JP2017131034A - ランデル型ロータの着磁方法 - Google Patents

Abstract

【課題】界磁磁石及び整流磁石の着磁効率を向上させ得るランデル型ロータの着磁方法を提供する。【解決手段】一対のロータコアの間に挟まれる界磁磁石を該ロータコアの軸方向に着磁し、界磁磁石の外周側でロータコアに挟まれる整流磁石をロータコアのラジアル方向に極異方性着磁するランデル型ロータの着磁方法において、整流磁石４２に着磁処理を行い、次いで界磁磁石４０に着磁処理を行う。【選択図】図９

Description

この発明は、ランデル型ロータの界磁磁石及び整流磁石の着磁方法に関するものである。

従来、モータに使用されるロータの一種類として、周方向に複数の爪状磁極をそれぞれ有して組み合わされるロータコアを備え、それらの間に界磁磁石を配置して各爪状磁極を交互に異なる磁極に機能させる所謂永久磁石界磁のランデル型構造のロータが知られている。

また、ランデル型構造のロータにおいては、モータの高出力化を図るために、交互に配置された爪状磁極の間に、磁路を整流するための整流磁石を配置したものも提案されている（特許文献１参照）。

このようなモータは、有底筒状のヨークハウジングと、そのヨークハウジングの一端に設けられるエンドフレームとを有するケース内に、前記ロータとステータとが収容されている。

特開２０１５−６５７９４号公報

上記のようなランデル型モータでは、界磁磁石はモータの出力軸の軸方向に沿って着磁され、整流磁石はロータのラジアル方向（周方向）に沿って着磁される。そして、モータの出力トルクを向上させるためには、界磁磁石及び整流磁石を効率よく着磁して、十分な有効磁束を確保することが必要となっている。

特許文献１に開示されたロータでは、界磁磁石及び整流磁石の着磁効率を向上させるための方法等は開示されていない。
この発明の目的は、界磁磁石及び整流磁石の着磁効率を向上させ得るランデル型ロータの着磁方法を提供することにある。

上記課題を解決するランデル型ロータの着磁方法は、一対のロータコアの間に挟まれる界磁磁石を該ロータコアの軸方向に着磁し、前記界磁磁石の外周側で前記ロータコアに挟まれる整流磁石を前記ロータコアのラジアル方向に極異方性着磁するランデル型ロータの着磁方法において、前記整流磁石に着磁処理を行い、次いで前記界磁磁石に着磁処理を行う。

この方法によれば、整流磁石に対しロータコアのラジアル方向に極異方性着磁処理が行われ、次いで界磁磁石にロータコアの軸方向への着磁処理が行われる。
上記ランデル型ロータの着磁方法において、前記整流磁石を着磁処理する複数の整流磁石用着磁ヨークを前記ロータコアの外周側に位置させて前記整流磁石をラジアル方向に極異方性着磁処理し、前記界磁磁石を着磁処理する界磁磁石用着磁ヨークに前記ロータコアをセットして前記界磁磁石を軸方向に着磁する。

この方法によれば、整流磁石が、ロータコアの外周側に位置する整流磁石用着磁ヨークで着磁処理され、次いで界磁磁石用着磁ヨークにロータコアをセットして界磁磁石が軸方向に着磁される。

上記ランデル型ロータの着磁方法において、一対の前記界磁磁石用着磁ヨークで、前記界磁磁石を前記軸方向に挟み、前記界磁磁石用着磁ヨークで前記界磁磁石を貫く磁束を発生させて前記界磁磁石を着磁する。

この方法によれば、界磁磁石が一対の前記界磁磁石用着磁ヨークで挟まれて、軸方向に着磁される。
上記ランデル型ロータの着磁方法において、前記界磁磁石の直径と同一径の前記界磁磁石用着磁ヨークで前記界磁磁石を着磁する。

この方法によれば、界磁磁石の直径と同一径の界磁磁石用着磁ヨークで界磁磁石が着磁されるので、界磁磁石用着磁ヨークから整流磁石に向かう漏れ磁束が抑制される。
上記ランデル型ロータの着磁方法において、前記整流磁石用着磁ヨークを、前記ロータコアの各爪状磁極に対向するように設置する。

