(57)【要約】【課題】充電の作業性を確保しつつ汎用性を向上した電気掃除機を提供する。【解決手段】二次電池３を複数に分圧する二次電池部13a，13bのそれぞれをリレー36により切り換えて充電する。充電器14からの最大出力電圧を抑制でき、二次電池部13a，13bの並列と直列との接続換えなども必要ないなど、汎用性を向上できるとともに、充電状態では二次電池部13a，13b間をスイッチ24により電気的に遮断することで、充電時に大電力を放電するおそれがなく、充電の作業性を確保できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の二次電池部が直列に接続された二次電池と、
この二次電池の前記二次電池部に電圧を印加する充電電源手段と、
前記二次電池部間に設けられ、前記充電電源手段により前記二次電池部のいずれかを充電する状態で、前記二次電池部間を電気的に遮断する遮断手段と
を具備したことを特徴とした電気機器。
【請求項２】
二次電池部のいずれかを所定条件に基づき切り換えて充電電源手段に電気的に接続する切換手段を具備した
ことを特徴とした請求項１記載の電気機器。
【請求項３】
充電電源手段と各二次電池部のそれぞれとの間を電気的に接続し、一極性の電流のみを流す電流方向制限手段を具備した
ことを特徴とした請求項１記載の電気機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の二次電池部が直列に接続された二次電池を備えた電気機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数セルを有する二次電池を使用する電気機器において、ハイパワー化を目的とし、二次電池の電圧を高電圧にするものがある。
【０００３】
このような二次電池を充電する際に、充電器からそのまま充電すると、二次電池の最高電圧以上の高電圧を充電器から印加する必要があり、充電器側からの出力が高圧となって充電器の使用に注意を要し、充電の作業性が良好でない。
【０００４】
そこで、このような二次電池を使用する電気機器としての電動車両において、この二次電池が、電動車両から取り外された際に複数の二次電池部に分割され、この二次電池の充電の際に、二次電池部のそれぞれを複数の充電回路で並列に充電し、使用時にはこれらセルが電動車両側で直列に接続されるものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
また、２つのセルを直列に接続した二次電池の両端と、セル同士の接続部とからそれぞれ端子を導出して、充電される直列回路を充電器側で順次切り換えて充電するものも知られている（例えば、特許文献２参照。）。
【特許文献１】特開２００３−１１６２２６号公報（第４−５頁、図１−２）
【特許文献２】特開２０００−２７８８７５号公報（第５頁、図４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述の特許文献１に記載された充電方法は、二次電池を電気機器に対して着脱するものの場合には一定の効果を有するものの、二次電池を電気機器に内蔵した場合には適用できるのものではなく、汎用性に乏しいという問題点を有している。
【０００７】
また、特許文献２に記載された充電方法では、放電時に充電時の５倍〜１０倍、あるいはそれ以上の電流を流して高出力を得るため、充電器側の並列と直列との接続の切り換え用の接点にもハイパワー型のものを使用しなければならず、並列から直列への切り換えおよび保持にも電力を消費するとともに、また、ハイパワー型の接点でも、流す電流が数十アンペアを越えると、産業用となってさらに大きく重くなってしまい、汎用性に乏しいという問題点を有している。
【０００８】
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、充電の作業性を確保しつつ汎用性を向上した充電装置およびこれを備えた電気掃除機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】
【０００９】
