JP6264203B2 - Rotating electrical machine rotor - Google Patents
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Description
本発明は、例えば車両などに搭載されて電動機や発電機として用いられる回転電機の回転子に関する。 The present invention relates to a rotor of a rotating electrical machine that is mounted on, for example, a vehicle and used as an electric motor or a generator.
従来、車両などに搭載されて使用される回転電機の1種として、導体の両端を総て短絡したかご形構造の回転子を利用した電動機(モータ)が知られている。そして、特許文献1には、シャフトと、軸方向に積層された複数の鋼板からなり、シャフトの外周面に嵌合される嵌合孔、及び軸方向に貫通し周方向に配列された複数のスロットを有する回転子コアと、回転子コアの軸方向両側に配置された一対のエンドリング、及びスロットを介して一対のエンドリングを連結する複数の連結バーを有し、鋳造により一体に形成された鋳造導体と、を備えた回転子が開示されている。 2. Description of the Related Art Conventionally, an electric motor (motor) that uses a cage-shaped rotor in which both ends of a conductor are all short-circuited is known as one type of rotating electrical machine that is mounted and used in a vehicle or the like. And in patent document 1, it consists of a some steel plate laminated | stacked on the shaft and the axial direction, the fitting hole fitted to the outer peripheral surface of a shaft, and the some penetrated to the axial direction and arranged in the circumferential direction. A rotor core having a slot, a pair of end rings arranged on both sides in the axial direction of the rotor core, and a plurality of connecting bars for connecting the pair of end rings through the slot, are integrally formed by casting. And a rotor with a cast conductor.
この回転子のシャフトと回転子コアは、通常、圧入や焼きばめ、キー嵌合などの手法により組み付けられる。なお、圧入を採用する場合には、シャフトの外周面にローレット加工を施しておくことにより、圧入荷重を低減化することができる。 The rotor shaft and the rotor core are usually assembled by techniques such as press fitting, shrink fitting, and key fitting. When press-fitting is employed, the press-fitting load can be reduced by knurling the outer peripheral surface of the shaft.
ところで、上記の回転子において、シャフトと回転子コアを圧入や焼きばめにより組み付ける場合には、組み付け後の固定力を安定化させるために、所定の締め代をもって嵌合される。そのため、回転子コアに圧縮応力が掛かることによって、電磁気特性の悪化を招いているという問題があった。 By the way, in the above rotor, when the shaft and the rotor core are assembled by press-fitting or shrink fitting, they are fitted with a predetermined tightening allowance in order to stabilize the fixing force after the assembly. For this reason, there has been a problem in that electromagnetic characteristics are deteriorated by applying compressive stress to the rotor core.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、シャフトと回転子コアを嵌合して組み付ける際のシャフト挿入荷重を低減することができ、回転子コアに圧縮応力を与えることなく、十分な固定力を得られるようにした回転電機の回転子を提供することを解決すべき課題とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and can reduce the shaft insertion load when fitting and assembling the shaft and the rotor core, sufficiently without applying compressive stress to the rotor core. It is an object to be solved to provide a rotor of a rotating electrical machine that can obtain a sufficient fixing force.
上記課題を解決するためになされた本発明は、
シャフト(10)と、
軸方向に積層された複数の鋼板(21)からなり、前記シャフトの外周面に嵌合される嵌合孔(22)、及び軸方向に貫通し周方向に配列された複数のスロット(23)を有する回転子コア(20)と、
前記回転子コアの軸方向両側に配置された一対のエンドリング(31)、及び前記スロットを介して一対の前記エンドリングを連結する複数の連結バー(32)を有し、鋳造により一体に形成された鋳造導体(30)と、を備えた回転電機の回転子において、
前記回転子コアは、前記複数の前記鋼板のうちの一部の前記鋼板により形成され、前記スロットから径方向内方に延び前記回転子コアの内周面に開口する溶湯導入通路(24)を有し、
前記鋳造導体は、前記回転子コアと前記シャフトの間に形成された隙間に、鋳造時の溶湯の一部が前記溶湯導入通路を通って充填されることにより形成された充填部(33)を有することを特徴とする。
The present invention made to solve the above problems
A shaft (10);
A plurality of steel plates (21) laminated in the axial direction, a fitting hole (22) fitted to the outer peripheral surface of the shaft, and a plurality of slots (23) penetrating in the axial direction and arranged in the circumferential direction A rotor core (20) having:
A pair of end rings (31) arranged on both sides in the axial direction of the rotor core and a plurality of connecting bars (32) for connecting the pair of end rings via the slots are formed integrally by casting. A rotor of a rotating electrical machine comprising a cast conductor (30),
The rotor core is formed of a part of the steel plates of the plurality of steel plates, and has a molten metal introduction passage (24) extending radially inward from the slot and opening to an inner peripheral surface of the rotor core. Have
The casting conductor has a filling portion (33) formed by filling a gap formed between the rotor core and the shaft through a portion of the molten metal during casting through the molten metal introduction passage. It is characterized by having.
