JP4519191B1 - ステータ用配電部材 - Google Patents

Abstract

【課題】ステータに対する組み付け作業性を向上できるステータ用配電部材を提供する。
【解決手段】本発明のステータ用配電部材1は、コイル両端部3i,3oがステータの径方向の内周側と外周側とにそれぞれ位置する複数のコイル3を結線するための部材であり、複数の導体片10と複数の絶縁保持部11とを具える。そして、導体片10は、コイル3の内周側端部3iに接続される平板状の第一接続端部と、別のコイル3の外周側端部3oに接続される平板状の第二接続端部とを有する。また、絶縁保持部11は、各導体片10の両接続端部以外の箇所において、隣り合う導体片を離間した状態で一体に保持する。各絶縁保持部11は、互いに離散的に配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転電機（モータ）の構成部材であるステータのコイルを結線するために利用されるステータ用配電部材、この配電部材の製造方法、この配電部材の取り付け構造およびこの取り付け構造を具えるステータに関する。特に、ステータに対する組み付け作業性を向上できるステータ用配電部材に関する。

近年、ハイブリッド自動車や電気自動車などの需要が急速に伸びており、今後も更なる需要の拡大が見込まれる。このような自動車には、駆動源としてモータが使用されている。このモータを構成する部材の一つにステータがあり、ステータは、円環状のヨークとこのヨークから求心状に延出する複数のティースとからなるステータコアと、このステータコアの各ティースに巻線を巻回してなるコイルと、各コイルを結線するための配電部材とを具える構成が一般的である。

このような配電部材が、特許文献１〜４に記載されている。例えば、特許文献１では、コイルの一方の端部がステータ径方向の内周側に、他方の端部がステータ径方向の外周側にそれぞれ位置しており、コイルの内周側端部と別のコイルの外周側端部とが接続されるように渡り部材を配置し、各コイル間を渡り部材により接続している。

その他、特許文献５には、ステータのコイルとして、巻線に平角線を使用し、これをエッジワイズ巻きしたものを採用することが記載されている。

特開２００５‐１６０１４３号公報 特開２００４‐９６８４１号公報 特開２００６‐３３３６８４号公報 特開２００７‐１０４８１２号公報 特開２００５‐３０４２４４号公報

しかしながら、需要の拡大に伴い、生産性を向上することが求められている。

上記、従来の渡り部材を用いたステータのコイルの結線方法では、各渡り部材（特許文献１では18本）それぞれに対して、コイルの内周側端部と別のコイルの外周側端部との間に渡り部材を配置する作業を繰り返し行う必要がある。そのため、ステータのコイルを結線する作業に時間を要することになり、改善が望まれる。

特に、最近では、ステータのコイルに特許文献５に記載のエッジワイズ型のコイルを採用することが検討されており、このようなステータを量産するのに適した配電部材が求められつつある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的の一つは、ステータに対する組み付け作業性を向上できるステータ用配電部材を提供することにある。

本発明の別の目的は、上記ステータ用配電部材の製造方法と、この配電部材の取り付け構造およびこの取り付け構造を具えるステータを提供することにある。

＜配電部材＞
本発明のステータ用配電部材は、ステータのコイルの両端部がステータの径方向の内周側と外周側とにそれぞれ位置する複数のコイルを結線するための部材である。そして、コイルの内周側端部に接続される平板状の第一接続端部と、別のコイルの外周側端部に接続される平板状の第二接続端部とを有する複数の導体片と、前記各導体片の両接続端部以外の箇所において、複数の導体片を離間した状態で一体に保持する絶縁保持部を複数具える。また、前記各絶縁保持部は、互いに離散的に配置されている。

この構成によれば、複数の導体片が絶縁保持部により連結され一体化されているので、一度に各導体片の両接続端部を各コイルの端部に配置することが容易であり、ステータに対する配電部材の組み付け性を向上できる。また、隣り合う導体片同士は、絶縁保持部により離間した状態で保持されているので、モータ駆動時に振動が発生しても導体片同士が接触することを抑制できる。

