JP2712608B2 - 電気自動車用駆動装置 - Google Patents

電気自動車用駆動装置

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JP2712608B2 JP1215706A JP21570689A JP2712608B2 JP 2712608 B2 JP2712608 B2 JP 2712608B2 JP 1215706 A JP1215706 A JP 1215706A JP 21570689 A JP21570689 A JP 21570689A JP 2712608 B2 JP2712608 B2 JP 2712608B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、主バッテリに供給される直流電圧を交番電
流に変換し、モータを駆動する電気自動車用駆動装置、
特に車載電気機器に直流電圧を供給する補機バッテリを
備える電気自動車用駆動装置に関する。
[従来の技術] 第8図には、従来の電気自動車用駆動装置の一構成例
が示されている。
この図においては、電気自動車10に搭載される電気自
動車用駆動装置は、直流電圧を出力する主バッテリ12
と、該主バッテリ12から出力される直流電圧を交番する
三相電流IU,IV,IWに変換する電力変換器14と、該交番
電流IU,IV,IWにより駆動されるモータ16と、を含んで
いる。
すなわち、前記主バッテリ12から出力される直流電圧
は、例えばインバータ回路により構成される電力変換器
14によって、交番電流IU,IV,IWに変換される。
この交番電流IU,IV,IWは、前記モータ16の一次コイ
ルに供給される。前記モータ16においては前記一次コイ
ルにより交番電流IU,IV,IWが交番磁界に変換され、回
転駆動力が発生する。この回転駆動力は、車軸を介して
例えば後輪18に供給される。このようにして電気自動車
10が駆動される。
一方で、前記主バッテリ12には、該主バッテリ12の出
力する直流電圧を異なる電圧の直流電圧に変換するDC-D
Cコンバータ20が接続されている。
また、DC-DCコンバータ20には車載電気機器に直流電
圧を供給する補機バッテリ22が接続されている。
すなわち、前記主バッテリ12から出力される直流電圧
は前記DC-DCコンバータ20により異なる値の直流電圧
(例えば12V)に変換され、この変換された直流電圧に
より前記補機バッテリ22が充電れる。この補機バッテリ
22は、ランプ、ワイパ等の車載電気機器を駆動するため
のバッテリであり、一般にこれらの車載電気機器は前記
モータ16を駆動するために前記主バッテリ12が出力する
直流電圧と異なる値の電圧により稼動される必要がある
ため、補機バッテリ22は、前記主バッテリ12とは異なる
値の直流電圧により充電され、必要に応じて車載電気機
器に電圧を出力する。
この従来例においては、前記電力変換器14を制御する
ために、制御部24が設けられている。この制御部24には
前記モータ16の回転数ωrを検出するパルス・ジェネレ
ータ26が接続され、更に前記交番電流IU,IV,IWに係る
情報が入力されている。
第9図には前記制御部24によって制御される電力変換
器14の構成が示されている。
この図においては、前記電力変換器14には、前記モー
タ16のU,V,Wの各相に対応してそれぞれ2個直列接続さ
れたトランジスタ及び2個直列接続されたダイオードが
設けられている。このそれぞれ2個が直列接続されたト
ランジスタ及びダイオードは、両端が前記主バッテリ12
に、また直列接続の接続点が対応するモータ16の各相に
接続されている。
前記モータ16においては、前記電力変換器14の出力端
が、ステータ28上に配置された一次コイル30の一端に接
続されている。この図においては、各相の一次コイル30
U,30V,30Wは、Y結線されている。
この図に示される電力変換器14は、前記制御部24から
供給される制御信号により制御される。
例えば前記モータ16のU相に対応し、前記主バッテリ
12の+側に接続されたトランジスタのベースには、前記
制御部24から出力される制御信号UPが供給され、同様
にU相に対応し、主バッテリ12の一側に接続されたトラ
ンジスタのベースには、前記制御部24から出力される制
御信号UNが供給される。
これらの制御信号UP及びUNにより、これらのトラン
