JP2007520187A - 充電器に電気エネルギーを回収する方法および装置 - Google Patents

充電器に電気エネルギーを回収する方法および装置 Download PDF

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Abstract

本発明は、充電器に電気エネルギー回収を供給する方法および装置に関する。本発明によれば、電気モータ(M)およびダイオード(D1)を介して電池(UB)から循環する電流は、並列に接続されたコンデンサ(CAおよびCB)を充電する。充電されると、前記各コンデンサは直列に接続され、それによって、電池に関して電圧差を発生し、各コンデンサからの充電量の半分をダイオード(D2)を介して電池に戻す。さらに、並列に再接続されると、各コンデンサは再充電され、前記充電量は、以前に各コンデンサから電池に運ばれた充電量と同じである。このようにして、各コンデンサが循環的に並列および直列に接続されるとき、エネルギーは、電池から各コンデンサに、また各コンデンサから電池に運ばれ、それによって電池の自律性およびモータの動作を著しく伸ばす。

Description

本発明は、回路を用いて、蓄積器(accumulator)または電池から充電器たとえばモータを介して循環する電流が完全に元に戻り、それにより著しくその範囲を拡大する自己再充電可能な電気源を使用して、充電器に供給される電気エネルギーを回収できるようにする方法および装置に関する。
より詳細には、並列から直列に、またその逆に循環的に接続される2つのコンデンサは、並列接続時にはモータを介して充電され、直列接続時に、その電圧が2倍になるとき、それら2つのコンデンサは電気を戻し、電池を再充電する。このソース(source)は、生じた損失を補償するための供給を除けば外部からのエネルギー供給を必要としない閉システムを表し、電池が技術的に許容する充放電回数によって電池の範囲(range)が制限される。
電気モータなどの充電器は、ある電荷を有する電池または蓄積器に接続され、この電荷は充電器により徐々に放電させられ、この放電は、接続時間、およびモータを介して循環している電流に直接比例している。したがって、再充電するためには、外部ソース(external source)から新鮮なエネルギーを供給する必要がある。
充電器によって消費されたエネルギーを再利用できるようにするシステムは、現行技術においては知られていない。
本発明の第1の態様は、充電器に電気エネルギーの回収を供給する方法に関し、第1の電気エネルギー蓄積器手段から生じる電気エネルギーを充電器に供給するステップと、供給されたエネルギーを回収するために、充電器を通過した後、少なくともある割合の前記電気エネルギーを前記第1の蓄積器手段に戻すステップとを含む。
電気エネルギーは、充電器を通過した後、第2の電気エネルギー蓄積器手段によって回収され、そこから前記第1の蓄積器手段に移され、それにより前記第1および第2のエネルギー蓄積器手段の間で電気エネルギーの循環転送が生じる。
前記第2の蓄積器手段から第1の蓄積器手段へのエネルギーの回収は、充電器を通過せずに達成することができる。他の代替例では、エネルギーは、充電器を介して前記第2の蓄積器手段から第1の蓄積器手段に回収され、この場合、充電器を介してエネルギーを回収する間、充電器の極性は逆になる。
前記第1の蓄積手段および/または前記第2の蓄積手段の一部分を形成する2つ以上の電気エネルギー蓄積器要素を、並列から直列に、またその逆に循環的に接続することによって、エネルギーの転送が引き起こされる。
本発明の第2の態様は、充電器に電気エネルギーの回収を供給する装置に関し、この装置は、第1の電気エネルギー蓄積器手段と第2の電気エネルギー蓄積器手段とを備え、充電器は、前記第1の蓄積器手段と第2の蓄積器手段の間に接続される。一実施形態では、充電器を通過した後に回収される電気エネルギーの循環のために、この装置は、たとえば充電器に並列に接続されたダイオードによって実装される1方向接続が提供され、この装置を介して、前記エネルギーは第1の蓄積器手段に戻される。
第1の電気エネルギー蓄積器手段は、直流電池から構成されてもよい。第2の電気エネルギー蓄積器手段は、少なくとも2つのコンデンサと、前記2つのコンデンサを並列から直列に、またその逆に循環的に接続するための切換可能な手段とを含む。
