の反発力が生じる。
The magnetic
このようにして得られる反発力を回転力とすることによって、回転体4は回転し、回転体4の外周面5と円周面6に配置された磁界発生手段7A,7B,7C,7Dと磁力制御体8それぞれの配置は、図9(D)のようになる。図9(D)に示すように、回転体4の円周面6に配置されたローター磁極7C又は7Dが、回転体4の外周面5に配置されたステーター磁極7A又は7Bを通過し、ステーター磁極7A又は7Bの磁力の影響を受けない範囲の回転角において、その回転角でスリップリングが電気的に絶縁することにより、コイル12には電流が流れない状態になるため、コイル巻きした磁性材料11が消磁される。
By using the repulsive force thus obtained as a rotational force, the
磁性材料11が消磁されることによって、磁力制御体8は、回転体4の円周面6に配置されたローター磁極7C,7Dと回転体4の外周面5に配置されたステーター磁極7A,7Bとの間に反発力が生じないように磁気を遮蔽するように働く。磁力制御体8が磁気を遮蔽するように働くことにより、回転体4の円周面6に配置されたローター磁極7C,7Dと回転体4の外周面5に配置されたステーター磁極7A,7Bとの間には反発力が生じることなく、回転体4は回転し、回転体4の円周面6に配置されたローター磁極7C,7Dと外周面5に配置されたステーター磁極7A,7Bと磁力制御体8それぞれの配置は図9(E)を経由して図9(C)のようになる。
By demagnetizing the
すなわち、直流電源をONにした状態で、磁力制御体8を回転角に応じてスリップリング9により制御することにより、回転体4の円周面6に配置されたローター磁極7C,7Dと外周面5に配置されたステーター磁極7A,7Bとの反発力を制御し、図9(C)−図9(D)−図9(E)−図9(C)のようにのように回転させることができる。直流電源16をOFFにすることにより、磁界発生手段7による反発力が生じなくなるため、回転体4は回転力を失い、磁力回転装置は停止する。
That is, the rotor
なお、磁力制御体8は、前記回転体4の前記外周面5に配置される全ての前記ステーター磁極7A,7Bの全面を遮蔽するように配置すればよく、対向するように少なくとも一対配置される。磁力制御体8は、必要に応じて複数対配置してもよい。また、磁気反発力による回転力を得やすくするために、ステーター磁極7A,7B及びローター磁極7C,7Dは、必要に応じて複数対配置してもよい。
The magnetic
加えて、磁力回転装置の始動時に電気的、磁気的又は機械的な力を左方向に加えることにより、左回転させてもよい。 In addition, it may be rotated left by applying an electric, magnetic or mechanical force in the left direction when starting the magnetic rotating device.
本発明の磁力回転装置によれば、磁力制御体、磁力制御体の制御装置によって永久磁石の磁気反発力を制御することにより、比較的簡単な構造でかつ小型化に適した磁力回転装置を提供することができる。 According to the magnetic rotating device of the present invention, a magnetic force rotating device having a relatively simple structure and suitable for miniaturization is provided by controlling the magnetic repulsion force of the permanent magnet by the magnetic force control body and the magnetic force controlling body control device. can do.
本発明における磁力回転装置の第3実施例について図10に示す。本実施例では、図2に示した矩形の枠状である磁力制御体8を2つ並べて構成した磁力制御体8を用いて磁力回転装置を構成する。
A third embodiment of the magnetic rotating device according to the present invention is shown in FIG. In this embodiment, the magnetic force rotating device is configured using the magnetic
図10は、前記磁力制御体8の変形例を示す。図10(A)は、磁力制御体8を正面から見た図であり、図10(B)は磁力制御体8を側面方向から見た図である。前記磁力制御体8は、前記磁界発生手段7の磁気反発力を制御するための磁路を形成するように磁気遮蔽体となる磁性材料11にコイル12を巻くことによって構成される。また、前記磁性材料は、図10(A)に示すように矩形の枠状であり、図10(B)に示すように円形に湾曲した形状を有している。2つの磁力制御体8A,8Bのうち、一方の磁力制御体8のコイル巻部18と他方の磁力制御体8のコイル巻部18を近接して対向するように配置して磁力制御体8を構成し、コイル巻部18を、回転体4の外周面5と円周面6に配置された磁界発生手段7との間に近接するように配置することにより、回転体4の外周面5と円周面6に配置された磁界発生手段7より生じる磁気反発力を適切に制御することができる。さらに、一方の磁力制御体8と他方の磁力制御体8のコイルを巻く方向を互いに逆方向となるように巻くことにより、コイル間に生じる磁界を互いに打ち消すことができるため、コイル間に生じる磁界が回転力となる磁気反発力に及ぼす影響を最小限に抑えることができる。加えて、磁力制御体8を2つ並べることにより、磁力制御体8A,8Bそれぞれの寸法を小さくすることができるため、磁力制御体8A,8Bそれぞれの磁路長を短くすることができ、磁路部における磁気飽和をより起こりやすくすることができる。
FIG. 10 shows a modification of the magnetic
この磁力制御体8以外の構成については上記第1実施例と略同様である。
The configuration other than the magnetic
本発明の磁力回転装置によれば、磁力制御体、磁力制御体の制御装置によって永久磁石の磁気反発力を制御することにより、比較的簡単な構造でかつ小型化に適した磁力回転装置を提供することができる。 According to the magnetic rotating device of the present invention, a magnetic force rotating device having a relatively simple structure and suitable for miniaturization is provided by controlling the magnetic repulsion force of the permanent magnet by the magnetic force control body and the magnetic force controlling body control device. can do.
