JPS60109613A - 電磁ベアリングのサ−ボ制御回路 - Google Patents
電磁ベアリングのサ−ボ制御回路Info
- Publication number
- JPS60109613A JPS60109613A JP59126547A JP12654784A JPS60109613A JP S60109613 A JPS60109613 A JP S60109613A JP 59126547 A JP59126547 A JP 59126547A JP 12654784 A JP12654784 A JP 12654784A JP S60109613 A JPS60109613 A JP S60109613A
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- JP
- Japan
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- electromagnetic
- air gap
- circuit
- bearing
- control circuit
- Prior art date
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-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C32/00—Bearings not otherwise provided for
- F16C32/04—Bearings not otherwise provided for using magnetic or electric supporting means
- F16C32/0406—Magnetic bearings
- F16C32/044—Active magnetic bearings
- F16C32/0444—Details of devices to control the actuation of the electromagnets
- F16C32/0451—Details of controllers, i.e. the units determining the power to be supplied, e.g. comparing elements, feedback arrangements with P.I.D. control
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)
- Feedback Control In General (AREA)
- Control Of Position Or Direction (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は電磁ベアリングのサーボ制御回路に関するもの
である。
である。
通常電磁ベアリングの制御回路はローターを支持する磁
束を発生する電磁巻線と、ベアリング内のローターの位
置を検出しその位置を表わす信号を発生する検出手段と
、その検出手段の出力に入力が接続されている位相補償
回路と、位相補償回路の出力に入力が接続されている直
緋化回路(平方根回路)と、加算器から構成されておシ
、ローターの位置を表わす信号が位相補償回路に入力さ
れ、ここで適切に位相が補正され、そして直線化回路に
より適切な制御信号に変換された後加算器を介して電磁
巻線に供給されている。位相補償回路とは、例えばアメ
リカ合衆国特許明細書第6.787.100号に開示さ
れているような公知の進相網であυ、Re素子を有する
微・積分増幅器から構成され、その時定数が、チー2回
路の共振周波数と等しく設けてあp、その周波数帯域に
於て位相を進ませ、よってチー2回路を安定化させる回
路1ある。この場合の進相は一般に20〜45゜であり
非常に大きな共振減衰特性を得ることが〒きる。
束を発生する電磁巻線と、ベアリング内のローターの位
置を検出しその位置を表わす信号を発生する検出手段と
、その検出手段の出力に入力が接続されている位相補償
