JP2007176221A - Motor unit and electric bicycle using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、樹脂製ギアを備えたモーターユニットおよびそれを用いた電動自転車に関する。 The present invention relates to a motor unit including a resin gear and an electric bicycle using the motor unit.
回転する駆動軸が貫通する駆動モーターと、その駆動モーターの回転数を減速させる減速機とを備えたモーターユニットでは、駆動モーターの駆動軸の回転を減速機で減速して出力している。ここで、減速機は歯車で構成され、駆動モーターの駆動軸に噛み合うことで動力が伝達されている。そして、減速機に用いられる歯車は強度、耐久性の点から鉄等の金属を材料とするのが一般的である。 In a motor unit including a drive motor through which a rotating drive shaft passes and a speed reducer that decelerates the rotational speed of the drive motor, the rotation of the drive shaft of the drive motor is reduced by the speed reducer and output. Here, the speed reducer is constituted by a gear, and the power is transmitted by meshing with the drive shaft of the drive motor. In general, the gear used for the reduction gear is made of a metal such as iron from the viewpoint of strength and durability.
また電動自転車等では、バッテリー1回当たりの充電で走行できる距離を大きくするためにも、車体の軽量化が要望されている。そこでモーターユニットの軽量化と、歯車の噛み合い時の騒音低減を目的として、樹脂製の歯車を用いた減速機が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 In addition, in an electric bicycle or the like, a reduction in the weight of the vehicle body is also desired in order to increase the distance that can be traveled by charging per battery. Therefore, a reduction gear using a resin gear has been proposed for the purpose of reducing the weight of the motor unit and reducing noise during gear engagement (see, for example, Patent Document 1).
図9は、特許文献1の電動補助自転車用動力ユニットの断面図である。モーターユニットである動力ユニット1は、駆動モーターのモーター25の駆動軸である回転軸35と、減速機41とが噛み合わせられていて、減速機41を構成する中間歯車44が合成樹脂で形成されている。ここで、減速機41は図9に示すように、蓋体14の中に収納されている。
この蓋体14は、雨水等の浸入を防ぐため密閉型の構成となっている。また、駆動時のモーター25の回転軸35と中間歯車44との歯車間の摩擦により、熱が発生する。その結果、密閉された蓋体14内で、これらの発生した熱で、蓋体14内の温度は上昇してゆく。
The
減速機41を構成する中間歯車44は、上述したように樹脂製であるが、樹脂は温度の上昇とともに材料強度が低下する。図10は、減速機に用いられる歯車を構成するポリアミド樹脂の、温度に対する曲げ強さの関係を示す特性図である。ポリアミド樹脂は、温度の上昇とともに、曲げ強さの低下が見られる。また、モーター25および減速機41の駆動とともに、樹脂製の歯車を用いた減速機41自体の温度も上がるため、減速機41の曲げ強さ等の材料強度が低下をきたし、減速機41自体が破壊される場合もある。
The intermediate gear 44 constituting the
そこで、本発明は上記課題を解決するためになされたもので、減速機が収納されたユニットケース内の温度を高温にすることがなく、樹脂製の歯車を用いた減速機が破壊されることがない、信頼性の高いモーターユニットおよびそれを用いた電動自転車を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made to solve the above-described problem, and the reduction gear using the resin gear is destroyed without increasing the temperature inside the unit case in which the reduction gear is accommodated. It is an object of the present invention to provide a highly reliable motor unit and an electric bicycle using the same.
上記目的を達成するために、本発明は回転する駆動軸が貫通する駆動モーターと、外気を遮断するユニットケースの中に、駆動モーターのトルクが駆動軸を介して伝達されるとともに駆動軸の回転数を減じて出力する出力軸が貫通する樹脂製ギアと、駆動モーターを制御する回路制御部とを備えたモーターユニットであって、樹脂製ギアは、樹脂製ギアの回転とともにユニットケースの中の空気を攪拌する風切りフィンを有する構成である。 In order to achieve the above object, the present invention transmits a drive motor torque through a drive shaft into a drive motor through which a rotating drive shaft passes and a unit case that blocks outside air, and rotates the drive shaft. A motor unit having a resin gear through which an output shaft that outputs a reduced number passes and a circuit control unit that controls the drive motor, the resin gear being included in the unit case along with the rotation of the resin gear. It is the structure which has the wind cutting fin which stirs air.
