JP5962055B2 - 界磁極用磁石体 - Google Patents

Description

本発明は界磁極用磁石体に関するものである。

従来、１つの永久磁石を破断分割して形成した複数の磁石片の破断面どうしを向かい合わせて配置した界磁極用磁石体が特許文献１に開示されている。

特許文献１に開示された界磁極用磁石体は、例えばロータのスロットに挿入され、永久磁石型回転電機に用いられる。

特開２００９−３３９５８号公報

しかし、上記発明の磁石片の破断面には破断分割された際に破断エッジが発生する場合がある。破断エッジが発生した磁石片を、ロータのスロット、例えば鋼板を積層して構成された積層コアのスロットに挿入する場合には、磁石片の破断エッジがスロットの内壁、例えば積層コアを形成する鋼板の境界部分に引っ掛かり、磁石片を容易にスロットに挿入できない。

磁石片を容易にスロットに挿入するために、破断分割した磁石片の破断面どうしを接着剤で接着して磁石体を形成し、この磁石体をスロットに挿入することも可能である。

しかし、この場合、磁石片に接着剤を塗布する塗布処理、および接着剤を乾燥させる熱硬化処理が必要となり、これらの処理を行うための設備コストが高くなる、といった問題点がある。

本発明はこのような問題点を解決するために発明されたもので、界磁極用磁石体を低い設備コストで提供することを目的とする。

本発明のある態様に係る界磁極用磁石体は、永久磁石型回転電機のロータのスロットに挿入される界磁極用磁石体である。界磁極用磁石体は、永久磁石を破断分割した複数の磁石片を一列に配置した磁石体と、磁石体に巻かれ、複数の磁石片を縛って固定するワイヤと、ワイヤ端を固定する連結ホルダを備え、磁石体はワイヤによって連結ホルダに固定され、連結ホルダは、ワイヤを巻き付け可能な円筒状の突起部を備える。

この態様によると、磁石体にワイヤを巻いて、磁石片を縛ることで磁石体を低い設備コストで製造することができる。

第１実施形態のロータの斜視図であり、樹脂を充填した後のロータを示す図である。 第１実施形態のロータの斜視図であり、樹脂を充填する前のロータを示す図である。 界磁極用磁石体の斜視図である。 連結ホルダ付近の拡大図である。 ロータの一部を連結ホルダから見た正面図である。 界磁極用磁石体を製造する過程を説明する図である。 界磁極用磁石体を製造する過程を説明する図である。 界磁極用磁石体を製造する過程を説明する図である。 界磁極用磁石体を製造する過程を説明する図である。 界磁極用磁石体を製造する過程を説明する図である。 界磁極用磁石体を製造する過程を説明する図である。 界磁極用磁石体を固定する過程を説明する図である。 第２実施形態のロータの概略断面図である。 第２実施形態を用いない場合の問題点を説明するための図である。 本実施形態の変形例を示す図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の本実施形態について説明する。

図１、図２は第１実施形態の永久磁石埋込型回転電機のロータの斜視図である。図１は樹脂を充填した後のロータの斜視図であり、図２は樹脂を充填する前のロータの斜視図である。

ロータ１は、ロータコア２と、界磁極用磁石体３と、ロータコア２と一体となって回転する回転軸（図示せず）とを備える。

ロータコア２は、例えば円形のケイ素鋼板を軸方向に積層した積層コアである。ロータコア２は、回転軸が挿入される挿入孔４と、界磁極用磁石体の一部が挿入されるスロット５とを備える。ロータコア２は回転軸の軸芯を中心として回転する。

スロット５は、周方向に複数形成され、周方向に所定の間隔を設けて配置される。図１においてスロット５を破線で示す。スロット５は、磁石体６を保持する保持部５ａと、磁石体６の磁束短絡防止、および遠心力による応力の緩和のために周方向の両端に空隙部５ｂが形成されている。

界磁極用磁石体３について図３を用いて説明する。図３は界磁極用磁石体３の斜視図である。

界磁極用磁石体３は、磁石体６と、連結ホルダ７と、ワイヤ８とを備える。

磁石体６は、永久磁石を破断分割した複数の磁石片６ａを各破断面同士が向かい合うように一列に配置して構成される。磁石体６にはワイヤ８が巻かれ、複数の磁石片６ａはワイヤ８によって縛られて固定され、磁石片６ａは一体化する。

