JP5313935B2 - 回転電機の固定子の製造方法および回転電機の固定子 - Google Patents

Description

この発明は、回転電機の固定子の製造方法および回転電機の固定子の構造に関するものである。

従来の固定子において、コア３０は、解放状態において極部３２が互いに離れる方向の略円弧状に連鎖部３１が形成されており、連鎖部３１のなす円弧の径外方向に極部３２が突出している。この状態で極部３２の外周にボビンを取り付け、連鎖部３１のなす円弧の径外方向から図示しない巻線機によってコイル１４を巻装した後、極部３２が径内方向を向くようにコア３０を丸めて円環状にしている（例えば、特許文献１参照）。

特開平０８−１４９７７１号公報（段落番号［００２０］、図４等）

上記従来の回転電機の固定子は、極部が互いに離れる方向の略円弧状に連鎖部が形成されている。しかし、極部の間隔が十分でないため、コイルの巻回時において、極部を旋回するフライヤだけでは隣接する極部とフライヤが干渉してしまうという問題があった。そして、コイルを確実に巻回するためには、例えばコイルを極部に案内するための巻線案内治具を用い、これにコイルを滑り落とすことでコイルを巻回する必要があった。そして、このような巻回方法はフライヤで直接極部に巻回する場合に比べ任意の位置にコイルを配置することが難しく、高密度なコイル巻回が困難である。
また、巻線案内治具を用いずコイルをフライヤで直接巻回するためには、フライヤが隣接する極部と干渉しないよう極部をさらに離れる方向に反らせた状態（以下逆反り状態とする。）にコア形状を変形させる必要がある。しかし、コアを反らせる際に連結部が塑性変形して突起が生じることが考えられ、コイル巻回後コアを円環状に丸めるとコア外周からこの突起が突出し、フレームへの圧入等ができないという問題が生じる。
本発明は、上記のような問題を解決するためになされたもので、コイル巻回を容易にするとともに、コアを逆反り状態とすることにより突起が生じたとしてもフレーム等と干渉しない回転電機の固定子を製造することを目的とする。

この発明に係る回転電機の固定子の製造方法は、周方向に延在するバックヨーク部とバックヨーク部から突出するティース部とを有する複数の磁極片と、隣接して配置される各磁極片のバックヨーク部外周側端部同士を連結する屈曲可能な薄肉部と、薄肉部の外周側に設けられた断面形状が略Ｖ字状である凹部と凹部の両縁部分に設けられ薄肉部の屈曲線に対して対称な傾斜を有する面取り部との２段構成にてなる切欠き部と、を備えたユニットコアの、薄肉部を屈曲して磁極片を環状に配置し形成される回転電機の固定子の製造方法であり、薄肉部を外周側に屈曲して、コイルを巻回するティース部を隣接するティース部から遠ざかる方向に逆反り配置する逆反り工程と、逆反り配置されたティース部に対してコイルを巻回するコイル巻回工程と、コイル巻回後に薄肉部を内周側に屈曲して磁極片を環状に配置する環状配置工程と、環状に配置した磁極片を筒状のフレーム内に嵌挿する工程とを備えている。

また、この発明に係る回転電機の固定子は、周方向に延在するバックヨーク部とバックヨーク部から突出するティース部とを有する複数の磁極片と、隣接して配置される各磁極片のバックヨーク部外周側端部同士を連結する屈曲可能な薄肉部と、薄肉部の外周側に設けられた断面形状が略Ｖ字状である凹部と凹部の両縁部分に設けられ薄肉部の屈曲線に対して対称な傾斜を有する面取り部との２段構成にてなる切欠き部と、を備えたユニットコアと、ティース部に巻回されるコイルと、薄肉部を屈曲して環状に配置された複数の磁極片が嵌挿される筒状のフレームとを備えている。

この発明の回転電機の固定子の製造方法によれば、薄肉部を外周側に屈曲して、コイルを巻回するティース部を隣接するティース部から遠ざかる方向に逆反り配置してからコイルを巻回するため、コイルの巻回作業が容易となる。
また、逆反り時に薄肉部が塑性変形し薄肉部に突起が生じても、突起は薄肉部の切欠き部内に収まるため、コイル巻回後に磁極片を環状配置した際に突起がバックヨーク部より外周側に突出することはなく、突起とフレームとの干渉を防止でき、容易に固定子を製造することができる。
また、切欠き部は面取り部を有しているため、逆反り時に切欠き部の両縁部分が干渉し合うことを防止することができる。これとともに、逆反りによって生じる突起を収めるために必要な切欠き部の断面積を小さくすることができ、切欠き部による磁路面積の低減を抑制した固定子を製造することができる。