本発明の回転電機の回転子によれば、鋳造導体は、回転子コアとシャフトの間に形成された隙間に、鋳造時の溶湯の一部が充填されることにより形成された充填部を有する。そのため、鋳造導体を鋳造により形成する際に、回転子コアとシャフトを固定する充填部を同時に形成することができるので、鋳造工程前においてシャフトと回転子コアを嵌合して組み付ける際のシャフト挿入荷重を低減もしくは0にすることができる。これにより、回転子コアに圧縮応力を与えることなく、十分な固定力を発揮できる構造となるため、電磁気特性の悪化を防止することができる。また、回転子コアとシャフトの間に形成された隙間に、鋳造導体の一部である充填部が充填されているので、回転子コアとシャフトとの熱伝導性が改善し、回転子の放熱性を向上させることができる。 According to the rotor of the rotating electrical machine of the present invention, the cast conductor has a filling portion formed by filling a gap formed between the rotor core and the shaft with a part of the molten metal at the time of casting. . Therefore, when the cast conductor is formed by casting, the filling portion for fixing the rotor core and the shaft can be formed at the same time, so that the shaft is inserted when the shaft and the rotor core are fitted and assembled before the casting process. The load can be reduced or zero. Thereby, since it becomes a structure which can exhibit sufficient fixing force, without giving a compressive stress to a rotor core, the deterioration of an electromagnetic characteristic can be prevented. In addition, since the gap formed between the rotor core and the shaft is filled with a filling portion which is a part of the cast conductor, the thermal conductivity between the rotor core and the shaft is improved, and the heat radiation of the rotor is improved. Can be improved.
なお、この欄及び特許請求の範囲で記載された各部材や部位の後の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的な部材や部位との対応関係を示すものであり、特許請求の範囲に記載された各請求項の構成に何ら影響を及ぼすものではない。 In addition, the code | symbol in the parenthesis after each member and site | part described in this column and the claim shows the correspondence with the specific member and site | part described in embodiment mentioned later, and is a patent. It does not affect the configuration of each claim described in the claims.
以下、本発明に係る回転電機の回転子の実施形態について図面を参照して具体的に説明する。 Hereinafter, embodiments of a rotor of a rotating electrical machine according to the present invention will be specifically described with reference to the drawings.
