JP2018058577A - モータ駆動制御装置及び電動アシスト車 - Google Patents

Abstract

【課題】モータ駆動制御装置を搭載した装置の動作開始時におけるユーザの利便性を向上させる。
【解決手段】本モータ駆動制御装置は、（Ａ）モータの力行駆動及び回生を制御する第１の制御部と、（Ｂ）第１の制御部を制御する第２の制御部と、（Ｃ）モータ駆動制御装置に対する動作開始指示がなされていない状態で、第１の制御部による制御に依らずに回転するモータの逆起電力が所定の条件を満たすと、停止状態にある第２の制御部を起動させる補助部とを有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、モータ駆動制御装置及び当該モータ駆動制御装置を有する電動アシスト車に関する。

例えば電動アシスト車である電動アシスト自転車を用いる際に、運転者はその操作パネルにおける電源スイッチを押すことなく漕ぎ出してしまい、いつもよりペダルが重いために、電源スイッチの入れ忘れに気付くということがある。

また、電動アシスト自転車のバッテリパックは、一般的に電池の状態を監視し、過放電、過充電、過電流、過熱などの異常状態を検出すると適切に出力制限保護をかける電池状態監視機能を有する。この電池状態監視機能は、オートシャットダウン機能を備えている場合がある。すなわち、ある程度の未使用期間があると、バッテリパックの出力を遮断して電池状態の監視を停止するシャットダウン状態（省電力状態とも呼ぶ）にするものである。これによって、長期にわたる未使用期間の間に、電池状態監視機能自体の自己消費による放電で電池が空になるまで放電され、再度使用する時に充電をある程度行わなければならないという事態を回避できるようになる。さらに、電池が過放電で特性劣化や回復できない異常状態になることも防止することができる。

しかしながら、バッテリパックがシャットダウン状態になってしまうと、従来では、一旦電動アシスト自転車からバッテリパックを取り外し、商用電源に接続される充電器に取り付けてシャットダウン状態から復帰させなければアシスト走行ができない。これでは、運転者の手間が掛ってしまうという問題がある。

なお、例えば電動アシスト自転車のバッテリの電池残量が無くなると、電動アシスト自転車の前照灯等の電装品にも電力供給できなくなる点を問題視して、モータの回転に伴う逆起電力を整流且つ変圧して電装品に電力供給する技術が存在している。この技術では、電池残量が無くなっている状態を想定しているため、上記のような問題点は考慮されていない。

特開２００８−２８３７８６号公報 特開２０１４−１８０２０８号公報

従って、本発明の目的は、一側面によれば、モータ駆動制御装置を搭載した装置の動作開始時におけるユーザの利便性を向上させるための技術を提供することである。

本発明に係るモータ駆動制御装置は、（Ａ）モータの力行駆動及び回生を制御する第１の制御部と、（Ｂ）第１の制御部を制御する第２の制御部と、（Ｃ）モータ駆動制御装置に対する動作開始指示がなされていない状態で、第１の制御部による制御に依らずに回転するモータの逆起電力が所定の条件を満たすと、停止状態にある第２の制御部を起動させる補助部とを有する。

一側面によれば、モータ駆動制御装置を搭載した装置の動作開始時におけるユーザの利便性が向上する。

図１は、実施の形態に係る電動アシスト車の外観図である。 図２Ａは、第１の実施の形態に係るバッテリパック及びモータ駆動制御装置の機能ブロック図である。 図２Ｂは、起動判断回路の回路例を示す図である。 図３は、第１の実施の形態に係る動作フローを示す図である。 図４は、第２の実施の形態に係るバッテリパック及びモータ駆動制御装置の機能ブロック図である。 図５Ａは、第２の実施の形態に係る動作フローを示す図である。 図５Ｂは、第２の実施の形態に係る動作フローを示す図である。

［実施の形態１］
以下、本発明の実施の形態について、電動アシスト車の一例である電動アシスト自転車の例をもって説明する。しかしながら、本発明の実施の形態の適用対象は、電動アシスト自転車だけに限定されず、人力に応じて移動する移動体（例えば、台車、車いす、昇降機など）の移動を補助するモータなどに対するモータ駆動制御装置についても適用可能である。

図１に、電動アシスト自転車の外観図を示す。電動アシスト自転車１は、モータ駆動制御装置１０２と、バッテリパック１０１と、トルクセンサ１０３と、ペダル回転センサ１０４と、モータ１０５と、操作パネル１０６と、ブレーキセンサ１０７とを有する。なお、電動アシスト自転車１は、前照灯、フリーホイール及び変速機も有している。

バッテリパック１０１は、例えば、リチウムイオン二次電池、リチウムイオンポリマー二次電池、ニッケル水素蓄電池などを含み、モータ駆動制御装置１０２を介してモータ１０５に対して電力を供給し、回生時にはモータ駆動制御装置１０２を介してモータ１０５からの回生電力によって充電も行う。

トルクセンサ１０３は、クランク軸に取付けられたホイールに設けられており、運転者によるペダルの踏力を検出し、この検出結果をモータ駆動制御装置１０２に出力する。また、ペダル回転センサ１０４は、トルクセンサ１０３と同様に、クランク軸に取付けられたホイールに設けられており、回転に応じたパルス信号をモータ駆動制御装置１０２に出力する。

モータ１０５は、例えば周知の三相ブラシレスモータであり、例えば電動アシスト自転車１の前輪に装着されている。モータ１０５は、前輪を回転させるとともに、前輪の回転に応じてローターが回転するように、ローターが前輪に直接又は減速器などを介して連結されている。さらに、モータ１０５はホール素子等の回転センサを備えてローターの回転情報（例えばホール信号）をモータ駆動制御装置１０２に出力する。

モータ駆動制御装置１０２は、モータ１０５の回転センサ、トルクセンサ１０３及びペダル回転センサ１０４等からの信号に基づき所定の演算を行って、モータ１０５の駆動を制御し、モータ１０５による回生の制御も行う。