本発明のより好ましい形態は、各絶縁保持部を環状に連結する連結部を具える構成である。

絶縁保持部のみでは、複数の導体片を環状に保持することが難しい。そこで、このような連結部を設けることで、環状を確実に保持することができ、ステータに対する配電部材の組み付け性をより向上できる。なお、連結部は、環状を保持できる程度の強度があればよく、周方向と直交する方向で切断したときの断面積を絶縁保持部よりも小さくすることができるので、材料の使用量が大幅に増加することもない。

絶縁保持部には、絶縁性および耐熱性を有する樹脂、例えば、ポリフェニレンサルファイド（PPS）、液晶ポリマー（LCP）、ポリアミド（PA）、ポリブチレンテレフタレート（PBT）、ポリアミド6T（PA6T、商品名:6Tナイロン）、ポリアミド66（PA66、商品名:66ナイロン）、ポリエチレンテレフタレート（PET）などのエンジニアリングプラスチックを用いることができる。また、連結部を具える場合、連結部は絶縁保持部と同じ材料で構成することができ、さらに連結部と各絶縁保持部とを一体成形してもよい。

また、絶縁保持部のうち少なくとも一つが、ステータに対する位置決め用の係合部を有することが好ましい。ステータに配電部材を組み付ける際、この係合部がステータに設けられた係止部に係合されることで、ステータに対する配電部材の位置を正確に位置決めすることができる。そのため、各導体片の両接続端部を各コイルの端部に対応した位置に正確に配置することができ、ステータに対する配電部材の組み付け性をより向上できる。また、この係合部がステータに固定されることで、導体片を各コイルの端部に接続する作業中に別の導体片の位置がずれることを抑制できる。この係合部は、配電部材の位置決めおよび固定する観点から、複数（例えば、３つ以上）の絶縁保持部に設けることが好ましい。

導体片には、丸線や平角線などを用いることができる。このような導体線は導電性の板材を打ち抜きすることなく得ることができるので、材料のロスが少なく歩留まりを向上させることができる。ただし、導体片の両接続端部は平板状とする。このように両接続端部を平板状とすることで、各コイル端部との接合面積を大きくすることができ、溶接やはんだ付けによる各コイル端部との接続作業が容易になる。導体片に平角線を用いれば、両接続端部を平板状に加工などする必要がなくなるので、導体片には、平角線を用いることが好ましい。

また、導体片には、絶縁被覆を施すことが好ましい。このように導体片が絶縁被覆を有することで、万一モータ駆動時に導体片が他の導体片やコイルと接触することがあっても、絶縁を確保することができる。

さらに、絶縁保持部のうち少なくとも一つが、マニピュレータで掴むための掴み部を有することが好ましい。生産性を向上するため、ステータに配電部材を組み付ける作業を自動化した場合、マニピュレータで配電部材を持ち上げる必要があるが、導体片を掴んでしまうと、その部分の絶縁被覆や酸化防止膜などが剥がれて導体片の電気的特性を劣化させてしまう虞がある。そこで、例えばステータの径方向の内外周側に突起部や溝部を形成して、絶縁保持部に掴み部を設ければ、絶縁保持部が掴み易く、配電部材を持ち上げることによる不具合もない。

上記したような係合部や掴み部を絶縁保持部に設けることで、ステータに配電部材を組み付ける作業を自動化し易くなる。

＜製造方法＞
本発明のステータ用配電部材は、次の工程により製造することができる。
１）コイルの内周側端部に接続される平板状の第一接続端部と、別のコイルの外周側端部に接続される平板状の第二接続端部とを有する複数の導体片を用意する工程
２）金型に前記各導体片を環状に配置する導体片配置工程
３）前記金型に樹脂を注入して、前記各導体片の両端接続部以外の箇所において、複数の導体片を離間した状態で一体に保持する絶縁保持部を複数形成する絶縁保持部形成工程

また、連結部を具える場合は、絶縁保持部形成工程において、各絶縁保持部とこれら絶縁保持部を環状に連結する連結部とを一体成形することが好ましい。

このような製造方法を利用することで、環状に配置された複数の導体片が絶縁保持部により一体化された配電部材を一度に製造することができる。また、連結部を具える場合であっても、工程を増やすことなく、効率良く生産できる。

＜取り付け構造＞
本発明のステータ用配電部材の取り付け構造としては、ステータのコイルの両端部が平板状であり、導体片の各接続端部が各コイルの端部に溶接にて接続されている構造が挙げられる。

