JP2002017097A - 3相ブラシレスモータの回転速度検出装置 - Google Patents
3相ブラシレスモータの回転速度検出装置Info
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Abstract
影響による誤差を含むことのない正確な回転速度を得
る、ブラシレスモータの回転速度検出装置を提供するこ
とを課題とする。 【解決手段】 本発明に係る3相ブラシレスモータの回
転速度検出装置は、ロータの回転位置に応じたロータ位
置検出信号を出力する3つのロータ位置検出手段を備え
る3相ブラシレスモータの回転速度検出装置において、
前記各ロータ位置検出手段から出力されるロータ位置検
出信号の立上りエッジから次の立上りエッジまで、及び
立下りエッジから次の立下りエッジまでをそれぞれ計時
して計時値を順次出力するカウンタ手段と、該計時値を
受け、該計時値に基づいてロータ回転速度を順次算出す
る算出手段とがさらに備えられてなることを特徴とす
る。
Description
ータの回転速度検出装置に関する。
は、回転速度を一定に保持したり、又は所望により加減
速したりするため、ロータの回転中、ロータの回転位置
及び回転速度が検出される。
及び回転速度を検出するための基本的構成を示し、図1
0は各ホール素子の動作波形を示す。図9において、符
号31は、N極及びS極からなる2極の磁極対を備える
ロータであり、該ロータ31の周囲にロータ位置検出素
子11としてのホール素子11a、11b及び11cが
3個、電気角で120度の等間隔になるように配置され
ている。
転するように構成されている。ホール素子はロータが回
転することによって磁極がS極からN極、若しくは、N
極からS極に切り替わると、これを検出して出力信号の
レベルを変化させる。この変化からロータの回転位置を
知ることができる。図10の(a)〜(c)は、各ホール素
子の出力信号の状況を示している。
を知ることができる。即ち、まず、図10の(d)に示し
たように前記3個のホール素子の出力信号を合成し、合
成された出力信号中の立上りθ2、θ4、…及び立下りθ
1、θ3、…(以下、両者を併せてエッジという)によって
画される区間φ1、φ2、…ごとに、エッジ間に相当する
時間τ1、τ2、τ3、…、τ6(=τi) …をカウンタによ
り計時する。
の磁極極性と3個のホール素子との位置関係の組合せは
6通り存在する。そして、前記区間φ1、φ2、…は、こ
の組合せの各場合に対応しており、組合せの各場合は電
気角の60度(360度÷6)ごとに順に出現することに
なるので、1区間は60度となる。
次式1により、ロータの回転速度として角速度Vを算出
する(以下、本明細書において、回転速度は、この角速
度の意味である)。 [式1] V=(60/360)2π(1/τi) 通常の一定速度での回転の場合においては、図12の
(a)に示すように、各区間φ1、φ2、…ごとの回転速度
は何れも一定値v0である。
の回転位置及び回転速度を検出することができる。そし
て、ブラシレスモータは、前記区間ごとにステータコイ
ル(図示せず)への通電電流の向きが切り替えられるとと
もに、回転速度に応じてステータコイルへの通電電流の
大きさが増減されることによって、目標とする条件の回
転が維持される。
センブリの限られた空間内でロータに近接した隙間のよ
うな取付けにくい位置にネジ止めや接着等によってモー
タアセンブリに取り付けられるため、図9に符号11x
を付した破線表現として示すように、取付時に位置ずれ
を起こしたままで固定されていることがある。
素子11aの取付位置がずれている場合、第1のホール
素子出力(図11の(a))の立上りと、第3のホール素子
出力(図11の(c))の立下りとの区間φ3の長さは取付
位置のずれ「α」分だけ間隔が短くなっており、区間φ
3は周方向で60度の正確な位置間隔を反映しているの
ではないことになる(実線が位置ずれ有り、破線が位置
ずれ無しを示す)。
分の誤差を含むが故に、実際には同一速度でロータが回
転している場合に、前記式1を用いて算出された回転速
度値は、この取付位置ずれα分の誤差を含んでしまう。
しかも、図12の(b)に示すように、あたかも、測定さ
