JP7055852B1 - ロータヨーク及び回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】打ち出し加工によりリラクタを形成する場合であっても、ロータヨークの回転位置の検出精度の低下を抑制できるロータヨーク及び回転電機を提供する。【解決手段】本発明のロータヨーク３は、ステータ１０の周囲を取り囲む周壁部２４を有し、ステータ１０に対して回転軸線Ｏ回りに回転可能に支持されているロータヨーク本体２０と、周壁部２４を内側面２４ａから周壁部２４の径方向外側に向かって突出されるとともに、周壁部２４の外側面２４ｂに周方向に間隔をあけて配置された複数のリラクタ２５と、を備え、リラクタ２５は、回転軸線方向から見て、径方向外側に向かうに従い先細りに形成されており、周壁部２４の径方向の厚さをＨ１とし、リラクタ２５の径方向の突出高さをＨ２としたとき、厚さＨ１及び高さＨ２は、Ｈ２／Ｈ１≧０．５を満足する。【選択図】図１

Description

本発明は、ロータヨーク及び回転電機に関する。

従来、周方向に間隔を置いて複数形成されたリラクタを有するロータヨーク（フライホイール）を備えた回転電機（磁石発電機）が知られている。ロータヨークは、ステータの周囲を取り囲む円筒部を有する。この円筒部の外周面にリラクタが形成されている一方、円筒部の内周面にマグネットが設けられている。
この種の回転電機におけるロータヨークの回転位置は、ロータヨークの径方向でリラクタと対向するパルス発生器（信号発電子）によって検出される。ロータヨークの回転により、リラクタがパルス発生器の前を横切ると、パルス発生器からパルス信号（信号電圧）が発生される。このパルス信号を利用してロータヨークの回転位置が検出される。

ここで、リラクタの幅を狭く、かつ突出高さを高くする程、ロータヨークの回転位置の検出精度を向上させることができる。リラクタの幅を狭くすることで、パルス波形の立ち上がりエッジと立ち下がりエッジとの間の幅を狭くできるし、リラクタの突出高さを高くすることで、このパルス発生器によるリラクタの検出精度を高めることができるからである。

特許第４２４６２０９号公報

ところで、リラクタの形成方法としては、鍛造加工や切削加工の他、打ち出し加工等が挙げられる。打ち出し加工は、ロータヨークの円筒部を内側から金型を用いて打ち出してリラクタを形成する方法である。打ち出し加工は、鍛造加工や切削加工と比較して、リラクタを形成する費用を低く抑えられるという利点がある。
しかしながら、打ち出し加工によりリラクタを形成する場合、ロータヨーク材料のファイバー切れ及び打ち出し加工に用いる金型の強度を確保するためには、鍛造加工や切削加工によりリラクタを形成する場合と比較してリラクタの幅を広くかつリラクタの突出高さを低くせざるを得なかった。このため、打ち出し加工によりリラクタを形成する場合には、ロータヨークの回転位置の検出精度が低下するという点で課題が残されていた。

そこで、本発明は、打ち出し加工によりリラクタを形成する場合であっても、ロータヨークの回転位置の検出精度の低下を抑制できるロータヨーク及び回転電機を提供する。

上記の課題を解決するために、本発明に係るロータヨークは、ステータの周囲を取り囲む周壁部を有し、前記ステータに対して回転軸線回りに回転可能に支持されているロータヨーク本体と、前記周壁部を内側面から前記周壁部の径方向外側に向かって突出されるとともに、前記周壁部の外側面に周方向に間隔をあけて配置された複数のリラクタと、前記周壁部の前記内側面に前記複数のリラクタが形成される位置に対応するように形成される複数のリラクタ凹部と、を備え、前記リラクタは、前記回転軸線方向から見て、前記径方向外側に向かうに従い先細りに形成されており、前記周壁部の前記径方向の厚さをＨ１とし、前記リラクタの前記径方向の突出高さをＨ２としたとき、厚さＨ１及び突出高さＨ２は、Ｈ２／Ｈ１≧０．５を満足するとともに、前記リラクタは、前記回転軸線方向から見て、前記径方向外側に向かうに従い先細るように形成された基端部と、前記回転軸線方向から見て、前記基端部の前記径方向外側の端部から前記径方向に沿って直線状に延びる長方形状に形成された長方形部と、を備え、前記リラクタ凹部は、前記回転軸線方向から見て、前記径方向外側に向かうに従い先細るように形成された基端凹部と、前記回転軸線方向から見て、前記基端凹部の前記径方向外側から前記径方向に沿って直線状に延びる長方形状に形成された長方形凹部と、を備えることを特徴する。