またこの発明の回転電機の固定子によれば、薄肉部の外周側に切欠き部を設けたため、コイル巻回の際の逆反り時に薄肉部が塑性変形し薄肉部の外周側に突出する突起が生じても、この突起は切欠き部内に収めることができ、突起とフレームとの干渉を防止することができる。
また、切欠き部は面取り部を有しているため、逆反り時に切欠き部の両縁部分が干渉し合うことを防止することができる。これとともに、逆反りによって生じる突起を収めるために必要な切欠き部の断面積を小さくすることができる。

この発明の実施の形態１におけるユニットコアの構成を示す斜視図である。 この発明の実施の形態１におけるユニットコアの構成を示す拡大平面図である。 この発明の実施の形態１におけるユニットコアにインシュレータを装着した状態を示す平面図である。 この発明の実施の形態１における回転電機の固定子を示す平面図である。 この発明の実施の形態１における固定子の製造方法を説明するための説明図である。 この発明の実施の形態１における固定子の製造方法を説明するための説明図である。 この発明の実施の形態１における固定子の製造方法を説明するための説明図である。 この発明の実施の形態１における固定子の製造方法を説明するための説明図である。 この発明の実施の形態１における固定子の製造方法における逆反り角度を説明するための説明図である。 図９の一部拡大図である。 この発明の実施の形態１における固定子の切欠き部の形状による効果を説明するための説明図である。 この発明の実施の形態２におけるユニットコアの構成を示す平面図である。 この発明の実施の形態２における回転電機の固定子の構成を示す平面図である。 この発明の実施の形態２における固定子のコイル巻回方法を説明するための説明図である。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１における回転電機の固定子を構成するユニットコアを示す斜視図、図２は図１のＡ部分を示す拡大平面図、図３はユニットコアにインシュレータを装着した状態を示す平面図、図４はユニットコアを環状に配置して形成される固定子を示す平面図である。
図１に示すように、固定子１（図４参照）を構成するユニットコア２は、電磁鋼板等の磁性板材を複数枚積み重ねて形成された積層型のユニットコア２であり、例えば３個の磁極片３と各磁極片３を連結する屈曲可能な薄肉部４とを備えている。ユニットコア２の磁性板材の積層間は例えばカシメや溶接等により固定されている。なお、本実施の形態１ではユニットコア２を構成する磁極片３の数を３個としたが、複数個であれば何個でもよく、例えば固定子１を構成する磁極片３を全て連結した構成としてもよい。
磁極片３は周方向に延在するバックヨーク部３１とバックヨーク部３１の中央部から中心方向に突出するティース部３２とを有している。
薄肉部４は隣接して配置される磁極片３のバックヨーク部３１外周側端部同士を連結している。

図２に示すように、薄肉部４の外周側には切欠き部４１が形成されている。切欠き部４１は軸方向からみた形状が略Ｖ字状の凹部４２と、この凹部４２の両縁部分に形成された面取り部４３との２段構成となっている。面取り部４３は薄肉部４の屈曲線Ｂに対して対称な傾斜面を有し、切欠き部４１の略Ｖ字状の形状は屈曲線Ｂに対して線対称となるような形状である。なお、薄肉部４の屈曲線Ｂとは薄肉部４が屈曲するラインであり、薄肉部４の周方向の中心線である。面取り部４３と屈曲線Ｂのなす角度はα（以下面取り角度αとする）であり、面取り角度αと関連して後述する逆反り角度βが決定される。

図３に示すように、ユニットコア２を構成する各磁極片３の軸方向両端面には、磁極片３のバックヨーク部３１及びティース部３２を覆うように一対のインシュレータ５が配置されている。インシュレータ５は例えば樹脂成形品であり、インシュレータ５を介してティース部３２にコイル６（図４参照）が巻回されることにより、磁極片３とコイル６とを電気的に絶縁する。