連結ホルダ７について図４、図５を用いて説明する。図４は連結ホルダ７付近の拡大図である。図４は説明のためワイヤ８を省略している。図５はロータ１の一部を連結ホルダ７側から見た正面図である。図５は説明のためワイヤ８の一部を省略している。

連結ホルダ７は、平板部１０と、突起部１１と、切欠部１２とを備える。連結ホルダ７は、ワイヤ８によって磁石体６とともに縛られる。これによって、磁石体６は連結ホルダ７に固定され、連結ホルダ７と磁石体６とは一体化する。

平板部１０は、磁石体６に当接する。平板部１０はスロット５よりも大きく、磁石体６をスロット５に挿入した場合に、平板部１０はロータコア２の端面に当接し、軸方向における磁石体６の位置を決定する。つまり、平板部１０は、軸方向におけるストッパーとして機能する。

突起部１１は、磁石体６と当接する面とは反対側に位置する平板部１０の面から軸方向に突出する。突起部１１は円筒状である。突起部１１にはワイヤ端が突起部１１の外周に沿って巻かれ、突起部１１はワイヤ端を固定する。また、ワイヤ８を磁石体６に巻く途中にワイヤ８が突起部１１を経由すると、突起部１１は磁石体６に巻いたワイヤ８を固定しつつ、ワイヤ８の巻き方向（進行方向）を変更する。

切欠部１２は、平板部１０の側面からスロット５側に向けて平板部１０の一部を切り欠くことで形成され、軸方向から見た場合に略Ｖ字状となる。切欠部１２にはワイヤ８がかけられ、磁石体６に巻かれるワイヤ８の位置を決定する。切欠部１２は、軸方向から見た場合に向かい合う２つの切欠部１２の中心線Ｌが重なるように形成される。この一対の切欠部１２のうち一方の切欠部１２にワイヤ８をかけて、磁石体６を一周し、もう一方の切欠部１２にワイヤ８をかけて、突起部１１にワイヤ８を巻くことで、磁石片６ａが縛られ、また磁石体６と連結ホルダ７とが縛られて一体化する。なお、本実施形態では三対の切欠部１２を設けているが、図５には一例として一対の切欠部１２の中心線Ｌのみを記載している。切欠部１２は、磁石体６とスロット５の内壁との距離が短くなる箇所、つまり保持部５ａに対応する箇所に形成される。これにより、切欠部１２にワイヤ８がかけられ、磁石体６がスロット５に挿入されると、ワイヤ８は保持部５ａと磁石体６との間に配置される。

切欠部１２および突起部１１は、一対の切欠部１２の中心線と、突起部１１からこの一対の切欠部１２へ延びるワイヤ８とが、軸方向から見た場合に略平行となり、重なるように形成される。これによって、詳しくは後述するが、ワイヤ８を磁石体６および連結ホルダ７に容易に巻き付けることができる。

ワイヤ８は、非導電材で構成される。また、ワイヤ８は非磁性材で構成される。ワイヤ８は、連結ホルダ７および磁石体６に巻かれて、磁石片６ａを縛り磁石片６ａを固定し、さらに磁石体６と連結ホルダ７とを縛って磁石体６と連結ホルダ７とを固定して一体化する。

界磁極用磁石体３は、詳しくは後述する金型を用いて充填される樹脂１５によってロータコア２に固定される。樹脂１５はスロット５に挿入される磁石体６およびワイヤ８とスロット５の内壁との間、および図１に示すようにロータコア２の端面に環状に設けられる。環状の樹脂１５からは、突起部１１の一部が突出している。つまり、界磁極用磁石体３は、環状の樹脂１５から突出する箇所を除いて樹脂１５によって覆われている。

次に界磁極用磁石体３の製造方法について説明する。

まず、永久磁石を分割破断した磁石片６ａを破断面同士が向かい合うように第１整列治具２０、および第２整列治具２１によって形成する受け部に挿入し、磁石体６を構成する。その後連結ホルダ７を受け部に挿入する（図６（Ａ））。第１整列治具２０は磁石体６の幅方向に一対設けられる。第２整列治具２１は磁石体６の厚さ方向に一対設けられる。なお、以下の界磁極用磁石体の製造方法の説明では、突起部１１、および切欠部１２に適宜符号ａ〜ｃを付して説明する。

