(57)【要約】【課題】集中巻コイルのコイル導線における曲げ部の曲率半径をある程度大きく形成しつつ、コイル長を短くすることができる回転電機用ステータを提供する。【解決手段】回転電機用ステータは、環状に形成された多数枚の磁性プレートを積層して構成され、周方向に延伸する環状のヨーク２０ａと、ヨーク２０ａから径方向に突出する複数のティース２０ｂとを有するステータコア２０と、各ティース２０ｂの先端から径方向に挿入されてティース２０ｂの周囲に集中巻でそれぞれ巻装されるステータコイル２２とを備える。ステータコア２０のティース２０ｂは、軸方向両端部が他の部分より幅が小さい縮幅ティース部３４として形成される。ステータコイル２２は、ステータコア２０のスロット２１からステータコイル２２の軸方向端部であるコイルエンド部に連なる湾曲部２２ｃが縮幅ティース部３４の少なくとも一部と対応していることを特徴とする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
環状に形成された多数枚の磁性プレートを積層して構成され、周方向に延伸する環状のヨークと、該ヨークから径方向に突出し且つ周方向に所定ピッチで形成されている複数のティースとを有するステータコアと、
前記各ティースの先端から径方向に挿入されて前記ティースの周囲に集中巻でそれぞれ巻装されるステータコイルと、を備える回転電機用ステータであって、
前記ステータコアのティースは、軸方向両端部が他の部分より幅が小さい縮幅ティース部として形成されており、
前記ステータコイルは、前記ステータコアのスロットからステータコイルの軸方向端部であるコイルエンド部に連なる湾曲部が前記縮幅ティース部の少なくとも一部と対応していることを特徴とする、
回転電機用ステータ。
【請求項２】
請求項１に記載の回転電機用ステータにおいて、
軸方向両端部に積層される磁性プレートのティース部分を軸方向外側へそれぞれ山折りすることによって前記縮幅ティース部が形成されている、回転電機用ステータ。
【請求項３】
請求項１または２に記載の回転電機用ステータにおいて、
前記ティースは軸方向視で台形状に形成されている、回転電機用ステータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機用ステータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、コイルが巻装された筒状のステータと、ステータの内側にギャップを介して回転可能に設けられたロータとを備えた回転電機が知られている。回転電機のステータは、例えば電磁鋼板等の磁性プレートを打ち抜き加工したものを多数枚積層して一体化することにより構成されることがある。また、ステータは、一般に、円環状をなすバックヨークと、このバックヨークから径方向に突出しかつ周方向に等ピッチで形成されたティースとを有している。
【０００３】
ステータコアのティースには、ステータコイルが集中巻で巻装される場合がある。例えば、下記の特許文献１には、コイルが巻かれている筒状のコイルボビンがステータティースの先端部から挿入されてステータコアに取り付けられる集中巻モータが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１５３６１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のようにティースの周囲に巻装されるコイル部は、例えばエナメル被膜で覆われた銅線等であるコイル導線を曲げ形成しながら巻いてコイル形状に成形される。この際、コイル導線は、ティース間のスロット内に配置される導線部分とティースの軸方向端面に沿って配置される導線部分との間で屈曲される。ここでの曲率半径が小さ過ぎるとコイル導線の内周側が太くなって隣接するコイル導線間に隙間が形成されることになって占積率の低下につながる。また、屈曲部分の外周側では絶縁皮膜が伸びて薄くなることで絶縁性の低下が懸念される。そのため、コイル導線の屈曲部分は、ある程度の曲率半径で湾曲した形状に形成する必要がある。このことは、剛性が高い平角形導線をコイル導線として用いた場合に特に必要となる。
【０００６】
