JPWO2015151262A1 - 電動システムおよびそれを備える輸送機器 - Google Patents

Abstract

電動二輪車１０の電動システム３０は、電池３２を含む。電池３２によって第１電動モータ４４および第２電動モータ５２が駆動される。第１電動モータ４４の第１回転子４６と第１出力軸５０との間に第１伝動部が設けられ、第２電動モータ５２の第２回転子５４と第２出力軸６２との間に第２伝動部が設けられる。第１電動モータ４４と第２電動モータ５２とが接続部によって電気的に接続される。第１伝動部は、第１回転子４６と第１出力軸５０とが双方向に連動するように構成され、第２伝動部は、ワンウェイクラッチ５６を含み、第２出力軸６２からの駆動力を第２回転子５４に伝達することなく、第２回転子５４からの駆動力を第２出力軸６２に伝達するように構成される。

Description

この発明は電動システムおよびそれを備える輸送機器に関し、より特定的には、駆動用電源を搭載した電動システムおよびそれを備える輸送機器に関する。

この種の従来技術の一例が特許文献１において開示されている。特許文献１に開示されている二輪電動車は、車輪を直接駆動する電気モータと、電気モータに電力を供給するバッテリと、電力消費手段としての抵抗器とを備える。この二輪電動車では、電気モータが車輪を直接駆動し、直接駆動であるが故に避けることができない回生電力を抵抗器にて消費することによってバッテリの過充電を防止しようとしている。

特開２０１３−１７２４８号公報

ところで、市場の要求により、電動車両にはより大きな駆動トルクが求められている。
その対応策として、磁石量や巻線数を多くし、より大きな出力が得られるモータを用いることが考えられる。しかし、磁石量や巻線数が増えれば、モータ自体が大型になる。また、誘起電圧定数が高くなり、その結果、より低いモータ回転数で誘起電圧がバッテリ電圧を超えることとなり、成り行き回生が起こりやすくなる。それを回避するために、バッテリを高電圧化したり、より大きな電力消費手段を用いれば、装置が大型になる。

電動車両において、モータ等の装置が大型になることは望ましくないが、特許文献１において、大きな駆動トルクを得ようとすると、モータ等の装置が大型になることは避けられない。

大きな駆動トルクを得るための他の対応策として、モータ通電電流を増やすことが考えられる。この場合、誘起電圧定数は抑えられるが、やはり電流増加に伴い、モータや周辺機器が大型になってしまう。

それゆえにこの発明の主たる目的は、装置を大型にすることなく大きな駆動トルクを得ることができ、かつ駆動用電源の過充電を防止できる、電動システムおよびそれを備える輸送機器を提供することである。

この発明の或る見地によれば、駆動用電源と、駆動用電源によって駆動されかつ第１回転子を含む第１駆動用電動モータと、駆動用電源によって駆動されかつ第２回転子を含む第２駆動用電動モータと、第１駆動用電動モータによって駆動される第１出力軸と、第２駆動用電動モータによって駆動される第２出力軸と、第１回転子と第１出力軸との間に設けられる第１伝動部と、第２回転子と第２出力軸との間に設けられる第２伝動部と、第１駆動用電動モータと第２駆動用電動モータとを電気的に接続する接続部とを備え、第１伝動部は、第１回転子と第１出力軸とが双方向に連動するように構成され、第２伝動部は、第２出力軸からの駆動力を第２回転子に伝達することなく、第２回転子からの駆動力を第２出力軸に伝達するように構成されている、電動システムが提供される。

この発明では、第１駆動用電動モータは、第１出力軸に対して駆動力を出力する一方、第１出力軸からの逆駆動力を受けることができる。また、第２駆動用電動モータは、第２出力軸に対して駆動力を出力する一方、第２出力軸からの逆駆動力を受けない。したがって、力行時には、複数の電動モータの駆動によって大きな駆動トルクを得ることができる。また、回生時には、第１駆動用電動モータによって回生でき、回生による制動を実現できるとともに、駆動用電源を良好に充電できる。さらに、駆動用電源が所定電圧以上の高電圧時には、第１駆動用電動モータによる回生電力を接続部を介して第２駆動用電動モータによって消費させることができ、駆動用電源の過充電を防止できる。このように第２駆動用電動モータに力行と消費とを兼用させ、第２駆動用電動モータは、力行時にはトルク付加手段として大きな駆動トルクの発生に寄与でき、回生時には余剰電力の消費手段となる。したがって、多くの電力を消費させるために専用の電力消費手段を別途用いる必要はなく、その分構成を簡素にでき、装置は大型にならない。

好ましくは、駆動用電源の充電状態を検出する充電状態検出部と、充電状態検出部の検出結果が所定条件を満たすとき、第１駆動用電動モータによる回生電力を第２駆動用電動モータによって消費させる制御装置とをさらに備える。この場合、駆動用電源の充電状態が所定条件を満たすとき、第１駆動用電動モータによる回生電力を第２駆動用電動モータによって確実に消費できる。

また好ましくは、所定条件とは、満充電状態である。この場合、駆動用電源の充電状態が満充電のとき、第１駆動用電動モータによる回生電力を第２駆動用電動モータによって確実に消費できる。

さらに好ましくは、第１駆動用電動モータが回生中か否かを検出する回生検出部を備え、第１駆動用電動モータの回生を指示していないにも拘らず、回生検出部の検出結果が回生中を示すとき、制御装置は、第１駆動用電動モータによる回生電力を第２駆動用電動モータによって消費させる。この場合、成り行き回生が生じている場合でも、回生電力を消費させることによって駆動用電源を保護できる。

ここで「成り行き回生」とは、電動モータの誘起電圧が駆動用電源の電圧を上回るような回転数で電動モータが回転され、それにより回生電力が制御装置の指令によらず駆動用電源に流入することをいう。

好ましくは、第１駆動用電動モータによる回生電力を第２駆動用電動モータによって消費させるとき、制御装置は、第２駆動用電動モータに駆動トルクを発生させない無効電流通電、すなわちｄ軸電流通電する。この場合、第２駆動用電動モータを停止することなく、回生電力を容易に消費できる。

また好ましくは、第１駆動用電動モータによる回生電力を第２駆動用電動モータによって消費させるとき、制御装置は、第２回転子が所定の位置にロックされ第２駆動用電動モータが駆動しないように第２駆動用電動モータに通電する。このようなロック通電を行うことによって、第２駆動用電動モータを回転させることなく、回生電力を容易に消費できる。