操作パネル１０６は、例えばアシストの有無に関する指示入力（例えば電源スイッチのオン及びオフ）、アシスト有りの場合には希望アシスト比等の入力をユーザから受け付けて、当該指示入力等をモータ駆動制御装置１０２に出力する。また、操作パネル１０６は、モータ駆動制御装置１０２によって演算された結果である走行距離、走行時間、消費カロリー、回生電力量等のデータを表示する機能を有する場合もある。また、操作パネル１０６は、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）などによる表示部を有している場合もある。これによって、例えばバッテリパック１０１の充電レベルや、オンオフの状態、希望アシスト比に対応するモードなどを運転者に提示する。

ブレーキセンサ１０７は、運転者のブレーキ操作を検出して、ブレーキ操作に関する信号をモータ駆動制御装置１０２に出力する。

図２Ａに、本実施の形態に係るモータ駆動制御装置１０２及びバッテリパック１０１の構成例を示す。図２Ａでは、バッテリパック１０１とモータ駆動制御装置１０２とが接続された状態を示しており、モータ駆動制御装置１０２には、当該モータ駆動制御装置１０２によって点灯及び消灯などが制御される前照灯１０８と、トルクセンサ１０３と操作パネル１０６とブレーキセンサ１０７とモータ１０５等が接続されている。

本実施の形態に係るバッテリパック１０１は、ＢＭＳ（Battery Management System）と呼ばれるバッテリ管理システム１０１０と、電池セル１０１５とを有している。バッテリ管理システム１０１０は、センサ１０１１と、制御部１０１２とを有する。

センサ１０１１は、電池セル１０１５や図示しないスイッチの温度、電池セル１０１５全体の電圧や当該電池セル１０１５に含まれる各セルの電圧など、バッテリパック１０１の内部状態を観測するためのセンサである。制御部１０１２は、例えば所定のプログラムを実行するマイクロプロセッサにより実現され、バッテリの状態監視機能、充放電の制御機能、モータ駆動制御装置１０２との通信機能などを有する。

バッテリパック１０１は、電力供給及び充電用の接続部ａと、通信用の接続部ｂと、接地用の接続部ｃとで、モータ駆動制御装置１０２と接続されている。なお、その他、バッテリパック１０１の状態出力用の接続部が設けられる場合もある。また、通信用の接続部ｂは、複数設けられる場合もある。

また、本実施の形態に係るモータ駆動制御装置１０２は、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）Ｓ１１乃至Ｓ１６を含むブリッジ回路と、ＦＥＴ＿Ｓ１７と、モータ駆動制御部１０２３と、ダイオードＤ１乃至Ｄ３と、キャパシタＣ１及びＣ２と、スイッチＳ１乃至Ｓ３と、ＦＥＴ＿ＳＷ１と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０２１と、制御システム１０２２と、起動判断回路１０２４とを有する。なお、ＦＥＴもスイッチの一種である。

モータ駆動制御部１０２３は、制御システム１０２２からの指示に応じて、ＦＥＴ＿Ｓ１１乃至Ｓ１７のスイッチングを制御する。例えば、モータ１０５を力行駆動又は回生駆動する場合には、ＦＥＴ＿Ｓ１７をオンにして、所定のパターンでＦＥＴ＿Ｓ１１乃至Ｓ１６をオン又はオフさせる。なお、モータ駆動制御部１０２３は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０２１からの電力供給を受ける。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１０２１は、バッテリパック１０１の出力電圧を、操作パネル１０６、前照灯１０８及び制御システム１０２２用の電圧に変換して、操作パネル１０６、前照灯１０８及び制御システム１０２２等に出力する。そのため、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０２１は、電力供給及び充電用の接続部ａと、ＦＥＴ＿ＳＷ１を介して接続されている。なお、ＦＥＴ＿ＳＷ１のドレインは、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０２１に接続されており、ＦＥＴ＿ＳＷ１のソースは、電力供給及び充電用の接続部ａと接続されており、ＦＥＴ＿ＳＷ１のゲートは、スイッチＳ１乃至Ｓ３の一端に接続されている。また、接続部ａに接続されるラインと接続部ｃに接続されるラインとの間には、キャパシタＣ２が接続されている。

スイッチＳ１乃至Ｓ３は、並列に接続されており、いずれかがオンになると、ＦＥＴ＿ＳＷ１がオンになり、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０２１に対して、バッテリパック１０１からの電力が供給される。典型的には、運転者が、モータ駆動制御装置１０２を動作させるために、操作パネル１０６における電源スイッチを押すと、スイッチＳ１をオンにするため、バッテリパック１０１からの電力が、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０２１に供給され、さらに制御システム１０２２に対して電力供給されるようになる。これにて、制御システム１０２２は起動してスイッチＳ２をオンにする。スイッチＳ１は、電源スイッチが押されている間だけオンになり、その間で制御システム１０２２は起動する。起動中は、制御システム１０２２がスイッチＳ２をオンにし続ける。

本実施の形態では、このような構成に加えて、制御システム１０２２の起動を補助する構成要素として、スイッチＳ３と、補助部１０２８とを有する。補助部１０２８は、起動判断回路１０２４と、キャパシタＣ１と、ダイオードＤ１乃至Ｄ３とを有する。図２Ａでは、ダイオードＤ１乃至Ｄ３を設ける例を示しているが、いずれか１つ又は２つであっても良い。ダイオードの数が多いほど、出力される電圧は安定し易くなる。

ダイオードＤ１のアノードは、ＦＥＴ＿Ｓ１１のソースとＦＥＴ＿Ｓ１２のドレインとの接続部に接続されており、ダイオードＤ２のアノードは、ＦＥＴ＿Ｓ１３のソースとＦＥＴ＿Ｓ１４のドレインとの接続部に接続されており、ダイオードＤ３のアノードは、ＦＥＴ＿Ｓ１５のソースとＦＥＴ＿Ｓ１６のドレインとの接続部に接続されている。ダイオードＤ１乃至Ｄ３のカソードは、キャパシタＣ１の一端と起動判断回路１０２４の入力部とに接続されている。キャパシタＣ１の他端は接地用の接続部ｃに接続されている。これによって、電源スイッチがオンになっておらず、ＦＥＴ＿Ｓ１１乃至Ｓ１６で力行駆動又は回生駆動を行っていない状態で、モータ１０５が回転することで生ずる逆起電力による電圧が整流され、整流された電圧が起動判断回路１０２４に入力される。

