KR20230167466A - 발전장치 - Google Patents

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KR20230167466A
KR20230167466A KR1020220067312A KR20220067312A KR20230167466A KR 20230167466 A KR20230167466 A KR 20230167466A KR 1020220067312 A KR1020220067312 A KR 1020220067312A KR 20220067312 A KR20220067312 A KR 20220067312A KR 20230167466 A KR20230167466 A KR 20230167466A
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Abstract

본 발명은 발전장치에 관한 것으로서, 외부의 동력에너지에 의해 회전하는 회전축과; 상호 다른 극성을 갖는 복수의 제1자석 및 복수의 제2자석이 상기 회전축의 둘레방향을 따라 일정 간격으로 교번적으로 배치되며 상기 회전축에 결합되는 발전용 회전자와, 복수의 철심코일부가 복수의 상기 제1자석 및 복수의 상기 제2자석에 대응하며 상기 발전용 회전자의 둘레방향을 따라 이격 배치된 발전용 고정자를 포함하고, 상기 회전축의 회전에 따라 상기 발전용 회전자와 상기 발전용 고정자 사이에 기전력을 발생하는 발전 모듈과; 복수의 상기 제1자석 및 복수의 상기 제2자석과 동일한 간격으로 상기 회전축의 둘레방향을 따라 배치되는 복수의 제3자석을 가지며 상기 회전축에 결합되는 척력용 회전자와, 상기 제3자석과 동일 극성을 갖는 복수의 제4자석이 복수의 상기 제3자석에 대응하며 상기 척력용 회전자의 둘레방향을 따라 이격 배치된 척력용 고정자를 포함하고, 상기 회전축에 상기 발전 모듈과 이격 배치되어 상기 발전 모듈에서 발생하는 인력과 동일한 크기의 척력을 발생하는 척력 발생 모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

발전장치{ELECTRIC GENERATING APPARATUS}
본 발명은 발전장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 기전력을 발생하는 발전 모듈과, 척력을 발생하는 척력 모듈을 구비한 발전장치에 관한 것이다.
일반적으로, 발전기는 기계적인 에너지를 전기적인 에너지로 변환하는 장치로서 전자기 유도작용을 이용하여 기전력을 발생시키게 되는데, 이러한 자기장을 만들기 위해서는 강력한 자성체와 기전력을 발생시키는 도전체를 포함하여 구성된다.
자석을 이용한 발전장치는 회전자의 외주면에 자성체로서 복수의 자석을 간격을 두고 배치하고, 도전체로서 금속 코일이 감긴 고정자가 회전자의 주위에 배치되는 구조를 가진다.
이에 따라, 외부의 동력원에 의해 회전자가 회전하면, 고정자에 마련된 N극과 S극의 자석이 고정자에 교류의 양과 음의 변화를 주어 기전력을 발생시켜, 전기에너지를 얻게 된다.
그러나, 종래의 발전장치는 자력에 의해 회전을 방해하는 힘이 작용하게 되므로, 자력에 의한 저항력으로 인해 발전 효율이 저하되는 문제가 있다.
따라서, 종래의 발전장치는, 발전기 내의 자속 저항을 줄여 발전량을 극대화시키기 위해, 자석이 설치되는 회전자를 고속으로 회전시키거나 또는, 큰 입력 동력이 요구되고, 많은 수의 자석을 구비해야 하므로, 발전 효율이 저하될 뿐만 아니라 발전장치의 제조 원가가 상승되며, 발전장치의 크기도 커지는 문제점이 있다.
국내등록특허공보 제10-2381983호(등록일: 2022.03.29.)
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 자력을 이용한 발전시 하나의 회전축에 발전을 하는 발전 모듈과, 척력을 발생하는 척력 발생 모듈을 구비하여, 발전시 발전 모듈로부터 발생하는 인력을 척력 모듈에서 자석 간에 작용하는 척력을 이용하여 상쇄시켜, 회전축의 회전 저항 토크를 감소시킴으로써 발전에 필요한 외부의 동력에너지를 감소시키며, 발전 효율을 향상시키고, 제조 원가를 저감하며 장치의 크기도 컴팩트하게 구현할 수 있는 발전장치를 제공하는 것을 발명의 목적으로 한다.
