JP2007220794A - コンデンサ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両本体への振動の伝達を抑制するとともに、冷却効率の向上が図られるコンデンサ装置を提供する。
【解決手段】ＰＣＵ１０は、コンデンサ素子２１を取り囲むように設けられ、複数のコンデンサ素子２１を一体化する樹脂モールド２４と、樹脂モールド２４を収容するケース体３１とを備える。ケース体３１の壁面の少なくとも一部にウェーブ構造が設けられている。
【選択図】図２

Description

この発明は、一般的には、コンデンサ装置に関し、より特定的には、内燃機関とモータとを動力源とするハイブリッド車両に搭載されるコンデンサ装置に関する。

従来のコンデンサ装置に関して、たとえば、特開２００５−３３２８７９号公報には、組み立て時の生産効率を向上させることを目的とした電子ユニットが開示されている（特許文献１）。特許文献１に開示された電子ユニットとしてのコンデンサユニットは、金属製のケースと、そのケースの内側に収容される樹脂ケースと、樹脂ケースの内部に配置される複数のコンデンサ素子とを備える。複数のコンデンサ素子は、樹脂ケースの内部を充填するエポキシ樹脂等によって一体にされている。

また、特開２００５−２７６９４６号公報には、配置容易なように筐体に格納され、高周波特性を改善することを目的としたコンデンサ装置が開示されている（特許文献２）。また、特開２００２−３６７８５７号公報には、熱劣化を低減し、寿命を改善することを目的としたフィルムコンデンサが開示されている（特許文献３）。特許文献２および３には、コンデンサ素子に接続され、コンデンサ素子を取り囲む樹脂部材から突出する端子が開示されている。

また、特開２００５−４１４０１号公報には、冷却能率を高めることを目的とした車両の冷却システムが開示されている（特許文献４）。また、特開２００１−２４５４７８号公報には、冷却能率を高め、かつ生産性を向上させることを目的としたインバータの冷却装置が開示されている（特許文献５）。
特開２００５−３３２８７９号公報 特開２００５−２７６９４６号公報 特開２００２−３６７８５７号公報 特開２００５−４１４０１号公報 特開２００１−２４５４７８号公報

各種の電源装置では、直流電圧から交流成分を除去する平滑用素子としてコンデンサが一般的に用いられる。このコンデンサの集合体を備えたコンデンサ装置がハイブリッド車両に搭載される場合、コンデンサで発生する振動が、車両のボディに伝達し、搭乗者に不快感を与えるおそれがある。また、コンデンサの冷却効率が低いと、コンデンサの寿命が短くなるおそれがある。これらの点に関して、上述の特許文献に開示されたコンデンサ装置では、改善の余地がある。

そこでこの発明の目的は、上記の課題を解決することであり、車両本体への振動の伝達を抑制するとともに、冷却効率の向上が図られるコンデンサ装置を提供することである。

この発明に従ったコンデンサ装置は、車両に搭載されるコンデンサ装置である。コンデンサ装置は、コンデンサ素子を取り囲むように設けられ、複数のコンデンサ素子を一体化する樹脂モールドと、樹脂モールドを収容する第１のケース体とを備える。第１のケース体の壁面の少なくとも一部にウェーブ構造が設けられている。

このように構成されたコンデンサ装置によれば、ウェーブ構造を設けることによって、第１のケース体の剛性を高めることが可能となり、コンデンサ素子で発生する振動がハイブリッド車両の車両本体に伝達することを抑制できる。また、ウェーブ構造を設けることによって、壁面の表面積が増大する。このため、コンデンサ素子で発熱し、樹脂モールドを介して第１のケース体に伝わった熱が、効率良く放熱される。これにより、コンデンサ素子の冷却効率を向上させることができる。

また好ましくは、第１のケース体は、樹脂モールドにより充填されている。このように構成されたコンデンサ装置によれば、コンデンサ素子と第１のケース体との熱伝導性を向上させることができる。

また好ましくは、コンデンサ装置は、第１のケース体と樹脂モールドとの間に介在し、樹脂から形成された第２のケース体をさらに備える。このように構成されたコンデンサ装置によれば、樹脂から形成された第２のケース体によって、コンデンサ素子で発生する振動がハイブリッド車両の車両本体に伝達することをさらに効果的に抑制できる。