本発明のモーターユニットは、樹脂製ギアの風切りフィンが、その回転とともにユニットケースの中の空気を攪拌するため、樹脂製ギア近傍が局所的に高温になることはないので、樹脂製ギアからの放熱が促進されて高温になることはなく、減速機である樹脂製ギアが破壊されることがない、信頼性の高いものになるという効果を奏する。 In the motor unit of the present invention, since the wind-off fin of the resin gear stirs the air in the unit case as it rotates, the vicinity of the resin gear does not become locally hot. The heat dissipation is promoted and the temperature does not become high, and the resin gear as the speed reducer is not destroyed, and there is an effect that the reliability becomes high.
本発明の実施の形態のモーターユニットは、回転する駆動軸が貫通する駆動モーターと、外気を遮断するユニットケースの中に、駆動モーターのトルクが駆動軸を介して伝達されるとともに駆動軸の回転数を減じて出力する出力軸が貫通する樹脂製ギアと、駆動モーターを制御する回路制御部とを備えたモーターユニットであって、樹脂製ギアは、樹脂製ギアの回転とともにユニットケースの中の空気を攪拌する風切りフィンを有する構成である。 In the motor unit according to the embodiment of the present invention, the torque of the drive motor is transmitted through the drive shaft into the drive motor through which the rotating drive shaft passes and the unit case that blocks outside air. A motor unit having a resin gear through which an output shaft that outputs a reduced number passes and a circuit control unit that controls the drive motor, the resin gear being included in the unit case along with the rotation of the resin gear. It is the structure which has the wind cutting fin which stirs air.
このようなモーターユニットの構成により、樹脂製ギアに設けた風切りフィンが、樹脂製ギアの回転とともにユニットケースの中の空気を攪拌する。そのため、樹脂製ギアで生じた熱は、ユニットケース内の空気へ放熱が促進され、樹脂製ギアが高温になることはないので、減速機である樹脂製ギアも破壊されることがない、信頼性の高いモーターユニットとすることができる。 With such a configuration of the motor unit, the wind-off fins provided on the resin gear stir the air in the unit case as the resin gear rotates. Therefore, the heat generated by the resin gear is accelerated to the air inside the unit case, and the resin gear does not become hot, so the resin gear that is the speed reducer is not destroyed. It can be a highly functional motor unit.
また本発明の実施の形態のモーターユニットの樹脂製ギアは円筒形状であり、この円筒外周面と駆動軸の外周面とに斜歯を形成するとともに、風切りフィンはこの円筒底面に斜歯のねじれ角で傾斜した羽根車で構成されるようにしてもよい。 Further, the resin gear of the motor unit according to the embodiment of the present invention has a cylindrical shape, and inclined teeth are formed on the outer peripheral surface of the cylinder and the outer peripheral surface of the drive shaft. It may be configured by an impeller inclined at a corner.
このように、斜歯歯車で構成すると、歯車の噛み合いがよいので運転性能がよい。また風切りフィンは、斜歯歯車のねじれ角で傾斜した羽根車で構成するため、斜歯歯車の作製時に金型構造が簡単になり、一体成型で形成することができる。なお、斜歯歯車のねじれ角とは、歯車の歯すじと歯車の円筒軸とがなす角度である。 Thus, when it comprises with an inclined gear, since the meshing | engagement of a gear is good, driving | operation performance is good. Further, since the wind-off fin is constituted by an impeller inclined at the torsion angle of the inclined gear, the mold structure is simplified when the inclined gear is manufactured, and can be formed by integral molding. The torsion angle of the inclined gear is an angle formed between the gear teeth and the cylindrical shaft of the gear.
さらに本発明の実施の形態のモーターユニットの樹脂製ギアは、樹脂製ギアの斜歯のねじれ角で貫通した通気孔が設けられるようにしてもよい。 Furthermore, the resin gear of the motor unit according to the embodiment of the present invention may be provided with a vent hole penetrating at the torsion angle of the inclined tooth of the resin gear.