본 발명의 목적은, 외부의 동력에너지에 의해 회전하는 회전축과; 상호 다른 극성을 갖는 복수의 제1자석 및 복수의 제2자석이 상기 회전축의 둘레방향을 따라 일정 간격으로 교번적으로 배치되며 상기 회전축에 결합되는 발전용 회전자와, 복수의 철심코일부가 복수의 상기 제1자석 및 복수의 상기 제2자석에 대응하며 상기 발전용 회전자의 둘레방향을 따라 이격 배치된 발전용 고정자를 포함하고, 상기 회전축의 회전에 따라 상기 발전용 회전자와 상기 발전용 고정자 사이에 기전력을 발생하는 발전 모듈과; 복수의 상기 제1자석 및 복수의 상기 제2자석과 동일한 간격으로 상기 회전축의 둘레방향을 따라 배치되는 복수의 제3자석을 가지며 상기 회전축에 결합되는 척력용 회전자와, 상기 제3자석과 동일 극성을 갖는 복수의 제4자석이 복수의 상기 제3자석에 대응하며 상기 척력용 회전자의 둘레방향을 따라 이격 배치된 척력용 고정자를 포함하고, 상기 회전축에 상기 발전 모듈과 이격 배치되어 상기 발전 모듈에서 발생하는 인력과 동일한 크기의 척력을 발생하는 척력 발생 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 발전장치에 의해 달성된다.
여기서, 상기 제1자석과 상기 제2자석과 상기 제3자석과 상기 제4자석과 상기 철심코일부는 각각, 상기 회전축의 중심축선에 대해 나란하게 배치될 수 있다.
상기 제1자석 및 상기 제2자석과 상기 제3자석은 동일축선 상에 위치하고, 상기 제4자석과 상기 철심코일부는 동일 축선상에 위치할 수 있다.
상기 제1자석과 상기 제2자석 사이와, 한 쌍의 상기 철심코일부 사이와, 한 쌍의 상기 제3자석 사이와, 한 쌍의 상기 제4자석 사이에는 각각, 슬롯이 형성될 수 있다.
상기 제1자석과 상기 제2자석과 상기 제3자석과 상기 제4자석은 동일한 폭과 길이를 가지며, 동일한 자속밀도를 가질 수 있다.
본 발명에 따르면, 하나의 회전축에 발전을 하는 발전 모듈과, 척력을 발생하는 척력 발생 모듈을 구비하여, 발전시 발전 모듈로부터 발생하는 인력을 척력 모듈에서 자석 간에 작용하는 척력을 이용하여 상쇄시켜, 회전축의 회전 저항 토크를 감소시킴으로써, 발전에 필요한 외부의 동력에너지를 감소시키며, 발전 효율을 향상시키고, 제조 원가를 저감하며 장치의 크기도 컴팩트하게 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발전장치의 사시도,
도 2는 도 1의 요부 분해 사시도,
도 3의 (a)는 도 1의 발전 모듈의 제1자석 및 제2자석과 철심코일부가 대응하며 배치된 상태를 도시한 단면도이고, 도 3의 (b)는 도 1의 척력 발생 모듈의 제3자석과 제4자석이 대응하며 배치된 상태를 도시한 단면도,
도 4의 (a)는 도 1의 발전 모듈의 제1자석 및 제2자석과 철심코일부가 엇갈리게 배치된 상태를 도시한 단면도이고, 도 4의 (b)는 도 1의 척력 발생 모듈의 제3자석과 제4자석이 엇갈리게 배치된 상태를 도시한 단면도,
도 5 내지 도 7은 본 발명에 발전장치의 작동 개념을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 제한되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 도면 부호는 동일한 구성 요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 구성요소들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 비록 "제1", "제2" 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하, 첨부 도면들을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
도 1 내지 도 4에는 본 발명의 일 실시예에 따른 발전장치가 도시되어 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발전장치(1)는 회전축(10)과, 발전 모듈(100)과, 척력 발생 모듈(200)을 포함한다.
회전축(10)은 일정 길이의 봉 형상을 가지며, 외부의 동력에너지에 의해 회전한다. 회전축(10)에는 엔진, 터빈 등에 연결되어, 엔진, 터빈의 회전력에 의해 회전한다.
발전 모듈(100)은 회전축(10)의 회전에 따라 기전력을 발생한다.
발전 모듈(100)은 발전용 회전자(110)와 발전용 고정자(150)를 포함하며, 발전용 회전자(110)와 발전용 고정자(150)는 발전용 하우징(180)에 수용된다.
