JP6647476B1 - 回転電機のウェッジ緩み検査装置、回転電機のウェッジ緩み検査システム、および、回転電機のウェッジ緩み検査方法 - Google Patents

Abstract

ウェッジ（１ｔ）を打撃する打診ハンマ（６１）を有するウェッジ打撃装置（６２）と、ウェッジ（１ｔ）の振動を検出するウェッジ振動検出装置（６３）とを有する検査部（６０）と、連結部材（５ａ，５ｂ）を介して検査部（６０）に接続され、段落ち部（１１ｔ）の外周面に吸着する吸着部（４ａ，４ｂ）とを備え、吸着部（４ａ，４ｂ）は、軸方向の内側に、吸着部（４ａ，４ｂ）の軸方向の取り付け位置を調整可能、又は、交換可能な（第一アタッチメント４２ａ、４２ｂ）を備える。

Description

本願は、回転電機のウェッジ緩み検査装置、回転電機のウェッジ緩み検査システム、および、回転電機のウェッジ緩み検査方法に関するものである。

回転電機は、回転子と固定子で構成され、回転子の回転によって発生した磁界の変化を固定子によって電気エネルギに変換する。固定子は、珪素鋼板を積層したコアのスロットにコイルが挿入され、このコイルを絶縁性部材によって加圧固定した構造になっている。コイルを加圧固定する方法としては、コイルの径方向外側に波状のリップルバネと板状部材であるウェッジを重ね、リップルバネを圧縮しながらウェッジで押さえ込むことによってコイルを固定している。

このような構造の回転電機においては、コイルを所定の力で加圧し、コアに固定状態に維持管理することが必要である。このようなコイルの固定構造を有する回転電機においては、定期的に上記ウェッジの固定状態を検査し、緩みがあれば加圧力を回復させるために、リップルバネ及びウェッジの保守、交換を行う必要がある。

回転電機のウェッジの状態は、回転子を引き抜いた状態で、点検員がハンマでウェッジを打撃し、その際に発生する音と振動によって、ウェッジが締まっている状態と緩んでいる状態を官能的に判断している。

一方で、回転電機の稼働率の向上の観点から、検査に要する停止期間の短縮を目的として回転子の引き抜き作業を省略するために、回転電機の回転子と固定子と間の隙間に挿入できる回転電機のウェッジ打撃装置及びこの装置を用いたウェッジ検査システム（特許文献１）が提案されている。

特許第６２５０２４１号公報

本願が対象とする回転電機のウェッジのうち、軸方向の端部ウェッジは、固定子鉄心の所謂「段落ち部」に位置している。当該部分の固定子鉄心の形状は、軸方向の外側に向かって、階段状に、次第に内径が外側に大きくなる階段状の形状である。

特許文献１に記載の回転電機のウェッジ打撃装置は、筐体の長さが固定子鉄心の段落ち部の各段の軸方向の長さに比べて短いため、打撃装置を固定子鉄心の段落ち部に固定できず、端部ウェッジの軸方向端部についての緩み検査が不可能であるという課題があった。

本願は、上記のような課題を解決するための技術を開示するものであり、回転電機の機種毎に異なる端部ウェッジの軸方向の長さ、或いは、端部ウェッジと段落ち部との相対位置関係の相違に関係無く、様々な回転電機に適用可能な回転電機のウェッジ緩み検査装置、回転電機のウェッジ緩み検査システム、および、回転電機のウェッジ緩み検査方法を提供することを目的とする。

本願に開示される回転電機のウェッジ緩み検査装置は、
固定子鉄心の軸方向の端部において、前記固定子鉄心の内径が、軸方向の外側に向かって段階的に大きくなる、階段状の形状をしている部分を段落ち部と定義するとき、
前記段落ち部のスロットに挿入された導体の内周面を、径方向外側に押圧して固定するウェッジの緩みを検査する回転電機のウェッジ緩み検査装置であって、
前記ウェッジを打撃する打診ハンマを有するウェッジ打撃装置と、打撃による前記ウェッジの振動を検出するウェッジ振動検出装置とを有する検査部と、
連結部材を介して前記検査部に接続され、前記段落ち部の内周面に吸着する吸着部とを備え、
前記吸着部は、前記軸方向の内側に、前記吸着部の前記軸方向の取り付け位置を調整可能な第一アタッチメントを備えるものである。