次に、上述のユニットコア２を環状に配置して形成される固定子１の構成を、図４を参照して説明する。
固定子１は、インナーロータ形のモータに適用される固定子１であり、１２個の磁極片３から構成されている。本実施の形態１のユニットコア２は３個の磁極片３を連結して構成しているため、固定子１を構成するために４個のユニットコア２を使用している。
ユニットコア２の各磁極片３のティース部３２にコイル６が巻回された状態で、ユニットコア２の薄肉部４が内周側に屈曲され、４個のユニットコア２からなる１２個の磁極片３が環状に配置されている。環状に配置された磁極片３の外周側には筒状のフレーム７が配設される。フレーム７の材料としては例えば鉄などの強磁性体を使用することが望ましい。

次に、本実施の形態１の固定子１の製造方法の一例を図５〜図８を参照して説明する。
まず、ユニットコア２にインシュレータ５を装着する（図３参照）。

次に、逆反り工程に進む。図５に示すように、ユニットコア２の薄肉部４を外周側に屈曲して、まず最初にコイル６を巻回する磁極片３Ａのティース部３２Ａを隣接して配置される磁極片３Ｂのティース部３２Ｂから遠ざかる方向に逆反り配置する。さらに、本実施の形態１では、磁極片３Ｂと隣接する磁極片３Ｃとの間の薄肉部４も外周側に屈曲し、磁極片３Ｂと３Ｃも逆反り配置する。そして逆反り状態のユニットコア２をコア保持治具８により固定する。

次に、コイル巻回工程に進む。コイル６の巻回作業を行うフライヤ９は、コイル６を巻回するティース部３２Ａと対向する位置に配置される。フライヤ９は、旋回中心軸９１を中心として図５中矢印Ａの方向またはその逆方向に旋回し、フライヤ９の先端部９２がティース部３２Ａの周囲を回転する。図示しないボビンから引き出されるコイル６は、フライヤ９の内部を経由して先端部９２から繰り出される。そして、フライヤ９の先端部９２がティース部３２Ａの周囲を回転することによりコイル６がティース部３２Ａに巻回される。また、フライヤ９は軸方向（図５中矢印Ｂ方向）に移動する。フライヤ９が、矢印Ａ方向に旋回するとともに矢印Ｂ方向に移動することによりティース部３２Ａの根元部分から先端部分へ、先端部分から根元部分へとコイル６を整列して巻回することができる。図６はティース部３２Ａへのコイル６巻回終了後の状態を示す。

次に、磁極片３Ｂのティース部３２Ｂにコイル６を巻回する。図７に示すように、コア保持治具８を中心軸８１を中心として矢印Ｃ方向に角度βだけ回転し、ティース部３２Ｂとフライヤ９とが対向するように配置する。なお角度βについては後述する。そして、ティース部３２Ａにコイル６を巻回した場合と同様の手順でフライヤ９を動作し、ティース部３２Ｂにコイル６を巻回する。同様にして、磁極片３Ｃのティース部３２Ｃにもコイル６を巻回する。

次に、環状配置工程に進む。ユニットコア２の全ての磁極片３にコイル６を巻回後、ユニットコア２の各薄肉部４を内周側に屈曲し、ティース部３２が中心方向を向くようにして各磁極片３を環状に配置する。図８に示すように、本実施の形態１では、同形状の４個のユニットコア２を環状に配置し固定子１を形成している。隣接するユニットコア２の端面２１同士は、例えば溶接等により接合される。なお、ユニットコアの端面２１とは、ユニットコア２の両端に配置される磁極片３Ａ、３Ｃのバックヨーク部３１Ａ、３１Ｃの薄肉部４と反対側の端面である。

そして、必要な電気結線作業を行った後、環状に配置したユニットコア２を筒状のフレーム７内に圧入等により嵌挿し、固定子１を形成する（図４参照）。

ここで、上記逆反り工程における隣接するティース部３２間の角度β（以下、逆反り角度βとする）について説明する。
図９は逆反り角度βを説明するための図であり、ユニットコア２が逆反り配置された状態を示す平面図である。また、図１０は、図９のＺ部分拡大図である。逆反り角度βについて、コイル６を巻回する磁極片３が、ユニットコア２の中央に配置された磁極片３Ｂであった場合を例として説明する。
図に示すように、逆反り角度βは、ティース部３２Ｂの周方向の中心線と、隣接するティース部３２Ａ、３２Ｃの周方向の中心線とのなす角度である。逆反り角度βは上述の面取り角度αとの間で次のような関係が成り立つよう設定される。
β≦２×α・・・（式１）
逆反り角度βと面取り角度αが式１のような関係となるよう設定すれば、逆反り角度βで磁極片３を逆反り配置した際に、面取り角度αの面取り部４３により切欠き部４１の両縁部分が干渉することはない（図１０参照）。