回路と、位相補償回路の出力に入力が接続されている直
緋化回路(平方根回路)と、加算器から構成されておシ
、ローターの位置を表わす信号が位相補償回路に入力さ
れ、ここで適切に位相が補正され、そして直線化回路に
より適切な制御信号に変換された後加算器を介して電磁
巻線に供給されている。位相補償回路とは、例えばアメ
リカ合衆国特許明細書第6.787.100号に開示さ
れているような公知の進相網であυ、Re素子を有する
微・積分増幅器から構成され、その時定数が、チー2回
路の共振周波数と等しく設けてあp、その周波数帯域に
於て位相を進ませ、よってチー2回路を安定化させる回
路1ある。この場合の進相は一般に20〜45゜であり
非常に大きな共振減衰特性を得ることが〒きる。
従来このような回路に於て、更に、i磁巻線の電流を検
出する電流検出素子を設け、その出力を増幅器の第2の
入力に負帰環として供給し、ローターの位置を好適に制
御することが行なわれている。
出する電流検出素子を設け、その出力を増幅器の第2の
入力に負帰環として供給し、ローターの位置を好適に制
御することが行なわれている。
しかしこの構成は電磁巻線の電流のみを考慮しておp、
電磁ベアリングのエアギャップを全く考慮していないの
〒電流負帰環ループが無効になってしまうという欠点か
める。
電磁ベアリングのエアギャップを全く考慮していないの
〒電流負帰環ループが無効になってしまうという欠点か
める。
以下添付図面第1図〜第6図を用いて従来の欠点を詳細
に説明する。
に説明する。
第1図は従来のサーI制御回路1あυ、図示しない位置
検出素子からの信号xctが位相補償回路7に供給され
ており、ここで信号の周波数に関連して位相が進相され
、そして直線化回路4及び加算器1を介して電磁巻線3
に供給されている。電磁巻線3には更に電流検出用の巻
lfM21が設けられており、巻線21より得られる電
流信号がループ2を介して加算器1の第2の入力にフィ
ードツマツクされている。
検出素子からの信号xctが位相補償回路7に供給され
ており、ここで信号の周波数に関連して位相が進相され
、そして直線化回路4及び加算器1を介して電磁巻線3
に供給されている。電磁巻線3には更に電流検出用の巻
lfM21が設けられており、巻線21より得られる電
流信号がループ2を介して加算器1の第2の入力にフィ
ードツマツクされている。
第6図は従来の電磁ベアリングを用いたコンプレッサ1
00の概略断面図でおり、ステーター101部ローター
部102が示されている。更に図中には、電磁ラジアル
・ベアリング106(磁石162を有するステーター1
66、ローター161)及び電磁スラスト・ベアリング
104(磁石146を有するステーター142、四−タ
−141)、軸方向位置検出素子116、半径方向位置
検出素子114が示されている。
00の概略断面図でおり、ステーター101部ローター
部102が示されている。更に図中には、電磁ラジアル
・ベアリング106(磁石162を有するステーター1
66、ローター161)及び電磁スラスト・ベアリング
104(磁石146を有するステーター142、四−タ
−141)、軸方向位置検出素子116、半径方向位置
検出素子114が示されている。
説明の簡略のために、上述した電磁スラスト・ベアリン
グ104をブー2制御回路と組み合わせて説明するが、
電磁う・クアル・ベアリング106に於ても同様なこと
は言うまでもない。
グ104をブー2制御回路と組み合わせて説明するが、
電磁う・クアル・ベアリング106に於ても同様なこと
は言うまでもない。
第1図のコイル3は第6図に於ては143に相当し、位
相補償回路7に入力される位置、誤差信号は半径方向位
置検出素子114’#=ら得ら1れる。
相補償回路7に入力される位置、誤差信号は半径方向位
置検出素子114’#=ら得ら1れる。
電磁石143により発生される力F(電磁ベアリング1
42.143に働く力)は フ表わすことができる。
42.143に働く力)は フ表わすことができる。
但し、 βはベアリングのエアイヤツブ内の磁束密度、
Sはベアリングの作用表面積、
μ0は大気中の透磁率、