さらに好ましくは、第１駆動用電動モータによる回生電力を第２駆動用電動モータによって消費させるとき、制御装置は、第２駆動用電動モータを逆回転させる。この場合、第２駆動用電動モータを逆回転させるだけで、回生電力を容易に消費できる。また、出力に影響を及ぼさない範囲であれば、第２伝動部が第２駆動用電動モータにつれ回りすることにより、より多くの電力を消費させてもよい。

好ましくは、第２伝動部は、第２回転子と第２出力軸との間に設けられるクラッチを含む。この場合、第２伝達部を簡単に構成できる。

また好ましくは、第１伝動部は、第１回転子と第１出力軸とを直結する。このように第１回転子と第１出力軸とを直結することによって、構成が簡単になる。

さらに好ましくは、第１駆動用電動モータは、第２駆動用電動モータと同出力または第２駆動用電動モータよりも低出力である。通常、回生時に必要とされるトルクは、駆動に必要なトルク未満である。また、必要なトルクは、複数の電動モータ（第１駆動用電動モータおよび第２駆動用電動モータ）によって得ることができるので、各電動モータのスペックの選択幅は大きい。したがって、回生側の第１駆動用電動モータとして、高トルクを要求されない電動モータを用いることができる。この場合、誘起電圧定数の低い低出力モータを用いることで、当該電動モータによる誘起電圧が駆動用電源の電圧を超えにくくなり、成り行き回生が生じにくくなる。たとえ成り行き回生が生じても、発生する回生電力を小さく抑えることができ、第２駆動用電動モータにおいて余裕をもってかつ容易に回生電力を消費できる。また、第１駆動用電動モータとして高トルクを要求されない電動モータを用いることによって、回生時の発電効率（充電効率）が良好となる。

輸送機器には、より大きな駆動トルクが求められているので、上述の電動システムは、輸送機器に好適に用いられる。

この発明の上述の目的およびその他の目的、特徴、局面および利点は、添付図面に関連して行われる以下のこの発明の実施形態の詳細な説明から一層明らかとなろう。

この発明の一実施形態の電動システムを搭載した電動二輪車を示す図であり、（ａ）は側面図解図であり、（ｂ）は平面図解図である。 図１の実施形態に含まれる電動システムを示すブロック図である。 電動システムの状態遷移動作の一例を示すフロー図である。 電動システムのパラレル稼働モード処理の一例を示すフロー図である。 電動システムのシングル稼働モード処理の一例を示すフロー図である。 電動システムの回生モード処理の一例を示すフロー図である。 電動システムの回生消費モード処理の一例を示すフロー図である。 パラレル稼働モード処理を説明するためのブロック図である。 シングル稼働モード処理を説明するためのブロック図である。 回生モード処理を説明するためのブロック図である。 回生消費モード処理を説明するためのブロック図である。 この発明の他の実施形態の電動システムを搭載した電動二輪車を示す図であり、（ａ）は側面図解図であり、（ｂ）は平面図解図である。 図１２の実施形態に含まれる電動システムを示すブロック図である。 この発明のその他の実施形態の電動システムを搭載した電動二輪車を示す図であり、（ａ）は側面図解図であり、（ｂ）は平面図解図である。 図１４の実施形態に含まれる電動システムを示すブロック図である。 この発明のさらにその他の実施形態の電動システムを搭載した電動二輪車を示す図であり、（ａ）は側面図解図であり、（ｂ）は平面図解図である。 図１６の実施形態に含まれる電動システムを示すブロック図である。 この発明の他の実施形態の電動システムを示すブロック図である。 この発明のその他の実施形態の電動システムを搭載した電動四輪車を示す図解図である。 図１９の実施形態に含まれる電動システムを示すブロック図である。

以下、図面を参照してこの発明の実施の形態について説明する。

図１に、この発明の一実施形態の電動システム３０を搭載した電動二輪車１０を示す。
電動二輪車１０は、車両本体１２を含む。車両本体１２は、図示しないヘッドパイプに回動自在に挿通される図示しないステアリング軸と、ステアリング軸の上端に取り付けられるハンドル支持部１６と、ハンドル支持部１６に固定されるハンドル１８と、ステアリング軸の下端に図示しないブラケットを介して取り付けられるフロントフォーク２０と、シート２２と、後方に延びかつ揺動自在なリヤアーム２４とを有する。フロントフォーク２０の下端部には前輪２６が回転自在に取り付けられ、リヤアーム２４の後端部には後輪２８が回転自在に取り付けられている。

このような車両本体１２には電動システム３０が搭載されている。
図２を参照して、電動システム３０は、直流の駆動用電源としての電池３２を含む。電池３２は、電池３２を管理するＢＭＳ（バッテリマネージメントシステム）３４を有する。ＢＭＳ３４には、第１制御部３６および第２制御部３８が接続されている。第１制御部３６および第２制御部３８はそれぞれ、たとえばＭＣＵ（モータコントロールユニット）を含む。第１制御部３６および第２制御部３８間は、通信線３９によって通信可能に接続されている。第１制御部３６の判断結果や演算結果は、必要に応じて通信線３９を介して第２制御部３８に送られる。したがって、たとえば、第１制御部３６の判断結果や演算結果は、第２制御部３８を介して第２電動モータ５２（後述）に与えられる。第１制御部３６は、電池電圧を検出する電圧センサ４０、および電池電流を検出する電流センサ４２を有する。第１制御部３６には、第１駆動用電動モータ（以下、「第１電動モータ」という）４４が接続されており、第１電動モータ４４の第１回転子４６は、たとえばチェーンを含む減速機４８を介して第１出力軸５０に接続されている。第２制御部３８には、第２駆動用電動モータ（以下、「第２電動モータ」という）５２が接続されており、第２電動モータ５２の第２回転子５４は、ワンウェイクラッチ５６、出力軸５８およびたとえばチェーンを含む減速機６０を介して第２出力軸６２に接続されている。第１出力軸５０および第２出力軸６２は、後輪２８の車軸に接続されている。したがって、第１出力軸５０からのトルクと第２出力軸６２からのトルクとは、後輪２８の車軸で合成される。第１電動モータ４４の近傍にはエンコーダ６４が配置され、第１制御部３６は、エンコーダ６４からの検知信号に基づいて第１電動モータ４４の回転数および回転方向を算出する。同様に、第２電動モータ５２の近傍にはエンコーダ６６が配置され、第２制御部３８は、エンコーダ６６からの検知信号に基づいて第２電動モータ５２の回転数および回転方向を算出する。ハンドル１８に設けられるアクセル６８（図１参照）から第１制御部３６および第２制御部３８へはアクセル信号が与えられる。電池３２と、ＤＣ−ＤＣコンバータ７２および補機類７４とは、メインスイッチ７０を介して接続されている。なお、好ましくは、第１電動モータ４４は、第２電動モータ５２と同出力または第２電動モータ５２よりも低出力である。さらに好ましくは、第１電動モータ４４として、回生として使用される電力量に適した出力のスペックのモータが採用され、第２電動モータ５２として、高出力型のモータが採用される。好ましくは、電池３２として大容量の電池が用いられる。また、第１駆動モータ４４および第２駆動モータ５２によって所望の低速トルクが得られるので、減速機４８，６０の減速比は、小さく設定されてもよい。これにより高速走行が可能となる。

