JP7183401B2 - モータ、送風機、空気調和装置およびモータの製造方法 - Google Patents

モータ、送風機、空気調和装置およびモータの製造方法 Download PDF

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Description

本開示は、モータ、送風機、空気調和装置およびモータの製造方法に関する。
モータの放熱部材は、ネジ等の固定部材によりモータサポートに固定される(例えば、特許文献1参照)。
国際公開第2017/168728号(図1参照)
しかしながら、一般に、放熱部材はアルミニウムで構成されるのに対し、固定部材はアルミニウムとは異なる金属(例えばステンレス鋼)で構成される。そのため、放熱部材と固定部材との接触により、異種金属腐食と呼ばれる腐食が生じる可能性がある。
本開示は、上記の課題を解決するためになされたものであり、異種金属腐食を抑制することを目的とする。
本開示のモータは、モータサポートに固定されるモータであって、ロータと、ロータを囲むように設けられたステータと、ステータに取り付けられた回路基板と、回路基板に対してステータと反対の側に設けられ、互いに材質の異なる第1の部分と第2の部分とを有する放熱部材と、放熱部材の少なくとも第1の部分とステータと回路基板とを覆う樹脂部とを備え、放熱部材の第1の部分がモータサポートに固定される。
本開示によれば、放熱部材が、互いに材質の異なる第1の部分と第2の部分とを有する。そのため、第1の部分を、モータをモータサポートに固定する固定部材との間で異種金属腐食が生じにくい材料で構成することで、異種金属腐食を抑制することができる。
実施の形態1のモータを示す部分断面図である。 実施の形態1のモータのロータを示す断面図である。 実施の形態1のモールドステータを示す断面図である。 実施の形態1のモータを示す部分断面図(A)およびモータサポートを示す平面図(B)である。 実施の形態1のステータを示す平面図(A)および側面図(B)である。 実施の形態1のステータ、回路基板および基板押さえ部材を示す平面図(A)および側面図(B)である。 実施の形態1のステータ、回路基板、基板押さえ部材および放熱部材を示す側面図である。 実施の形態1のモールドステータを示す平面図(A)および側面図(B)である。 実施の形態1の放熱部材の一部を拡大して示す図(A)および断面図(B)である。 実施の形態1の放熱部材の他の構成例の一部を拡大して示す図(A)および断面図(B)である。 実施の形態1のモータの製造工程で用いる金型を示す断面図である。 実施の形態1のモータの製造工程を示すフローチャートである。 実施の形態2のモータのステータおよび放熱部材を示す側面図である。 実施の形態2のモータを示す平面図である。 実施の形態3のモータのモールドステータを示す断面図である。 実施の形態3のモータのモールドステータの一部を拡大して示す断面図である。 実施の形態4のモータのロータを示す断面図である。 各実施の形態のモータが適用可能な空気調和装置を示す図(A)および室外機を示す断面図(B)である。
以下、各実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、この実施の形態により本開示が限定されるものではない。
実施の形態1.
<モータ1の構成>
図1は、実施の形態1におけるモータ1を示す部分断面図である。モータ1は、例えば空気調和装置の送風機に用いられ、インバータで駆動されるブラシレスDCモータである。
モータ1は、シャフト11を有するロータ2と、モールドステータ4と、これらを支持するモータサポート10(図4)とを有する。モールドステータ4は、ロータ2を囲む環状のステータ5と、回路基板6と、放熱部材3と、これらを覆う樹脂部としてのモールド樹脂部40とを有する。シャフト11は、ロータ2の回転軸である。
以下の説明では、シャフト11の中心軸線である軸線C1の方向を、「軸方向」と称する。また、シャフト11の軸線C1を中心とする周方向(図2等に矢印R1で示す)を、「周方向」と称する。シャフト11の軸線C1を中心とする半径方向を、「径方向」と称する。
シャフト11は、モールドステータ4から図1における左側に突出しており、その突出部に形成された取付け部11aには、例えば送風機の羽根車505(図18(A))が取り付けられる。そのため、シャフト11の突出側(図1における左側)を「負荷側」と称し、反対側(図1における右側)を「反負荷側」と称する。
<ロータ2の構成>
図2は、ロータ2を示す断面図である。図2に示すように、ロータ2は、シャフト11と、シャフト11の径方向外側に配置されたロータコア21と、ロータコア21に埋め込まれた複数のマグネット23と、シャフト11とロータコア21との間に設けられた樹脂部25とを有する。
ロータコア21は、軸線C1を中心とする環状の部材であり、シャフト11の径方向外側に設けられている。ロータコア21は、複数の積層要素を軸方向に積層し、カシメ、溶接または接着によって一体に固定したものである。積層要素は、例えば電磁鋼板であり、板厚は0.1mm~0.7mmである。
ロータコア21は、複数の磁石挿入孔22を有する。磁石挿入孔22は、周方向に等間隔で、且つ軸線C1から等距離に配置されている。磁石挿入孔22の数は、ここでは5である。
磁石挿入孔22は、その周方向中心を通る径方向の直線に直交する方向に、直線状に延在している。なお、磁石挿入孔22は、周方向中心が軸線C1側に突出するV字形状を有していてもよい。
磁石挿入孔22の周方向両側には、空隙部であるフラックスバリア27が形成されている。フラックスバリア27とロータコア21の外周との間には、薄肉部が形成されている。薄肉部の厚さは、隣り合う磁極間の漏れ磁束を抑制するため、例えば、電磁鋼板の板厚と同等に設定されている。
各磁石挿入孔22には、永久磁石であるマグネット23が挿入されている。マグネット23は、例えば、ネオジウム(Nd)、鉄(Fe)およびホウ素(B)を含む希土類磁石で構成される。マグネット23は、メインマグネットまたはロータマグネットとも称する。
5つのマグネット23は、径方向外側に、互いに同一の磁極を有する。ロータコア21において、周方向に隣り合うマグネット23の間の領域には、マグネット23とは反対の磁極が形成される。
そのため、ロータ2には、マグネット23で構成された5つの磁石磁極P1と、ロータコア21で構成された5つの仮想磁極P2とが周方向に交互に配列される。このようなロータ2は、コンシクエントポール型のロータと称される。