また好ましくは、第１のケース体は、金属から形成されている。このように構成されたコンデンサ装置によれば、第１のケース体の放熱性を向上させることができる。

また好ましくは、第１のケース体の内側にリブが形成されている。樹脂モールドは、そのリブに接触するように第１のケース体に収容されている。このように構成されたコンデンサ装置によれば、第１のケース体の剛性を増大させるとともに、樹脂モールドから第１のケース体への熱伝導性を向上させることができる。

また好ましくは、コンデンサ装置は、インバータを収容する空間を規定し、第１のケース体に固定される第３のケース体をさらに備える。第３のケース体は、冷却器を有する。このように構成されたコンデンサ装置によれば、コンデンサ素子と第３のケース体との間の熱交換を促進させ、コンデンサ素子の冷却効率をさらに向上させることができる。

また好ましくは、樹脂モールドは、上記の空間に露出する表面を有する。このように構成されたコンデンサ装置によれば、インバータが収容された空間が高温に温度上昇した場合であっても、コンデンサ素子と第１および第３のケース体との間の熱交換によって、コンデンサ素子の冷却効率を向上させることができる。

また、コンデンサ装置は、コンデンサ素子に電気的に接続され、樹脂モールドから突出する端子をさらに備える。樹脂モールドは、端子が突出する位置に相対的に近い一方端と、端子が突出する位置に相対的に遠い他方端とを有する。好ましくは、第１のケース体は、車両前方に設けられたエンジンルーム内に設置されるとともに、一方端が車両前後方向における前方に位置し、他方端が車両前後方向における後方に位置するように配置されている。

また、コンデンサ装置は、コンデンサ素子に電気的に接続され、樹脂モールドから突出する端子をさらに備える。車両は、走行時に空気が取り込まれる通風口を有する。好ましくは、第１のケース体は、通風口から取り込まれる空気流れの経路上に端子が位置するように配置されている。

このように構成されたコンデンサ装置によれば、コンデンサ素子の温度は、端子の発熱の影響を受けて端子に近い位置で大きくなる。このため、車両走行時にエンジンルームに取り込まれる空気もしくは通風口から取り込まれる空気を、積極的に端子に供給することにより、コンデンサ素子を効率良く冷却することができる。

以上説明したように、この発明に従えば、車両本体への振動の伝達を抑制するとともに、冷却効率の向上が図られるコンデンサ装置を提供することができる。

この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下で参照する図面では、同一またはそれに相当する部材には、同じ番号が付されている。

図１は、ハイブリッド車両のモータ駆動系を説明するための概略回路図である。このハイブリッド車両は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関と、充放電可能な２次電池（バッテリ）から電力供給されるモータとを動力源とする。

図１を参照して、ハイブリッド車両は、バッテリ１０２と、バッテリ１０２の出力電圧を昇圧してノードＮ１、Ｎ２間に出力する昇圧回路１０４と、昇圧回路１０４の出力ノードＮ１，Ｎ２間に接続され、出力電圧を安定化させるコンデンサ１０６と、コンデンサ１０６によって安定化された昇圧回路１０４の出力を電源として受けて交流モータ１１０を駆動するインバータ１０８とを備える。

図示しないが、交流モータ１１０は、Ｕ、Ｖ、Ｗの３相のコイルを含む。図示しないが、インバータ１０８は、交流モータ１１０のコイルに流す電流を制御するＵ相アーム、Ｖ相アーム、Ｗ相アームを含み、これらの各アームは、ノードＮ１，Ｎ２間に直列に接続される２つのスイッチング素子を含む。インバータ１０８は、インテリジェントパワーモジュールであり、各スイッチング素子の駆動の制御や過電流の保護の制御を行なう電子回路等をさらに含む。

昇圧回路１０４は、バッテリ１０２の正極に一方端が接続されるコイル１１２と、コイル１１２の他方端とノードＮ１との間に接続されるＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）素子１１４と、コイル１１２の他方端とノードＮ２との間に接続されるＩＧＢＴ素子１１６とを含む。なお、バッテリ１０２の負極は、ノードＮ２に接続されている。なお、本発明は、電圧平滑を目的としたコンデンサを有する単相モータにも適用可能である。

