JP6144829B2 - 電気自動車のための保護構造 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の導入部分に記載した電気自動車の集電装置の保護構造に関する。この保護構造は、充電式電池を備える電気自動車及びハイブリッド車に適している。

電気によって部分的にあるいは電気のみにより駆動される車両の割合は、次の１０〜２０年で飛躍的に高まるものと予想される。そのような車両は、一般に、電気自動車及びハイブリッド車と呼ばれる。このことは、そのような車両を充電する必要性がそれに対応して増加することを意味している。原理上、充電は、他の機器のために用いる通常のコンセントのうちの一つに対し直接的に、あるいは車両の外部の特別な充電器を介して車両を電気的なネットワークに接続することにより行われる。充電のための電流は、ネットワークから車載されているバッテリに伝達される。

電気自動車のバッテリは、比較的小さい電流により比較的長い時間にわたって、例えば朝まで充電できる。そのような車両は、プラグイン車両と呼ばれ、比較的小さい容量のバッテリを備えていて車両が電力で走行できる距離が制限されるハイブリッド車にとっては一般的である。バッテリが空であるときに、あるいは追加の動力が必要なときに、内燃機関が始動される。プラグイン車両の高電流による充電もまた可能である。車両を一日につき１、２回充電するので、車両を電流供給源に接続するために特有のコネクタを用いる。

例えば商用車両といった、一日につき数回充電する必要がある車両にとって、プラグを使用する接続は効率的な代替案でない。代わりに、例えば可動パンタグラフあるいは固定集電装置といった種々のタイプの集電装置が用いられるが、対応する電流供給手段が移動可能であって固定された集電装置に接触する。充電中、集電装置は、バッテリに対して電流を供給するために、当然、対応する電流供給手段に対して露出させなければならない。しかしながら、車両を運転するとき、あるいは充電していないときには、バッテリ電圧が集電装置上に存在しないように、集電装置は、好ましくは、バッテリから分離しなければならない。バッテリが集電装置から切り離されたときは、サービス技術者にとって、集電装置において、あるいはその近くで作業することは安全である。バッテリを集電装置から切り離すことの更なる利点は、３００〜６００ボルトあるいはそれ以上の範囲のバッテリ電圧に、人あるいは物体が接触することを防止することにある。

バッテリを集電装置から切り離す一つの方法は、バッテリと集電装置の間に配置された電力開閉器を用いることである。そのような電力開閉器は、安全上の理由により、バッテリ電極に接続されている二つの集電装置の間の短絡電流を遮断できなければならない。そのようなスイッチは、かなり高価である。

架空電線に接続するために鉄道車両の屋根にパンタグラフを載置することは公知である。それらの場合、戻りラインはレールである。パンタグラフは電気トロリーバスに用いることもできる。そのような電気自動車は、絶えず電力が供給されると共に、追加の電力供給源としての充電可能なバッテリを備えていない。このことは、例えば点検のためにパンタグラフが折りたたまれているときには、パンタグラフが如何なる電力供給源にも接続されていないことを意味する。サービス技術者にとっては、いかなる特別な安全装置も無しに、そのような車両の屋根において作業することができる。

特許文献１は、露出している、ガイドウェイを辿る電気自動車の導電要素を覆うための装置を記載している。その車両のブラシ装置は、電力が外部電源から要素に導電されるときに、かつ車両を入換作業しているときに、絶縁シールドによって覆われる。そのような車両が異なる電力回路にまたがるときに、例えば開閉器を通過するときに、車両にはその前部及び後部にいくつかのブラシが設けられる。すべてのブラシ装置は、互いにかつ駆動モータに接続されている。従って、モータに電力を供給するべく外部電源接続されたときに、その電力はブラシにも印加される。この絶縁性のシールドカバーは、第三者がブラシに接触することを防止すべく、ブラシを外側から覆っている。

特許文献２及び特許文献３は、プラットフォームにおいて鉄道車両の集電装置を保護するべく適合された、集電装置のための保護シールドを開示している。この保護シールドは、プラットフォームと車両との間に配置されて物体が上方から集電装置に接触することを防止している。