ロータ2の極数は、10である。ロータ2の磁極P1,P2は、周方向に等角度間隔に配置される。磁石磁極P1と仮想磁極P2との間は、極間Mとなる。以下では、単に「磁極」という場合、磁石磁極P1と仮想磁極P2の両方を含むものとする。
ここではロータ2の極数を10としたが、極数は4以上の偶数であればよい。また、ここでは1つの磁石挿入孔22に1つのマグネット23を配置しているが、1つの磁石挿入孔22に2つ以上のマグネット23を配置してもよい。
ロータコア21の外周は、軸方向に直交する断面において、いわゆる花丸形状を有する。言い換えると、ロータコア21の外周は、磁極P1,P2のそれぞれの極中心で外径が最大となり、極間Mで外径が最小となり、極中心から極間Mまでが弧状となる。ロータコア21の外周は、花丸形状に限らず、円形状であってもよい。
シャフト11とロータコア21との間には、非磁性の樹脂部25が設けられている。樹脂部25は、シャフト11とロータコア21とを互いに離間させた状態で保持する。樹脂部25は、望ましくはポリブチレンテレフタレート(PBT)等の熱可塑性樹脂で構成される。
樹脂部25は、シャフト11に固定される環状の内筒部25aと、ロータコア21の内周に固定される環状の外筒部25cと、内筒部25aと外筒部25cとを連結する複数のリブ25bとを備えている。リブ25bは、周方向に等間隔に配置されている。リブ25bの数は、例えば極数の半分であり、ここでは5である。
樹脂部25の内筒部25aの内側には、シャフト11が固定されている。リブ25bは、周方向に等間隔で配置され、内筒部25aから径方向外側に放射状に延在している。周方向に隣り合うリブ25b間には、空洞部26が形成される。ここでは、リブ25bの数が極数の半分であり、リブ25bの周方向位置が仮想磁極P2の極中心と一致しているが、このような数および配置に限定されるものではない。
図1に示すように、ロータコア21の反負荷側に、センサマグネット24が配置されている。センサマグネット24は、樹脂部25によって保持されている。センサマグネット24の磁界は、回路基板6に実装された磁気センサによって検出され、これによりロータ2の周方向における位置、すなわち回転位置が検出される。
<モールドステータ4の構成>
図3は、モールドステータ4を示す断面図である。モールドステータ4は、上記の通り、ステータ5と、回路基板6と、放熱部材3と、モールド樹脂部40とを有する。ステータ5は、ステータコア51と、ステータコア51に設けられた絶縁部52と、絶縁部52を介してステータコア51に巻き付けられたコイル53とを有する。
ステータコア51は、複数の積層要素を軸方向に積層し、カシメ、溶接または接着等によって一体に固定したものである。積層要素は、例えば電磁鋼板であり、板厚は0.1mm~0.7mmである。
モールド樹脂部40は、BMC(バルクモールディングコンパウンド)等の熱硬化性樹脂で形成される。モールド樹脂部40は、反負荷側に軸受支持部41を有し、負荷側に開口部42を有する。ロータ2(図1)は、開口部42からモールドステータ4の内部の中空部分に挿入される。
図1に戻り、モールド樹脂部40の開口部42には、金属製のブラケット15が取り付けられている。このブラケット15には、シャフト11を支持する一方の軸受12が保持される。また、ブラケット15の外側には、水等の侵入を防止するためのキャップ14が取り付けられている。モールド樹脂部40の軸受支持部41は、円筒状の内周面を有し、この内周面には、シャフト11を支持するもう一方の軸受13が保持される。
図4(A)は、モータ1を示す部分断面図である。モールドステータ4は、その反負荷側がモータサポート10に取り付けられている。モータサポート10は筐体であり、モールドステータ4側に取付け壁101を有する。
モールド樹脂部40は、モータサポート10に取り付けられる取付け脚45を有する。後述するように、取付け脚45は、軸線C1を中心として90度間隔に4つ設けられている。モールド樹脂部40の取付け脚45は、モータサポート10の取付け壁101に軸方向に当接する。
モールド樹脂部40の取付け脚45は、ネジ48を挿通する穴部46を有する。モールド樹脂部40の取付け脚45は、ネジ48により、モータサポート10の取付け壁101に固定される。ネジ48は、モータサポート10の取付け壁101に形成された取付け穴103を通り、取付け壁101の反対側からナットが取り付けられる。
図4(B)は、モータサポート10を示す平面図である。モータサポート10の取付け壁101には、モールドステータ4の反負荷側の端部を収容するための開口部102が形成されている。開口部102の周囲には、上述した取付け穴103が形成されている。
図5(A)は、ステータコア51、絶縁部52およびコイル53を示す平面図である。図5(B)は、ステータコア51、絶縁部52およびコイル53を示す側面図である。ステータコア51は、軸線C1を中心とする環状のヨーク51aと、ヨーク51aから径方向内側に延在する複数のティース51bとを有する。ティース51bの数は、ここでは12であるが、これに限定されるものではない。図5(A)では、2つのティース51bを破線で示している。
コイル53は、例えばマグネットワイヤであり、絶縁部52を介してティース51bの周囲に巻き付けられる。絶縁部52は、例えばPBT等の熱可塑性樹脂で形成されている。絶縁部52は、熱可塑性樹脂をステータコア51と一体成形するか、あるいは熱可塑性樹脂の成形体をステータコア51に組み付けることによって形成される。
絶縁部52は、コイル53の径方向内側および径方向外側にそれぞれ壁部を有し、コイル53を径方向両側からガイドする。絶縁部52には、複数の端子57が取り付けられている。コイル53の端部は、例えばヒュージング(熱かしめ)または半田等により、端子57に接続される。
絶縁部52には、また、回路基板6を固定するための複数の突起56が設けられている。突起56は、回路基板6に形成された取付け穴に挿通される。
図1に戻り、ステータ5に対して軸方向の一方の側、ここでは反負荷側には、回路基板6が配置されている。回路基板6は、モータ1を駆動するためのパワートランジスタ等の駆動回路61が実装されたプリント基板であり、リード線63が配線されている。回路基板6のリード線63は、モールド樹脂部40の外周部分に取り付けられたリード線口出し部品62から、モータ1の外部に引き出される。
図6(A)は、ステータ5、回路基板6および基板押さえ部材7を示す平面図である。図6(B)は、ステータ5、回路基板6および基板押さえ部材7を示す側面図である。回路基板6は、その板面が軸方向に直交するように配置されている。回路基板6の径方向中央部には、軸受13(図1)の収容スペースを確保するための開口部が形成されている。回路基板6の外周部分に、上述したリード線口出し部品62が取り付けられている。