そうした場合、スロットから出た位置からコイル導線を湾曲させてティースの軸方向端面側をわたって隣りのスロットに湾曲して入るように形成すると、コイル部のスロット外部分であるコイルエンド部においてコイル導線とティースの軸方向端面との間に上記曲率半径に略相当する隙間が形成されることになり、その分、コイル長が増加して銅損等の損失悪化につながることになる。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、集中巻コイルのコイル導線における曲げ部の曲率半径をある程度大きく形成しつつ、コイル長を短くすることができる回転電機用ステータを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様である回転電機用ステータは、環状に形成された多数枚の磁性プレートを積層して構成され、周方向に延伸する環状のヨークと、該ヨークから径方向に突出し且つ周方向に所定ピッチで形成されている複数のティースとを有するステータコアと、前記各ティースの先端から径方向に挿入されて前記ティースの周囲に集中巻でそれぞれ巻装されるステータコイルと、を備える回転電機用ステータであって、前記ステータコアのティースは、軸方向両端部が他の部分より幅が小さい縮幅ティース部として形成されており、前記ステータコイルは、前記ステータコアのスロットからステータコイルの軸方向端部であるコイルエンド部に連なる湾曲部が前記縮幅ティース部の少なくとも一部と対応していることを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る回転電機用ステータにおいて、軸方向両端部に積層される磁性プレートのティース部分を軸方向外側へそれぞれ山折りすることによって前記縮幅ティース部が形成されてもよい。
【００１０】
また、本発明に係る回転電機用ステータにおいて、前記ティースは軸方向視で台形状に形成されてもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る回転電機用ステータによれば、集中巻されるステータコイルは、ステータコアのスロットからステータコイル軸方向端部のコイルエンド部に連なる湾曲部が縮幅ティースの少なくとも一部と対応していることで、ステータコイルを構成するコイル導線は縮幅ティースに周方向で対向する位置から湾曲してティースの軸方向端面に近接する位置を通って巻装することが可能になる。そのため、ステータコイルを構成するコイル導線の長さを、ティース幅が軸方向にわたって一定である場合に比べて短くすることができる。したがって、その分、銅損等の損失を抑制できるとともに、ステータコイルのコスト低減を図れる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態であるステータを備えた回転電機の軸方向と直交する方向の断面図である。
【図２】インシュレータの斜視図である。
【図３】（ａ）は１つのティースの軸方向視での平面図であり、（ｂ）は図１中のＡ−Ａ断面図である。
【図４】図３（ｂ）中のＣ部の拡大図である。
【図５】図１中のＡ−Ａ断面におけるティース幅が軸方向にわたって一定である比較例を示し、（ａ）は１つのティースの軸方向視での平面図であり、（ｂ）は比較例のティースの径方向と直交する方向の断面図である。
【図６】（ａ）は別の実施形態であるステータの１つのティースの軸方向視での平面図であり、（ｂ）は図１中のＡ−Ａ断面に相当する断面図である。
【図７】ティース幅が径方向にわたって一定である変形例を示す、図３（ａ）に対応する図である。
【図８】環状ヨークの径方向幅が一定である変形例を示す、図３（ａ）に対応する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本発明に係る実施の形態（以下、実施形態という）について添付図面を参照しながら詳細に説明する。この説明において、具体的な形状、材料、数値、方向等は、本発明の理解を容易にするための例示であって、用途、目的、仕様等にあわせて適宜変更することができる。また、以下において複数の実施形態や変形例などが含まれる場合、それらの特徴部分を適宜に組み合わせて用いることは当初から想定されている。
【００１４】
