KR20130125857A - 마그네슘 합금 선회스크롤을 적용한 스크롤식 압축기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 선회스크롤과 웨이트밸런서의 질량을 감소시킴으로써 전동 압축기의 구도에 소요되는 소비전력을 절감하도록 하는 전동 압축기에 관한 것이다. 본 발명은 냉매의 압축을 위한 압축기구부를 구성하는 선회스크롤과 웨이트밸런서를 마그네슘 합금으로 형성하는 것이다. 이와 같은 본 발명에 의하면 선회스크롤의 질량을 감소시킬 수 있고, 이에 따라 웨이트밸런서의 질량도 감소시킬 수 있게 되어, 전동 압축기의 구동시에 소요되는 소비전력을 절감할 수 있는 효과를 가지게 된다.

Description

전동 압축기 {Electric motor-driven compressor}

본 발명은 전동 압축기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 선회스크롤과 웨이트밸런서의 중량을 감소시킴으로써 전동 압축기의 구도에 소요되는 소비전력과 구동소음을 줄이도록 하는 전동 압축기에 관한 것이다.

도 1에는 종래 기술에 의한 전동 압축기의 구성이 단면도로 도시되어 있고, 도 2에는 종래 기술에 의한 전동 압축기의 회전축과 회전자, 그리고 선회스크롤의 구성이 측면도로 도시되어 있다.

도 1에 도시된 바에 의하며, 전동 압축기(1)는 냉매가 외부로부터 흡입되는 전방하우징(10)과, 냉매의 압축이 이루어지는 중간하우징(30), 그리고 압축된 냉매가 토출되는 토출실(51)이 형성되는 후방하우징(50)을 포함하여 구성된다.

상기 전방하우징(10)의 내부에는 모터실(11)이 형성된다. 상기 모터실(11)에는 상기 전동 압축기(1)의 구동원인 모터(60)가 설치되는 부분이다. 상기 전방하우징(10)의 일측에는 냉매의 유입을 위한 흡입포트(도시되지 않음)가 형성된다. 상기 흡입포트로 유입된 냉매는 상기 모터실(11)을 지나 냉매를 압축하기 위한 압축실(S)로 이동된다.

상기 모터(60)는 고정자(61)와 회전자(70)로 구성된다. 상기 고정자(61)는 대략 그 중앙이 관통된 원통형상으로, 코어편이 다수 개 적층되어 만들어진다. 상기 고정자(61)에는 코일이 감긴다. 상기 고정자(61)는 상기 전방하우징(10)의 내면에 고정된다.

상기 고정자(61)의 내측에는 회전자(70)가 설치된다. 도 2를 참조하면, 상기 회전자(70)는 대략 원통형상으로, 다수 개의 코어편(도시되지 않음)이 적층되어 형성된다. 상기 고정자(61)의 코일에 전류가 흐르면 자기장이 발생하게 되어 상기 회전자(70)가 회전하게 된다. 상기 회전자(70)의 양단에는 각각 커버(71)가 구비되는데, 상기 커버(71)는 다수 개의 코어편으로 구성되는 상기 회전자(70)의 양측을 고정하는 것으로 역할을 한다.

상기 커버(71)의 외측에는 각각 웨이트밸런서(72,72')가 설치된다. 상기 웨이트밸런서(72,72')는 후술할 압축기구부에 의해 발생하는 언밸런스를 바로 잡기 위한 것이다. 상기 웨이트밸런서(72,72')는 소정의 두께를 가지는 원호형상으로 형성된다. 상기 웨이트밸런서(72,72')는 상기 회전자(70)의 중앙을 중심으로 서로 반대되는 위치에 설치된다. 상기 코어편과 커버(71), 그리고 웨이트밸런서(72,72')는 리벳(75)에 의해 결합한다.

다시 도 1을 참조하면, 상기 회전자(70)의 중앙을 관통하여서는 회전축(12)이 압입된다. 따라서, 상기 회전자(70)가 상기 고정자(61)와 전자기적 상호작용을 하여 회전하게 되면, 회전축(12)도 함께 회전하게 된다. 상기 회전축(12)의 일단(도면을 기준으로 우측 일단)에는 편심부시(35)가 상기 회전축(12)의 중심으로부터 편심되도록 설치된다. 상기 편심부시(35)는 아래에서 설명될 선회스크롤(45)과 연결되어 상기 선회스크롤(45)을 공전시키는 역할을 한다.