〔実施形態1〕
実施形態1に係る回転電機の回転子1について図1〜図3を参照して説明する。実施形態1の回転子1は、例えば車両用のかご形三相電動機として使用される回転電機(図示せず)に搭載されるかご形回転子である。この回転子1は、図1に示すように、シャフト10と、複数の鋼板21を軸方向に積層してなりシャフト10の外周面に嵌合固定された回転子コア20と、一対のエンドリング31と複数の連結バー32と充填部33とを有し、鋳造(アルミダイカスト)により一体に形成された鋳造導体30と、を備えている。
Embodiment 1
A rotor 1 of a rotating electrical machine according to a first embodiment will be described with reference to FIGS. The rotor 1 according to the first embodiment is a squirrel-cage rotor mounted on a rotating electrical machine (not shown) used as, for example, a squirrel-cage three-phase motor for a vehicle. As shown in FIG. 1, the rotor 1 includes a
シャフト10は、鉄系金属により中実円柱状に形成されており、軸方向両端部を除く中央部は一定の径に形成されている。シャフト10の外周面の回転子コア20が嵌着される部位には、ローレット加工が施されることにより凹凸状の係合部11が設けられている。即ち、シャフト10の外周面には、軸方向に延びる複数の凸条部11aと凹溝11bが周方向に交互に形成された係合部11が設けられている。
The
回転子コア20は、打ち抜き加工で所定のリング形状に形成された複数の鋼板21を軸方向に積層して形成されている。この回転子コア20の中央部には、軸方向に貫通しシャフト10の外周面に嵌合される嵌合孔22を有する。嵌合孔22の直径は、シャフト10のローレット加工部(係合部11)の直径よりも所定寸法大きくされている。これにより、回転子コア20とシャフト10の凸条部11aとの間には、所定寸法の隙間が形成されている。
The
回転子コア20の外周側端部には、軸方向に貫通し周方向に円環状に配列された複数(本実施形態では40個)のスロット23が設けられている。また、回転子コア20の軸方向の3箇所には、図1及び図2に示すように、スロット23から径方向内方に延び回転子コア20の内周面(嵌合孔22)に開口する溶湯導入通路24が設けられている。この溶湯導入通路24は、回転子コア20の軸方向の3箇所において、周方向に90°間隔で4本ずつ設けられている。即ち、溶湯導入通路24は、40個のうちの4個のスロット23に設けられている。この溶湯導入通路24は、積層された複数の鋼板21のうち、溶湯導入通路24を設けるべき所に位置する1〜3枚程度の鋼板21に対して、打ち抜き加工時で嵌合孔22やスロット23を形成する際に同時に形成されている。
A plurality of (in the present embodiment, 40)
鋳造導体30は、回転子コア20の軸方向両側に配置された一対のリング状のエンドリング31と、スロット23を介して一対のエンドリング31を軸方向に連結する複数(本実施形態では40本)の連結バー32と、回転子コア20とシャフト10の間の隙間に、鋳造時のアルミ溶湯の一部が充填されることにより形成された充填部33とを有する。なお、本実施形態では、電気抵抗が小さい純アルミニウムの溶湯が採用されている。
The
この鋳造導体30は、下記のようにセット工程及び鋳造工程を行うことにより、シャフト10及び回転子コア20と一体に形成されている。先ず、セット工程では、鋳造導体30を形成する鋳型(図示せず)のキャビティ内の所定位置に、シャフト10の外周面に回転子コア20を嵌合して組み付けた状態でセットする。その後、鋳型の型締めをして、次の鋳造工程を開始する。
The
鋳造工程では、鋳型の軸方向一方側にあるエンドリング31を形成するキャビティにアルミ溶湯を所定圧力で注入する。注入されたアルミ溶湯は、エンドリング31のキャビティから各スロット23内に流入して軸方向に流動し、鋳型の軸方向他方側にあるエンドリング31を形成するキャビティ内に流入して充満した状態となる。
In the casting process, molten aluminum is injected at a predetermined pressure into a cavity that forms the
このとき、溶湯導入通路24が設けられている4個のスロット23に流入したアルミ溶湯は、溶湯導入通路24を通って径方向内方に流動し、回転子コア20とシャフト10の間に形成された隙間に流入して充満した状態となる。これにより、回転子コア20とシャフト10との間の隙間に流入して充填されたアルミ溶湯により充填部33が形成される。その後、所定時間経過してアルミ溶湯が凝固した後、鋳型の型開きをして鋳物(製品)を取り出し、シャフト10と回転子コア20と鋳造導体30が一体となった実施形態1の回転子1が得られる。
At this time, the molten aluminum flowing into the four
以上のように構成された実施形態1の回転子1によれば、鋳造導体30は、回転子コア20とシャフト10の間に形成された隙間に、鋳造時の溶湯の一部が充填されることにより形成された充填部33を有する。そのため、鋳造導体30を鋳造により形成する際に、回転子コア20とシャフト10を固定する充填部33を同時に形成することができるので、鋳造工程前においてシャフト10と回転子コア20を嵌合して組み付ける際のシャフト挿入荷重を低減もしくは0にすることができる。これにより、回転子コア20に圧縮応力を与えることなく、十分な固定力を発揮できる構造となるため、電磁気特性の悪化を防止することができる。また、回転子コア20とシャフト10の間に形成された隙間に、鋳造導体30の一部である充填部33が充填されているので、回転子コア20とシャフト10との熱伝導性が改善し、回転子1の放熱性を向上させることができる。