回路基板6に対してステータ5と反対側には、支持部材としての基板押さえ部材7が設けられている。基板押さえ部材7は、モールド成形時に回路基板6の変形を抑えるために設けられ、例えばPBT等の樹脂で構成される。
基板押さえ部材7は、回路基板6の外周に沿って延在するリブ71と、回路基板6の内周に沿って延在するリブ72と、これらのリブ71,72を連結するリブ73とを有し、骨組状に形成されている。但し、基板押さえ部材7の形状は、このような形状に限定されるものではない。
基板押さえ部材7は、絶縁部52の突起56を挿通させる取付け穴76を有する。絶縁部52は、取付け穴76から軸方向に突出する。突起56の突出した先端を熱溶着または超音波溶着することにより、回路基板6および基板押さえ部材7がステータ5に固定される。
基板押さえ部材7は、ステータ5と反対の側に突出する複数の凸部75を有する。凸部75は、リブ71,72,73のそれぞれに形成され、基板押さえ部材7の全体に分散して配置されている。凸部75は、放熱部材3を支持する支持部である。
図7は、ステータ5、回路基板6、基板押さえ部材7および放熱部材3を示す側面図である。放熱部材3は、ヒートシンクであり、基板押さえ部材7の凸部75によって支持されている。
放熱部材3は、支持板部31と、脚部32と、フィン35とを有する。支持板部31は、基板押さえ部材7の凸部75に支持される板状部分であり、その板面は軸方向に直交している。脚部32は、支持板部31の外周から径方向外側に延在している。フィン35は、支持板部31のステータ5と反対側に形成されている。
図3に示すように、放熱部材3の一部と、ステータ5と、回路基板6と、基板押さえ部材7とは、モールド樹脂部40によって覆われており、モールドステータ4が構成される。なお、基板押さえ部材7は、図1~3では省略されている。
放熱部材3は、支持板部31の外周部およびフィン35を残して、モールド樹脂部40に覆われる。モールド樹脂部40から露出する支持板部31の外周部を、フランジ部31aと称する。
また、支持板部31の径方向内側には、軸受13(図1)および軸受支持部41を収容するため、ステータ5から軸方向に離れる方向(図3における上方)に突出する円筒部36が形成されている。
放熱部材3のうち、フィン35およびフランジ部31aは、モールド樹脂部40から露出する露出部を構成する。一方、放熱部材3のうち、フランジ部31aを除く支持板部31、脚部32、および円筒部36は、モールド樹脂部40に覆われる埋没部を構成する。
図8(A)および(B)は、モールドステータ4を示す平面図および側面図である。図8(A)に示すように、支持板部31から径方向外側に、脚部32が延在している。脚部32は、軸線C1を中心として等間隔に複数形成されている。
ここでは、取付け脚45と同数の脚部32が、取付け脚45に対応する位置にそれぞれ形成されている。すなわち、4つの脚部32が、軸線C1を中心として90度間隔に形成されている。
脚部32の先端部すなわち径方向外側の端部には、放熱部材3の他の部分(すなわち支持板部31、脚部32およびフィン35)とは異なる材質で構成された取付け部30が固定されている。取付け部30は、軸線C1に直交する面内で延在し、モールド樹脂部40に覆われている。
取付け部30は、位置決め部としての凹部301を有する。凹部301は、取付け脚45の穴部46と軸方向に重なり合う位置に形成されている。凹部301は、モータ1をモータサポート10に固定するネジ48(図4(A))に当接する部分である。
凹部301の内周面は、軸方向に平行な面である。凹部301は、金型200(図11)の位置決めピン209に当接することにより、放熱部材3の周方向の位置を決める作用も奏する。凹部301の形状は、ここでは径方向外側に向かって開いた半円形であるが、半円形に限定されるものではない。また、凹部301の代わりに、穴部を形成してもよい。
取付け部30は、放熱部材3の第1の部分を構成する。放熱部材3の第1の部分は、樹脂、例えばPBTまたはBMCで構成される。取付け部30は、モータ1をモータサポート10に固定するネジ48(図4(A))に当接するが、取付け部30が樹脂で構成されているため、異種金属腐食を生じることがない。
一方、支持板部31、脚部32、フィン35および円筒部36は、放熱部材3の第2の部分を構成する。放熱部材3の第2の部分は、金属、より具体的にはアルミニウムで構成される。そのため、放熱部材3の第2の部分は、高い放熱性を有する。
図9(A)は、放熱部材3における取付け部30の取り付け構造を示す図である。図9(B)は、図9(A)に示した線分9B-9Bにおける断面図である。図9(A)に示すように、取付け部30の内側には、第1の嵌合部としての空洞部302が形成されている。空洞部302は、放熱部材3の径方向内側、すなわち脚部32側に開口している。
図9(B)に示すように、取付け部30の空洞部302には、放熱部材3の脚部32の径方向外側端部に形成された第2の嵌合部としての突起部33が嵌合する。空洞部302の内側に突起部33が嵌合することにより、取付け部30が放熱部材3と一体化する。
取付け部30は、凹部301と空洞部302との間に、凹部301の内周を規定する壁部303を有する。そのため、放熱部材3の突起部33が、凹部301に係合するネジ48(図4(A))に接触することがない。
図10(A)は、放熱部材3における取付け部30の取り付け構造の他の例を示す図である。図10(B)は、図10(A)に示した線分10B-10Bにおける断面図である。図10(B)に示すように、取付け部30は、軸方向に2つの取付け片305,306に分割されている。
取付け片305,306は、放熱部材3の突起部33に軸方向の両側から係合する係合穴309,310を有する。取付け片305,306は、また、溝部としての係合溝307,308を有する。係合溝307,308は、放熱部材3の径方向内側、すなわち脚部32側に開口している。一方、放熱部材3の突起部33の軸方向の両端面には、係合溝307,308に係合する凸部33a,33bが形成されている。
取付け片305,306の係合溝307,308に、突起部33の凸部33a,33bが係合することにより、取付け部30が放熱部材3と一体化する。
取付け部30は、凹部301と係合穴309,310との間に、凹部301の内周を規定する壁部303を有する。そのため、放熱部材3の突起部33が、凹部301に係合するネジ48(図4(A))に接触することがない。
