JP2012148726A - インホイールモータ駆動装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】組立性を損なうことなく、インホイールモータ駆動装置の軸方向寸法を短縮することができ、アルミ合金製のハウジングの肉厚を最小限に抑えて軽量化する。
【解決手段】車輪制動装置を備えるインホイールモータ駆動装置において、車輪制動装置の構成部材であるドラムブレーキ71のバックプレート71b、あるいは、ディスクブレーキのキャリパの取付け部材を、減速部Bのハウジング22bのアウトボード側端面に締結されるアウトボード側端面部材22dと一体に形成することにより、部品点数を削減し、軸方向寸法を最小限に抑制したことを特徴とする。
【選択図】図1

Description

この発明は、電動モータの出力軸と車輪のハブとを減速機を介して同軸上に連結したインホイールモータ駆動装置に関するものである。
従来のインホイールモータ駆動装置101は、例えば、特開2002−247713号公報(特許文献1)に記載されている。
図10に示すインホイールモータ駆動装置101は、出力軸106を回転駆動するモータ部103と、前記出力軸106の回転を減速して車輪側の出力軸108に伝達する減速部105と、前記車輪側の出力軸108に固定連結される車輪ハブ109を有する車輪ハブ軸受部104とを備え、制動装置としてドラムブレーキ102を備えている。
上記ドラムブレーキ102は、図10及び図11に示すように、バックプレート110を減速部105のハウジング107にボルト111で締結する構造になっている。
また、図10及び図11の例では、車輪ハブ軸受部104の固定輪112(固定側部材)と減速部105のハウジング107とをボルト113で締結している。
前記図10及び図11の例では、上記のように、バックプレート110と固定輪112を、それぞれ別個のボルト110、113によって、減速部105のハウジング107に締結しているが、図12に示すように、バックプレート110と固定輪112をボルト113によって一緒に減速部105のハウジング107に締結することもある。
特開2002−247713号公報
ところで、インホイールモータ駆動装置101においては、モータ部103のハウジング114と減速部105のハウジング107は、軽量化のために、通常、アルミ合金によって形成されている
ところが、減速部105のハウジング107とドラムブレーキ102のバックプレート110をボルトによって締結する構造では、アルミ合金の強度を確保する観点から、ボルト締結するためのねじ穴を鋼材に比べ、長く設定する必要がある。
特許文献1に開示されたものにおいても、ボルト締結部は比較的長めに設定されており、他の壁部よりも肉が厚く形成されている。
そして、ボルト締結部の肉厚だけを厚くできない場合には、インホイールモータユニットの軸長が伸びてしまうため、全体の重量アップにつながるという問題が生じる。
さらに、ボルト締結部のねじ穴を内部に貫通させることは、油漏れの観点から好ましくないため、ねじ穴を内部に貫通させないようにすると、肉厚がより厚くなるという問題も生じる。
そこで、この発明は、組立性を損なうことなく、インホイールモータ駆動装置の軸方向寸法を短縮することができ、アルミ合金製のハウジングの肉厚を最小限に抑えて軽量化することを課題とするものである。
前記の課題を解決するために、この発明は、モータ部の出力軸と車輪ハブ軸受部とを減速部を介して同軸上に連結し、車輪制動装置を備えるインホイールモータ駆動装置において、車輪制動装置が、車輪ハブ軸受部のハブ輪に締結されるブレーキドラムと、車輪ハブ軸受部の固定輪側に配置されるバックプレートを有するドラムブレーキであり、このドラムブレーキのバックプレートを、前記減速部のハウジングのアウトボード側端面に締結されるアウトボード側端面部材と一体に形成したことを特徴とする。
また、車輪制動装置が、車輪ハブ軸受部のハブ輪に締結されるブレーキディスクと、車輪ハブ軸受部の固定輪側に配置されるキャリパを有するディスクブレーキである場合には、前記キャリパの取付け部材を、前記減速部のハウジングのアウトボード側端面に締結されるアウトボード側端面部材と一体に形成したことを特徴とする。
前記アウトボード側端面部材は、減速部のハウジングにボルト締結される。