本発明は、電池の範囲が著しく拡大されるようにする自己再充電可能な電気エネルギー源を構成し、その結果、それからモータを介して循環する電流は、各接点によって並列に接続された2つのコンデンサを電池の電圧レベルまで充電する。これらのコンデンサは、充電されると、直列に接続され、それらの電圧を2倍にし、エネルギーを電池に戻し、それによって電池範囲を拡大し、電池の持続時間は、損失が補償されると、電池の充放電特性に依存する。
電池と、並列および直列に接続された各コンデンサとの間の電圧差の存在は、電池から各コンデンサへの、またその逆のエネルギーの移動を生じ、電池と各コンデンサとの間に接続されているモータに供給するために使用され、自己再充電可能な電気エネルギー源を構成する。
並列接続時は、各コンデンサはモータおよびダイオードを介して充電され、直列接続時は、各コンデンサは他のダイオードを介して充電され、モータの供給電圧は電池の電圧の半分である。一方で、モータが電池と直列接続された各コンデンサとの間に接続される場合、後者はダイオードを介して並列に充電され、モータおよび他のダイオードによって放電され、電池の電圧と同じ電圧をモータに供給することになり、モータの巻線に直列に接続されているコンデンサは、電力を失うことなく、その動作を保証する。
2つのコンデンサの代わりに、直列に接続された2つの電池および並列に接続された他の2つの電池が使用されてもよく、それらの電池の間にはモータが接続され、電流は、この場合は直列に接続された各電池からモータを介して並列に接続された各電池へと循環する。次いで、直列接続された各電池は、切換可能な各接点によって並列に接続され、他の2つの並列接続された電池は直列に接続され、電流の方向を逆転させ、モータの接続は、それらの循環の極性および方向を維持するために、他の各接点の同時切替によって反転される。
本発明の可能な一実施形態では、他の2つのコンデンサ、および2つの1次巻線を有するトランス、または2つの巻線を有するモータが前述の装置に加えられ、コンデンサの各対は、並列接続から直列接続に、またその逆に循環的に切り替わり、その結果、並列接続サイクル時には、各コンデンサのうち2つは各巻線のうちの1つを介して電池の電圧レベルまで充電され、同時に他の2つのコンデンサは直列に接続され、それらの電圧を2倍にし、第2の巻線によって電池に放電される。
主に各コンデンサにおける熱の消散、ならびに各電池の充電係数(charge factor)によってもたらされるエネルギー損失により低減されたレベルは、外部ソースによって補償され、各コンデンサのうちの2つを充電するモータまたはトランスの巻線を介して循環する電流と、第2の巻線を介して他の2つのコンデンサから同時に循環し電池を再充電する電流との合計は、外部ソースから供給される電流を加えてゼロに等しくなるため、またトランスの2次側で誘起される交流電圧に接続されているモータまたは各充電器により実行される仕事により、電池の放電は起こらない。
説明している内容を補足するために、また本発明の諸特性をよりよく理解するのに役立つように、本発明の好ましい実際的な一実施形態によれば、前記説明の不可欠な部分として1組の図面が添付され、情報を提供する非制限的な目的のために、以下に示される。
図1に示された好ましい一実施形態では、充電器は直流モータ(M)からなり、第1の蓄積器手段は電池(UB)からなり、第2の蓄積器手段は1対のコンデンサ(CA)および(CB)からなる。図1には、ある電圧の電池(UB)と、2つの切換可能な接点(S1)および(S2)によって互いに並列に接続された、第1のコンデンサ(CA)および第2のコンデンサ(CB)との間の電気モータ(M)の接続が示してある。これらのコンデンサ(CA)、(CB)は、モータ(M)およびダイオード(D1)を介して充電されて、電池(UB)の電圧と同じ電圧レベルが得られ、その充電量はQ=(CA+CB)UBであるが、コンデンサ(CA)および(CB)を充電するプロセスの間、モータ(M)は回転している。
充電されると、コンデンサ(CA)および(CB)は両方とも、接点(S1)および(S2)を切り替えることによって直列に接続され、その電圧は、その時点で電池(UB)の電圧の2倍の値に増大し、結果として、その充電量はQ=[(CA+CB)/2]2UB=(CA+CB)UBになり、このことは、充電されると両方のコンデンサの充電量Qは並列の場合と直列の場合とで同一になることを示す。