また、本願に開示される回転電機のウェッジ緩み検査椅子システムは、
前記ウェッジ緩み検査装置と、
打撃した前記ウェッジの振動波形の周波数特性を分析する周波数分析部と前記振動波形の分析結果の周波数特性を、予め設定された判定基準と比較評価し、判定結果を定量化する評価部とを有するものである。

また、本願に開示される回転電機のウェッジ緩み検査方法は、
前記回転電機のウェッジ緩み検査装置を用いる回転電機のウェッジ緩み検査方法であって、
前記回転電機から回転子を引き抜かずに、前記回転電機のウェッジ緩み検査装置を、前記回転電機の前記段落ち部と前記回転子との間に前記軸方向の外側から挿入し、
前記第一アタッチメントの前記軸方向の内側端面を、階段状の前記段落ち部の前記軸方向の外側端面に押し当てて、前記打診ハンマによって前記ウェッジを打撃する位置を位置決めするものである。

本願に開示される回転電機のウェッジ緩み検査装置によれば、
回転電機の機種毎に異なる端部ウェッジの軸方向Ｚの長さ、或いは、端部ウェッジと段落ち部との相対位置関係の相違に関係無く、様々な回転電機に適用可能である。

また、本願に開示される回転電機のウェッジ緩み検査システムによれば、
回転電機の機種毎に異なる端部ウェッジの軸方向Ｚの長さ、或いは、端部ウェッジと段落ち部との相対位置関係の相違に関係無く、様々な回転電機に適用可能である。

また、本願に開示される回転電機のウェッジ緩み検査方法によれば、
回転子を引き抜かずに固定子のコイルを固定するウェッジの緩みを検査できるので、短期間で点検作業を終了できる。

実施の形態１による回転電機のウェッジ緩み検査装置の斜視図である。 実施の形態１による検査対象である回転電機の固定子の軸方向の端部の内側を示す斜視図である。 実施の形態１による回転電機のウェッジ緩み検査装置を、回転電機の固定子鉄心の段落ち部に、軸方向の外側から挿入した状態を示す正面模式図である。 実施の形態１による回転電機のウェッジ緩み検査装置を、固定子鉄心の段落ち部に、軸方向の外側から挿入して固定した状態を、周方向から見た側面図である。 実施の形態１による端部ウェッジ緩み測定装置の吸着部の構成を示す斜視図である。 検査対象となる端部ウェッジのバリエーションを示す図である。 検査対象となる端部ウェッジのバリエーションを示す図である。 検査対象となる端部ウェッジのバリエーションを示す図である。 実施の形態１による回転電機の端部ウェッジの緩み判定システムの構成を示すブロック図である。

実施の形態１．
以下、実施の形態１による回転電機のウェッジ緩み検査装置、回転電機のウェッジ緩み検査システム、および、回転電機のウェッジ緩み検査方法を、図を用いて説明する。
図１は、回転電機のウェッジ緩み検査装置１００（以下、単に装置１００という）の斜視図である。
図２は、検査対象である回転電機の固定子１０の軸方向Ｚの端部の内側を示す斜視図である。
図２に示すように、固定子１０のコイルを構成する導体３は、ウェッジ１及び、ウェッジ１と導体３との間に挿入された図示しないリップルバネによって、それぞれの導体３の内周面を半径方向Ａの外側に押圧して固定されている。

実際には、１つのスロットに挿入された１本の導体３を固定するために、複数のウェッジ１が挿入されている。そして、１つのスロットに挿入された複数のウェッジ１の内、軸方向Ｚの両端に挿入されているウェッジ１を端部ウェッジ１ｔと称する。端部ウェッジ１ｔは、固定子鉄心１１の段落ち部１１ｔに、周方向Ｂの両端を挟まれて配置されている。段落ち部１１ｔとは、固定子鉄心１１の軸方向Ｚの端部において、固定子鉄心１１の内径が、軸方向Ｚの外側に向かって段階的に大きくなる、階段状の形状をしている部分である。