前記アウトボード側端面部材は、鉄系材料によって形成され、減速部のハウジングは、軽金属材料によって形成される。
前記車輪ハブ軸受部の固定輪とアウトボード側端面部材とを一体に形成してもよい。
前記アウトボード側端面部材にナックルを一体化し、このナックルが車体から延びるロアアームとのみ連結するようにしてもよい。
前記アウトボード側端面部材にナックルを一体化し、このナックルに車体から延びるアッパーアームとロアアームを連結するようにしてもよい。
また、前記アウトボード側端面部材にナックルを一体化し、このナックルの上側に緩衝装置を連結してもよい。
前記アウトボード側端面部材と減速部のハウジングとの間には、内部からのオイル漏れを防止するシール部材を配置することが望ましい。
前記シール部材としては、Oリングを採用することができる。
この発明は、以上のように、車輪制動装置を備えるインホイールモータ駆動装置において、車輪制動装置の構成部材であるドラムブレーキのバックプレート、あるいは、ディスクブレーキのキャリパの取付け部材を、減速部のハウジングのアウトボード側端面に締結されるアウトボード側端面部材と一体に形成することにより、部品点数を削減し、軸方向寸法を最小限に抑制することができる。
また、前記車輪ハブ軸受部の固定輪とアウトボード側端面部材とを一体に形成することにより、締結ボルト数の削減と共に、アルミ合金製のハウジングの肉厚を最小限に抑えて軽量化することができる。
さらに、アウトボード側端面部材にナックルを一体化することにより、さらに部品点数を削減することができ、軽量化が図れる。
しかも、減速部のアウトボード側端面に、アウトボード側端面部材を配置する構造であるので、従来通り、モータ部と減速部を軸方向から組み立てることができるので、組立性を損なうこともない。
この発明の一実施形態に係るインホイールモータ駆動装置の概略断面図である。 図1のインホイールモータ駆動装置の組立て前の状態を示す分解図である。 この発明の他の実施形態に係るインホイールモータ駆動装置の概略断面図である。 この発明の他の実施形態に係るインホイールモータ駆動装置の概略断面図である。 この発明の他の実施形態に係るインホイールモータ駆動装置の概略断面図である。 この発明の他の実施形態に係るインホイールモータ駆動装置の概略断面図である。 この発明の他の実施形態に係るインホイールモータ駆動装置の概略断面図である。 インホイールモータ駆動装置を搭載した電気自動車の概略平面図である。 この発明のインホイールモータ駆動装置の減速部の縦断面図である。 従来のインホイールモータ駆動装置の概略断面図である。 従来のインホイールモータ駆動装置のバックプレートの締結例を示す部分拡大図である。 従来のインホイールモータ駆動装置のバックプレートの他の締結例を示す部分拡大図である。
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
この発明の一実施形態に係るインホイールモータ駆動装置を備えた電気自動車11は、図8に示すように、シャーシ12と、操舵輪としての前輪13と、駆動輪としての後輪14と、左右の後輪14それぞれに駆動力を伝達するインホイールモータ駆動装置21とを備える。
インホイールモータ駆動装置21は、図1及び図2に示すように、駆動力を発生させるモータ部Aと、モータ部Aの回転を減速して出力する減速部Bと、減速部Bからの出力を駆動輪14に伝える車輪ハブ軸受部Cとを備えている。
モータ部Aのハウジング22aと減速部Bのハウジング22bとは、ボルト61によって締結されている。このモータ部Aのハウジング22aと減速部Bのハウジング22bは、アルミ合金等の軽金属によって形成している。
モータ部Aのハウジング22aのインボード側端面は、インボード側端面部材22cによって閉塞されている。
前記減速部Bのハウジング22bのアウトボード側端面は、アウトボード側端面部材22dがボルト62によって締結され、アウトボード側端面部材22dに、車輪ハブ軸受部Cの固定輪33がボルト63によって締結されている。
前記減速部Bは、減速部Bのハウジング22bからアウトボード側端面部材22dを取り外した状態で、図2に示すように、アウトボード側からモータ部Aに組み込めるようになっている。即ち、減速部Bの入力軸25を、アウトボード側からモータ部Aの出力軸24aに挿し込んで、減速部Bとモータ部Aとが組み立てられる。