図1に示すように、モータ(M)およびダイオード(D1)に並列に接続されるとき、ダイオード(D2)は1方向接続を決定する。コンデンサ(CA)および(CB)は、両方が直列に接続された後直ちに、その充電量の半分をダイオード(D2)によって戻し、電池(UB)の電圧を発生する。次いで、接点(S1)および(S2)は切り替わり、コンデンサ(CA)および(CB)を並列に接続し、両コンデンサは、まず第1に半分の電圧に充電される。したがって、それらのコンデンサは直ちに充電され、モータ(M)およびダイオード(D1)を介して電池(UB)の電圧レベルを回復する。
コンデンサ(CA)および(CB)を並列接続から直列接続に、またその逆に循環的に切り替えることにより、モータ(M)を介して電池(UB)から各コンデンサに、またこれらのコンデンサから電池に循環し、電池を再充電し、電池の範囲を拡大する電流は、自己再充電可能な電気エネルギー源を構成する。
図2に示される第2の実際的な実施形態では、モータ(M)は、ダイオード(D2)によって、電池(UB)とコンデンサ(CA)および(CB)との間に接続される。したがって、これらのコンデンサはダイオード(D1)を介して直接充電され、モータ(M)およびダイオード(D2)を介して放電され、図1で示された例で前に述べたコンデンサ(CA)および(CB)の充電量の値は不変のままであり、違いは、モータ(M)の各端子に存在する電圧が、この場合は電池(UB)の電圧と同じであるということである。
コンデンサ(CA)、(CB)の充電容量は、モータ(M)を介して循環する電流の強度によって決定され、モータにはコンデンサ(CM)が並列に接続され、このコンデンサは、最大出力におけるモータの動作を保証し、このコンデンサの代わりに、電池、好ましくは急速充電池を接続することが可能である。
図3に示された別の実施形態では、第1および第2の蓄積器手段は、電池(B3)、(B4)および(B1)、(B2)のそれぞれの対からなる。したがって、この実施形態では、コンデンサ(CA)および(CB)の代わりに、2対の電池が使用される。電池(B1)および(B2)の対はスイッチ(S1)および(S2)に接続され、電池(B3)および(B4)の対はスイッチ(S3)および(S4)に接続され、その結果、各スイッチ(S1−S4)は、それらの位置に応じて、電池が直列または並列に組み合わされるように、各電池の対を接続する。
したがって、電池(B1)および(B2)の2つが並列に接続されている間、他の2つの電池(B3)および(B4)は直列に構成され、各電池間の電圧差の結果として回転するモータ(M)は、各電池の両方の対の間に接続されるが、同時に、直列接続された各電池からモータを介して循環する電流は、2つの並列接続された電池を再充電する。接点(S1)、(S2)、(S3)および(S4)は、電池(B1)および(B2)を直列に接続し、電池(B3)および(B4)を並列に接続し、次いで切り替え、したがって電流の方向を逆にするが、同時にそれらは、モータの正しい極性およびモータの回転方向を維持するために、接点(S5)および(S6)を切り替える。
2つのコンデンサおよび電池は、どんな機械的、電気機械的、電気的、電子的、または自己再充電可能な電気エネルギー源を得る目的で記述された各条件に合う他の要素によって切り替えられてもよい。これらの切替動作は、知られた手段、たとえばプログラム可能な電子的な手段で制御されても良い。
前述の好ましい各実施形態では、充電器は直流モータからなるが、当業者であれば理解できるように、充電器はまた、どんなタイプの抵抗性および/または誘導性の充電器から構成されてもよい。
図4には他の好ましい実施形態が示してあり、2つの1次巻線(L1)および(L2)を有するトランス(T)は、電池(UB)と2対のコンデンサ、(C1)および(C2)に加えて(C3)および(C4)との間に接続され、それにより、2つのコンデンサ(C1)および(C2)は、それらの接続を接点(S1)および(S2)により並列から直列に、またその逆に切り替え、コンデンサ(C3)および(C4)は、接点(S3)および(S4)によって切り替わり、その結果、コンデンサ(C1)および(C2)が並列に接続されているサイクル中は、後者は巻線(L1)を介して電池の電圧レベルまで充電されるが、同時に、コンデンサ(C3)および(C4)は直列に接続され、それらの電圧を2倍にし、電池は巻線(L2)によって放電され、この場合には、充電電流および放電電流は同じ方向に循環する。