상기 전방하우징(10)의 하부(도면을 기준으로 좌측)에는 상기 압축기(1)의 회전을 제어하는 인버터조립체(22)가 결합한다. 상기 인버터조립체(22)는 직류전력을 교류전력으로 변환하는 인버터(도시되지 않음)와, 상기 인버터를 냉각시키는 냉각판(도시되지 않음)으로 구성된다. 상기 인버터는 상기 모터(60)와 전기적으로 연결되어 상기 모터(60)의 회전속도를 제어한다. 상기 모터(60)의 회전속도가 제어됨에 의해 냉매의 압축량이 제어되어 차량의 실내가 원하는 온도로 일정하게 유지된다.

상기 중간하우징(30)의 내부에는 압축기구부(40)가 설치된다. 상기 압축기구부(40)는 상기 흡입포트를 통해 상기 전방하우징(10)의 내부로 들어온 냉매를 흡입하여 압축하는 역할을 수행하는 것으로, 상기 모터(60)로부터 동력을 전달받아 냉매를 압축하게 된다.

상기 압축기구부(40)는 고정스크롤(41)과 선회스크롤(45)을 포함하고, 상기 고정스크롤(41)에 대한 상기 선회스크롤(45)의 상대회전에 의해 상기 고정스크롤(41)과 선회스크롤(45)의 사이에 형성되는 압축실(S) 내부에 유입된 냉매를 압축하게 된다.

좀더 자세하게 살펴보면, 상기 고정스크롤(41)은 상기 중간하우징(30)의 내면에 고정되는 원판형상의 고정단판(42)의 일면에 와선형으로 고정랩(43)이 돌출되어 형성된다. 상기 고정스크롤(41)의 중앙을 관통하여서는 토출구(44)가 형성되어 압축실(S)에서 압축된 냉매를 토출실(51)로 전달한다.

상기 선회스크롤(45)은 상기 회전축(12)과 편심부시(35) 사이에 설치되는 밸런스플레이트(33)의 올덤커플링(31)에 의해 회전가능하게 설치된다. 상기 선회스크롤(45)은 상기 고정스크롤(41)과 마주보게 설치되는데, 그 구성은 원판형상의 선회단판(46)의 일면에 와선형으로 선회랩(47)이 돌출되게 형성되어 구성된다.

상기 선회랩(47)은 상기 고정랩(43)과 협력하여 압축실(S)을 형성한다. 즉, 상기 선회스크롤(45)이 상기 고정스크롤(41)에 대해 공전함에 의해 상기 고정랩(43)과 선회랩(47)에 의해 형성되는 압축실(S)의 체적이 점점 작아지면서 냉매의 압축이 이루어지고, 압축된 냉매는 상기 토출구(44)를 통해 토출실(51)로 토출된다.

상기 중간하우징(30)의 전방, 즉, 상기 고정스크롤(41)의 토출구(44)와 마주보는 위치에는 후방하우징(50)이 결합된다. 상기 전방하우징(50)에는 상기 토출구(44)로부터 냉매가 토출되는 토출실(51)이 형성된다. 그리고 상기 후방하우징(50)의 일측에는 토출포트(미도시)가 형성된다. 상기 토출포트를 통해 압축기(1)에서 압축된 냉매는 공기조화장치의 다른 구성요소로 전달된다.

그러나 상기한 바와 같은 종래 기술에서는 다음과 같은 문제점이 있다.

종래기술에 의하면 상기 고정스크롤(41)과 협력하여 압축실(S)을 형성하는 선회스크롤(45)은 알루미늄 합금을 사용하여 제작되는데, 알루미늄 합금을 사용하여 상기 선회스크롤(45)을 제작하게 됨에 따라 상기 선회스크롤(45)의 질량이 증가하게 된다.

그리고 상기 선회스크롤(45)의 질량이 증가함으로 인해, 상기 압축기구부(40)에 의해 발생하는 질량 불평형을 바로 잡기 위해서 상기 회전자(70)의 양측에는 웨이트밸런서(72,72')의 질량도 상기 선회스크롤(45)의 질량에 비례하여 증가하게 된다.