According to the rotor 1 of the first embodiment configured as described above, in the casting
また、実施形態1では、シャフト10の外周面にローレット加工を施すことにより形成された係合部11が設けられているので、シャフト10と回転子コア20の回転方向の相対変位をより確実に規制することができる。これにより、シャフト10と回転子コア20を嵌合して組み付ける際のシャフト挿入荷重をより有利に低減することが可能となる。
Further, in the first embodiment, since the engaging
さらに、シャフト10に設けられた係合部11は、周方向に交互に配置された複数の凸条部11a及び凹溝11bにより構成されているので、シャフト10と回転子コア20の回転方向の固定力をより強固にすることができる。
Furthermore, since the engaging
また、実施形態1では、回転子コア20は、スロット23から径方向内方に延び回転子コア20の内周面(嵌合孔22)に開口する溶湯導入通路24を有する。これにより、溶湯導入通路24を最小限の大きさに形成することができることから、回転子コア20の鉄の量を最大限保つことができるので、電磁気特性の悪化を防止することができる。
In the first embodiment, the
また、実施形態1では、鋳造導体30の材質は、電気抵抗が小さい純アルミニウムであるため、回転子1の良好な性能を確保することができる。
In Embodiment 1, since the material of the
〔実施形態2〕
実施形態2に係る回転電機の回転子2について図4〜図6を参照して説明する。実施形態1の回転子1では、シャフト10にのみ係合部11が設けられていたのに対して、実施形態2の回転子2は、シャフト10と回転子コア20の両方にギア・スプラインタイプの係合部11、25が設けられている点で異なる。よって、実施形態1と共通する部材や構成についての詳しい説明は省略し、以下、異なる点及び重要な点を説明する。なお、実施形態1と共通する部材については同じ符号を用いる。
[Embodiment 2]
A
実施形態2のシャフト10は、鉄系金属により中実円柱状に形成されており、軸方向両端部を除く中央部は一定の径に形成されている。シャフト10の外周面の回転子コア20が嵌着される部位には、軸方向に延びる複数の凸条部11aと凹溝11bが周方向に交互に形成されてなるギア・スプラインタイプの係合部11が設けられている。
The
一方、シャフト10の外周面に嵌着された回転子コア20の内周面には、シャフト10の外周面に設けられた係合部11と対応するギア・スプラインタイプの係合部25が設けられている。即ち、回転子コア20に設けられた係合部25は、軸方向に延びる複数の凸条部25aと凹溝25bが周方向に交互に形成されてなるものである。そして、回転子コア20の凸条部25aがシャフト10の凹溝11bと所定距離を隔てて対向するとともに、回転子コア20の凹溝25bがシャフト10の凸条部11aと所定距離を隔てて対向した状態にされている。これにより、回転子コア20の係合部25とシャフト10の係合部11との間には、所定の隙間が形成されている。
On the other hand, a gear / spline
そして、実施形態2の鋳造導体30も、回転子コア20の係合部25とシャフト10の係合部11との間に形成された隙間に、鋳造時のアルミ溶湯の一部が溶湯導入通路24(図4及び図5参照)を介して充填されることにより形成された充填部33を有することは実施形態1と同様である。
In the
以上のように構成された実施形態2の回転子2によれば、鋳造導体30は、回転子コア20とシャフト10の間に形成された隙間に、鋳造時のアルミ溶湯の一部が充填されることにより形成された充填部33を有する。そのため、シャフト10と回転子コア20を嵌合して組み付ける際のシャフト挿入荷重を低減もしくは0にすることができる等、実施形態1と同様の作用及び効果を奏する。
According to the
特に、実施形態2では、シャフト10と回転子コア20の両方にギア・スプラインタイプの係合部11、25が設けられているので、実施形態1の場合と比べて、シャフト10と回転子コア20の回転方向の固定力をより強固にすることができる。
In particular, in the second embodiment, since both the
〔実施形態3〕
実施形態3に係る回転電機の回転子3について図7〜図9を参照して説明する。実施形態3の回転子3は、実施形態2と同様に、シャフト10と回転子コア20の両方に係合部11,25が設けられている点で、実施形態1と異なる。よって、実施形態1,2と共通する部材や構成についての詳しい説明は省略し、以下、異なる点及び重要な点を説明する。なお、実施形態1と共通する部材については同じ符号を用いる。
[Embodiment 3]
A
実施形態3のシャフト10は、鉄系金属により中実円柱状に形成されており、軸方向両端部を除く中央部は一定の径に形成されている。そして、シャフト10の外周面の回転子コア20が嵌着される部位には、実施形態1と同様に、ローレット加工が施されることにより形成された凹凸状の係合部11が設けられている。即ち、シャフト10の外周面には、実施形態1と同様に、軸方向に延びる複数の凸条部11aと凹溝11bが周方向に交互に形成された係合部11が設けられている。