また、図１０に示すように、薄肉部４の屈曲部分には逆反りによる塑性変形により突起４４が生じる場合がある。しかし、突起４４は薄肉部４の切欠き部４１に形成される凹部４２に生じるため、上記環状配置工程により各磁極片３を環状配置しても、生じた突起４４は切欠き部４１内に収まり、バックヨーク部３１の外周面より外側に突起４４が突出することはない。従って、突起４４が、環状に配置した磁極片３の外周側に配置されるフレーム７と干渉することを防止することができ、環状に配置した磁極片３のフレーム７への嵌挿作業を容易に行える。
このように、逆反り配置することによりティース部３２へのコイル６の巻回を容易にするとともに、逆反りによる切欠き部４１の両縁同士の干渉の防止、さらには逆反りにより生じる突起４４とフレーム７の干渉の防止を行うことのできる固定子１を得ることができる。

なお、本実施の形態１では、磁極片３Ｂと隣接して配置される磁極片３Ａ、３Ｃのティース部３２Ａ、３２Ｃが、磁極片３Ｂのティース部３２Ｂとバックヨーク部３１Ｂとの境界線であるティース延長線３３より外側（バックヨーク部３１Ｂ側）となる位置まで逆反りしている。
このため、コイル６を巻回するティース部３２Ｂと隣接するティース部３２Ａ、３２Ｃ間の距離をより広くとることができ、フライヤ９が隣接するティース部３２Ａ、３２Ｃと干渉することがない。従って、フライヤ９で直接コイル６をティース部３２Ｂに巻回でき、コイル６の巻回がより容易であるとともに、高密度なコイル巻回も可能となる。

次に本実施の形態１の切欠き部４１の形状による効果について図１１を用いて説明する。図１１は本実施の形態１の切欠き部４１の形状を示す拡大図であり、その効果を説明するための比較例としての切欠き部１４１（図中点線）を併せて示す。
上述の通り、本実施の形態１の切欠き部４１は、略Ｖ字状の凹部４２と、その両縁部分に形成された面取り部４３との２段構成となっている。これに対し、比較例の切欠き部１４１は２段構成ではなく、略長方形の切欠き部１４１である。

本実施の形態１の切欠き部４１は、図９、図１０のように隣接するティース部３２Ａ、３２Ｃを、ティース部３２Ｂのティース延長線３３より外側となる逆反り角度βの位置まで逆反りしたとしても、上記（式１）の関係を満たす面取り角度αの面取り部４３により、両縁部分が干渉することはない。
そして、比較例のような略長方形の切欠き部１４１であっても、切欠き部１４１の周方向の幅を本実施の形態１の切欠き部４１の周方向の幅と同じ幅となるように設定すれば、図９のような逆反り角度βの位置まで逆反りしても、切欠き部１４１の両縁部分の干渉を避けることができる。しかし、比較例の切欠き部１４１の切欠き面積は、本実施の形態１の切欠き面積に比べ大きいため、磁路面積を減少させる。
すなわち、本実施の形態１の切欠き部４１は、面取り部４３を設けたことにより、切欠き部４１の両縁部分が干渉することを防止するとともに、磁路面積を大きく確保することができ、磁路面積の低下による磁気抵抗の増加を防止することができる。
さらに、本実施の形態１の切欠き部４１では、略Ｖ字状の凹部４２を設けて突起４４を収納するために必要な切欠き深さは確保しつつ、略Ｖ字状とすることで切欠き面積を最小限に抑えることができるため、より磁路面積を大きく確保している。