式(1)から力Fti磁束密度の2乗に比例すること力
1理解できる。
1理解できる。
更に磁束密度βは巻線を流れる電流工とエアギャップe
から次のように表わすことができる。
から次のように表わすことができる。
I#o ・・・・・・・・・・・・・・・・・・(2)
βニー ε 但し、Kは比例定数である。
βニー ε 但し、Kは比例定数である。
ここで、エアギャップの瞬時値εは
6=εo+ xd ・・・・・・・・・・・・・・・・
・・(4)但シ、ε0は4アリングのエアギャップの平
均値、xdは前記平均値に対する瞬時値 と表わすことができる。
・・(4)但シ、ε0は4アリングのエアギャップの平
均値、xdは前記平均値に対する瞬時値 と表わすことができる。
と表わすことができる。
従って加算器1の出力、すなわち電磁ベアリングの瞬間
的作用力Fは、ブー2制御回路の利得力1一定であるな
らば、加算器に入力される制御電圧Ucに完全に比例す
る。換言すれば、加算器1に実際に働いている力に正確
に比例する信号、(それは、ベアリングのエアギャップ
内の磁束密度に比例するか(式(1)参照)又は電流に
比例すると共にベアリングの瞬間的エアギャップの値に
反比例する(式(5)’を参照))、を供給することK
よってサー2回路の利得を一定にすることができる。
的作用力Fは、ブー2制御回路の利得力1一定であるな
らば、加算器に入力される制御電圧Ucに完全に比例す
る。換言すれば、加算器1に実際に働いている力に正確
に比例する信号、(それは、ベアリングのエアギャップ
内の磁束密度に比例するか(式(1)参照)又は電流に
比例すると共にベアリングの瞬間的エアギャップの値に
反比例する(式(5)’を参照))、を供給することK
よってサー2回路の利得を一定にすることができる。
しかし、従来の装置は、そのサージ回路の利得が広い周
波数帯域で一定でないため、制御電圧に正確に比例する
電磁ベアリングの瞬間的な作用力F′t−発生させるこ
とができ々かった。
波数帯域で一定でないため、制御電圧に正確に比例する
電磁ベアリングの瞬間的な作用力F′t−発生させるこ
とができ々かった。
第1図に示した回路の電流負帰環ループ2は電流検出素
子21により電磁巻線6を流れる電流Iを検出し加算器
1に負帰環として供給されている。
子21により電磁巻線6を流れる電流Iを検出し加算器
1に負帰環として供給されている。
この方法は電流値のみしか考慰しておらず、エアギャッ
プ6の変化を補償することを全く考慮していhいもので
おる。従って実際に作用する力Fと制御電圧間には正確
な比例関係はなく、次式で示されるように、エアイヤツ
ブの値εに依存するものである。
プ6の変化を補償することを全く考慮していhいもので
おる。従って実際に作用する力Fと制御電圧間には正確
な比例関係はなく、次式で示されるように、エアイヤツ
ブの値εに依存するものである。
従ってサージ制御回路のガツト・オフ周波数fc+よ多
低い場合には、電流負帰環ループ2はサージ制御回路の
ループ利得を一定に保つことができるが、周波数がfC
lより高くなると負帰環ループ2Fi無効となりステイ
フネスが減少し、エアギャップの変化がシステムに対し
て悪影響を与えてしまう。
低い場合には、電流負帰環ループ2はサージ制御回路の
ループ利得を一定に保つことができるが、周波数がfC
lより高くなると負帰環ループ2Fi無効となりステイ
フネスが減少し、エアギャップの変化がシステムに対し
て悪影響を与えてしまう。
この欠点を解決するために、第1図の電流検出素子21
にかわって、エアギャップ内にホール効果素子を用いた
磁束密度検出用プローブを挿入したところ、電磁4アリ
ングの動作力と制御電圧間は完全に比例関係にカってい
ることが確かめられた。従って、電磁ベアリングのエア
ギャップ内にホール効果素子を挿入し、磁束密度を検出
し、そしてその出力を加算器に磁束負帰環として供給す
れば実際の作用力Fと、制御電圧間には次式に示すよう
な完全な比例関係が成豆することが理解できる。
にかわって、エアギャップ内にホール効果素子を用いた
磁束密度検出用プローブを挿入したところ、電磁4アリ
ングの動作力と制御電圧間は完全に比例関係にカってい