本発明は、複数の二次電池部が直列に接続された二次電池と、この二次電池の二次電池部に電圧を印加する充電電源手段と、二次電池部間に設けられ、充電電源手段により二次電池部のいずれかを充電する状態で、二次電池部間を電気的に遮断する遮断手段とを具備したものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、二次電池を複数に分圧する二次電池部のそれぞれを充電することで、充電電源手段からの最大出力電圧を抑制でき、二次電池部の接続換えなども必要ないなど、汎用性を向上できるとともに、充電状態では二次電池部間を電気的に遮断することで、充電時に大電力を放電するおそれがなく、充電の作業性を確保できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の第１の実施の形態の構成を図１ないし図４を参照して説明する。
【００１２】
図３および図４に電気機器としての電気掃除機CLを示し、この電気掃除機CLは、掃除機本体１を備え、この掃除機本体１の内部には、電動送風機２およびこの電動送風機２に給電する二次電池３と、電動送風機２の駆動を制御する本体制御手段４とがそれぞれ収容されている。そして、電気掃除機CLは、電動送風機２の駆動にて生じる吸気風とともに吸い込んだ塵埃を集塵カップ５にてサイクロン分離して集塵する、いわゆるサイクロン式の電気掃除機である。
【００１３】
さらに、掃除機本体１には、外部から空気を吸引する本体吸込口６が開口されている。この本体吸込口６には、湾曲可能な細長略円筒状の接続管としてのホース体７が連通接続されている。このホース体７の先端には、作業者に把持される屈曲管としての手元操作部８が設けられ、この手元操作部８には、掃除機本体１内の電動送風機２の強、中、弱、切などの動作モードを本体制御手段４に設定する設定ボタン９が設けられている。
【００１４】
また、この手元操作部８の先端には、伸縮可能な細長略円筒状の延長管10が着脱可能に連通接続されている。さらに、この延長管10の先端には、例えば室内の床面の絨毯などの上に載置させて、この絨毯上の塵埃を吸い込む吸込口体としての床ブラシ11が着脱可能に連通接続されている。
【００１５】
次に、上記電気掃除機CLの内部構成などについて説明する。
【００１６】
図１に示すように、電動送風機２は、二次電池３の両端から電力の供給を受けている。
【００１７】
二次電池３は、例えばリチウム電池、あるいはニッケル水素電池などの複数のセルで構成された複数、例えば２つの二次電池部13a，13bを直列に接続した電池パックであり、掃除機本体１と着脱可能に接続される充電電源手段としての充電器14の充電回路により充電されるものである。すなわち、二次電池部13a，13bは、二次電池３を、充電制御上の電圧、あるいは二次電池３での充電制限電圧などに分圧するものであり、本実施の形態では、それぞれに対応する対をなす端子15a，16aおよび端子15b，16bを有し、充電時の要求電圧１を略１／２分割している。これら端子15a，15b，16a，16bからは、リード線17，18，19，20がそれぞれ導出され、それぞれの先端部が接点17a，18a，19a，20aとなっている。
【００１８】
また、これら二次電池部13a，13bの接続部である端子15bと端子16aとの間には、これら二次電池部13a，13b間を電気的に接続あるいは遮断するリードスイッチ、あるいはマイクロスイッチなどの遮断手段としてのスイッチ24が設けられている。
【００１９】
さらに、二次電池部13a，13bは、急速充電、あるいは通常充電など、複数の充電方法を選択可能となっており、いずれの充電方法でも、充電初期からの主たる充電モードと、この充電モードに続く最終充電モードとが所定の条件で切り換わるように構成されている。なお、これら充電モードが切り換わる条件は、二次電池３の種類により若干異なるが、概略において、正常充電時には、充電モードと最終充電モードとの切り換えが、全ての二次電池部13a，13bで略同期した状態での充電の進行が望ましい。
【００２０】
本体制御手段４は、図２に示すように、電動送風機２の動作を制御する電動送風機制御手段25と、充電器14による充電を制御する充電制御手段26とを備えている。また、この本体制御手段４には、図１に示すように、この本体制御手段４の内部回路の電源確保用の制御手段用電源27が電気的に接続されている。
【００２１】
図２に戻って、電動送風機制御手段25には、二次電池３の放電電流および放電電圧の少なくともいずれか一方を検出することで二次電池３の放電状態を監視する電流電圧検出手段31と、電動送風機２を駆動させるドライバ回路である電動送風機駆動手段32と、スイッチ24の動作を切り換える放電時切換手段33とが、それぞれ電気的に接続されている。そして、電動送風機制御手段25は、電流電圧検出手段31により検出した二次電池３の放電状態と、設定ボタン９により設定された動作モードとに応じて二次電池３の放電を制御し電動送風機駆動手段32により電動送風機２の駆動を制御可能に構成されている。