図8(A)に戻り、モールド樹脂部40は、ステータ5、回路基板6、基板押さえ部材7および放熱部材3を覆い、放熱部材3のフィン35およびフランジ部31aを露出させる。モールド樹脂部40の上述した取付け脚45は、軸線C1を中心として90度間隔に4つ形成されている。但し、取付け脚45の数は4つに限らず、1つ以上であればよい。
取付け脚45の穴部46は、軸方向において放熱部材3の凹部301と重なり合う位置に形成されている。穴部46は、モールド成形時に金型200(図11)の位置決めピン209があった場所に樹脂が流れ込まないことによって形成される。穴部46の形状は、ここでは円形であるが、円形に限定されるものではない。また、穴部46の代わりに、凹部を形成してもよい。
また、放熱部材3のフィン35は、軸線C1に直交する方向(図8(A)における左右方向)に複数配列されている。それぞれのフィン35は、配列方向に直交する方向(図8(A)における上下方向)に長さを有し、軸方向に高さを有する。支持板部31の一部であるフランジ部31aは、これらのフィン35を径方向外側から囲むように円環状に延在している。
<モータ1の製造方法>
次に、モータ1の製造工程について説明する。図11は、モータ1の製造工程で用いる金型200を示す断面図である。金型200は、開閉可能な上金型201と下金型202とを備え、両者の間にキャビティ204が形成される。下金型202には、キャビティ204に樹脂を注入する流路であるゲート208が形成されている。
上金型201には、放熱部材3を収容する放熱部材収容部203が形成されている。また、上金型201には、放熱部材3のフランジ部31aに当接する当接面210が形成されている。上金型201の当接面210が放熱部材3のフランジ部31aに当接することにより、放熱部材3のフィン35の周囲に樹脂が流れ込まないようにしている。
下金型202には、キャビティ204内に突出する円柱状の中芯205が形成されている。中芯205は、ステータコア51の内側に係合する部分である。中芯205の下端部には、中芯205よりも径方向外側に張り出した大径部206が形成されている。この大径部206は、モールドステータ4の開口部42(図3)に対応する部分である。
下金型202には、放熱部材3の凹部301に係合する位置決め部材としての位置決めピン209が設けられている。位置決めピン209は、キャビティ204内で軸方向に延在している。
図12は、モータ1の製造工程を示すフローチャートである。まず、複数の積層要素を軸方向に積層し、カシメ等によって一体に固定して、ステータコア51を形成する(ステップS101)。次に、ステータコア51に絶縁部52を取り付けるか、または一体に成形する(ステップS102)。さらに、ステータコア51に絶縁部52を介してコイル53を巻き付ける(ステップS103)。これにより、ステータ5が形成される。
次に、ステータ5に回路基板6および基板押さえ部材7を取り付ける(ステップS104)。このとき、ステータ5の絶縁部52の突起56(図6(B))を、回路基板6の取付け穴および基板押さえ部材7の取付け穴76(図6(A))に挿通し、突起56の先端を熱溶着等することにより、回路基板6および基板押さえ部材7をステータ5に固定する。
次に、図9(A)または図10(A)に示したように脚部32の先端に取付け部30を取り付けた放熱部材3を、基板押さえ部材7上に取り付ける(ステップS105)。放熱部材3は、基板押さえ部材7の凸部75に乗った状態で支持される。これにより、ステータ5、回路基板6、基板押さえ部材7および放熱部材3からなるステータ組立体50(図7)が得られる。
次に、このステータ組立体50を金型200内に設置して、モールド成形を行う(ステップS106)。
具体的には、まず、金型200の上金型201を上方に移動させてキャビティ204を開放し、キャビティ204内にステータ組立体50を設置する。このとき、金型200の位置決めピン209を、放熱部材3の凹部301に係合させることにより、ステータ組立体50をキャビティ204内で位置決めする。
放熱部材3の凹部301は周方向に等間隔に複数形成されているため、キャビティ204内でステータ組立体50の周方向位置を複数通りに変えることができる。リード線口出し部品62の一部およびリード線63の一部は、キャビティ204の外部に突出する。
キャビティ204内にステータ組立体50を設置したのち、上金型201を下方に移動してキャビティ204を閉じ、溶融状態のモールド樹脂をゲート208からキャビティ204に注入する。キャビティ204に注入されたモールド樹脂は、ステータ組立体50を覆う。
モールド樹脂として熱硬化性樹脂を用いた場合には、キャビティ204にモールド樹脂を注入したのち、金型200を加熱することにより、キャビティ204内のモールド樹脂を硬化させる。これにより、ステータ組立体50をモールド樹脂部40で覆ったモールドステータ4が形成される。
なお、モールドステータ4のモールド樹脂部40では、位置決めピン209があった部分に樹脂が流れ込まないため、穴部46(図8(A))が形成される。モールド樹脂部40の穴部46と、放熱部材3の凹部301とは、軸方向に重なり合う位置関係にある。
ステップS101~S106とは別に、ロータ2を形成する。すなわち、複数の積層要素を軸方向に積層し、カシメ等によって一体に固定してロータコア21を形成し、磁石挿入孔22にマグネット23を挿入する。さらに、シャフト11、ロータコア21、マグネット23およびセンサマグネット24を、樹脂部25となる樹脂で一体成形する。これにより、ロータ2が形成される。
その後、ロータ2のシャフト11に軸受12,13を取り付け、モールドステータ4の開口部42から、ステータ5の内側部分に挿入する(ステップS107)。また、ブラケット15をモールドステータ4の開口部42に取り付け、ブラケット15の外側にキャップ14を取り付ける。
その後、モールドステータ4をモータサポート10に取り付ける(ステップS108)。具体的には、モールド樹脂部40の取付け脚45の穴部46にネジ48を挿通し、このネジ48をモータサポート10の取付け穴103に挿通する。そして、モータサポート10の内側からネジ48にナットを取り付ける。これにより、モールドステータ4がモータサポート10に取り付けられ、モータ1が完成する。
<作用>
放熱部材3を設けることにより、回路基板6の駆動回路61およびコイル53で発生した熱をモータ1の外部に効率よく放出し、モータ1の温度上昇を抑制することができる。放熱部材3は、放熱性の高いアルミニウム等の金属で構成することが望ましい。しかしながら、放熱部材3の全体をアルミニウム等の金属で構成した場合、ステンレス鋼等で構成されたネジ48との接触部分で、異種金属腐食が生じる可能性がある。