図１に示すように、装置１００は、回転電機の周方向Ｂに並置され、回転電機の固定子鉄心１１の段落ち部１１ｔの内周面に吸着する第一吸着部４ａ及び第二吸着部４ｂと、第一吸着部４ａと第二吸着部４ｂとの間に配置されて、端部ウェッジ１ｔの緩みを測定する機器を搭載する検査部６０と、第一吸着部４ａと検査部６０とを接続する第一連結部材５ａと、第二吸着部４ｂと検査部６０とを接続する第二連結部材５ｂとを備える。

検査部６０は、ねじ込み構造によって手動操作用のハンドル９を取り付け可能な構造とし、ハンドル９は、装置１００の移動時及び固定子鉄心１１の段落ち部１１ｔへの取り付け時の持ち手となる。検査部６０は、打診ハンマ６１を備えており、端部ウェッジ１ｔの軸方向Ｚの中央位置を打撃する。なお、図１では、検査部６０の打診ハンマ６１は、飛び出した状態を示している。

図３は、装置１００を、回転電機の固定子鉄心１１の段落ち部１１ｔに、軸方向Ｚの外側から挿入した状態を示す正面模式図である。
図４は、装置１００を、固定子鉄心１１の段落ち部１１ｔに、軸方向Ｚの外側から挿入した状態を周方向Ｂから見た側面図である。
装置１００を用いた検査では、回転電機の回転子２０を引き抜かずに端部ウェッジ１ｔの緩みを検査するため、装置１００は、固定子鉄心１１の段落ち部１１ｔと回転子２０との間に軸方向Ｚの外側から挿入される。

図５は、装置１００の第一吸着部４ａと第一連結部材５ａの構成を示す斜視図である。なお、第二吸着部４ｂ及び第二連結部材５ｂは、第一吸着部４ａ及び第一連結部材５ａと左右対称品であり、それぞれ同様の構成、機能を有する。第一吸着部４ａのうち、固定子鉄心１１の外周面を摺動する吸着面４１ａ（図５における上面）は、低摩擦係数を有する材料で構成される。第一吸着部４ａは、内部に永久磁石Ｐを備えることによって、固定子鉄心１１の固定子鉄心１１の段落ち部１１ｔに吸着して固定される。

吸着面４１ａを、低摩擦係数を有する材料で構成するによって、移動させるためのモータ、プーリ、ギア等の走行機構及び、これらに付随する制御機構を備えること無しに、ハンドル９を把持し、手動操作で滑らかに軸方向Ｚへの移動を可能とする。

なお、永久磁石Ｐは、電磁石に置き換えてもよく、その場合は、適時に電磁石の電源をオンオフすることで、第一吸着部４ａが、不用意に固定子鉄心１１の段落ち部１１ｔに吸着することを防止し、装置１００の固定子１０への取り付けを容易にできる。

第一吸着部４ａは、上述の段落ち部１１ｔに対する軸方向Ｚの吸着位置を、予め定められた長さの範囲で調整するために、軸方向Ｚの位置を調整可能なアタッチメント４２ａ（第一アタッチメント）を軸方向Ｚの内側端部に備える。アタッチメント４２ａは、第一吸着部４ａに調整部材４３ａによって取り付けられ、調整部材４３ａを回転させて軸方向Ｚの取り付け位置を微調整できる。さらに、異なる寸法を有するアタッチメント４２ａと交換も可能である。

第一吸着部４ａは、締結部材４４ａによって第一連結部材５ａと接続される。第一吸着部４ａと第一連結部材５ａとの間には、検査部６０の半径方向Ａの位置を予め定められた長さの範囲で調整するために、半径方向Ａの位置を調整可能なアタッチメント４５ａ（第二アタッチメント）を挿入及び取替え可能とする。

また、第一連結部材５ａには、締結部材４４ａの挿入用の複数の取り付け穴５ａｈ１、５ａｈ２、５ａｈ３を軸方向Ｚに並べて配置し、第一吸着部４ａの接続位置を軸方向Ｚに変更可能とする。第一連結部材５ａは、締結部材５１ａによって検査部６０と接続される。

上述のように、装置１００は、打診ハンマ６１を備えており、端部ウェッジ１ｔの軸方向Ｚの中央位置を打撃する。図４では、段落ち部１１ｔでは、４段階で固定子鉄心１１の内径が、軸方向Ｚの外側に向かって大きくなっている部分の、軸方向Ｚの中央位置となる。