【００２２】
放電時切換手段33は、スイッチ24を充電時に開放するとともに、このスイッチ24を電気掃除機CLの使用時に閉成するもので、例えば充電器14と掃除機本体１との接続およびこの接続の遮断を検出した際にスイッチ24を開閉するように構成されている。なお、この放電時切換手段33は、スイッチ24の種類に応じて、電気的、回路的に構成するものでも、機械的に構成するものでも構わない。
【００２３】
また、充電制御手段26は、充電されている二次電池部13aあるいは二次電池部13b（図１）の電流および電圧の少なくともいずれか一方を検出する充電電流電圧検出手段35に電気的に接続され、この充電電流電圧検出手段35により検出した電流あるいは電圧に基づき、各二次電池部13a，13bの充電状態を監視するとともに、図１に示す切換手段としてのリレー36の動作の切り換え信号Ｓ、すなわちリレーコイルを通電させるか否かの電源供給を出力して、二次電池部13a，13bの充電を切り換えるなどにより、これら二次電池部13a，13bの充電を制御する。
【００２４】
ここで、リレー36は、各二次電池部13a，13bに対応する複数設けられ互いにオンオフが連動するスイッチ37a，37bを備えている。また、これらスイッチ37a，37bのそれぞれは、掃除機本体１に設けられた入力用の接点38，39を介して充電器14と電気的に接続可能となっている。これら接点38，39は、例えば掃除機本体１の後部、すなわち本体吸込口６と反対側の端部に露出している。
【００２５】
さらに、リレー36と接点38，39との間には、リレー36の各スイッチ37a，37bと接点38，39とを電気的に接続／遮断するスイッチ40a，40bを備えた接続遮断手段40が設けられている。この接続遮断手段40は、充電器14と掃除機本体１とが接続された際に閉じ、この充電器14と掃除機本体１との接続が外れた際に開かれるように構成されている。
【００２６】
また、リレー36と各二次電池部13a，13bとの間には、二次電池部13a，13b側から充電器14側への逆流を防止する安全装置としてのダイオードD1，D2がリード線17，19にてそれぞれ設けられている。すなわち、これらダイオードD1，D2は、それぞれアノード側が二次電池部13a，13b側に、カソード側がリレー36側に、電気的に接続されている。
【００２７】
制御手段用電源27は、各二次電池部13a，13bのそれぞれと電気的に接続され、入力電圧の大小に拘らず本体制御手段４へと一定の安定化出力を供給するものである。また、この制御手段用電源27は、端子15bと干渉防止用のダイオードD3を介して電気的に接続されている。そして、この制御手段用電源27は、例えば二次電池３の充電時、すなわち二次電池部13a，13bがスイッチ24により電気的に遮断されている場合には、例えば二次電池部13aから電源を作り、電気掃除機CLの使用時、すなわちスイッチ24が閉成して二次電池部13a，13bが直列接続されている場合には、二次電池３全体から電源を作る。なお、この制御手段用電源27の回路構成は、広範囲の入力を受ける場合には、ＤＣ−ＤＣコンバータ形式の電源が有利であるが、シリーズレギュレータなどでもよい。
【００２８】
そして、充電器14は、図４に示すように、充電時に掃除機本体１の後部を下側にして嵌合させる嵌合凹部41と、この嵌合凹部41の縁部の上端に設けられ充電時に延長管10を係止させる延長管係止凹部42とを備えたケース体43を有し、このケース体43の内部には図示しない所定の充電回路が収容され、この充電回路により二次電池部13a，13b（図１）を充電可能に設けられている。さらに、この充電器14には、商用交流電源すなわちＡＣ１００Ｖに対してコンセントにて着脱可能な電源コード44が導出され、この電源コード44は、充電回路に給電可能となっている。
【００２９】
嵌合凹部41には、掃除機本体１の後部を嵌合させた際に、掃除機本体１の接点38，39（図１）がそれぞれ電気的に接続される図示しない一対の接点部が設けられている。これら接点部は、ケース体43内にて、充電回路に電気的に接続されている。この充電回路は、定常時に例えば直流電圧（ＤＣ）４２Ｖ以下の充電電圧を接点部から出力するように構成されている。