モータ１０５の回転数に比例した逆起電力が発生するので、ある一定以上の回転数になれば、所定の電圧以上の電圧が発生するので、起動判断回路１０２４は、所定電圧以上になっているか否かを判断する。

起動判断回路１０２４は、制御システム１０２２に接続されており、制御システム１０２２が起動していない状態において、整流された電圧が所定電圧以上になると、スイッチＳ３をオンにさせる。これによって、ＦＥＴ＿ＳＷ１がオンになるので、通常であればバッテリパック１０１からの電力供給がＤＣ／ＤＣコンバータ１０２１に対してなされて、制御システム１０２２が起動される。制御システム１０２２は、起動すると、上で述べたように、スイッチＳ２をオンにする。そのため、制御システム１０２２は、起動判断回路１０２４に対して、スイッチＳ３をオフにするように指示する。そして、指示に応じて、起動判断回路１０２４は、スイッチＳ３をオフにする。

図２Ｂに、起動判断回路１０２４の回路例を示す。起動判断回路１０２４は、コンパレータ２４０１と、電源Ｖrefと、ＮＯＴ回路２４０２と、ＡＮＤ回路２４０３とを有する。コンパレータ２４０１の正極入力端子は、ダイオードＤ１乃至Ｄ３のカソードに接続されており、負極入力端子は、電源Ｖrefの正極に接続されている。電源Ｖrefの負極は接地されている。すなわち、コンパレータ２４０１は、モータ１０５の逆起電力による電圧が、Ｖref以上であるか否かを判定し、モータ１０５の逆起電力による電圧がＶref以上であればハイを出力し、モータ１０５の逆起電力による電圧がＶref未満であればローを出力する。ＮＯＴ回路２４０２の入力は、制御システム１０２２に接続されている。制御システム１０２２は、起動中であればハイを出力し、停止中であればローを出力する。よって、ＮＯＴ回路２４０２は、起動中であればローを出力し、停止中であればハイを出力する。ＡＮＤ回路２４０３の第１の入力は、ＮＯＴ回路２４０２の出力に接続され、第２の入力は、コンパレータ２４０１の出力に接続される。すなわち、ＡＮＤ回路２４０３は、制御システム１０２２が停止中で且つモータ１０５の逆起電力による電圧がＶref以上である場合に、ハイを出力してスイッチＳ３をオンにする。一方、ＡＮＤ回路２４０３は、制御システム１０２２が起動中の場合、又は、モータ１０５の逆起電力による電圧がＶref未満である場合には、ローを出力して、スイッチＳ３をオフにする。なお、コンパレータ２４０１、ＮＯＴ回路２４０２及びＡＮＤ回路２４０３を、パッシブな回路要素で構成しても良いし、モータ１０５の逆起電力により動作するような回路構成を採用しても良いし、バッテリパック１０１以外のサブ電源を用意しておき、当該サブ電源から電力供給されるような回路構成を採用しても良い。場合によっては、バッテリパック１０１から電力供給を受けるような回路構成でも良い。

制御システム１０２２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０２１からの電力供給を受けるようになっている。また、制御システム１０２２は、モータ駆動制御部１０２３と接続しており、モータ駆動制御部１０２３に所定のパターンでＦＥＴ＿Ｓ１１乃至Ｓ１６をオンオフさせたり、ＦＥＴ＿Ｓ１７のオンオフを指示する。さらに、制御システム１０２２は、トルクセンサ１０３、ペダル回転センサ１０４、操作パネル１０６、ブレーキセンサ１０７、モータ１０５の回転センサなどに接続されており、さらにバッテリパック１０１のバッテリ管理システム１０１０と通信用の接続部ｂを介して通信を行い、バッテリパック１０１の状態、操作パネル１０６に対する操作及び各センサによって得られたデータに基づき、モータ駆動制御装置１０２全体の制御を行う。

制御システム１０２２は、バッテリパック１０１におけるバッテリ管理システム１０１０の制御部１０１２と通信を行うための通信部２２１と、当該通信部２２１と連携して各種制御を行う制御部２２２とを有する。制御部２２２は、例えば所定のプログラムを実行するマイクロプロセッサ２２２１と、当該所定のプログラムを記録したり、処理途中のデータを格納するメモリ２２２２（ＲＡＭ（Random Access Memory）及びＲＯＭ（Read Only Memory）などを含む）とを有する。すなわち、マイクロプロセッサ２２２１が、所定のプログラムを実行することで、本実施の形態に係る制御機能が実現される。

次に、図３を用いて、図２Ａに示した構成の動作フローを詳細に説明する。

例えば、運転者が操作パネル１０６の電源スイッチを押さずに、電動アシスト自転車１のペダルをこぎ始めた場合、前輪に装着されたモータ１０５は回転する。操作パネル１０６の電源スイッチが押されていないので、制御システム１０２２を含むモータ駆動制御装置１０２は動作していない。すなわち、ＦＥＴ＿ＳＷ１及びＳ１７はオフになっており、スイッチＳ１乃至Ｓ３もオフになっている。モータ駆動制御部１０２３も動作していないので、ＦＥＴ＿Ｓ１１乃至Ｓ１６は、ハイインピーダンス状態に保たれる。

この状態においては、モータ１０５の回転に応じた逆起電力が発生して（図３：ステップＳ３０１）、ダイオードＤ１乃至Ｄ３及びキャパシタＣ１による整流回路で、逆起電力による電圧が整流される。

そうすると、起動判断回路１０２４は、整流後の電圧が、スイッチＳ３をオンにするレベルに達したか否かを判断する（ステップＳ３０３）。一定以上の回転数になれば、走行中に運転者が電源スイッチを押し忘れたとみなすことができ、マイクロプロセッサ２２２１を起動できるため、一定以上の回転数に応じた電圧に達したか否かを判断するものである。

整流後の電圧が、スイッチＳ３をオンにするレベルに達していない場合には、ステップＳ３０１に戻って、整流後の電圧がスイッチＳ３をオンにするレベルに達するまで、電圧をチェックし続けることになる。なお、この状態で、運転者が、操作パネル１０６の電源スイッチを押した場合には、通常どおり制御システム１０２２が起動して、起動判断回路１０２４によるスイッチＳ３のオンは抑止されるようになる。