コイルの両端部が平板状であれば、導体片の各接続端部との接触面積を大きくすることができ、導体片の各接続端部と各コイルの端部との溶接が行い易い。また、導体片の各接続端部と各コイルの端部との接続に溶接を用いることで、はんだ付けに比べて接合部の機械的強度の高めることができる。溶接には、例えばTIG（Tungsten Inert Gas）溶接、抵抗溶接、プロジェクション溶接、ヒュージングなどが好適に利用できる。

さらに、上記接続構造において、導体片の第一接続端部がコイルの内周側端部よりも内周側に、第二接続端部が別のコイルの外周側端部よりも外周側にそれぞれ配置され、導体片の各接続端部が各コイルの端部に接続されていることが好ましい。

このように導体片の各接続端部の配置を各コイルの端部に位置に対してそれぞれ決めることで、導体片の各接続端部と隣り合う導体片との距離を広くとることができる。そのため、導体片と各コイルの端部とを例えば溶接を用いて接続する際に、溶接ノズルの対向位置で導体片の接続端部とコイルの端部とを両側から挟み込んで固定する固定治具が挿入し易くなり、導体片を各コイルの端部に接続する作業が行い易い。

さらに、この取り付け構造を利用すれば、生産性の高いステータを実現できる。

本発明のステータ用配電部材は、複数の導体片が絶縁保持部により連結され一体化されているので、ステータに対する組み付け作業性が良い。

本発明のステータ用配電部材をステータに組み付けた状態を示す斜視図である。 本発明のステータ用配電部材をステータに組み付けた状態を示す平面図である。 本発明のステータ用配電部材の斜視図である。 本発明のステータ用配電部材の平面図である。 （Ａ）は導体片の正面図であり、（Ｂ）は導体片の平面図である。 （Ａ）は中性点用導体片の正面図であり、（Ｂ）は中性点用導体片の平面図である。 本発明のステータ用配電部材の取り付け構造を説明するための図である。（Ａ）は図４のＡ部拡大図であり、（Ｂ）は（Ａ）のC‐C断面図である。 （Ａ）は図４のＢ部拡大図であり、（Ｂ）は（Ａ）のD‐D断面図である。 （Ａ）は中性点用導体片の別の一例を示す正面図であり、（Ｂ）はステータ用配電部材の別の一例を説明するための部分拡大図である。

本発明の実施の形態を図を参照して説明する。なお、本実施の形態では、３相交流モータに利用されるステータを例に説明する。

図１は、本発明のステータ用配電部材をステータに組み付けた状態を示す斜視図である。ステータは、ステータコア2と、ステータコア2の各ティースに巻線を巻回してなるコイル3とを具え、各コイル3が配電部材1により結線されている。このステータの中心に、シャフトSが固定されたロータRを回転可能に配置することで、モータが構成される。

ステータコア2は、円環状のヨークとこのヨークから求心状に延出する複数のティースとからなり、ヨークと複数のティースとが一体に形成された一体タイプのものや、複数の分割コアを組み合わせた分割タイプのものがある。このステータコア2には、ケイ素鋼板を積層した積層体や、鉄粉等の磁性粉末の表面に絶縁被覆を施し、この粉末を加圧成形した圧粉成形体を用いることができる。ティースの数は、特に限定されないが、ここでは18としており、コイル3の数もティースの数と対応している。

コイル3は、巻線を巻回することで形成されており、ここでは巻線に両端部を除く表面に絶縁被覆を有する平角線を使用し、これをエッジワイズ巻きしたものを用いている。各コイル3は、一方の端部3iがステータ径方向の内周側に、他方の端部3oがステータ径方向の外周側にそれぞれ位置している。そして、コイル3の各端部3i,3oは、それぞれ別のコイル3の端部と配電部材1の導体片10により接続されている。

また、コイル3とステータコア2間の絶縁を保持するために、コイル3とステータコア2との間には、インシュレータ4が配置されている。インシュレータ4は、ティースの外周面に配される筒部と、筒部のステータ径方向の外周側に形成したフランジ部とを有している。