このような電動システム３０では、メインスイッチ７０がオンされると、第１制御部３６および第２制御部３８が起動される。一方、メインスイッチ７０がオフされると第１制御部３６および第２制御部３８が停止され、電動二輪車１０の電動システム３０がシャットダウンされる。このように、メインスイッチ７０のオン／オフによって、第１制御部３６および第２制御部３８の起動／停止が指示される。アクセル６８によって電動二輪車１０の発進が指示され、アクセル６８の操作量に応じたアクセル信号がアクセル６８から第１制御部３６および第２制御部３８に供給される。第１制御部３６には、電池３２からの電力がＢＭＳ３４を介して与えられ、それによって第１制御部３６は第１電動モータ４４を制御する。第２制御部３８には、電池３２からの電力がＢＭＳ３４を介して与えられ、それによって第２制御部３８は第２電動モータ５２を制御する。したがって、第１電動モータ４４および第２電動モータ５２はそれぞれ、第１制御部３６および第２制御部３８を介して電池３２によって駆動される。第１出力軸５０は、減速機４８を介して第１電動モータ４４によって駆動される。第２出力軸６２は、ワンウェイクラッチ５６および減速機６０を介して第２電動モータ５２によって駆動される。

この実施形態では、減速機４８が、第１回転子４６と第１出力軸５０とが双方向に連動するように構成される第１伝動部に相当する。ワンウェイクラッチ５６、出力軸５８および減速機６０が第２伝動部に相当する。第２伝動部はワンウェイクラッチ５６を含むので、第２出力軸６２からの駆動力が第２回転子５４に伝達されることなく、第２回転子５４からの駆動力が第２出力軸６２に伝達される。第１電動モータ４４と第２電動モータ５２とを電気的に接続する接続部は、第１制御部３６、第２制御部３８、第１制御部３６と第１電動モータ４４とを結ぶ交流線７５ａ、第２制御部３８と第２電動モータ５２とを結ぶ交流線７５ｂ、および第１制御部３６と第２制御部３８とを結ぶ直流線７５ｃを含む。電池３２の充電状態を検出する充電状態検出部は、ＢＭＳ３４および電圧センサ４０を含む。第１電動モータ４４が回生中か否かを検出する回生検出部は、ＢＭＳ３４および電流センサ４２を含む。制御装置は、第１制御部３６および第２制御部３８を含む。

ついで、図３から図７を参照して、電動システム３０の動作について説明する。
図３を参照して、電動システム３０の状態遷移動作を説明する。

まず、電池３２が満充電状態であるか否かが第１制御部３６によって判断される（ステップＳ１）。これは、第１制御部３６内の電圧センサ４０からの検出信号およびＢＭＳ３４からの通信データに基づいて判断される。電池３２が満充電状態でなければ、電池電流は回生中（第１制御部３６から電池３２に向けて電流が流れ、電池３２を充電中）か否かが、第１制御部３６によって判断される（ステップＳ３）。これは、第１制御部３６内の電流センサ４２からの検出信号およびＢＭＳ３４からの通信データに基づいて判断される。電池電流が回生中でなければ、総トルク指令値は１つの電動モータで対応可能か否かが第１制御部３６によって判断される（ステップＳ５）。すなわち、総トルク指令値が示すトルクを、１つの電動モータによって得ることができるか否かが判断される。総トルク指令値は、アクセル６８からのアクセル信号およびエンコーダ６４からの検知信号に基づいて第１制御部３６によって判断される。総トルク指令値が１つの電動モータで対応不可能であれば、パラレル稼働モードへ進む。一方、ステップＳ５において、総トルク指令値が１つの電動モータで対応可能であれば、アクセル６８が閉じているか否かが第１制御部３６によって判断される（ステップＳ７）。アクセル６８が閉じていなければ、シングル稼働モードへ進み、一方、アクセル６８が閉じていれば、回生モードへ進む。

また、ステップＳ３において、電池電流が回生中であれば、回生指示中か否かが第１制御部３６によって判断される（ステップＳ９）。回生指示中か否かは、エンコーダ６４からの検知信号およびアクセル６８からのアクセル信号に基づいて第１制御部３６によって判断される。エンコーダ６４からの検知信号が、電動二輪車１０の車速が所定値以下であることを示し、かつアクセル６８からのアクセル信号が、アクセル６８が閉じられていることを示しているとき、回生指示中と判断され、それ以外のとき成り行き回生と判断される。回生指示中であればステップＳ５へ進み、一方、回生指示中でなければ（すなわち、成り行き回生中であれば）、回生消費モードへ進む。ステップＳ１において、電池３２が満充電状態のときも、回生消費モードへ進む。

図４を参照して、電動システム３０のパラレル稼働モード処理について説明する。
まず、第１制御部３６によって総トルク指令値が取得される（ステップＳ１１）。総トルク指令値は、アクセル６８からの信号およびエンコーダ６４からの検知信号に基づいて第１制御部３６によって判断される。そして、第１制御部３６によって第１電動モータ４４へ総トルク指令値が分配され（ステップＳ１３）、第２制御部３８によって第２電動モータ５２へ総トルク指令値が分配され（ステップＳ１５）、リターンする。なお、第１電動モータ４４および第２電動モータ５２への総トルク指令値の配分は、第１電動モータ４４および第２電動モータ５２のスペックに応じて設定されてもよく、１／２ずつに設定されてもよい。また、総トルク指令値の一部が第１電動モータ４４に優先的に割り当てられ、総トルク指令値の残りが第２電動モータ５２に割り当てられてもよい。たとえば、総トルク指令値の一部が第１電動モータ４４の限度まで第１電動モータ４４に割り当てられ、第１電動モータ４４によって賄いきれない総トルク指令値の残りが、第２電動モータ５２に割り当てられてもよい。