米国特許第３，７６２，５１５号明細書 欧州特許出願公開第１ ２７０ ３１３号明細書 欧州特許出願公開第１ ３７１ ５１７号明細書

これらの保護装置の全てが、電力ネットワークから直接電力が供給される電気自動車に適合されている。それらは、いくつかの状況においては問題無く作動し得るが、充電可能なバッテリを備える車両のためには適合されていない。従って、改良の余地がある。

従って、本発明の目的は、電気自動車上の集電装置のための改良された保護構造を提供することにある。

本発明の問題解決策は、請求項１の特徴部分に記載されている。他の請求項は、本発明の構造の有利な更なる発展を含んでいる。

電気推進装置と充電式電気エネルギ貯蔵装置を有する車両に配置される集電装置のための保護構造において、保護構造は、集電装置が保護構造によってカバーされる第１の保護状態と、エネルギ貯蔵装置を充電する間における集電装置と対応する電流供給手段との間の接触を保護構造が許容する第２の開放状態とを含み、本発明の目的は、車両が予め定められた充電位置に到達したときに、保護構造が保護状態から開放状態へと自動的に開放されることにより達成される。

本発明による集電装置のための保護構造のこの第１実施形態により、車両が充電位置に到達するあるいは到達したときに保護構造は自動的に開放され、車両の電気エネルギ貯蔵装置を充電する間における、集電装置と対応する電流供給手段との間の接触が可能となる。充電式の電気エネルギ貯蔵装置は、バッテリあるいはスーパーキャパシタとすることができる。電気エネルギ貯蔵装置が充電されないとき、例えば車両が充電ステーションに位置していないとき、集電装置は保護構造によって覆われる。このようにして、点検作業員の、集電装置との偶発的な接触は可能ではなくなる。オペレータが集電装置に触れることができないように、保護構造が包囲されていることが有利である。好ましくは、保護構造は、腕もしくは指、又は例えばねじ回し等の尖った物体が通り抜けることを阻止して、集電装置に接触するリスクなしに保護構造の近傍で保守作業を実行できるようにする。事故の場合、例えば車両が側方に倒れるときに集電装置を包囲することもまた有利である。救援隊は、集電装置に接触するリスクなしに活動し始めることができるともに、彼らが前進する前に集電装置を使用不能にする必要は無い。包囲された集電装置は、許可されていない何者かが車両の屋根の上に登る場合にセキュリティ上有利である。

車両が予め定められた充電位置に到達すると、保護構造を自動的に開放させることが更に有利である。このようにして、集電装置は、例えば車両が移動しているときに、あるいは充電ステーションから外れて駐車するときには包囲される。車両が、充電ステーションにおいて、予め定められた充電位置にいるときに、保護構造を自動的に開放させることができる。保護構造は、車両が充電位置に停止するときにあるいは車両が充電位置に停止したときに保護構造が開放しているように、車両が予め定めた充電領域に入ると自動的に開放させることができる。保護構造は、開放信号が出力されるときに、例えば開放できる。開放信号は、別個に出力し、あるいは充電信号と共に出力できる。

集電装置を包囲することの利点は、電気エネルギ貯蔵装置と集電装置との間に断路器あるいは回路遮断機を用いる必要がないことにある。断路器は、通常、集電装置を無電力にすべく車両のバッテリから集電装置を分離するために用いられる。そのようなバッテリの高い電圧及び高い電流容量により、そのような電気自動車の電気システム上での点検を、如何にして、かついつ実行するかを管理する、厳密な保安規程がある。ここで予め規定し得ることは、点検作業が始まる前に、集電装置を一定の時間切り離しておかなければならないことである。

更に、そのような高い電圧で高い電流のバッテリの電圧及び電流を取り扱うことができる断路器は、重く、かつ高価である。そのような断路器は、通常使用の間の電流ばかりでなく、隣接する二つの集電装置の間に短絡が生じた場合の短絡電流をも、取り扱えなければならない。従って、断路器の必要性をなくすことにより、単純で費用効果的な解決策が得られる。

更なる利点は、車両が充電ステーションの充電位置に近い、あるいは充電位置にあるときに、保護構造が自動的に開放することである。このようにして、充電プロセスは単純化され、車両の運転者は、車両を充電装置に接続し、あるいは車両を充電装置から分離させてはならない。保護構造は、車両が例えば充電ゾーンといった予め定めた位置に入るときに、あるいは車両が予め定めた位置で停止して開放信号が出力されるときに、開放できる。保護構造は更に、閉鎖信号が出力されたときに自動的に閉じる。閉鎖信号は、充電プロセスが完了するときに、車両が移動し始めるときに、車両が充電ゾーンから離れるときに、あるいは集電装置の付近に人がいるときに出力できる。