このように、樹脂製ギアに歯車のねじれ角と同じ角度の通気孔を設けると、より樹脂製ギアからの放熱を促進できるとともに、通気孔は樹脂製ギアの歯車製作時に同時に製作でき、簡単に通気孔を設けることができる。 In this way, if the resin gear is provided with a vent hole having the same angle as the gear torsion angle, heat dissipation from the resin gear can be further promoted, and the vent hole can be manufactured at the same time as the resin gear gear is manufactured. Vent holes can be provided.
さらに本発明の実施の形態のモーターユニットは、回路制御部と樹脂製ギアとの間に開口部を有する仕切り壁を設けてもよい。 Furthermore, the motor unit according to the embodiment of the present invention may be provided with a partition wall having an opening between the circuit control unit and the resin gear.
このような開口部を設けた仕切り壁とすることで、ユニットケース内の空気の攪拌はより促進される。 By using the partition wall provided with such an opening, stirring of air in the unit case is further promoted.
さらに本発明の実施の形態のモーターユニットは、回路制御部と樹脂製ギアとの間に開口部を有する駆動部カバーを設けてもよい。 Furthermore, the motor unit according to the embodiment of the present invention may be provided with a drive unit cover having an opening between the circuit control unit and the resin gear.
このような開口部を設けた駆動部カバーとすることで、樹脂製ギアからの通風がスムーズに行なわれ、ユニットケース内の空気の攪拌が妨げられることはない。 By using the drive unit cover provided with such an opening, ventilation from the resin gear is performed smoothly, and stirring of the air in the unit case is not hindered.
さらに本発明の実施の形態のモーターユニットは、開口部には樹脂製ギアからの通風が回路制御部に直接当たらないように遮蔽板が設けられてもよい。 Furthermore, the motor unit according to the embodiment of the present invention may be provided with a shielding plate at the opening so that ventilation from the resin gear does not directly hit the circuit control unit.
このような遮蔽板により、樹脂製ギアからの通風が遮蔽板に当たるので、その通風に潤滑材、粉塵が含まれていても、回路制御部を汚染することはない。 With such a shielding plate, the ventilation from the resin gear hits the shielding plate, so even if the ventilation contains a lubricant or dust, the circuit control unit is not contaminated.
また本発明の実施の形態の電動自転車は、上述のモーターユニットとを備えた構成としてもよい。 Moreover, the electric bicycle according to the embodiment of the present invention may be configured to include the above-described motor unit.
このような構成の電動自転車とすることで、樹脂製の減速機が高温で破壊されることがない、信頼性の高いモーターユニットを用いた静音で小型、軽量な電動自転車となる。 By using the electric bicycle having such a configuration, the electric speed reducer using a highly reliable motor unit that does not cause the resin reducer to be destroyed at high temperatures can be obtained.
以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(実施例)
図1(a)は本発明の実施例の電動自転車の人力駆動機構を含むモーターユニットの側面図、図1(b)は図1(a)のA−A線断面図、図2は同電動自転車のモーターユニットのユニットケースの分解斜視図である。
(Example)
1A is a side view of a motor unit including a human-powered driving mechanism for an electric bicycle according to an embodiment of the present invention, FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. It is a disassembled perspective view of the unit case of the motor unit of a bicycle.