ジスタのオン/オフが制御される。同様に、制御信号V
P及びVNにより、V相に対応するトランジスタのオン/
オフが制御され、制御信号WP及びWNによりW相に対応
するトランジスタのオン/オフが制御される。これらの
オン/オフ制御が、U,V,Wの各相に供給される直流電流
U,IV,IWが交番するように行われると、モータ16内部
には、交番磁界が発生し、この交番磁界によりロータ32
が回転駆動される。
第10図には前記電力変換器14の電流を制御する制御部
24の構成が示されている。
この図においては、前記制御部24は、交番電流IU,
IV,IWの制御目標値IUO,IVO,IWOをモータ16の回転数ωr
に基づいて演算する指令演算回路32と、該目標値IUO,I
VO,IWOに基づいて制御信号UP,UN,VP,VN,WP,WNを出力す
る制御信号発生部34と、から構成されている。また、こ
の制御信号発生部34は、所定周波数の三角波を発生する
三角波発生器36と、PWM変調されたパルス信号を出力す
るオペアンプ38と、該オペアンプ38の出力端に接続され
た定電圧ダイオード40と該定電圧ダイオード40を介して
供給されるパルス信号を反転させるNOT42と、から構成
されている。
すなわち、前記モータ16の回転数ωrが前記パルスジ
ェネレータ26により検出されると、この回転数ωrに基
づき、前記比例演算回路32により制御目標値IUO,IVO,I
WOが演算決定される。この制御目標値IUO,IVO,IWOは、
それぞれオペアンプ38U,38V,38Wに入力される。
前記オペアンプ38U,38V,38Wには、前記モータ16に供
給される実際の交番電流IU,IV,IWを表す信号がそれぞ
れ入力され、更に前記三角波発生器36の出力する三角波
も入力される。前記オペアンプ38U,38V,38Wからは、前
記制御目標値と実際の交番電流との差に応じてPWM変調
されたパルス電圧が出力され、それぞれ制御信号UP,
VP,WPとして出力される。また、これらの制御信号UP,V
P,WPは、それぞれNOT42U,42V,42Wにより反転され、制御
信号UN,VN,WNとして出力される。
第11図には、前記DC-DCコンバータ20の構成が示され
ている。
この図においては、前記DC-DCコンバータ20は、前記
主バッテリ12から供給される直流電圧を交流電圧に変換
する直流交流変換部44と、該直流交流変換部44から出力
される交流電圧を変圧するトランス36と、該トランス46
の出力を整流する整流部48と、から構成されている。
また、前記整流部48は、前記補機バッテリ22に接続さ
れている。すなわち、前記主バッテリ12から出力される
直流電圧は前記直流交流変換部44において交流電圧に変
換され、更に前記トランス46により変圧される。前記ト
ランス46から出力された交流電圧は、前記制御部48にお
いて整流されるが、この整流の結果得られる直流電圧は
前記主バッテリ12から出力される直流電圧とは異なる値
である。例えば、前記主バッテリ12から出力される直流
電圧が100Vであって、前記補機バッテリ22に供給される
直流電圧は12Vであるというように、設定される。前記
補機バッテリ22は、前記整流部48から出力される直流電
圧により充電され、車載電気機器に直流電圧を供給す
る。
第12図には、従来の電気自動車用駆動装置の第2の構
成例が示されている。
この従来例は、例えば実開昭48-111827号公報に開示
されたものと同様の構成を有し、この図においては、DC
-DCコンバータ20のみが示されている。
この従来例においては、前記整流部48は、トランス46
の出力電圧によりオン/オフされるリレー50を含んでい
る。
このように、第1及び第2の従来例に係る電気自動車
用駆動装置においては、共に主バッテリ12から出力され
る直流電圧が交番電流IU,IV,IWに変換され、該交流電
流IU,IV,IWによりモータ16が駆動される。
一方、前記主バッテリ12から出力される直流電圧が、
前記DC-DCコンバータ20により異なる値の直流電圧に変
換され、前記補機バッテリ22が充電される。
従って、電気自動車10が駆動され、かつ該電気自動車
10に搭載された電気機器は補機バッテリ22から直流電圧
が供給されて稼動される。
[発明が解決しようとする課題] しかしながら、このような構成を有する従来の電気自
動車用駆動装置においては、補機バッテリの充電のため
