CN105914913A - 旋转电机 - Google Patents
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Abstract
在一种旋转电机中,定子包括:定子芯,具有在其中形成的槽;定子线圈,包括相绕组,该相绕组包括槽内部分和扭转部分。相绕组的扭转部分共同构成定子线圈的线圈端部。此外,设置冷却机构以将液体冷却器滴落在线圈端部上。此外,相绕组的扭转部分包括长间距扭转部分和短间距扭转部分。在线圈端部中,在定子线圈的整个圆周范围上存在轴向重叠的多对长间距扭转部分和短间距扭转部分。对于每一对轴向重叠的长间距扭转部分和短间距扭转部分,在长间距扭转部分和短间距扭转部分的整个长度上,短间距扭转部分位于长间距扭转部分的轴向内侧并且透过在其之间形成的间隙面向长间距扭转部分。
Description
技术领域
本发明涉及旋转电机,该旋转电机例如在机动车辆中用作电动机和发电机。
背景技术
已知一些在机动车辆中用作电动机和发电机的旋转电机。这些旋转电机通常包括转子和定子。该定子包括环形定子芯和定子线圈。定子芯与转子在径向上相对地设置且具有沿其圆周方向排列的多个槽。定子线圈包括多个相绕组,该多个相绕组可安装在定子芯上以便容纳在定子芯的槽中且在电相位上彼此不同。
日本专利申请公开No.JP2011109894A(本文中称为专利文献1)公开了具有三相定子线圈140的旋转电机,如图16所示。定子线圈140包括安装在定子芯130上的多个相绕组。相绕组中的每一个由多个基本波形的电线形成;电线中的每一个配置为具有基本矩形的横截面形状的电导体以及覆盖该电导体的外部表面的绝缘敷层。此外,相绕组中的每一个包括多个槽内部分151C和多个扭转部分152。槽内部分151C中的每一个容纳在形成在定子芯130中的槽131的一个中。扭转部分152中的每一个位于定子芯130的槽131的外部以连接一对槽内部分151C,这一对槽内部分151C分别容纳在两个不同的槽131中。此外,扭转部分152中的每一个包括顶部153,该顶部153在扭转部分152的延伸方向上位于扭转部分152的中心处,且沿定子芯130的圆周方向延伸。此外,在顶部153的中心处,形成有曲柄形部分154,该曲柄形部分154被弯曲以在径向上偏离扭转部分152。此外,位于定子芯130的第一轴侧上的定子线圈140的相绕组的那些扭转部分152共同构成定子线圈140的第一线圈端部;位于定子芯130的第二轴侧上的定子线圈140的相绕组的那些扭转部分152共同构成定子线圈140的第二线圈端部。
更具体地,如图16所示,定子线圈140波绕(wave-wound)在定子芯130上使得扭转部分152中的每一个连接第一槽内部分151C和第二槽内部分151C,该第一槽内部分151C被设置在从第一槽131中的径向内侧开始数的第N层,该第二槽内部分151C被设置在从第二槽131中的径向内侧开始数的第(N-1)层,该第二槽131与该第一槽131相距六个槽间距,其中N为大于或等于2的自然数。
然而,在专利文献1中公开的旋转电机中,定子线圈140一旦被提供电流就产生热量,由此降低了旋转电机的效率。因此,有必要适当地冷却定子线圈140。为此目的,可提供液体冷却剂以滴落在定子线圈140的第一线圈端部和第二线圈端部上,该第一线圈端部和第二线圈端部分别从定子芯130的相反轴端面突出。在此情况下,如果滴落在定子线圈140的第一线圈端部和第二线圈端部上的液体冷却剂不可有效地流过第一线圈端部和第二线圈端部,则将不可能有效地冷却定子线圈140。因此,随着定子线圈140的温度过度增加,形成定子线圈140的相绕组的电线的绝缘敷层可能融化,因此导致绝缘失败。
日本专利申请公开No.JPH11164506A(本文中称为专利文献2)公开了具有三相定子线圈240的旋转电机,如图17-19所示。定子线圈240包括安装在定子芯130上的多个相绕组。相绕组中的每一个由多个基本U形的电导体段形成;电导体段中的每一个配置为具有基本矩形的横截面形状的电导体以及覆盖该电导体的外部表面的绝缘敷层。此外,相绕组中的每一个包括多个槽内部分151C和多个扭转部分152。槽内部分151C中的每一个容纳在形成在定子芯130中的槽131的一个中。扭转部分152中的每一个位于定子芯130的槽131的外部以连接一对槽内部分151C,这一对槽内部分151C分别容纳在两个不同的槽131中。此外,扭转部分152中的每一个包括顶部153,该顶部153在扭转部分152的延伸方向上位于扭转部分152的中心处,且沿定子芯130的圆周方向延伸。此外,在顶部153的中心处,形成有曲柄形部分154,该曲柄形部分154被弯曲以在径向上偏离扭转部分152。此外,定子线圈240的相绕组的所有扭转部分152位于定子芯130的同一轴侧(即图17的上侧)上并且构成定子线圈240的线圈端部。
更具体地,如图18-19所示,在被安装到定子芯130之前,电导体段的每一个基本上为U形以具有彼此平行延伸的一对竖直部分以及在同一侧上连接竖直部分的两端的扭转部分。为了形成定子线圈240,将竖直部分从定子芯130的第一轴侧(即图17中上侧)分别轴向地***定子芯130的两个槽131中,这两个槽131彼此相距六个槽间距。然后,在定子芯130的第二轴侧(即图17中下侧)上的槽131的外部突出的竖直部分的自由端部分别朝向相反的周向侧扭绞。此后,电导体段的扭绞的自由端部的每一对对应的远端例如通过焊接来接合。因此,在得到的定子线圈240中,电导体段的竖直部分的容纳在定子芯130的槽131中的那些部分分别构成定子线圈240的相绕组的槽内部分151C;电导体段的扭转部分分别构成定子线圈240的相绕组的扭转部分152。