ることが確かめられた。従って、電磁ベアリングのエア
ギャップ内にホール効果素子を挿入し、磁束密度を検出
し、そしてその出力を加算器に磁束負帰環として供給す
れば実際の作用力Fと、制御電圧間には次式に示すよう
な完全な比例関係が成豆することが理解できる。
F=KUc ・・・賄・・・・・町・・(71しかしこ
の方法は計算上では完全な問題解決となり得るが、ホー
ル効果素子をニアギャップ内忙位置させなければならな
いので事実上不可能である。当業者には周知のように、
ホール効果素子は非常にこわれやすいもので1)、エア
ギャップが全ての環境に於て均一でないので、ローター
がその回転中容易にホール効果素子に接触し、破損させ
てしまう。加えて、ポール効果素子は非常に熱に弱く、
電磁ベアリングの使用環境には耐えられるものではない
。
の方法は計算上では完全な問題解決となり得るが、ホー
ル効果素子をニアギャップ内忙位置させなければならな
いので事実上不可能である。当業者には周知のように、
ホール効果素子は非常にこわれやすいもので1)、エア
ギャップが全ての環境に於て均一でないので、ローター
がその回転中容易にホール効果素子に接触し、破損させ
てしまう。加えて、ポール効果素子は非常に熱に弱く、
電磁ベアリングの使用環境には耐えられるものではない
。
従って、第1図に示した回路は実際的ではめるが、サー
ジ制御回路の利得が一定ではなく、第3図に示したホー
ル効果素子を用いた回路は利得は一定ではめるが、実際
には使用不可能であるという欠点がある。
ジ制御回路の利得が一定ではなく、第3図に示したホー
ル効果素子を用いた回路は利得は一定ではめるが、実際
には使用不可能であるという欠点がある。
従って本発明は、伺ら付加的な検出手段を付加すること
なく制御電圧に正確に比例する電磁ベアリングの瞬間的
作用力を発生することができるサージ制御回路を提供す
ることを目的とする。
なく制御電圧に正確に比例する電磁ベアリングの瞬間的
作用力を発生することができるサージ制御回路を提供す
ることを目的とする。
上記目的は第1図に示した従来の構成に加えてローター
のエアギャップの平均値を表わす信号句dが第2人力に
接続されておシ、出方が乗算器の第2人力に接続されて
おり、これら大刀信号の加算された信号を発生する加算
器(61)と、位相補償回路の出力に第1人力が、直線
化回路の入力に出力が接続されてお)、第1及び第2人
力の乗算された信号を発生する乗算器を備えることにょ
シ達成することができる。
のエアギャップの平均値を表わす信号句dが第2人力に
接続されておシ、出方が乗算器の第2人力に接続されて
おり、これら大刀信号の加算された信号を発生する加算
器(61)と、位相補償回路の出力に第1人力が、直線
化回路の入力に出力が接続されてお)、第1及び第2人
力の乗算された信号を発生する乗算器を備えることにょ
シ達成することができる。
以下本発明の1実施例を添付図面第6図を用いて説明す
る。
る。
本発BAK係る電磁ベアリングのサージ制御回路は、ロ
ーターを支持する磁束を発生する電磁巻線(6)と、ロ
ーターの位置を検出しその位置を表わす信号(Xd)?
発生する検出手段(8)と、検出手段の出力に入力が接
続されている位相補償回路(7)と、位相補償回路の出
力に入力が接続されている直線化回路(4)と、直線化
回路の出力に第1人力が接続されており巻線に出力が接
続されている加算器(1)と、巻線を流れる電流を検出
する電流検小素子(21)を有しその出力が加算器の第
2人力に接続されている電流負帰環ループ(2)と、ロ
ーターの位置を表わす信号(xd)が第1人力に電磁ベ
アリングのエアギャップの平均値を表わす信号(εo(
1)が第2人力に接続されており出力が乗算器(62)
の第2人力に接続されておシ、これら入力された信号の
加算された信号を発生する加算器(61)と、位相補償
回路の出力に第1人力が直線回路の入力に出力が接続さ
れており、第1及び第2人力の乗算された信号を発生す
る乗算器(62)とから構成されている。
ーターを支持する磁束を発生する電磁巻線(6)と、ロ
ーターの位置を検出しその位置を表わす信号(Xd)?