【００３０】
延長管係止凹部42は、延長管10の背面側に設けられた係止凸部45が係合されることで、充電時に床ブラシ11、延長管10およびホース体７（図３）を充電器14に保持可能とするものである。
【００３１】
次に、上記第１の実施の形態の動作を説明する。
【００３２】
二次電池３を充電する際には、図４に示すように、電源コード44をコンセントに接続した充電器14の嵌合凹部41に、掃除機本体１を、後側を下側として嵌合させて接点38，39（図１）を充電器14の接点部に接続すると、接続遮断手段40のスイッチ40a，40bが図１の想像線に示すように閉じて接点38，39がリレー36のスイッチ37a，37bのそれぞれに電気的に接続される。
【００３３】
この状態で、リレー36のスイッチ37a，37bが本体制御手段４の充電制御手段26から出力される切り換え信号Ｓにより図１の実線および想像線に示すように二次電池部13a，13bに所定条件に基づいて交互に切り換えられ、充電器14の充電回路から所定の電圧、例えば二次電池３の要求電圧の１／２と略等しい電圧が接点部、接点38，39、スイッチ37a，37b、リード線17，18あるいはリード線19，20を介して二次電池部13a，13bに供給され、この二次電池部13a，13bのそれぞれが充電される。
【００３４】
このとき、本体制御手段４は、例えば二次電池部13a，13bの容量などに応じて適宜設定された一定の周期でリレー36を介して二次電池部13a，13bと充電器14との接続を切り換え、各二次電池部13a，13bを略均等に充電する。
【００３５】
例えば、二次電池３を急速充電をする際に、二次電池３が例えばリチウム電池である場合には、充電初期が最大充電電流以下の定電流充電をし、二次電池３が例えばニッケル水素電池である場合には、初期は最大充電電流の定電流充電をする。
【００３６】
両二次電池部13a，13bが満充電となると、二次電池３の充電を終了する。なお、二次電池部13a，13bの満充電は、例えば二次電池３がリチウム電池である場合、充電器14からの出力電圧と二次電池部13a，13bとの電圧差が所定値よりも小さい状態において、定電圧で充電電流が１／２０Ｃ程度に減少したときとし、また、例えば二次電池３がニッケル水素電池である場合には、各二次電池部13a，13bの温度上昇が１〜２℃／分のときに、略満充電近く充電され、充電器14からの出力電圧と二次電池部13a，13bとの電圧差が所定値よりも小さい状態において、定電圧で充電電流が１／２０Ｃ程度に減少したときとする。ここで、Ｃは各二次電池部13a，13bの容量値の電流を示す。
【００３７】
二次電池３の充電が終了した後、掃除をする際には、作業者が充電器14から掃除機本体１を取り外し、手元操作部８を把持して所定の設定ボタン９を操作することで、本体制御手段４が二次電池３から電動送風機２に供給される電力を制御して、設定ボタン９で設定された動作モードに電動送風機２を駆動させる。
【００３８】
さらに、床ブラシ11を床面上で前後に走行させて床ブラシ11の先端から空気とともに床面上の塵埃を吸い込むと、この塵埃が空気とともに延長管10、ホース体７および本体吸込口６を介して集塵カップ５へと吸い込まれ、この集塵カップ５にて空気からサイクロン分離されて集塵カップ５内に捕集される。
【００３９】
塵埃が捕集された空気は、電動送風機２を通過した後、排気風として掃除機本体１から外部へと排気される。
【００４０】
上述したように、上記第１の実施の形態によれば、二次電池３を複数に分圧する二次電池部13a，13bのそれぞれを充電することで、充電器14からの最大出力電圧を二次電池３の要求電圧を分圧した電圧に抑制できるとともに、二次電池のセルを並列に充電して放電時には直列に接続換えする従来の構成と比較して、特に二次電池３の出力が大きい場合などの大パワーでの接続の切り換えの必要がなくなるので、構成を簡略化でき、また、例えば充電時（例えば１〜２Ａ）の５倍以上（１０Ａ〜１５Ａ程度）の電流を扱う放電時であっても、大電流用の部品などを用いる必要もなく、汎用性を向上できる。
【００４１】
すなわち、二次電池３の出力を向上するために高電圧で二次電池３をそのまま充電すると、二次電池３の最高電圧以上の高電圧を印加する必要があり、充電器14の出力電圧が高圧となる。しかしながら、例えば二次電池３の充電時の過電圧に対する抑制が、予め設定された所定の電圧を越えた電圧程度までしか保障されないととともに、二次電池３がリチウム電池である場合には、指定された最高充電電圧以上では破損するおそれがあるなど、高圧充電は好ましくないため、上記第１の実施の形態では、充電器14からの出力電圧を分圧により落として各二次電池部13a，13bに供給することにより二次電池３を充電することで、高圧の印加による二次電池３の破損などを防止でき、使い勝手を向上できる。