この方法によれば、ロータコアの各爪状磁極に対向する位置に設置された整流磁石用着磁ヨークで、整流磁石がラジアル方向に極異方性着磁処理される。

本発明によれば、ランデル型ロータの界磁磁石及び整流磁石の着磁効率を向上させることができる。

一実施形態のブラシレスモータを軸方向から見た正面図。 同形態のブラシレスモータの側面図。 同形態のブラシレスモータの側面図。 同形態のブラシレスモータの分解斜視図。 同形態のロータとセンサマグネットを分解して分解斜視図。 同形態のロータの分解斜視図。 ロータと着磁装置を示す斜視図。 ロータと着磁装置を示す斜視図。 ロータと着磁装置を示す斜視図。 ロータと着磁装置を示す斜視図。

以下、ランデル型モータの一実施形態について説明する。
図１〜図３に示すように、本実施形態のブラシレスモータＭは、ランデル型モータであって、例えば車両のエンジンに連結されるバルブタイミング可変装置に用いられるモータである。

ブラシレスモータＭは、モータケース１を有する。モータケース１は、筒状ヨーク２と、ベース部材３と、カバー部材４とを有する。筒状ヨーク２は、有底筒状をなし、その開口側にベース部材３が取り付けられる。ベース部材３は、アルミニウムによりなり、筒状ヨーク２の開口側に取り付けられている。カバー部材４は、略板状をなし、ベース部材３の前記筒状ヨーク２とは反対側に取り付けられている。ベース部材３とカバー部材４とでなる収容空間に回路基板５が収容される。

ブラシレスモータＭは、筒状ヨーク２の内周面にステータ１０が固定され、そのステータ１０の内側には、回転軸６を有するロータ２０が配設されている。回転軸６は、非磁性体のステンレス製シャフトであって、筒状ヨーク２に形成した軸受保持部２ａに収容固定された軸受７及びベース部材３に形成した軸受保持部３ａに収容固定された軸受８にて、モータケース１に対して回転可能に支持されている。なお、軸受８は、非磁性体よりなる。

回転軸６の先端部は、筒状ヨーク２から突出し、ジョイント部材９が取り付けられている。ジョイント部材９は、モータＭから出力される回転トルクを調整機構（図示略）に伝達するため、前記調整機構と連結されている。調整機構はエンジンバルブ（図示略）を開閉するカムシャフト（図示略）と連結されている。即ち、モータＭから出力される回転トルクにて作動された前記調整機構が前記カムシャフトを作動させてエンジンバルブを開閉するタイミングが調整されるようになっている。

［ステータ］
図３及び図４に示すように、筒状ヨーク２の内周面にはステータ１０が固定されている。ステータ１０は、円筒状のステータコア１１を有し、そのステータコア１１には、周方向に等ピッチに配置される複数のティース１２が、径方向内側に向かって延出形成されている。各ティース１２は、Ｔ型のティースであって、その径方向の内周面は、回転軸６の中心軸線Ｌを中心として同心円の円弧を軸線方向に延出した円弧面である。

各ティース１２には、インシュレータ１３を介して３相の巻線のそれぞれが巻回されている。具体的には、図４に示すように、１２個のティース１２には、周方向に３相巻線、即ちＵ相巻線１４、Ｖ相巻線１５、Ｗ相巻線１６が順番に例えば集中巻きにて巻回されている。そして、これら巻回した巻線１４，１５，１６に３相の駆動電流が供給されてステータ１０に回転磁界を形成し、ステータ１０の内側に配置したロータ２０を回転軸６中心に正逆回転させるようになっている。

［ロータ］
図３〜図６に示すように、ロータ２０は、前記回転軸６と、第１及び第２ロータコア２１，３１と、界磁磁石４０と、整流磁石４２と、センサマグネット５０とを有している。

［第１ロータコア］
図３〜図６に示すように、第１ロータコア２１は、軟磁性材料よりなる電磁鋼板にて形成され、ベース部材３側に配置される。第１ロータコア２１は、略円板状の第１コアベース２２を有し、その中心位置に軸方向に貫通する貫通穴２２ａが形成されている。貫通穴２２ａのベース部材３側の外周部には、略円筒状のボス部２２ｂが突出形成されている。本実施形態では、バーリング加工により、貫通穴２２ａとボス部２２ｂを同時に形成している。なお、ボス部２２ｂの外径は、回転軸６の一側を回転可能に支持する軸受８の外径より短く形成される。即ち、ボス部２２ｂの外径は、ベース部材３に設けた軸受８を収容固定する軸受保持部３ａの内径より短く形成されている。