れるホール素子ごとに、速度が異なるかのような結果を
得ることとなる。
して、実際と異なる回転速度が得られると、ステータコ
イルへの通電条件の設定が望ましくない方向に誤ってな
され、誤差の影響を拡大してしまうという不具合を生じ
ることになる。
題点に鑑みてなされたものであり、ロータ位置検出手段
の取付位置の位置ずれの影響による誤差を含むことのな
い正確な回転速度を得る、ブラシレスモータの回転速度
検出装置を提供することを課題とする。
く、本発明の請求項1に係る3相ブラシレスモータの回
転速度検出装置は、ロータの回転位置に応じたロータ位
置検出信号を出力する3つのロータ位置検出手段を備え
る3相ブラシレスモータの回転速度検出装置において、
前記各ロータ位置検出手段から出力されるロータ位置検
出信号の立上りエッジから次の立上りエッジまで、及び
立下りエッジから次の立下りエッジまでをそれぞれ計時
して計時値を順次出力するカウンタ手段と、該計時値を
受け、該計時値に基づいてロータ回転速度を順次算出す
る算出手段とがさらに備えられてなることを特徴とす
る。
角度の円弧部分を回転するに要した円弧部分回転時間を
測定し、この円弧部分回転時間で前記ある角度を除して
角速度として求められる。よって、この円弧部分回転時
間を求めるには、ロータの回転位置に応じたロータ位置
検出信号を出力するロータ位置検出手段を利用すること
ができる。
ずれが生じていることがある。その場合、位置ずれのう
ち径方向成分については、位置ずれが生じていても前記
円弧部分回転時間は不変であるから回転速度算出結果に
影響せず、位置ずれのうち周方向成分が回転速度算出結
果に影響することに鑑みて、本発明は、以下に説明する
ように、該周方向成分の影響を受けなくしたものであ
る。以下、位置ずれは周方向の位置ずれをいう。
それぞれのロータ位置検出信号の立上りエッジから次の
立上りエッジまで、及び立下りエッジから次の立下りエ
ッジまでをそれぞれ計時し、これらの計時値のそれぞれ
に基づいてロータ回転速度を算出するので、ロータ位置
検出手段の取付位置に関係する要素が回転速度の算出の
際に入ってこない。
れが生じている場合でもロータ位置検出手段の取付位置
に関係する要素が回転速度の算出の際に入ってこないの
で取付位置ずれは回転速度算出結果に関係しない。即
ち、ある1個のロータ位置検出手段によってロータの1
回転分を測定することになるから前記取付位置ずれに関
係する要素が回転速度の算出式中に入ってこなくなり、
正確な回転速度値が得られるからである。
ロータ位置検出信号の立上りエッジから次の立上りエッ
ジまで、及び立下りエッジから次の立下りエッジまでを
それぞれ計時して計時値を順次に出力する。
ータの磁極極性と、3相分の検出信号との組合せの各場
合に対応した区間ごとに出力されてくるので、回転速度
も順次該区間ごとに算出され、出力されてくることとな
る。このようにしてロータ1回転分の時間に基づく回転
速度という平均的であるが回転速度の変化分を含んだ回
転速度が前記区間ごとに順次に頻繁に、互いに独立に得
られる。
タの回転速度検出装置は、ロータの回転位置に応じたロ
ータ位置検出信号を出力する3つのロータ位置検出手段
と各ロータ位置検出信号を合成する合成手段とを備える
3相ブラシレスモータの回転速度検出装置において、前
記合成されたロータ位置検出信号中のエッジ間の区間を
それぞれ計時して計時値を順次出力するカウンタ手段
と、前記計時値を個別に順次記憶する記憶手段と、前記
記憶された計時値のうち、何れの第i番目(但し、iは
n≦iの整数、nは磁極数×3)の計時値に対しても第
(i−n+1)番目〜第i番目の各区間の計時値の和を算
出し、該和に基づいてロータ回転速度を順次算出する算
出手段とがさらに備えられてなることを特徴とする。
た前記計時値のうち、何れの第i番目の計時値に対して
も順次、第(i−n+1)番目〜第i番目の各区間の計時
値の和を算出し、該和に基づいてロータ回転速度を算出
するので、回転速度の算出の際、前記取付位置ずれに関
係する要素が回転速度の算出式中に入ってこなくなり、
正確な回転速度値が得られる。
結果に関係しない。即ち、第(i−n+1)番目〜第i番
目のn個の各区間の計時値の和は、磁極極性と3相のロ