此外,根据专利文献2,形成定子线圈240的相绕组的电导体段包括如图18所示的多个大电导体段150A和如图19所示的多个小电导体段150B。大电导体段150A和扭转部分152大于小电导体段150B的扭转部分152。在定子芯130的槽131的每一个中,以彼此径向对齐的方式容纳电导体段150A和150B的四个槽内部分151C。
更具体地,如图18所示,大电导体段150A的每一个包括第一槽内部分151C,设置在第一槽131中的第一层(即最内层)处;第二槽内部分151C,设置在第二槽131中的第四层(即最外层)处,该第二槽131与该第一槽131相距六个槽间距;以及一个扭转部分152,连接该第一与第二槽内部分151C。另一方面,如图19所示,小电导体段150B的每一个包括第一槽内部分151C,设置在第一槽131中的第二层处;第二槽内部分151C,设置在第二槽131中的第三层处,该第二槽131与该第一槽131相距六个槽间距;以及一个扭转部分152,连接该第一与第二槽内部分151C。此外,大电导体段150A和小电导体段150B的自由端部的每个接合对分别从两个槽131中突出,两个槽相距六个槽间距。
然而,在专利文献2中公开的旋转电机中,定子线圈240一旦被提供电流就产生热量,由此降低了旋转电机的效率。因此,有必要适当地冷却定子线圈240。为此目的,可提供液体冷却剂以落在定子线圈240的线圈端部上,该线圈端部从定子芯130的轴端面中突出。在此情况下,如果滴落在定子线圈240的线圈端部上的液体冷却剂不可有效地流过线圈端部,则将不可能有效地冷却定子线圈240。因此,随着定子线圈240的温度过度增加,形成定子线圈240的相绕组的电导体段的绝缘敷层可能融化,因此导致绝缘失败。
发明内容
根据一个示例性实施例,提供了一种包括转子、定子和冷却机构的旋转电机。该定子包括环形定子芯和定子线圈。定子芯与转子在径向上相对地设置且具有沿其圆周方向排列的多个槽。定子线圈240包括安装在定子芯上的多个相绕组。相绕组中的每一个包括多个槽内部分和多个扭转部分。槽内部分中的每一个容纳在定子芯的槽的一个中。扭转部分中的每一个位于定子芯的槽的外部以连接一对槽内部分,这一对槽内部分分别容纳在两个不同的槽中。扭转部分共同构成了定子芯的在至少一个轴侧上的定子线圈的线圈端部。冷却机构配置为将液体冷却剂滴落在该线圈端部上,由此冷却定子线圈。定子线圈的相绕组的扭转部分可至少包括多个第一类型扭转部分和多个第二类型扭转部分,第二类型扭转部分比第一类型扭转部分具有更小的长度。在定子线圈的线圈端部,在定子线圈的整个圆周范围上存在轴向重叠的多对第一类型扭转部分和第二类型扭转部分。对于每一对轴向重叠的第一类型扭转部分和第二类型扭转部分,在第一类型扭转部分和第二类型扭转部分的整个长度上,第二类型扭转部分位于第一类型扭转部分的轴向内侧并且透过在其之间形成的空隙面向该第一类型扭转部分。
利用以上配置,滴落在线圈端部上的液体冷却剂将流过每一对轴向重叠的第一类型扭转部分和第二类型扭转部分之间的空隙,由此在其整个长度上冷却第一类型扭转部分和第二类型扭转部分。因此,可有效地冷却定子线圈。
在进一步实施方式中,定子线圈的相绕组的每一个可具有基本矩形的横截面以及形成在其外周表面上的绝缘敷层。在此情况下,优选地,对于每一对轴向重叠的第一类型扭转部分和第二类型扭转部分,对应的各对第一类型扭转部分和第二类型扭转部分的平坦侧面彼此平行地延伸且面对彼此。此外,还优选地,第一类型扭转部分和第二类型扭转部分的每一个在矩形横截面的四个角处变圆以具有弧形的角。此外,还优选地,第一类型扭转部分和第二类型扭转部分的每一个具有四个凹槽,每一个凹槽形成在矩形横截面的四边中的一边的中心部分处以从该边的其他部分向内凹入。
第一类型扭转部分和第二类型扭转部分的每一个可具有顶部和一对倾斜部。顶部在扭转部分中距离定子芯的轴端面的最远处并且沿着定子芯的圆周方向延伸。倾斜部分别形成在顶部的相反侧上以相对于定子芯的轴端面以预定的倾斜角倾斜地延伸,在此情况下,优选地,对所有的第一扭转部分和第二扭转部分将预定的倾斜角设定为相同的。
在定子芯的各槽的每一个中,可彼此径向对齐地容纳定子线圈的相绕组中的至少四个槽内部分。在此情况下,优选地,定子线圈的相绕组的扭转部分的每一个将设置在从定子芯的多个槽中的一个的径向内侧开始数的第K层处的槽内部分与设置在从多个槽中的另一个的径向内侧开始数的第(K-1)层处的槽内部分相连接,其中K是不小于2的偶数。
还优选地,第一类型扭转部分的每一个具有(M+1)个槽间距的周向长度,同时第二类型扭转部分的每一个具有(M-1)个槽间距的周向长度,其中M是不小于2的自然数。
附图说明
根据下文给出的详细描述和一个示例性实施例的附图,将更充分地理解本发明,然而,这些详细描述和附图不应将本发明限制到具体的实施例,而仅仅是出于说明和理解的目的。
在附图中:
图1是根据示例性实施例的旋转电机的部分截面图;
图2是旋转电机的定子的一部分的立体图;
图3是定子的一部分的部分截面图;
图4是用来形成定子的定子线圈的一对大电导体段和小电导体段的立体图;
图5是小电导体段的一部分的立体图;
图6是示出用来形成定子线圈的电导体段的配置的截面图;
图7是示出定子的定子芯的槽中的电导体段的布置的周向展开图;
图8是定子线圈的示意性电路图;
图9是示出定子中的一对大电导体段和小电导体段的布置的示意图;
图10是沿图9中的线X-X取得的截面图;
图11是示出滴落在定子线圈的第一线圈端部上的液体冷却剂流动的示意图;
图12是示出液体冷却剂流过定子线圈的U相绕组的扭转部分的示意图;
图13是示出液体冷却剂流过一对轴向重叠的扭转部分的示意图;
图14是示出根据比较性示例的液体冷却剂流过一对扭转部分的示意图;
图15是示出用来形成定子线圈的电导体段的配置的修改的截面图;
图16是第一常规定子的一部分的立体图;
图17是第二常规定子的一部分的立体图;
图18是用来形成第二常规定子的定子线圈的大电导体段的立体图;