実施の形態1では、放熱部材3の第1の部分を構成する取付け部30が、樹脂で構成され、ネジ48に接触する。また、第2の部分を構成する支持板部31、脚部32、フィン35および円筒部36が、アルミニウム等の金属で構成され、放熱効果を発揮する。そのため、放熱部材3の放熱性を低下させずに、異種金属腐食を抑制することができる。
また、放熱部材3の取付け部30の凹部301は、モールド樹脂部40の取付け脚45に対応する位置に形成されているため、凹部301と穴部46とをネジ48の挿通穴として利用することができる。
なお、放熱部材3の凹部301およびモールド樹脂部40の穴部46の形状は任意である。但し、モータ1をモータサポート10に固定するネジ48の形状、および金型200の位置決めピン209の形状を考慮すると、凹部301および穴部46はいずれも円弧状の内周を有することが望ましい。例えば、凹部301は半円形が望ましく、穴部46は円形が望ましい。
また、放熱部材3の取付け部30は、金型200の位置決めピン209と係合するため、金型200内でのステータ組立体50の位置決めに利用することができる。また、取付け部30が周方向に等間隔に配置されているため、金型200内でステータ組立体50の回転位置を変えても、ステータ組立体50を位置決めすることができる。
また、放熱部材3がモールド樹脂部40で覆われるため、放熱部材3をモールドステータ4に外側から取り付けた場合と比較して、モールド樹脂部40と放熱部材3との接触熱抵抗を低減することができ、放熱性を高めることができる。
また、放熱部材3をアルミニウムのダイキャスト品で構成した場合には、放熱部材3の表面の凹凸が大きくなる傾向があるが、放熱部材3を覆うようにモールド樹脂部40を設けることで、放熱部材3の表面の凹凸にも樹脂が入り込む。そのため、モールド樹脂部40と放熱部材3との間の空洞部を少なくし、放熱性を向上することができる。
なお、モールド樹脂部40が放熱部材3を完全に覆うようにした場合でも、ある程度の放熱効果は得られる。しかしながら、モールド樹脂部40が放熱部材3のフィン35を外部に露出させることにより、フィン35から外部に熱が効果的に放出され、放熱効果をさらに高めることができる。
また、放熱部材3は、フィン35の外周側にフランジ部31aを有するため、金型200の当接面210でフランジ部31aを押さえてモールド成形を行うことで、フィン35がモールド樹脂部40から外部に露出した構成を得ることができる。
また、放熱部材3をモールドステータ4の成形後に取り付ける場合、放熱部材3を固定するためのネジ止め、圧入等の工程が必要になり、製造工程の工程数が増加する。これに対し、上記のように放熱部材3をステータ5と共に樹脂でモールド成形される場合には、モールド成形工程で放熱部材3が固定されるため、ネジ止め、圧入等の工程が不要になり、工程数を少なくすることができる。
また、基板押さえ部材7で放熱部材3を支持するため、基板押さえ部材7の凸部75の高さ調整によって、放熱部材3の高さ、すなわち回路基板6と放熱部材3との距離を調整することができる。
また、基板押さえ部材7を、放熱部材3を構成するアルミニウムより変形し易い樹脂で構成することにより、放熱部材3の寸法誤差を基板押さえ部材7の変形によって吸収することができる。
<実施の形態の効果>
以上説明したように、実施の形態1のモータ1は、ロータ2と、ステータ5と、ステータ5に取り付けられた回路基板6と、回路基板6に対してステータ5と反対側に配置された放熱部材3と、放熱部材3の少なくとも一部とステータ5と回路基板6とを覆うモールド樹脂部40とを有する。また、放熱部材3は、材質の異なる第1の部分としての取付け部30と、第2の部分としての支持板部31、脚部32、フィン35および円筒部36を有し、取付け部30がモータサポート10に取り付けられる。そのため、放熱部材3の放熱性を低下させずに、異種金属腐食を抑制することができる。
特に、放熱部材3の取付け部30が樹脂で構成され、支持板部31、脚部32、フィン35および円筒部36が金属で構成されているため、異種金属腐食の抑制効果を高め、放熱性を向上することができる。
また、モールド樹脂部40が、放熱部材3の少なくとも一部とステータ5と回路基板6とを覆っているため、ステータ5または回路基板6で発生した熱をモールド樹脂部40および放熱部材3を介して外部に放出することができる。これにより、放熱性を高めることができる。
また、放熱部材3が、モールド樹脂部40に覆われる支持板部31(フランジ部31aを除く)と、モールド樹脂部40から露出するフィン35とを有するため、回路基板6およびコイル53で発生した熱を効率よく放熱部材3に伝達し、フィン35から外部に放出することができる。
また、放熱部材3の取付け部30が、支持板部31等の径方向外側に設けられているため、取付け部30をネジ48等によりモータサポート10に取り付けやすい。
また、放熱部材3の取付け部30が空洞部302(図9(B))を有し、放熱部材3の脚部32が突起部33を有するため、空洞部302と突起部33との係合により、取付け部30を放熱部材3と一体化することができる。
また、放熱部材3の取付け部30が係合溝307,308(図10(B))を有し、放熱部材3の脚部32が凸部33a,33bを有するため、係合溝307,308と凸部33a,33bとの係合により、取付け部30を放熱部材3と一体化することができる。
また、放熱部材3が周方向に等間隔に形成された複数の取付け部30を有し、モールド樹脂部40が軸方向において取付け部30と重なり合う位置に取付け脚45を有するため、モータ1を周方向の複数箇所でモータサポート10に確実に固定することができる。
また、基板押さえ部材7が放熱部材3を支持するため、モールド成形時の回路基板6の変形防止と放熱部材3の支持とを共通の部材で行うことができる。また、基板押さえ部材7の凸部75の高さを調整することにより、回路基板6と放熱部材3との距離を調整することができる。
また、ロータ2はコンシクエントポール型であるため、非コンシクエントポール型のロータ2A(図14参照)と比較してマグネット23の数が半分で済み、また、高磁力の希土類磁石からなるマグネット23のサイズを大きくすることができる。これにより、マグネット23の磁力を大きくすると共に加工費を低減することができる。すなわち、製造コストを低減しながら、モータ1の高出力化および小型化を実現することができる。
実施の形態2.