以上のように、本実施の形態１の固定子１は、薄肉部４を外周側に屈曲して、コイル６を巻回するティース部３２を隣接するティース部３２から遠ざかる方向に逆反り配置してからコイル６を巻回するため、コイル６の巻回作業が容易となる。
また、逆反りにより、隣接するティース部３２を、コイル６を巻回するティース部３２のティース延長線３３より外側となるように配置すれば、よりコイル６の巻回作業が容易であり、フライヤ９で直接コイル６をティース部３２に巻回できるため、高密度なコイル６の巻回が可能である。

また、逆反り時に薄肉部４が塑性変形し突起４４が生じても、薄肉部４の外周側に設けられた切欠き部４１内に突起４４が収まるため、コイル６巻回後にユニットコア２を環状配置した際にバックヨーク部３１の外周面より外側に突起４４が突出することはない。従って、突起４４とフレーム７との干渉を防止し、フレーム７への圧入作業を容易に行える。

また、切欠き部４１の両縁部分に面取り部４３が形成されているため、逆反り時に切欠き部４１外周側の両端部分が干渉し合うことを防止することができる。これととともに、逆反りによって生じる突起４４を収めるために必要な切欠き部４１の切欠き面積を小さくすることができ、切欠き部４１による磁路面積の低減を抑制した固定子１を得ることができる。
さらに、切欠き部４１に略Ｖ字状の凹部４２を設けたことにより、より切欠き面積を小さくすることができ、さらに磁路面積の低減を抑制した固定子を得ることができる。
なお、フレーム７の材料を鉄等の強磁性体とすれば、フレーム７を磁路として利用することができ、切欠き部４１によって生じる磁路面積の減少による効率の低下をより抑制することができる。

実施の形態２．
本実施の形態２は、上記実施の形態１とユニットコアの端面の形状が異なる。また、コイルの巻回方法が異なる。なお、上記実施の形態１と同様の部分については、同一符号を付して説明を省略する。

まず、本実施の形態２のユニットコア２０２の端面の形状について説明する。
図１２は本実施の形態２のユニットコア２０２の構成を示す平面図、図１３は本実施の形態２の固定子２０１の構成を示す平面図である。
図１２に示すようにユニットコア２０２の一方の端面２２１Ａを形成する磁極片３Ａのバックヨーク部３１Ａ端面には周方向に突出する凸部２２が形成されている。また、ユニットコア２０２の他方の端面２２１Ｂを形成する磁極片３Ｃのバックヨーク部３１Ｃ端面には凸部２２と嵌合する形状の凹部２３が形成されている。
そして、このような形状のユニットコア２０２を４個使用し、図１３に示すように、ユニットコア２０２の一方の端面２２１Ａの凸部２２に隣接するユニットコア２０２の他方の端面２２１Ｂの凹部２３を嵌合させながら環状に配置する。
このような構成により各ユニットコア２０２間の位置決めが容易となるとともに、溶接等による接合が不要であるため、溶接費用の削減ができる。

次に、本実施の形態２のコイル６の巻回方法について図１４を参照して説明する。
図に示すように、本実施の形態２では、逆反り配置した状態のユニットコア２０２を２つ平行配置して固定し、２つのフライヤ９により２つのユニットコア２０２に同時にコイル６を巻回する。
本実施の形態２では、第１のフライヤ９Ａの旋回中心軸９１Ａには歯車１０Ａが固定され、第２のフライヤ９Ｂの旋回中心軸９１Ｂには歯車１０Ｂが固定され、歯車１０Ａ、１０Ｂ間をベルト１１により連結している。第１フライヤ９Ａの旋回中心軸９１Ａには図示しないモータが接続されており、モータにより旋回中心軸９１Ａを旋回させると、これに連動して第２フライヤ９Ｂの旋回中心軸９１Ｂが旋回する構成となっている。
各フライヤ９Ａ、９Ｂに対向するように逆反り状態の２つのユニットコア２０２Ａ、２０２Ｂを配置し、上記実施の形態１と同様に巻回工程を進めることで、ユニットコア２０２Ａと２０２Ｂに対して同時にコイル６を巻回することができる。

以上のように、本実施の形態２の固定子２０１は、ユニットコア２０２の一方の端面に凸部を設け、もう一方の端面に凹部を設け、隣接するユニットコア２０２の凸部と凹部を嵌合させながら環状に配置するため、ユニットコア２０２間の位置決めが容易であるとともに、溶接等による接合が不要である。