貫通穴２２ａ（ボス部２２ｂ）には回転軸６が圧入して貫挿され、第１コアベース２２が回転軸６に対して圧着固定される。この時、ボス部２２ｂを形成することによって、第１コアベース２２は、回転軸６に対して強固に圧着固定される。そして、この第１コアベース２２が回転軸６に圧着固定されたとき、ボス部２２ｂは、軸受保持部３ａに収容固定された軸受８に対して、軸方向において離間するように配置される（図１参照）。

第１コアベース２２の外周面２２ｃには、等間隔に複数（本実施形態では４つ）の第１爪状磁極２３が径方向外側に突出されるとともに軸方向に延出形成されている。ここで、第１爪状磁極２３において、第１コアベース２２の外周面２２ｃから径方向外側に突出した部分を第１基部２４といい、軸方向に屈曲された先端部分を第１磁極部２５という。

第１基部２４と第１磁極部２５からなる第１爪状磁極２３の周方向両端面２３ａ，２３ｂは、径方向に延びる（軸方向から見て径方向に対して傾斜していない）平坦面となっている。そして、各第１爪状磁極２３の周方向の角度、即ち前記周方向両端面２３ａ，２３ｂ間の角度は、周方向に隣り合う第１爪状磁極２３同士の隙間の角度より小さく設定されている。

また、第１磁極部２５の径方向外側面２６は、軸直交方向断面形状が回転軸６の中心軸線Ｌを中心とする同心円形状の円弧面を有し、その径方向外側面２６に２つの補助溝２７を有している。補助溝２７は、径方向外側面２６の周方向中心から両側にそれぞれ同角度だけずれた位置に形成されている。補助溝２７は、軸直交方向断面形状がＵ字状、即ち底面が湾曲面にて形成されている。

［第２ロータコア］
図３〜図６に示すように、第２ロータコア３１は、第１ロータコア２１と同一材質及び同形状であって、筒状ヨーク２側に配置される。第２ロータコア３１は、円板状の第２コアベース３２を有し、その中心位置に軸方向に貫通する貫通穴３２ａが形成されている。貫通穴３２ａの筒状ヨーク２側の外周部には、略円筒状のボス部３２ｂが突出形成されている。本実施形態では、バーリング加工により、貫通穴３２ａとボス部３２ｂを同時に形成している。なお、ボス部３２ｂの外径は、回転軸６の一側を回転可能に支持する軸受７の外径より短く形成される。即ち、ボス部３２ｂの外径は、筒状ヨーク２に設けた軸受７を収容固定する軸受保持部２ａの内径より短く形成されている。

貫通穴３２ａ（ボス部３２ｂ）には回転軸６が圧入して貫挿され、第２コアベース３２が回転軸６に対して圧着固定される。この時、ボス部３２ｂを形成することによって、第２コアベース３２は、回転軸６に対して強固に圧着固定される。そして、この第２コアベース３２が回転軸６に圧着固定されたとき、ボス部３２ｂは、軸受保持部２ａに収容固定された軸受７に対して、軸方向において離間するように配置されるようになっている（図１参照）。

第２コアベース３２の外周面３２ｃには、等間隔に複数（本実施形態では４つ）の第２爪状磁極３３が径方向外側に突出されるとともに軸方向に延出形成されている。ここで、第２爪状磁極３３において、第２コアベース３２の外周面３２ｃから径方向外側に突出した部分を第２基部３４といい、軸方向に屈曲された先端部分を第２磁極部３５という。

第２基部３４と第２磁極部３５からなる第２爪状磁極３３の周方向両端面３３ａ，３３ｂは径方向に延びる平坦面とされている。そして、各第２爪状磁極３３の周方向の角度、即ち前記周方向両端面３３ａ，３３ｂ間の角度は、周方向に隣り合う第２爪状磁極３３同士の隙間の角度より小さく設定されている。

また、第２磁極部３５の径方向外側面３６は、軸直交方向断面形状が回転軸６の中心軸線Ｌを中心とする同心円形状の円弧面を有し、その径方向外側面３６に２つの補助溝３７を有している。補助溝３７は、径方向外側面３６の周方向中心から両側にそれぞれ同角度だけずれた位置に形成されている。補助溝３７は、軸直交方向断面形状がＵ字状、即ち底面が湾曲面にて形成されている。