第１整列治具２０および第２整列治具２１は、各整列治具２０、２１のみによって磁石体６および連結ホルダ７を保持することができる。第１整列治具２０は、磁石体６および連結ホルダ７を磁石体６の幅方向で保持する。第１整列治具２０は、幅方向に前進、または後退し、幅方向に延びる軸を中心に磁石体６および連結ホルダ７を保持したまま回転することができる。第２整列治具２１は、磁石体６および連結ホルダ７を磁石体６の厚さ方向で保持する。第２整列治具２１は、厚さ方向に前進、または後退し、厚さ方向に延びる軸を中心に磁石体６および連結ホルダ７を保持したまま回転することができる。

磁石片６ａおよび連結ホルダ７を第１整列治具２０および第２整列治具２１に挿入した後に、第１整列治具２０によって磁石体６および連結ホルダ７を保持し、第２整列治具２１を後退させる。その後ワイヤ８を突起部１１ａに巻き付けて、ワイヤ端を突起部１１ａに固定する（図６（Ｂ））。そして、ワイヤ８を切断することで１ターン目のワイヤ８を巻くための準備が整う（図６（Ｃ））。突起部１１ａに巻き付けた後に突起部１１ａから延びるワイヤ８は１ターン目でワイヤ８をかける一対の切欠部１２ａの中心線に重なっている。

次に第１整列治具２０によって保持した磁石体６および連結ホルダ７を、第１整列治具２０とともに回転させて、１ターン目のワイヤ８を磁石体６および連結ホルダ７に巻き付ける（図７（Ａ）〜（Ｄ））。突起部１１ａにワイヤ８を巻き付けた後に突起部１１ａから延びるワイヤ８は、１ターン目でワイヤ８をかける一対の切欠部１２ａの中心線に重なっているので、第１整列治具２０を回転させるだけで、ワイヤ８は切欠部１２ａにかかり、ワイヤ８は磁石体６に巻き付き、磁石片６ａを縛り、磁石体６と連結ホルダ７を縛ることができる。

次に２ターン目のワイヤ８を巻くためにワイヤ８を移動させる。

ここでは、ワイヤ端を固定した突起部１１ａにワイヤ８を反時計回りに２７０度巻いてワイヤ８を幅方向に沿って延ばす（図８（Ａ））。そして、もう一方の突起部１１ｂにワイヤ８を反時計回りに２７０度巻き付ける（図８（Ｂ））。これによって、２ターン目のワイヤ８を巻くための準備が整う。突起部１１ｂから延びるワイヤ８は２ターン目のワイヤ８をかける一対の切欠部１２ｂの中心線に重なっている。

次に磁石体６および連結ホルダ７を第１整列治具２０とともに回転させることで、２ターン目のワイヤ８を磁石体６および連結ホルダ７に巻き付け、磁石片６ａ、および磁石体６と連結ホルダ７とをさらに縛る（図９（Ａ）〜（Ｄ））。突起部１１ｂから延びるワイヤ８は２ターン目でワイヤ８を巻き付ける一対の切欠部１２ｂの中心線と重なっているので、第１整列治具２０を回転させるだけで、ワイヤ８は切欠部１２ｂにかかり、ワイヤ８は磁石体６に巻き付き、磁石片６ａを更に縛り、磁石体６と連結ホルダ７を更に縛ることができる。

次に３ターン目のワイヤ８を巻くために第２整列治具２１によって磁石体６および連結ホルダ７を保持し、ワイヤ８を移動させる。

ここでは、第２整列治具２１によって磁石体６および連結ホルダ７を保持し、第１整列治具２０を後退させる（図１０（Ａ））。そして、突起部１１ｂにワイヤ８を反時計回りに２７０度巻いてワイヤ８を幅方向に沿って延ばす（図１０（Ｂ））。これによって、３ターン目のワイヤ８を巻くための準備が整う。突起部１１ｂから延びるワイヤ８は３ターン目にワイヤ８をかける一対の切欠部１２ｃの中心線に重なっている。