のDC-DCコンバータが必要であり、構造が複雑なため、
設計、コスト、信頼性等に関する問題点があった。ま
た、DC-DCコンバータが一般に大なる重量を有するトラ
ンスを含み、電気自動車の重量が大となるという問題点
があった。本発明はこのような問題点を解決することを
課題としてなされたものであり、DC-DCコンバータを廃
止して、軽量かつ安価な電気自動車用駆動装置を提供す
ることを目的とする。
[課題を解決するための手段] 前記目的を達成するために、本発明は、モータの一次
コイルにおいて発生する磁界により交流の二次電圧が誘
起されるように、所定相数の一次コイルの少なくとも一
部に近接配置された二次コイルと、この二次電圧を直流
の充電電圧に変換して、補機バッテリを充電する整流回
路と、モータを駆動していないとき又は駆動する必要が
ないときに、モータにトルクが発生しないようインバー
タ回路による変換動作を制御する手段と、を有し、一次
コイルにおいて発生する磁界により二次コイルに誘起さ
れた二次電圧が前記整流回路により整流され、この整流
により得られる充電電圧により補機バッテリが充電され
ることを特徴とする。
[作用] 本発明の電気自動車用駆動装置においては、モータの
一次コイルには、所定相数の交番する交流電流が供給さ
れ、この交番する交流電流により一次コイルにおいて発
生する磁界が、一次コイルに近接配置された二次コイル
に二次電圧を誘起させる。この二次電圧は、整流回路に
より整流され、この整流により得られる直流電圧により
補機バッテリが充電される。このように、前記補機バッ
テリを充電するための直流電圧を、モータの一次コイル
において発生する磁界を用いて発生させることにより、
DC-DCコンバータが廃止される。また、インバータ回路
の制御により停車時でも補機バッテリが充電される。
[実施例] 以下、本発明の好適な実施例を図面を用いて説明す
る。
第1図には本発明の実施例に係る電気自動車用駆動装
置の構成が示されている。
この図においては、本発明の特徴に係る二次コイル52
U,52V,52Wが、一次コイル30U,30V,30Wにそれぞれ近接配
置されている。また、前記二次コオイル52は、整流回路
54に接続され、更に定電圧回路56を介して補機バッテリ
22に接続されている。
例えば、前記主バッテリ12によるモータ16の駆動時に
は、一次コイル30において交番磁界が発生し、この交番
磁界により本発明の特徴に係る二次コイル52において交
流の二次電圧が誘起される。この二次電圧は整流回路54
において整流され、更に定電圧回路56において定電圧化
される。このようにして得られた直流電圧二より、前記
補機バッテリ22が充電される。
第2図には、この実施例におけるモータ16のコイル構
造が示されている。
この図に示されるモータ16は、いわゆる2極の交流モ
ータである。すなわち、18個設けられたスロット58のう
ち3個には一次コイル30Uが同一方向に捲回され、他の
3個にはこれとは逆方向に捲回されるというように、そ
れぞれのスロット58について、一次コイル30U,30V,30W
のいずれかが捲回されている。また、この図において
は、ロータ32は篭型回転子である。
この図において、本発明の特徴に係る二次コイル52は
スロット58の底部に捲回され、この二次コイル52の上に
は一次コイル30が捲回されている。すなわち、前記一次
コイル30において、交番磁界が発生すると、この交番磁
界により二次コイル58に交流電圧が誘起される。
なお、第1図においては、本発明の特徴に係る二次コ
イル52がY結線されているが、このY結線における中性
点と前記一次コイル30のY結線における中性点とは結線
しないほうが好ましい。また、一次コイル30及び二次コ
イル52の捲回方法は、いわゆる束ね巻き、同時巻きのい
ずれでも構わない。
次に、この実施例の動作について説明する。
まず、前記主バッテリ12から直流電圧が出力されてい
るときには、第8図ないし第12図に示される従来例と同
様にモータ16が回転駆動される。このとき、モータ16の
一次コイル30U,30V,30Wには交番電流IU,IV,IWが供給さ
れ交番磁界が発生するが、この交番磁界により、本発明
の特徴とするところの二次コイル52U,52V,52Wに交流電
圧が誘起される。一次コイル30の各相電圧が例えば60V
程度であれば、二次コイル52の各相には20〜30V程度の
電圧が誘起される。このように誘起された交流電圧は、