【００４２】
同時に、充電状態では二次電池部13a，13b間をスイッチ24により電気的に遮断することで、充電時には接点38，39に最大でも１つの二次電池部の最大電圧分しか出力されるおそれがないので、接点38，39から大電力を放電することがなく、充電の作業性を確保できる。
【００４３】
しかも、リレー36と二次電池部13a，13bとを電気的に接続するリード線17，19に逆流を防止するダイオードD1，D2を設けることで、二次電池部13a，13b側から充電器14側への電流の逆流を、より確実に防止できる。
【００４４】
また、二次電池３を複数に分圧する二次電池部13a，13bのいずれかを所定条件に基づいてリレー36で切り換えつつ充電することにより、少ない電源容量で充電できるとともに、各二次電池部13a，13bの容量にばらつきがあった場合などでも、このばらつきを検出できる可能性が高くなり、二次電池部13a，13b毎にそれぞれの状態に対応して的確に充電でき、二次電池３に対して適正な充電が可能になって、二次電池３の過充電による劣化、あるいは、二次電池部13a，13bの充電不足による二次電池３の出力低下を防止できる。
【００４５】
さらに、二次電池３を２つの二次電池部13a，13bに分割した場合には、これら二次電池部13a，13bの中間にて１箇所にスイッチ24を設ける簡単な構成で、このスイッチ24の開閉のみで使用時の二次電池部13a，13bの直列を維持しつつ、充電時には二次電池部13a，13bを容易に電気的に遮断でき、また、充電電流を抑制できるためリレー36なども比較的小型のものを使用でき、電気掃除機CLの全体として小型化が可能になる。
【００４６】
そして、充電器14から二次電池３の二次電池部13a，13bに直接充電することにより、例えばキャパシタなどを介して間接的に充電する場合と比較して、電流量を増加でき、充電時間の短縮が可能になる。
【００４７】
また、掃除機本体１に設けた２つの接点38，39を介して二次電池部13a，13bを充電器14により充電するため、充電器14として、２つの接点部を備えた通常の充電器を用いることが可能となり、汎用性をより向上できる。
【００４８】
さらに、充電器14からの最大出力電圧を抑制できることで、比較的小型のリレー36などが使用でき、充電装置および電気掃除機の小型化が可能になるとともに、充電器14側の負荷が低下し、充電回路なども小型化が可能になる。
【００４９】
そして、リレー36により、二次電池部13a，13bを一定周期で切り換える場合には、充電制御が容易になる。
【００５０】
また、充電器14と掃除機本体１との接続が遮断された際に、接点38，39と二次電池３とを遮断する接続遮断手段40を設けることで、リレー36の万一の故障などの場合でも、二次電池３の全体電圧が接点38，39に出力されることを、より確実に防止できる。
【００５１】
特に、電気掃除機などの家電製品は、充電器14を本体と別個に設けて着脱自在とすることが一般的であり、二次電池３を充電していない状態では、この充電器14の接点部、あるいはこれら接点部に接続される接点38，39が露出する場合があるため、充電器14側からの充電用の出力電圧を低下させることで、充電器14の接点部や接点38，39に必要以上の高電圧が加わることを防止し、このような高電圧が外部に出力されることを防止する。
【００５２】
そして、上記のように二次電池部13a，13bを充電することで、電気掃除機CLのハイパワー化に容易に対応できる。
【００５３】
なお、上記第１の実施の形態において、充電時のリレー36は、例えば一方の二次電池部が満充電となると、他方の二次電池部を充電するように切り換えてもよい。
【００５４】
次に、第２の実施の形態を図５を参照して説明する。なお、上記第１の実施の形態と同様の構成および作用については、同一符号を付してその説明を省略する。
【００５５】
この第２の実施の形態は、上記第１の実施の形態のリレー36に代えて、リード線18とリード線20とのそれぞれに電流方向制限手段としてのダイオードD4，D5をそれぞれ設けるとともに、リード線17とリード線19とのそれぞれに電流方向制限手段としてのダイオードD6，D7を設けるものである。