図１は、本実施形態のステータ１２を含む回転電機１０の軸方向と直交する方向の断面図である。図１において、ステータ１２の半径方向が径方向、ステータ１２の外周に沿った方向が周方向、紙面に垂直な方向が軸方向である。
【００１５】
回転電機１０は、略円筒状をなすステータ１２と、ステータ１２の径方向内側にギャップ１４を介して設けられたロータ１６とを備える。ロータ１６は、中心に固定されたシャフト１８を介して、回転電機１０を収容するケース（図示せず）に回転可能に支持されている。図１では、永久磁石１９を内蔵するロータ１６を示すが、これに限定されるものではなく、永久磁石を含まないタイプのロータであってもよい。
【００１６】
ステータ１２は、ステータコア２０と、ステータコア２０に巻装されたステータコイル２２と、ステータコア２０とステータコイル２２とを絶縁するインシュレータ２４とを備える。
【００１７】
ステータコア２０は、例えば電磁鋼板等を略円環状に打ち抜き加工した磁性プレートを軸方向に多数枚積層して、例えばカシメや溶接等によって一体に連結された積層体により構成される。ステータコア２０は、略円環状をなすヨーク２０ａと、ヨーク２０ａの径方向内側から突出するとともに周方向に所定ピッチで形成された複数のティース２０ｂとを有する。本実施形態では、９個のティース２０ｂを有するステータコア２０が例示されている。
【００１８】
本実施形態では、ティース２０ｂは、軸方向視で台形状をなして形成されている。すなわち、ティース２０ｂは径方向内側のティース先端に向かってテーパー状をなす周方向側面を両側に有している。そして、ティース２０ｂの内径側先端には鍔部が設けられていない。このようにティース２０ｂが台形状に形成されていることで、後述するステータコイル２２およびインシュレータ２４を径方向内側から嵌装する取付作業が容易となる利点がある。
【００１９】
また、周方向に隣り合うティース２０ｂの間には、溝状のスロット２１が軸方向両側および径方向内側に開口して形成されている。本実施形態では、ティース２０ｂと同数である９個のスロット２１を有するステータコア２０が例示されている。また、本実施形態のステータコア２０のヨーク２０ａは、ティース２０ｂの根元部で周方向幅が広く、スロット２１の周方向中央位置で径方向幅が最も狭くなる形状に形成されている。
【００２０】
ステータコイル２２は、例えばエナメル等の絶縁被膜を有する銅線等のコイル導線２３をインシュレータ２４の周囲に巻回して形成されている。本実施形態ではステータコイル２２は、各ティース２０ｂに集中巻でそれぞれ巻装されている。また、本実施形態のステータコイル２２を構成するコイル導線２３には、例えば長方形断面を有する平角形の導線が用いられている。ただし、コイル導線２３は、これに限定されるものではなく、正方形断面を有する角形導線が用いられてもよいし、あるいは、円形断面を有する丸形導線が用いられてもよい。
【００２１】
回転電機１０が三相交流モータである場合、９個のステータコイル２２のうち２つ置きごとの３つのステータコイル２２が図示しないバスバーによって電気的に接続されてＵ相コイルを構成する。また、Ｕ相コイルに対して周方向一方側に隣り合う２つ置きごとの３つのステータコイル２２が図示しないバスバーによって電気的に接続されてＶ相コイルを構成する。そして、残る３つのステータコイル２２が図示しないバスバーによって電気的に接続されてＶ相コイルを構成する。このように構成される各相コイルの一端部は各相端子（図示せず）にそれぞれ接続され、他端部は互いに接続されて中性点を構成する。これにより、三相コイルが電気的に接続されてステータコイル２２の全体が構成される。
【００２２】
インシュレータ２４は、ステータコア２０とステータコイル２２とを電気的に絶縁する機能を有する。また、インシュレータ２４は、ステータコイル２２をステータコア２０に固定する機能を有してもよい。
【００２３】
図２は、インシュレータ２４の斜視図である。図２において、ステータ軸方向が矢印Ｂで示されている（図３（ｂ）、図４、図５（ｂ）、図６（ｂ）でも同様）。インシュレータ２４は、図２に示すように、ステータコア２０のティース２０ｂに組み付けられた状態で、ティース２０ｂを収容する筒部２６と、筒部２６の径方向外側の端部から張り出した長方形枠状のフランジ部２８とを一体的に備える。フランジ部２８は、筒部２６の端部から径方向と直交する外方向に沿って延びている。