図８を参照して、パラレル稼働モード処理を実行することによって、第１電動モータ４４によるトルクおよび第２電動モータ５２によるトルクを合成でき、高トルクが得られる。その結果、発進駆動力および最高速度が向上する。

図５を参照して、電動システム３０のシングル稼働モード処理について説明する。
まず、第１制御部３６によって総トルク指令値が取得される（ステップＳ２１）。総トルク指令値は、アクセル６８からの信号およびエンコーダ６４からの検知信号に基づいて第１制御部３６によって判断される。そして、第１制御部３６によって第１電動モータ４４のトルク指令値が徐々に増加され（ステップＳ２３）、第１電動モータ４４のトルク指令値が総トルク指令値以上か否かが第１制御部３６で判断される（ステップＳ２５）。言い換えれば、第１電動モータ４４のトルク指令値が総トルク指令値に達したか否かが判断される。第１電動モータ４４のトルク指令値が総トルク指令値未満であれば、第１制御部３６によって、総トルク指令値から第１電動モータ４４のトルク指令値を減算した値が、第２電動モータ５２のトルク指令値として設定され（ステップＳ２７）、リターンする。一方、ステップＳ２５において、第１電動モータ４４のトルク指令値が総トルク指令値以上になれば、第１制御部３６によって総トルク指令値が第１電動モータ４４のトルク指令値として設定され（ステップＳ２９）、ステップＳ２７へ進む。すると、ステップＳ２７では、第１制御部３６によって第２電動モータ５２のトルク指令値がゼロに設定されて、第２制御部３８によって第２電動モータ５２が停止され、電池３２からＢＭＳ３４を介して第２制御部３８への放電も休止される。このように所定値以下のトルクが要求されるときには、シングル稼働モードが実行される。

図９を参照して、シングル稼働モードを実行すると、第１電動モータ４４だけで力行できるとともに、ワンウェイクラッチ５６によって第２出力軸６２からの駆動力は第２電動モータ５２へ伝達されないので、第２電動モータ５２の鉄損、銅損、機械損などの損失がゼロとなる。したがって、燃費を向上でき、航続距離を向上できる。

図６を参照して、電動システム３０の回生モード処理について説明する。
まず、第１制御部３６によって回生用の総トルク指令値が取得される（ステップＳ３１）。回生用の総トルク指令値は、エンコーダ６４からの検知信号に基づいて第１制御部３６によって決定される。そして、第１制御部３６によって回生用の総トルク指令値が第１電動モータ４４のトルク指令値として設定され（ステップＳ３３）、第１制御部３６によって第２電動モータ５２のトルク指令値がゼロに設定され（ステップＳ３５）、リターンする。このように、第１電動モータ４４のみが発電して回生制動が行われ、その一方、第２電動モータ５２は停止され、電池３２からＢＭＳ３４を介して第２制御部３８への放電も休止される。なお、図６に示す回生モード処理における回生用のトルクは、図４に示すパラレル稼働モード処理における駆動用のトルクおよび図５に示すシングル稼働モード処理における駆動用のトルクとは、逆方向に働く。

図１０を参照して、電動二輪車１０の車速が所定値以下でありかつアクセル６８がオフされているとき、回生モードを実行することによって、回生機能による適度なエンジンブレーキ感があり、フィーリングが向上する。また、回生により電池３２を充電して電力を還元できるので、航続距離を向上できる。さらに、ワンウェイクラッチ５６によって第２出力軸６２からの駆動力は第２電動モータ５２へ伝達されないので、第２電動モータ５２の鉄損、銅損、機械損などの損失がゼロとなる。

図７を参照して、電動システム３０の回生消費モード処理について説明する。
まず、第２電動モータ５２が正転中か否かが、エンコーダ６６からの検知信号に基づいて第２制御部３８によって判断される（ステップＳ４１）。第２電動モータ５２が正転中であれば、第２電動モータ５２が停止され（ステップＳ４３）、一方、第２電動モータ５２が正転中でなければ、第２電動モータ５２によって消費処理が行われ（ステップＳ４５）、リターンする。ステップＳ４５における第２電動モータ５２による電力の消費処理では、第２制御部３８によってたとえば第２電動モータ５２が逆回転される。また、第２制御部３８によって第２電動モータ５２にロック通電されてもよい。すなわち、第２回転子５４が所定の位置にロックされ第２電動モータ５２が駆動しないように第２電動モータ５２に通電されてもよい。このとき、第２電動モータ５２にはたとえば正弦波でない電流が供給される。さらに、第２回転子５４を振動させるように第２電動モータ５２へ通電されてもよい。

また、電動システム３０の回生消費モード処理において、第２電動モータ５２が正転中か否かに拘わらず（正転中か否かを判断することなく）、第２電動モータ５２に無効電流（ｄ軸電流）通電することによって、駆動トルクを与えない消費が行われてもよい。すなわち、第２電動モータ５２が駆動しないような所謂弱め界磁電流による通電が行われてもよい。さらに、電動システム３０の回生消費モード処理において、第２電動モータ５２が正転中か否かに拘わらず（正転中か否かを判断することなく）、銅損のみによる消費が行われてもよい。これらの場合、第２電動モータ５２を停止することなく、回生電力を容易に消費できる。

図１１を参照して、回生消費モードを実行することによって、第１電動モータ４４の発電による電力（回生電力）を第２電動モータ５２で消費でき、電池３２を保護できる。すなわち、電池３２が満充電状態であるときや、下り坂走行などによる成り行き回生が発生する際には、第２電動モータ５２を逆回転させたり、第２電動モータ５２にロック通電させることによって、電池３２を充電することなく電力を消費させる。なお、このような逆回転やロック通電といった第２電動モータ５２の挙動は、ワンウェイクラッチ５６によって減速機６０へ伝達されないので、後輪２８ひいては電動二輪車１０への悪影響はない。また、満充電状態であっても、通常時と同等のエンジンブレーキ感を維持することができる。