そして、このような第２ロータコア３１は、各第２爪状磁極３３が第１ロータコア２１の各第１爪状磁極２３間となるようにして第１ロータコア２１と対向させて組み合わされる。このとき、第２コアベース３２の内側面３２ｄと第１コアベース２２の内側面２２ｄとの軸方向の間に界磁磁石４０が介在される。

［界磁磁石］
図６に示すように、界磁磁石４０は、円板状の永久磁石であって、その中央部に貫通穴４０ａが形成されている。界磁磁石４０は、その貫通穴４０ａに円筒状のスリーブ４１が貫挿されている。スリーブ４１は、非磁性体よりなり本実施形態では回転軸６と同じステンレス製にて形成されている。界磁磁石４０の外径は、第１及び第２コアベース２２，３２の外径と一致するように設定されている。従って、界磁磁石４０の外周面４０ｂが第１及び第２コアベース２２，３２の外周面２２ｃ，３２ｃと面一となる。

従って、本実施形態のロータ２０は、界磁磁石４０を用いた所謂ランデル型ロータである。ロータ２０は、Ｎ極となる第１爪状磁極２３と、Ｓ極となる第２爪状磁極３３とが周方向に交互に配置されており、磁極数が８極となる。すなわち、本実施形態のブラシレスモータＭは、ロータ２０の極数が２×ｎ（但し、ｎは自然数）に設定されるとともに、ステータ１０のティース１２の数が３×ｎに設定され、具体的には、ロータ２０の極数が「８」に設定され、ステータ１０のティース１２の数が「１２」に設定されている。

［整流磁石（補助磁石）］
ロータ２０は、界磁磁石４０の外周側に補助磁石としての整流磁石４２を備えている。整流磁石４２は、円環状をなすよう形成される。なお、界磁磁石４０と整流磁石４２とは、異なる材料で構成される。具体的には、界磁磁石４０は、例えば異方性の焼結磁石であり、例えばフェライト磁石、サマリウムコバルト（ＳｍＣｏ）磁石、ネオジム磁石等で構成される。整流磁石４２は、例えばボンド磁石（プラスチックマグネット、ゴムマグネット等）であり、例えばサマリウム鉄窒素（ＳｍＦｅＮ）系磁石、サマリウムコバルト（ＳｍＣｏ）系磁石、ネオジム磁石等などの希土類磁石で構成される。

図６に示すように、整流磁石４２は、背面磁石部４３，４４と極間磁石部４５とを有し、背面磁石部４３，４４及び極間磁石部４５のそれぞれで漏れ磁束を抑えるように磁化された極異方性磁石である。

詳述すると、一方の背面磁石部４３は、第１爪状磁極２３の第１磁極部２５の内周面と、第２コアベース３２の外周面３２ｃとの間に配置される。そして、背面磁石部４３は、第１磁極部２５の内周面に当接する側がその第１磁極部２５と同極のＮ極に、第２コアベース３２の外周面３２ｃに当接する側がその第２コアベース３２と同極のＳ極となるように径方向成分を主として磁化されている。

他方の背面磁石部４４は、第２爪状磁極３３の第２磁極部３５の内周面と、第１コアベース２２の外周面２２ｃとの間に配置される。そして、背面磁石部４４は、第２磁極部３５の内周面に当接する側がその第２磁極部３５と同極のＳ極に、第１コアベース２２の外周面２２ｃに当接する側がその第１コアベース２２と同極のＮ極となるように径方向成分を主として磁化されている。

極間磁石部４５は、第１爪状磁極２３と第２爪状磁極３３との周方向の間に配置されている。極間磁石部４５は、周方向において第１爪状磁極２３側がＮ極に、第２爪状磁極３３側がＳ極となるように周方向成分を主として磁化されている。

［センサマグネット］
センサマグネット５０は、断面略矩形状で円環状をなしているが、軸方向一端面において、径方向中央部分がロータ２０の本体側の固定部位Ａ１に対して固定するための固定面５１となっている。固定面５１は、センサマグネット５０の全周に亘って設けられる円環状の平坦面をなしている。