図６〜図８は、装置１００の検査対象となる端部ウェッジ１ｔのバリエーションを示している。以下、図６〜図８を用いて、第一吸着部４ａを固定子鉄心１１の段落ち部１１ｔへ取り付ける方法を説明する。なお、第二吸着部４ｂの固定子鉄心１１の段落ち部１１ｔへの取り付け方法は、第一吸着部４ａと同じであるので説明を省略するが、第二吸着部４ｂの取り付けは、第一吸着部４ａの取り付けと同時進行する。

それぞれの図において、端部ウェッジ１ｔが挿入される位置が異なっているので、第一吸着部４ａが吸着している位置も異なっている。具体的には、図６と図７は、端部ウェッジ１ｔの軸方向Ｚの位置が異なる場合を比較したものであり、図８は、図６から端部ウェッジ１ｔの半径方向Ａの位置が変更された固定子を示している。

図６の例では、端部ウェッジ１ｔの軸方向Ｚの中央位置（打診ハンマ６１で打診する位置）は、段落ち部１１ｔの第３段目ｄ３の軸方向Ｚの中央位置となる。そのため、第一吸着部４ａは、段落ち部１１ｔの第４段目ｄ４に干渉しないように、３つの取り付け穴の内、軸方向Ｚの外側の２つの取り付け穴５ａｈ１、５ａｈ２を用いて第一連結部材５ａに取り付けられている。第一吸着部４ａは、軸方向Ｚの位置を調整するアタッチメント４２ａの軸方向Ｚの内側の端面を、段落ち部１１ｔの第４段目ｄ４の軸方向Ｚの外側端面に押し当てて位置決めされる。これにより、打診ハンマ６１によって端部ウェッジ１ｔを打撃する位置も位置決めできる。

図７の例では、端部ウェッジ１ｔの軸方向Ｚの中央位置は、段落ち部１１ｔの第３段目ｄ３と第４段目ｄ４との間となり、仮に、図６の状態と同様に段落ち部１１ｔの第３段に取り付けようとすると、第一吸着部４ａが、段落ち部１１ｔの第５段目ｄ５と干渉してしまう。そのため、第一吸着部４ａは、軸方向Ｚの内側の２つの取り付け穴５ａｈ２、５ａｈ３を用いて第一連結部材５ａに取り付けられている。第一吸着部４ａは、軸方向Ｚの位置を調整するアタッチメント４２ａの軸方向Ｚの内側の端面を、段落ち部１１ｔの第５段目ｄ５の軸方向Ｚの外側端面に押し当てて位置決めされる。これにより、打診ハンマ６１によって端部ウェッジ１ｔを打撃する位置も位置決めできる。軸方向Ｚの位置を調整するアタッチメント４２ａの軸方向の長さは、図６の物よりも若干長い。

このとき、第一吸着部４ａを第一連結部材５ａに、軸方向Ｚの内側の２つの取り付け穴５ａｈ２、５ａｈ３を用いて取り付けるのは、永久磁石Ｐと段落ち部１１ｔとの接触面積を増やし、吸着力を確保するためでもある。

図８の例では、図６の例と比較すると、端部ウェッジ１ｔの位置が回転電機の半径方向Ａの内側に存在し、そのままでは打診ハンマ６１が近接して干渉する。そこで、半径方向Ａの位置を調整するアタッチメント４５ａを厚みの大きいものに交換し、検査部６０を内側に逃がすように設定する。

このように、打診ハンマ６１が、検査対象の端部ウェッジ１ｔの軸方向Ｚの中央位置となるように第一吸着部４ａを吸着させる軸方向Ｚの位置を正確に位置決めするために、第一連結部材５ａに軸方向Ｚに設けた複数の取り付け穴５ａｈ１〜５ａｈ３の内の利用する取り付け穴と、アタッチメント４２ａ、アタッチメント４５ａの種類を決定する。

図９は、回転電機の端部ウェッジの緩み判定システムの構成を示すブロック図である。回転電機のウェッジ緩み検査装置１００は、検査部６０と、ウェッジ緩み分析判定部５０とから構成される。