発生する検出手段(8)と、検出手段の出力に入力が接
続されている位相補償回路(7)と、位相補償回路の出
力に入力が接続されている直線化回路(4)と、直線化
回路の出力に第1人力が接続されており巻線に出力が接
続されている加算器(1)と、巻線を流れる電流を検出
する電流検小素子(21)を有しその出力が加算器の第
2人力に接続されている電流負帰環ループ(2)と、ロ
ーターの位置を表わす信号(xd)が第1人力に電磁ベ
アリングのエアギャップの平均値を表わす信号(εo(
1)が第2人力に接続されており出力が乗算器(62)
の第2人力に接続されておシ、これら入力された信号の
加算された信号を発生する加算器(61)と、位相補償
回路の出力に第1人力が直線回路の入力に出力が接続さ
れており、第1及び第2人力の乗算された信号を発生す
る乗算器(62)とから構成されている。
第3図のサージ制御回路は第1図に示したと同様の通常
の電流負帰環ループ(2)を備えている。
の電流負帰環ループ(2)を備えている。
従って、それ以外の伺ら付加的検出手段をループ内に備
えていないので、この電流負帰環ループは電磁巻線を流
れる電流のみしか考慮しておらず、従って式(5)及び
(6)より、ループ内の利得は電磁ベアリングのエアギ
ャップεの影響を受ける。
えていないので、この電流負帰環ループは電磁巻線を流
れる電流のみしか考慮しておらず、従って式(5)及び
(6)より、ループ内の利得は電磁ベアリングのエアギ
ャップεの影響を受ける。
−力検出器8−加算器61−乗算器62から構成される
オープン・ループ回路は、電磁4アリングのエアギャッ
プεと検出器から出力されるエアギャップを表わす信号
εdが等しい限りに於て、電流負帰環ループの利得が一
定となるように動作する。事実、位置検出器で検出され
るエアギャップの変化xdはエアギャップの実際の変化
と正確に一致している。しかし検出器により検出される
エアギャップの平均値εOdは実際の電磁ベアリングの
エアギャップの平均値と異なる場合がある。例えば使用
環境に於て、温度が上昇しローターの軸が伸長した場合
、エアギャップの実際の平均値は検出器により検出され
た平均値εOdとは異なる。特に第2図に示した位置検
出器を有するラジアル・ベアリング106を考察すると
、位置検出器が電磁ベアリングに非常に近接した位置の
場合、非常に大きな差となってろられれる。
オープン・ループ回路は、電磁4アリングのエアギャッ
プεと検出器から出力されるエアギャップを表わす信号
εdが等しい限りに於て、電流負帰環ループの利得が一
定となるように動作する。事実、位置検出器で検出され
るエアギャップの変化xdはエアギャップの実際の変化
と正確に一致している。しかし検出器により検出される
エアギャップの平均値εOdは実際の電磁ベアリングの
エアギャップの平均値と異なる場合がある。例えば使用
環境に於て、温度が上昇しローターの軸が伸長した場合
、エアギャップの実際の平均値は検出器により検出され
た平均値εOdとは異なる。特に第2図に示した位置検
出器を有するラジアル・ベアリング106を考察すると
、位置検出器が電磁ベアリングに非常に近接した位置の
場合、非常に大きな差となってろられれる。
加算器61によりエアギャップ変化xdに加算される検
出器(例えば116)からの値εOdは検出器より検出
されるエアギャップの平均値に対応し、電磁ベアリング
のエアギャップの実際の平均値ε0に対応する。加算器
61の出力は検出器により検出されるエアギャップεd
の値に対応する(εd=εod + xo )。
出器(例えば116)からの値εOdは検出器より検出
されるエアギャップの平均値に対応し、電磁ベアリング
のエアギャップの実際の平均値ε0に対応する。加算器
61の出力は検出器により検出されるエアギャップεd
の値に対応する(εd=εod + xo )。
一方乗算器62の一方の入力にはエアギャップの変化x
dに比例する制御電圧が接続されており、前述した値ε
Oが他方の入力に接続されており、乗算器62により乗
算され出力としてUc (εod+xd)信号が発生さ
れる。この信号が直線化回路の入力に供給されている。
dに比例する制御電圧が接続されており、前述した値ε
Oが他方の入力に接続されており、乗算器62により乗
算され出力としてUc (εod+xd)信号が発生さ
れる。この信号が直線化回路の入力に供給されている。
従って、式(8)は次のようになる。
実際には、上述したように検出器により検出されるエア
ギャップの平均値εodllエアギャップの実際の平均
値ε0と等しいので(εod=ε0)式(9)は次のよ
うになる。
ギャップの平均値εodllエアギャップの実際の平均
値ε0と等しいので(εod=ε0)式(9)は次のよ
うになる。
F=に−Uc ・・・・・・・・・・・・・・・・・・
(9)従って、サージ制御回路の負帰環ループの利得は
広周波数帯域に渡って一定となり、よって、妨害周波数
に対するステイフネスの変化をなくすことができる。
(9)従って、サージ制御回路の負帰環ループの利得は
広周波数帯域に渡って一定となり、よって、妨害周波数
に対するステイフネスの変化をなくすことができる。
第1図は従来の電磁ベアリングのサージ制御回路のブロ
ック図であり、 第2図は電磁ベアリングを用いたコンプレッサの部分断