【００２４】
インシュレータ２４の筒部２６は、内部に直方体状の空間３０を有する。この空間３０は、ステータコア２０のティース２０ｂを収容できる形状および寸法に形成されている。この空間３０を形成する筒部２６の軸方向壁部２６ａはフランジ部２８から径方向に沿って延出している。また、筒部２６の周方向壁部２６ｂは、フランジ部２８から台形状のティース２０ｂの周方向側面に沿ってそれぞれ延出している。そして、筒部２６の軸方向壁部２６ａおよび周方向壁部２６ｂによって画定される４つのコーナー部２７は、後述するティース２０ｂの角部形状に対応して所定の曲率半径ｒで略円弧状に湾曲した形状に形成されている。
【００２５】
インシュレータ２４を構成する筒部２６およびフランジ部２８は、例えば、ポリフェニレンスルファイド（ＰＰＳ）等の絶縁性樹脂で射出成型して一体に成形できる。また、フランジ部２８には、インシュレータ２４を径方向内側からティース２０ｂに挿入するための開口部３２が形成されている。
【００２６】
なお、インシュレータ２４の筒部２６およびフランジ部２８の厚みは、ステータコア２０とステータコイル２２との間の絶縁性、および、組付け時や回転電機の動作時に破損しない強度等を考慮して設計されるが、できるだけ薄く形成するのが好ましい。このように薄く形成することで、ステータコイル２２を構成するコイル導線２３の長さ低減およびスロット内の占積率向上に寄与することができる。ただし、インシュレータ２４は必須の構成ではなく、省略されてもよい。この場合、ステータコア２０に対するステータコイル２２の絶縁確保は、例えば、ワニス等の絶縁樹脂を含浸および硬化させる、絶縁紙を代替として用いる等の別の手段で実現されてもよい。
【００２７】
図３（ａ）は１つのティース２０ｂの軸方向視での平面図であり、図３（ｂ）は図１中のＡ−Ａ断面図である。また、図４は、図３（ｂ）中のＣ部拡大図である。さらに、図５は、図１中のＡ−Ａ断面におけるティース幅が軸方向にわたって一定である比較例を示し、図５（ａ）は１つのティース２０ｃの軸方向視での平面図であり、（ｂ）は比較例のティース２０ｃの径方向と直交する方向の断面図である。
【００２８】
図３（ａ），（ｂ）に示すように、本実施形態におけるステータコア２０のティース２０ｂは、軸方向（矢印Ｂ方向）の両端部が他の部分より幅が小さい縮幅ティース部３４として形成されている。具体的には、縮幅ティース部３４は、軸方向端部に積層される少なくとも１枚の磁性プレートのティース部分の幅が狭く形成されて構成されている。本実施形態では、３枚の磁性プレートのティース部幅が狭く形成された例が示される。
【００２９】
上記縮幅ティース部３４を設けたことで、図３（ｂ）に示すように、ティース２０ｂにおいて軸方向両端面４０と周方向側面４２とによって画定される４つの角部には段部３６がそれぞれ形成されている。そして、ステータコイル２２は、ステータコア２０のスロット２１内に位置するスロット導線部分２２ａからステータコイル２２の軸方向端部であるコイルエンド部２２ｂに連なる湾曲部２２ｃが縮幅ティース部３４の少なくとも一部と対応するように形成されている。
【００３０】
上記ステータコイル２２の湾曲部２２ｃについて、図４を参照して詳細に説明する。ステータコア２０のティース２０ｂの縮幅ティース部３４により形成される段部３６の外側を覆って、インシュレータ２４の筒部２６の湾曲形成されたコーナー部２７が配置されている。ここでは筒部２６のコーナー部２７の外周面が曲率半径ｒの円弧状に形成されている。この曲率半径ｒは、ステータコイル２２の湾曲部２２ｃの内周側における曲率半径ｒとほぼ等しく設定されるのが好適である。これにより、インシュレータ２４の筒部２６上にステータコイル２２が隙間なく安定配置され、振動や騒音等の発生を抑制できる利点がある。
【００３１】
縮幅ティース部３４によって形成される段部３６について、軸方向寸法をａ、周方向寸法をｂとしたとき、ａ≧ｂに設定するのが好ましく、ａ＝ｂに設定するのがより好ましい。ａをｂ以上に設定することで、スロット２１から曲率半径ｒで湾曲し始めた湾曲部２２ｃを介してコイルエンド部２２ｂに連なるコイル導線２３をティース２０ｂの軸方向端面４０に近い位置を通って巻装された状態にしやすくなるからである。また、段部３６の軸方向寸法ａは、インシュレータ２４の筒部２６の厚みを考慮しない場合、ステータコイル２２の湾曲部２２ｃの曲率半径ｒ以上に設定するのが好ましく、ａ＝ｒに設定するのがより好ましい。インシュレータ２４の筒部２６の厚みをｔとした場合、ａ＋ｔ＝ｒに設定するのが好適である。なお、段部３６の軸方向寸法ａを湾曲部２２ｃの曲率半径ｒより大きく設定して、縮幅ティース部３４の一部に湾曲部２２ｃが対応するように構成してもよい。