图19是用来形成第二常规定子的定子线圈的小电导体段的立体图。
具体实施方式
图1示出根据示例性实施例的旋转电机1的总体配置。
旋转电机1被设计为在机动车辆(诸如客车或卡车)中用作电动机。
如图1所示,旋转电机1包括壳体10、转子14和定子20。壳体10包括在其开口端接合在一起的一对杯状壳体件10a和10b。壳体10具有在其中安装的一对轴承11和12,壳体10经由这对轴承11和12可旋转地支承转轴13。转子14容纳在壳体10中且固定在转轴13上。定子20固定在壳体10中以便包围转子14的径向外周。
此外,旋转电机1进一步包括冷却剂提供器,用于向定子20的三相定子线圈40提供液体冷却剂。冷却剂提供器包括一对喷嘴15和16以将液体冷却剂滴落在定子线圈40上。具体地,喷嘴15安装到壳件10b以***壳件10b的轴端壁(即,图1中的右端壁)。喷嘴15具有形成在其远端处的排放口15a。排放口15a位于定子线圈40的第一线圈端部45的垂直上方以将液体冷却剂排放到第一线圈端部45的中心最上部分。类似地,喷嘴16安装到壳件10a以***壳件10a的轴端壁(即,图1中的左端壁)。喷嘴16具有形成在其远端处的排出口16a。排放口16a位于定子线圈40的第二线圈端部46的垂直上方以将液体冷却剂排放到第二线圈端部46的中心最上部分。
此外,在本实施例中,旋转电机1还包括冷却剂收集器、泵和冷却器,没有在图中示出。冷却剂收集器收集从冷却剂提供器的喷嘴15和16的排放口15a和16a排出的液体冷却剂。设置泵以将液体冷却剂输送到冷却剂提供器。设置冷却器以冷却在穿过定子线圈40时被加热的且由冷却剂收集器所收集的液体冷却剂。冷却剂提供器、冷却剂收集器、泵以及冷却器共同形成用于使液体冷却剂循环的液体冷却剂循环回路。换而言之,冷却剂提供器、冷却剂收集器、泵以及冷却器共同构成用于冷却定子线圈40的冷却机构。
另外,在本实施例中,ATF(自动变速箱液)用作液体冷却剂。然而,应该认识到其他常规液体冷却剂(诸如冷却油)也可用来代替ATF。
转子14包括多个永磁体,在面向定子20的径向内周的转子14的径向外周上形成多个磁极。磁极的极性沿着转子14的圆周方向在北与南之间交替。可根据旋转电机1的设计说明书适当地设定磁极的数量。在本实施例中,例如将磁极的数量设定为等于八(即,四个北极和四个南极)。
现在参见图2和3,定子20包括环形(或中空圆柱形)定子芯30,该环形定子芯30设置在转子14的径向外侧以包围转子14,并且包括安装在定子芯30上的三相定子线圈40。另外,定子20可进一步具有在定子芯30与定子线圈40之间***的绝缘纸。
在本实施例中,通过沿着定子芯30的轴向层压多个环形磁钢板且通过例如铆接(stake)将它们固定在一起,来形成定子芯30。另外,在相邻的每一对磁钢板之间,***绝缘膜。应该认识到,也可使用其他常规的金属板来代替磁钢板。
此外,如图2和3所示,定子芯30包括环形后芯33、多个定子齿34和多个槽31。定子齿34各自从后芯33向内径向地延伸且以一预定间距在周向上隔开。槽31中的每一个形成在周向上相邻的一对定子齿34之间。因此,以与定子齿34相同的预定间距在周向上排列槽31。此外,槽31的每一个沿着定子芯30的轴向延伸以便轴向地***定子芯30,且在定子芯30的径向内部表面上开口。另外,对于每一个槽31,槽31的深度方向与定子芯30的径向相符合。
在本实施例中,对于具有八个磁极的转子14的每一个磁极且对于三相定子线圈40的每一相提供两个槽31。换而言之,槽倍数设定为2。因此,提供在定子芯30中的槽31的总数等于48(即,2×8×3)。另外,如图2所示,四十八个槽31包括沿着定子芯30的圆周方向顺序地且重复地排列的多对U相槽U1和U2、V相槽V1和V2以及W相槽W1和W2。
定子线圈40包括U相绕组41U、V相绕组41V和W相绕组41W(参见图8),这些绕组安装在定子芯30上以便被容纳在定子芯30的槽31中且在电相位上彼此不同。
定子线圈40的相绕组中的每一个包括多个槽内部分51C和多个扭转部分52A和52B。槽内部分51C中的每一个容纳在定子芯30的槽31的一个中。扭转部分52A和52B中的每一个位于定子芯30的槽31的外部以连接一对槽内部分51C,这一对槽内部分51C分别容纳在两个不同的槽31中。
在本实施例中,定子线圈40由以下形成:(1)将多个基本上U形的电导体段50从定子芯30的第一轴侧***到定子芯30的槽31中;(2)扭绞电导体段50的每一个的自由端部,这些自由端部在定子芯30的第二轴侧上在定子芯30的槽31外部分别朝向相反的周向侧突出;以及(3)例如通过焊接来接合所有电导体段50的扭绞的自由端部的每一对对应的远端。因此,以预定的模式电连接所有的电导体段50,形成定子线圈40。
此外,在本实施例中,如图4所示,形成定子芯40的电导体段50包括多个大电导体段50A和多个小电导体段50B,多个小电导体段50B具有比多个大电导体段50A更小的尺寸。通过使用成形模具将电导体线(具有基本上矩形的横截面)按压成形为基本上U形来形成大电导体段和小电导体段50A和50B。应该注意到,用来形成大电导体段50A的成形模具与用来形成小电导体段50B的成形模具不同。
大电导体段50A的每一个具有一对彼此平行延伸的竖直部分51A和在同一侧连接竖直部分51A的各端的扭转部分52A。另一方面,小电导体段50B的每一个具有一对彼此平行延伸的竖直部分51B和在同一侧连接竖直部分51B的各端的扭转部分52B。小电导体段50B的扭转部分52B比大电导体段50A的扭转部分52A具有更小的长度。
更具体地,在本实施例中,将大电导体段50A的扭转部分52A形成为具有七个槽间距的周向长度。另一方面,将小电导体段50B的扭转部分52B形成为具有五个槽间距的周向长度。因此,大电导体段50A的扭转部分52A可被称为长间距扭转部分52A;小电导体段50B的扭转部分52B可被称为短间距扭转部分52B。
