CN113472172B - 一种直线电机初级及牵引直线电机 - Google Patents

Abstract

本发明的直线电机初级，包括机座、铁心组件、齿压板，铁心组件包括散热器和铁心，散热器沿铁心纵向设置在铁心上表面，散热器上设有流体入口和流体出口，流体入口位于散热器中部，散热器内设有多个横通孔组和用于将横通孔组与流体入口和流体出口连通的纵向通道，铁心组件通过两块齿压板从两侧夹紧后安装在机座中。本发明结构简单，通过合理的设计铁心组件，克服了现有技术铁心中部散热困难，散热流体分布不均的问题，极大的优化了机座散热能力，进而极大的改善了整个定子初级高温情况，保障了绝缘系统在正常的温度下工作，提升电机运行寿命。

Description

一种直线电机初级及牵引直线电机

技术领域

本发明属于轨道交通直线电机技术领域，涉及一种直线电机初级及牵引直线电机，尤其涉及轮轨或磁浮轨道交通直线异步电机的电机初级及其铁心组件。

背景技术

目前轨道交通行业中牵引直线异步电动机已广泛应用于地铁车辆中。由于直线电机车辆系统具有爬坡性能强，转弯半径小的优势，广泛应用于磁浮轨道交通领域。

牵引直线异步电机由两部分组成，定子初级和感应板(或感应极)。对于三相直线异步电机初级即为定子部分，其安装在车辆上，由车载牵引逆变器供电，初级上形成了直线方向的行波磁场。感应板(或感应极)位于机车行进轨道上，与轨道平行敷设，由钢铝复合板材组成。初级和感应板形成的气隙即为直线电机的机械气隙。

由于牵引直线电机初级的结构形式为直线结构，与传统的圆形结构相比，存在结构形式上的不对称，造成直线电机内部三相电感量和电流不对称。另外，直线电机初级与感应板的气隙比传统的三相电机气隙大很多。相比旋转三相异步电机，直线电机功率因素和效率都偏低，因此直线电机发热较为严重，特别是电机铁心中部，温度较高。电机在高温环境下长期工作，其绝缘系统将加速老化，严重时甚至出现烧损绝缘的情况。特别当负载较大或发生极端情况时，可能会烧损电机。牵引直线电机散热能力成为直线电机可靠运行的一个技术瓶颈问题。目前轨道交通直线电机大多采用车辆走行风散热的方式，热量散发量小，散热效果较差，现有技术中强迫散热的方式应用较少，并且也存在散热不均匀、散热效果不好，电机寿命短的问题。基于上述背景下，如何改善牵引直线电机的散热能力，成为优化直线电机设计的重要技术指标。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种散热流体分布均匀，并能保障铁心中部区域散热效果佳，铁心组件整体散热能力高的直线电机初级。

本发明进一步提供了包含该直线电机初级的牵引直线电机。

一种直线电机初级，包括机座、铁心组件、齿压板，所述铁心组件包括散热器和铁心，所述散热器沿铁心纵向设置在铁心上表面，所述散热器上设有流体入口和流体出口，所述散热器内设有多组横通孔组和用于将横通孔组与所述流体入口和流体出口连通的纵向通道，所述铁心组件通过两块所述齿压板从两侧夹紧后安装在所述机座中。

上述的直线电机初级，优选的，所述散热器和所述铁心通过相互配合的卡块和卡槽扣合，所述横通孔组设于散热器下表面的卡块中。

上述的直线电机初级，优选的，所述卡块包括第一卡块和第二卡块，所述卡槽包括第一卡槽和第二卡槽，多个所述第一卡块和多个所述第二卡槽间隔设置于所述散热器下表面，多个所述第一卡槽和多个所述第二卡块间隔设置于所述铁心上表面，所述第一卡块与所述第一卡槽配合，所述第二卡块与所述第二卡槽配合，所述横通孔组设于所述第一卡块内，所述纵向通道位于所述横通孔组上方，贯穿于所述第二卡槽的底壁与所述散热器上表面之间。