検査部６０は、端部ウェッジ１ｔを打撃する打診ハンマ６１を有するウェッジ打撃装置６２と、その打撃による端部ウェッジ１ｔの振動を検出するウェッジ振動検出装置６３とを備える。

ウェッジ緩み分析判定部５０は、打撃した端部ウェッジ１ｔの振動波形の周波数特性を分析する周波数分析部５１と、振動波形の分析結果の各周波数特性を統合した後、予め設定された判定基準と比較評価し、判定結果を定量化する評価部５２とを含んでいる。

まず、検査部６０は、打診ハンマ６１によって端部ウェッジ１ｔに打撃を与え、ウェッジ振動検出装置６３で検出したウェッジ振動情報をウェッジ緩み分析判定部５０に送る。ウェッジ振動情報とは、ウェッジ振動検出装置６３で測定したウェッジ振動波形である。次に、周波数分析部５１は、ウェッジ振動情報を受け取り、ウェッジ振動波形の周波数成分を分析して、ウェッジ振動の周波数特性を得る。

評価部５２は、振動波形の周波数分析部５１によって得られたウェッジ振動の周波数特性から、予め設定された判定基準と、現れるピークの周波数とを比較評価し、端部ウェッジ１ｔの緩みの有無を判定する。

なお、端部ウェッジ１ｔの振動を検出、測定する装置は、接触式の振動センサ又は加速度センサ等、振動を検出できさえすれば良く、非接触の集音マイク又は変位センサ等でもよい。

実施の形態１による回転電機のウェッジ緩み検査装置は、
固定子鉄心の軸方向の端部において、前記固定子鉄心の内径が、軸方向の外側に向かって段階的に大きくなる、階段状の形状をしている部分を段落ち部と定義するとき、
前記段落ち部のスロットに挿入された導体の内周面を、径方向外側に押圧して固定するウェッジの緩みを検査する回転電機のウェッジ緩み検査装置であって、
前記ウェッジを打撃する打診ハンマを有するウェッジ打撃装置と、打撃による前記ウェッジの振動を検出するウェッジ振動検出装置とを有する検査部と、
連結部材を介して前記検査部に接続され、前記段落ち部の内周面に吸着する吸着部とを備え、
前記吸着部は、前記軸方向の内側に、前記吸着部の前記軸方向の取り付け位置を調整可能な第一アタッチメントを備える。
したがって、第一アタッチメントは、軸方向の位置を調整可能かつ、厚みの異なるものに交換可能なので、回転電機の機種毎に異なる端部ウェッジの軸方向Ｚの長さ、或いは、端部ウェッジと段落ち部との相対位置関係の相違に関係無く、様々な回転電機に適用可能である。

また、移動に必要なモータ、プーリ、ギア等の走行機構及び走行機構に付随する制御機構が不要となり、打撃位置の決定に必要な目視確認用カメラ、距離計等のセンサ類が不要となるため部品点数を少なく抑えることが可能であり、安価に精度の高いウェッジ緩み検査装置を提供できる。

また、実施の形態１による回転電機のウェッジ緩み検査装置は、
更に、前記吸着部と前記連結部材との間に、前記検査部の径方向の位置を調整可能な、第二アタッチメントを備える。
したがって、第一吸着部、第二吸着部は、検査部の半径方向Ａの位置を、予め定められた長さの範囲で調整できる。第一吸着部、第二吸着部が吸着する段落ち部の径方向の段差幅に合わせて、厚みの異なるアタッチメントを付け替えることで、回転電機の様々な機種に適用可能である。

また、実施の形態１による回転電機のウェッジ緩み検査装置の前記連結部材は、前記吸着部の接続位置を前記軸方向に変更可能とする、軸方向に配置された複数の取り付け穴を備える。
したがって、取り付け穴の選択によっても第一吸着部、第二吸着部の接続位置を軸方向Ｚに変更可能となり、第一吸着部、第二吸着部が、段差と干渉することを防止できる。

また、実施の形態１による回転電機のウェッジ緩み検査システムは、
上記いずれかの回転電機のウェッジ緩み検査装置と、
打撃した前記ウェッジの振動波形の周波数特性を分析する周波数分析部と、前記振動波形の分析結果の周波数特性を、予め設定された判定基準と比較評価し、判定結果を定量化する評価部とを有する。
したがって、回転電機の機種毎に異なる端部ウェッジのそれぞれの状態を適格に判定できる。