此外,大电导体段50A的扭转部分52A的每一个包括顶部53A,该顶部53A在扭转部分52A的延伸方向上(或者在定子芯30的圆周方向上)位于扭转部分52A的中心处并且在扭转部分52A中距离定子芯30的第一轴端面30a的最远处;该第一轴端面30a在定子芯30的第一轴侧上。顶部53A沿着定子芯30的圆周方向并且平行于定子芯30的第一轴端面30a延伸。此外,在顶部53A的中心处,通过按压成形形成了曲柄形部54A,该曲柄形部54A被弯曲以在径向上偏离扭转部分52A。由曲柄形部54A作出的径向偏离量被设定为基本上等于大电导体段和小电导体段50A和50B的径向厚度。类似地,小电导体段50B的扭转部分52B的每一个包括顶部53B,该顶部53B在扭转部分52B的延伸方向上(或者在定子芯30的圆周方向上)位于扭转部分52B的中心处,并且在扭转部分52B中距离定子芯30的第一轴端面30a的最远处。顶部53B沿着定子芯30的圆周方向并且平行于定子芯30的第一轴端面30a延伸。此外,在顶部53B的中心处,通过按压成形形成了曲柄形部54B,该曲柄形部54A被弯曲以在径向上偏离扭转部分52B。由曲柄形部54B作出的径向偏离量也被设定为基本上等于大电导体段和小电导体段50A和50B的径向厚度。
此外,大电导体段50A的扭转部分52A的每一个还包括一对倾斜部55A,分别形成在顶部53A的相反侧上以便相对于定子芯30的第一轴端面30a以第一预定倾斜角θ1倾斜地延伸(参见图9)。大电导体段50A的扭转部分52A的每一个进一步包括一对弯曲部56A。弯曲部56A的每一个通过在倾斜部55A中的一个与由扭转部分52A所连接的竖直部分51A中的一个之间使用成形模具而被按压成形为“<”字符的形状来形成。弯曲部56A从定子芯30的第一轴端面30a中突出。类似地,小电导体段50B的扭转部分52B的每一个还包括一对倾斜部55B,分别形成在顶部53B的相反侧上以便相对于定子芯30的第一轴端面30a以第二预定倾斜角θ2倾斜地延伸(参见图9)。小电导体段50B的扭转部分52B的每一个进一步包括一对弯曲部56B。弯曲部56B的每一个通过在倾斜部55B中的一个与由扭转部分52B所连接的竖直部分51B中的一个之间使用成形模具而被按压成形为“<”字符的形状来形成。弯曲部56B从定子芯30的第一轴端面30a中突出(参见图5)。另外,在本实施例中,第一预定倾斜角θ1和第二预定倾斜角θ2被设定为彼此相等(参见图9)。
在本实施例中,如图6所示,大电导体段50A和小电导体段50B中的每一个配置有电导体58和覆盖电导体58的外表面的绝缘敷层59。电导体58具有基本上矩形的横截面。绝缘敷层59由两层构成以包括内层59a和外层59b。另外,至少大电导体段50A和小电导体段50B的扭转部分52A和52B在矩形横截面的四个角处变圆以具有弧形的角50c。
接着,将参考图7描述定子芯30的槽31中的大电导体段50A和小电导体段50B的布置。
另外,为了简明,在图7中,仅示出两对U相位槽U1和U2,其中容纳定子线圈40的U相绕组41U。在本实施例中,由于槽倍数被设定为2,U相槽U1以六个槽间距在周向上隔开,U相槽U2也以六个槽间距在周向上隔开。
对于大电导体段50A中的一个,此大电导体段50A的两个竖直部中51A的一个被设置在从U相槽U1中的一个的径向内侧开始数的第一层处;另一个竖直部51A被设置在从U相槽U2中的一个的径向内侧开始数的第二层处,该U相槽U2中的一个与该U相槽U1中的一个沿着顺时针方向(即,图7的X方向)相距七个槽间距。另一方面,对于小电导体段50B中的一个,此小电导体段50B的两个竖直部51B中的一个被设置在从U相槽U2中的一个的径向内侧开始数的第一层处;另一个竖直部51B被设置在从U相槽U1中的该一个的径向内侧开始数的第二层处,该U相槽U1中的一个与该U相槽U2中的一个沿着顺时针方向相距五个槽间距。
从而,大电导体段50A的长间距扭转部分52A和小电导体段50B的短间距扭转部分52B被设置成沿定子芯30的轴向彼此重叠,在其之间形成预定的间隙S(见图9)。此外,在长间距扭转部分52A和短间距扭转部分52B的整个长度上,小电导体段50B的短间距扭转部分52B位于大电导体段50A的长间距扭转部分52A的轴向内侧并且透过在其之间形成的间隙S面向长间距扭转部分52A。
在所有的U相槽U1和U2对子中的第一层和第二层处重复大电导体段50A和小电导体段50B的以上布置。此外,虽然在示图中未示出,还以与各对U相槽U1和U2中的第一层和第二层相同的方式将大电导体段50A和小电导体段50B设置在各对V相槽V1和V2中的第一层和第二层以及各对W相槽W1和W2的第一层和第二层。
此外,对于大电导体段50A中的一个,此大电导体段50A的两个竖直部51A中的一个被设置在从U相槽U1中的一个的径向内侧开始数的第三层处;另一个竖直部51A被设置在从U相槽U2中的一个的径向内侧开始数的第四层处,该U相槽U2中的一个与该U相槽U1中的一个沿着顺时针方向(即,图7的X方向)间隔七个槽间距。另一方面,对于小电导体段50B中的一个,此小电导体段50B的两个竖直部51B中的一个被设置在从U相槽U2中的一个的径向内侧开始数的第三层处;另一个竖直部51B被设置在从U相槽U1中的一个的径向内侧开始数的第四层处,该U相槽U1中的一个与该U相槽U2中的一个沿着顺时针方向相距五个槽间距。
在所有的各对U相槽U1和U2中的第三层和第四层重复大电导体段50A和小电导体段50B的以上布置。此外,虽然在示图中未示出,还以与各对U相槽U1和U2中的第三层和第四层相同的方式,将大电导体段50A和小电导体段50B设置在各对V相槽V1和V2中的第三层和第四层以及各对W相槽W1和W2的第三层和第四层。