まず整流部54において整流され、更に定電圧回路56にお
いて定電圧化され補機バッテリ22が充電される。なお、
第1図においては、定電圧回路56は出力電圧調整用のト
ランジスタを含んでいる。すなわち、このトランジスタ
のベース電圧をチョッパ制御等により調整することによ
り、定電圧回路56の出力する直流電圧の値は所望の値に
調整可能である。
また、前記主バッテリ12から直流電圧が出力されず、
かつモータ16が回転駆動しているとき(例えば制動時)
には、一次コイル30には交番電流は供給されない。第2
図において示されるように、ロータ32として篭型回転子
を用いた場合には、二次コイル52には交流電流は誘起さ
れないが、ロータ32として永久磁石型の回転子を用いた
場合、このロータによる磁界の鎖交により一次コイオル
32及び二次コイル52に交流電流が誘起され、回生制動が
行われる。
さらに、第3図に示されるように、電気自動車10がモ
ータ16の回転駆動により走行しているとき(いわゆる走
行時)にのみ補機バッテリ22に充電電圧が供給され、モ
ータ16が停止し、かつ電気自動車10が停止しているとき
(いわゆる停止時)には、補機バッテリ22への充電電圧
は発生しないようにすることも可能であるが、本実施例
では、第4図に示されるように、本発明と特徴とすると
ころの二次コイル52による補機バッテリ22の充電電圧の
発生が、停止時においても、可能である。
この図においては、制御部60の構成のみが示されてい
る。
この実施例においては、電力変換器14の制御をモータ
16の駆動時/停止時で切替えて行うことが可能な制御部
60が採用されている。
すなわち、この実施例における制御部60は、第4図
(a)に示される指令演算回路32、制御信号発生部62及
び第4図(b)に示されるモード切替部64から構成され
ている。
また、この実施例における制御信号発生部62は、第10
図に示される従来例に係る制御信号発生部34に、更に角
周波数ωOの正弦波を発生させる発振器66と、停止時の
交番電流値を演算する停止時指令演算回路68と、該停止
時指令演算回路68の出力を増幅するオペアンプ70と、オ
ペアンプ70の出力端に接続された定電圧ダイオード72
と、前記モード切替部64によりオン/オフ制御されるス
イッチSW1,SW2,SW3,SW4,SW5と、を付加した構成となっ
ている。
次に、このような構成を有する実施例の動作について
説明する。
第5図には、この実施例における制御信号発生部62の
制御動作の流れが示されている。
制御信号発生部62の電源立上げなどにより制御動作が
開始される(100)と、まず、前記モード切替部64にお
いて回転数ωr、トルク指令T、停止時充電指令CHGにつ
いての条件判定が行われる(102)。ここで、トルク指
令Tとは、電気自動車10の操縦者がアクセルを開く度合
(アクセル開度)等に基づき発生され、外部から供給さ
れる指令であって、停止時充電指令CHGとは、前記補機
バッテリ22の出力電圧の低下等に基づいて外部から供給
される指令である。条件判定102においては、具体的に
は、 モータ16の回転数ωrが0であること(すなわちモ
ータ16が停止していること) トルク指令Tが供給されていないこと(例えばアク
セルが踏み込まれていないこと) 停止時充電指令CHGが供給されること(例えば補機
バッテリ22において所定値以下に電圧が低下すること) の3条件が満たされているかどうかが判定される。
条件判定102において、これらの3条件が満たされて
いないと判定されたときには、前記指令演算回路32によ
る目標値IUO,IVO,IWOに基づき駆動時制御が行われる。
この駆動時制御においては、まず前記モード切替部64
から条件判定102の結果に基づき発せられる切替信号に
よりスイッチSW2及びSW5がオフされ、スイッチSW1,SW3
及びSW4がオンされる(104)。
すなわち、スイッチSW2及びSW5がオフされると、後述
の停止時制御に係る回路と、駆動時制御に係る回路との
接続が解除され、一方でスイッチSW1がオンされること
により指令演算回路32とオペアンプ38とが接続され、ス
イッチSW3及びSW4がオンされることにより、オペアンプ
38V及び38Wが前記電力変換器14に接続される。
ステップ104が実行されると、前記指令演算回路32に
おいてモータ16の回転数ωrに基づき制御目標値IUO,I