一方、整流後の電圧が、スイッチＳ３をオンにすべきレベルに達した場合には、起動判断回路１０２４は、スイッチＳ３をオンにすることで、制御システム１０２２を起動させる（ステップＳ３０５）。より具体的には、起動判断回路１０２４は、スイッチＳ３をオンにするとＦＥＴ＿ＳＷ１がオンになって、バッテリパック１０１がシャットダウン状態でなければ、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０２１に、バッテリパック１０１からの電力供給がなされるようになる。ＤＣ／ＤＣコンバータ１０２１は、バッテリパック１０１の出力電圧を制御システム１０２２等用の電圧に変換して制御システム１０２２に出力する。そうすると、制御システム１０２２は起動する。

なお、バッテリパック１０１がシャットダウン状態であれば、電力供給及び充電用の接続部ａにおける電圧は低レベルに維持されているので、制御システム１０２２は起動できず、処理は終了する。

シャットダウン状態ではない場合には、制御システム１０２２は起動して、制御システム１０２２は、スイッチＳ２をオンにする。また、制御システム１０２２は、起動判断回路１０２４にスイッチＳ３をオフにさせる。

さらに、制御システム１０２２の制御部２２２は、通信部２２１を用いて通信用の接続部ｂを介してバッテリパック１０１におけるバッテリ管理システム１０１０の制御部１０１２と通信を行って、バッテリパック１０１の状態を確認する（ステップＳ３０７）。例えば、所定のプロトコルに従って、電池セル１０１５の温度、充電レベル、電池セル１０１５の電圧状態、使用履歴、動作モードなどのデータを取得する。なお、通信用の接続部ｂ以外の接続部から、シャットダウン状態か否か、バッテリパック１０１に対して充電可能か否かの情報等をさらに得るようにしても良い。このような情報も、バッテリパック１０１におけるバッテリ管理システム１０１０の制御部１０１２が出力するものである。

そして、制御システム１０２２の制御部２２２は、通信等によって取得したバッテリパック１０１の状態に基づき、バッテリパック１０１からの電力供給が可能であるか否かを判断する（ステップＳ３０９）。

例えば、制御システム１０２２を継続的に動作させることができる充電レベルであるか否かを判断する。その他、温度などのバッテリパック１０１の状態からして給電できるのか否かを判断するようにしても良い。

もし、バッテリパック１０１からの電力供給が不可能であると判断した場合には、制御システム１０２２は、動作を停止させる（ステップＳ３１５）。なお、スイッチＳ２をオフにさせ、ＦＥＴ＿ＳＷ１がオフになる。

一方、バッテリパック１０１からの電力供給が可能であると判断した場合には、制御システム１０２２の制御部２２２は、操作パネル１０６への給電を開始する（ステップＳ３１１）。これによって、操作パネル１０６においてＬＥＤ等による表示がなされて、運転者は自動的に起動したことを認識できるようになる。

また、制御システム１０２２の制御部２２２は、通常の制御を実施する（ステップＳ３１３）。より具体的には、バッテリパック１０１の状態からして充電可能であれば、モータ駆動制御部１０２３に対して、適切なタイミングで適切な回生駆動を実施させる。また、バッテリパック１０１の状態からして力行駆動可能であれば、モータ駆動制御部１０２３に対して、適切なタイミングで適切な力行駆動を実施させる。

例えば、充電可能で充電レベルが低ければ、最初は回生駆動を実施させて充電レベルを上げて、ある程度の充電レベルに達すれば、力行駆動も行うようにする。一方、充電レベルがある程度以上であれば、走行状態に応じて力行駆動と回生駆動を切り替えつつ行う。

このような構成を採用することで、運転者が、モータ駆動制御装置１０２に対して動作開始の指示を行うのを忘れてしまって走行を開始した場合でも、自動的にモータ駆動制御装置１０２が動作を開始するので、運転者の利便性が向上している。

また、バッテリパック１０１の状態によってモータ駆動制御装置１０２を継続的に動作させることができなければ、操作パネル１０６に給電も行わないので、運転者に、制御システム１０２２の起動は分からない。これによって、無駄に運転者の気を煩わすことはない。なお、運転者はこのような状態を認識しており、意図的に電源スイッチを押していない場合もあるので、この点においても、操作パネル１０６に対する給電を行わないのは適切である。

但し、ステップＳ３１５に遷移する場合には、操作パネル１０６に、自動起動できないことやその理由を表示させて、運転者に注意を促すようにしても良い。また、予め自動的な起動を許可するか否かについての設定を制御システム１０２２にしておき、例えばステップＳ３０９で当該設定を確認するようにしても良い。そして、自動的な起動が許可されていないという設定がなされている場合にはステップＳ３１５に遷移し、自動的な起動が許可されているという設定がなされている場合にはステップＳ３０９の他の条件を判断する。なお、自動的な起動が許可されていない場合には、制御システム１０２２は、起動判断回路１０２４（図２Ｂ）にハイを出力する。そうすると、制御システム１０２２が起動中である場合と同様に、スイッチＳ３はオフにされる。よって、制御システム１０２２が自動的に起動して動作を継続することはない。

［実施の形態２］
本実施の形態では、バッテリパック１０１の様々な状況に応じて、モータ駆動制御装置１０２の起動、バッテリパック１０１の充電、モータ１０５の回生駆動、力行駆動等を精緻に制御する。

本実施の形態に係るモータ駆動制御装置１０２ｂとバッテリパック１０１の構成を図４に示す。なお、図２Ａに示した第１の実施の形態に係るモータ駆動制御装置１０２と同じ構成要素については、同じ参照番号を付している。

本実施の形態に係るバッテリパック１０１の構成は、第１の実施の形態と同じであるから、説明を省略する。

本実施の形態に係るモータ駆動制御装置１０２ｂは、ＦＥＴ＿Ｓ１１乃至Ｓ１６を含むブリッジ回路と、ＦＥＴ＿Ｓ１７と、モータ駆動制御部１０２３と、ダイオードＤ１乃至Ｄ４と、キャパシタＣ１及びＣ２と、スイッチＳ１及びＳ２と、ＦＥＴ＿ＳＷ１及びＳＷ２と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０２１と、制御システム１０２２ｂとを有する。