此外,对于大电导体段50A中的一个,此大电导体段50A的两个竖直部51A中的一个被设置在从U相槽U1中的一个的径向内侧开始数的第五层处;另一个竖直部51A被设置在从U相槽U2中的一个的径向内侧开始数的第六层处,该U相槽U2中的一个与该U相槽U1中的一个沿着顺时针方向(即,图7的X方向)间隔七个槽间距。另一方面,对于小电导体段50B中的一个,此小电导体段50B的两个竖直部51B中的一个被设置在从U相槽U2中的一个的径向内侧开始数的第五层处;另一个竖直部51B被设置在从U相槽U1中的一个的径向内侧开始数的第六层处,该U相槽U1中的一个与该U相槽U2中的一个沿着顺时针方向相距五个槽间距。
在所有的各对U相槽U1和U2中的第五层和第六层重复大电导体段50A和小电导体段50B的以上布置。此外,虽然在示图中未示出,还以与各对U相槽U1和U2中的第五层和第六层相同的方式,将大电导体段50A和小电导体段50B设置在各对V相槽V1和V2中的第五层和第六层以及各对W相槽W1和W2的第五层和第六层。
因此,在U相槽U1和U2、V相槽V1和V2和W相槽W1和W2的每一个中,以彼此径向对齐的方式设置了大电导体段50A与小电导体段50B的总共六个竖直部51A和51B。更具体地,在本实施例中,在U相槽U1和U2、V相槽V1和V2和W相槽W1和W2的每一个中,沿着定子芯30的径向交替地设置了大电导体段50A的三个竖直部51A和小电导体段50B的三个竖直部51B。
此外,对于大电导体段50A和小电导体段50B中的每一个,在定子芯30的第二轴侧(即图2的下侧)上在定子芯30的槽31的外部突出的电导体段的竖直部的自由端部分别朝向相反的周向侧扭绞以便相对于定子芯30的第二轴端面30a以预定的角度倾斜地延伸;第二轴端面30a在定子芯30的第二轴侧上。因此,竖直部的自由端部分别转变为电线段的一对倾斜部分(未示出);倾斜部分具有对应于基本上半个磁极间距的周向长度。之后,在定子芯30第二轴侧上,所有大电导体段50A和小电导体段50B的倾斜部分的每一对对应的远端例如通过焊接来接合。因此,以预定的模式电连接所有的大电导体段50A和小电导体段50B,形成定子线圈40。
具体地,容纳在定子芯30的槽31中的大电导体段50A和小电导体段50B的竖直部51A和51B的那些部分分别构成定子线圈40的相绕组41U、41V和41W的槽内部分51C;大电导体段50A和小电导体段50B的扭转部分52A和52B分别构成定子线圈40的相绕组41U、41V和41W的扭转部分52A和52B。此外,定子线圈40的相绕组41U、41V和41W中的每一个由预定数量的大电导体段50A和小电导体段50B形成,这些大电导体段50A和小电导体段50B彼此电连接。更具体地,定子线圈40的相绕组41U、41V和41W的每一个波绕在定子芯30上,从而使得设置在从槽31的每一个中的径向内侧开始数的第N层处的相绕组的槽内部分51C与设置在从槽31的另一个中的径向内侧开始数的第(N+1)层处的相绕组的槽内部分51C电连接,其中N是不小于1的自然数。
此外,在本实施例中,构成定子线圈40的第一线圈端部45的扭转部分52A和52B的每一个将设置在从槽31中的一个的径向内侧开始数的第K层处的槽内部分51C与设置在从槽31中的另一个的径向内侧开始数的第(K-1)层处的槽内部分51C相连接,其中K是不小于2的偶数。
另外,在本实施例中,定子线圈40的相绕组41U、41V和41W中的每一个沿着定子芯30的圆周方向延伸六圈匝数。因此,相绕组41U、41V和41W中的每一个还包括形状与上述大电导体段50A和小电导体段50B不同的电导体段(未示出)。这些形状不同的电导体段例如包括用于形成相绕组的输出端和中性端的电导体段以及用于连接相绕组的不同线圈匝的电导体段。
如图8所示,在本实施例中,定子线圈40的相绕组41U、41V和41W彼此星形连接。此外,U相绕组41U包括彼此并联连接的U相子绕组U1、U2、U3和U4。V相绕组41V包括彼此并联连接的V相子绕组V1、V2、V3和V4。W相绕组41W包括彼此并联连接的W相子绕组W1、W2、W3和W4。
此外,如图1所示,定子线圈40具有定子芯30的第一轴侧上的第一线圈端部45和定子芯30的第二轴侧上的第二线圈端部46;在总体形状上第一线圈端部45和第二线圈端部46是环形的。第一线圈端部45由从定子芯30的第一轴端面30a中突出的大电导体段50A和小电导体段50B的扭转部分52A和52B构成。第二线圈端部46由从定子芯30的第二轴端面30a中突出的大电导体段50A和小电导体段50B的倾斜部分(或扭绞的自由端部)构成。
在本实施例中,如图2所示,在定子线圈40的第一线圈端部45中,在定子线圈40的整个圆周范围上存在周向相邻的多对长间距扭转部分52A和短间距扭转部分52B。对于周向相邻的多对长间距扭转部分52A和短间距扭转部分52B中的每一个,周向相邻的多对长间距扭转部分52A和短间距扭转部分52B的顶部53A和53B沿着定子芯30的轴向彼此重叠。此外,如图9-10所示,对于周向相邻的多对长间距扭转部分52A和短间距扭转部分52B的每一对,短间距扭转部分52B完全位于长间距扭转部分52A的轴向内侧;长间距扭转部分52A的顶部53A的轴向内侧表面57A覆盖短间距扭转部分52B的顶部53B的轴向外侧表面57B。
此外,在定子线圈40的第一线圈端部45中,在定子线圈40的整个圆周范围上存在轴向重叠的多对长间距扭转部分52A和短间距扭转部分52B。对于轴向重叠的多对中的每一对,一对长间距扭转部分52A和短间距扭转部分52B被排列成沿定子芯30的轴向彼此重叠,在其间形成有预定的间隙S(见图9)。更具体地,在长间距扭转部分52A和短间距扭转部分52B的整个长度上,短间距扭转部分52B位于长间距扭转部分52A的轴向内侧并且透过在其之间形成的间隙S面向长间距扭转部分52A。另外,在本实施例中,对应的多对长间距扭转部分52A和短间距扭转部分52B的平坦侧面彼此平行地延伸且面向彼此。