上述的直线电机初级，优选的，所述卡块和卡槽的横截面均呈燕尾形，或所述卡块和卡槽的横截面均呈梯形或矩形。

上述的直线电机初级，优选的，所述流体出口位于所述散热器的中部，所述纵向通道包括第一纵向通道和第二纵向通道，所述第一纵向通道和第二纵向通道位于各所述横通孔组两端，并与各所述横通孔组连通。

上述的直线电机初级，优选的，所述第一纵向通道底壁开设有多个第一微通道，所述第二纵向通道底壁开设有多个第二微通道，各所述第一微通道将所述流体入口与远离流体入口的各横通孔组直接连通，各所述第二微通道将远离流体入口的各横通孔组与所述流体出口直接连通。

上述的直线电机初级，优选的，所述横通孔组两端分别形成第一腔体和第二腔体，所述横通孔组分别通过所述第一腔体和第二腔体与所述第一纵向通道和第二纵向通道连通。

上述的直线电机初级，优选的，所述散热器上表面两侧设有倒角，所述齿压板上边沿设有与所述倒角配合的折边。

上述的直线电机初级，优选的，所述倒角为多个短倒角，所述折边为多个短弯折边；或，所述倒角和所述折边的长度均与所述齿压板长度一致。

上述的直线电机初级，优选的，所述齿压板、铁心组件和机座通过多根贯穿齿压板、铁心和机座的支撑杆以及位于所述支撑杆端部的紧固件紧固。

上述的直线电机初级，优选的，所述齿压板与所述机座内壁通过焊接加固。

上述的直线电机初级，优选的，所述流体入口和所述流体出口位于所述散热器上表面。

作为一个总的技术构思，本发明还提供了一种牵引直线电机，包括上述的直线电机初级。

技术术语的名词解释：

气隙：指直线电机定子铁心和感应板之间的空气间隙。

本发明结构简单，通过合理的设计铁心组件，将散热器与铁心紧密的结合，将电机热量通过散热器从铁心中传递后散发，极大的优化了机座散热能力。通过本发明不仅合理的利用了机座和铁心冲片间的间隙，又能有效的提升铁心的散热能力。经过本发明，直线电机定子初级的发热量大部分被散热器传导于空气，极大的改善了整个定子初级高温情况，保障了绝缘系统在正常的温度下工作，提升电机运行寿命。

与现有技术相比，本发明创造的优点为：

1、本发明的直线电机初级将流体入口设置于散热器纵向的中部，散热流体从中间往两端扩散，使铁心的中间区域最先分布散热流体，能够很好地保障铁心中部的散热效果，很好的解决了直线电机铁心纵向尺寸大，铁心纵向中部区域散热难、效果差的问题。

由于电机运动方向为纵向往返运动，本发明主要将散热流体相对于直线电机铁心横向分布，即通过多个并排的横通孔组将散热流体分布成横向流动的流体，提高了流体在散热器内壁的停留时间，进而提高流体与散热器腔体的散热能力，其散热能力足够，不需再加载外部泵体加压，强迫散热流体流动，减少了部件同时实现了散热功能，降低了成本，提高了产品的可靠性。

另外，直线电机高速往返运动和加速运动时，横向通孔组克服了散热流体向后堆积的问题，极大地改善了散热的均匀性。

多个横通孔构成的横通孔组，可将流体高度细化、横向铺展，不但能增大流体通道的整体散热面积，还能保障流体通道较小的厚度尺寸，并且使得纵向通道分流更便利、简洁，进而腾出空间来布设尽可能多的横向通孔，极大的改善了散热的均匀性。

2、本发明的直线电机初级将横通孔组设于散热器下表面的卡块中，并嵌入铁心中，不但使铁心组件集成一体，更提升了热传递的性能，进一步提高了散热性能。

由于横向通孔组是散热器中发挥散热功能的主要结构，占据散热器的大部分体积，将横向通孔组通过卡块嵌入铁心，主要优点有三：其一，可以大大提升散热器和铁心扣合的整体性和结构牢固性；其二，将发挥散热功能的主体结构与被散热的对象镶嵌为一体，能够最大限度的提升热传导的效率，大大提升散热降温效果；其三，散热器的大部分结构镶入铁心后，仅占用铁心和机座之间的空隙，节约铁心背部有限的结构空间，充分利用框架高度方向的空间，简化了散热器的结构，布局合理，结构紧凑，实现对现有空间的充分利用。