図２は、ハイブリッド車両に搭載されたＰＣＵ（power control unit）を示す断面図である。図２を参照して、ＰＣＵ１０は、コンデンサ１０６およびインバータ１０８を収容するケース体３１およびケース体４１を備える。ケース体３１およびケース体４１は、金属から形成されている。ケース体３１およびケース体４１は、アルミダイキャストにより形成されている。ケース体３１およびケース体４１は、アルミニウムのほか、鉄やマグネシウム等の材料から形成されても良い。ケース体３１およびケース体４１は、互いに異なる金属から形成されても良い。ＰＣＵ１０は、ハイブリッド車両のエンジンルーム内に固定されている。

ケース体３１には、コンデンサ１０６が収容されている。コンデンサ１０６は、複数のコンデンサ素子２１の集合体から構成されている。コンデンサ素子２１は、たとえば、耐圧性に優れたフィルムコンデンサである。

図３は、図２中のコンデンサを収容するケース体の斜視図である。図２および図３を参照して、ケース体３１は、箱形状に形成されている。ケース体３１は、底部３８と、底部３８の周縁から立ち上がり、底部３８の周縁に沿って周回する側部３６とを有する。側部３６は、コンデンサ１０６を収容する内部空間に面する内側面３６ｂと、内側面３６ｂの反対側に面する外側面３６ａとを有する。

側部３６には、ウェーブ構造が設けられている。ウェーブ構造は、ケース体３１の壁面としての側部３６の表面に凹凸形状が繰り返し表れるように形成されている。

側部３６は、側部３６の周回方向に沿って波状に延びるように形成されている。すなわち、側部３６は、底部３８に平行な平面で切断された場合に、側部３６の周回方向に波状に延びる断面形状を有する。側部３６に設けられたウェーブ構造により、側部３６の外側面３６ａおよび内側面３６ｂは、側部３６が平らな板状に形成されている場合と比較して大きい面積を有する。ウェーブ構造により側部３６の表面に表れた凹凸形状は、補強材として設けられるリブのような機能を発揮する。このため、側部３６が平らな板状に形成されている場合と比較して、ケース体３１の剛性が増大する。

なお、ウェーブ構造は、側部３６の周回方向とは異なる方向に波状に延びる形状であっても良い。ウェーブ構造は、側部３６の周回方向に断続的に設けられても良い。ウェーブ構造は、側部３６の一部分に設けられても良い。ウェーブ構造は、底部３８に設けられても良いし、側部３６および底部３８の双方に設けられても良い。また、図中では、ウェーブ構造を側部３６の両面に凹凸形状が表れるように設けたが、外側面３６ａおよび内側面３６ｂのいずれか一方の表面に凹凸形状が表れるように設けても良い。

複数のコンデンサ素子２１は、樹脂モールド２４によって一体化されている。樹脂モールド２４とケース体３１との間には、樹脂ケース２６が介在している。樹脂モールド２４は、樹脂ケース２６に収容され、さらにその樹脂ケース２６がケース体３１に収容されている。

樹脂ケース２６は、ケース体３１の内壁に沿って延在する箱形状に形成されている。樹脂ケース２６とケース体３１とは、面接触している。樹脂ケース２６は、ケース体３１に対して接着剤により固定されている。樹脂ケース２６は、樹脂モールド２４により充填されている。複数のコンデンサ素子２１とケース体３１との間は、樹脂材料によって充填されている。複数のコンデンサ素子２１とケース体３１との間には、空気層が存在しない。複数のコンデンサ素子２１は、樹脂材料を介してケース体３１に一体に設けられている。

樹脂モールド２４は、樹脂材料から形成されている。樹脂モールド２４は、たとえば、エポキシから形成されている。樹脂モールド２４は、このほかの熱伝導性に優れた樹脂材料から形成されても良い。樹脂ケース２６は、樹脂モールド２４を形成する樹脂材料とは異なる樹脂材料から形成されている。樹脂ケース２６は、たとえば、ＰＰＳ（ポリフェニレンスルフィド）から形成されている。