次に、実施の形態2について説明する。図13は、実施の形態2のモータ1Aのステータ5および放熱部材3Aを示す側面図である。実施の形態2の放熱部材3Aは、図13に示すように、フィン35および円筒部36(図3)を有さず、板状に構成されている。
すなわち、実施の形態2の放熱部材3Aは、支持板部31、脚部32および取付け部30により構成されている。脚部32および取付け部30の配置および形状は、実施の形態1と同様である。
放熱部材3Aは、第1面としての上面38と、第2面としての下面39とを有する。上面38はステータ5と反対側の面であり、下面39はステータ5に対向する面である。放熱部材3Aの下面39側はモールド樹脂部40に覆われるのに対し、放熱部材3Aの上面38はモールド樹脂部40から露出する(図14参照)。
また、実施の形態1の放熱部材3は基板押さえ部材7によって支持されていたが、実施の形態2の放熱部材3Aはステータ5によって支持されている。すなわち、ステータ5の絶縁部52には、軸方向に突出する複数の突起部58が取り付けられている。各突起部58は、放熱部材3Aの下面39に当接し、放熱部材3Aを支持する。
突起部58は、軸方向に直交する面内において複数箇所に分散して配置されている。放熱部材3Aを安定した状態で支持することができれば、突起部58の配置は任意である。突起部58は、PBTで構成される絶縁部52に一体形成されてもよいし、別部材として絶縁部52に取り付けてもよい。
実施の形態1で説明した回路基板6は、図13では破線で示している。突起部58は、回路基板6の内周側または外周側を通って放熱部材3A側に突出する。また、回路基板6に、突起部58を通過させる開口部を設けてもよい。
図14は、実施の形態2のモータ1Aの上面図である。図14では、放熱部材3Aの脚部32および取付け部30は、モールド樹脂部40に覆われているため、隠れている。図14に示すように、支持板部31の径方向中央部には、軸受支持部41(図3)の収容スペースを確保するための開口部37が形成されている。
放熱部材3Aの外周311には、凹部312が形成されている。凹部312は、モールド成形時に金型の位置決めピンに係合する部分である。凹部312の内周面は、軸方向に平行な面である。凹部312の内周面が位置決めピンに当接することにより、放熱部材3Aの周方向の位置が決定される。
凹部312の形状は、ここでは径方向外側に向かって開いた半円形であるが、半円形に限定されるものではない。また、凹部312の代わりに、穴部を形成してもよい。放熱部材3Aの凹部312は、周方向に等間隔に複数形成されている。ここでは、2つの凹部312が軸線C1を中心として180度間隔に形成されている。
すなわち、この実施の形態2では、放熱部材3Aの露出部分に、成形時の位置決め部である凹部312が形成されている。この場合、取付け部30の凹部301(図8(A))と、外周311の凹部312の両方を位置決めに用いてもよいし、外周311の凹部312のみを位置決めに用いてもよい。
モールド樹脂部40の構成は、実施の形態1と同様であるが、放熱部材3Aの凹部312に対応する位置に、凹部47を有する。この凹部47は、金型200の位置決めピンがあった場所に樹脂が流れ込まないことによって形成される部分である。
上記の通り、放熱部材3Aの下面39側がモールド樹脂部40によって覆われるため、モールド樹脂部40の熱は放熱部材3Aに伝達されやすい。また、放熱部材3Aの上面8bがモールド樹脂部40から露出するため、放熱部材3Aから外部に熱が放出されやすい。
なお、放熱部材3Aがステータ5の突起部58によって支持されるため、実施の形態1で説明した基板押さえ部材7(図6(A))は、他の構成部材で回路基板6を押さえることができれば、設けなくてもよい。
実施の形態2のモータ1Aは、上述した点を除き、実施の形態1のモータ1と同様に構成されている。
以上説明したように、実施の形態2のモータ1Aは、実施の形態1よりも放熱部材3Aの構成が簡単であるため、放熱性を向上すると共に、製造コストをさらに低減することができる。
また、放熱部材3Aがステータ5の突起部58によって支持されるため、部品点数を少なくすることができ、製造コストをさらに低減することができる。
なお、この実施の形態2の放熱部材3Aを、実施の形態1で説明したように基板押さえ部材7で支持してもよい。また、実施の形態1の放熱部材3を、実施の形態2で説明したステータ5の突起部58で支持してもよい。
実施の形態3.
次に、実施の形態3について説明する。図15は、実施の形態3のモータ1Bのモールドステータ4を示す断面図である。この実施の形態3のモータ1Bでは、放熱部材3と回路基板6との間に、放熱シート9が配置されている。放熱シート9は、モールド樹脂部40よりも熱伝導率の高い樹脂、例えばシリコーン樹脂で構成されている。
放熱シート9は、ここでは、放熱部材3の支持板部31と回路基板6との間に配置されている。なお、図15では省略するが、放熱部材3と回路基板6との間には、実施の形態1で説明した基板押さえ部材7(図6(A))が配置されている。基板押さえ部材7は、複数のリブを組み合わせた骨組み状であるため、リブ間の空間を利用して、放熱部材3と回路基板6との間に放熱シート9を配置することができる。
図16は、放熱部材3と放熱シート9と回路基板6とを含む部分を拡大して示す図である。回路基板6は、ステータ5側の第1の面6aと、その反対面である第2の面6bとを有する。回路基板6の第1の面6aには、駆動回路61等の素子65が半田付けにより実装されている。
放熱シート9は、ステータ5側の第1の面9aと、その反対面である第2の面9bとを有する。放熱シート9の第1の面9aは、回路基板6の第2の面6bに接する。放熱シート9の第2の面9bは、放熱部材3の支持板部31に接する。
また、回路基板6の素子65の半田付け部分に対応する位置には、第1の面6aから第2の面6bに達する貫通孔66が形成されている。貫通孔66の内部には、銅等の熱伝導部材68が配置されている。すなわち、熱伝導部材68は、素子65および放熱シート9の両方に接している。
モータ1Bの製造工程では、放熱部材3に放熱シート9を貼り付け、ステータ5、回路基板6および基板押さえ部材7と共に金型200(図11)に設置して、モールド成形を行う。これにより、放熱部材3と回路基板6との間に放熱シート9を配置したモータ1Bが得られる。
放熱部材3と回路基板6との間に放熱シート9を配置することにより、回路基板6で発生した熱が放熱シート9を介して放熱部材3に伝達されやすくなり、放熱性をさらに向上することができる。