集電装置は、一実施例においては、導電軌条又はある種の導電板に接触するべく折り重なった状態で持ち上がるパンタグラフとすることができる。好ましくは、車両がタイヤを備える道路車両であることから、車両の屋根の上には二つの集電装置が設けられる。パンタグラフを用いるときに、それらは、車両の運転方向に並べてあるいは互いに前後させて配置できる。いずれにしても、各集電装置が対応する導体に接触するようにパンタグラフを導電軌条に接続するときには、注意を払わなければならない。パンタグラフについては、保護構造は、好ましくは、上方に開放する回動自在なカバーである。カバーは、パンタグラフにより押動されて開放すると共に、パンタグラフが格納されるときに揺動して戻るように、例えばばね負荷できる。

保護構造は、好ましくは、集電装置と対応する電流供給手段との間の接触を可能とするために、車両が充電ゾーンに入るときに自動的に開放される。集電装置が屋根上に配置された固定の接触面であるときには、接触面に接触できるように移動可能な対応する電流供給手段によってカバーを開放できる。対応する電流供給手段は、適切な充電位置で集電装置に接触できるように、移動可能とすることができる。ドライバによって、車両を正確な充電位置に位置決めすることは困難であり得るからである。カバーは、車両が充電ステーションに入るときにあるいは開放信号が出力されるときに、後方に摺動する摺動自在なカバーとすることができる。カバーは、車両が充電ステーションに入るときにあるいは開放信号が出力されるときに側方に開放する、分割可能なカバーとすることもできる。

充電ステーションは、望ましくは、例えば、車両が次の往復走行の開始まで待機するターミナル停車位置に配置される据え付けの充電ステーションである。例えば待ち時間が１５分のときは、高電流充電を用いるとバッテリを十分に充電できる。リフレッシュ充電を可能にするために、道程に沿って一つあるいは二つの中間の停車位置に充電ステーションを配置することもまた可能である。次の停車位置に到達するのに十分に電気エネルギ貯蔵装置が充電されるようにする充電ステーションを、各停車位置に有することもまた可能である。そのようなシステムにおいては、比較的小さいバッテリあるいはスーパーキャパシタを用いることができる。

カバーは、電流供給手段上に配置された押動手段によって開放できる。そのような解決策は、車両が充電ステーションに入るときに、電流供給手段が接触面に接近するにつれてカバーが同時に開放されるように、用いることができる。カバーは、開放信号が出力されるときに、アクチュエータによって開放することもできる。好ましくは、カバーは、閉鎖状態に向かってばね負荷されており、押動手段あるいはアクチュエータにより開放されると共に解放キャッチ等によって閉鎖状態へと解放される。アクチュエータは、例えば電磁アクチュエータあるいは空気作動弁といった、電動手段あるいは圧縮空気手段とすることができる。

本発明は添付図面とともに以下に詳細に説明される。

本発明による保護構造の第１実施形態の概略図を閉じた状態で示している。 本発明による保護構造の第１実施形態の概略図を開放状態で示している。 本発明による保護構造の第２実施形態の概略図を閉じた状態で示している。 本発明による保護構造の第２実施形態の概略図を開放状態で示している。 本発明による保護構造の第２実施形態の発展型の概略図を閉じた状態で示している。 本発明による保護構造の第２実施形態の発展型の概略図を開放状態で示している。 本発明による保護構造の第２実施形態の更なる発展型の概略図を示している。 本発明による保護構造の第２実施形態の更なる発展型の概略図を開放状態で示している。 本発明による電気自動車の概略図を示している。