なお、メインスイッチ７０がオフ状態の場合にも誘起電圧によって第１制御部３６を起動できる回路を設けてもよい。この場合、第１制御部３６が起動されると、通信線３９を介して第１制御部３６から第２制御部３８へ通信することによって、第２制御部３８を起動できる。

このような電動二輪車１０によれば、第１電動モータ４４は、第１出力軸５０に対して駆動力を出力する一方、第１出力軸５０からの逆駆動力を受けることができる。また、第２電動モータ５２は、第２出力軸６２に対して駆動力を出力する一方、第２出力軸６２からの逆駆動力を受けない。したがって、力行時には、第１電動モータ４４および第２電動モータ５２の駆動によって大きな駆動トルクを得ることができる。また、回生時には、第１電動モータ４４によって回生でき、回生による制動を実現できるとともに、電池３２を良好に充電できる。さらに、電池３２が所定電圧以上の高電圧時（典型的には、満充電時）には、第１電動モータ４４による回生電力を、接続部を介して、すなわち交流線７５ａ、第１制御部３６、直流線７５ｃ、第２制御部３８および交流線７５ｂを介して、第２電動モータ５２によって確実に消費させることができ、電池３２の過充電を防止できる。このように第２電動モータ５２に力行と消費とを兼用させ、第２電動モータ５２は、力行時にはトルク付加手段として大きな駆動トルクの発生に寄与でき、回生時には余剰電力の消費手段となる。したがって、多くの電力を消費させるために専用の電力消費手段を別途用いる必要はなく、その分構成を簡素にでき、装置は大型にならない。

なお、市場においては、より大きな駆動トルクが求められているが、回生制動力は駆動トルクより小さくてもよい。また、実際に走行する場面において、駆動力も制動力も働かせない惰性走行をすることもある。したがって、一方の電動モータだけで回生制動する構成を採用しても、実際に走行する場面では、乗員が回生制動力の不足を感じるようなことはない。

電池３２の充電状態が所定条件を満たすとき、第１電動モータ４４による回生電力を第２電動モータ５２によって確実に消費できる。特に、電池３２の充電状態が満充電のとき、第１電動モータ４４による回生電力を第２電動モータ５２によって確実に消費できる。

また、第１電動モータ４４の回生を指示していないにも拘らず、電流センサ４２の検出結果が回生中を示すとき、第２制御部３８は、第１電動モータ４４による回生電力を第２電動モータ５２によって消費させる。したがって、成り行き回生が生じている場合でも、回生電力を消費させることによって電池３２を保護できる。

第１電動モータ４４による回生電力を第２電動モータ５２によって消費させるとき、第２制御部３８が、第２電動モータ５２にロック通電する場合、第２電動モータ５２を回転させることなく、回生電力を容易に消費できる。

また、第１電動モータ４４による回生電力を第２電動モータ５２によって消費させるとき、第２制御部３８が、第２電動モータ５２を逆回転させる場合、回生電力を容易に消費できる。また、出力に影響を及ぼさない範囲であれば、第２伝動部が第２電動モータ５２につれ回りすることにより、より多くの電力を消費させてもよい。

第２伝動部は、第２回転子５４と第２出力軸６２との間に設けられるクラッチ５６を含むことによって、第２伝達部を簡単に構成できる。

回生側の第１電動モータ４４として、高トルクを要求されない電動モータ、すなわち誘起電圧定数の低い低出力モータを用いることで、第１電動モータ４４による誘起電圧が電池３２の電圧を超えにくくなり、成り行き回生が生じにくくなる。たとえ成り行き回生が生じても、発生する回生電力を小さく抑えることができ、第２電動モータ５２において余裕をもってかつ容易に回生電力を消費できる。また、第１電動モータ４４として高トルクを要求されない電動モータを用いることによって、回生時の発電効率（充電効率）が良好となる。

電動二輪車１０には、より大きな駆動トルクが求められているので、電動システム３０は、電動二輪車１０に好適に用いられる。

なお、図３のステップＳ１では、電池３２が満充電状態か否かが判断されたが、これに限定されず、電池電圧が過電圧か否かが判断されてもよい。ここで、過電圧とは、これ以上電圧が高くなると異常（高電圧異常）が発生していると判断できる高電圧のことをいう。電池３２の状態はＢＭＳ３４によって監視されるが、第１制御部３２は、ＢＭＳ３４から通信データが入力されなくとも、電圧センサ４０からの検知信号に基づいて、電池電圧が過電圧か否かを判断できる。この場合、電池電圧が過電圧のとき、第１電動モータ４４による回生電力を第２電動モータ５２によって確実に消費できる。

また、図３のステップＳ１において、電池３２が低温状態か否かが判断されてもよく、さらに、電池３２が高温状態か否かが判断されてもよい。この場合、電池３２が低温状態であるときや電池３２が高温状態であるとき、第１電動モータ４４による回生電力を第２電動モータ５２によって確実に消費できる。

このように、電池３２の充電状態の所定条件には、電池３２が満充電状態である場合だけではなく、電池電圧が過電圧である場合、電池３２が低温状態である場合、電池３２が高温状態である場合等が含まれる。

ついで、図１２に、この発明の他の実施形態の電動二輪車１０ａを示す。
電動二輪車１０ａは車両本体１２ａを含み、車両本体１２ａには電動システム３０ａが搭載される。図１３を参照して、電動システム３０ａは、電動二輪車１０の電動システム３０とは異なり、第２制御部３８、交流線７５ｂ、直流線７５ｃおよび通信線３９を含まず、第１制御部３６と第２電動モータ５２とを結ぶ交流線７５ｄを含む。したがって、第１制御部３６が第２制御部３８の機能をも果たし、第２電動モータ５２を制御する。第１電動モータ４４と第２電動モータ５２とを電気的に接続する接続部は、第１制御部３６、交流線７５ａ，７５ｄを含む。第１制御部３６が制御装置に相当する。電動二輪車１０ａのその他の構成は、電動二輪車１０と同様であるので、その重複する説明は省略する。