上記の課題を解決するために、本発明に係る回転電機は、上記のロータヨークと、前記回転軸線を中心軸線とする回転軸と、前記回転軸を挿入されるように環状に形成されるとともに、前記ロータヨークを外挿された前記ステータと、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、打ち出し加工によりリラクタを形成する場合であっても、ロータヨークの回転位置の検出精度の低下を抑制できる。

本発明の実施形態に係る回転電機の断面図。 本発明の実施形態に係るロータヨークの平面図。 本発明の実施形態に係るリラクタを拡大した平面図。 本発明の第１変形例に係るリラクタを拡大した平面図。 本発明の参考例に係るリラクタを拡大した平面図。

（回転電機）
次に、本発明の実施形態に係る回転電機１について、図１から図５を参照して説明をする。
図１は、回転電機１の断面図である。
図１に示すように、回転電機１は、例えば自動二輪車に用いられ、発電機の機能と、スタータモータの機能とが一体化されている。回転電機１は、回転軸２と、回転軸２を挿入されるように環状に形成されたステータ１０と、ステータ１０の周囲を覆うように設けられるとともに、回転軸２と同期回転する円筒状のロータヨーク３と、を備えている。

回転軸２は、エンジンに固定されたクランクシャフトである。
以下の説明では、回転軸２の中心軸線を、回転軸線Ｏと称し、回転軸２の軸方向を「回転軸線方向」と称し、回転軸２の周方向を単に「周方向」と称し、回転軸２の径方向を単に「径方向」と称して説明する場合がある。

ステータ１０は、不図示のエンジンブロックに固定されている。ステータ１０は、ロータヨーク３内に配置されたステータコア１１を有している。ステータコア１１は、例えば電磁鋼板等の板材を軸線方向に積層して形成されたものであって、略円環状のステータ本体１１ａを有している。

ステータ本体１１ａの径方向略中央には、ロータヨーク３及び回転軸２との干渉を回避するため、逃げ孔１１ｂが形成されている。また、ステータ本体１１ａには、ボルト挿通孔１１ｃが周方向に沿って複数箇所形成されている。これらボルト挿通孔１１ｃは、不図示のボルトが挿通されてステータ１０をエンジンブロックに締結固定するためのものである。

ステータ本体１１ａの外周部には、径方向外側に向かって突出する複数のティース１２が周方向に並んで設けられている。各ティース１２には、インシュレータ１３が装着されており、インシュレータ１３の上から電機子コイル１４が巻装されている。

（ロータヨーク）
図２は、ロータヨーク３の平面図である。
図１及び図２に示すように、ロータヨーク３は、フライホイールである。ロータヨーク３は、略円板状に形成されたベース部３０と、ベース部３０のステータ１０側（図１における左側）に固定されたロータヨーク本体２０と、を備えている。

ベース部３０の径方向略中央には、ステータ１０側に向かってボス部３１が突出形成されている。ボス部３１の径方向中央部には、貫通孔３２が形成されている。また、ベース部３０には、ボス部３１よりも径方向外側に、複数の挿通孔３４が形成されている。

貫通孔３２には、回転軸２が挿入されている。貫通孔３２の内周面には、キー溝３２ａが形成されている一方、回転軸２には、キー溝３２ａと係合する不図示のキーが設けられている。これにより、ベース部３０と回転軸２は、相対回転不能となる。さらに、回転軸２の先端にナット等を螺入することにより、回転軸２にベース部３０が固定される。

複数の挿通孔３４は、周方向に等間隔に配置されている。挿通孔３４は、ベース部３０を厚さ方向に貫通するように形成されている。挿通孔３４には、ロータヨーク本体２０とベース部３０とを固定するためのリベット３５が挿入される。