図1に示すようにモーターユニット100は、駆動モーター101、外気を遮断するユニットケース102内に減速機構である樹脂製ギア103、および回路制御部である制御回路板104等で構成されている。また、モーターユニット100に隣り合って、人力駆動機構であるクランク軸105が貫通するクランクスプロケット106が配置されている。そして、クランク軸105にはトルクセンサー107が設置されていて、トルクセンサー107と制御回路板104とは、配線108により接続されている。
As shown in FIG. 1, the
駆動モーター101は、その中心を回転する駆動軸109が貫通している。そして、駆動軸109はユニットケース102内に挿入され、駆動軸109の先端には、樹脂製ギア103の歯116と噛み合わせられる歯が形成されている。また、駆動モーター101と制御回路板104とは、配線110により接続されている。
The
樹脂製ギア103は、その中心を出力軸113が貫通している。そして、出力軸113の延伸する方向に風切りフィン111が設けられ、樹脂製ギア103と制御回路板104との対向する箇所には、駆動部カバー112が設けられている。
The
ここで人が、図示していないペダルを踏むことによる踏力で、クランクスプロケット106とともにクランク軸105が回転する。そして、クランク軸105に加わるトルクをトルクセンサー107で計測し、配線108を通じて制御回路板104に入力される。制御回路板104では、踏力に対する駆動モーター101の出力であるアシスト率に基づき、駆動モーター101を制御する。駆動モーター101の制御は、回転数あるいはトルクを制御することで快適な乗り心地を得ることができる。
Here, the
駆動モーター101は、その制御された回転数で駆動軸109を回転させ、減速機構である樹脂製ギア103でその回転数を減じる。そして、駆動モーター101のトルクは、樹脂製ギア103を貫通する出力軸113、出力軸113に取り付けられた駆動スプロケット114、チェーンガイド装置115、および図示していないチェーンを介して、自転車等の車軸に伝達される。
The
ここで駆動軸109と、樹脂製ギア103とは歯116で噛み合わせられることで、動力が伝達される。また、樹脂製ギア103が、駆動モーター101の駆動軸109の回転数を、減速させるのは、駆動モーター101のトルクを大きく維持したままで、回転数を下げるためである。このようにするのは、減速機である樹脂製ギア103を用いずに、駆動モーター101の回転数を低下させると、駆動モーター101で発生するトルクも小さくなってしまい、車軸に必要とされるトルクを供給できなくなるからである。
Here, the
樹脂製ギア103は、例えばガラス繊維入りナイロン66を材料に製造され、外気を遮断する密閉された、例えばアルミニウム製のユニットケース102の中に配置されている。このようにユニットケース102が密閉構造であるのは、ユニットケース102内には半導体部品を用いた制御回路板104も設けられているため、雨水等の浸入を防止する必要があるからである。
The
このような構成のユニットケース102は、駆動モーター101から発生する熱、駆動モーター101の駆動軸109と樹脂製ギア103とが歯116で噛み合うことで生じる摩擦により発生する熱、あるいは制御回路板104上の電子部品から発生する熱で、その内部の空気温度は上昇する。そして、ユニットケース102内の空気温度の上昇に伴って、樹脂製ギア103の温度も上昇する。
The
しかし、上述したような風切りフィン111を設けた樹脂製ギア103であると、樹脂製ギア103は、駆動モーター101の駆動軸109と噛み合って200〜300rpmで回転するとともに風切りフィン111が、ユニットケース102内の空気を攪拌する。
However, if the
その結果、摩擦熱のある樹脂製ギア103近傍が局所的に高温になることもないため、樹脂製ギア103からの放熱も促進される。また、ユニットケース102内の空気が攪拌されることで、ユニットケース102内の空気からユニットケース102本体への熱伝達率が大きくなり、ユニットケース102本体から外気への熱放散が促進される。このように、風切りフィン111がユニットケース102内の空気を攪拌することで、樹脂製ギア103からの放熱およびユニットケース102内の熱伝達率が大きくなる。そのため樹脂製ギア103が高温になることはなく、減速機である樹脂製ギア103が破壊されることがない、信頼性の高いモーターユニットになる。
As a result, the vicinity of the
図3は、本発明の実施例の電動自転車のモーターユニットに用いられる風切りフィンを設けた樹脂製ギアの斜視図、図4(a)はその樹脂製ギアの平面図、図4(b)は図4(a)のE−E線断面図である。樹脂製ギア103は、円筒形状であり、その円筒外周面には、駆動モーター101の駆動軸109と噛み合わせられる斜歯形状の歯116が形成されている。このように、斜歯形状の歯116で駆動軸109と樹脂製ギア103とを噛み合わせると、歯車の噛み合いがよく、駆動力の伝達が向上するため運転性能がよくなる。そして、円筒底面の両方に設けられた風切りフィン111は、斜歯のねじれ角で傾斜した羽根車である。
FIG. 3 is a perspective view of a resin gear provided with wind fins used in the motor unit of the electric bicycle according to the embodiment of the present invention, FIG. 4A is a plan view of the resin gear, and FIG. It is the EE sectional view taken on the line of Fig.4 (a). The