面図であり、 第6図は本発明の一実施例を示す図でおる。 (図中符号) 1・・・加算器、2・・・電流負帰環ループ、6・・・
電磁巻線、4・・・直線化回路、7・・・位相補償回路
、8・・・検出器、21・・・電流検出素子、61・・
・加算器、62・・・乗算器。
ック図であり、 第2図は電磁ベアリングを用いたコンプレッサの部分断
面図であり、 第6図は本発明の一実施例を示す図でおる。 (図中符号) 1・・・加算器、2・・・電流負帰環ループ、6・・・
電磁巻線、4・・・直線化回路、7・・・位相補償回路
、8・・・検出器、21・・・電流検出素子、61・・
・加算器、62・・・乗算器。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 て、 p、出力が乗算器Iりの第2人力に接続されておシ、こ
れら入力信号の加算された信号を発生する加算
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR7804769 | 1978-02-20 | ||
FR7804769A FR2417797A1 (fr) | 1978-02-20 | 1978-02-20 | Dispositif de compensation du grain d'un circuit asservi par contre-reaction en courant |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS60109613A true JPS60109613A (ja) | 1985-06-15 |
JPS6141001B2 JPS6141001B2 (ja) | 1986-09-12 |
Family
ID=9204782
Family Applications (2)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1796179A Granted JPS5585905A (en) | 1978-02-20 | 1979-02-20 | Gain compensating device for servo control circuit through current negativeefeedback |
JP59126547A Granted JPS60109613A (ja) | 1978-02-20 | 1984-06-21 | 電磁ベアリングのサ−ボ制御回路 |
Family Applications Before (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1796179A Granted JPS5585905A (en) | 1978-02-20 | 1979-02-20 | Gain compensating device for servo control circuit through current negativeefeedback |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4308490A (ja) |
JP (2) | JPS5585905A (ja) |
DE (1) | DE2905583A1 (ja) |
FR (1) | FR2417797A1 (ja) |
GB (1) | GB2015203B (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS61296274A (ja) * | 1985-06-24 | 1986-12-27 | ハネウエル・インコーポレーテッド | 磁気懸垂装置 |
Families Citing this family (19)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3148944A1 (de) * | 1981-12-10 | 1983-08-04 | Teldix Gmbh, 6900 Heidelberg | Vorrichtung zur magnetischen lagerung eines koerpers |
FR2561730B1 (fr) * | 1984-03-26 | 1986-08-22 | Europ Propulsion | Dispositif de compensation des defauts geometriques d'un anneau de detecteur radial de suspension magnetique active de rotor |
JPS60245443A (ja) * | 1984-05-18 | 1985-12-05 | Ntn Toyo Bearing Co Ltd | 制御式ラジアル磁気軸受装置 |
JPS6166540A (ja) * | 1984-09-08 | 1986-04-05 | Ntn Toyo Bearing Co Ltd | 磁気軸受の制御装置 |
JPS61190308A (ja) * | 1985-02-20 | 1986-08-25 | Akutoronikusu Kk | 光電信号変換装置 |
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