발전용 회전자(110)는 복수의 제1자석(120)과, 복수의 제2자석(130)을 포함한다.
복수의 제1자석(120)과 복수의 제2자석(130)은 상호 다른 극성을 가지며, 회전축(10)의 둘레방향을 따라 일정 각도 간격을 두고 회전축(10)에 교번적으로 결합된다.
제1자석(120)과 제2자석(130)은 동일한 폭과 길이를 갖는 장방형의 단면 형상을 가지고, 이에 동일한 자속밀도를 가질 수 있다.
이에 따라, 제1자석(120)과 제2자석(130) 사이에는 회전축(10)의 길이 방향을 따라, 사다리꼴 단면형상의 슬롯(140)이 형성된다.
여기서, 제1자석(120)은 N극이고, 제2자석(130)은 S극일 수 있다.
발전용 고정자(150)는 복수의 철심코일부(160)를 포함하며, 복수의 철심코일부(160)는 발전용 하우징(180)에 수용된다.
복수의 철심코일부(160)는 복수의 제1자석(120) 및 복수의 제2자석(130)에 대응하며 발전용 회전자(110)의 둘레방향을 따라 이격 배치된다.
복수의 철심코일부(160)는 제1자석(120) 및 제2자석(130)과 동일한 폭 및 길이를 갖는 장방형의 단면형상을 가지고, 발전용 하우징(180)의 내주면에 고정된다.
이에 따라, 인접하는 한 쌍의 철심코일부(160) 사이에는 회전축(10)의 길이 방향을 따라, 사다리꼴 단면형상의 슬롯(170)이 형성된다.
복수의 철심코일부(160)는 회전축(10)의 중심축선에 대해 방사방향으로 복수의 제1자석(120) 및 복수의 제2자석(130)에 대응하며, 복수의 제1자석(120)과 복수의 제2자석(130)과 같이 동일한 각도 간격을 두고 발전용 회전자(110)의 둘레방향을 따라 이격 배치된다.
또한, 발전 모듈(100)의 제1자석(120)과 제2자석(130)과 철심코일부(160)는 각각, 회전축(10)의 중심축선에 대해 나란하게 배치된다.
제1자석(120)과 제2자석(130)은 회전축(10)이 회전하면, 회전축의 외주면에 부착된 제1자석과 제2자석이 철심코일부(160)와 자기 유도작용에 의해 에 교류의 양과 음의 변화를 주어 기전력을 발생하여, 발전 모듈(100)을 통해 전기에너지를 얻게 된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발전장치(1)의 척력 발생 모듈(200)은, 회전축(10)에 발전 모듈(100)과 이격 배치된다.
척력 발생 모듈(200)은, 발전 모듈(100)에서 발생하는 인력과 동일한 크기의 척력을 발생한다.
척력 발생 모듈(200)은 척력용 회전자(210)와 척력용 고정자(250)를 포함하며, 척력용 회전자(210)와 척력용 고정자(250)는 척력용 하우징(280)에 수용된다.
척력용 회전자(210)는 복수의 제3자석(220)을 포함한다.
복수의 제3자석(220)은 복수의 제1자석(120) 및 복수의 제2자석(130)과 동일한 각도 간격을 가지며, 회전축(10)의 둘레방향을 따라 회전축(10)에 결합된다.
제3자석(220)은 장방형의 단면형상을 가지며, 제1자석(120) 및 제2자석(130)과 동일한 폭과 길이를 가진다. 또한, 제3자석(220)은 제1자석(120) 및 제2자석(130)과 동일한 자속밀도를 가질 수 있다.
이에 따라, 한 쌍의 제3자석(220) 사이에는 회전축(10)의 길이 방향을 따라, 사다리꼴 단면형상의 슬롯(240)이 형성된다.
척력용 고정자(250)는 복수의 제3자석(220)과 동일한 극성을 갖는 복수의 제4자석(260)을 포함하며, 복수의 제4자석(260)은 척력용 하우징(280)에 수용된다.
복수의 제4자석(260)은 복수의 제3자석(220)에 대응하며 척력용 회전자(210)의 둘레방향을 따라 이격 배치된다.
복수의 제4자석(260)은 제3자석(220)과 동일한 폭 및 길이를 갖는 장방형의 단면형상을 가지고, 척력용 하우징(280)의 내주면에 고정된다.
이에 따라, 인접하는 한 쌍의 제4자석(260) 사이에는 회전축(10)의 길이방향을 따라, 사다리꼴 단면형상의 슬롯(270)이 형성된다.