（ロータヨーク本体）
ロータヨーク本体２０は、磁性材からなる金属により有底筒状に形成されている。ロータヨーク本体２０は、ステータ１０に対して回転軸線Ｏ回りに回転可能に支持されている。ロータヨーク本体２０は、底壁部２１と、底壁部２１の外周縁からベース部３０とは反対側に軸方向に沿って屈曲延出された周壁部２４と、を有している。

底壁部２１には、径方向略中央に貫通孔２２が形成されている。貫通孔２２には、ベース部３０のボス部３１、及び回転軸２が挿入される。また、底壁部２１には、ベース部３０の挿通孔３４に対応する位置に、厚さ方向に貫通する挿通孔２３が形成されている。
挿通孔３４，２３にリベット３５を挿入し、リベット３５の先端を座屈変形させることにより、ロータヨーク本体２０とベース部３０とが一体化される。

周壁部２４は、ステータ１０の周囲を径方向外側から取り囲んでいる。周壁部２４には、内周面側に複数極に磁化された永久磁石４が周方向に磁極が順番に変わるように設けられている。永久磁石４としては、例えばフェライト磁石が使用されている。しかしながらこれに限られるものではなく、希土類磁石を用いることもできる。また、周壁部２４には、外周面側にリラクタ２５が突出形成されている。

（リラクタ）
リラクタ２５は、回転軸２（クランクシャフト）と一体となって回転するロータヨーク３の回転位置を検出することにより、エンジンの点火時期などを検出するためのものである。リラクタ２５は、後述のパルス発生器５と共に用いられる。リラクタ２５は、周壁部２４の外側面２４ｂに、周方向に等間隔で複数配置されている。

図３は、リラクタ２５を拡大した平面図である。
図３に示すように、リラクタ２５は、不図示の金型を用いて周壁部２４を内側面２４ａ側から径方向外側に向かって打ち出すことにより形成されている。リラクタ２５は、周壁部２４の内側面２４ａから径方向外側に向かって突出形成されている。リラクタ２５を形成することにより、内側面２４ａ側にリラクタ凹部２６が形成される。このリラクタ凹部２６とリラクタ２５の外側面との間の厚さがリラクタ２５の径方向の厚さとなる。

リラクタ２５は、回転軸線方向から見て、径方向外側に向かうに従い先細りに形成されている。リラクタ２５における周方向に対向する一対の側面２５ｃは、回転軸線方向から見て互いに接近する方向に向かって凸となるように湾曲している。
この場合、回転電機１は、リラクタ２５Ａが急激に立ち上がることをより確実に抑制できる。これにより、回転電機１は、ロータヨーク本体２０を形成する材料のファイバー切れが生じることをより確実に抑制できる。

ここで、周壁部２４の径方向の厚さをＨ１とし、リラクタ２５の径方向の突出高さをＨ２としたとき、厚さＨ１は、例えば３．２ｍｍであり、高さＨ２は、例えば１．６ｍｍ以上である。このため、厚さＨ１及び高さＨ２は、
Ｈ２／Ｈ１≧０．５ ・・・（１）
を満足している。

さらに、リラクタ２５の最小厚さをＨ３としたとき、厚さＨ１及び最小厚さＨ３は、
Ｈ３／Ｈ１≧０．５ ・・・（２）
を満足している。

また、リラクタ２５の基端部２５ａ（径方向で周壁部２４側の端部）の周方向の幅は、例えば４．０ｍｍである。リラクタ２５の先端部２５ｂ（径方向で周壁部２４とは反対側の端部）の周方向の幅は、例えば２．５ｍｍである。

図１に示すように、パルス発生器５は、ロータヨーク本体２０の周壁部２４の外周面に形成されたリラクタ２５に対向するように配置されている。そして、リラクタ２５のエッジ部（角部）がパルス発生器５を横切ることで、このパルス発生器５からパルス信号（正電圧パルスと負電圧パルス）を発生させ、これを不図示の制御部（ＣＤＩユニットなど）が受信する。これにより、エンジンの回転速度情報や回転軸２の回転角度情報、ロータヨーク３の回転位置等の各種情報を得ることができる。例えば、エンジンの点火時期は、リラクタ２５とパルス発生器５によって得られたエンジンの回転速度情報や回転軸２の回転角度情報に基づいて制御される。
より具体的には、パルス発生器５から発せられたパルス波形における立ち上がりのエッジと立ち下がりのエッジとの中間点をみることにより、上述した各種情報を取得している。検出精度を向上させるためには、リラクタ２５の周方向の幅をより狭くする必要がある。