附图说明

图1为本发明实施例1直线电机初级的立体结构示意图。

图2为本发明实施例1直线电机初级的俯视图。

图3为本发明实施例1直线电机初级的爆炸图。

图4为本发明实施例1直线电机初级中铁心组件的主视图。

图5为本发明实施例1直线电机初级中铁心组件的爆炸图。

图6为本发明实施例1直线电机初级中散热器的主视图。

图7为本发明实施例1直线电机初级中散热器的俯视图。

图8为图7中散热器沿C-C线的剖视图的局部放大示意图。

图9为本发明实施例1直线电机初级的散热器中流体通道示意图。

图10为图9中A处的放大示意图。

图11为图10中第一纵向通道的局部放大示意图。

图12为图6中的散热器沿E-E线的剖视图。

图13为本发明实施例1直线电机初级中齿压板的结构示意图。

图14为本发明实施例1直线电机初级中铁心组件的局部放大示意图。

图15为图2的直线电机初级沿F-F线的剖视图。

图16为图15中B处的放大示意图。

图17为图15中B处增加焊接的位置示意图。

图18为本发明实施例1直线电机初级中散热器的爆炸图。

图19为本发明实施例2直线电机初级中散热器的主视图。

图20为本发明实施例3直线电机初级中铁心组件的局部放大示意图。

图中各标号表示：1、机座；2、铁心组件；3、齿压板；4、散热器；5、铁心；41、流体入口；42、流体出口；43、横通孔组；44、纵向通道；441、第一纵向通道；442、第二纵向通道；431、第一腔体；432、第二腔体；4411、第一微通道；4421、第二微通道；61、第一卡块；62、第一卡槽；71、第二卡块；72、第二卡槽；10、倒角；11、折边；12、支撑杆；13、紧固件；14、散热冷板；151、第一盖板；152、第二盖板；161、第一端板；162、第二端板。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。

实施例1：

图1至图3示出了本发明直线电机初级的一种实施例，其中，直线电机初级包括机座1、铁心组件2、齿压板3，铁心组件2包括散热器4和铁心5，散热器4沿铁心5纵向设置在铁心5上表面，散热器4上设有流体入口41和流体出口42，流体入口41位于散热器4的中部，散热器4内设有多个横通孔组43和用于将横通孔组43与流体入口41和流体出口42连通的纵向通道44，铁心组件2通过两块齿压板3从两侧夹紧后安装在机座1中。

当直线电机初级工作时，散热器4启动，散热流体从流体入口41进入纵向通道44，通过纵向通道44导流分别进入多组并排的横通孔组43，再从横通孔组43流出通过另一纵向通道44流至流体出口42。直线电机铁心纵向尺寸较大，而铁心纵向中部区域是通风散热效果最差，最容易积累热量，最需要散热的部位，本实施例将流体入口41设置于散热器4纵向的中部，散热流体从中间往两端扩散，使铁心5的中间区域最先分布散热流体，能够很好地保障铁心5中部的散热效果。由于电机运动方向为纵向往返运动，本实施例的散热流体相对于直线电机铁心主要呈横向分布，具体是通过多组并排的横通孔组43将散热流体分布成横向流动的流体，克服了散热流体不经过外部泵体加压采用自动流动的方式时，直线电机高速向前运动引起散热流体向后堆积的问题，极大地改善了散热的均匀性。多个横通孔构成的横通孔组43，既可将流体高度细化、横向铺展，同时又能保证纵向通道分流的便利性和简洁性，进而腾出空间来布设尽可能多的横向通孔。

本实施例的散热流体是一种冷媒，吸收热量后，从一种物理状态变成另一种物理状态(从液态变为气态)，通过改变物理状态达到散热的目的。

进一步地，本实施例中，散热器4和铁心5通过相互配合的卡块和卡槽扣合，横通孔组43设于散热器4下表面的卡块中。

进一步地，如图4至图8所示，本实施例中，卡块包括第一卡块61和第二卡块71，卡槽包括第一卡槽62和第二卡槽72，多个第一卡块61和多个第二卡槽72间隔设置于散热器4的下表面，多个第一卡槽62和多个第二卡块71间隔设置于铁心5的上表面，第一卡块61与第一卡槽62配合，第二卡块71与第二卡槽72配合，横通孔组43设于第一卡块61内，纵向通道44位于横通孔组43上方贯穿于第二卡槽72的底壁与散热器4上表面之间。