一方で、コンデンサ(C3)および(C4)が並列に接続されているサイクル中では、これらのコンデンサは巻線(L2)を介して電池電圧レベルまで充電され、コンデンサ(C1)および(C2)は直列に接続され、それらの電圧を2倍にし、巻線(L1)を介して電池に放電される。したがって、充電電流および放電電流の方向は変化し、したがって2次巻線(L3)において交流電圧を誘起し、その周波数は前述の各接点の切替速度に依存し、ダイオード・ブリッジ(P)によって整流され、コンデンサ(CP)によって濾波された後に、結果として生じるDC電圧は回路(K)によって正弦波電圧に変換される。
1対のコンデンサの並列接続および他方の対の直列接続が同時に起こる。したがって、各巻線のうちの1つを介して電池から循環し、各コンデンサのうちの2つを充電する電流と、他の巻線を介して他の2つのコンデンサから電池に循環する電流の合計は、ほぼゼロである。
本質的に各コンデンサにおける熱の消散、ならびに電池の充電係数(charging factor)によって生じる最小エネルギー損失は、外部のエネルギー源(FE)によって補償され、その結果として、電池の外部のこのソースから循環する電流と、各コンデンサの充電電流および放電電流との合計はゼロに等しい。したがって、各充電器のパワーが大きいほど、各コンデンサの充電電流および放電電流の強度は高くなるため、電池は放電されず、その範囲はトランス(T)の2次巻線(L3)に接続された各モータまたは各充電器によってなされた仕事に依存しない。
図5には他の実施形態が示してあり、交流モータ(M)が2つの巻線(L1)および(L2)に接続され、その結果、コンデンサ(C1)および(C2)が並列に接続されている間、後者は巻線(L1)によって充電され、同時にコンデンサ(C3)および(C4)は直列に接続され、巻線(L2)により電池(UB)に放電され、充電電流および放電電流は各巻線を介して同じ方向に循環する。次いで、コンデンサ(C1)および(C2)は直列に接続され、コンデンサ(C3)および(C4)は並列に接続される。したがって、各コンデンサの充電電流および放電電流の方向は逆になり、したがって、モータの各端子において、各接点の切替速度に依存する周波数を有する交流電圧を発生する。生じたエネルギー損失は、外部ソース(FE)によって補償され、このソースから電池に循環する電流と、各コンデンサの充電および放電の間、2つの巻線を介して循環する電流との合計は、ゼロに等しい。したがって、モータによってなされた仕事の結果として、電池は放電されない。
図6には、電池(UB)と2対のコンデンサ、(C1)および(C2)に加えて(C3)および(C4)との間の2つの巻線(L1)および(L2)への直流モータ(M)の接続が示してあり、その結果、並列に接続されている間、各コンデンサのうちの2つは巻線(L1)によって充電され、同時に直列に接続されている間、他の2つのコンデンサは巻線(L2)によって電池に充電される。各コンデンサの各対に並列から直列に、またその逆に接続する各接点(S1)、(S2)、(S3)および(S4)の切替と同時に、接点(S5)および(S6)は切り替わり、モータの各巻線を分極し、その結果、各コンデンサの充電電流および放電電流は同じ方向に循環し、直流電圧を発生する。外部ソース(FE)から供給される電流と各コンデンサの充電電流および放電電流との合計はゼロに等しく、したがって電池の放電はない。
本記述および一連の各図を検討すると、説明されてきた本発明の各実施形態は、本発明の目的内の多くの様々な方法で組み合わされてもよいことが、当業者には理解されよう。本発明は、本発明のいくつかの好ましい実施形態に基づいて記述されてきたが、請求の範囲に記載されている本発明の目的から逸脱することなく、前記好ましい各実施形態に複数の変形を加えてもよいことが、当業者には明らかになろう。