アウトボード側端面部材22dは、鉄系材料によって形成され、図1及び図2に示す実施形態では、アウトボード側端面部材22dの外周に、車輪の制動装置を構成するドラムブレーキ71のバックプレート71bを一体に形成している。アウトボード側端面部材22dには、車輪ハブ軸受部Cの固定輪33を締結するボルト63のボルト孔64を形成している。
アウトボード側端面部材22dと減速部Bのハウジング22bとの接合部分には、内部からのオイル漏れを防止するためのシール部材65としてOリングが配置されている。
車輪ハブ軸受部Cは、減速部Bの出力軸28を取付けるハブ輪32と、複列の転がり軸受を介して減速部Bのアウトボード側端面部材22dに、締結ボルト63によって締結固定される固定輪33とを備える。
ハブ輪32は、円筒形状の中空部32aとフランジ部32bとを有する。フランジ部32bにはボルト32cによって車輪14が固定連結される。また、減速部Bの出力軸28の外径面にはスプラインおよび雄ねじが形成されている。また、ハブ輪32の中空部32aの内径面にはスプライン穴が形成されている。そして、ハブ輪32の内径面に減速部Bの出力軸28を挿入し、先端をナット32dでとめることによって、両者を締結している。
ハブ輪32は、中空部32aの外面に車輪取付けフランジ32bが一体形成されている。中空部32aの車両アウター側の外径面には、複列の転がり軸受のアウター側の内側軌道面が一体に形成され、中空部32aの車両インナー側の外径面に、外面にインナー側の内側軌道面を有する内輪32eを嵌合している。
固定輪33は、内周面に、ハブ輪32のアウター側の内側軌道面とインナー側の内側軌道面に対向するアウター側の外側軌道面とインナー側の外側軌道面を一体に形成され、外周面に、固定用フランジ33aを有する。
ハブ輪32と固定輪33の対向するアウター側軌道面とインナー側軌道面間には、複列の玉34が収容されている。
図1及び図2に示す車輪ハブ軸受部Cは、上記のように、ハブ輪32の外周面に、車輪取付けフランジ32bと、複列の転がり軸受の内側軌道面の一方を一体に形成し、固定輪33の内周面に複列の転がり軸受の外側軌道面を一体に設け、固定輪33の外周面に固定用フランジ33aを一体に形成した、いわゆる第3世代と呼ばれている車輪用ハブユニットである。
車輪取付けフランジ32bには、ドラムブレーキ71のブレーキドラム71aが装着されている。
次に、図3に示す実施形態では、ドラムブレーキ71のバックプレート71bを一体に形成したアウトボード側端面部材22dに、車体への取付け部材であるナックル72を一体に形成している。
図3に示す実施形態は、ナックル72としてロアアームとのみ連結するトレーリングアーム式のものを採用している。
また、図4に示す実施形態は、ナックル72として、車体から延びるアッパーアームとロアアームに連結するWウィッシュボーン式のものを採用している。
また、図5に示す実施形態は、ナックル72として、上側に緩衝装置を連結するストラット式のものを採用している。
次に、図6に示す実施形態は、固定輪33の固定用フランジ33aを、アウトボード側端面部材22dとして使用する例である。即ち、この実施形態は、固定輪33の固定用フランジ33aと、バックプレート71bを構成するアウトボード側端面部材22dとを一体化した例であり、このようにすると、部品点数を削減でき、軽量化にも貢献する。
次に、図7に示す実施形態は、車輪の制動装置として、ディスクブレーキ72を採用した例であり、ディスクブレーキ72のブレーキディスク72aを、車輪取付けフランジ32bに装着し、ブレーキディスク72aを挟持するキャリパ72bの取付け部材72cを、アウトボード側端面部材22dに一体化した例である。
上記各実施形態においては、モータ部Aは、ステータ23と、ステータ23の内側に径方向の隙間を空けて対向する位置に配置されるロータ24と、ロータ24の内側に固定連結されてロータ24と一体回転する中空の出力軸24aとを備えるラジアルギャップモータを採用している。
中空の出力軸24aは、モータ部Aの駆動力を減速部Bの入力軸25に伝達するためにモータ部Aから減速部Bにかけて配置されている。