【００３２】
ここで、ステータコイル２２の湾曲部２２ｃの曲率半径ｒが小さい場合、コイル導線２３の内周側が太くなるために径方向に隣接するコイル導線２３間に隙間が形成されることになって占積率の低下につながり、また、外周側では絶縁被膜が伸びて薄くなることで絶縁性が低下することになる。逆に、上記曲率半径ｒが大きい場合には、スロット２１から延出したコイル導線２３が軸方向外側に大きく膨れだすことで、コイルエンド部２２ｂが大きくなり、その結果、回転電機１０の体格が大型化することになる。したがって、ステータコイル２２の曲率半径ｒはこれらに鑑みてコイル導線２３の曲げ剛性等に応じて適切に設定される。
【００３３】
上記のように構成されるステータコア２０のティース２０ｂに対し、インシュレータ２４およびステータコイル２２はティース２０ｂの先端から径方向に挿入されて組み付けられる。このとき、インシュレータ２４のフランジ部２８の外面や筒部２６の内周面に接着材を付けておき、ステータコア２０にインシュレータ２４を接着固定してもよい。また、ステータコイル２２は、インシュレータ２４の筒部２６上に予め配置した状態でステータコア２０に組み付けられてもよいし、あるいは、先にインシュレータ２４を組み付けた後にステータコイル２２を取り付けてもよい。
【００３４】
図５は、図１中のＡ−Ａ断面でのティース幅が軸方向にわたって一定である比較例を示し、（ａ）は１つのティースの軸方向視での平面図であり、（ｂ）は比較例のティース２０ｃの径方向と直交する方向の断面図である。図５を参照すると、集中巻のステータコイル２２を構成するコイル導線２３は、スロット２１を出た位置から湾曲してティース２０ｃの軸方向端面４０に沿ったコイルエンド部を形成するように巻かれることになる。このとき、コイル導線２３が比較的剛性が高い平角形導線である場合には、湾曲部の曲率半径をある程度大きくとる必要があるため、コイルエンド部においてコイル導線２３とティース２０ｃの軸方向端面との間に隙間Ｓが形成される。そうすると、その分、ステータコイル２２を構成するコイル導線２３の線長が長くなる。その結果、銅損等の損失およびコストが増加する。
【００３５】
これに対し、本実施形態のステータ１２によれば、集中巻されるステータコイル２２は、ステータコア２０のスロット２１からステータコイル軸方向端部のコイルエンド部２２ｂに連なる湾曲部２２ｃが縮幅ティース部３４と対応していることで、ステータコイル２２を構成するコイル導線２３は縮幅ティース部３４に周方向で対向する位置から湾曲してティース２０ｂの軸方向端面に近接する位置を通って巻装することが可能になる。そのため、コイル導線２３の線長を比較的短くすることができる。したがって、その分、銅損等の損失を抑制できるとともに、ステータコイル２２のコスト低減を図れる。加えて、コイルエンド部２２ｂを小さく構成することができるので、ステータ１２およびこれを含む回転電機１０の小型化に寄与できる。
【００３６】
また、本実施形態では、ティース２０ｂの軸方向両端に設けられる縮幅ティース部３４によって段部３６が形成されることで、ステータコイル２２をティース２０ｂの先端から径方向に組み付ける際に、インシュレータ２４およびステータコイル２２がティース２０ｂの角部で損傷するのを抑制することができる。
【００３７】
また、インシュレータ２４の筒部２６のコーナー部２７がティース２０ｂの段部３６に対応した略円弧状の湾曲形状に形成されているため、インシュレータ２４にステータコイル２２を組み付ける際にステータコイル２２の湾曲部２２ｃの絶縁被膜が損傷するのを抑制できる。
【００３８】
さらに、本実施形態では、インシュレータ２４およびステータコイル２２が各々独立で、かつ、それぞれ別々に成形されてティース２０ｂに組付けることができるため、組付け後にお互いに応力を受けることがない。その結果、ステータコイル２２を所望の形状のままステータコア２０に装着することができ、また、インシュレータ２４の破損が生じにくい。