具体的なコイルの結線構造を図２を用いて説明すると、コイル30Uの内周側端部と反時計回りに２つ離れたコイル31Uの外周側端部とが接続され、以下同様にしてコイル31U,32U,33U,34Uの各内周側端部とコイル32U,33U,34U,35Uの各外周側端部とが接続されている。コイル30V〜35Vおよびコイル30W〜35Wにおいても同様に、内周側端部と外周側端部とがそれぞれ接続されている。つまり、コイル30U〜35U、コイル30V〜35V、およびコイル30W〜35Wがそれぞれ直列に結線されている。また、コイル35U,35V,35Wの内周側端部同士が中性点用導体片15により接続されており、中性点が形成されている。そして、コイル30U,30V,30Wの外周側端部にそれぞれに位相の異なる交流電流を供給することによって、回転磁界が発生する。

配電部材1は、図３,４に示すように、複数の導体片10と、各導体片10に一体成形された複数の絶縁保持部11と、これら絶縁保持部11を環状に連結する複数の連結部12とを具えている。

導体片10は、コイルの内周側端部に接続される第一接続端部101と、別のコイルの外周側端部に接続される第二接続端部102とを有している。各導体片10は、一部が重なるように周方向にずれて環状に配置され、両端接続部以外の箇所において、絶縁保持部11により連結されることで一体になっている。

この導体片10は、図５に示すように、絶縁被覆を有する平角銅線からなり、両接続端部101,102が絶縁被覆から露出している。また、導体片10は、各コイルの端部と接合し易いように、長手方向に２箇所で屈曲している。

中性点用導体片15は、図６に示すように、コイルの端部に接続される接続部151〜153を有している。各接続部151〜153は、第一接続部151がコイル35Uの内周側端部と、第二接続部152がコイル35Vの内周側端部と、第三接続部153がコイル35Wの内周側端部とそれぞれ接続される（図２を参照）。中性点用導体片15は、銅板を打ち抜きすることにより作製したものであり、各接続部151〜153が幅方向に突出する平板状である。また、中性点用導体片15は、各コイルの端部と接合し易いように、長手方向に２箇所で屈曲している。

ステータに配電部材を組み付ける際、導体片10は、図７（Ａ）に示すように、第一接続端部101がコイルの内周側端部3iよりも内周側に、第二接続端部102がコイルの外周側端部3oよりも外周側にそれぞれ配置される。結果、第一接続端部101がコイルの内周側端部3iよりも外周側に、或いは第二接続端部102がコイルの外周側端部3oよりも内周側に配置される場合に比べて、導体片の各接続端部101,102と隣り合う導体片10との距離を広くとることができる。そのため、導体片10を各コイルの端部3i,3oに接続する際に、導体片の接続端部101（102）とコイルの端部3i（3o）とを両側から挟み込んで固定する固定治具（図示せず）を挿入し易く、接続作業が行い易くなっている。導体片の各接続端部と各コイルの端部との接続には、TIG溶接を用いている。

また、中性点用導体片の各接続部と各コイルの端部との接続も同様に、TIG溶接を用いている。中性点用導体片15は、各接続部151〜153が幅方向に突出しており、この突出箇所に各コイルの端部を位置合わせすることで、溶接作業が行い易くなっている。

各絶縁保持部11は、図３,４および７に示すように、隣り合う一対の導体片10の外周を覆うように両端接続部101,102間に一体成形され、各導体片10を離間した状態で保持している。ここで、ステータに配電部材を組み付けた際、絶縁保持部11は各コイルの中心線上に配置されることとなり、導体片の各接続端部101,102を撓ませて各コイルの端部3i,3oと接触させ易くなっている。また、複数の絶縁保持部11のうち絶縁保持部11aは、図８に示すように、ステータ径方向の内周側において中性点用導体片15を保持するように略T字状に成形されている。

複数の絶縁保持部11のうち３つには、ステータに対する位置決め用の係合部11eが設けられている。係合部11eは、絶縁保持部11の高さ方向の中間位置より下側に位置し、後述する掴み部11gをマニピュレータで掴む際の邪魔にならないように配置されている（図７（Ｂ）を参照）。この係合部11eは、くびれ部を有しており、ステータ径方向の外周側に突出するように絶縁保持部11に一体に成形されている。また、インシュレータ4のフランジ部には、切欠溝（係止部）4cが設けられている（図１を参照）。そして、ステータに配電部材を組み付ける際、係合部11eのくびれ部を切欠溝4cに係合させることで、ステータに対する配電部材の位置を位置決め・固定することができるようになっている。