（作用効果）
本実施形態のロータヨーク３において、リラクタ２５は、回転軸線方向から見て、径方向外側に向かうに従い先細りに形成されている。
この構成によれば、打ち出し加工によってリラクタ２５を形成し易くなる。一般的に、打ち出し加工によりリラクタ２５を形成する場合、鍛造加工や切削加工によってリラクタ２５を形成する場合と比較してリラクタ２５のエッジ部にバリ等が生じにくいことが知られている。このため、バリ取り等の追加工を施すことなくリラクタ２５を形成できる。追加工の必要がないので、従来用いられている材質でロータヨーク３を製造できる。

ところで、打ち出し加工によりリラクタ２５を形成する場合、リラクタ２５は周壁部２４から径方向外側に急激に立ち上がり、リラクタ２５の基端部２５ａにおいてロータヨーク本体２０を形成する材料のファイバー切れが生じやすくなることが知られている。
リラクタ２５は、径方向外側に向かうに従い先細りに形成されているため、リラクタ２５の基端部２５ａの形状が緩やかに立ち上がるようになっている。これにより、ロータヨーク３は、リラクタ２５が急激に立ち上がることを抑制できる。したがって、ロータヨーク３は、ロータヨーク本体２０を形成する材料のファイバー切れが生じることを抑制できる。
また、打ち出しに用いられる金型を径方向外側に向かうに従い先細りに形成できる。このため、回転軸線方向から見て、金型が長方形状に形成される場合と比較して、打ち出し時に損傷することを抑制できる。

また、リラクタ２５は、径方向外側に向かうに従い先細りに形成されているため、径方向外側に向かうに従い、周方向の幅が狭くなっている。パルス信号の立ち上がりから立ち下がりまでの幅を狭くできる。この結果、ロータヨーク３の回転位置の検出精度を高めることができる。

周壁部２４の径方向の厚さＨ１及びリラクタ２５の径方向の突出高さＨ２は、
Ｈ２／Ｈ１≧０．５ ・・・（３）
を満足している。
一般的に、リラクタ２５の突出高さＨ１が高いほど、ロータヨーク３の回転位置の検出精度が向上することが知られている。この構成によれば、ロータヨーク３は、打ち出し加工によりリラクタ２５を形成する場合であっても、リラクタ２５の突出高さＨ１を十分に確保できる。したがって、ロータヨーク３の回転位置の検出精度の低下を抑制できる。

本実施形態のロータヨーク３において、周壁部２４の厚さＨ１は、例えば３．２ｍｍであり、リラクタ２５の突出高さＨ２は、例えば１．６ｍｍ以上である。
この構成によれば、ロータヨーク３は、打ち出し加工によりリラクタ２５を形成する場合であっても、リラクタ２５の突出高さＨ１を十分に確保できる。したがって、ロータヨーク３の回転位置の検出精度の低下を抑制できる。

本実施形態のロータヨーク３では、リラクタ２５における周方向に対向する一対の側面２５ｃは、回転軸線方向から見て互いに接近する方向に向かって凸となるように湾曲している。
この構成によれば、リラクタ２５における一対の側面２５ｃは、湾曲しているので、局所的な応力がかかりにくく、リラクタの剛性を高めることができる。
また、一対の側面２５ｃは、回転電機１は、リラクタ２５が急激に立ち上がることを防止しつつ、リラクタ２５の先端のエッジを立てることができる。このため、パルス発生器５によるパルス波形を、立ち上がりのエッジと立ち下がりのエッジとがはっきりする矩形にすることができる。この結果、ロータヨーク３の回転位置の検出精度をより高めることができる。また、ロータヨーク本体２０を形成する材料のファイバー切れが生じることをより確実に抑制できる。