복수의 제4자석(260)은 회전축(10)의 중심축선에 대해 방사방향으로 복수의 제3자석(220)에 대응하며, 복수의 제3자석(220)과 같이 동일한 각도 간격을 두고 척력용 회전자(210)의 둘레방향을 따라 이격 배치된다.
한편, 척력 발생 모듈(200)의 제3자석(220)과 제4자석(260)은 각각, 회전축(10)의 중심축선에 대해 나란하게 배치된다.
또한, 복수의 제3자석(220)은 발전 모듈(100)의 제1자석(120) 및 제2자석(130)과 동일축선 상에 위치하고, 복수의 제4자석(260)은 발전 모듈(100)의 철심코일부(160)와 동일 축선상에 위치한다.
여기서, 동일한 극성을 갖는 제3자석(220)과 제4자석(260)은 각각, N극 또는 S극일 수 있다.
이하에서는, 도 5 내지 도 7을 이용하여, 본 발명의 발전장치(1)의 작동 과정 개념에 대해 설명한다.
본 발명의 이해를 돕기 위해. 전술한 일실시 형태의 발전장치(1)와 달리, 발전 모듈(100)은 하나의 제1자석(120)과, 하나의 제2자석(130)과, 한 쌍의 철심코일부(160)를 구비하고, 척력 발생 모듈(200)은 한 쌍의 제3자석(220)과 한 쌍의 제4자석(260)을 구비한 발전장치에 대해 설명한다.
먼저, 도 5의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이 회전축(10)이 외부로부터 제공받은 동력에너지에 의해 시계방향으로 회전(2점쇄선으로 표시)을 하여, 발전 모듈(100)의 제1자석(120) 및 제2자석(130)이 철심코일부(160)에 점진적으로 접근함에 따라, 제1자석(120) 및 제2자석(130)과 철심코일부(160) 사이에는 회전축(10)의 회전방향으로 인력이 발생하게 된다. 이러한 인력에 의해 회전축(10)의 회전 토크는 증대된다.
동시에, 척력 발생 모듈(200)의 제3자석(220)도 제4자석(260)에 점진적으로 접근함에 따라, 동일 극성을 갖는 제3자석(220)과 제4자석(260) 사이에는, 제1자석(120) 및 제2자석(130)과 철심코일부(160) 사이에 발생한 인력과 동일한 크기의 척력이 회전축(10)과 반대 회전방향으로 발생하게 된다.
따라서, 회전축(10)의 회전시 발전 모듈(100)에서 발생하는 인력과 척력 발생 모듈(200)에서의 척력이 상호 반대방향으로 발생하므로 서로 상쇄되어, 발전시의 회전축(10)에 작용하는 회전 저항 토크는 줄어들어, 회전축(10)은 시계방향으로 원활하게 회전하여, 발전에 필요한 외부의 동력에너지를 감소시킬 수 있게 된다.
다음, 도 5에서와 같은 과정을 거쳐 복수의 제1자석(120)과 복수의 제2자석(130)이 철심코일부(160)의 중심을 통과시 제1자석(120) 및 제2자석(130)과 철심코일부(160) 사이에 유도기전력이 발생하여, 발전 모듈(100)에서는 발전이 행해진 후, 도 6의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이, 회전축(10)이 계속적으로 시계방향으로 회전을 하여, 발전 모듈(100)의 제1자석(120) 및 제2자석(130)이 철심코일부(160)로부터 점진적으로 이격함에 따라, 제1자석(120) 및 제2자석(130)과 철심코일부(160) 사이에는 회전축(10)의 회전반대방향으로 인력이 발생한다. 이러한 인력에 의해 회전축(10)의 회전 저항 토크는 증대된다.
동시에, 척력 발생 모듈(200)의 제3자석(220)은 제4자석(260)으로부터 점진적으로 이격함에 따라, 제3자석(220)과 제4자석(260) 사이에는, 제1자석(120) 및 제2자석(130)과 철심코일부(160) 사이에 발생한 인력과 동일한 크기의 척력이 발생하고, 척력은 회전축(10)의 회전방향으로 작용한다. 이러한 척력에 의해 회전축(10)의 회전 토크는 증대된다.