また、絶縁保持部11には、ステータ径方向の内外周側にV字溝（掴み部）11gが設けられている。そのため、絶縁保持部11がマニピュレータで掴み易くなっており、ステータに配電部材を組み付ける際に配電部材を持ち上げ易い。

各連結部12は、図３,４に示すように、複数の絶縁保持部11を連結する棒状部材であり、各絶縁保持部11と一体成形されている。これら連結部12は、複数の絶縁保持部11を環状に連結することで、導体片10を環状に保持する機能を有する。また、連結部12は、図７に示すように、ステータ径方向における幅が絶縁保持部11よりも短く、かつ高さが絶縁保持部11よりも小さいので、周方向と直交する方向で切断したときの断面積が絶縁保持部11よりも小さくなっている。連結部12の形状は、直線棒状とする他、湾曲棒状としてもよい。

また、各連結部12には、導体片の第二接続端部102と対向する面に切欠いたような切欠部12cが設けられている。そのため、上記した固定治具を挿入して第二接続端部102とコイルの外周側端部3oとを接続する際に、固定治具と連結部12とが干渉することがなく、接続作業が行い易くなっている。ここでは導体片の第二接続端部102と対向する面に切欠部12cが設けられている例を示したが、第一接続端部101と対向する面に切欠部を設けてもよく、また、両接続端部101,102と対向する両面に切欠部を設けてもよい。

複数の連結部12のうち、導体片10を保持しない絶縁保持部11から両方向に延びる連結部は、図３,８に示すように、コイルと対向する反対側の面に周方向に連続する突部121が設けられており、断面T字状に成形されている。そのため、導体片10が配置されず強度が低下する部分を補強することができ、環状を確実に保持することができる。また、このような突部を各連結部12に設けてもよく、全ての連結部12に設ければ、強度の向上が期待できる。

ところで、絶縁保持部11は、周方向に部分的に設けられているので、周方向全体に亘って複数の導体片をモールドする場合と比較して、材料の使用量を抑制することができる。また、連結部12は、上記したように周方向と直交する方向で切断したときの断面積が絶縁保持部11よりも小さくなっているので、材料の使用量が大幅に増加することもない。

上記配電部材1は、次のようにして作製することができる。まず、各導体片が離間した状態で環状に配置される複数の導体片配置溝と、各導体片の両端接続部以外の箇所であって、周方向に離散的に設けられた複数の樹脂充填部と、各樹脂充填部を連結する連結溝部とを具える金型を用意する。そして、導体片を導体片配置溝に配置した後、金型に樹脂を注入して各導体片の一部に固着させて、隣り合う導体片同士を一体に保持する絶縁保持部をアウトサート成形により各導体片に一体成形する。このとき、各絶縁保持部と共に、これら絶縁保持部を連結する連結部が一体成形される。

（変形例）
図９（Ａ）は、中性点用導体片15の変形例を示す正面図であり、形状が上述の中性点用導体片と異なり、コイルの端部に接続される各接続部151〜153が幅方向に突出していない。このような中性点用導体片15は、例えば平角銅線を曲げ加工することで作製できるため、銅板を打ち抜きすることなく得ることができ、材料のロスが少なく歩留まりを向上させることができる。さらに、各接続部のうち、中央に位置する接続部152の両側には切欠部15cが設けられている。接続部152の両側に切欠部15cを設けることで、接続部152とコイルの端部とを溶接により接合する際の溶接熱が中性点用導体片15の両端部側に伝導することを抑制して、溶接熱を局所的に加えることができるので、溶接作業が行い易くなる。なお、切欠部15cは、平角銅線の外縁部を切削や切除することで形成すればよい。