以下に説明する本発明の実施形態の更なる発展型は、単なる実例とみなされるべきであって、特許請求の範囲によってもたらされる保護の範囲を限定するものではない。

図１ａ及び図１ｂは、本発明による集電装置のための保護構造の第１実施形態の概略図を示している。本実施形態において、集電装置３はパンタグラフであり、かつ保護構造１は２つの回動自在なカバー２を備えている。パンタグラフは、電気自動車に設置されている、例えばバッテリあるいはスーパーキャパシタといった充電式のエネルギ源に外部電源を接続するために用いられる。パンタグラフは、好ましくは車両の屋根に載置されるが、車両の下方の導電軌条に向かって折り重なった状態で降下するように車両の下に取り付けることもできる。図示の実施例において、パンタグラフは、路面電車あるいは電車に用いられているパンタグラフと幾分同様に、車両の上方に配置された導電線６あるいは導体表面に向かって折り重なった状態で上昇する。しかしながら、その機械的な設計はそれほど厳しいものではない。パンタグラフは、車両が静止しているときに、すなわち車両が充電ステーションで静止しているときに、車両のバッテリを充電するためにだけ用いられるからである。好ましくは、２つのパンタグラフは、接触のための２つの電極をもたらすべく、互いに並んであるいは互いに前後して屋根上に配置される。戻り配線、例えば接地接続を異なる位置に設けることもできるが、屋根上の２つのパンタグラフは、システムを単純化すると共にバッテリの安全な充電を可能にする。これらのパンタグラフは、同じカバーを用いる同じ保護構造で取り付けることもできるし、各パンタグラフが別個のカバーを有することもできる。回動自在なカバー２は、好ましくは、パンタグラフを持ち上げるのと同じ動きにより押動されて開放する。パンタグラフは、例えば電動アクチュエータといった作動手段によって持ち上げられると共に、例えば電動アクチュエータへの通電が絶たれたときに折り重なった状態で自動的に降下するようにばね負荷されていることが好ましい。

図示の実施例におけるカバーは、パンタグラフを作動させるのと同じ機構によって、作動する。カバーは、車両が充電位置に近いあるいは充電位置に位置しているときに出力される開放信号によって、開放される。これらのカバーは、好ましくは、パンタグラフが折り重った状態で降下するときに閉じるようにばね負荷される。これらのカバーは、枢軸にばねを含むこともできるし、あるいは外部ばねを用いることもできる。パンタグラフを用いることにより、充電位置はいくらか側方にずれることができる。このようにして、車両の運転者は、パンタグラフの接触面が導電ラインに接触できるように、車両を充電位置に位置決めすることができる。

図２〜図４は、本発明による集電装置の保護構造の第２実施形態の概略図を示している。この実施形態においては、集電装置１０は車両の屋根上に配置された固定の接触面であり、かつ保護構造１は可動カバー、第１実施例においてはスライド自在なカバー１１を備えている。接触面は、電気自動車に設けられたバッテリに外部電流源を接続するために用いられている。この接触面は、好ましくは車両の屋根上に取り付けられるが、車両の下に取り付けることもできる。接触面は、車両が充電ステーションの充電位置にあるときに接触面に接近する電流供給手段に接触するように適合されている。電流供給手段は、ばね負荷できる。接触面は、好ましくは、車両の屋根から幾らか延在する。

電流供給手段は、充電ステーションに設けられている。電流供給手段は、車両が予め定められた充電位置に運転されたときに接触面に自動的に接触する位置に取り付けられた、固定された手段とすることができる。このような場合、電流供給手段は、好ましくは、車両の位置の小さな変動に適合するように弾力的なやり方で取り付けられる。電流供給手段は、車両が充電ステーションの充電位置に入る前にあるいはその後で充電位置に移動するように、可動とすることができる。車両が、充電ゾーンを含む狭い領域であり得る充電位置に駐車されたときに、可動な電流供給手段が移動して接触面に接触する。正確な位置決めは、センサを用いて見いだすことができる。

好ましくは、２つの接触面は、接触のための二つの電極をもたらすべく、互いに並んであるいは前後して屋根の上に配置される。戻りライン、例えば接地接続を異なる位置に設けることも可能であるが、屋根上に配置される２つの接触面はシステムを単純化しかつバッテリの安全な充電を可能にする。接触面は、同じカバーを用いる同じ保護構造の下に取り付けることができるし、あるいは各接触面が別々のカバーを有することもできる。