The
一方、シャフト10の外周面に嵌着された回転子コア20の内周面には、実施形態2と同様のギア・スプラインタイプの係合部25が設けられている。即ち、回転子コア20の内周面には、軸方向に延びる複数の凸条部25aと凹溝25bが周方向に交互に形成された係合部25が設けられている。これにより、実施形態3の場合にも、回転子コア20の内周面の係合部25とシャフト10の外周面の係合部11との間に、所定の隙間が形成されている。
On the other hand, on the inner peripheral surface of the
そして、実施形態3の鋳造導体30も、回転子コア20の係合部25とシャフト10の係合部11との間に形成された隙間に、鋳造時の溶湯の一部が溶湯導入通路24(図7及び図8参照)を介して充填されることにより形成された充填部33を有することは実施形態1,2と同様である。
In the casting
以上のように構成された実施形態3の回転子3によれば、鋳造導体30は、回転子コア20とシャフト10の間に形成された隙間に、鋳造時のアルミ溶湯の一部が充填されることにより形成された充填部33を有する。そのため、シャフト10と回転子コア20を嵌合して組み付ける際のシャフト挿入荷重を低減もしくは0にすることができる等、実施形態1,2と同様の作用及び効果を奏する。
According to the
また、実施形態3の場合にも、シャフト10と回転子コア20の両方に係合部11、25が設けられているので、実施形態1の場合と比べて、シャフト10と回転子コア20の回転方向の固定力をより強固にすることができる。
Also, in the case of the third embodiment, since the engaging
〔実施形態4〕
実施形態4に係る回転電機の回転子4について図10〜図12を参照して説明する。実施形態1の回転子1では、シャフト10にのみ係合部11が設けられていたのに対して、実施形態4の回転子4は、回転子コア20にのみ係合部25が設けられている点で実施形態1と異なる。よって、実施形態1と共通する部材や構成についての詳しい説明は省略し、以下、異なる点及び重要な点を説明する。なお、実施形態1と共通する部材については同じ符号を用いる。
[Embodiment 4]
A rotor 4 of a rotating electrical machine according to Embodiment 4 will be described with reference to FIGS. In the rotor 1 of the first embodiment, the engaging
実施形態4のシャフト10は、鉄系金属により中実円柱状に形成されており、軸方向両端部を除く中央部は一定の径に形成されている点で実施形態1と同じであるが、シャフト10の外周面の回転子コア20が嵌着される部位に、凹凸状の係合部11が設けられていない点で実施形態1と異なる。
The
一方、シャフト10の外周面に嵌着された回転子コア20の内周面には、実施形態2,3と同様のギア・スプラインタイプの係合部25が設けられている。即ち、回転子コア20の内周面には、軸方向に延びる複数の凸条部25aと凹溝25bが周方向に交互に形成された係合部25が設けられている。これにより、実施形態4の場合にも、回転子コア20の内周面の係合部25とシャフト10の外周面との間に、所定の隙間が形成されている。
On the other hand, on the inner peripheral surface of the
そして、実施形態4の鋳造導体30も、回転子コア20の係合部25とシャフト10の外周面との間に形成された隙間に、鋳造時のアルミ溶湯の一部が溶湯導入通路24(図10及び図11参照)を介して充填されることにより形成された充填部33を有することは実施形態1〜3と同様である。
The
以上のように構成された実施形態4の回転子4によれば、鋳造導体30は、回転子コア20とシャフト10の間に形成された隙間に、鋳造時のアルミ溶湯の一部が充填されることにより形成された充填部33を有する。そのため、シャフト10と回転子コア20を嵌合して組み付ける際のシャフト挿入荷重を低減もしくは0にすることができる等、実施形態1〜3と同様の作用及び効果を奏する。
According to the rotor 4 of the fourth embodiment configured as described above, in the
〔他の実施形態〕
本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更することが可能である。
[Other Embodiments]
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
例えば、上記の実施形態では、鋳造導体30の材質として、純アルミニウムが採用されていたが、純アルミニウムに代えて、純銅、或いはそれらを主成分とする合金を採用してもよい。なお、より良好な性能を確保するためには、電気抵抗が小さい純アルミニウムや純銅を採用するのが好ましい。
For example, in the above embodiment, pure aluminum is used as the material of the