図９（Ｂ）は、ステータ用配電部材の変形例を説明するための部分拡大図であり、図７（Ａ）と同様、ステータに配電部材を組み付け前の状態である。具体的には、絶縁保持部11の平面形状が上述のものと異なり、絶縁保持部11が保持する導体片10の第一接続端部101側から第二接続端部102側に向かって傾いた平面形状をしている。例えば絶縁保持部11を図９（Ｂ）に示すような平行四辺形状とすることで、絶縁保持部11の内周側と導体片の第一接続端部101との間の空間距離di、及び絶縁保持部11の外周側と導体片の第二接続端部102との間の空間距離doを広くとることができる。そのため、導体片の接続端部101（102）とコイルの端部3i（3o）とを接続する際に、固定治具が挿入し易く、接続作業が行い易くなる。

なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

本発明のステータ用配電部材は、ステータ及びこれを利用するモータに利用できる。特に、生産性を向上することが求められている自動車用モータの分野に好適に利用できる。

1 配電部材
10 導体片 101 第一接続端部 102 第二接続端部
11,11a 絶縁保持部 11e 係合部 11g V字溝
12 環状連結部 12c 切欠部 121 突部
15 中性点用導体片 15c 切欠部
151 第一接続部 152 第二接続部 153 第三接続部
2 ステータコア
3,30U〜35U,30V〜35V,30W〜35W コイル 3i 内周側端部 3o 外周側端部
4 インシュレータ 4c 切欠溝
R ロータ S シャフト

Claims (11)

1. ステータのコイルの両端部がステータの径方向の内周側と外周側とにそれぞれ位置する複数のコイルを結線するためのステータ用配電部材であって、
   コイルの内周側端部に接続される平板状の第一接続端部と、別のコイルの外周側端部に接続される平板状の第二接続端部とを有する複数の導体片と、
   前記各導体片の両接続端部以外の箇所において、複数の導体片を離間した状態で一体に保持する複数の絶縁保持部と、
   前記各絶縁保持部を環状に連結する連結部を具え、
   前記各絶縁保持部は、互いに離散的に配置されていることを特徴とするステータ用配電部材。
2. 前記絶縁保持部のうち少なくとも一つが、ステータに対する位置決め用の係合部を有することを特徴とする請求項１に記載のステータ用配電部材。
3. 前記導体片が、平角線からなることを特徴とする請求項１又は２に記載のステータ用配電部材。
4. 前記導体片が、絶縁被覆を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のステータ用配電部材。
5. 前記絶縁保持部のうち少なくとも一つが、マニピュレータで掴むための掴み部を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のステータ用配電部材。
6. 前記絶縁保持部のうち少なくとも一つが、保持する導体片の第一接続端部側から第二接続端部側に向かって傾いた平面形状をしていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のステータ用配電部材。
7. ステータのコイルの両端部がステータの径方向の内周側と外周側とにそれぞれ位置する複数のコイルを結線するためのステータ用配電部材の製造方法であって、
   コイルの内周側端部に接続される平板状の第一接続端部と、別のコイルの外周側端部に接続される平板状の第二接続端部とを有する複数の導体片を用意する工程と、
   金型に前記各導体片を環状に配置する導体片配置工程と、
   前記金型に樹脂を注入して、前記各導体片の両端接続部以外の箇所において、複数の導体片を離間した状態で一体に保持する絶縁保持部を複数形成する絶縁保持部形成工程とを具えることを特徴とするステータ用配電部材の製造方法。
8. 前記絶縁保持部形成工程において、前記各絶縁保持部とこれら絶縁保持部を環状に連結する連結部とを一体成形することを特徴とする請求項７に記載のステータ用配電部材の製造方法。
9. ステータ用配電部材をステータのコイルに接続するステータ用配電部材の取り付け構造であって、
   前記ステータ用配電部材は、請求項１〜６のいずれか一項に記載のステータ用配電部材であり、
   前記コイルの両端部が平板状であり、
   前記導体片の各接続端部が各コイルの端部に溶接にて接続されていることを特徴とするステータ用配電部材の取り付け構造。
10. 前記導体片の第一接続端部がコイルの内周側端部よりも内周側に、第二接続端部が別のコイルの外周側端部よりも外周側にそれぞれ配置され、
    前記導体片の各接続端部が各コイルの端部に接続されていることを特徴とする請求項９に記載のステータ用配電部材の取り付け構造。
11. 請求項９又は１０に記載のステータ用配電部材の取り付け構造を具えることを特徴とするステータ。
    

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