また、一般的に、打ち出し加工においてリラクタ２５を形成する場合、リラクタ２５の突出高さを高くしようとすると、周壁部２４の肉が引き延ばされて薄くなる傾向にある。これに対して、本実施形態のロータヨーク３では、径方向外側に向かうに従い先細りに形成されている。このため、周壁部２４の径方向の厚さＨ１及びリラクタ２５の最小厚さＨ３は、
Ｈ３／Ｈ１≧０．５ ・・・（４）
を満足している。
この構成によれば、ロータヨーク３は、リラクタ２５における最小厚さＨ３の箇所の強度を向上できる。これにより、ロータヨーク３は、リラクタ２５を打ち出し加工する際に、リラクタ２５が最小厚さＨ３の箇所でリラクタ２５が損傷することを抑制できる。

以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明はこれら実施形態に限定されることはない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が可能である。本発明は前述した説明によって限定されることはなく、添付の特許請求の範囲によってのみ限定される。

上述の実施形態では、リラクタ２５における一対の側面２５ｃは、回転軸線方向から見て互いに接近する方向に向かって凸となるように湾曲している。
場合について説明したが、これに限られない。
リラクタ２５における一対の側面２５ｃは、回転軸線方向から見て互いに離間する方向に向かって凸となるように湾曲していてもよい。
この他、リラクタ２５の形状は、径方向外側に向かうに従い先細りに形成されていれば種々変更可能である。以下、リラクタ２５の変形例について具体的に説明する。

［第１変形例］
図４は、第１変形例に係るリラクタ２５Ａを拡大した平面図である。
図４に示すように、リラクタ２５Ａは、周壁部２４の外側面２４ｂに設けられた台形部２５Ａ１と、台形部２５Ａ１の径方向外側の端部（先端）に設けられた長方形部２５Ａ２と、を備えてもよい。台形部２５Ａ１は、回転軸線方向から見て、径方向外側に向かうに従い先細る台形状に形成されている。長方形部２５Ａ２は、回転軸線方向から見て、台形部２５Ａ１の径方向外側の端部から径方向に沿って直線状に延びる長方形状に形成されている。リラクタ凹部２６Ａは、リラクタ２５Ａと同様に、径方向内側から台形部２６Ａ１と、長方形部２６Ａ２と、を備える形状に形成されている。

したがって、上述の第１変形例によれば、前述の実施形態と同様の効果を奏する。また、回転軸線方向から見て、リラクタ２５Ａの先端部２５ｂが鋭角に先細ることを抑制できる。これにより、ロータヨーク３は、リラクタ２５Ａの先端部２５ｂの強度を向上できる。

［参考例］
図５は、参考例に係るリラクタ２５Ｂを拡大した平面図である。
図５に示すように、リラクタ２５Ｂは、回転軸線方向から見て台形状に形成されていてもよい。リラクタ凹部２６Ｂは、リラクタ２５Ｂと同様に、回転軸線方向から見て台形状に形成されている。
この場合、リラクタ２５Ｂを打ち出し形成するために用いる金型を回転軸線方向から見て台形状に形成すればよい。
したがって、上述の参考例によれば、前述の実施形態と同様の効果を奏する。また、金型を容易に形成できるので、リラクタ２５Ｂをより簡単に製造することができる。これにより、作業性を向上できるとともに、ロータヨーク３の製造費を削減することができる。

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上述した実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、上述した各変形例を適宜組み合わせても構わない。

１…回転電機、２…回転軸、３…ロータヨーク、４…永久磁石、５…パルス発生器、１０…ステータ、１１…ステータコア、１１ａ…ステータ本体、１１ｂ…逃げ孔、１１ｃ…ボルト挿通孔、１２…ティース、１３…インシュレータ、１４…電機子コイル、２０…ロータヨーク本体、２１…底壁部、２２…貫通孔、２３…挿通孔、２４…周壁部、２４ａ…内側面、２４ｂ…外側面、２５…リラクタ、２５ａ…基端部、２５ｂ…先端部、２５ｃ…側面、２５Ａ…リラクタ、２５Ａ１…台形部、２５Ａ２…長方形部、２５Ｂ…リラクタ、２６…リラクタ凹部、２６Ａ…リラクタ凹部、２６Ａ１…台形部、２６Ａ２…長方形部、２６Ｂ…リラクタ凹部、３０…ベース部、３１…ボス部、３２…貫通孔、３２ａ…キー溝、３４…挿通孔、３５…リベット、Ｏ…回転軸線