次に磁石体６および連結ホルダ７を第２整列治具２１とともに回転させることで、３ターン目のワイヤ８を磁石体６および連結ホルダ７に巻き付け、磁石片６ａ、磁石体６および連結ホルダ７をさらに縛る（図１１（Ａ）〜（Ｄ））。これによって、１ターン目のワイヤ８、および２ターン目のワイヤ８と直交する３ターン目のワイヤ８が磁石体６および連結ホルダ７を巻き付けられる。突起部１１ｂから延びるワイヤ８は３ターン目にワイヤ８をかける一対の切欠部１２ｃの中心線と重なっているので、第２整列治具２１を回転させるだけで、ワイヤ８は切欠部１２ｃにかかり、ワイヤ８は磁石体６に巻き付き、磁石片６ａを更に縛り、磁石体６と連結ホルダ７を更に縛ることができる。

最後にワイヤ８を突起部１１ｂに巻き付けてワイヤ端を固定し、ワイヤ８を切断する。

このようにして、ワイヤ８によって磁石片６ａを縛り、および磁石体６と連結ホルダ７とを縛って一体化する。

次に、界磁極用磁石体３をスロット５に挿入して、樹脂１５によって界磁極用磁石体３をロータコア２に固定する方法について図１２を用いて説明する。図１２において、樹脂１５の流れを矢印で示す。

まず、ロータコア２を第１樹脂充填用金型３０にセットし、スロット５に界磁極用磁石体３を挿入する。磁石体６をワイヤ８によって縛っているので、界磁極用磁石体３がスロット５の内壁に摺接する場合であっても、ワイヤ８とスロット５の内壁とが摺接する。ワイヤ８は、磁石体６とスロット５の内壁との距離が短くなる箇所に設けられている。そのため、磁石片６ａに破断エッジがある場合でも、破断エッジがスロット５の内壁と接触することを抑制することができ、磁石体６をスロット５に容易に挿入することができる。界磁極用磁石体３は、平板部１０がロータコア２に当接すると、軸方向の位置が固定される。このとき、第１樹脂充填用金型３０と界磁極用磁石体３の先端部に位置するワイヤ８との間には、樹脂１５を界磁極用磁石体３とスロット５の内壁との間に十分に行き渡らせるための隙間が形成されている。

その後、界磁極用磁石体３の連結ホルダ７の上部から第２樹脂充填用金型３１をセットする。このとき、突起部１１をガイドピントして使用し、突起部１１を第２樹脂充填用金型３１のガイド穴に挿入する。これにより、界磁極用磁石体３の位置が固定される。第２樹脂充填用金型３１と平板部１０およびロータコア２との間には軸方向から見た場合に環状となる隙間が形成される。

第２樹脂充填用金型３１の樹脂流入口から樹脂１５が流入すると、切欠部１２から磁石体６とスロット５との間に樹脂１５が流入する。樹脂１５は、第１樹脂充填用金型３０に当たり、第１樹脂充填用金型３０と磁石体６、およびワイヤ８との間に設けた隙間に回りこんだ後に、第２樹脂充填用金型３１（連結ホルダ７）側に向けて上昇し、磁石体６とスロット５との間に樹脂１５が充填される。また、平板部１０およびロータコア２と第２樹脂充填用金型３１との間の環状の隙間にも樹脂１５が充填される。

このようにして、界磁極用磁石体３は樹脂１５によってロータコア２に固定される。

本発明の第１実施形態の効果について説明する。

ワイヤ８によって破断分割した磁石片６ａを縛ることで、界磁極用磁石体３をロータコア２のスロット５に挿入する場合に、磁石片６ａに破断エッジが発生している場合でも、破断エッジがスロット５の内壁に引っかかることを抑制し、界磁極用磁石体３の磁石体６をスロット５に容易に挿入することができる。

本実施形態を用いずに磁石片を接着剤で接着して磁石体を構成し、磁石体をスロットに挿入することも可能であるが、この場合には磁石片に接着剤を塗布し、各磁石片を接着し、接着剤を熱硬化させる必要があり、これらの処理を行うための設備コストが高くなる。