これに対し、センサマグネット５０を固定するためのロータ２０の本体側の固定部位Ａ１としては、第１ロータコア２１と整流磁石４２とに跨る円環状の面、詳しくは、第１コアベース２２の第１爪状磁極２３における第１基部２４の端面と、整流磁石４２における背面磁石部４４の端面及び極間磁石部４５の端面の一部とがなす周方向に略面一となる円環状の平坦面である。

そして、センサマグネット５０は、固定面５１とロータ２０の本体側の固定部位Ａ１との間に塗布される接着剤にてその固定部位Ａ１に対して加圧されて接着固定される。このようにしてセンサマグネット５０は、自身の磁極とロータ２０の磁極、即ち第１及び第２爪状磁極２３，３３とが対応するようにして接着固定されている。

［磁気センサ］
また、本実施形態のブラシレスモータＭは、回路基板５にセンサマグネット５０に対して軸方向に所定の間隔を有して対向するホールＩＣ等の磁気センサ６０が設けられる。そして、ロータ２０と一体的にセンサマグネット５０が回転することで、磁気センサ６０はそのセンサマグネット５０の磁極に応じた検出信号を出力する。磁気センサ６０からの検出信号を受けた制御回路（図示略）は、その検出信号に基づいてロータ２０の回転位置（角度）を算出するとともに回転数（速度）等を算出し、ブラシレスモータＭの駆動制御を行う。
（界磁磁石４０と整流磁石４２の着磁方法の第一の実施形態）
次に、上記のようなランデル型ロータを構成する界磁磁石４０と整流磁石４２の着磁方法について説明する。

界磁磁石４０と整流磁石４２の着磁については、まず界磁磁石４０の着磁に先立って、整流磁石４２の着磁処理を行う。
図７に示すように、ロータ２０を第一の着磁装置Ｄ１にセットする。すなわち、ロータ２０の外周部に沿って複数の整流磁石用の第一の着磁ヨーク６１を位置させる。各第一の着磁ヨーク６１は、ロータ２０の各爪状磁極２３，３３に対向するように位置させる。

そして、第１爪状磁極２３に対向してＮ極に励磁される第一の着磁ヨーク６１が位置し、第２爪状磁極３３に対向してＳ極に励磁される第一の着磁ヨーク６１が位置するように設置される。

このような着磁装置にロータ２０を設置して、第一の着磁ヨーク６１を励磁することにより、整流磁石４２はＳ極及びＮ極がラジアル方向に交互に位置するように着磁される。
整流磁石４２の着磁処理の後に、界磁磁石４０の着磁を行う。図８に示すように、界磁磁石４０に着磁処理するには、ロータ２０を第二の着磁装置Ｄ２にセットする。第二の着磁装置Ｄ２は、ロータ２０の周囲を覆う筒状の第二の着磁ヨーク６２の外周面上に、ロータ２０の周方向に沿ってコイル６３を巻着することにより、空芯コイルとして構成される。

そして、コイル６３に通電することにより、第二の着磁ヨーク６２内にはロータ２０の軸方向に沿った磁束が生成され、その磁束により界磁磁石４０がラジアル方向に着磁される。

上記のような界磁磁石４０と整流磁石４２の着磁方法では、次に示す効果を得ることができる。
（１）界磁磁石４０の着磁処理に先立って、第一の着磁ヨーク６１によりロータ２０の外周部に位置する整流磁石４２への着磁処理が行われる。従って、整流磁石４２への着磁処理時に、界磁磁石４０への無用な着磁を抑制することができる。
（２）整流磁石４２の着磁処理の後に、第二の着磁ヨーク６２による界磁磁石４０への着磁処理が行われるので、界磁磁石４０を十分に着磁することができる。従って、界磁磁石４０と整流磁石４２への着磁効率を向上させることができるので、十分な有効磁束を確保することができる。
（３）界磁磁石４０と整流磁石４２への着磁効率の向上により、ロータ２０の小型化を図り、ひいてはモータの小型化を図ることができる。
（界磁磁石４０と整流磁石４２の着磁方法の第二の実施形態）
図９は、界磁磁石４０の着磁方法の別の実施形態を示す。界磁磁石４０の着磁処理に先立って整流磁石４２への着磁処理を行う点及びその着磁方法は上記実施例と同様である。