図２ａは、閉じた状態のスライド自在なカバー１１を示している。矢印は、カバーのスライド方向を示している。この方向は、車両の後部に向かっている。カバーは、充電ステーションに配置された押動手段によって開放できるし、開放信号が出力されたときにカバーを開放する、例えば電動アクチュエータあるいは圧縮空気弁といった作動手段によって開放することもできる。開放信号は、車両が充電位置の近くにあるいは充電位置に位置するときに、充電ステーションによって、出力できる。開放信号は、充電プロセスが車両により要求されるときに、例えばバッテリが特定のエネルギーレベルより低いときに、車両によって、出力できる。カバーは、好ましくは、電流供給手段が取り除かれたときにあるいは留め金が閉鎖信号により解放されたときに閉鎖するように、ばね負荷される。留め金は、電力が失われたときにカバーを閉鎖できるように、電力が切れるときに解放する、例えば電気式の留め金とすることができる。このことは、安全性を改善する。図２ｂは、集電装置１０に接触している対応の電流供給手段１２と共に、開放状態にあるスライド自在なカバーを示している。

図３ａは、スライド自在なカバー１１の他の実施例を閉じた状態で示している。矢印は、カバーのスライド方向を示している。この方向は車両の後部に向かっている。カバー１１は、この実施例においては、例えば弾性的に懸架された接点を有する充電バーである電流供給手段１２上に配置された、押動手段１３により開放される。この押動手段は、カバー上の突起１４あるいは他の座面と相互作用すべく適合されていて、車両が充電ステーション内に運転されたときに、あるいは可動な電流供給手段が充電位置に配置されたときに、カバーが押動されて開放するようになっている。同時に、充電バーの弾性的に懸架された接点は、車両の接触面１０に接触する。これは、図３ｂに示されている。バッテリあるいはキャパシタが十分に充電されて充電を中止しなければならないときに、充電バーは例えば上方に持ち上げることにより解放され、かつ押動手段１３がカバーを解放すると、カバーは閉鎖状態へとスライドする。カバーは、好ましくはばね負荷されて、押動手段が取り除かれたときに自動的に閉鎖するようになっている。

図４ａは、閉鎖カバー１５の更なる実施例を示している。この実施例では、カバー１５は、車両が充電ステーションに入ったときに横方向に分割しあるいはスライドするように構成された、２つの半割体を含んでいる。矢印はカバーが開放する方向を示している。カバー１５は、この実施例では、電流供給手段上にあるいは充電ステーション上に配置できる押動手段により開放される。車両が充電位置に接近するときにあるいは車両が充電位置に位置するときに出力される開放信号によって、カバーを開放することもまた可能である。好ましくは、押動手段は、電流供給手段、例えば弾性的に懸架された接点を有する充電バー上に配置される。押動手段がカバーの斜面１６を押動すると、それは２つのカバーの半割体を開放する。カバーの半割体は、カバーの半割体の間に中央開口が作り出されるように側方にスライドしあるいは回動する。弾性的に懸架された接点は、このようにして接触面に接触することができて、バッテリあるいはキャパシタを充電できる。これは図４ｂに示されている。充電が完了したときには、カバーを閉鎖できるように充電バーを持ち上げることができる。カバーは、好ましくは、ばね負荷されて、押動手段が取り除かれたときに自動的に閉鎖するようになっている。カバーは、車両が前方に移動したときにも自動的に閉鎖する。このようにして、押動手段及び電流供給手段は接触面から離れ、カバーは自動的に閉鎖できる。この実施例は、バッテリあるいはキャパシタを全ての停止位置で充電するときに適している。充電が完了したときに、あるいは車両が充電位置から離れるときに出力される閉鎖信号によって、カバーを閉鎖することもできる。カバーは、集電装置と電流供給手段との間の接触を可能とするために側方にスライドして開放する単一のカバーとすることもできる。

図５は、２つの接触面１０の形態の２つの電流供給手段を備えた電気自動車２０の概略図を示している。この電気自動車は、発電機としてかつ電動モータとして機能できる電機２２から成る電気推進装置を備えている。この電機は、バッテリあるいはスーパーキャパシタとし得る電気エネルギ貯蔵装置２３から電力が供給される。制御装置２４は、接触面１０を介した外部電源による電気エネルギ貯蔵装置の充電を制御する。この制御装置はまた、電機を電動モータとして用いるときにエネルギ貯蔵装置から電機に供給される電流を制御すると共に、電機を発電機として用いるときに電機からエネルギ貯蔵装置に供給される電流を制御する。電機は、車両を制動するときにエネルギを回生すべく電機を用いるときに発電機として機能する。発電機は、車両がプラグインハイブリッド車であるときに、燃焼機関２１によって駆動することもできる。中央配置された電機を用いることもできるし、車両の二つ以上の車輪に１台の電機を配置することもできる。電気自動車は、望ましくは、例えばバスあるいは配送トラックといった重車両であるが、ハイウェイトラックにも類似の集電装置を備えることができる。