이와 같이 상기 선회스크롤(45)과 웨이트밸런서(72,72')의 질량이 증가하게 되면, 냉매의 압축을 위해 선회스크롤(45)과 회전축(12)에 구비된 웨이트밸런서(72,72')를 구동시키기 위한 소비전력이 증가하게 되는 문제가 발생하게 된다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 선회스크롤과 웨이트밸런서의 질량을 감소시키도록 함으로써, 전동 압축기의 구동에 필요한 소비전력을 절감하는 것을 목적으로 한다.

상기한 바와 같은 본 발명은, 내부에 모터실이 형성되고, 외관을 형성하는 하우징과, 냉매의 압축을 위한 구동력을 제공하고, 상기 모터실의 내면에 고정되는 고정자와, 상기 고정자의 내측에 회전 가능하게 설치되는 회전자로 구성되는 모터, 상기 하우징의 내부에 구비되고, 고정스크롤과 선회스크롤에 의해 상기 하우징의 내부로 유입된 냉매를 압축하기 위한 압축실을 형성하는 압축기구부, 그리고 상기 회전자의 양단에 구비되어 상기 압축기구부에 의해 발생하는 언밸런스량을 보상하기 위한 웨이트밸런서를 포함하여 구성되고, 상기 선회스크롤은 마그네슘 합금으로 형성되는 것을 기술적 특징으로 한다.

그리고 상기 선회스크롤(145)의 인장강도는 365MPa 이상인 것이 바람직하다.

또는 상기 선회스크롤(145)의 항복강도는 300MPa 이상인 것이 바람직하다.

상기한 바와 같은 본 발명에 의하면, 전동 압축기 내부에서 압축실을 형성하는 선회스크롤과 질량불평형을 보상하는 웨이트밸런서의 질량이 감소함으로 인해, 전동 압축기의 구동시에 소모되는 소비전력을 절감시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래 기술에 의한 전동 압축기의 구성을 보인 단면도,
도 2는 종래 기술에 의한 회전축과 회전자, 선회스크롤의 구성을 보인 측면도,
도 3은 본 발명에 의한 전동 압축기의 구성을 보인 단면도,
도 4는 본 발명에 의한 회전축과 회전자, 선회스크롤의 구성을 보인 측면도,
도 5는 전동 압축기의 회전속도와 소비전력과의 관계를 도시한 그래프,
도 6은 전동 압축기의 회전속도와 구동소음과의 관계를 도시한 그래프.

이하 본 발명에 의한 전동 압축기의 바람직한 실시예의 구성을 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명하기로 한다.

도 3에는 본 발명에 의한 전동 압축기의 바람직한 실시 예의 구성이 단면도로 도시되어 있고, 도 4에는 본 발명에 의한 회전축과 회전자, 선회스크롤의 구성을 보인 측면도가 도시되어 있다.

이들 도면에 도시된 바에 의하면, 본 발명에 의한 전동 압축기(100)는 냉매가 외부로부터 흡입되어 압축실로 냉매를 전달하는 전방하우징(110)과, 상기 전방하우징(110)의 후방에 결합되어 전달된 냉매를 압축하는 압축실이 형성된 중간하우징(130), 그리고 상기 중간하우징(130)의 후방에 결합되고 압축된 냉매가 토출되는 토출실(151)이 구비되는 후방하우징(150)을 포함하여 구성된다. 상기 전방하우징(110)과 중간하우징(130), 그리고 후방하우징(150)이 결합하여 전동 압축기의 전체적인 외관을 형성하게 된다.

여기서, 상기 전방하우징(110), 중간하우징(130), 그리고 후방하우징(150)의 형상은 다양한 변형이 가능하고, 전체 하우징(110,130,150) 역시 다양한 구성으로 될 수 있다. 예를 들면, 전방하우징(110) 및 중간하우징(150)이 일체로 형성될 수 있고, 중간하우징(130) 및 후방하우징(150)이 일체로 형성될 수 있다.