ータ位置検出手段との組合せの全ての場合を含んだ時
間、即ち、ロータの1回転分の時間を測定することにな
るからである。
ータ1回転分の時間に基づく回転速度という平均的であ
るが変化分を含んだ回転速度値であり、この回転速度値
がロータ1回転の間に前記区間ごとに頻繁に得られる。
個別に順次記憶する記憶手段を要するが、逆にカウンタ
手段は、1個で足りる。従って、前記計時値を個別に順
次記憶するために記憶手段中に記憶領域を設定すればよ
く、カウンタ手段の数を1個だけにして、新たな別個の
装置を要することなく、取付位置ずれに影響されない正
確な速度値を得ることができる。
り、3相のモータにおいて前記区間の数は各磁極数に対
応して6、12、18、24…となる。また、(i−n)
番目よりも前の区間に対しては、ロータの1回転分の時
間が得られないので、請求項2によって得られる作用効
果を奏する回転速度値は得られない。
発明の実施の形態について説明する。
の回転速度検出装置の構成を示すブロック図、図2は回
転速度検出装置の動作に係る検出信号等のタイミングチ
ャート、図3は回転速度検出装置の動作を示すフローチ
ャートである。
エッジ検出回路、13は発振器、14はMビットカウン
タ、15はマイコン、16はCPU、17はメモリ、1
8はI/Oポート、19は割込みポートである。また、
21は2極のロータを有する3相のDCブラシレスモー
タ、22はモータの駆動制御を行なうインバータ、23
はモータのDC電源である。図1では、エッジ検出回路
12及びMビットカウンタ14は、ホール素子出力の1
ライン分のみを示した。
路12によってロータ位置検出手段が構成され、発振器
13及びMビットカウンタ14によってカウンタ手段が
構成され、CPU16中の処理プログラムの一部によっ
て算出手段が構成される。
ず)の周囲に互いに電気角120度ごとの略等間隔にな
るように計3個配置されている。略等間隔とする理由
は、回転速度の検出のためだけであれば等間隔であるこ
とを要しないのであるが、ホール素子が磁極の回転位置
の検出も行ない、その検出結果によってステータコイル
への通電条件を切り換えるためである。
用出力と回転位置検出用出力とに分けられ、回転速度検
出用出力は、出力の立上りごとを検出するエッジ検出回
路12a及び立下りごとを検出するエッジ検出回路12
bに接続されている。
1の出力に対して2個ずつ並列に設けられ、2個の各々
の出力がマイコン15の割込みポート19に接続されて
いる。割込みポート19は、マイコン15の処理プログ
ラムに対して割込み可能となるようにマイコン15に配
設されている。
ビットカウンタ14は、各ビットごとにマイコンのI/
Oポート18(18(a))に接続されており、Mビットカ
ウンタ14の出力が算出手段に入力されるように構成さ
れる。 I/Oポート18では、各ポートアドレス同士
が対応するように接続される。
位置検出用出力は、I/Oポート18(18(c))を介し
てインバータ22に接続されている。インバータ22は
DC電源23に接続されるとともにモータ21のステー
タコイル(図示せず)に接続されている。
界の変化を検出する、ホール効果を有するものである。
ホール素子の代わりに、ホール素子とアンプ回路とを内
蔵したホールICを用いることもできる。
らの出力信号の変化に同期して、出力信号が変化したと
きごとに幅狭のパルス信号を順次生成し、一連のパルス
信号として出力する。
準となる基本周波数出力を与える。この基本周波数出力
を利用して前記エッジ間の区間をMビットカウンタによ
り計時動作させる。
リカウンタとして基本周波数f(Hz)に対して動作し、
発振器13からの発振パルスを受けるごとに1ずつ値が
増えるように計時し、カウンタ値が2M−1まで測るこ
とができるものである。該カウンタは、発振器13から
の発振パルス数を計数するのであるが、計数値に基本周
波数fの周期を乗ずれば簡単に計時値を得ることから、
「計時」していると表現している。
検出信号が、エッジ検出回路12を介して順次割込みポ
ート19から割り込みによってマイコン15に入力され
たとき、Mビットカウンタ14の各々はロータ位置検出
信号の立上りから次の立上りまでの時間、若しくは、立