横向通孔组43是散热器4的主体功能结构，需占据散热器4的大部分空间，将横向通孔组43设置于散热器4的卡块中就使得散热器4的大部分结构镶嵌在铁心5中，优点一：可以大大提升散热器4和铁心5扣合形成的铁心组件2的结合牢固性和整体性；优点二：将发挥散热功能的主体结构与被散热的对象镶嵌为一体能够最大限度的提升热传导的效率，大大提升散热降温效果；优点三：散热器4的大部分结构镶入铁心5后，露于铁心5上表面的主要是纵向通道44的径向尺寸，如图6和图7所示，散热器4的长、宽、高分别为l、b、h，第一卡块61的高度为t，散热器4漏于铁心5上表面的部分的高度为h-t，仅占用铁心5和机座1之间的空隙，不用为散热器4而增加原有电机初级的整体尺寸，布局合理，结构紧凑，实现对现有空间的充分利用，节省空间。

进一步地，本实施例中，卡块和卡槽的横截面均呈燕尾形，燕尾形的两斜边呈一定的角度θ。横截面为燕尾形的卡块和卡槽相互扣合可更好的防止散热器4和铁心5在振动或受前后和上下外力作用下产生位移，影响两者的结合，进而影响两者之间的热传递，同时强化两者成为一个整体，结构稳定性好，可靠性更高。

进一步地，如图9至图12所示，本实施例中，流体出口42位于散热器4的中部，纵向通道44包括第一纵向通道441和第二纵向通道442，所述第一纵向通道441和第二纵向通道442位于各横通孔组43两端，并与各横通孔组43连通。将流体出口42设于散热器4的中部，散热流体从流体入口41进入第一纵向通道441，通过第一纵向通道441分流到各横通孔组43，再从各横通孔组43流出汇集到第二纵向通道442，最后从流体出口42流出。流体入口41和流体出口42都设于散热器4的中部，并用纵向通道44将各个横通孔组43并联，使靠近铁心中段的横通孔组43中的流体路径更短，循环更快散热效果更好。

进一步地，本实施例中，第一纵向通道441底壁开设有多个第一微通道4411，第二纵向通道442底壁开设有多个第二微通道4421，各第一微通道4411将流体入口41与远离流体入口的各横通孔组43直接连通，各第二微通道4421将远离流体入口的各横通孔组43与流体出口42直接连通。

由于离流体入口41和流体出口42远近不同，靠近流体入口41和流体出口42的横通孔组43易汇集流体，远离流体入口41和流体出口42的横通孔组43则不宜获得流体。为了减少这种差异，进一步提高散热的均匀性，本实施例专门为远离流体入口的各横通孔组43增设独立的微通道，微通道是一种沟槽，每个沟槽直接通向各个横通孔组43，使得远离流体入口41和流体出口42的横通孔组43在获得第一纵向通道441统一分流的基础上，还能获得第一微通道4411独立导流补给的流体，而在回流过程中除了统一汇集的回流通道第二纵向通道442以外还增加了可直接独立回流的第二微通道4421，这样远离流体入口41和流体出口42的横通孔组可通过微通道4411和微通道4421补充流体，缩小了不同位置的横通孔组43的流体量的不同，让散热更为均匀。

进一步地，如图10和图12所示，本实施例中，横通孔组43两端分别形成第一腔体431和第二腔体432，横通孔组43分别通过第一腔体431和第二腔体432与第一纵向通道441和第二纵向通道442连通。将多个横通孔共用一个腔体与纵向通道连通，可整体简化通道的连接，简化纵向通道44分流的复杂程度。

进一步地，如图6、图7、图13和图14所示，本实施例中，散热器4上表面两侧设有倒角10，齿压板3上边沿设有与倒角配合的折边11。齿压板3的折边11与散热器4的倒角10配合的结构为铁心组件2提供了横向支撑，包裹性好，可靠稳定，使得铁心组件2在机座1中可靠性和制造性优良。