따라서, 회전축(10)의 회전시 발전 모듈(100)에서 발생하는 인력과 척력 발생 모듈(200)에서의 척력이 서로 반대되는 힘을 발생하므로 서로 상쇄되어, 발전시의 회전축(10)에 작용하는 회전 저항 토크를 줄어들어, 회전축(10)은 시계방향으로 원활하게 회전하여, 발전에 필요한 외부의 동력에너지를 감소시킬 수 있게 된다.
그리고, 도 6에서와 같은 과정을 거쳐 도 7의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이, 회전축(10)이 계속적으로 시계방향으로 회전을 하여, 발전 모듈(100)의 제1자석(120) 및 제2자석(130)과 철심코일부(160)가 인력 및 척력이 작용하지 않는 중립 위치와, 척력 발생 모듈(200)의 제3자석(220)과 제4자석(260)이 인력 및 척력이 작용하지 않는 중립 위치를 거쳐 다시 도 5 및 도 6의 과정을 순차적으로 연속하며 거치면서, 발전시 발전 모듈(100)에서 발생하는 인력을 척력 모듈을 통해 척력을 발생하여 상쇄시키며, 발전할 수 있게 된다.
이와 같이, 본 발명에 따르면, 하나의 회전축(10)에 발전을 하는 발전 모듈(100)과, 척력을 발생하는 척력 발생 모듈(200)을 구비하여, 발전시 발전 모듈(100)로부터 발생하는 인력을 척력 모듈에서 자석 간에 작용하는 척력을 이용하여 상쇄시켜, 회전축(1)의 회전 저항 토크를 감소시킴으로써, 발전에 필요한 외부의 동력에너지를 감소시키며, 발전 효율을 향상시키고, 제조 원가를 저감하며 장치의 크기도 컴팩트하게 구현할 수 있다.
이상, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 제한적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
1: 발전장치
10: 회전축
100: 발전 모듈
110: 발전용 회전자
120: 제1자석
130: 제2자석
140: 슬롯
150: 발전용 고정자
160: 철심코일부
170: 슬롯
180: 발전용 하우징
200: 척력 발생 모듈
210: 척력용 회전자
220: 제3자석
240: 슬롯
250: 척력용 고정자
260: 제4자석
270: 슬롯
280: 척력용 하우징

Claims (5)

  1. 외부의 동력에너지에 의해 회전하는 회전축과;
    상호 다른 극성을 갖는 복수의 제1자석 및 복수의 제2자석이 상기 회전축의 둘레방향을 따라 일정 간격으로 교번적으로 배치되며 상기 회전축에 결합되는 발전용 회전자와, 복수의 철심코일부가 복수의 상기 제1자석 및 복수의 상기 제2자석에 대응하며 상기 발전용 회전자의 둘레방향을 따라 이격 배치된 발전용 고정자를 포함하고, 상기 회전축의 회전에 따라 상기 발전용 회전자와 상기 발전용 고정자 사이에 기전력을 발생하는 발전 모듈과;
    복수의 상기 제1자석 및 복수의 상기 제2자석과 동일한 간격으로 상기 회전축의 둘레방향을 따라 배치되는 복수의 제3자석을 가지며 상기 회전축에 결합되는 척력용 회전자와, 상기 제3자석과 동일 극성을 갖는 복수의 제4자석이 복수의 상기 제3자석에 대응하며 상기 척력용 회전자의 둘레방향을 따라 이격 배치된 척력용 고정자를 포함하고, 상기 회전축에 상기 발전 모듈과 이격 배치되어 상기 발전 모듈에서 발생하는 인력과 동일한 크기의 척력을 발생하는 척력 발생 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 발전장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1자석과 상기 제2자석과 상기 제3자석과 상기 제4자석과 상기 철심코일부는 각각, 상기 회전축의 중심축선에 대해 나란하게 배치되는 것을 특징으로 하는 발전장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1자석 및 상기 제2자석과 상기 제3자석은 동일축선 상에 위치하고, 상기 제4자석과 상기 철심코일부는 동일 축선상에 위치하는 것을 특징으로 하는 발전장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1자석과 상기 제2자석 사이와, 한 쌍의 상기 철심코일부 사이와, 한 쌍의 상기 제3자석 사이와, 한 쌍의 상기 제4자석 사이에는 각각, 슬롯이 형성되는 것을 특징으로 하는 발전장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1자석과 상기 제2자석과 상기 제3자석과 상기 제4자석은 동일한 폭과 길이를 가지며, 동일한 자속밀도를 갖는 것을 특징으로 하는 발전장치.
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