此外,长间距扭转部分52A和短间距扭转部分52B的轴向重叠的每一对顶部53A和53B具有相同的相位,换而言之,包含在定子线圈40的U相、V相和W相绕组41U、41V和41W中的相同一个内。更具体地,如图2所示,U相绕组41U的长间距扭转部分52A(U)的顶部53A(U)的每一个与U相绕组41U的短间距扭转部分52B(U)的顶部53B(U)的一个轴向地重叠。V相绕组41V的长间距扭转部分52A(V)的顶部53A(V)的每一个与V相绕组41V的短间距扭转部分52B(V)的顶部53B(V)的一个轴向地重叠。W相绕组41W的长间距扭转部分52A(W)的顶部53A(W)的每一个与W相绕组41W的短间距扭转部分52B(W)的顶部53B(W)的一个轴向地重叠。
此外,如图9-10和图2的区域A所示,对于轴向重叠的每一对顶部53A和53B,顶部53A的轴向内侧表面57A和顶部53B的轴向外侧表面57B彼此平行地排列且轴向地面对彼此。
此外,如图2所示,所有相绕组41U、41V和41W的周向相邻的每一对长间距扭转部分52A和短间距扭转部分52A的顶部53A和53B在周向上彼此偏离一距离,该距离大于排列定子芯30的槽31的预定间距(即,大于一个槽间距)。更具体地,在本实施例中,在长间距扭转部分52A的顶部53A中形成的曲柄形部54A的每一个与另一个曲柄形部54A周向相邻且偏离两个槽间距;在短间距扭转部分52B的顶部53B中形成的曲柄形部54B的每一个与另一个曲柄形部54B周向相邻且偏离两个槽间距。此外,如图2的区域B所示,短间距扭转部分52B的顶部53B的每一个被设置为长间距扭转部分52A的竖直延伸的倾斜部55A中的一个的周向近邻。
另外,长间距扭转部分52A的周向长度被设定为(M+1)个槽间距,而短间距扭转部分52B的周向长度被设定为(M-1)个槽间距,其中M是大于或等于2的自然数。更具体地,在本实施例中,利用M=6,长间距扭转部分52A的周向长度被设定为七个槽间距,并且短间距扭转部分52B的周向长度被设定为五个槽间距。
接着,将描述根据本实施例的旋转电机1的操作。
在正常使用中,旋转电机1安装在车辆中的预定位置处,使得:旋转轴13的轴向与水平方向一致;以及冷却剂提供器的喷嘴15和16的排放口15a和16a分别位于定子线圈40的第一线圈端部45和第二线圈端部46的垂直上方。
一旦对定子20的定子线圈40提供电流,转子14就沿预定方向旋转。此外,随着转子14的旋转,旋转轴13也沿预定方向旋转,驱动机械地连接到旋转轴13的其他设备或组件。
同时,用于冷却定子线圈40的冷却机构开始工作,将液体冷却剂输送到喷嘴15和16。那么,从喷嘴15和16的排放口15a和16a将液体冷却剂排放到定子线圈40的第一线圈端部45和第二线圈端部46。
之后,将详细描述第一线圈端部45由液体冷却剂的冷却。如前所述,第一线圈端部45由大电导体段50A和小电导体段50B的扭转部分52A和52B构成。
从喷嘴15的排放口15a排放的液体冷却剂滴落在第一线圈端部45的中心最上部分,分流到中心最上部分的两个圆周侧,且向下流动。
具体地,如图11所示,液体冷却剂进入第一线圈端部45的每一对轴向重叠的长间距扭转部分52A和短间距扭转部分52B之间的间隙S。然后,液体冷却剂流过间隙S,同时冷却长间距扭转部分52A和短间距扭转部分52B;在长间距扭转部分52A和短间距扭转部分52B的整个长度上形成间隙S。
例如,如图12所示,滴落在U相绕组41U的最外层(即,第六层)上的液体冷却剂首先流过U相绕组41的第一对轴向重叠的长间距扭转部分52A(U)和短间距扭转部分52B(U)的上半部(即,图12中的左半部)之间形成的空隙S;上半部位于最外侧。那么,液体冷却剂流过形成在第一对轴向重叠的长间距扭转部分52A(U)和短间距扭转部分52B(U)的下半部(即,图12中的右半部)之间的间隙S;下半部位于第五层上。即,在第一对轴向重叠的长间距扭转部分52A(U)和短间距扭转部分52B(U)的顶部53A和53B处使层从最外侧改变为第五层。之后,液体冷却剂移动到并且流过形成在U相绕组41U的第二对轴向重叠的长间距扭转部分52A(U)和短间距扭转部分52B(U)的上半部之间的间隙S;上半部位于第四层上。然后,液体冷却剂流过形成在第二对轴向重叠的长间距扭转部分52A(U)和短间距扭转部分52B(U)的下半部之间的间隙S;下半部位于第三层上。即,在第二对轴向重叠的长间距扭转部分52A(U)和短间距扭转部分52B(U)的顶部53A和53B处使层从第四侧改变为第三层。
以此方式,在第一线圈端部45的上半部中,液体冷却剂流过U相绕组41U的轴向重叠的多对长间距扭转部分52A(U)和短间距扭转部分52B(U)之间的间隙S,从最外层逐层移动到最内层(即,第一层)。
此外,在第一线圈端部45的下半部中,液体冷却剂流过U相绕组41U的轴向重叠的多对长间距扭转部分52A(U)和短间距扭转部分52B(U)之间的间隙S,从最内层逐层移动到最外层。最终,液体冷却剂从第一线圈端部45滴落到壳体10的底部。
另外,尽管未在图中示出,液体冷却剂也以与U相绕组41U相同的方式冷却定子线圈40的V相绕组41V和W相绕组41W。然后滴落到壳体10的底部的液体冷却剂由冷却剂收集器收集,由冷却器冷却并且由泵再次输送到喷嘴15和16。
如图13所示,在本实施例中,第一线圈端部45由长间距扭转部分52A和短间距扭转部分52B构成,短间距扭转部分52B比长间距扭转部分52A具有较小的长度。因此,液体冷却剂流过每一对轴向重叠的长间距扭转部分52A和短间距扭转部分52B之间的间隙S;在长间距扭转部分52A和短间距扭转部分52B的整个长度上形成该间隙S。因此,可在宽范围上有效地冷却长间距扭转部分52A和短间距扭转部分52B。