VO,IWOが演算される(106)。このように演算された目
標値IUO,IVO,IWOに基づき、第10図に示される従来例に
係る制御信号発生部34と同様に、PWM変調された制御信
号UP,UN,VP,VN,WP,WNが発生出力される(108)。しか
るのちに、条件判定102に戻る。
一方で、条件判定102において、前述の3条件が満た
されていると判定されたとき、すなわち、モータ16が停
止し、トルク指令Tが与えられておらず、補機バッテリ
22の電圧低下等により停止時充電指令CHGが与えられた
と判定されたときには、第4図に示される制御信号発生
部62は、電力変換器14の停止時制御を行う。
この停止時制御においては、まず、スイッチSW1,SW3
及びSW4がオフされ、スイッチSW2及びSW5がオンされる
(110)。ここで、スイッチSW1がオフされることは、前
記指令演算回路32とオペアンプ38との接続が解除される
ことを意味し、スイッチSW3及びSW4がオフされること
は、V相及びW相のオペアンプ38V及び38Wと電力変換器
14との接続が解除されることを意味している。一方で、
スイッチSW2及びSW5がオンされるということは、停止時
指令演算回路68がオペアンプ38Uの入力端に接続され、
オペアンプ70の出力端が制御信号VP及びVN出力端に接
続されるということを意味している。
次に、前記停止時指令演算回路68において、停止時の
交番電流指令振幅Imが演算される(112)。ステップ11
2において演算された指令振幅Imに基づき、制御信号V
P及びVNとしては方形波信号が、制御信号UP及びUN
してはPWM変調されたパルス信号が発生出力される(10
8)。しかるのちに、前記条件判定102に戻り、動作が継
続される。
第6図には、前述の停止時制御における制御信号波形
が示されている。
前記発振器66から出力される正弦波は、時刻t1にお
いてゼロクロスする角周波数ωOの正弦波である。前記
停止時指令演算回路68においては、前述のように指令振
幅Imが演算され、この指令振幅Imに応じた振幅でかつ
画周波数ωOの正弦波がオペアンプ38U及び70に供給され
る。
ここで、オペアンプ38Uには、前記三角波発生器36か
ら出力される三角波が入力されているため、該オペアン
プ38Uから出力される信号はPWM変調された信号である。
このようにして前記オペアンプ38Uから出力される信号
は、発振器66から出力される正弦波信号のゼロクロス時
刻t1近傍の時刻t2において極性反転する。従って、制
御信号UP及びUNとしては、オペアンプ38Uから出力さ
れるパルス信号の極性に対応して該パルス信号が交互に
出力される。
一方、前記停止時指令演算回路68から出力される正弦
波信号はオペアンプ70にも入力されている。このオペア
ンプ70から定電圧ダイオード72を介して出力される信号
は、停止時指令演算回路68から出力される正弦波信号と
同期してゼロクロスする方形波電流であり、この方形波
電流のうち、正期間が制御信号VP、負期間が制御信号
Nとして、それぞれ出力される。
今、前記停止時指令演算回路68から出力される正弦波
信号が正の期間をモードI、負の期間をモードIIと定義
する。第7図(a)及び(b)には、このモードI及び
IIの動作がそれぞれ示されている。
モードIにおいては、制御信号UPがPWM変調されたパ
ルス信号であり、制御信号VNは正の値の信号である。
従って、このような制御信号UP及びVNが前記電力変換
器14に供給された場合、インバータ回路である電力変換
器14においては、制御信号VNが供給されるトランジス
タがオンし、更に制御信号UPが供給されるトランジス
タがオン/オフされる。従って、前記主バッテリ12から
出力される直流電圧はU相の一次コイル30Uの一端と、
V相の一次コイル30Vの一端との間に断続的に印加さ
れ、一次コイル30U及び30Vには、第6図に示されるよう
にPWM変調された制御信号UPに対応する交流電流が流れ
る。
また、モードIIにおいては、制御信号UNがPWM変調さ
れたパルス信号であり、制御信号VPは正の値をとる。
このモードIIにおいては、制御信号VPが供給される
トランジスタがオンし、更に制御信号UNが供給される
トランジスタがオン/オフされる。前記主バッテリ123
から出力される直流電圧は、V相の一次コイル30Vの一
端と、U相の一次コイル30Uの一端との間に断続的に印
加される。
従って、この場合における交流電流はモードIとは逆