また、樹脂製ギア103には、出力軸113の貫通する方向に通気孔117を設けている。図4に示すように、通気孔117は、斜歯のねじれ角で形成されている。このような通気孔117を設けた樹脂製ギア103は、通気孔117を空気が通り、樹脂製ギア103から通気孔117の空気へ放熱されるため、さらに樹脂製ギア103自体が高温になるのを防止できる。
Further, the
ここで樹脂製ギア103は、例えばガラス繊維入りナイロン66を材料とした円筒の外周面に斜歯形状の歯116が形成する歯すじ、円筒底面に風切りフィン111となる羽根車、および通気孔117を一括成型して作製する。なお、風切りフィン111は、別途作製し、斜歯歯車本体に取り付けるようにしてもよい。この場合、風切りフィン111の形状は、斜歯のねじれ角で傾斜した羽根車とすることなく、他の角度の羽根車であってもよい。
Here, the
図5は、本発明の実施例の電動自転車のモーターユニットに用いられる他の例の風切りフィンを設けた樹脂製ギアの平面図である。樹脂製ギア118の外周面には、やまば形状の歯が形成されている。そして樹脂製ギア118の風切りフィン119は、山型の形状の羽根車である。このような山型形状の風切りフィン119は、山型の「くの字」部でユニットケース102内の空気を押す力が強く、ユニットケース102内の空気を攪拌する効果が大きい。また、通気孔120をやまばのねじれ角と同じ角度で形成されていて、通気孔120を空気が流通することで、樹脂製ギア118自体が高温になることを防止できる。
FIG. 5 is a plan view of a resin gear provided with wind fins of another example used in the motor unit of the electric bicycle according to the embodiment of the present invention. On the outer peripheral surface of the
また図2に示すように、樹脂製ギア103の周囲のユニットケース102の内側に、仕切り壁121が設けられている。樹脂製ギア103は、駆動モーター101の駆動軸109と噛み合いながら、出力軸113を中心に回転している。そのため、歯車の噛み合い箇所および回転箇所には、潤滑材が使用されているが、仕切り壁121は、樹脂製ギア103から、その摺動部に用いられる潤滑材、粉塵が放散して、制御回路板に直接当たらないようにする隔壁である。
As shown in FIG. 2, a
しかしながら、仕切り壁121を設けると、樹脂製ギア103の風切りフィン111からの通風が妨げられる。そこで、図2に示すように仕切り壁121に開口部であるスリット122を設けることで、ユニットケース102内の空気を攪拌する効果が大となる。特に仕切り壁121が、制御回路板が配置された領域と、樹脂製ギア103が配置された領域とを完全に仕切っている場合は、仕切り壁121にスリット122を設けると、通風による樹脂製ギア103の温度低下の効果が大きい。
However, if the
また図2に示すように、樹脂製ギア103と制御回路板との対向する箇所には、駆動部カバー112が設けられている。駆動部カバー112は、仕切り壁121と同じく樹脂製ギア103から、潤滑材、粉塵が、特に制御回路板に吹き付けられないようにするカバーである。従って駆動部カバー112も仕切り壁121と同様に、樹脂製ギア103の風切りフィン111からの通風を妨げる。そこで、図2に示すように駆動部カバー112に開口部であるスリット124を設けてもよい。
As shown in FIG. 2, a
なお図2に示すように、仕切り壁121と駆動部カバー112とに、それぞれスリット122、124を設けてもよい。
In addition, as shown in FIG. 2, you may provide the
また図6、図7は、本発明の実施例の電動自転車のモーターユニットに用いられる駆動部カバーの他の開口部を示す斜視図である。図6は、駆動部カバー125に、開口部から通風方向にL字形状の遮蔽板126を設けた例である。この遮蔽板126を設けることで、潤滑材、粉塵が制御回路板に直接当たらなくなる。さらに、図7に示す形状の遮蔽板128を、駆動部カバー127に設けても、同様に潤滑材、粉塵が制御回路板に直接当たらなくなる。
6 and 7 are perspective views showing other openings of the drive unit cover used in the motor unit of the electric bicycle according to the embodiment of the present invention. FIG. 6 shows an example in which an L-shaped
次に、上述のモーターユニットを備えた電動自転車について説明する。図8は、本発明の実施例の電動自転車の側面図である。電動自転車130は、前輪131、後輪132、フレーム133、ハンドル134、サドル135等と駆動要素とで構成されている。ここで電動自転車130の駆動要素は、人力駆動機構とモーターユニット100である。人力駆動機構は、ペダル136、クランク軸105、クランクスプロケット106等により構成されている。
Next, an electric bicycle provided with the above-described motor unit will be described. FIG. 8 is a side view of the electric bicycle according to the embodiment of the present invention. The