상기 전방하우징(110)은 두 개의 하우징(115,118)으로 구성되며, 서로 마주보는 면이 오목하게 형성되어 내부에 공간을 형성한다. 상기 전방하우징(110)의 내부에는 모터실(111)이 형성된다. 상기 모터실(111)은 상기 전동 압축기(100)의 구동원인 모터(160)가 설치되는 부분이다. 상기 전방하우징(110)의 일측에는 냉매의 유입을 위한 흡입포트(미도시)가 형성된다. 상기 흡입포트를 통해 유입된 냉매는 상기 모터실(111)을 지나 냉매를 압축하기 위한 압축실(S)로 이동된다.

상기 모터(160)는 고정된 상태에서 자기장을 발생시키는 고정자(161)와 상기 고정자(161)의 자기장에 의하여 회전하는 회전자(170)로 구성된다. 상기 고정자(161)는 대략 그 중앙이 관통된 원통형상으로, 코어편이 다수 개 적층되어 만들어진다. 상기 고정자(161)에는 코일이 감긴다. 상기 고정자(161)에 코일에 전류가 흐르면, 상기 고정자(161)에는 자기장이 형성된다. 상기 고정자(161)는 모터실(111)의 내면에 고정된다.

상기 고정자(161)의 내측에는 회전자(170)가 설치된다. 도 4를 참조하면, 상기 회전자(170)는 대략 그 중앙이 관통된 원통형상으로, 다수 개의 코어편이 적층되어 형성된다. 상기 고정자(161)의 코일에 전류가 흐르면 자기장이 발생하게 되어 상기 회전자(170)가 회전하게 된다. 상기 회전자(170)의 구성은 하나의 층을 하나의 강판이 구성한다. 본 실시 예의 경우 링 형상의 강판이 구성하도록 할 수 있으나, 하나의 층을 구성하는 강판을 여러 조각으로 하고, 이들 조각들을 적층하여 별도의 프레임을 사용하여 일체로 만들 수도 있다.

상기 회전자(170)의 양단에는 각각 커버(171,171')가 설치된다. 상기 커버(171,171')는 다수 개의 코어편으로 구성되는 상기 회전자(170)의 양측을 고정하는 역할을 한다. 상기 커버(171,171')는 그 중앙이 관통된 원판형상으로 형성된다.

상기 회전자(170)의 일측에는 웨이트밸런서(172,172')가 구비된다. 상기 웨이트밸런서(172,172')는 원호 형상으로 형성된다. 상기 웨이트밸런서(172,172')는 다수 개의 원호 형상의 코어편이 적층되어 형성된다. 상기 웨이트밸런서(172,172')는 후술할 압축기구부(140)에 의해 발생하는 언밸런스를 보상하는 역할을 한다.

상기 회전자(170)의 중앙을 관통하여서는 회전축(112)이 결합된다. 상기 회전축(112)은 상기 회전자(170)와 일체로 회전한다. 상기 회전축(112)의 일단에는 편심핀(도시되지 않음)이 구비된다. 상기 편심핀은 상기 회전축(112)의 회전 중심과 일정량 편심되어 위치한다.

상기 편심핀에는 편심부시(135)가 설치된다. 상기 편심부시(135)의 선단은 원형궤적을 그리면서 회전된다. 상기 편심부시(135)는 아래에서 설명될 선회스크롤(145)과 연결되어 상기 선회스크롤(145)을 공전시키는 역할을 한다.

다시 도 3을 참조하면, 상기 전방하우징(110)의 후방에는 상기 압축기(100)의 회전을 제어하는 인버터조립체(122)가 결합된다. 상기 인버터조립체(122)는 직류전력을 교류전력으로 변환하는 인버터(미도시)와, 상기 인버터를 냉각시키는 냉각판(미도시)으로 구성된다. 상기 인버터는 상기 모터(160)와 전기적으로 연결되어 상기 모터(160)의 회전속도를 제어한다. 상기 모터(160)의 회전속도가 제어됨에 의해 냉매의 압축량이 제어되어 차량의 실내가 원하는 온도로 일정하게 유지된다.