下りから次の立下りまでの時間を計時する。
の範囲内で計時し得るように、カウンタのビット数及び
基本周波数を設定することができる。例えば、16ビッ
トのMビットカウンタを用いて、基本周波数fが150
kHz(1周期(s)は1/150000)とし、カウンタ
値(216−1)がオーバーフローしない範囲の回転速度、
即ち、このカウンタで計時できる最低回転速度を求める
ことができる。
ンタ値をNと表わし、エッジ間の計時値Tが、T=(N
/f)、216=65536により、式1に基づいて、 [式2] Vmin=3.14×150000/(3×65535) =2.39(rad/s) =22.68(rpm) 故に、逆に回転速度の範囲に対応して基本周波数fを設
定することができる。
/Oポート18aからCPU16中の処理プログラムに
入力される。同様に、第2並びに第3のホール素子の立
上りごとの出力及び、立下りごとの出力にそれぞれ接続
された他のカウンタは、第1のホール素子の場合と同
様、何れも他のI/Oポート18aを介してマイコン1
5に接続されている。
検出回路12からのパルス信号を受けたときMビットカ
ウンタ14の動作を開始させ、次のパルス信号を受ける
まで計時させて計時値を得るようにMビットカウンタ1
4を動作させ、該計時値に基づいて回転速度を算出する
ようにプログラムされた部分(算出手段)を含んでいると
ともに、回転速度検出装置全体を動作させるようにプロ
グラムされている。
出力の都度、順次算出手段に入力され、入力された各々
の計時値に対して順次、次式3により回転速度が算出さ
れるように、算出手段は、この順次に入力される順序に
従って回転速度を演算するようにプログラムされてい
る。例えば、16ビットのMビットカウンタ14、基本
周波数fが150kHz(1周期(s)は1/15000
0)とし、エッジ間の計時値Tによって、回転速度V(ra
d/s)は、 [式3] V=(360/360)2π/T (rad/s) と求めることができる。
うに、処理プログラムは、図3のフローチャートに従っ
てステップ101〜107を含むようにプログラムされ
ている。
カウンタ14と算出手段との間に記憶手段としてのメモ
リ17を設けることができる。この記憶手段は必須では
ないが、カウンタ14による計時値を一時保存し、保存
した順に算出手段に計時値を送って速度算出を行なうよ
うにMビットカウンタごとに設けて算出手段の利用を効
率化することができる。
置の動作について図2及び図3を参照して説明する。
たロータ31が回転すると、各ホール素子11は、磁極
対の回転に伴う磁気変化を検出して各極性に対応したロ
ータ位置検出信号を生成して出力する(ステップ10
2)。
検出信号を受け、その立上りごと又は立下りごと(ステ
ップ103)にそのエッジを検出してパルス信号を生成
する(図2の(a)〜(c))。ステップ103及び104に
は立上りエッジの検出の場合を示したが、立下りエッジ
の検出の場合に対してもステップ102〜104が同様
に行なわれる。本実施の形態においては、パルス信号
は、ちょうどロータの一回転ごとに生成される(ステッ
プ104)。
から次の立上りまでの間の時間(例えば、P1)を1個の
カウンタで計時し、立下りから次の立下りまでの時間
(例えば、P4)を他の1個のカウンタで計時し、各々の
時間P1、P2、P3、…、P6、…に対して計時値Tを得
る(ステップ105)。そして、順次得られた計時値Tに
対し、式3に基づき、算出手段が回転速度Vを算出する
(ステップ106)。
このような立上り出力ごと及び立下り出力ごとにそれぞ
れカウンタ手段によってエッジ間の時間が計時されて計
時値Tが得られ、計6個の計時値Tが順次得られる。換
言すれば、3個のホール素子のロータ位置検出信号の立
上りごと及び立下りごとのそれぞれに対してステップ1
02〜106がそれぞれ実行される。得られた回転速度
値に基づいてI/Oポート18bからインバータ22が
制御される。
る1個のロータ位置検出手段によってロータの1回転分
の時間を測定することから、前記取付位置ずれに関係す
る要素が回転速度の算出式中に入ってこないので、取付
位置ずれは回転速度算出結果に関係せず、正確な回転速
度値が得られる。