減速部Bの入力軸25には、減速部B内に偏心部25a、25bを有する。この入力軸25は、ロータ24の中空の出力軸24aに嵌合固定されて、ロータ24と一体回転する。さらに、2つの偏心部25a、25bは、偏心運動による遠心力を互いに打ち消し合うために、180°位相を変えて設けられている。
減速部Bは、偏心部25a、25bに回転自在に保持される公転部材としての曲線板26a、26bと、曲線板26a、26bの外周部に係合する外周係合部材としての複数の外ピン27と、曲線板26a、26bの自転運動を出力軸28に伝達する運動変換機構と、偏心部25a、25bに隣接する位置にカウンタウェイト29とを備える。また、減速部Bには、減速部Bに潤滑油を供給する減速部潤滑機構が設けられている。
出力軸28は、フランジ部28aと軸部28bとを有する。フランジ部28aの端面には、出力軸28の回転軸心を中心とする円周上に、等間隔に内ピン31を固定する穴が形成されている。また、軸部28bはハブ輪32に嵌合固定され、減速部Bの出力を車輪14に伝達する。
曲線板26a、26bは、図9に示すように、外周部にエピトロコイド等のトロコイド系曲線で構成される複数の波形を有し、一方側端面から他方側端面に貫通する複数の貫通孔30aを有する。貫通孔30aは、曲線板26a、26bの自転軸心を中心とする円周上に等間隔に複数個設けられており、後述する内ピン31を受入れる。また、貫通孔30bは、曲線板26a、26bの中心に設けられており、偏心部25a、25bに嵌合する。
曲線板26a、26bは、転がり軸受41によって偏心部25a、25bに対して回転自在に支持されている。この転がり軸受41は、偏心部25a、25bの外径面に嵌合し、その外径面に内側軌道面を有する内輪部材と、曲線板26a、26bの貫通孔30bの内径面に直接形成された外側軌道面と、内側軌道面および外側軌道面の間に配置される複数の円筒ころ44と、隣接する円筒ころ44の間隔を保持する保持器(図示省略)とを備える円筒ころ軸受である。
外ピン27は、モータ側回転部材25の回転軸心を中心とする円周軌道上に等間隔に設けられる。曲線板26a、26bが公転運動すると、曲線形状の波形と外ピン27とが係合して、曲線板26a、26bに自転運動を生じさせる。
カウンタウェイト29は、円板状で、中心から外れた位置にモータ側回転部材25と嵌合する貫通孔を有し、曲線板26a、26bの回転によって生じる不釣合い慣性偶力を打ち消すために、各偏心部25a、25bに隣接する位置に偏心部と180°位相を変えて配置される。
運動変換機構は、出力軸28に保持された複数の内ピン31と、曲線板26a、26bに設けられた貫通孔30aとで構成される。内ピン31は、車輪側回転部材28の回転軸心を中心とする円周軌道上に等間隔に設けられており、その軸方向一方側端部が車輪側回転部材28に固定されている。また、曲線板26a、26bとの摩擦抵抗を低減するために、曲線板26a、26bの貫通孔30aの内壁面に当接する位置に針状ころ軸受が設けられている。
貫通孔30aは、複数の内ピン31それぞれに対応する位置に設けられ、貫通孔30aの内径寸法は、内ピン31の外径寸法(「針状ころ軸受を含む最大外径」を指す。以下同じ。)より所定分大きく設定されている。
減速部潤滑機構は、減速部Bに潤滑油を供給するものであって、潤滑油路25cと、潤滑油給油口25dと、潤滑油排出口25eと、潤滑油貯留部25fと、回転ポンプ51と、循環油路25gとを備える。
潤滑油路25cは、減速部Bの入力軸25の内部を軸線方向に沿って延びている。また、潤滑油供給口25dは、潤滑油路25cから入力軸25の外径面に向かって延びている。なお、この実施形態において、潤滑油供給口25dは、偏心部25a、25bに設けられている。
また、潤滑油排出口25eと潤滑油路25cとを接続する循環油路25gがモータ部Aのハウジング22aの内部に設けられている。そして、潤滑油排出口25eから排出された潤滑油は、循環油路25gを経由して潤滑油路25cに還流する。
以上の実施形態では、固定輪33の固定用フランジ33aとアウトボード側端面部材22dとの間の突き合わせ面の密封性を向上させて、内部からのオイル漏れを防止するために、締結ボルトが配置される周方向位置の内径側にシール部材66を配置している。
シール部材66としては、Oリングを使用することができる。