界磁磁石４０への着磁処理を行うために、ロータ２０を第三の着磁装置Ｄ３にセットする。第三の着磁装置Ｄ３は、界磁磁石４０の直径とほぼ等しい直径の円柱状のヨークの周囲にコイル６５を巻装して一対の第三の着磁ヨーク６４ａ，６４ｂが構成され、第三の着磁ヨーク６４ａ，６４ｂで界磁磁石４０を軸方向に挟むように設置される。

そして、第三の着磁ヨーク６４ａ，６４ｂの円形の端面で界磁磁石４０を軸方向に挟み、各コイル６５に励磁電流を流すことにより、第三の着磁ヨーク６４ａ，６４ｂ間に磁束が発生し、その磁束により界磁磁石４０が着磁される。

上記のような界磁磁石４０と整流磁石４２の着磁方法では、上記実施形態で得られた効果に加えて、次に示す効果を得ることができる。
（１）第三の着磁ヨーク６４ａ，６４ｂでは円柱状のヨークに磁束が集中するので、漏れ磁束が生じ難い。そして、界磁磁石４０の直径にほぼ等しい直径のヨークを備えた第三の着磁ヨーク６４ａ，６４ｂで界磁磁石４０を軸方向に挟んで着磁することができるので、界磁磁石４０の着磁効率を向上させることができる。
（２）第三の着磁ヨーク６４ａ，６４ｂの漏れ磁束を抑制することができるので、漏れ磁束による整流磁石４２の無用な着磁を抑制することができる。従って、界磁磁石４０と整流磁石４２の着磁効率を向上させることができる。
（界磁磁石４０と整流磁石４２の着磁方法の第三の実施形態）
図１０は、界磁磁石４０の着磁方法の別の実施形態を示す。この実施形態は、図７に示す整流磁石４２の着磁装置と、図９に示す界磁磁石４０の着磁装置を併せ持つ着磁装置を示す。

このような着磁装置により、ロータ２０をセットすることにより、整流磁石４２への着磁処理に続いて界磁磁石４０への着磁処理を連続して行うことができる。
上記実施形態は、以下の態様で実施してもよい。
・界磁磁石着磁用ヨークは、ロータコアの外周側を覆う環状のヨークと、そのヨークの外周面に巻着されるコイルとで構成してもよい。

２０…ロータ、２１，３１…ロータコア（第１ロータコア、第２ロータコア）、２３，３３…爪状磁極（第１爪状磁極、第２爪状磁極）、４０…界磁磁石、４２…整流磁石、６１…整流磁石用着磁ヨーク（第一の着磁ヨーク）、６２，６４ａ，６４ｂ…界磁磁石用着磁ヨーク（第二の着磁ヨーク、第三の着磁ヨーク）。

Claims (5)

1. 一対のロータコアの間に挟まれる界磁磁石を該ロータコアの軸方向に着磁し、前記界磁磁石の外周側で前記ロータコアに挟まれる整流磁石を前記ロータコアのラジアル方向に極異方性着磁するランデル型ロータの着磁方法において、
   前記整流磁石に着磁処理を行い、次いで前記界磁磁石に着磁処理を行うことを特徴とするランデル型ロータの着磁方法。
2. 前記整流磁石を着磁処理する複数の整流磁石用着磁ヨークを前記ロータコアの外周側に位置させて前記整流磁石をラジアル方向に極異方性着磁処理し、前記界磁磁石を着磁処理する界磁磁石用着磁ヨークに前記ロータコアをセットして前記界磁磁石を軸方向に着磁することを特徴とする請求項１記載のランデル型ロータの着磁方法。
3. 一対の前記界磁磁石用着磁ヨークで、前記界磁磁石を前記軸方向に挟み、前記界磁磁石用着磁ヨークで前記界磁磁石を貫く磁束を発生させて前記界磁磁石を着磁することを特徴とする請求項２記載のランデル型ロータの着磁方法。
4. 前記界磁磁石の直径と同一径の前記界磁磁石用着磁ヨークで前記界磁磁石を着磁することを特徴とする請求項３記載のランデル型ロータの着磁方法。
5. 前記整流磁石用着磁ヨークを、前記ロータコアの各爪状磁極に対向するように設置することを特徴とする請求項２記載のランデル型ロータの着磁方法。

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