電動二輪車１０ａは、電動二輪車１０と同様の効果を奏する。
つぎに、図１４に、この発明の他の実施形態の電動二輪車１０ｂを示す。

電動二輪車１０ｂは車両本体１２ｂを含み、車両本体１２ｂには電動システム３０ｂが搭載される。図１５を参照して、電動システム３０ｂは、電動二輪車１０の電動システム３０の構成に加えて、たとえばＭＣＵを含む第３制御部７６、第３回転子７８を有する第３駆動用電動モータ（以下、「第３電動モータ」という）８０およびエンコーダ８２を含む。第３電動モータ８０の第３回転子７８は、出力軸５８に接続される。さらに、電動システム３０ｂは、通信線３９の代わりに通信線８４，８６を含む。第１制御部３６および第３制御部７６間は、通信線８４によって通信可能に接続され、第２制御部３８および第３制御部７６間は、通信線８６によって通信可能に接続されている。第３制御部７６には、電池３２からの電力がＢＭＳ３４を介して与えられ、それによって第３制御部７６は第３電動モータ８０を制御する。したがって、第３電動モータ８０は、第３制御部７６を介して電池３２によって駆動される。制御装置は、第１制御部３６、第２制御部３８および第３制御部７６を含む。電動二輪車１０ｂのその他の構成は、電動二輪車１０と同様であるので、その重複する説明は省略する。

電動二輪車１０ｂは、電動二輪車１０と同様の効果を奏する。
さらに、図１６に、この発明の他の実施形態の電動二輪車１０ｃを示す。

電動二輪車１０ｃは車両本体１２ｃを含み、車両本体１２ｃには電動システム３０ｃが搭載される。図１７を参照して、電動システム３０ｃは、電動二輪車１０ｂの電動システム３０ｂの構成に加えて、たとえばチェーンを含む減速機８８、および第３出力軸８９を含む。第３電動モータ８０の第３回転子７８は、出力軸５８に接続されることなく、減速機８８を介して第３出力軸８９に連結される。第３出力軸８９は、後輪２８の車軸と第２出力軸６２とを連結する。減速機８８が第３伝動部に相当する。電動二輪車１０ｃのその他の構成は、電動二輪車１０ｂと同様であるので、説明は省略する。

電動二輪車１０ｃは、電動二輪車１０と同様の効果を奏する。
つぎに、図１８に、この発明の他の実施形態の電動システム３０ｄを示す。

電動システム３０ｄは、電動二輪車１０の電動システム３０の出力軸５８、減速機６０および第２出力軸６２を含まず、第１電動モータ４４の第１回転子４６に直結される第２出力軸９０を含む。第２電動モータ５２の第２回転子５４は、ワンウェイクラッチ５６および第２出力軸９０を介して、第１電動モータ４４の第１回転子４６に接続され、第２出力軸９０からのトルクは、第１電動モータ４４の第１回転子４６に与えられる。また、電動システム３０ｄでは、第１回転子４６と減速機４８との間に、減速機９２および出力軸９４が設けられる。減速機４８，９２および出力軸９４が、第１伝動部に相当する。ワンウェイクラッチ５６が第２伝動部に相当する。電動システム３０ｄのその他の構成は、電動システム３０と同様であるので、その重複する説明は省略する。

電動システム３０ｄを電動二輪車１０に採用した場合も、電動システム３０を採用した電動二輪車１０と同様の効果を奏する。なお、電動システム３０ｄでは、第１電動モータ４４および第２電動モータ５２の回転方向は互いに同方向に設定される。

さらに、図１９に、この発明の一実施形態の電動四輪車１００を示す。
電動四輪車１００は、車両本体１０２を含む。車両本体１０２の前部は、一対の前輪１０４ａ，１０４ｂを回転自在に支持し、車両本体１０２の後部は、一対の後輪１０６ａ，１０６ｂを回転自在に支持する。

このような車両本体１０２には電動システム１０８が搭載される。
図２０を参照して、電動システム１０８は、直流の駆動用電源としての電池１１０を含む。電池１１０は、電池１１０を管理するＢＭＳ１１２を有する。ＢＭＳ１１２には、制御部１１４が接続されている。制御部１１４は、たとえばＭＣＵを含む。制御部１１４は、電池電圧を検出する電圧センサ１１６、および電池電流を検出する電流センサ１１８を有する。

制御部１１４には、一対の第１電動モータ１２０ａ，１２０ｂが接続されている。第１電動モータ１２０ａの第１回転子１２２ａは、第１伝動部１２４ａを介して第１出力軸１２６ａに接続されている。第１伝動部１２４ａは、たとえばカップリングを含む。第１出力軸１２６ａは、後輪１０６ａの車軸に接続されている。第１電動モータ１２０ａの近傍にはエンコーダ１２８ａが配置され、制御部１１４は、エンコーダ１２８ａからの検知信号に基づいて第１電動モータ１２０ａの回転数および回転方向を算出する。同様に、第１電動モータ１２０ｂの第１回転子１２２ｂは、第１伝動部１２４ｂを介して第１出力軸１２６ｂに接続されている。第１伝動部１２４ｂは、たとえばカップリングを含む。第１出力軸１２６ｂは、後輪１０６ｂの車軸に接続されている。第１電動モータ１２０ｂの近傍にはエンコーダ１２８ｂが配置され、制御部１１４は、エンコーダ１２８ｂからの検知信号に基づいて第１電動モータ１２０ｂの回転数および回転方向を算出する。

また、制御部１１４には、一対の第２電動モータ１３０ａ，１３０ｂが接続されている。第２電動モータ１３０ａの第２回転子１３２ａは、ワンウェイクラッチ１３４ａを介して第２出力軸１３６ａに接続されている。第２出力軸１３６ａは、前輪１０４ａの車軸に接続されている。第２電動モータ１３０ａの近傍にはエンコーダ１３８ａが配置され、制御部１１４は、エンコーダ１３８ａからの検知信号に基づいて第２電動モータ１３０ａの回転数および回転方向を算出する。同様に、第２電動モータ１３０ｂの第２回転子１３２ｂは、ワンウェイクラッチ１３４ｂを介して第２出力軸１３６ｂに接続されている。第２出力軸１３６ｂは、前輪１０４ｂの車軸に接続されている。第２電動モータ１３０ｂの近傍にはエンコーダ１３８ｂが配置され、制御部１１４は、エンコーダ１３８ｂからの検知信号に基づいて第２電動モータ１３０ｂの回転数および回転方向を算出する。

アクセル１４０から制御部１１４へはアクセル信号が与えられる。電池１１０と、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４４および補機類１４６とは、メインスイッチ１４２を介して接続されている。