回転に伴って3相分のそれぞれが立上りごと及び立下り
ごとに、しかも磁極の回転及び3相分の検出信号の組合
せの各場合に対応して前記区間ΔPごとに順次に出力さ
れてくるので、回転速度も該区間ΔPごとに順次に算出
されてくることとなる。このようにしてロータ1回転分
の時間に基づく回転速度という正確な回転速度値が得ら
れ、しかも、前記区間ごとに順次に頻繁に、互いに独立
に得られる。
確な回転速度が前記区間ΔPごとに得られるとともに、
ロータ位置検出手段の取付位置ずれに影響されることな
く平均的であるが、変化分を含んだ回転速度が頻繁に得
られ、この回転速度値を回転速度の制御のために利用で
きる点にある。
れに影響されない正確な速度値を前記区間ごとに頻繁に
得ることができ、この正確さ及び算出頻度を有する回転
速度値に基づいてロータの回転を最適に制御できる。
ブラシレスモータの回転速度検出装置の構成を示すブロ
ック図、図5は回転速度検出装置の動作に係る検出信号
等のタイミングチャート、図6は回転速度検出装置の動
作を示すフローチャートである。既述の図面中に示した
要素と同じ要素には同一の符号を付している。
信号が合成されて1個のエッジ検出回路12に入力さ
れ、その合成された出力信号の各エッジ間の区間が計時
され、各区間の計時値の和が用いられてロータ回転速度
が算出される構成が実施の形態1と異なっている。以
下、実施の形態1と異なる構成を中心に説明する。特に
説明しない構成については、実施の形態1と同様に構成
し得る。
力信号が合成されてエッジ検出回路12に入力されるよ
うに、各ホール素子11の出力信号を合成する合成手段
として、ホール素子11とエッジ検出回路12とが接続
される接続点20が配設されている。即ち、各ホール素
子11の出力信号は、図5に示した出力信号(a)〜(c)
が合成されて(d)の出力信号を得るように合成される。
の合成信号中のエッジ間を計時するので、発振器13と
Mビットカウンタ14とを1個ずつ備えて構成される。
ッジ検出回路からの合成信号中のエッジ間が計時されて
得られた計時値は、個別に、一旦、記憶手段に記憶さ
れ、ロータ1回転分となる所定の計時値が呼び出されて
和が算出される。
する。計時値全てを個別に記憶する記憶領域を個別に設
けてもよいが、以下に説明するように、磁極数×3個の
記憶領域を設け、エッジ間の時間が算出されるごとのタ
イミングに同期して、一旦記憶した計時値を先入れ先出
し方式(FIFO方式)によって更新していくことによっ
て記憶領域の数を少なくして計時値の記憶を行なうこと
ができる。
値の和を、(i−n+1)以上の整数i(但し、iはn≦
iの整数、nは磁極数×3)についてロータ1回転分の
計時値の和を求めることによって求める(ステップ20
7)。さらに、この和により、この和で2πを除して回
転速度を算出する(ステップ208)。即ち、合成された
ロータ位置検出信号の各エッジは、互いに隣接する各エ
ッジ同士間の区間のうち、連続する6個(磁極数2×3)
の区間の合計がロータの1回転の周期に相当する時間と
なる間隔で得られる。
ローチャートに従ってステップ201〜209を算出手
段として含むようにプログラムされている。
び図6を参照して説明する。本実施の形態においては、
各ホール素子11の出力が合成されたのち、1個のエッ
ジ検出回路12に入力される(ステップ202)。エッジ
検出回路12により、合成された出力信号中の各立上り
エッジ及び立下りエッジが検出され(ステップ203、
204)、各エッジ間の区間R1、R2、R3、…、R6、
…が計時され(ステップ205)、その計時値T(i)が記
憶手段に記憶される(ステップ206)。
れ先出し方式により記憶領域に記憶させることができ
る。即ち、図7は記憶領域の区分を示し、図8は各区間
の計時値を先入れ先出し方式によって記憶させる記憶の
させ方を示すフローチャートである。
たように、前記各区間の計時値を個々にメモリ(メモリ
A〜メモリF)に記憶しておき、連続する6個の計時値
T(i−n+1)〜T(i)をメモリからそれぞれ呼び出し
てその和ΣT(i)を求め、その和ΣT(i)に基づいて回
転速度を算出する(ステップ208)。各エッジ間の計時
値が順次算出手段に入力されるごとに、このように和Σ