なお、放熱シート9は、放熱部材3と回路基板6とで挟まれ、ある程度圧縮されていることが望ましい。このようにすれば、モールド成形時に、放熱シート9と放熱部材3との間、および放熱シート9と回路基板6との間に樹脂が入り込まないため、放熱シート9と放熱部材3および回路基板6との高い密着性が得られる。
また、放熱シート9は放熱部材3および回路基板6と共にモールドされるため、放熱シート9が有する粘着性は小さくてよい。そのため、放熱シート9の材質の選択の幅が広がる。
回路基板6の第1の面6aの素子65で発生した熱は、素子65の半田付け部と放熱シート9とに接する熱伝導部材68を介して、放熱シート9に伝達される。そのため、素子65で発生した熱を放熱シート9から放熱部材3に伝達し、フィン35から外部に効率よく放出することができる。これにより、放熱性を向上することができる。
なお、回路基板6の第2の面6bに素子が形成されている場合には、回路基板6上の素子が放熱シート9に接することにより、放熱シート9に凹凸が生じ、放熱シート9と回路基板6との密着性が局所的に低下する可能性がある。上記のように回路基板6の第1の面6aに素子65を形成し、熱伝導部材68で素子65と放熱シート9とを連結することにより、放熱シート9と回路基板6との密着性を向上し、放熱性を向上することができる。
実施の形態3のモータ1Bは、上述した点を除き、実施の形態1のモータ1と同様に構成されている。
以上説明したように、実施の形態3のモータ1Bは、放熱部材3と回路基板6との間に放熱シート9を備えるため、回路基板6で発生した熱が放熱シート9を介して放熱部材3に伝達されやすくなり、放熱性をさらに向上することができる。
また、回路基板6が第1の面6aに素子65を有し、第2の面6bで放熱シート9に接し、素子65と放熱シート9とを連結する熱伝導部材68を有するため、回路基板6と放熱シート9との密着性を向上し、素子65の熱を効率よく放熱シート9に伝達することができる。
なお、この実施の形態3のモータ1Bにおいて、放熱部材3の代わりに、実施の形態2で説明した放熱部材3Aを用いてもよい。また、放熱部材3を、実施の形態2で説明したたようにステータ5の突起部58で支持してもよい。
実施の形態4.
次に、実施の形態4について説明する。図17は、実施の形態4のロータ2Aを示す断面図である。上述した実施の形態1のロータ2(図2)は、磁石磁極と仮想磁極とを有するコンシクエントポール型であった。これに対し、実施の形態4のロータ2Aは、全ての磁極が磁石磁極で構成される非コンシクエントポール型である。
ロータ2Aは、軸線C1を中心とする円筒状のロータコア21を有する。ロータコア21は、複数の積層要素を軸方向に積層し、カシメ、溶接または接着によって一体に固定したものである。積層要素は、例えば電磁鋼板であり、板厚は0.1mm~0.7mmである。ロータコア21は、径方向中心に中心孔を有し、この中心孔にはシャフト11が固定されている。
ロータコア21には、複数の磁石挿入孔22が、周方向に等間隔に配置されている。各磁石挿入孔22の形状は、実施の形態1で説明したとおりである。磁石挿入孔22の周方向両側には、フラックスバリア27が形成されている。磁石挿入孔22の数は、ここでは10であるが、10に限定されるものではない。
各磁石挿入孔22には、マグネット23が挿入されている。マグネット23の材質および形状は、実施の形態1で説明したとおりである。
周方向に隣り合うマグネット23は、互いに反対の磁極がロータコア21の外周側に向くように配置されている。そのため、ロータ2Aの全ての磁極は、マグネット23によって構成される。ここでは、ロータ2Aの磁極数は10極である。
非コンシクエントポール型のロータ2Aは、コンシクエントポール型のロータ2よりもマグネット23の数は多いが、振動および騒音が発生しにくいというメリットがある。
実施の形態4のモータは、上述した点を除き、実施の形態1のモータ1と同様に構成されている。このように非コンシクエントポール型のロータ2Aを用いた場合であっても、実施の形態1から3で説明した各効果を達成することができる。
<空気調和装置>
次に、上述した各実施の形態のモータが適用可能な空気調和装置について説明する。図18(A)は、実施の形態1のモータ1を適用した空気調和装置500の構成を示す図である。空気調和装置500は、室外機501と、室内機502と、これらを接続する冷媒配管503とを備える。
室外機501は、例えばプロペラファンである室外送風機510を備え、室内機502は、例えばクロスフローファンである室内送風機520を備える。室外送風機510は、羽根車505と、これを駆動するモータ1とを有する。室内送風機520は、羽根車521と、これを駆動するモータ1とを有する。モータ1は、いずれも実施の形態1で説明した構成を有する。なお、図18(A)には、冷媒を圧縮する圧縮機504も示されている。
図18(B)は、室外機501の断面図である。モータ1は、室外機501のハウジング508内に配置されたフレーム509によって支持されている。モータ1のシャフト11には、ハブ506を介して羽根車505が取り付けられている。
室外送風機510では、モータ1のロータ2の回転により、羽根車505が回転し、室外に送風する。空気調和装置500の冷房運転時には、圧縮機504で圧縮された冷媒が凝縮器で凝縮する際に熱が放出され、この熱が室外送風機510の送風によって室外に放出される。
同様に、室内送風機520(図18(A))では、モータ1のロータ2の回転により、羽根車521が回転し、室内に送風する。空気調和装置500の冷房運転時には、冷媒が蒸発器で蒸発する際に空気の熱を奪い、その空気が室内送風機520の送風によって室内に送風される。
上述した実施の形態1のモータ1は、放熱性が高い。そのため、空気調和装置500の駆動源としてモータ1を用いることにより、空気調和装置500の運転効率を向上することができる。
なお、実施の形態1のモータ1の代わりに、実施の形態2、3または4のモータを用いてもよい。また、ここでは、室外送風機510の駆動源および室内送風機520の駆動源にモータ1を用いたが、少なくとも何れか一方の駆動源にモータ1を用いていればよい。
また、各実施の形態で説明したモータ1は、空気調和装置の送風機以外の電気機器に搭載することもできる。
以上、望ましい実施の形態について具体的に説明したが、本開示は上記の実施の形態に限定されるものではなく、各種の改良または変形を行なうことができる。