进一步地，本实施例中，倒角为具有一定长度a的多个短倒角，所述折边为多个短弯折边。多组短倒角和短弯折边的配合为铁心组件2同时提供了横向和纵向的支撑，可较好的限制铁心组件2在前后左右的位移。

进一步地，如图15和图16所示，本实施例中，齿压板3、铁心组件2和机座1通过多根贯穿齿压板3、铁心5和机座1的支撑杆12以及位于支撑杆12端部的紧固件13紧固。

机座1为电机初级的框架组件，是电机初级的外壳和对外安装的连接结构体，也是支撑整个初级的支撑件，铁心组件2和齿压板3镶嵌在其内部空间内；铁心组件2为散热器4和铁心5的结合体，两者紧密结合形成一个整体，其两侧以齿压板3夹紧包裹，铁心组件2与齿压板3配合后从机座1底部镶嵌入机座1内部。

本实施例中，支撑杆12为螺杆，紧固件13为螺套和螺母，铁心5有一定数量的φM开孔，螺杆通过φM的孔与铁心5配合，也通过φM或大于φM的孔与螺套、齿压板3配合，螺套与机座1通过φN配合。螺套与机座1预留的孔为轴孔配合，螺杆与齿压板3、铁心组件2的开孔配合也形成轴孔配合，即铁心组件2和两侧齿压板3叠压成型成为一个整体镶嵌到机座1后，螺杆从机座1预留的开孔穿过齿压板3、铁心组件2和另一侧齿压板3，最后从机座1另一侧的开孔穿过。使用螺套顶压齿压板3，两侧使用螺母紧固，使上述组件形成一个整体，成为本实施例的电机初级。

进一步地，如图17所示，本实施例中，齿压板3与机座1内壁通过焊接加固(D处为焊接位置)，进一步将齿压板3与基座内腔结合成为一个牢固的整体。

进一步地，本实施例中，所述流体入口41和所述流体出口42位于所述散热器4的上表面。有利于充分利用铁心5和机座1之间的间隙，无需因散热器4的增加而加大电机初级的体积，布局合理，结构紧凑，有利于节省空间。

进一步地，如图18所示，本实施例中，散热器4可分为四个部分生产装配，包括散热冷板14、盖板(第一盖板151和第二盖板152)、端板(第一端板161和第二端板162)、进出口接头，散热冷板包括全部横通孔组43、全部第一腔体431和第二腔体432的纵剖结构(剖面位于铁心5两侧并相对铁心5朝外)、第一纵向通道441和第二纵向通道442的纵剖面结构(剖面朝上)。散热冷板14可一体成型加工制备，然后将多个端板(第一端板161和第二端板162)一一封装在多个第一腔体431和第二腔体432的纵剖面上，将第一盖板151和第二盖板152封装在第一纵向通道441和第二纵向通道442的纵剖面上，将进出口接头分别封装在第一盖板151和第二盖板152预留的进出口处。封装通过焊接或粘接进行。

本实施例还提供了一种牵引直线电机，该牵引直线电机包括本实施例的直线电机初级。由于该牵引直线电机包括本实施例的直线电机初级，因此，也具备上述直线电机初级的优点。

实施例2：

本实施例的直线电机初级与实施例1基本相同，区别仅在于，如图19所示，本实施例的卡块和卡槽的横截面并非燕尾形，而是梯形，梯形两斜边的夹角为α，这样形成的卡块和卡槽形状规则，加工方便。

当然，在其它的实施例中，也可以是其他形状，如矩形等。

本实施例还提供了一种牵引直线电机，该牵引直线电机包括本实施例的直线电机初级。由于该牵引直线电机包括本实施例的直线电机初级，因此，也具备上述直线电机初级的优点。

实施例3：

本实施例的直线电机初级与实施例1基本相同，区别仅在于，如图20所示，本实施例的散热器4上的倒角10和齿压板3上的折边11的长度均与所述齿压板3的长度一致，该设置可以较好的防止铁心组件2在垂直方向上的位移，增强铁心组件2的整体强度。