整流回路であるダイオードＤ１乃至Ｄ３及びキャパシタＣ１の出力は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０２１の入力に接続されている。ＦＥＴ＿ＳＷ１のドレインは、第１の実施の形態ではＤＣ／ＤＣコンバータ１０２１の入力に接続されていたが、本実施の形態ではダイオードＤ４のアノードに接続され、ダイオードＤ４のカソードが、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０２１の入力に接続されている。すなわち、整流回路の出力が、ＦＥＴ＿ＳＷ１を介してバッテリパック１０１に逆流しないように、ダイオードＤ４が設けられている。

また、制御システム１０２２ｂは、電力供給及び充電用の接続部ａに接続されるラインにも接続されるようになっており、制御システム１０２２ｂ自体で、バッテリパック１０１の出力電圧によってシャットダウン状態であるか否かを検知できるようになっている。

また、ＦＥＴ＿ＳＷ２のソースはＤＣ／ＤＣコンバータ１０２１の出力に接続され、ドレインは電力供給及び充電用の接続部ａに接続されているラインに接続されており、ゲートは制御システム１０２２ｂ自体に接続されている。すなわち、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０２１の出力電力で、バッテリパック１０１の充電を行うか否かを、ＦＥＴ＿ＳＷ２で制御できるようになっている。

モータ駆動制御部１０２３及びＦＥＴ＿Ｓ１１乃至Ｓ１７の動作は、第１の実施の形態と同様である。

制御システム１０２２ｂは、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０２１からの電力供給を受けるようになっている。また、制御システム１０２２ｂは、モータ駆動制御部１０２３と接続しており、モータ駆動制御部１０２３に所定のパターンでＦＥＴ＿Ｓ１１乃至Ｓ１６をオンオフさせたり、ＦＥＴ＿Ｓ１７のオンオフを指示する。さらに、制御システム１０２２ｂは、トルクセンサ１０３、ペダル回転センサ１０４、操作パネル１０６、ブレーキセンサ１０７、モータ１０５の回転センサなどに接続されており、さらにバッテリパック１０１のバッテリ管理システム１０１０と通信用の接続部ｂを介して通信を行い、バッテリパック１０１の状態、操作パネル１０６に対する操作及び各センサによって得られたデータに基づき、モータ駆動制御装置１０２ｂ全体の制御を行う。

制御システム１０２２ｂは、バッテリパック１０１におけるバッテリ管理システム１０１０の制御部１０１２と通信を行うための通信部２２１と、当該通信部２２１と連携して各種制御を行う制御部２２２ｂと、制御システム１０２２ｂの起動を補助するための補助回路２２３とを有する。制御部２２２ｂは、例えば所定のプログラムを実行するマイクロプロセッサ２２２１と、当該所定のプログラムを記録したり、処理途中のデータを格納するメモリ２２２２（ＲＡＭ及びＲＯＭなどを含む）とを有する。すなわち、マイクロプロセッサ２２２１が、所定のプログラムを実行することで、補助回路２２３と連携して本実施の形態に係る制御機能が実現される。

本実施の形態に係る制御システム１０２２ｂの起動を補助する補助部には、ダイオードＤ１乃至Ｄ４と、キャパシタＣ１と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０２１と、制御システム１０２２ｂの補助回路２２３とが含まれる。

次に、図５Ａ及び図５Ｂを用いて、図４に示した構成の動作フローを詳細に説明する。

第１の実施の形態と同様に、運転者が操作パネル１０６の電源スイッチを押さずに、電動アシスト自転車１のペダルをこぎ始めた場合、前輪に装着されたモータ１０５は回転する。操作パネル１０６の電源スイッチが押されていないので、制御システム１０２２ｂを含むモータ駆動制御装置１０２ｂは動作していない。すなわち、ＦＥＴ＿ＳＷ１及びＳ１７はオフになっており、スイッチＳ１及びＳ２もオフになっている。モータ駆動制御部１０２３も動作していないので、ＦＥＴ＿Ｓ１１乃至Ｓ１６は、ハイインピーダンス状態に保たれる。なお、初期的には、ＦＥＴ＿ＳＷ１及びＳＷ２は、オフになっている。

この状態においては、モータ１０５の回転に応じた逆起電力が発生して（図５Ａ：ステップＳ５０１）、ダイオードＤ１乃至Ｄ３及びキャパシタＣ１による整流回路で、逆起電力による電圧が整流される。

モータ１０５の回転数が上昇してＤＣ／ＤＣコンバータ１０２１が動作可能な電圧まで整流後の電圧が上がってくると、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０２１が動作を開始する（ステップＳ５０３）。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１０２１が動作を開始すると、制御システム１０２２ｂ等用の電圧が制御システム１０２２ｂに出力される。そうすると、制御システム１０２２ｂは、起動する（ステップＳ５０５）。なお、ステップＳ５０５の前に、例えば補助回路２２３が、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０２１の出力電圧の安定性を確認してから、制御部２２２ｂ等の起動を行わせても良い。以下の説明では、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０２１の出力電圧が安定していることを前提に説明するが、モータ１０５の回転数が減少してＤＣ／ＤＣコンバータ１０２１の動作が停止してしまえば、その段階で動作停止となる。また、この段階にて、補助回路２２３などが、適切なバッテリパック１０１が接続されているか否かを、例えば接続部ａ乃至ｃ以外の接続部などの信号にて判断して、適切なバッテリパック１０１が接続されていなければ、制御システム１０２２ｂの制御部２２２ｂ等の起動をさせないようにしても良い。

このように従来のモータ駆動制御装置に設けられているＤＣ／ＤＣコンバータを活用することで、制御システム１０２２ｂを自動的に起動させることができるようになる。

さらに、この段階で、制御部２２２ｂは、自動起動を禁止するモードが例えばメモリ２２２２に設定されているか否かを確認して、自動起動を禁止するモードが設定されていれば、以降の動作を行うことなく停止するようにしても良い。

端子Ａを介して図５Ｂの説明に移行して、制御システム１０２２ｂの制御部２２２ｂは、例えば電力供給及び充電用の接続部ａの電圧に基づき、バッテリパック１０１がシャットダウン状態であるか否かを判断する（ステップＳ５０７）。電力供給及び充電用の接続部ａの電圧以外にシャットダウン状態を表す接続部などを有するバッテリパック１０１の場合には、そのような接続部からの信号に基づき判断するようにしても良い。