【００５６】
ダイオードD4，D5は、カソード側を端子15b，16b側にして接続され、アノード側を端子15a，16a側にして接続されている。
【００５７】
また、リード線18とリード線20とは、それぞれダイオードD4，D5のアノード側で電気的に接続されて接点38に接続され、リード線17とリード線19とは、それぞれダイオードD6，D7のカソード側で電気的に接続されて接点39に接続されている。
【００５８】
そして、二次電池３の充電の際には、上記第１の実施の形態と同様に、電源コード44をコンセントに接続した充電器14の嵌合凹部41に、掃除機本体１を、後側を下側として嵌合させて接点38，39を充電器14の接点部に接続すると、接続遮断手段40のスイッチ40a，40b図５の想像線に示すように閉じて接点38，39が充電器14にそれぞれ電気的に接続される。
【００５９】
この状態で、充電器14の充電回路から所定の電圧、例えば二次電池３の要求電圧の１／２と略等しい電圧がダイオードD4，D5，D6，D7により二次電池部13a，13bに並列に供給され、二次電池部13a，13bが並列充電される。
【００６０】
この後、両二次電池部13a，13bが満充電となると、二次電池３の充電を終了する。
【００６１】
このように、上記第２の実施の形態でも、二次電池３を複数に分圧する二次電池部13a，13bを充電するとともに、充電時には二次電池部13a，13b間をスイッチ24で電気的に遮断するなど、上記第１の実施の形態と同様の構成を有することにより、上記第１の実施の形態と同様の作用効果を奏することが可能である。
【００６２】
また、各二次電池部13a，13bのそれぞれと充電器14とを、ダイオードD4，D5，D6，D7で電気的に接続することにより、充電器14からの最大出力電圧を二次電池３の要求電圧を分圧した電圧に抑制しつつ二次電池部13a，13bと充電器14との電気的接続の切り換えが必要なく、大電流部である二次電池３に対して二次電池部13a，13bを容易に並列充電でき、構成および充電制御を簡略化できる。
【００６３】
なお、上記第２の実施の形態において、電流方向制限手段としては、ダイオード以外の任意の素子を用いることが可能である。
【００６４】
また、上記各実施の形態において、二次電池３がリチウム電池である場合には、充電時に定電流制御をしながら充電して、充電電圧が急激に低下した場合などに充電動作を停止させるように制御してもよい。
【００６５】
さらに、二次電池３がニッケル水素電池である場合には、満充電状態になると温度が急激に上昇する特性を有しているので、温度上昇率が所定値以上となった際に充電を停止させるように制御してもよい。
【００６６】
そして、二次電池３を分圧する二次電池部は３つ以上としてもよい。この場合には、それぞれの二次電池部の間に遮断手段を設けることで、上記各実施の形態と同様の作用効果を奏することができるとともに、充電器14から供給される充電電圧をより低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の第１の実施の形態の電気機器を示すブロック図である。
【図２】同上電気機器の一部を示すブロック図である。
【図３】同上電気機器を示す斜視図である。
【図４】同上電気機器の充電状態を示す斜視図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態の電気機器を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００６８】
３    二次電池
13a，13b    二次電池部
14    充電電源手段としての充電器
24    遮断手段としてのスイッチ
36    切換手段としてのリレー
CL    電気機器としての電気掃除機
D4，D5，D6，D7    電流方向制限手段としてのダイオード
【図１】
2007151301.tif 000003
【図２】
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【図３】
2007151301.tif 000005
【図４】
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【図５】
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