本実施形態では、磁石片６ａをワイヤ８で縛るだけでよく、界磁極用磁石体３を製造するための設備コストを低くすることができる。

連結ホルダ７にワイヤ端を固定し、連結ホルダ７と磁石体６とをワイヤ８によって一体化する。これにより、磁石片６ａ、および磁石体６と連結ホルダ７とをワイヤ８によって容易に縛り、一体化することができる。

連結ホルダ７に円筒状の突起部１１を設け、突起部１１にワイヤ８を巻くことで、ワイヤ端を固定することができる。突起部１１を円筒状とすることで、突起部１１に巻いたワイヤ８にかかるテンションが或る箇所に集中することを抑制し、ワイヤ８が切れることを抑制しつつ、磁石片６ａ、および磁石体６と連結ホルダ７とをワイヤ８によって縛ることができる。また、ワイヤ８を巻いている途中にワイヤ８が突起部１１を経由することで、ワイヤ８の進行方向を容易に変更することができる。

ワイヤ８の巻き位置を決める切欠部１２を備え、向かい合う一対の切欠部１２の中心線と突起部１１から一対の切欠部１２へ延びるワイヤ８とが、軸方向から見た場合に重なるように切欠部１２と突起部１１とを設ける。これにより、突起部１１にワイヤ８を巻いた後にワイヤ８を切欠部１２に容易に、かつ確実にかけることができ、磁石片６ａ、および磁石体６と連結ホルダ７とをワイヤ８によって容易に縛ることができる。

ワイヤ８はスロット５の保持部５ａと磁石体６との間に設けられる。これにより、磁石体６とスロット５との距離が短くなる箇所にはワイヤ８が配置されるので、破断エッジが発生した場合であっても破断エッジがスロット５の内壁に引っかかることを抑制し、界磁極用磁石体３の磁石体６をスロット５に容易に挿入することができる。

磁石体６をスロット５に挿入した場合に、連結ホルダ７がロータコア２に当接することで、軸方向における磁石体６の位置を決めることができる。

磁石体６にワイヤ８を巻くことで、スロット５の内壁と磁石体６との間に隙間を設けることができ、この隙間に樹脂１５を充填し、樹脂１５によって磁石体６をスロット５に固定する。これにより磁石体６を樹脂１５で覆うことができ、樹脂１５によって磁石体６が錆びることを抑制することができる。また、磁石体６に防錆処理を施す工程を省略しつつ、界磁極用磁石体３をロータコア２に固定することができる。

連結ホルダ７の平板部１０を環状の樹脂１５によって覆うことで切欠部１２、および突起部１１から切欠部１２へ延びるワイヤ８を樹脂１５によって覆うことができ、磁石体６およびワイヤ８に防錆処理を施す処理を省略しつつ、界磁極用磁石体３をロータコア２に固定することができる。

樹脂１５から突起部１１の一部を突出させることで、樹脂１５を流す際に突起部１１を第２樹脂充填用金型３１に対するガイドピントして用いることができる。これにより、樹脂１５を流入させた場合に界磁極用磁石体３の位置がずれることを抑制し、ずれによるワイヤ８の断線を抑制することができる。

ワイヤ８を非導電材で構成することで、回転電機を作動させる場合にワイヤ８で渦電流が発生することを防止することができ、回転電機の発熱を抑制することができる。

ロータコアの端面から磁気回路の一部となりうる部位が突出している場合には、突出した部位から磁束がステータ側や、ロータの周方向に漏れて回転電機のトルク特性を低下させるおそれがある。そのため、連結ホルダ７がロータコア２の端面よりも軸方向に突出する本実施形態においては、ワイヤ８を磁性材で構成すると回転電機のトルク特性を低下させるおそれがある。そこで、本実施形態ではワイヤ８を非磁性材で構成することで、回転電機のトルク特性の低下を抑制することができる。

次に本発明の第２実施形態について図１３を用いて説明する。図１３は第２実施形態のロータ１の概略断面図である。

第２実施形態の永久磁石埋込型回転電機のロータ１は、軸方向においてスロット５の両端から界磁極用磁石体３を挿入し、樹脂１５によってロータコア２に界磁極用磁石体３を固定する。つまり、１つのスロット５に対して逆方向に２つの界磁極用磁石体３を挿入し、樹脂１５によって２つの界磁極用磁石体３を固定する。各連結ホルダ７はロータコア２の端面と当接する。