相比之下,在如图14所示的比较性示例中,共同构成从定子芯130的轴端面突出的线圈端部的所有扭转部分152具有相同的长度。因此,无法以径向重叠对的方式排列扭转部分152。因此,对于每一对相邻的扭转部分152,液体冷却剂仅流过形成在一对扭转部分152的上半部之间的间隙,从其顶部153离开这对扭转部分152。因此,液体冷却剂无法冷却这对扭转部分152的下半部。也就是说,不可在宽范围上有效地冷却这对扭转部分152。
根据本实施例的上述旋转电机1具有以下优势。
在本实施例中,旋转电机1包括转子14、定子20以及冷却机构。定子20包括环形定子芯30和三相线圈40。定子芯30与转子14在径向上相对地设置且具有沿定子芯30的圆周方向排列的多个槽31。定子线圈40由安装在定子芯30上的U相绕组41U、V相绕组41V和W相绕组41W组成。相绕组41U、41V和41W的每一个包括槽内部分51C和扭转部分52A和52B。槽内部分51C中的每一个容纳在定子芯30的槽31的一个中。扭转部分52A和52B中的每一个位于定子芯30的槽31的外部以连接一对槽内部分51C,这一对槽内部分51C分别容纳在两个不同的槽31中。扭转部分52A和52B共同构成定子线圈40在定子芯30的第一轴侧上的第一线圈端部45。冷却机制包括喷嘴15以将液体冷却剂滴落在第一线圈端部45上,由此冷却定子线圈40。此外,在本实施例中,定子线圈40的相绕组41U、41V和41W的扭转部分包括长间距扭转部分52A和短间距扭转部分52B,短间距扭转部分52B比长间距扭转部分52A具有更小的长度。在定子线圈40的第一线圈端部45中,在定子线圈40的整个圆周范围上存在轴向重叠的多对长间距扭转部分52A和短间距扭转部分52B。对于每一对轴向重叠的长间距扭转部分52A和短间距扭转部分52B,在长间距扭转部分52A和短间距扭转部分52B的整个长度上,短间距扭转部分52B位于长间距扭转部分52A的轴向内侧并且透过在其之间形成的间隙S面向长间距扭转部分52A。
利用以上配置,滴落在第一个线圈端部45上的液体冷却剂将流过每一对轴向重叠的长间距扭转部分52A和短间距扭转部分52B之间的空隙,由此在其整个长度上冷却长间距扭转部分52A和短间距扭转部分52B。因此,可有效地冷却定子线圈40。
此外,在本实施例中,定子线圈40的相绕组41U、41V和41W的每一个(更具体地,形成相绕组41U、41V和41W的大电导体段50A和小电导体段50B的每一个)具有基本矩形的横截面以及形成在其外部表面上的绝缘敷层59(见图6)。对于每一对轴向重叠的长间距扭转部分52A和短间距扭转部分52B,对应的各对长间距扭转部分52A和短间距扭转部分52B的平坦侧面彼此平行地延伸且面向彼此(见图9)。
利用以上配置,可通过表面张力保持液体冷却剂在长间距扭转部分52A和短间距扭转部分52B的平坦侧面上流动,由此改进冷却性能。
此外,在本实施例中,长间距扭转部分52A和短间距扭转部分52B的每一个在矩形横截面的四个角处变圆以具有弧形的角50c(见图6)。
利用以上配置,可增加流过每一对轴向重叠的长间距扭转部分52A和短间距扭转部分52B之间的间隙S的液体冷却剂的量,由此进一步改进冷却性能。
此外,在本实施例中,长间距扭转部分52A的每一个具有顶部53A和倾斜部55A。顶部53A在长间距扭转部分52A中距离定子芯30的第一轴端面30a的最远处并且沿着定子芯30的圆周方向延伸。倾斜部55A分别形成在顶部53A的相反侧上以相对于定子芯30的第一轴端面30a以第一预定倾斜角θ1倾斜地延伸。类似地,短间距扭转部分52B的每一个具有顶部53B和倾斜部55B。顶部53B在短间距扭转部分52B中距离定子芯30的第一轴端面30a的最远处并且沿着定子芯30的圆周方向延伸。倾斜部55B分别形成在顶部53B的相反侧上以相对于定子芯30的第一轴端面30a以第二预定倾斜角θ2倾斜地延伸。此外,在本实施例中,第一预定倾斜角θ1和第二预定倾斜角θ2被设定为彼此相等(参见图9)。
利用以上配置,可使长间距扭转部分52A和短间距扭转部分52B的倾斜部55A和55B的每一对面对的侧面之间的间隙S的尺寸(或宽度)保持恒定,由此使液体冷却剂在倾斜部55A和55B的侧面上的表面张力保持恒定。因此,可更加可靠地保持液体冷却剂在倾斜部55A和55B的侧面上流动,由此进一步改进冷却性能。
在本实施例中,在定子芯30的槽31的每一个中,容纳定子线圈40的相绕组41U、41V和41W的彼此径向对齐的六个槽内部分51C(或者大电导体段50A和小电导体段50B的六个竖直部分51A和51B)。相绕组41U、41V和41W的扭转部分52A和52B的每一个将设置在从定子芯30的槽31中的一个的径向内侧开始数的第K层处的槽内部分51C与设置在从槽31的另一个的径向内侧开始数的第(K-1)层处的槽内部分51C相连接,其中K是不小于2的偶数。
利用以上配置,可允许滴落在定子线圈40的第一线圈端部45上的液体冷却剂流过每一对轴向重叠的长间距扭转部分52A和短间距扭转部分52B之间的间隙S,从最外层逐层移动到最内层。因此,可有效地冷却定子线圈40的整个第一线圈端部45。
在本实施例中,长间距扭转部分52A的每一个具有七个槽间距(即,(M+1)个槽间距,M为6)的周向长度,而短间距扭转部分52B的每一个具有五个槽间距(即,(M-1)个槽间距,M为6)的周向长度。此外,短间距扭转部分52B的顶部53B的每一个位于长间距扭转部分52A的顶部53A中的一个的轴向内侧且与之在轴向上重叠。
利用上述配置,与所有扭转部分具有M个槽间距的同一周向长度的常规定子线圈相比较,有可能改善冷却性能而不改变其他特性。