また、上記の実施形態では、本発明に係る回転電機の回転子を車両用モータの回転子に適用した例を説明したが、車両に搭載されて電動機や発電機として使用される回転電機の回転子、あるいは両者を選択的に使用し得る回転電機の回転子にも、本発明を適用することができる。 Further, in the above embodiment, the example in which the rotor of the rotating electrical machine according to the present invention is applied to the rotor of the vehicle motor has been described. However, the rotation of the rotating electrical machine mounted on the vehicle and used as an electric motor or a generator is described. The present invention can also be applied to a rotor of a rotating electrical machine that can selectively use the rotor or both.
1〜4…回転子、 10…シャフト、 11…係合部、 11a…凸条部、 11b…凹溝、 20…回転子コア、 21…鋼板、 22…嵌合孔、 23…スロット、 24…溶湯導入通路、 25…係合部、 25a…凸条部、 25b…凹溝、 30…鋳造導体、 31…エンドリング、 32…連結バー、 33…充填部。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1-4 ... Rotor, 10 ... Shaft, 11 ... Engagement part, 11a ... Projection part, 11b ... Groove, 20 ... Rotor core, 21 ... Steel plate, 22 ... Fitting hole, 23 ... Slot, 24 ... Molten metal introduction passage, 25 ... engaging part, 25a ... convex strip part, 25b ... concave groove, 30 ... cast conductor, 31 ... end ring, 32 ... connecting bar, 33 ... filling part.
Claims (4)
軸方向に積層された複数の鋼板(21)からなり、前記シャフトの外周面に嵌合される嵌合孔(22)、及び軸方向に貫通し周方向に配列された複数のスロット(23)を有する回転子コア(20)と、
前記回転子コアの軸方向両側に配置された一対のエンドリング(31)、及び前記スロットを介して一対の前記エンドリングを連結する複数の連結バー(32)を有し、鋳造により一体に形成された鋳造導体(30)と、を備えた回転電機の回転子において、
前記回転子コアは、前記複数の前記鋼板のうちの一部の前記鋼板により形成され、前記スロットから径方向内方に延び前記回転子コアの内周面に開口する溶湯導入通路(24)を有し、
前記鋳造導体は、前記回転子コアと前記シャフトの間に形成された隙間に、鋳造時の溶湯の一部が前記溶湯導入通路を通って充填されることにより形成された充填部(33)を有することを特徴とする回転電機の回転子。 A shaft (10);
A plurality of steel plates (21) laminated in the axial direction, a fitting hole (22) fitted to the outer peripheral surface of the shaft, and a plurality of slots (23) penetrating in the axial direction and arranged in the circumferential direction A rotor core (20) having:
A pair of end rings (31) arranged on both sides in the axial direction of the rotor core and a plurality of connecting bars (32) for connecting the pair of end rings via the slots are formed integrally by casting. A rotor of a rotating electrical machine comprising a cast conductor (30),
The rotor core is formed of a part of the steel plates of the plurality of steel plates, and has a molten metal introduction passage (24) extending radially inward from the slot and opening to an inner peripheral surface of the rotor core. Have
The casting conductor has a filling portion (33) formed by filling a gap formed between the rotor core and the shaft through a portion of the molten metal during casting through the molten metal introduction passage. A rotor for a rotating electrical machine, comprising:
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