第２実施形態の効果について説明する。

本実施形態を用いない場合には、ロータコアを構成する鋼板を挟持し、鋼板が剥がれることを防ぐためにロータコアの両端面に金属製のエンドプレートが設けられ、エンドプレートを回転軸に設けたストッパーによって締め付けている。

本実施形態では、エンドプレートなどを設けずに、界磁極用磁石体３と樹脂１５とによってロータコア２を挟持し、固定することができ、コストを削減することができる。また、樹脂１５による界磁極用磁石体３の固定と、ロータコア２の固定を一つの工程で行うことができ、生産性をよくすることができる。

また、本実施形態の連結ホルダ７を用いずに、樹脂４０のみで磁石体４１をロータコア４２に固定する場合には、図１４の矢印で示すロータコア４２の端面と樹脂４０との境界となる箇所に応力が集中し、樹脂４０が劣化するおそれがある。本実施形態では、剛性が高い連結ホルダ７の平板部１０がロータコア２の端面と当接する。剛性が高い連結ホルダ７がロータコア２に当接することで、応力が集中することを低減し、界磁極用磁石体が劣化することを抑制することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

上記実施形態においては連結ホルダ７を設け、連結ホルダ７と磁石体６とをワイヤ８によって縛っているが、連結ホルダ７を用いずに磁石体６のみをワイヤ８によって縛ってもよい。

上記実施形態では、図５に示すようにワイヤ８を磁石体６および連結ホルダ７に巻いているが、これに限られず、例えば図１５（Ａ）、（Ｂ）に示すように巻いてもよい。界磁極用磁石体３をスロット５に挿入する場合に、磁石片６ａの破断エッジがスロット５の内壁に引っかからず、磁石体６を容易にスロット５に挿入できればよい。

１ ロータ
２ ロータコア
３ 界磁極用磁石体
６ 磁石体
６ａ 磁石片
７ 連結ホルダ
８ ワイヤ
１１ 突起部
１２ 切欠部

Claims (10)

1. 永久磁石型回転電機のロータのスロットに挿入される界磁極用磁石体であって、
   永久磁石を破断分割した複数の磁石片を一列に配置した磁石体と、
   前記磁石体に巻かれ、前記複数の磁石片を縛って固定するワイヤと、
   ワイヤ端を固定する連結ホルダを備え、
   前記磁石体は前記ワイヤによって前記連結ホルダに固定され、
   前記連結ホルダは、前記ワイヤを巻き付け可能な円筒状の突起部を備えることを特徴とする界磁極用磁石体。
2. 前記連結ホルダは、前記ワイヤの巻き位置を決める切欠部を備え、
   向かい合う一対の前記切欠部の中心線と、前記突起部から前記一対の切欠部へ延びるワイヤとが、前記ロータの軸方向から見た場合に重なることを特徴とする請求項１に記載の界磁極用磁石体。
3. 前記ワイヤは、前記磁石体を保持する前記スロットの保持部と前記磁石体との間に配置されることを特徴とする請求項１または２に記載の界磁極用磁石体。
4. 前記スロットに前記磁石体を挿入した場合に、前記連結ホルダは、前記ロータに当接することを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の界磁極用磁石体。
5. 前記スロットに挿入された前記磁石体および前記ワイヤは樹脂によって覆われていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載の界磁極用磁石体。
6. 前記連結ホルダは、前記樹脂によって覆われていることを特徴とする請求項５に記載の界磁極用磁石体。
7. 前記突起部の一部は、前記樹脂から突出することを特徴とする請求項６に記載の界磁極用磁石体。
8. 前記ロータは、鋼板を積層して構成する積層コアであり、
   前記磁石体は、軸方向の両側から前記スロットに挿入され、
   前記樹脂は、前記スロットに挿入された前記磁石体を前記ロータに固定し、かつ前記鋼板を積層方向に固定することを特徴とする請求項５から７のいずれか一つに記載の界磁極用磁石体。
9. 前記ワイヤは、非導電材で構成されることを特徴とする請求項１から８のいずれか一つに記載の界磁極用磁石体。
10. 前記ワイヤは、非磁性材であることを特徴とする請求項１から９のいずれか一つに記載の界磁極用磁石体。

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