本発明における磁力回転装置の第4実施例について図11に示す。本実施例では、図8に示した磁力制御体8A,8Bを連結して構成した磁力制御体8を用いて磁力回転装置を構成する。
FIG. 11 shows a fourth embodiment of the magnetic rotating device according to the present invention. In the present embodiment, the magnetic force rotating device is configured using the magnetic
図11は、前記磁力制御体の変形例を示す。図11(A)は、磁力制御体8を正面から見た図であり、図11(B)は磁力制御体8を側面方向から見た図である。前記磁力制御体8は、前記磁界発生手段7の磁気反発力を制御するための磁路を形成するように磁気遮蔽体となる磁性材料11にコイル12を巻くことによって構成される。また、前記磁性材料は、図11(A)に示すように矩形の枠状体を連結した形状であり、図11(B)に示すように円形に湾曲した形状を有している。磁力制御体のうち、一方のコイル巻部18の他方のコイル巻部18を近接して対向するように磁力制御体8を構成し、コイル巻部18を、回転体4の外周面5と円周面6に配置された磁界発生手段7との間に近接するように配置することにより、回転体4の外周面5と円周面6に配置された磁界発生手段7より生じる磁気反発力を適切に制御することができる。さらに、一方のコイル巻部18と他方のコイル巻部18のコイルを巻く方向を互いに逆方向となるように巻くことにより、コイル間に生じる磁界を互いに打ち消すことができるため、コイル間に生じる磁界が回転力となる磁気反発力に及ぼす影響を最小限に抑えることができる。加えて、磁力制御体8を2つ連結することにより、磁力制御体の磁路長をより短くすることができ、磁路部における磁気飽和をより起こりやすくすることができる。
FIG. 11 shows a modification of the magnetic force control body. 11A is a view of the magnetic
この磁力制御体8以外の構成については上記第1実施例と略同様である。
The configuration other than the magnetic
本発明の磁力回転装置によれば、磁力制御体、磁力制御体の制御装置によって永久磁石の磁気反発力を制御することにより、比較的簡単な構造でかつ小型化に適した磁力回転装置を提供することができる。 According to the magnetic rotating device of the present invention, a magnetic force rotating device having a relatively simple structure and suitable for miniaturization is provided by controlling the magnetic repulsion force of the permanent magnet by the magnetic force control body and the magnetic force controlling body control device. can do.
本発明における磁力回転装置の第5実施例について図12に示す。本実施例では、図6に示したステーター磁極7A,7B及びローター磁極7C,7Dをそれぞれ回転軸方向に対して複数列配置した磁力回転装置を構成する。
FIG. 12 shows a fifth embodiment of the magnetic rotating device according to the present invention. In the present embodiment, a magnetic rotating device is configured in which the stator
図12は、前記磁力回転装置の変形例を示す。
図12は、磁力制御体8として図11の磁力制御体8を用い、ステーター磁極7A,7B及びローター磁極7C,7Dをそれぞれ回転軸方向に対して複数列配置した磁力回転装置を示す。本実施例では、回転軸方向に対して3列のステーター磁極7A,7B及びローター磁極7C,7Dを回転軸2に固設している。これにより、ステーター磁極7A,7B及びローター磁極7C,7Dより得られる磁気反発力が大きくなるため、回転力を高めることができる。また、回転力を高めることにより、磁気反発力を得るまでの時間的な間隔が短くなるため、回転力の減衰を最小限に抑えることができる。
FIG. 12 shows a modification of the magnetic rotating device.