【００３９】
次に、図６を参照して別の実施形態であるステータについて説明する。このステータについては、上述したステータ１２と同一構成には同一符号を付して重複することとなる説明を省略する。
【００４０】
図６に示すように、このステータのステータコア２０Ｂにおけるティース２０ｄは、軸方向両端部に積層される磁性プレートのティース部分を軸方向外側へそれぞれ山折りすることによって縮幅ティース部３４が形成されている。本実施形態では、軸方向端部に積層される４枚の磁性プレートのティース部が山折りされて縮幅ティース部３４が構成される例が示されている。
【００４１】
また、このように形成された縮幅ティース部３４に対応して、インシュレータ２４の筒部２６は、軸方向両端部が鈍角の頂角をなす山型に形成されている。そして、ステータコイル２２は、コイルエンド部２２ｂにおいてインシュレータ２４の筒部２６に沿った形状に形成されている。これ以外の構成については、上記のステータ１２と同様である。
【００４２】
この実施形態におけるステータによれば、上記のステータ１２と同様の効果を奏することができる。加えて、この実施形態では、ステータコイル２２においてスロット２１内に位置するスロット導線部分２２ａからコイルエンド部２２ｂの連なる湾曲部２２ｃの曲率半径を上記ステータ１２の場合よりも大きく設定することができる。したがって、湾曲部２２ｃの内周側における太りや外周側での絶縁被膜の薄肉化による絶縁性低下を抑制するのに好適である。
【００４３】
なお、本発明に係る回転電機用ステータは、上述した実施形態に限定されるものではなく、本願の特許請求の範囲に記載された事項およびその均等な範囲内において種々の変更や改良が可能である。
【００４４】
例えば、上記実施形態のステータ１２ではティース２０ｂが軸方向視で台形状をなす場合について説明したが、これに限定されるものではなく、図７に示すように、ティース２０ｅの周方向幅が径方向にわたって一定であるステータに適用されてもよい。
【００４５】
また、上記実施形態のステータ１２ではステータコア２０のヨーク２０ａの径方向幅がティース２０ｂの根元部で広く、スロット２１の周方向中央位置で最も狭くなる形状である例について説明したが、これに限定されるものではなく、図８に示すように径方向幅が一定の環状ヨーク２０ｆがティース２０ｂ間に円弧状に延びていてもよい。
【符号の説明】
【００４６】
１０  回転電機、１２  ステータ、１４  ギャップ、１６  ロータ、１８  シャフト、１９  永久磁石、２０，２０Ａ，２０Ｂ  ステータコア、２０ａ，２０ｆ  ヨーク、２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅ  ティース、２１  スロット、２２  ステータコイル、２２ａ  スロット導線部分、２２ｂ  コイルエンド部、２２ｃ  湾曲部、２３  コイル導線、２４  インシュレータ、２６  筒部、２６ａ  軸方向壁部、２６ｂ  周方向壁部、２７  コーナー部、２８  フランジ部、３０  空間、３２  開口部、３４  縮幅ティース部、３６  段部、４０  軸方向端面、４２  周方向側面、ａ  （段部の）軸方向寸法、ｂ  （段部の）周方向寸法、ｒ  曲率半径、Ｓ  隙間。
【図１】
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【図２】
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【図３】
2016082683.tif 000005
【図４】
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【図５】
2016082683.tif 000007
【図６】
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【図７】
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【図８】
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