Claims (7)

1. ステータの周囲を取り囲む周壁部を有し、前記ステータに対して回転軸線回りに回転可能に支持されているロータヨーク本体と、
   前記周壁部を内側面から前記周壁部の径方向外側に向かって突出されるとともに、前記周壁部の外側面に周方向に間隔をあけて配置された複数のリラクタと、
   前記周壁部の前記内側面に前記複数のリラクタが形成される位置に対応するように形成される複数のリラクタ凹部と、
   を備え、
   前記リラクタは、前記回転軸線方向から見て、前記径方向外側に向かうに従い先細りに形成されており、
   前記周壁部の前記径方向の厚さをＨ１とし、前記リラクタの前記径方向の突出高さをＨ２としたとき、厚さＨ１及び突出高さＨ２は、
   Ｈ２／Ｈ１≧０．５
   を満足するとともに、
   前記リラクタは、
   前記回転軸線方向から見て、前記径方向外側に向かうに従い先細るように形成された基端部と、
   前記回転軸線方向から見て、前記基端部の前記径方向外側の端部から前記径方向に沿って直線状に延びる長方形状に形成された長方形部と、を備え、
   前記リラクタ凹部は、
   前記回転軸線方向から見て、前記径方向外側に向かうに従い先細るように形成された基端凹部と、
   前記回転軸線方向から見て、前記基端凹部の前記径方向外側から前記径方向に沿って直線状に延びる長方形状に形成された長方形凹部と、を備えることを特徴するロータヨーク。
2. ステータの周囲を取り囲む周壁部を有し、前記ステータに対して回転軸線回りに回転可能に支持されているロータヨーク本体と、
   前記周壁部を内側面から前記周壁部の径方向外側に向かって突出されるとともに、前記周壁部の外側面に周方向に間隔をあけて配置された複数のリラクタと、
   前記周壁部の前記内側面に前記複数のリラクタが形成される位置に対応するように形成される複数のリラクタ凹部と、
   を備え、
   前記リラクタは、前記回転軸線方向から見て、前記径方向外側に向かうに従い先細りに形成されており、
   前記周壁部の前記径方向の厚さは、３．２ｍｍであり、
   前記リラクタの前記径方向の突出高さは、１．６ｍｍ以上であるとともに、
   前記リラクタは、
   前記回転軸線方向から見て、前記径方向外側に向かうに従い先細るように形成された基端部と、
   前記回転軸線方向から見て、前記基端部の前記径方向外側の端部から前記径方向に沿って直線状に延びる長方形状に形成された長方形部と、を備え、
   前記リラクタ凹部は、
   前記回転軸線方向から見て、前記径方向外側に向かうに従い先細るように形成された基端凹部と、
   前記回転軸線方向から見て、前記基端凹部の前記径方向外側から前記径方向に沿って直線状に延びる長方形状に形成された長方形凹部と、を備えることを特徴するロータヨーク。
3. 前記リラクタにおける前記周方向に対向する一対の側面は、前記回転軸線方向から見て湾曲していることを特徴する請求項１または請求項２に記載のロータヨーク。
4. 前記一対の側面は、前記回転軸線方向から見て互いに接近する方向に向かって凸となるように湾曲していることを特徴とする請求項３に記載のロータヨーク。
5. 前記リラクタは、
   前記回転軸線方向から見て、前記径方向外側に向かうに従い先細る台形状に形成された台形部と、
   前記回転軸線方向から見て、前記台形部の前記径方向外側の端部から前記径方向に沿って直線状に延びる長方形状に形成された長方形部と、
   を備えることを特徴する請求項１または請求項２に記載のロータヨーク。
6. 前記周壁部の前記径方向の厚さをＨ１とし、前記リラクタの最小厚さをＨ３としたとき、厚さＨ１及び最小厚さＨ３は、
   Ｈ３／Ｈ１≧０．５
   を満足することを特徴する請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のロータヨーク。
7. 請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のロータヨークと、
   前記回転軸線を中心軸線とする回転軸と、
   前記回転軸を挿入されるように環状に形成されるとともに、前記ロータヨークを外挿された前記ステータと、
   を備えることを特徴とする回転電機。

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