1,1A,1B モータ、 2,2A ロータ、 3,3A 放熱部材、 4 モールドステータ、 5 ステータ、 6 回路基板、 6a 第1の面、 6b 第2の面、 7 基板押さえ部材、 9 放熱シート、 9a 第1の面、 9b 第2の面、 10 モータサポート、 11 シャフト、 21 ロータコア、 30 取付け部、 31 支持板部、 31a フランジ部、 32 脚部、 33 突出部、 33a 凸部、 33b 凸部、 35 フィン、 36 円筒部、 39 下面、 40 モールド樹脂部、 41 軸受支持部、 42 開口部、 45 取付け脚、 46 穴部、 48 ネジ、 50 ステータ組立体、 51 ステータコア、 52 絶縁部、 53 コイル、 56 突起、 57 端子、 58 突出部(支持部)、 61 駆動回路、 62 リード線口出し部品、 63 リード線、 65 素子、 66 貫通孔、 68 熱伝導部材、 71,72,73 リブ、 75 凸部、 76 取付け穴、 101 取付け板、 102 開口部、 103 穴部、 200 金型、 201 上金型、 202 下金型、 203 放熱部材収容部、 204 キャビティ、 208 ゲート、 209 位置決めピン、 210 当接面、 301 凹部、 302 空洞部、 303 壁部、 305,306 取付け片、 307,308 係合溝、 309,310 係合穴、 312 凹部、 500 空気調和装置、 501 室外機、 502 室内機、 503 冷媒配管、 505 羽根車、 506 ハブ、 508 ハウジング、 509 フレーム、 510 室外送風機、 520 室内送風機、 521 羽根車。

Claims (27)

  1. モータサポートに固定されるモータであって、
    ロータと、
    前記ロータを囲むように設けられたステータと、
    前記ステータに取り付けられた回路基板と、
    前記回路基板に対して前記ステータと反対の側に設けられ、互いに材質の異なる第1の部分と第2の部分とを有する放熱部材と、
    前記放熱部材の少なくとも前記第1の部分と前記ステータと前記回路基板とを覆う樹脂部と
    を備え、
    前記放熱部材の前記第1の部分が前記モータサポートに固定される
    モータ。
  2. 前記第1の部分は、樹脂で構成される
    請求項1に記載のモータ。
  3. 前記第2の部分は、金属で構成される
    請求項1または2に記載のモータ。
  4. 前記第2の部分は、前記樹脂部から露出する露出部を有する
    請求項1から3までのいずれか1項に記載のモータ。
  5. 前記露出部は、フィンである
    請求項4に記載のモータ。
  6. 前記露出部は、前記放熱部材の前記ステータとは反対側の面である
    請求項4に記載のモータ。
  7. 前記露出部には、前記ロータの回転軸の方向と平行な面が設けられている
    請求項4または6に記載のモータ。
  8. 前記第1の部分は、前記ロータの回転軸を中心とする径方向において、前記第2の部分よりも外側に形成されている
    請求項1から7までの何れか1項に記載のモータ。
  9. 前記第1の部分は、第1の嵌合部を有し、
    前記第2の部分は、前記第1の嵌合部に嵌合する第2の嵌合部を有する
    請求項1から8までの何れか1項に記載のモータ。
  10. 前記第1の嵌合部は空洞部であり、前記第2の嵌合部は前記空洞部の内側に嵌合する突起部である
    請求項9に記載のモータ。
  11. 前記第1の嵌合部は溝部であり、前記第2の嵌合部は前記溝部に係合する凸部である
    請求項9に記載のモータ。
  12. 前記第1の部分は、前記モータサポートに前記モータを固定する固定部材に当接する取付け部を有する
    請求項1から11までの何れか1項に記載のモータ。
  13. 前記ロータの回転軸を中心とする周方向に、複数の前記取付け部が等間隔に設けられている
    請求項12に記載のモータ。
  14. 前記放熱部材の前記取付け部は、穴部または凹部を有する
    請求項12または13に記載のモータ。
  15. 前記穴部または前記凹部は、円弧状の内周を有する
    請求項14に記載のモータ。
  16. 前記樹脂部は、前記ロータの回転軸の方向において前記取付け部と重なり合う位置に取付け脚を有する
    請求項12から15までの何れか1項に記載のモータ。
  17. 前記回路基板と前記放熱部材との間に、支持部材を有し、
    前記放熱部材は、前記支持部材によって支持されている
    請求項1から16までのいずれか1項に記載のモータ。
  18. 前記放熱部材は、前記ステータによって支持されている
    請求項1から16までのいずれか1項に記載のモータ。
  19. 前記放熱部材と前記回路基板との間に、放熱シートが設けられている
    請求項1から18までの何れか1項に記載のモータ。
  20. 前記放熱シートは、前記樹脂部によって覆われている
    請求項19に記載のモータ。
  21. 前記回路基板は、前記ステータに対向する第1の面に素子を有し、前記第1の面とは反対側の第2の面で前記放熱シートに接し、
    前記回路基板を貫通し、前記素子と前記放熱シートとに接する熱伝導部材を有する
    請求項19または20に記載のモータ。
  22. 前記ロータは、ロータコアと、前記ロータコアに取り付けられた永久磁石とを有し、
    前記永久磁石は磁石磁極を構成し、前記ロータコアの一部は仮想磁極を構成する
    請求項1から21までの何れか1項に記載のモータ。
  23. 請求項1から22までの何れか1項に記載のモータと、
    前記モータによって回転する羽根車と
    を備えた送風機。
  24. 室外機と、前記室外機と冷媒配管で連結された室内機とを備え、
    前記室外機と前記室内機の少なくとも一方は、
    請求項23に記載の送風機を有する
    空気調和装置。
  25. ステータを組み立てる工程と、
    前記ステータおよび回路基板を、互いに材質の異なる第の部分と第の部分とを有する放熱部材と共に、樹脂により一体に成形する工程と、
    前記ステータにロータを取り付ける工程と
    を有し、
    前記樹脂は、前記放熱部材の少なくとも前記第1の部分と前記ステータと前記回路基板とを覆う
    モータの製造方法。
  26. 前記第1の部分を、固定部材によりモータサポートに固定する
    請求項25に記載のモータの製造方法。
  27. 前記第1の部分は樹脂で構成され、前記第2の部分は金属で構成される
    請求項25または26に記載のモータの製造方法。
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