このような電動システム１０８では、メインスイッチ１４２がオンされると、制御部１１４が起動される。一方、メインスイッチ１４２がオフされると制御部１１４が停止され、電動四輪車１００の電動システム１０８がシャットダウンされる。このように、メインスイッチ１４２のオン／オフによって、制御部１１４の起動／停止が指示される。アクセル１４０によって電動四輪車１００の発進が指示され、アクセル１４０の操作量に応じたアクセル信号がアクセル１４０から制御部１１４に供給される。制御部１１４には、電池１１０からの電力がＢＭＳ１１２を介して与えられ、それによって制御部１１４は一対の第１電動モータ１２０ａ，１２０ｂおよび一対の第２電動モータ１３０ａ，１３０ｂを制御する。したがって、一対の第１電動モータ１２０ａ，１２０ｂおよび一対の第２電動モータ１３０ａ，１３０ｂは、制御部１１４を介して電池１１０によって駆動される。第１出力軸１２６ａは、第１伝動部１２４ａを介して第１電動モータ１２０ａによって駆動され、第１出力軸１２６ｂは、第１伝動部１２４ｂを介して第１電動モータ１２０ｂによって駆動される。第２出力軸１３６ａは、ワンウェイクラッチ１３４ａを介して第２電動モータ１３０ａによって駆動され、第２出力軸１３６ｂは、ワンウェイクラッチ１３４ｂを介して第２電動モータ１３０ｂによって駆動される。

この実施形態では、ワンウェイクラッチ１３４ａ，１３４ｂがそれぞれ、第２伝動部に相当する。ワンウェイクラッチ１３４ａによって、第２出力軸１３６ａからの駆動力が第２回転子１３２ａに伝達されることなく、第２回転子１３２ａからの駆動力が第２出力軸１３６ａに伝達される。同様に、ワンウェイクラッチ１３４ｂによって、第２出力軸１３６ｂからの駆動力が第２回転子１３２ｂに伝達されることなく、第２回転子１３２ｂからの駆動力が第２出力軸１３６ｂに伝達される。第１電動モータ１２０ａと第２電動モータ１３０ａとを電気的に接続する接続部は、制御部１１４、制御部１１４と第１電動モータ１２０ａとを結ぶ交流線１４８ａ、および制御部１１４と第２電動モータ１３０ａとを結ぶ交流線１４８ｂを含む。同様に、第１電動モータ１２０ｂと第２電動モータ１３０ｂとを電気的に接続する接続部は、制御部１１４、制御部１１４と第１電動モータ１２０ｂとを結ぶ交流線１５０ａ、および制御部１１４と第２電動モータ１３０ｂとを結ぶ交流線１５０ｂを含む。制御部１１４が制御装置に相当する。

このような電動システム１０８を含む電動四輪車１００は、電動システム３０を含む電動二輪車１０と同様の効果を奏する。

また、電動システム１０８では、第１伝動部１２４ａは、第１回転子１２２ａと第１出力軸１２６ａとを直結し、第１伝動部１２４ｂは、第１回転子１２２ｂと第１出力軸１２６ｂとを直結するので、構成が簡単になる。

電動四輪車１００では、電動システム１０８を左右に分け、第１電動モータ１２０ａと第２電動モータ１３０ａとを１セット、第１電動モータ１２０ｂと第２電動モータ１３０ｂとを１セットとする場合について説明したが、これに限定されない。第１電動モータ１２０ａと第２電動モータ１３０ｂとを１セット、第１電動モータ１２０ｂと第２電動モータ１３０ａとを１セットとして、クロスの位置にある電動モータが１セットとなるように構成されてもよい。また、３個の電動モータがそれぞれ出力軸に直結され、１個の電動モータがクラッチを介して出力軸に接続されてもよい。さらに、１個の電動モータが出力軸に直結され、３個の電動モータがそれぞれクラッチを介して出力軸に接続されてもよい。

なお、上述の実施形態では、クラッチとしてワンウェイクラッチが用いられたが、これに限定されない。クラッチとして、遠心クラッチや電磁クラッチが用いられてもよい。クラッチを完全に切ることによってクラッチをオフする場合には、図７および図１１に示す回生消費モードにおいて、第２電動モータ５２は正転されてもよい。

第１伝動部から第３伝動部のうち少なくとも１つの伝動部がクラッチを含んでいればよい。好ましくは、第１伝動部から第３伝動部のうち少なくとも第２伝動部がクラッチを含む。

この発明の実施形態に係る電動二輪車に含まれる電動システムは、４個以上の電動モータを有していてもよい。この場合、電動システムが回生消費する電力量に応じて、１または２以上の電動モータにクラッチが設けられる。

電動モータは、アキシャルギャップ型モータでも、ラジアルギャップ型モータでもよい。

上述の実施形態において、電圧センサ４０および電流センサ４２は、ＢＭＳ３４内に設けられてもよい。

上述の実施形態に係る電動二輪車では、伝動部が減速機を含む場合について説明したが、これに限定されず、伝動部は減速機を必ずしも有していなくてもよい。

また、減速機は、チェーンではなくベルトを有していてもよい。
図１５、図１７および図１８に示す電動システム３０ｂ〜３０ｄにおいて、すべての電動モータが１つの制御部によって制御されてもよく、図２０における電動システム１０８において、電動モータごとに制御部が設けられてもよい。

この発明に係る電動システムは、電動二輪車および電動四輪車だけではなく、船舶や航空機などの任意の輸送機器に搭載できる。

以上、この発明の好ましい実施形態について説明されたが、この発明の範囲および精神を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能であることは明らかである。この発明の範囲は、添付された請求の範囲のみによって限定される。

１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ 電動二輪車
３０，３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ，１０８ 電動システム
３２，１１０ 電池
３６ 第１制御部
３８ 第２制御部
４０，１１６ 電圧センサ
４２，１１８ 電流センサ
４４，１２０ａ，１２０ｂ 第１駆動用電動モータ
４６，１２２ａ，１２２ｂ 第１回転子
４８，６０，８８，９２ 減速機
５０，１２６ａ，１２６ｂ 第１出力軸
５２，１３０ａ，１３０ｂ 第２駆動用電動モータ
５４，１３２ａ，１３２ｂ 第２回転子
５６，１３４ａ，１３４ｂ ワンウェイクラッチ
５８，９４ 出力軸
６２，９０，１３６ａ，１３６ｂ 第２出力軸
６４，６６，８２，１２８ａ，１２８ｂ，１３８ａ，１３８ｂ エンコーダ
６８，１４０ アクセル
７５ａ，７５ｂ，７５ｄ，１４８ａ，１４８ｂ，１５０ａ，１５０ｂ 交流線
７５ｃ 直流線
７６ 第３制御部
７８ 第３回転子
８０ 第３駆動用電動モータ
１００ 電動四輪車
１１４ 制御部
１２４ａ，１２４ｂ 第１伝動部