バッテリパック１０１がシャットダウン状態ではない場合には、ステップＳ５１１に移行する。一方、バッテリパック１０１がシャットダウン状態である場合には、制御部２２２ｂは、ＦＥＴ＿ＳＷ２をオンにすることで、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０２１の出力電力をバッテリパック１０１に供給させ、バッテリパック１０１のシャットダウン状態を解除する（ステップＳ５０９）。

これによって、運転者は、バッテリパック１０１を電動アシスト自転車１から取り外し、商用電源に接続されている充電器にバッテリパック１０１を装着することで、シャットダウン状態を解除するといった手間を省くことができるようになる。

シャットダウン状態であれば、バッテリパック１０１におけるバッテリ管理システム１０１０の制御部１０１２も動作を停止しているため、制御システム１０２２ｂは、バッテリパック１０１から状態情報を取得できない。このようにシャットダウン状態が解除されれば、制御部１０１２は、センサ１０１１から各種の状態情報を収集することができ、制御システム１０２２ｂの制御部２２２ｂは、バッテリパック１０１の状態情報を取得できるようになる。

そこで、制御部２２２ｂは、通信部２２１を用いて通信用の接続部ｂを介してバッテリパック１０１の制御部１０１２と通信を行って、バッテリパック１０１の状態を確認する（ステップＳ５１１）。このステップは、第１の実施の形態におけるステップＳ３０７と同様であり、例えば、所定のプロトコルに従って、電池セル１０１５の温度、充電レベル、電池セル１０１５の電圧状態、使用履歴、動作モードなどのデータを取得する。なお、通信用の接続部ｂ以外の接続部から、バッテリパック１０１に対して充電可能か否かの情報等をさらに得るようにしても良い。このような情報も、バッテリパック１０１におけるバッテリ管理システム１０１０の制御部１０１２が出力するものである。

そして、制御部２２２ｂは、バッテリパック１０１の充電レベルが、所定のレベルに達しているか否かを判断する（ステップＳ５１３）。所定のレベルは、回生駆動によるバッテリパック１０１の充電が可能となるレベルである。回生駆動を行う場合には、制御システム１０２２ｂも、モータ駆動制御部１０２３等も動作するため、モータ駆動制御装置１０２ｂの消費電力が多くなる。あまりに充電レベルが低すぎると、バッテリパック１０１に蓄積された電力が枯渇する場合もあるためである。

バッテリパック１０１の充電レベルが所定のレベルに達していない場合には、制御部２２２ｂは、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０２１の出力により、バッテリパック１０１の充電を行わせる（ステップＳ５１５）。なお、シャットダウン状態でなければ、ＦＥＴ＿ＳＷ２がオンになっていないので、この段階でＦＥＴ＿ＳＷ２をオンにして、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０２１の出力電力を電力供給及び充電用の接続ａを介してバッテリパック１０１に供給する。

但し、ステップＳ５１５でＤＣ／ＤＣコンバータ１０２１の出力によって充電するとしても、制御部２２２ｂは、充電継続できるか否かを判断する（ステップＳ５１７）。例えば定期的に、電力供給及び充電用の接続部ａにおける電圧を計測して、一定時間経過しても電圧が上がらないような場合には、バッテリパック１０１に異常が発生しているものと判断して、充電継続不可と判断する。また、例えば定期的に、制御部２２２ｂは、バッテリパック１０１の制御部１０１２と通信を行って状態を確認して、何らかの異常を検出した場合も同様に充電継続不可と判断する。なお、充電電流を測定して、充電電流が流れないことを検出した場合も同様に充電不可と判断するようにしても良い。

充電継続可能と判断した場合には、ステップＳ５１３に戻る。一方、充電継続不可能と判断された場合には、そこで動作を終了させる（ステップＳ５１９）。バッテリパック１０１の使用が不適切であるためである。

ステップＳ５１３で、バッテリパック１０１の充電レベルが所定のレベルに達していると判断した場合には、制御部２２２ｂは、操作パネル１０６への給電を開始する（ステップＳ５２１）。これによって、操作パネル１０６においてＬＥＤ等による表示がなされて、運転者は自動的に起動したことを認識できるようになる。

また、回生駆動を行うようになるので、制御部２２２ｂは、ＦＥＴ＿ＳＷ２をオフにして、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０２１の出力による充電を停止させる（ステップＳ５２３）。

また、制御システム１０２２ｂの制御部２２２ｂは、スイッチＳ２をオンにすることでＦＥＴ＿ＳＷ１をオンにして、バッテリパック１０１からの電力供給を開始させ、通常動作を開始する（ステップＳ５２５）。

より具体的には、走行状態からして充電可能であれば、モータ駆動制御部１０２３に対して、適切な回生駆動を実施させる。また、走行状態及びバッテリパック１０１の状態からして力行駆動可能であれば、モータ駆動制御部１０２３に対して、適切なタイミングで適切な力行駆動を実施させる。

例えば、力行駆動を行うには充電レベルが低ければ、走行状態に応じて回生駆動を実施させて充電レベルを上げて、力行駆動を行っても良い充電レベルに達すれば、力行駆動も行うようにする。一方、充電レベルが力行駆動を行っても良い充電レベル以上であれば、走行状態に応じて力行駆動と回生駆動を切り替えつつ行う。

このような構成を採用することでも、運転者が、モータ駆動制御装置１０２ｂに対して動作開始の指示を行うのを忘れてしまって走行を開始した場合でも、自動的にモータ駆動制御装置１０２ｂが動作を開始するので、運転者の利便性が向上している。

また、回生駆動を行うには充電レベルが低い場合には、モータの逆起電力を利用した充電を行うこともできるようになり、この面においても商用電源に接続された充電器での充電を省略できるようになって、運転者の手間を削減できる。

さらに、バッテリパック１０１の状態によって回生による充電が可能な充電レベルになってから、操作パネル１０６に給電を行うようになっている。これによって、モータ駆動制御装置１０２ｂの制御がある程度できるようになったことを通知できるようになる。

また、充電継続が不可能な場合にも対処できるようになっている。

以上本発明の実施の形態を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、バッテリパック１０１とモータ駆動制御装置１０２又は１０２ｂとが別々の実施の形態を説明したが、それらが一体的になっている装置についても本実施の形態は有効な部分がある。