ケース体４１は、ボルト４８によりケース体３１に固定されている。ケース体４１には、インバータ１０８が収容されている。コンデンサ１０６およびインバータ１０８は、別々のケース体としてのケース体３１およびケース体４１にそれぞれ収容されている。インバータ１０８の発熱量は、コンデンサ１０６の発熱量よりも大きい。

ケース体４１は、冷却器付きのケース体であり、本実施の形態では、冷却水が流通する冷却水通路４５を形成している。冷却水通路４５は、インバータ１０８に対向する位置に形成されている。冷却水通路４５は、インバータ１０８を挟んでコンデンサ１０６の反対側に形成されている。ケース体４１は、冷却水通路４５に向かって突出し、冷却水とケース体４１との間の熱交換を促進させるフィン４４を有する。フィン４４は、ケース体４１に一体に成形されている。

ケース体４１は、インバータ１０８を収容する空間２０１を規定している。樹脂モールド２４は、空間２０１に面する表面２４ａを有する。コンデンサ１０６には、コンデンサ素子２１に電気的に接続され、表面２４ａから空間２０１に向かって突出する端子２７が設けられている。端子２７は、インバータ１０８から延びる端子４７に接続されている。

ケース体３１は、鍔部３２を有する。鍔部３２は、底部３８とは反対側に位置する側部３６の端辺から鍔状に延びている。鍔部３２は、側部３６の周回方向に連続して延びている。鍔部３２には、ボルト４８が挿入されるボルト挿入孔３３が複数、形成されている。ケース体４１は、鍔部３２と対向し、ボルト４８によって鍔部３２と締結される鍔部４２を有する。鍔部３２と鍔部４２とは、ケース体３１とケース体４１との接触面積を増大させるように面接触している。

図４は、ハイブリッド車両に搭載された従来のＰＣＵを示す断面図である。図４を参照して、従来のＰＣＵでは、１つのケース体４３１内の空間２０１に、コンデンサ１０６とインバータ１０８とが収容されている。コンデンサ１０６は、空間２０１に周囲を取り囲まれるように配置されている。コンデンサ１０６は、ケース体４３１から離間した位置に配置されている。

このような構成により、従来のＰＣＵでは、コンデンサ１０６の温度（Ｔ１）が、インバータ１０８の発熱によって温度上昇した空間２０１の雰囲気温度（Ｔ２）に大きく依存する。このため、コンデンサ１０６を効率良く冷却することができない。

図２および図３を参照して、一方、ＰＣＵ１０では、コンデンサ素子２１が、樹脂モールド２４および樹脂ケース２６を介してケース体３１と一体に設けられている。このため、コンデンサ素子２１で発生した熱は、より積極的にケース体３１に伝導し、ケース体３１から放熱される。結果、本実施の形態では、コンデンサ１０６の温度（Ｔ１）は、空間２０１の雰囲気温度（Ｔ２）よりもケース体３１の温度（Ｔ３)に大きく依存することになる。

また、ケース体３１は、冷却水通路４５を有するケース体４１に固定されている。このため、コンデンサ素子２１からケース体３１に伝わった熱は、さらにケース体４１に伝導し、冷却水通路４５に流れる冷却水に放熱される。

ケース体３１の温度（Ｔ３)は、空間２０１の雰囲気温度（Ｔ２）よりも小さい。冷却水通路４５に流れる冷却水の温度（Ｔ４）は、空間２０１の雰囲気温度（Ｔ２）よりも小さい。冷却水通路４５に流れる冷却水の温度（Ｔ４）は、ケース体３１の温度（Ｔ３)よりも小さい。各温度の一例を挙げれば、コンデンサ１０６の温度（Ｔ１）は８０℃であり、空間２０１の雰囲気温度（Ｔ２）は１００℃であり、ケース体３１の温度（Ｔ３)は７０℃であり、冷却水の温度（Ｔ４）は６５℃である。

この発明の実施の形態におけるコンデンサ装置としてのＰＣＵ１０は、コンデンサ素子２１を取り囲むように設けられ、複数のコンデンサ素子２１を一体化する樹脂モールド２４と、樹脂モールド２４を収容する第１のケース体としてのケース体３１とを備える。ケース体３１の壁面の少なくとも一部としての側部３６にウェーブ構造が設けられている。