本实施例还提供了一种牵引直线电机，该牵引直线电机包括本实施例的直线电机初级。由于该牵引直线电机包括本实施例的直线电机初级，因此，也具备上述直线电机初级的优点。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神实质和技术方案的情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (9)

1.一种直线电机初级，其特征在于，包括机座(1)、铁心组件(2)、齿压板(3)，所述铁心组件(2)包括散热器(4)和铁心(5)，所述散热器(4)沿铁心(5)纵向设置在铁心(5)上表面，所述散热器(4)上设有流体入口(41)和流体出口(42)，所述流体入口(41)位于所述散热器(4)的中部，所述散热器(4)内设有多组横通孔组(43)和用于将横通孔组(43)与所述流体入口(41)和流体出口(42)连通的纵向通道(44)，所述横通孔组(43)由多个横通孔并排构成，散热流体相对于直线电机铁心呈横向分布，具体是通过多组并排的所述横通孔组(43)将散热流体分布成横向流动的流体，所述流体出口(42)位于所述散热器(4)的中部，所述纵向通道(44)包括第一纵向通道(441)和第二纵向通道(442)，所述第一纵向通道(441)和第二纵向通道(442)位于各所述横通孔组(43)两端，并与各所述横通孔组(43)连通，所述纵向通道(44)将各个横通孔组(43)并联，使靠近铁心中段的横通孔组(43)中的流体路径比靠近铁芯两端的横通孔组(43)中的流体路径短，所述铁心组件(2)通过两块所述齿压板(3)从两侧夹紧后安装在所述机座(1)中。

2.根据权利要求1所述的直线电机初级，其特征在于，所述散热器(4)和所述铁心(5)通过相互配合的卡块和卡槽扣合，所述横通孔组(43)设于散热器(4)下表面的卡块中。

3.根据权利要求2所述的直线电机初级，其特征在于，所述卡块包括第一卡块(61)和第二卡块(71)，所述卡槽包括第一卡槽(62)和第二卡槽(72)，多个所述第一卡块(61)和多个所述第二卡槽(72)间隔设置于所述散热器(4)下表面，多个所述第一卡槽(62)和多个所述第二卡块(71)间隔设置于所述铁心(5)上表面，所述第一卡块(61)与所述第一卡槽(62)配合，所述第二卡块(71)与所述第二卡槽(72)配合，所述横通孔组(43)设于所述第一卡块(61)内，所述纵向通道(44)位于所述横通孔组(43)上方，贯穿于所述第二卡槽(72)的底壁与所述散热器(4)上表面之间。

4.根据权利要求3所述的直线电机初级，其特征在于，所述卡块和卡槽的横截面均呈燕尾形，或所述卡块和卡槽的横截面均呈梯形或矩形。

5.根据权利要求1所述的直线电机初级，其特征在于，所述第一纵向通道(441)底壁开设有多个第一微通道(4411)，所述第二纵向通道(442)底壁开设有多个第二微通道(4421)，各所述第一微通道(4411)将所述流体入口(41)与远离流体入口的各横通孔组(43)直接连通，各所述第二微通道(4421)将远离流体入口的各横通孔组(43)与所述流体出口(42)直接连通。

6.根据权利要求5所述的直线电机初级，其特征在于，所述横通孔组(43)两端分别形成第一腔体(431)和第二腔体(432)，所述横通孔组(43)分别通过所述第一腔体(431)和第二腔体(432)与所述第一纵向通道(441)和第二纵向通道(442)连通。

7.根据权利要求1～4任一项所述的直线电机初级，其特征在于，所述散热器(4)上表面两侧设有倒角(10)，所述齿压板(3)上边沿设有与所述倒角配合的折边(11)。

8.根据权利要求1～4任一项所述的直线电机初级，其特征在于，所述齿压板(3)、铁心组件(2)和机座(1)通过多根贯穿齿压板(3)、铁心(5)和机座(1)的支撑杆(12)以及位于所述支撑杆(12)端部的紧固件(13)紧固；

和/或，所述流体入口(41)和所述流体出口(42)位于所述散热器(4)的上表面。

9.一种牵引直线电机，其特征在于，所述牵引直线电机包括权利要求1～8任一项所述的直线电机初级。

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