切換可能な各接点により、並列に接続された2つのコンデンサはモータおよびダイオードを介して電池から充電され、各接点が切り替えられた後に、2つのコンデンサは直列に接続され、それにより他のダイオードを介して電池を放電させる、実際的な回路を示す図である。 切換可能な各接点により、2つのコンデンサは並列に接続され、ダイオードを介して電池から充電され、各接点が切り替えられた後に、2つのコンデンサは直列に接続され、それによりモータおよび他のダイオードを介して電池を放電させる、実際的な回路を示す図である。 並列に接続された他の2つの電池にモータを介して直列に接続され、接点によって、二者択一的に切り替わり、この結果、各コンデンサの使用に関して述べられた効果と同様の効果が生じる、2つの電池の接続を示す図である。 電池と、2つの1次巻線および1つの2次巻線を有し、交流電圧が誘起されて、整流され、濾波され、正弦波電圧に変換されるトランスの2対のコンデンサとの間の接続に対応する電気回路図を示す図である。 電池と2対のコンデンサとの間に接続された2つの巻線を有する交流モータの電気回路図を示す図である。 電池と2対のコンデンサとの間に接続された2つの巻線を有し、2つの切換可能な接点がそれらの正しい分極および回転方向を確実にする直流モータの電気回路図を示す図である。

Claims (33)

  1. 充電器に電気エネルギーの回収を供給する方法であって、第1の電気エネルギー蓄積器手段から取り出された電気エネルギーを充電器に供給するステップと、前記電気エネルギーが前記充電器を通過して、供給された前記電気エネルギーを回収するための前記第1の蓄積器手段に至った後に、少なくともある割合の前記電気エネルギーを戻すステップとを含むことを特徴とする方法。
  2. 前記電気エネルギーは、前記充電器を通過した後、第2の電気エネルギー蓄積器手段によって回収され、そこから前記第1の蓄積器手段に転送されることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
  3. 前記第1のエネルギー蓄積器手段と第2のエネルギー蓄積器手段との間で電気エネルギーの循環転送が起こることを特徴とする、請求項1または2に記載の方法。
  4. 前記第2の蓄積器手段から前記第1の蓄積器手段への前記エネルギーの回収は、前記充電器を通過することなく起こることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか一項に記載の方法。
  5. 前記第2の蓄積器手段から前記第1の蓄積器手段への前記エネルギーの回収は、前記充電器を介して起こることを特徴とする、前記請求項1から4のいずれか一項に記載の方法。
  6. 前記充電器を介する前記エネルギー回収の間、前記充電器の極性は反転していることを特徴とする、請求項5に記載の方法。
  7. 前記エネルギーの転送は、前記第1の蓄積手段と前記第2の蓄積手段の少なくともいずれか一方の一部分を形成する2つ以上の電気エネルギー蓄積器要素を、並列から直列に、またその逆に循環的に接続することによってもたらされることを特徴とする、請求項1〜6のいずれか一項に記載の方法。
  8. 充電器に電気エネルギーの回収を供給する装置であって、第1の電気エネルギー蓄積器手段および第2の電気エネルギー手段を備え、前記充電器は前記第1の蓄積器手段と第2の蓄積器手段との間に接続されることを特徴とする装置。
  9. 前記回収された電気エネルギーが前記充電器を介して通過し、前記第1の蓄積器手段に戻されて後に、回収された電気エネルギーを循環させるために、前記充電器に並列に接続された1方向接続を有することを特徴とする、請求項8に記載の装置。
  10. 前記1方向接続は半導体ダイオードを有することを特徴とする、請求項9に記載の装置。
  11. 前記第1のエネルギー蓄積器手段は直流電池からなることを特徴とする、請求項8から10のいずれか一項に記載の装置。
  12. 前記第2の電気エネルギー蓄積器手段は、少なくとも2つのコンデンサと、前記2つのコンデンサを並列から直列に、またその逆に循環的に接続する切換可能な手段とを備えることを特徴とする、請求項8から11のいずれか一項に記載の装置。
  13. 前記充電器と前記第1または第2の蓄積器手段との間に接続される半導体ダイオードが提供されることを特徴とする、請求項8から12のいずれか一項に記載の装置。
  14. 前記各コンデンサは、並列に接続されるとき、前記各ダイオードの位置により、前記電池から供給された前記エネルギーを前記充電器によって充電され、前記各コンデンサは、直列に接続されるとき、前記1方向接続を介して前記電池に放電されることを特徴とする、請求項8から13のいずれか一項に記載の装置。
  15. 前記各コンデンサは、並列に接続されるとき、前記各ダイオードの前記位置により、前記電池から供給された前記エネルギーを、前記1方向接続を介して充電され、前記各コンデンサは、直列に接続されるとき、前記充電器を介して放電されることを特徴とする、請求項8から13のいずれか一項に記載の装置。