このように構成された、この発明の実施の形態におけるＰＣＵ１０によれば、ケース体３１に設けられたウェーブ構造によって、ケース体３１の剛性を増大させることができる。これにより、コンデンサ素子２１で発生した振動がケース体３１を介して車両本体に伝わることを抑制し、ハイブリッド車両のＮＶ（noise and vibration）性能を向上させることができる。特に本実施の形態では、樹脂モールド２４とケース体３１との間に介在するように樹脂ケース２６が設けられている。このため、樹脂ケース２６を形成する樹脂材料の硬度が樹脂モールド２４を形成する樹脂材料の硬度よりも小さい場合には、樹脂モールド２４からケース体３１に向かう振動が、樹脂ケース２６内でより大きく減衰する。これにより、車両本体への振動の伝達をより効果的に抑制することができる。

また、ケース体３１に設けられたウェーブ構造によって、ケース体３１からの放熱を促進させ、コンデンサ１０６の冷却効率を向上させることができる。これにより、コンデンサ素子２１の長寿命化を図ることができる。特に、搭載スペースの確保のためにコンデンサ１０６を小型化すると、コンデンサ１０６の発熱量が大きくなる。また、ＰＣＵを小型化した場合、空間２０１の雰囲気温度（Ｔ２）が高くなり、コンデンサ１０６が他の部品の発熱の影響を受け易くなる傾向にある。このため、コンデンサ１０６の冷却効率の向上が図られる本発明をより有効に利用することができる。

図５は、図２中のＰＣＵの第１の変形例を示す斜視図である。図中には、ＰＣＵ１０を構成するケース体３１が示されている。図５（Ａ）を参照して、本変形例では、ケース体３１の外側から見て、ボルト挿入孔３３の延長線上で側部３６が凹み、互いに隣り合うボルト挿入孔３３の間で側部３６が突出するウェーブ構造がケース体３１に設けられている。このような構成により、上述の効果に加えて、ボルト挿入孔３３に挿入されるボルト４８と側部３６との干渉を避けるという効果を得ることができる。図５（Ｂ）を参照して、本変形例では、側部３６が、側部３６の周回方向に沿ってジグザグ状に延びるように形成されている。

図６は、図２中のＰＣＵの第２の変形例を示す断面図である。図中には、図２中に示す断面の一部が示されている。図６を参照して、本変形例では、図２中の樹脂ケース２６が設けられていない。つまり、ケース体３１に直接、樹脂モールド２４が充填されている。この場合、樹脂ケース２６が設けられたＰＣＵ１０と比較して、振動の伝達を抑制する点では劣るが、コンデンサ１０６の冷却効率をより効果的に向上させることができる。

図７は、図２中のＰＣＵの第３の変形例を示す斜視図である。図中には、ＰＣＵ１０を構成するケース体３１が示されている。図７を参照して、本変形例では、ケース体３１の内壁にリブ６１が設けられている。リブ６１は、金属から形成されている。好ましくは、リブ６１は、ケース体３１に一体に成形されている。このような構成により、ケース体３１の剛性をさらに増大させると同時に、樹脂ケース２６からケース体３１への熱伝導性を向上させることができる。

図８は、図２中のＰＣＵを搭載したハイブリッド車両の平面図である。図８を参照して、ハイブリッド車両の車両前方には、エンジンルーム７１が形成されている。エンジンルーム７１は、フロントバンパ７４とダッシュボードパネル７３との間に形成されている。エンジンルーム７１の前方には、外気をエンジンルーム７１内に取り込むための通風口としてのフロントグリル７２が設けられている。

図８（Ａ）を参照して、本変形例では、樹脂モールド２４が、端子２７が突出する位置に相対的に近い一方端２４ｐと、相対的に遠い他方端２４ｑとを有する。ＰＣＵ１０は、一方端２４ｐが車両前方に位置し、他方端２４ｑが車両後方に位置するようにエンジンルーム７１に配置されている。図８（Ｂ）を参照して、本変形例では、車両走行時にフロントグリル７２から取り込まれる空気流れの経路上に端子２７が位置決めされるように、ＰＣＵ１０が配置されている。ＰＣＵ１０は、車両前後方向において、フロントグリル７２と端子２７とが重なるように配置されている。