また、制御システム１０２２及び１０２２ｂの構成は一例であって、マイクロプロセッサにより所定のプログラムを実行するような形態ではなく、専用の回路にて上で述べたような機能を実現するようにしても良い。

さらに、上でも述べたが、バッテリパック１０１とモータ駆動制御装置１０２又は１０２ｂとのインタフェースには様々な形態があり、モータ駆動制御装置１０２又は１０２ｂが取得できるデータの種別も様々である。但し、上で述べたような判断を行うためのデータを取得できればよい。

また、上で述べた動作フローについても、様々な変更が可能である。例えば、操作パネル１０６に対する給電開始は、より後のタイミングにするようにしても良い。例えば、力行駆動させるようなタイミングにて給電開始させても良い。また、実施の形態１及び２に記載されている技術的な要素を任意に選択したり、任意に選択して組み合わせても良い。さらに、実施の形態１及び２に記載されている技術的な要素をその目的に応じて任意に削除しても良い。

さらに、第２の実施の形態に係る補助回路２２３については、制御部２２２ｂが行う機能の一部をさらに有するようにしても良い。

以上説明した本発明の実施の形態をまとめると以下のようになる。

実施の形態に係るモータ駆動制御装置は、（Ａ）モータの力行駆動及び回生を制御する第１の制御部と、（Ｂ）第１の制御部を制御する第２の制御部と、（Ｃ）モータ駆動制御装置に対する動作開始指示がなされていない状態（例えば動作開始指示がなされる前に）で、第１の制御部による制御に依らずに回転する（例えば外力によって回転する）モータの逆起電力が所定の条件（例えば所定レベル以上の逆起電力を検出するという条件、所定レベル以上の逆起電力を検出し且つ他の条件を満たしたという条件など）を満たすと、停止状態にある第２の制御部を起動させる補助部とを有する。

このようにすれば、ユーザが電源スイッチを押し忘れたような場合においても、自動的に起動するようになるので、ユーザの利便性が向上する。

なお、上で述べた補助部は、第１の制御部による制御に依らずに回転するモータの逆起電力で、又は、第１の制御部による制御に依らずに回転するモータの逆起電力に応じて供給されるようになる蓄電装置からの電力で、第２の制御部を起動させるようにしても良い。第１の制御部による制御に依らずに回転するモータの逆起電力も当該逆起電力による電圧を整流して適切な電圧に変換すれば利用可能である。

また、上で述べた第２の制御部は、（ｂ１）モータ駆動制御装置に接続される蓄電装置の状態を確認して、第１の制御部による制御に依らずに回転するモータの逆起電力を用いた電力供給の要否を判断し、（ｂ２）第１の制御部による制御に依らずに回転するモータの逆起電力を用いた電力供給が必要であれば、蓄電装置に対して、第１の制御部による制御に依らずに回転するモータの逆起電力を用いた電力供給を行わせるようにしても良い。これによって、蓄電装置が省電力状態になっていたり、蓄電装置の充電レベルが非常に低い場合にも対処できるようになる。

また、上で述べた第２の制御部は、（ｂ３）モータ駆動制御装置に接続される蓄電装置が省電力状態であるか否かを判断して、（ｂ４）蓄電装置が省電力状態である場合には、蓄電装置に対して、第１の制御部による制御に依らずに回転するモータの逆起電力を用いた電力供給を行わせるようにしても良い。これによって、自動的にシャットダウン状態からの復帰（又はシャットダウン状態の解除）が自動的に行われるようになるため、ユーザの手間を削減できる。

さらに、上で述べた第２の制御部は、（ｂ５）モータ駆動制御装置に接続される蓄電装置の状態を確認して、蓄電装置の充電レベルが所定レベル以下であるか否かを判断し、（ｂ６）蓄電装置の充電レベルが所定レベル以下である場合には、蓄電装置に対して、第１の制御部による制御に依らずに回転するモータの逆起電力を用いた充電を行わせるようにしても良い。このように、充電レベルが非常に低い場合にも対処できるようになる。なお、蓄電装置の状態は、通信によって確認される場合もあれば、蓄電装置の出力電圧端子の出力電圧等によって確認される場合もある。

また、上で述べた第２の制御部は、（ｂ７）モータ駆動制御装置に接続される蓄電装置に対して第１の制御部により制御される回生による充電が可能な状態であるか否かを判断し、（ｂ８）蓄電装置に対して第１の制御部により制御される回生による充電が可能な状態である場合には、第１の制御部による制御に依らずに回転するモータの逆起電力を用いた充電又は電力供給を停止させるようにしても良い。例えば、第１の制御部による制御に依らずに回転するモータの逆起電力を用いた充電と回生による充電とを適切に切り替えることができるようになる。

さらに、上で述べた第２の制御部は、（ｂ９）モータ駆動制御装置に接続される蓄電装置に対して第１の制御部により制御される回生による充電が可能な状態であるか否かを判断し、（ｂ１０）蓄電装置に対して第１の制御部により制御される回生による充電が可能な状態である場合には、第１の制御部による回生についての制御を開始するようにしても良い。これによって、効率的な充電が行われるようになる。

また、上で述べた第２の制御部は、（ｂ１１）蓄電装置に対して第１の制御部により制御される回生による充電が可能な状態になった後、又は、第２の制御部が起動した後、モータ駆動制御装置に接続されている操作パネルへの給電を開始するようにしても良い。モータ駆動制御装置が起動してある程度の制御ができるようになった段階で操作パネルへの給電を開始することで、その段階でユーザにモータ駆動制御装置の起動を認識させることができるようになる。

さらに、上で述べた第２の制御部は、（ｂ１２）モータ駆動制御装置に接続される蓄電装置の状態を確認して、蓄電装置から第２の制御部への電力供給が可能であるか否かを判断し、（ｂ１３）蓄電装置から第２の制御部への電力供給が不可能であれば、自らの動作を停止するようにしても良い。蓄電装置の状態によっては、継続的な動作が不可能な場合もあり、それに対応するためである。

さらに、上で述べた第２の制御部は、（ｂ１４）補助部による起動が許可されているか否かを確認して、（ｂ１５）補助部による起動が許可されていなければ、自らの動作を停止するようにしても良い。ユーザによっては自動起動を欲しない場合があるためである。