ここで運転者からの踏力によりペダル136、クランクスプロケット106、クランク軸105を回転させる。そして、クランク軸105のトルクをモーターユニット100のトルクセンサー107で計測し、制御回路板104で決められたアシスト率に基づき、駆動モーター101を制御する。その後、駆動モーター101は、樹脂製ギア103でその回転数を減じられる。踏力および駆動モーター101の動力は、チェーン137を介して駆動スプロケット114、チェーンガイド装置115から後輪132に伝達される。またモーターユニット100には、例えばニッケル水素電池、リチウムイオン電池を電源とするバッテリーユニット138から給電される。
Here, the
このような、モーターユニットを用いた電動自転車とすると、モーターユニット内に樹脂製ギアを用いても、風切りフィンで高温とならないため、樹脂製ギアが破壊されることもなく、信頼性の高い静音で小型、軽量の電動自転車となる。 If such an electric bicycle using a motor unit is used, even if a resin gear is used in the motor unit, it will not be heated by the wind fins, so the resin gear will not be destroyed and a highly reliable silent sound. It becomes a small and lightweight electric bicycle.
なお、本発明の実施例では、電動自転車のモーターユニットで説明したが、駆動モーターの動力を使って車軸を回転させる自走式の二輪車、電動式カート、電動式車いすのモーターユニットでも、樹脂製ギアに風切りフィンを設けることで、同様の効果を得ることができる。 In the embodiment of the present invention, the electric bicycle motor unit has been described. However, the self-propelled two-wheeled vehicle, the electric cart, and the electric wheelchair motor unit that rotate the axle using the power of the driving motor can be made of resin. A similar effect can be obtained by providing wind-cutting fins on the gear.
本発明のモーターユニットは、ユニットケースの中が高温になることがなく、減速機である樹脂製ギアが破壊されることもないので、信頼性が高く、電動自転車、自走式の二輪車、電動式カート、電動式車いす等に利用することが可能である。 The motor unit of the present invention is highly reliable because the inside of the unit case does not become hot and the resin gear, which is a reduction gear, is not destroyed. It can be used for an electric cart, an electric wheelchair and the like.
1 動力ユニット
14 蓋体
25 モーター
35 回転軸
41 減速機
44 中間歯車
100 モーターユニット
101 駆動モーター
102 ユニットケース
103,118 樹脂製ギア
104 制御回路板
105 クランク軸
106 クランクスプロケット
107 トルクセンサー
108,110 配線
109 駆動軸
111,119 風切りフィン
112,125,127 駆動部カバー
113 出力軸
114 駆動スプロケット
115 チェーンガイド装置
116 歯
117,120 通気孔
121 仕切り壁
122,124 スリット
126,128 遮蔽板
130 電動自転車
131 前輪
132 後輪
133 フレーム
134 ハンドル
135 サドル
136 ペダル
137 チェーン
138 バッテリーユニット
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (7)
外気を遮断するユニットケースの中に、前記駆動モーターのトルクが前記駆動軸を介して伝達されるとともに前記駆動軸の回転数を減じて出力する出力軸が貫通する樹脂製ギアと、前記駆動モーターを制御する回路制御部と
を備えたモーターユニットであって、
前記樹脂製ギアは、前記樹脂製ギアの回転とともに前記ユニットケースの中の空気を攪拌する風切りフィンを有することを特徴とするモーターユニット。 A drive motor through which the rotating drive shaft passes;
A resin gear through which an output shaft that transmits the torque of the drive motor through the drive shaft and reduces the rotation speed of the drive shaft passes through a unit case that blocks outside air, and the drive motor A motor unit including a circuit control unit for controlling
The motor unit according to claim 1, wherein the resin gear includes a wind-off fin that stirs the air in the unit case as the resin gear rotates.
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