また、２つのユニットコア２０２Ａ、２０２Ｂに対して同時にコイル６を巻回するため、固定子２０１の生産性を向上することができる。
なお、本実施の形態２では２つのユニットコア２０２に対して同時にコイル６を巻回したが、２つに限られるものではなく、３個以上のユニットコア２０２に対してコイル６を同時に巻回する構成としてもよい。

１，２０１ 固定子、２，２０２ ユニットコア、３，３Ａ〜３Ｃ 磁極片、
４ 薄肉部、２１，２２１ ユニットコア端面、２２ 凸部、２３ 凹部、
３１ バックヨーク部、３２ ティース部、４１ 切欠き部、４２ 凹部、
４３ 面取り部、６ コイル、７ フレーム、４４ 突起。

Claims (7)

1. 周方向に延在するバックヨーク部と上記バックヨーク部から突出するティース部とを有する複数の磁極片と、隣接して配置される上記各磁極片の上記バックヨーク部外周側端部同士を連結する屈曲可能な薄肉部と、上記薄肉部の外周側に設けられた断面形状が略Ｖ字状である凹部と上記凹部の両縁部分に設けられ上記薄肉部の屈曲線に対して対称な傾斜を有する面取り部との２段構成にてなる切欠き部と、を備えたユニットコアの、上記薄肉部を屈曲して上記磁極片を環状に配置し形成される回転電機の固定子の製造方法であって、
   上記薄肉部を外周側に屈曲して、コイルを巻回する上記ティース部を隣接するティース部から遠ざかる方向に逆反り配置する逆反り工程と、
   上記逆反り配置された上記ティース部に対して上記コイルを巻回するコイル巻回工程と、
   上記コイル巻回後に上記薄肉部を内周側に屈曲して上記磁極片を環状に配置する環状配置工程と、
   上記環状に配置した磁極片を筒状のフレーム内に嵌挿する工程とを備え、
   上記逆反り工程において、上記コイルを巻回するティース部と隣接して配置されるティース部が、上記コイルを巻回するティース部のバックヨーク部との境界線であるティース延長線より外側となる位置まで逆反りする回転電機の固定子の製造方法。
2. 上記面取り部と上記屈曲線とのなす角度をαとし、
   上記逆反り工程において、上記コイルを巻回するティース部と隣接して配置されるティース部が、上記コイルを巻回するティース部のバックヨーク部との境界線であるティース延長線より外側となる逆反り角度β（β≦２×α）の位置まで逆反りする請求項１に記載の回転電機の固定子の製造方法。
3. 上記コイル巻回工程において、逆反り配置した状態の上記ユニットコアを複数個並べ、該複数個のユニットコアに対して同時に上記コイルを巻回する請求項１又は請求項２に記載の回転電機の固定子の製造方法。
4. 上記ユニットコアの一方の端面を形成する磁極片のバックヨーク部端面には周方向に突出する凸部が形成され、上記ユニットコアの他方の端面を形成する磁極片のバックヨーク部端面には上記凸部と嵌合する凹部が形成され、
   上記環状配置工程において、上記ユニットコアの凸部と凹部を嵌合させて環状に配置する請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の回転電機の固定子の製造方法。
5. 周方向に延在するバックヨーク部と上記バックヨーク部から突出するティース部とを有する複数の磁極片と、隣接して配置される上記各磁極片の上記バックヨーク部外周側端部同士を連結する屈曲可能な薄肉部と、上記薄肉部の外周側に設けられた断面形状が略Ｖ字状である凹部と上記凹部の両縁部分に設けられ上記薄肉部の屈曲線に対して対称な傾斜を有する面取り部との２段構成にてなる切欠き部と、を備えたユニットコアと、
   上記ティース部に巻回されるコイルと、
   上記薄肉部を屈曲して環状に配置された上記複数の磁極片が嵌挿される筒状のフレームと
   を備えた回転電機の固定子。
6. 上記ユニットコアの一方の端面を形成する磁極片のバックヨーク部端面には周方向に突出する凸部が形成され、上記ユニットコアの他方の端面を形成する磁極片のバックヨーク部端面には上記凸部と嵌合する凹部が形成されている請求項５に記載の回転電機の固定子。
7. 上記フレームの材質は強磁性体である請求項５または請求項６に記載の回転電機の固定子。

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