T(i)により回転速度を算出するステップ2051〜2
053が実行される。
の際、前記取付位置ずれに関係する要素が回転速度の算
出式中に入ってこないので、取付位置ずれは回転速度算
出結果に関係せず正確な回転速度が得られる。そして、
実施の形態2によって得られる回転速度は、ロータ1回
転分の時間に基づく回転速度という、平均的であるが変
化分を含んだ回転速度がロータ1回転の間に前記区間ご
とに得られる。さらに、本実施の形態2によれば、前記
計時値を個別に順次記憶する記憶手段を要するが、逆に
カウンタ手段は1個で足りる。
ロータ1回転分の時間を算出すればよいので、記憶手段
中に計時値を順次に記憶できる記憶領域を設定すればよ
く、カウンタ手段の数を1個だけにして、新たな別個の
装置を要することなく、取付位置ずれに影響されない正
確な回転速度値を得ることができ、この正確さを有する
回転速度値に基づいてロータの回転を最適に制御でき
る。
れに影響されることがなく、平均的であるが変化分を含
んだ回転速度値を、カウンタ手段という別個の装置の数
を少なくした構成によって得ることができ、この回転速
度値に基づいてロータの回転を最適に制御できる。
取付位置の位置ずれの影響による誤差を含むことのない
正確な回転速度値を得る、ブラシレスモータの回転速度
検出装置を提供することができる。そして該装置によれ
ば、ロータ位置検出手段の取付位置ずれに影響されるこ
とがなく、平均的であるが変化分を含んだ回転速度値を
得ることができ、この回転速度値に基づいてロータの回
転を最適に制御できる。
の回転速度検出装置の構成を示すブロック図。
検出信号等のタイミングチャート。
ト。
度検出装置の構成を示すブロック図。
検出信号等のタイミングチャート。
ト。
を示す模式図。
憶させる記憶のさせ方を示すフローチャート。
的構成を示す模式図。
作波形を示す説明図。
ずれがある場合の各ホール素子の動作波形を示す説明
図。
す説明図。
器、14…Mビットカウンタ、15…マイコン、16…
CPU、17…メモリ、20…接続点、21…ブラシレ
スモータ、31…ロータ
Claims (3)
- 【請求項1】ロータの回転位置に応じたロータ位置検出
信号を出力する3つのロータ位置検出手段を備える3相
ブラシレスモータの回転速度検出装置において、前記各
ロータ位置検出手段から出力されるロータ位置検出信号
の立上りエッジから次の立上りエッジまで、及び立下り
エッジから次の立下りエッジまでをそれぞれ計時して計
時値を順次出力するカウンタ手段と、該計時値を受け、
該計時値に基づいてロータ回転速度を順次算出する算出
手段とがさらに備えられてなることを特徴とする3相ブ
ラシレスモータの回転速度検出装置。 - 【請求項2】 ロータの回転位置に応じたロータ位置検
出信号を出力する3つのロータ位置検出手段と各ロータ
位置検出信号を合成する合成手段とを備える3相ブラシ
レスモータの回転速度検出装置において、前記合成され
たロータ位置検出信号中のエッジ間の区間をそれぞれ計
時して計時値を順次出力するカウンタ手段と、前記計時
値を個別に順次記憶する記憶手段と、前記記憶された計
時値のうち、何れの第i番目(但し、iはn≦iの整
数、nは磁極数×3)の計時値に対しても第(i−n+
1)番目〜第i番目の各区間の計時値の和を算出し、該
和に基づいてロータ回転速度を順次算出する算出手段と
がさらに備えられてなることを特徴とする3相ブラシレ
スモータの回転速度検出装置。 - 【請求項3】 前記第(i−n+1)番目の区間の計時値
から第i番目の区間の計時値までが、順次先入れ先出し
方式にて前記記憶手段に記憶される請求項2記載の3相
ブラシレスモータの回転速度検出装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000199588A JP2002017097A (ja) | 2000-06-30 | 2000-06-30 | 3相ブラシレスモータの回転速度検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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