の方向に、U及びV相の一次コイル30U及び30Vに流れ
る。
これらモードI及びIIのいずれにおいても、U及びV
相の一次コイル30U及び30Vにのみ、PWM変調された交流
電流が流れるため、モータ16において交番磁界が発生す
ることはない。従って、モータ16は停止状態が保持され
ることとなる。一方で、本発明の特徴とするところの二
次コイル52U及び52Vには、二次電圧が誘起されるため、
該二次電圧に係る補機バッテリ22の充電が可能である。
このように、本発明の実施例に係る電気自動車用駆動
装置においては、電気自動車10の停止時における補機バ
ッテリ22の充電が可能であるという効果が得られる。従
って、補機バッテリ22の充電管理をより容易に行うこと
が可能となり、また補機バッテリ22の充電時期選択の任
意性が高まり使用性が向上する。
[発明の効果] 以上説明したように、本発明の電気自動車用駆動装置
によれば、二次コイルに誘起された二次電圧が整流さ
れ、この整流の結果得られる直流電圧により補機バッテ
リが充電されるため、補機バッテリの充電に係り、一般
にトランス等の重量部材を含むDC-DCコンバータが廃止
され、軽量から安価な電気自動車用駆動装置を得ること
ができる。加えて、インバータ回路の制御により、停車
時でも補機バッテリを充電可能になる。
【図面の簡単な説明】 第1図は本発明の実施例に係る電気自動車用駆動装置の
構成を示す構成図、 第2図はこの実施例における一次コイル及び二次コイル
の捲回構造を示す断面図、 第3図は参考例における補機バッテリの充電電圧を示す
出力説明図、 第4図は本発明の実施例に係る電気自動車用駆動装置の
構成を示す構成図であって、第4図(a)は制御部のう
ち指令演算回路と制御信号発生部の構成を示す構成図、
第4図(b)は制御部のうちモード切替部の構成を示す
構成図、 第5図はこの実施例における制御部の動作の流れを示す
フローチャート図、 第6図はこの実施例における停止時動作を示すタイミン
グチャート図、 第7図はこの実施例の停止時動作を示す動作説明図であ
って、第7図(a)はモードIにおける動作を示す動作
説明図、第7図(b)はモードIIにおける動作を示す動
作説明図、 第8図は従来の電気自動車用駆動装置の第1の構成例の
構成を示す構成図、 第9図はこの従来例における電力変換器の構成を示す回
路図、 第10図はこの従来例における制御部の構成を示す回路
図、 第11図はこの従来例におけるDC-DCコンバータの構成を
示す回路図、 第12図は従来の電気自動車用駆動装置の第2の構成例の
構成を示す回路図である。 10……電気自動車 12……主バッテリ 14……電力変換器 16……モータ 22……補機バッテリ 24,60……制御部 28……ステータ 30……一次コイル 32……ロータ 52……二次コイル 54……整流部 IU,IV,IW……交番電流

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】主バッテリと、 前記主バッテリからの直流電圧を所定相数の交番する交
    流電流に変換するインバータ回路と、 前記所定相数の交流電流がそれぞれ供給される所定相数
    の一次コイルを含み、この一次コイルにおいて前記交流
    電流により発生する磁界が交番することにより駆動され
    るモータと、 車載電気機器に前記主バッテリから出力される直流電圧
    と異なる値の直流電圧を供給する補機バッテリと、 を有する電気自動車用駆動装置において、 前記一次コイルにおいて発生する磁界により交流の二次
    電圧が誘起されるように、前記所定相数の一次コイルの
    少なくとも一部に近接配置された二次コイルと、 前記二次電圧を直流の充電電圧に変換して前記補機バッ
    テリを充電する整流回路と、 モータに駆動していないとき又は駆動する必要がないと
    きに、モータにトルクが発生しないようインバータ回路
    による変換動作を制御する手段と、 を有し、 前記一次コイルにおいて発生する磁界により前記二次コ
    イルに誘起された二次電圧が前記整流回路により整流さ
    れ、この整流により得られる充電電圧により前記補機バ
    ッテリが充電されることを特徴とする電気自動車用駆動
    装置。
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