本発明は、上記の実施形態に限定されるものと見なされるべきではなく、以下の特許請求の範囲において、多くの付加的な変形及び修正が可能である。

１ 保護構造
２ 回動自在なカバー
３ パンタグラフ
４ 閉じた状態
５ 開放した状態
６ 導電線
１０ 接触面面
１１ スライド自在なカバー
１２ 電流供給手段
１３ 押動手段
１４ 支持面
１５ カバーの半割体
１６ 斜面
２０ 電気自動車
２１ 内燃機関
２２ 電機
２３ 電気エネルギ貯蔵装置
２４ 制御装置

Claims (18)

1. 電気推進装置（２２）及び充電式エネルギ貯蔵装置（２３）を備える車両（２０）上に配置される集電装置（３、１０）のための保護構造（１）であって、前記保護構造（１）は、カバー（２、１１、１５）を備えており、前記集電装置（３、１０）が前記カバーによって覆われる第１の保護状態（４）と、前記エネルギ貯蔵装置を充電する間における前記集電装置（３、１０）と対応する電流供給手段（６）との間の接触を前記保護構造（１）が許容する第２の開放状態（５）と、を前記カバーが有しており、前記カバー（２、１１、１５）は、前記車両が予め定められた充電位置に到達したときに前記保護状態（４）から前記開放状態（５）へと自動的に開放され、かつ、前記カバー（２、１１、１５）は、前記閉鎖信号が出力されるときに前記第２の開放状態（５）から前記第１の保護状態（４）へと前記カバー（２、１１、１５）を自動的に閉鎖するべくばね負荷されている保護構造。
2. 前記開放状態（５）への移行が特定の開放信号により開始される、請求項１に記載の保護構造。
3. 前記車両が予め定められた位置に到達するときに前記開放信号が出力される、請求項２に記載の保護構造。
4. 前記車両が停止したときに前記開放信号が出力される、請求項１乃至３のいずれかに記載の保護構造。
5. 充電要求が出されるときに前記開放信号が出力される、請求項２に記載の保護構造。
6. 前記車両が動き始めるときに前記閉鎖信号が出力される、請求項１乃至５のいずれかに記載の保護構造。
7. 前記車両が充電位置から離れるときに前記閉鎖信号が出力される、請求項１乃至５のいずれかに記載の保護構造。
8. 前記集電装置の近傍に人がいるときに前記閉鎖信号が出力される、請求項１乃至５のいずれかに記載の保護構造。
9. 前記保護構造は前記電気自動車の屋根の上に配置される、請求項１乃至８のいずれかに記載の保護構造。
10. 前記車両は、内燃機関を備えるハイブリッド車である、請求項１乃至９のいずれかに記載の保護構造。
11. 前記充電式エネルギ源は、バッテリあるいはスーパーキャパシタである、請求項１乃至１０のいずれかに記載の保護構造。
12. 前記保護構造は、上方に開放する回動自在なカバー（２）である、請求項１乃至１１のいずれかに記載の保護構造。
13. 前記保護構造は、前記車両の運転方向に対し平行に摺動するように構成された摺動自在なカバー（１１）である、請求項１乃至１１のいずれかに記載の保護構造。
14. 前記保護構造は、前記車両の運転方向に対して垂直に、側方へと分離するように構成されたカバー（１５）である、請求項１乃至１１のいずれかに記載の保護構造。
15. 前記保護構造は、分割可能なカバー（１５）である、請求項１４に記載の保護構造。
16. 前記保護構造は、前記開放信号が出力されるときに電動手段あるいは圧縮空気手段により開放される、請求項１乃至１５のいずれかに記載の保護構造。
17. 前記保護構造は、前記電流供給手段（６）上に配置された押動手段（１３）により開放される、請求項１に記載の保護構造。
18. 請求項１乃至１７のいずれかに記載の保護構造を備える電気自動車。

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