以下、インホイールモータ駆動装置21の作動原理について説明する。
モータ部Aは、例えば、ステータ23のコイルに交流電流を供給することによって生じる電磁力を受けて、永久磁石または磁性体によって構成されるロータ24が回転する。これにより、ロータ24の出力軸24aに接続された減速部Bの入力軸25が回転すると、曲線板26a、26bは入力軸25の回転軸心を中心として公転運動する。このとき、外ピン27が、曲線板26a、26bの曲線形状の波形と係合して、曲線板26a、26bを入力軸25の回転とは逆向きに自転運動させる。
貫通孔30aに挿通する内ピン31は、曲線板26a、26bの自転運動に伴って貫通孔30aの内壁面と当接する。これにより、曲線板26a、26bの公転運動が内ピン31に伝わらず、曲線板26a、26bの自転運動のみが減速部Bの出力軸28を介して車輪ハブ軸受部Cに伝達される。
このとき、入力軸25の回転が減速部Bによって減速されて出力軸28に伝達されるので、低トルク、高回転型のモータ部Aを採用した場合でも、駆動輪14に必要なトルクを伝達することが可能となる。
なお、上記構成の減速部Bの減速比は、外ピン27の数をZA、曲線板26a、26bの波形の数をZBとすると、(ZA−ZB)/ZBで算出される。図9に示す実施形態では、ZA=12、ZB=11であるので、減速比は1/11と、非常に大きな減速比を得ることができる。
このように、多段構成とすることなく大きな減速比を得ることができる減速部Bを採用することにより、コンパクトで高減速比のインホイールモータ駆動装置21を得ることができる。また、外ピン27および内ピン31に針状ころ軸受を設けたことにより、曲線板26a、26bとの間の摩擦抵抗が低減されるので、減速部Bの伝達効率が向上する。
上記の実施形態に係るインホイールモータ駆動装置21を電気自動車11に採用することにより、ばね下重量を抑えることができる。その結果、走行安定性に優れた電気自動車11を得ることができる。
また、上記の実施形態においては、潤滑油供給口25dを偏心部25a、25bに設けた例を示したが、これに限ることなく、入力軸25の任意の位置に設けることができる。ただし、安定して潤滑油を供給する観点からは、潤滑油供給口25dは偏心部25a、25bに設けるのが望ましい。
また、上記の実施形態においては、減速部Bの曲線板26a、26bを180°位相を変えて2枚設けたが、この曲線板の枚数は任意に設定することができ、例えば、曲線板を3枚設ける場合は、120°位相を変えて設けるとよい。
また、上記の実施形態における運動変換機構は、出力軸28に固定された内ピン31と、曲線板26a、26bに設けられた貫通孔30aとで構成される例を示したが、これに限ることなく、減速部Bの回転を車輪ハブ32に伝達可能な任意の構成とすることができる。例えば、曲線板に固定された内ピンと、車輪側回転部材に形成された穴とで構成される運動変換機構であってもよい。
なお、上記の実施形態における作動の説明は、各部材の回転に着目して行ったが、実際にはトルクを含む動力がモータ部Aから駆動輪に伝達される。したがって、上述のように減速された動力は高トルクに変換されたものとなっている。
また、上記の実施形態における作動の説明では、モータ部Aに電力を供給してモータ部Aを駆動させ、モータ部Aからの動力を駆動輪14に伝達させたが、これとは逆に、車両が減速したり坂を下ったりするようなときは、駆動輪14側からの動力を減速部Bで高回転低トルクの回転に変換してモータ部Aに伝達し、モータ部Aで発電しても良い。さらに、ここで発電した電力は、バッテリーに蓄電しておき、後でモータ部Aを駆動させたり、車両に備えられた他の電動機器等の作動に用いたりしてもよい。
また、上記の各実施形態においては、モータ部Aにラジアルギャップモータを採用した例を示したが、これに限ることなく、任意の構成のモータを適用可能である。例えばハウジングに固定されるステータと、ステータの内側に軸方向の隙間を空けて対向する位置に配置されるロータとを備えるアキシアルギャップモータであってもよい。
また、上記の各実施形態においては、減速部Bにサイクロイド減速機構を採用したインホイールモータ駆動装置21の例を示したが、これに限ることなく、任意の減速機構を採用することができる。例えば、遊星歯車減速機構や平行軸歯車減速機構等が該当する。