  16. 前記第1および第2の電気エネルギー蓄積器手段は、少なくとも2つの直流電池と、前記各電池を並列から直列に、またその逆に循環的に接続する切替手段とからなることを特徴とする、請求項8に記載の装置。
  17. 前記第1および第2の蓄積器手段の前記各電池での、直列または並列の接続状況は、常に互いに異なることを特徴とする、請求項16に記載の装置。
  18. 前記充電器は、前記各電池の前記直列または並列の接続状況に応じて、前記充電器の極性を反転させる切換可能な手段を介して、前記第1および第2の蓄積器手段の前記各電池に接続されることを特徴とする、請求項16または17に記載の装置。
  19. 前記充電器に並列に接続されたコンデンサを有することを特徴とする、請求項8から18のいずれか一項に記載の装置。
  20. 前記充電器は、抵抗性または誘導性の充電器であることを特徴とする、請求項8から19のいずれか一項に記載の装置。
  21. 前記充電器は、DCモータであることを特徴とする、請求項8から20のいずれか一項に記載の装置。
  22. 前記充電器は、第1の1次巻線および第2の1次巻線を備えるとともに第3の電気エネルギー蓄積器手段を有し、前記第1の巻線は前記第1および第2の蓄積器手段の間に接続され、前記第2の巻線は前記第1および第3の蓄積器手段の間に接続されることを特徴とする、請求項8、11および12に記載の装置。
  23. 前記第3の蓄積器手段は、少なくとも2つのコンデンサと前記2つのコンデンサを並列から直列に、またその逆に循環的に接続する切換可能な手段とを備えることを特徴とする、請求項22に記載の装置。
  24. 前記第3の蓄積器手段の前記各コンデンサは、並列から直列に、またその逆に循環的に接続され、直列か並列かのその接続状況は、前記第2の蓄積器手段での前記各コンデンサの直列か並列かの前記接続状況と常に異なることを特徴とする、請求項22および23に記載の装置。
  25. 並列に接続された前記各コンデンサは、前記電池に接続される際に介する前記巻線によって前記電池の電圧まで充電され、直列に接続された前記各コンデンサは、前記電池に接続される際に用いられる前記巻線を介して前記電池に放電され、前記充電電流および放電電流は同じ方向に循環することを特徴とする、請求項24に記載の装置。
  26. 前記第2および第3の蓄積器手段の切替手段の切替は、それらが関係する前記各コンデンサの前記直列または並列の接続状況を変更するために同時に起こることを特徴とする、請求項25に記載の装置。
  27. 前記1次巻線および2次巻線は、前記切換可能な手段の切替速度に周波数が依存する交流電圧が誘起される2次巻線をも有するトランスの前記1次巻線を構成することを特徴とする、請求項22から26に記載の装置。
  28. 前記トランスの前記2次巻線に誘起される前記交流電圧を受け取り、出力がコンデンサを介してDC−ACコンバータに供給されるダイオード・ブリッジを備えることを特徴とする、請求項27に記載の装置。
  29. 交流モータを備え、前記1次巻線および2次巻線は前記交流モータにその電圧を誘起することを特徴とする、請求項22から26に記載の装置。
  30. 直流モータを備えて、前記1次巻線および2次巻線が前記直流モータにその電圧を誘起し、また、前記1次巻線および2次巻線に関連する、前記各巻線の接続の極性を変更するための切換可能な手段を備えて、前記充電電流および放電電流が常にそれらの巻線を介して同じ方向に循環し、DC電圧が前記モータで生成されることを特徴とする、請求項22から26に記載の装置。
  31. 起こりうるエネルギーの損失を補償するため前記電池と並列に接続された外部のエネルギー源を備えることを特徴とする、請求項22から30に記載の装置。
  32. 前記切替手段は、機械的、電気機械的、電気的または電子的な手段によって形成されるグループから選択されることを特徴とする、請求項8から31のいずれか一項に記載の装置。
  33. 前記切換可能な手段の前記切替を制御するプログラム可能な電子的手段を有することを特徴とする、請求項8から32のいずれか一項に記載の装置。
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