상기 중간하우징(130)의 내부에는 압축기구부(140)가 설치된다. 상기 압축기구부(140)는 상기 전방하우징(110)의 내부로 들어온 냉매를 흡입하여 압축하는 것으로, 상기 모터(160)로부터 동력을 전달받아 냉매를 압축하게 된다. 상기 압축기구부(140)는 고정스크롤(141)과 선회스크롤(145)의 상대회전에 의해 그 사이에 형성되는 압축실(S) 내부에 유입된 냉매를 압축하게 된다.

좀더 자세하게 살펴보면, 상기 고정스크롤(141)은 상기 중간하우징(130)의 내면에 고정되는 원판형상의 고정단판(142)의 일면에 와선형으로 고정랩(143)이 돌출되게 형성된다. 상기 고정스크롤(141)의 중앙을 관통하여서는 토출구(144)가 형성되어 압축실(S)에서 압축된 냉매는 토출실(151)로 토출된다.

상기 선회스크롤(145)은 상기 회전축(112)과 편심부시(135) 사이에 설치되는 밸런스플레이트(133)에 올덤커플링(131)에 의해 회전가능하게 설치된다. 상기 선회스크롤(145)은 상기 고정스크롤(141)과 마주보게 설치된다. 상기 선회스크롤(145)은 원판형상의 선회단판(146)과 상기 선회단판(146)의 일면에 와선형으로 돌출되게 형성되는 선회랩(147)으로 구성된다.

상기 선회랩(147)은 상기 고정랩(143)과 협력하여 압축실(S)을 형성한다. 구체적으로는, 와선형으로 돌출되어 형성된 선회랩(147)과 고정랩(143)이 서로 마주보도록 설치된다. 그리고 상기 고정스크롤(141)의 고정랩(143)에 대해 상기 선회스크롤(145)의 선회랩(147)이 공전하게 됨에 따라 상기 고정랩(143)과 선회랩(147)에 의해 형성되는 압축실(S)의 체적이 점차 작아지면서 압축실(S)내의 냉매가 압축이 이루어지게 된다. 그리고 상기 압축실(S)에서 압축된 냉매는 상기 토출구(144)를 통해 상기 토출실(151)로 토출된다.

상기 선회랩(147)이 형성된 면과 반대되는 상기 선회스크롤(145)의 일면에는 보스(148)가 돌출되어 형성된다. 상기 보스(148)에는 회전축(112)의 편심부시(135)가 삽입되어 상기 회전축(112)에 의해 상기 선회스크롤(145)이 공전하게 된다.

이와 같이 상기 회전축(112)을 중심으로 압축기구부(140) 및 여러가지 부품들이 회전하게 되는데, 특히 압축기구부(140)의 부품들의 질량중심과 회전축(112)의 회전중심이 정확히 일치하지 않게 되어 언밸런스가 발생하게 된다. 따라서 이러한 언밸런스는 상기 웨이트밸런서(172)에 의해 질량 평형이 이루어지게 된다.

상기 중간하우징(130)의 후방, 즉, 상기 고정스크롤(141)의 토출구(144)와 마주보는 위치에는 후방하우징(150)이 결합된다. 상기 후방하우징(150)에는 상기 토출구(144)로부터 냉매가 토출되는 토출실(151)이 형성된다.

다음으로 본 발명에 의한 선회스크롤 조립체(180)에 대해 설명하도록 한다. 도 4를 참조하면, 상기 선회스크롤조립체(180)는 상기 회전축(112)에 일체로 결합되어 상기 회전축(112)의 회전에 따라 회전하는 구성으로, 선회스크롤(145)과, 웨이트밸런서(172,172')를 포함하여 구성된다.

상기 선회스크롤(145)은 마그네슘 합금으로 형성된다. 상기 선회스크롤(145)을 마그네슘 합금으로 제작함으로써, 종래 알루미늄 합금으로 선회스크롤(145)을 제작할 때에 비해 질량을 약 50~60% 절감시킬 수 있다. 그리고 상기 선회스크롤(145)이 압축실(S)에서의 냉매의 압축에 의해 발생하는 고압을 견디기 위해서는 인장강도 365MPa 이상이거나, 항복강도 300MPa 이상이 되도록 제작되어야 한다.