さらに、図7に示した電気自動車11は、後輪14を駆動輪とした例を示したが、これに限ることなく、前輪13を駆動輪としてもよく、4輪駆動車であってもよい。なお、本明細書中で「電気自動車」とは、電力から駆動力を得る全ての自動車を含む概念であり、例えば、ハイブリッドカー等をも含むものとして理解すべきである。
以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示した実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。
21 インホイールモータ駆動装置
A モータ部
B 減速部
C 車輪ハブ軸受部
22a モータ部Aのハウジング
22b 減速部Bのハウジング
22c インボード側端面部材
22d アウトボード側端面部材
23 ステータ
24 ロータ
24a 出力軸
25 入力軸
25a、25b 偏心部
26a、26b 曲線板
27 外ピン
28 出力軸
28a フランジ部
28b 軸部
29 カウンタウェイト
32 ハブ輪
32a 中空部
32b 車輪取付けフランジ
32d ナット
32e 内輪
32f 外輪
33 固定輪
33a 固定用フランジ
61、62、63 ボルト
64 ボルト孔
65、66 シール部材
71 ドラムブレーキ
71a ブレークドラム
71b バックプレート
72 ディスクブレーキ
72a ブレーキディスク
72b キャリパ
72c 取付け部材

Claims (11)

  1. モータ部の出力軸と車輪ハブ軸受部とを減速部を介して同軸上に連結し、車輪制動装置を備えるインホイールモータ駆動装置において、車輪制動装置が、車輪ハブ軸受部のハブ輪に締結されるブレーキドラムと、車輪ハブ軸受部の固定輪側に配置されるバックプレートを有するドラムブレーキであり、このドラムブレーキのバックプレートを、前記減速部のハウジングのアウトボード側端面に締結されるアウトボード側端面部材と一体に形成したことを特徴とするインホイールモータ駆動装置。
  2. モータ部の出力軸と車輪ハブ軸受部とを減速部を介して同軸上に連結し、車輪制動装置を備えるインホイールモータ駆動装置において、車輪制動装置が、車輪ハブ軸受部のハブ輪に締結されるブレーキディスクと、車輪ハブ軸受部の固定輪側に配置されるキャリパを有するディスクブレーキであり、前記キャリパの取付け部材を、前記減速部のハウジングのアウトボード側端面に締結されるアウトボード側端面部材と一体に形成したことを特徴とするインホイールモータ駆動装置。
  3. 前記アウトボード側端面部材を、減速部のハウジングにボルト締結することを特徴とする請求項1又は2記載のインホイールモータ駆動装置。
  4. 前記アウトボード側端面部材が鉄系材料によって形成され、減速部のハウジングが軽金属材料によって形成されている請求項1〜3のいずれかに記載のインホイールモータ駆動装置。
  5. 前記車輪ハブ軸受部の固定輪とアウトボード側端面部材とが一体に形成されている請求項1〜4のいずれかに記載のインホイールモータ駆動装置。
  6. 前記アウトボード側端面部材にナックルが一体化され、このナックルが車体から延びるロアアームとのみ連結されている請求項1〜5のいずれかに記載のインホイールモータ駆動装置。
  7. 前記アウトボード側端面部材にナックルが一体化され、このナックルに車体から延びるアッパーアームとロアアームが連結されている請求項1〜5のいずれかに記載のインホイールモータ駆動装置。
  8. 前記アウトボード側端面部材にナックルが一体化され、このナックルの上側に緩衝装置が連結されている請求項1〜5のいずれかに記載のインホイールモータ駆動装置。
  9. 前記アウトボード側端面部材と減速部のハウジングとの間に内部からのオイル漏れを防止するシール部材を配置したことを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載のインホイールモータ駆動装置。
  10. 前記シール部材がOリングである請求項9に記載のインホイールモータ駆動装置。
  11. 前記請求項1〜10のインホイールモータ駆動装置を備える車両。
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