FIG. 12 shows a magnetic force rotating apparatus using the magnetic
なお、回転軸方向に対して複数列配置したステーター磁極7A,7B及びローター磁極7C,7Dのうち、少なくとも1列分のステーター磁極7A,7B及びローター磁極7C,7Dを位相ができるように回転軸方向に対して異なる角度で配置してもよい。例えば、45度の位相ができるように配置してもよいし、30度の位相ができるように配置してもよい。位相ができるように複数列のステーター磁極7A,7B及びローター磁極7C,7Dを配置する場合は、磁力回転装置の構成を簡単にするために、磁力制御体8は回転軸2に固設せずにフレーム1に固設するようにする方が好ましい。また、磁力制御体8は、位相を有する磁極の列毎に制御できる位置に配置するのが好ましい。さらに、磁力制御体8の制御装置となる前記スリップリング9は、回転力となる磁気反発力及び慣性力を妨げないような回転角に応じて制御するように構成されるのが好ましい。
Of the stator
ステーター磁極7A,7B、ローター磁極7C,7D及び磁力制御体8以外の構成については上記第2実施例と略同様である。
The configuration other than the stator
磁力回転装置が回転する場合の動作原理は、上記第2実施例と略同様であり、図9と同様である。図13は、図9の磁力回転装置の配置図に示される、回転体4の円周面6に配置されるローター磁極7C,7D、回転体4の外周面5に配置されるステーター磁極7A,7B及び磁力制御体8の相対位置に対する回転体4の回転力の推移を示すグラフである。回転体4の回転力は、回転体4の円周面6に配置されたローター磁極7C,7Dと回転体4の外周面5に配置されたステーター磁極7A,7Bとの間に生じる反発力と回転の慣性力とを含む。
The operating principle when the magnetic rotating device rotates is substantially the same as in the second embodiment, and is the same as in FIG. FIG. 13 shows rotor
グラフにおいて、横軸となる配置配置が(C)であるときは、回転体4の円周面6に配置されるローター磁極7C,7D、回転体4の外周面5に配置されるステーター磁極7A,7B及び磁力制御体8がそれぞれ図9(C)の配置であることを指す。配置(C)のとき、反発力と回転の慣性力とを含む回転力は最大となる。回転体4の回転にともない、配置は配置(D)、配置(E)となる。配置(D)、配置(E)ともに磁石の反発力を生じないため、回転力は慣性力のみとなってしまうために、回転体4の回転力は減衰していく。回転力は減衰するものの、再び配置(C)の位置にまで回転体4が回転するため、再び反発力が生じるサイクルが得られる。回転体4は、このように回転力を得ることができる。
In the graph, when the arrangement arrangement which becomes the horizontal axis is (C), the rotor
本実施例では、ステーター磁極7A,7B及びローター磁極7C,7Dの数をそれぞれ複数個用いることにより、得られる磁気反発力を高め、サイクル中における回転力の減衰を最小限に抑えることができる。これにより、回転力をほぼ一定に保ち、回転速度もほぼ一定にすることができる。
In this embodiment, by using a plurality of stator
本発明の磁力回転装置によれば、磁力制御体、磁力制御体の制御装置によって永久磁石の磁気反発力を制御することにより、比較的簡単な構造でかつ小型化に適した磁力回転装置を提供することができる。 According to the magnetic rotating device of the present invention, a magnetic force rotating device having a relatively simple structure and suitable for miniaturization is provided by controlling the magnetic repulsion force of the permanent magnet by the magnetic force control body and the magnetic force controlling body control device. can do.
尚、本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において、種々の変形実施が可能である。 In addition, this invention is not limited to the said Example, A various deformation | transformation implementation is possible within the range of the summary of this invention.
2 回転軸
4 回転体
5 外周面
6 円周面
7 磁界発生手段
7A、7B 磁界発生手段(ステーター磁極)
7C、7D 磁界発生手段(ローター磁極)
8 磁力制御体
9 制御装置(スリップリング)
11 磁性材料
12 コイル
17 磁路部
2 Rotating
7C, 7D Magnetic field generation means (rotor magnetic pole)
8
11 Magnetic materials
12 coils
17 Magnetic path
Claims (5)
前記ローター磁極と前記ステーター磁極との間に介在し前記磁界発生手段の反発力を制御する磁力制御体と、前記磁力制御体を前記回転体の回転角で制御する制御装置とを備えたことを特徴とする磁力回転装置。 A rotating body rotatably supported by a support shaft; a rotor magnetic pole provided integrally with the rotating body; provided on a peripheral surface portion of the rotating body; and the rotor magnetic pole provided so as to be opposed to the outside of the rotor magnetic pole; A rotating device comprising magnetic field generating means having stator poles of the same polarity, and a shield that shields magnetism generated from the magnetic field generating means interposed between the rotor magnetic poles and the stator magnetic poles,
A magnetic force control body that is interposed between the rotor magnetic pole and the stator magnetic pole and controls the repulsive force of the magnetic field generating means; and a control device that controls the magnetic force control body with a rotation angle of the rotating body. Magnetic rotating device characterized.
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