그리고 상기 선회스크롤(145)의 질량이 약 50~60% 감소함에 따라 상기 선회스크롤(145)의 회전에 의해 발생하는 언밸런스량이 감소하게 된다. 따라서 상기 웨이트밸런서(172)의 질량을 상기 선회스크롤(145)의 질량감소량에 비례하여 감소시킬 수 있다.

이와 같이 상기 선회스크롤(145)과 웨이트밸런서(172)의 질량이 감소함으로 인해 상기 압축기(100)를 구성하는 전체 질량이 약 2~3% 정도 감소시킬 수 있게 된다. 그리고 압축기의 질량이 감소함에 따라 상기 압축기를 구동시키는데 소요되는 전력을 감소시킬 수 있다. 또한 마그네슘 합금을 이용하여 제작한 선회스크롤(145)을 사용하여도 종래 기술에 비하여 동등 수준의 진동소음 수준을 달성할 수 있다.

구체적으로 본 발명에 의한 전동 압축기에 의한 소비전력 감소와 진동소음 수준에 대해 설명하면 다음과 같다. 도 5에는 본 발명에 의한 전동 압축기의 회전속도의 변화에 따른 소비전력량을 종래의 경우와 비교하여 도시하였다. 도시된 바에 의하면, 종래 기술에 의한 전동 압축기의 소비전력을 100%(도면에서 점선으로 표시된 부분)라고 하였을 때, 본 발명에 의한 전동 압축기의 소비전력(도면에서 실선으로 표시된 부분)은 전동 압축기의 구동속도가 3000 또는 7000 RPM인 경우에는 약 5%, 전동 압축기의 구동속도가 5000 RPM인 경우에는 약 2% 정도 절감되는 것을 알 수 있다.

다음으로 도 6에는 본 발명에 의한 전동 압축기의 회전속도의 변화에 따른 구동소음을 종래의 경우와 비교하여 도시하였다. 도시된 바에 의하면, 종래 기술에 의한 전동 압축기의 소비전력을 100%(도면에서 점선으로 표시된 부분)라고 하였을 때, 본 발명에 의한 전동 압축기의 소음 레벨(도면에서 실선으로 표시된 부분)은 압축기의 구동속도가 3000RPM인 경우에는 종래의 경우에 비해 다소 높아지는 것을 볼 수 있으나, 압축기의 구동속도가 5000RPM인 경우에는 종래의 경우에 비해 낮은 것으로 볼 수 있으며, 압축기의 구동속도가 7000RPM인 경우에는 종래와 거의 비슷한 것을 알 수 있다. 따라서 전체적으로 보았을 때, 본 발명에 의한 전동 압축기의 소음 레벨이 종래와 비교하여 거의 동등한 수준을 유지함을 알 수 있다.

본 발명의 권리범위는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

110:전방하우징
111:모터실
122:인버터조립체
130:중간하우징
140:압축기구부
141:고정스크롤
145:선회스크롤
150:후방하우징
160:모터
161:고정자
170:회전자
172:웨이트밸런서

Claims (3)

1. 내부에 모터실(111)이 형성되고, 외관을 형성하는 하우징과;
   냉매의 압축을 위한 구동력을 제공하고, 상기 모터실(111)의 내면에 고정되는 고정자(161)와, 상기 고정자(161)의 내측에 회전 가능하게 설치되는 회전자(170)로 구성되는 모터(160);
   상기 하우징의 내부에 구비되고, 고정스크롤(141)과 상기 회전자(170)와 일체로 회전하는 선회스크롤(145)에 의해 상기 하우징의 내부로 유입된 냉매를 압축하는 압축실(S)을 형성하는 압축기구부(140); 그리고
   상기 회전자(170)의 양단에 구비되어 상기 압축기구부(140)에 의해 발생하는 언밸런스량을 보상하기 위한 웨이트밸런서(172)를 포함하여 구성되고,
   상기 선회스크롤(145)은 마그네슘(Mg) 합금으로 형성되는 것을 특징으로 하는 전동 압축기.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 선회스크롤(145)의 인장강도는 365MPa 이상인 것을 특징으로 하는 전동 압축기.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 선회스크롤(145)의 항복강도는 300MPa 이상인 것을 특징으로 하는 전동 압축기.
   

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