尽管已经示出且描述了以上具体实施例,本领域的技术人员将认识到,可作出多种修改、变化和改进而不脱离本发明的精神。
例如,在上述实施例中,定子线圈40的相绕组41U、41V和41W的每一个由具有基本上矩形横截面的大电导体段50A和小电导体段50B形成(见图6)。
然而,如图15所示,大电导体段50A和小电导体段50B的至少扭转部分52A和52B(或者相绕组41U、41V和41W的至少扭转部分52A和52B)可具有四个凹槽50d,每一个凹槽形成在矩形横截面的四边中的一边的中心部分处以从该边的其他部分向内凹入。更具体地,大电导体段50A和小电导体段50B的至少扭转部分52A和52B可配置有:电导体58,具有基本矩形的横截面形状;绝缘敷层59,覆盖该电导体58的外部表面且具有形成在其外部表面上的四个凹槽50d。另外,绝缘敷层59也可变圆以具有四个弧形的角50c。在此情况下,可进一步增加流过每一对轴向重叠的长间距扭转部分52A和短间距扭转部分52B之间的间隙S的液体冷却剂的量,由此进一步改进冷却性能。
在上述实施例中,在定子线圈40中采用了具有不同周向长度的两种类型的扭转部分(即,长间距扭转部分52A和短间距扭转部分52B)。此外,在定子芯30的轴向上彼此重叠的扭转部分的顶部的数量等于2。
然而,也有可能在定子线圈40中采用具有不同周向长度的三个或更多类型的扭转部分。在此情况下,在定子芯30的轴向上彼此重叠的扭转部分的顶部的数量因此将等于3或更大。
在上述实施例中,定子线圈40的相绕组41U、41V和41W的每一个由基本上U形的大电导体段50A和小电导体段50B形成。定子线圈40的第一线圈端部45由从定子芯30的第一轴端面30a中突出的大电导体段50A和小电导体段50B的扭转部分52A和52B构成。定子线圈40的第二线圈端部46由从定子芯30的第二轴端面30a中突出的大电导体段50A和小电导体段50B的倾斜部分(或扭绞的自由端部)构成。
然而,定子线圈40的相绕组41U、41V和41W的每一个可替代地由多个基本上波形的电线形成;电线的每一个包括多个槽内部分51C和多个扭转部分52A和52B。在此情况下,定子线圈40的第一线圈端部45由那些从定子芯30的第一轴端面30a中突出的电线的扭转部分52A和52B构成;定子线圈40的第二线圈端部46由那些从定子芯30的第二轴端面30a中突出的电线的扭转部分52A和52B构成。
在上述实施例中,本发明涉及设计为在机动车辆中用作电动机的旋转电机1的定子20。然而,本发明也可应用到其他旋转电机的定子,诸如发电机的定子或电动机-发电机的定子,该电动机-发电机可选择性地用作电动机和发电机两者。
Claims (7)
1.一种旋转电机,包括:
转子;
定子,包括环形定子芯和定子线圈,所述定子芯与所述转子在径向上相对地设置且具有沿着所述定子芯的圆周方向排列的多个槽,所述定子线圈包括安装在所述定子芯上的多个相绕组,每一个相绕组包括多个槽内部分和多个扭转部分,每一个槽内部分容纳在所述定子芯的多个槽中的一个中,每一个扭转部分位于所述定子芯的槽的外侧以使分别容纳在两个不同槽中的一对槽内部分相连接,所述扭转部分共同构成所述定子线圈在所述定子芯的至少一个轴侧上的线圈端部;以及
冷却机构,配置为将液体冷却剂滴落在所述线圈端部上,由此冷却所述定子线圈,
其中
所述定子线圈的相绕组的扭转部分至少包括多个第一类型扭转部分和多个第二类型扭转部分,所述第二类型扭转部分比所述第一类型扭转部分具有更小的长度,
在所述定子线圈的线圈端部中,在所述定子线圈的整个圆周范围上存在轴向重叠的多对第一类型扭转部分和第二类型扭转部分,
对于每一对轴向重叠的第一类型扭转部分和第二类型扭转部分,在所述第一类型扭转部分和所述第二类型扭转部分的整个长度上,所述第二类型扭转部分位于所述第一类型扭转部分的轴向内侧并且透过在其之间形成的空隙面向所述第一类型扭转部分。
2.如权利要求1所述的旋转电机,其特征在于,所述定子线圈的相绕组的每一个具有基本矩形的横截面以及形成在其外部表面上的绝缘敷层,以及
对于每一对轴向重叠的第一类型扭转部分和第二类型扭转部分,第一类型扭转部分和第二类型扭转部分的对应的各对平坦侧面彼此平行地延伸且面对彼此。
3.如权利要求2所述的旋转电机,其特征在于,所述第一类型扭转部分和所述第二类型扭转部分的每一个在矩形横截面的四个角处变圆以具有弧形的角。
4.如权利要求2所述的旋转电机,其特征在于,所述第一类型扭转部分和所述第二类型扭转部分的每一个具有四个凹槽,每一个凹槽形成在矩形横截面的四边中的一边的中心部分处以从所述边的其他部分向内凹入。
5.如权利要求1所述的旋转电机,其特征在于,所述第一类型扭转部分和第二类型扭转部分的每一个具有顶部和一对倾斜部,所述顶部在所述扭转部分中距离所述定子芯的轴端面的最远处且沿着所述定子芯的圆周方向延伸,所述倾斜部分别形成在所述顶部的相反侧上以相对于所述定子芯的轴端面以预定的倾斜角倾斜地延伸,以及
对所有的所述第一扭转部分和所述第二扭转部分,将预定的倾斜角设定为相同。
6.如权利要求1所述的旋转电机,其特征在于,在所述定子芯的多个槽的每一个中,彼此径向对齐地容纳所述定子线圈的相绕组中的至少四个槽内部分,以及
所述定子线圈的相绕组的扭转部分的每一个将设置在从所述定子芯的多个槽中的一个的径向内侧开始数的第K层处的槽内部分与设置在从所述多个槽中的另一个的径向内侧开始数的第(K-1)层处的槽内部分相连接,其中K是不小于2的偶数。
7.如权利要求1所述的旋转电机,其特征在于,所述第一类型扭转部分的每一个具有(M+1)个槽间距的周向长度,同时所述第二类型扭转部分的每一个具有(M-1)个槽间距的周向长度,其中M是不小于2的自然数。
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