このような車両本体１２には電動システム３０が搭載されている。
図２を参照して、電動システム３０は、直流の駆動用電源としての電池３２を含む。電池３２は、電池３２を管理するＢＭＳ（バッテリマネージメントシステム）３４を有する。ＢＭＳ３４には、第１制御部３６および第２制御部３８が接続されている。第１制御部３６および第２制御部３８はそれぞれ、たとえばＭＣＵ（モータコントロールユニット）を含む。第１制御部３６および第２制御部３８間は、通信線３９によって通信可能に接続されている。第１制御部３６の判断結果や演算結果は、必要に応じて通信線３９を介して第２制御部３８に送られる。したがって、たとえば、第１制御部３６の判断結果や演算結果は、第２制御部３８を介して第２電動モータ５２（後述）に与えられる。第１制御部３６は、電池電圧を検出する電圧センサ４０、および電池電流を検出する電流センサ４２を有する。第１制御部３６には、第１駆動用電動モータ（以下、「第１電動モータ」という）４４が接続されており、第１電動モータ４４の第１回転子４６は、たとえばチェーンを含む減速機４８を介して第１出力軸５０に接続されている。第２制御部３８には、第２駆動用電動モータ（以下、「第２電動モータ」という）５２が接続されており、第２電動モータ５２の第２回転子５４は、ワンウェイクラッチ５６、出力軸５８およびたとえばチェーンを含む減速機６０を介して第２出力軸６２に接続されている。第１出力軸５０および第２出力軸６２は、後輪２８の車軸に接続されている。したがって、第１出力軸５０からのトルクと第２出力軸６２からのトルクとは、後輪２８の車軸で合成される。第１電動モータ４４の近傍にはエンコーダ６４が配置され、第１制御部３６は、エンコーダ６４からの検知信号に基づいて第１電動モータ４４の回転数および回転方向を算出する。同様に、第２電動モータ５２の近傍にはエンコーダ６６が配置され、第２制御部３８は、エンコーダ６６からの検知信号に基づいて第２電動モータ５２の回転数および回転方向を算出する。ハンドル１８に設けられるアクセル６８（図１参照）から第１制御部３６および第２制御部３８へはアクセル信号が与えられる。電池３２と、ＤＣ−ＤＣコンバータ７２および補機類７４とは、メインスイッチ７０を介して接続されている。なお、好ましくは、第１電動モータ４４は、第２電動モータ５２と同出力または第２電動モータ５２よりも低出力である。さらに好ましくは、第１電動モータ４４として、回生として使用される電力量に適した出力のスペックのモータが採用され、第２電動モータ５２として、高出力型のモータが採用される。好ましくは、電池３２として大容量の電池が用いられる。また、第１電動モータ４４および第２電動モータ５２によって所望の低速トルクが得られるので、減速機４８，６０の減速比は、小さく設定されてもよい。これにより高速走行が可能となる。

Claims (11)

1. 駆動用電源と、
   前記駆動用電源によって駆動されかつ第１回転子を含む第１駆動用電動モータと、
   前記駆動用電源によって駆動されかつ第２回転子を含む第２駆動用電動モータと、
   前記第１駆動用電動モータによって駆動される第１出力軸と、
   前記第２駆動用電動モータによって駆動される第２出力軸と、
   前記第１回転子と前記第１出力軸との間に設けられる第１伝動部と、
   前記第２回転子と前記第２出力軸との間に設けられる第２伝動部と、
   前記第１駆動用電動モータと前記第２駆動用電動モータとを電気的に接続する接続部とを備え、
   前記第１伝動部は、前記第１回転子と前記第１出力軸とが双方向に連動するように構成され、
   前記第２伝動部は、前記第２出力軸からの駆動力を前記第２回転子に伝達することなく、前記第２回転子からの駆動力を前記第２出力軸に伝達するように構成されている、電動システム。
2. 前記駆動用電源の充電状態を検出する充電状態検出部と、
   前記充電状態検出部の検出結果が所定条件を満たすとき、前記第１駆動用電動モータによる回生電力を前記第２駆動用電動モータによって消費させる制御装置とをさらに備える、請求項１に記載の電動システム。
3. 前記所定条件とは、満充電状態である、請求項２に記載の電動システム。
4. 前記第１駆動用電動モータが回生中か否かを検出する回生検出部をさらに備え、
   前記第１駆動用電動モータの回生を指示していないにも拘らず、前記回生検出部の検出結果が回生中を示すとき、前記制御装置は、前記第１駆動用電動モータによる回生電力を前記第２駆動用電動モータによって消費させる、請求項２に記載の電動システム。
5. 前記第１駆動用電動モータによる回生電力を前記第２駆動用電動モータによって消費させるとき、前記制御装置は、前記第２駆動用電動モータに駆動トルクを発生させない無効電流通電する、請求項２に記載の電動システム。
6. 前記第１駆動用電動モータによる回生電力を前記第２駆動用電動モータによって消費させるとき、前記制御装置は、前記第２回転子が所定の位置にロックされ前記第２駆動用電動モータが駆動しないように前記第２駆動用電動モータに通電する、請求項２に記載の電動システム。
7. 前記第１駆動用電動モータによる回生電力を前記第２駆動用電動モータによって消費させるとき、前記制御装置は、前記第２駆動用電動モータを逆回転させる、請求項２に記載の電動システム。
8. 前記第２伝動部は、前記第２回転子と前記第２出力軸との間に設けられるクラッチを含む、請求項１から７のいずれかに記載の電動システム。
9. 前記第１伝動部は、前記第１回転子と前記第１出力軸とを直結する、請求項８に記載の電動システム。
10. 前記第１駆動用電動モータは、前記第２駆動用電動モータと同出力または前記第２駆動用電動モータよりも低出力である、請求項１から９のいずれかに記載の電動システム。
11. 請求項１から１０のいずれかに記載の電動システムを備える、輸送機器。

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