また、実施の形態１による回転電機のウェッジ緩み検査方法は、
上記のいずれかの回転電機のウェッジ緩み検査装置を用いる回転電機のウェッジ緩み検査方法であって、
前記回転電機から回転子を引き抜かずに、前記回転電機のウェッジ緩み検査装置を、前記回転電機の前記段落ち部と前記回転子との間に前記軸方向の外側から挿入し、
前記第一アタッチメントの前記軸方向の内側端面を、階段状の前記段落ち部の前記軸方向の外側端面に押し当てて、前記打診ハンマによって前記ウェッジを打撃する位置を位置決めする。
したがって、回転子を引き抜かずに固定子のコイルを固定するウェッジの緩みを検査できるので、短期間で点検作業を終了できる。

本願は、例示的な実施の形態が記載されているが、実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。

従って、例示されていない無数の変形例が、本願に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合が含まれるものとする。

１００ ウェッジ緩み検査装置、１ ウェッジ、１ｔ 端部ウェッジ、１０ 固定子、１１ 固定子鉄心、１１ｔ 段落ち部、２０ 回転子、３ 導体、４ａ 第一吸着部、４ｂ 第二吸着部、４１ａ 吸着面、４２ａ アタッチメント、４３ａ 調整部材、４４ａ 締結部材、４５ａ アタッチメント、５ａ 第一連結部材、５ｂ 第二連結部材、５ａｈ１，５ａｈ２，５ａｈ３ 取り付け穴、５０ ウェッジ緩み分析判定部、５１ 周波数分析部、５２ 評価部、５１ａ 締結部材、６０ 検査部、６１ 打診ハンマ、６２ ウェッジ打撃装置、６３ ウェッジ振動検出装置、９ ハンドル、Ａ 半径方向、Ｂ 周方向、Ｚ 軸方向、Ｐ 永久磁石。

Claims (5)

1. 固定子鉄心の軸方向の端部において、前記固定子鉄心の内径が、軸方向の外側に向かって段階的に大きくなる、階段状の形状をしている部分を段落ち部と定義するとき、
   前記段落ち部のスロットに挿入された導体の内周面を、径方向外側に押圧して固定するウェッジの緩みを検査する回転電機のウェッジ緩み検査装置であって、
   前記ウェッジを打撃する打診ハンマを有するウェッジ打撃装置と、打撃による前記ウェッジの振動を検出するウェッジ振動検出装置とを有する検査部と、
   連結部材を介して前記検査部に接続され、前記段落ち部の内周面に吸着する吸着部とを備え、
   前記吸着部は、前記軸方向の内側に、前記吸着部の前記軸方向の取り付け位置を調整可能な第一アタッチメントを備える回転電機のウェッジ緩み検査装置。
2. 前記吸着部と前記連結部材との間に、前記検査部の径方向の位置を調整可能な、第二アタッチメントを備える請求項１に記載の回転電機のウェッジ緩み検査装置。
3. 前記連結部材は、前記吸着部の接続位置を前記軸方向に変更可能とする、軸方向に配置された複数の取り付け穴を備える請求項１又は請求項２に記載の回転電機のウェッジ緩み検査装置。
4. 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ウェッジ緩み検査装置と、
   打撃した前記ウェッジの振動波形の周波数特性を分析する周波数分析部と、前記振動波形の分析結果の周波数特性を、予め設定された判定基準と比較評価し、判定結果を定量化する評価部とを有する回転電機のウェッジ緩み検査システム。
5. 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ウェッジ緩み検査装置を用いる回転電機のウェッジ緩み検査方法であって、
   前記回転電機から回転子を引き抜かずに、前記回転電機のウェッジ緩み検査装置を、前記回転電機の前記段落ち部と前記回転子との間に前記軸方向の外側から挿入し、
   前記第一アタッチメントの前記軸方向の内側端面を、階段状の前記段落ち部の前記軸方向の外側端面に押し当てて、前記打診ハンマによって前記ウェッジを打撃する位置を位置決めする回転電機のウェッジ緩み検査方法。

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