なお、上で述べた補助部が、（ｃ１）第１の制御部による制御に依らずに回転するモータの逆起電力による電圧を整流する整流部と、（ｃ２）整流部によって整流された電圧が所定電圧以上になった場合に、蓄電装置からの電力供給を第２の制御部に対して行わせるための第１のスイッチをオンにするための回路とを有するようにしても良い。

このような構成は、実施の形態に述べられた事項に限定されるものではなく、実質的に同一の効果を奏する他の構成にて実施される場合もある。

１０２２，１０２２ｂ 制御システム
１０２３ モータ駆動制御部
１０２１ ＤＣ／ＤＣコンバータ
１０２４ 起動判断回路

Claims (15)

1. モータ駆動制御装置であって、
   モータの力行駆動及び回生を制御する第１の制御部と、
   前記第１の制御部を制御する第２の制御部と、
   前記モータ駆動制御装置に対する動作開始指示がなされていない状態で、前記第１の制御部による制御に依らずに回転する前記モータの逆起電力が所定の条件を満たすと、停止状態にある前記第２の制御部を起動させる補助部と、
   を有するモータ駆動制御装置。
2. 前記補助部は、
   前記第１の制御部による制御に依らずに回転する前記モータの逆起電力で、又は、前記第１の制御部による制御に依らずに回転する前記モータの逆起電力に応じて供給されるようになる蓄電装置からの電力で、前記第２の制御部を起動させる
   請求項１記載のモータ駆動制御装置。
3. 前記第２の制御部は、
   前記モータ駆動制御装置に接続される蓄電装置の状態を確認して、前記第１の制御部による制御に依らずに回転する前記モータの逆起電力を用いた電力供給の要否を判断し、
   前記第１の制御部による制御に依らずに回転する前記モータの逆起電力を用いた電力供給が必要であれば、前記蓄電装置に対して、前記第１の制御部による制御に依らずに回転する前記モータの逆起電力を用いた電力供給を行わせる
   請求項１記載のモータ駆動制御装置。
4. 前記第２の制御部は、
   前記モータ駆動制御装置に接続される蓄電装置が省電力状態であるか否かを判断して、
   前記蓄電装置が省電力状態である場合には、前記蓄電装置に対して、前記第１の制御部による制御に依らずに回転する前記モータの逆起電力を用いた電力供給を行わせる
   請求項１記載のモータ駆動制御装置。
5. 前記第２の制御部は、
   前記モータ駆動制御装置に接続される蓄電装置の状態を確認して、前記蓄電装置の充電レベルが所定レベル以下であるか否かを判断し、
   前記蓄電装置の充電レベルが所定レベル以下である場合には、前記蓄電装置に対して、前記第１の制御部による制御に依らずに回転する前記モータの逆起電力を用いた充電を行わせる
   請求項１記載のモータ駆動制御装置。
6. 前記第２の制御部は、
   前記モータ駆動制御装置に接続される蓄電装置に対して前記第１の制御部により制御される回生による充電が可能な状態であるか否かを判断し、
   前記蓄電装置に対して前記第１の制御部により制御される回生による充電が可能な状態である場合には、前記第１の制御部による制御に依らずに回転する前記モータの逆起電力を用いた電力供給を停止させる
   請求項３記載のモータ駆動制御装置。
7. 前記第２の制御部は、
   前記モータ駆動制御装置に接続される蓄電装置に対して前記第１の制御部により制御される回生による充電が可能な状態であるか否かを判断し、
   前記蓄電装置に対して前記第１の制御部により制御される回生による充電が可能な状態である場合には、前記第１の制御部による制御に依らずに回転する前記モータの逆起電力を用いた電力供給を停止させる
   請求項４記載のモータ駆動制御装置。
8. 前記第２の制御部は、
   前記モータ駆動制御装置に接続される蓄電装置に対して前記第１の制御部により制御される回生による充電が可能な状態であるか否かを判断し、
   前記蓄電装置に対して前記第１の制御部により制御される回生による充電が可能な状態である場合には、前記第１の制御部による制御に依らずに回転する前記モータの逆起電力を用いた充電を停止させる
   請求項５記載のモータ駆動制御装置。
9. 前記第２の制御部は、
   前記モータ駆動制御装置に接続される蓄電装置に対して前記第１の制御部により制御される回生による充電が可能な状態であるか否かを判断し、
   前記蓄電装置に対して前記第１の制御部により制御される回生による充電が可能な状態である場合には、前記第１の制御部による回生についての制御を開始する
   請求項１記載のモータ駆動制御装置。
10. 前記第２の制御部は、
    前記蓄電装置に対して前記第１の制御部により制御される回生による充電が可能な状態である場合には、前記第１の制御部による回生についての制御を開始する
    請求項６記載のモータ駆動制御装置。
11. 前記第２の制御部は、
    前記モータ駆動制御装置に接続される蓄電装置に対して前記第１の制御部により制御される回生による充電が可能な状態になった後、又は、前記第２の制御部が起動した後、
    前記モータ駆動制御装置に接続されている操作パネルへの給電を開始する
    請求項１記載のモータ駆動制御装置。
12. 前記補助部が、
    前記第１の制御部による制御に依らずに回転する前記モータの逆起電力による電圧を整流する整流部と、
    前記整流部によって整流された電圧が所定電圧以上になった場合に、前記モータ駆動制御装置に接続される蓄電装置からの電力供給を前記第２の制御部に対して行わせるための第１のスイッチをオンにするための回路と、
    を有する請求項１記載のモータ駆動制御装置。
13. 前記第２の制御部は、
    前記モータ駆動制御装置に接続される蓄電装置の状態を確認して、前記蓄電装置から前記第２の制御部への電力供給が可能であるか否かを判断し、
    前記蓄電装置から前記第２の制御部への電力供給が不可能であれば、自らの動作を停止する
    請求項１記載のモータ駆動制御装置。
14. 前記第２の制御部は、
    前記補助部による起動が許可されているか否かを確認して、前記補助部による起動が許可されていなければ、自らの動作を停止する
    請求項１記載のモータ駆動制御装置。
15. 請求項１記載のモータ駆動制御装置を有する電動アシスト車。

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