端子２７の発熱の影響を受けて、複数のコンデンサ素子２１のうち端子２７に近傍に配設されたコンデンサ素子２１の温度が最も高くなる。コンデンサ１０６の寿命は、この素子の温度で決定されるため、この素子をより積極的に冷却する必要がある。本変形例では、走行時にエンジンルーム７１内に取り込まれる走行風が、端子２７から近接した位置でケース体３１に吹き付けられる。このため、走行風を利用して端子２７の近傍に配設されたコンデンサ素子２１を積極的に冷却することができる。特に端子２７の温度が高くなる高速走行時には、走行風を利用した冷却も活発に行なわれるため、コンデンサ素子２１の温度に応じた冷却を実施することができる。

なお、本発明は、電気自動車や、燃料電池と２次電池から電力供給されるモータとを動力源とする燃料電池ハイブリッド車（ＦＣＨＶ：Fuel Cell Hybrid Vehicle）等に搭載されたコンデンサにも適用することができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

ハイブリッド車両のモータ駆動系を説明するための概略回路図である。 ハイブリッド車両に搭載されたＰＣＵを示す断面図である。 図２中のコンデンサを収容するケース体の斜視図である。 ハイブリッド車両に搭載された従来のＰＣＵを示す断面図である。 図２中のＰＣＵの第１の変形例を示す斜視図である。 図２中のＰＣＵの第２の変形例を示す断面図である。 図２中のＰＣＵの第３の変形例を示す斜視図である。 図２中のＰＣＵを搭載したハイブリッド車両の平面図である。

符号の説明

１０ ＰＣＵ、２１ コンデンサ素子、２４ 樹脂モールド、２４ｐ 一方端、２４ｑ 他方端、２６ 樹脂ケース、２７ 端子、３１，４１ ケース体、３６ 側部、４５ 冷却水通路、６１ リブ、７１ エンジンルーム、７２ フロントグリル、１０６ コンデンサ、１０８ インバータ、２０１ 空間。

Claims (9)

1. 車両に搭載されるコンデンサ装置であって、
   コンデンサ素子を取り囲むように設けられ、複数の前記コンデンサ素子を一体化する樹脂モールドと、
   前記樹脂モールドを収容する第１のケース体とを備え、
   前記第１のケース体の壁面の少なくとも一部にウェーブ構造が設けられている、コンデンサ装置。
2. 前記第１のケース体は、前記樹脂モールドにより充填されている、請求項１に記載のコンデンサ装置。
3. 前記第１のケース体と前記樹脂モールドとの間に介在し、樹脂から形成された第２のケース体をさらに備える、請求項２に記載のコンデンサ装置。
4. 前記第１のケース体は、金属から形成されている、請求項１から３のいずれか１項に記載のコンデンサ装置。
5. 前記第１のケース体の内側にリブが形成されており、前記樹脂モールドは、前記リブに接触するように前記第１のケース体に収容されている、請求項１から４のいずれか１項に記載のコンデンサ装置。
6. インバータを収容する空間を規定し、前記第１のケース体に固定される第３のケース体をさらに備え、
   前記第３のケース体は、冷却器を有する、請求項１から５のいずれか１項に記載のコンデンサ装置。
7. 前記樹脂モールドは、前記空間に露出する表面を有する、請求項６に記載のコンデンサ装置。
8. 前記コンデンサ素子に電気的に接続され、前記樹脂モールドから突出する端子をさらに備え、
   前記樹脂モールドは、前記端子が突出する位置に相対的に近い一方端と、前記端子が突出する位置に相対的に遠い他方端とを有し、
   前記第１のケース体は、車両前方に設けられたエンジンルーム内に設置されるとともに、前記一方端が車両前後方向における前方に位置し、前記他方端が車両前後方向における後方に位置するように配置されている、請求項１から７のいずれか１項に記載のコンデンサ装置。
9. 前記コンデンサ素子に電気的に接続され、前記樹脂モールドから突出する端子をさらに備え、
   前記車両は、走行時に空気が取り込まれる通風口を有し、
   前記第１のケース体は、前記通風口から取り込まれる空気流れの経路上に前記端子が位置するように配置されている、請求項１から８のいずれか１項に記載のコンデンサ装置。

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