JP2009278810A - モータ組立体およびポンプ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】インバータおよびモータを風雨や日光から防ぐ保護構造を有するモータ組立体および該モータ組立体を備えたポンプ装置を提供する。
【解決手段】本発明のモータ組立体は、ポンプ１に連結されるモータ５と、モータ５の反ポンプ側端部に配置されたインバータ６と、モータ５の回転軸１０に連結された冷却ファン９と、モータ５の側面を覆う内カバー７と、内カバー７の少なくとも一部とインバータ６とを覆う外カバーと８を備える。内カバー７は、その反ポンプ側端部に形成された第１の開口部７ａと、ポンプ側端部に形成された第２の開口部７ｂとを有している。内カバー７とモータ５との間には隙間が形成され、内カバー７と外カバー８との間には隙間が形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータ組立体およびポンプ装置に関し、特にインバータおよびモータを風雨や日光から防ぐ保護構造を有するモータ組立体に関するものである。

ポンプを駆動する駆動源としては、モータが広く採用されている。最近では、モータにインバータを取り付けたインバータ一体型のポンプモータが主流となりつつある。インバータは、パワースイッチング素子（例えば、Insulated Gate Bipolar Transistor（ＩＧＢＴ）、パワーＭＯＳ ＦＥＴなど）を備えており、このパワースイッチング素子により、モータの入力電源を変化させ、モータを可変速運転することができる。

ポンプはさまざまな場所で使用され、屋外に設置される場合もある。このような場合、モータやインバータが風雨にさらされて、これらが故障するおそれがある。また、インバータおよびモータが直射日光にさらされると、これらが高温となってしまい、故障の原因ともなる。特に、インバータのパワースイッチング素子は熱を発生するため、インバータの温度がその耐熱温度を超えてしまうことも考えられる。
特開平７−１１５７７８号公報 特開２０００−１１６０５９号公報 特開昭６３−１６２９９７号公報

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、インバータおよびモータを風雨や日光から防ぐ保護構造を有するモータ組立体および該モータ組立体を備えたポンプ装置を提供することを目的とする。

上述した目的を達成するために、本発明の一態様は、ポンプに連結されるモータと、前記モータの反ポンプ側端部に配置されたインバータと、前記モータの回転軸に連結された冷却ファンと、前記モータの側面を覆う内カバーと、前記内カバーの少なくとも一部と前記インバータとを覆う外カバーとを備え、前記内カバーは、その反ポンプ側端部に形成された第１の開口部と、ポンプ側端部に形成された第２の開口部とを有しており、前記内カバーと前記モータとの間には隙間が形成され、前記内カバーと前記外カバーとの間には隙間が形成されていることを特徴とするモータ組立体である。

本発明の好ましい態様は、前記冷却ファンは、前記インバータと前記モータとの間に配置されており、前記インバータは、前記モータに向かって突起する冷却フィンを有しており、前記冷却フィンは、前記第１の開口部を覆うように前記内カバーに接触していることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記インバータは、パワースイッチング素子と、該パワースイッチング素子を収容するボックスとを有し、前記パワースイッチング素子は、前記ボックスの内面に接触しており、前記冷却フィンは、前記パワースイッチング素子が接触する前記ボックスの内面と反対側に位置する外面に設けられていることを特徴とする。

本発明の好ましい態様は、前記冷却ファンは、前記インバータと前記モータとの間に配置されており、前記インバータは、前記第１の開口部を密閉するように配置されており、前記インバータは、前記内カバーの内部空間と外部空間とを連通する貫通孔を有していることを特徴とする。

本発明の好ましい態様は、前記インバータは、前記冷却ファンと前記モータとの間に配置されており、前記インバータは、前記第１の開口部を密閉するように配置されており、前記インバータは、前記内カバーの内部空間と外部空間とを連通する貫通孔を有していることを特徴とする。

本発明の好ましい態様は、前記インバータは、パワースイッチング素子と、該パワースイッチング素子を収容するボックスとを有し、前記パワースイッチング素子は、前記ボックスの内面に接触しており、前記パワースイッチング素子が接触する前記ボックスの内面と反対側に位置する外面には、前記ポンプから供給される液体が流れる冷却ジャケットが取り付けられていることを特徴とする。

本発明の好ましい態様は、前記冷却ファンは、前記モータと前記ポンプとの間に配置されており、前記インバータは、前記モータに向かって突起する冷却フィンを有しており、
前記冷却フィンは、前記第１の開口部を覆うように前記内カバーに接触していることを特徴とする。

本発明の好ましい態様は、前記内カバーの内面には、吸音材または制振材が取り付けられていることを特徴とする。

本発明の他の態様は、上記モータ組立体と、上記モータ組立体に駆動されるポンプとを備えたことを特徴とするポンプ装置である。

本発明によれば、内カバーによってモータが覆われ、外カバーによってインバータが覆われるので、インバータおよびモータを風雨および日光から保護することができ耐候性が向上する。したがって、屋外での使用に耐えうるモータ組立体を提供することができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るモータ組立体を備えたポンプ装置を示す縦断面図である。

ポンプ装置は、液体を移送するポンプ１と、このポンプ１を駆動する本発明の実施形態に係るモータ組立体２とを備えている。モータ組立体２は、ポンプ１に連結されたモータ５と、モータ５の回転速度を制御するインバータ６と、モータ５の側面を覆う内カバー７と、インバータ６および内カバー７を覆う外カバー８とを備えている。モータ５には、ロータに永久磁石を用いた同期電動機が用いられている。このタイプのモータ（Permanent Magnet motor）は、一般的なモータよりも効率がよく、したがって発熱が低いという特徴を持っている。しかしながら、他のタイプのモータを用いてもよいことはいうまでもない。なお、内カバー７は図示しない支持部材によってモータ５に連結されている。

ポンプ１とモータ組立体２との間にはブラケット１４が配置されており、このブラケット１４を介してポンプ１とモータ組立体２とが互いに固定されている。ポンプ１は回転軸１０を介してモータ組立体２に連結されている。このような構成により、ポンプ１はモータ組立体２により駆動され、液体を吸込口１ａから吸込み、加圧し、そして吐出口１ｂから吐出する。ポンプ１の例としては多段式遠心ポンプが挙げられるが、他の型式のポンプを用いることもできる。

モータ５の上部（反ポンプ側端部）には冷却ファン９が配置されており、この冷却ファン９は、モータ５の回転軸１０に連結されている。したがって、冷却ファン９はモータ５の回転軸１０と一体的に回転するようになっている。インバータ６、冷却ファン９、およびモータ５は同軸上に配置され、インバータ６とモータ５との間に冷却ファン９が配置されている。

モータ５および冷却ファン９は、内カバー７によって囲まれている。すなわち、内カバー７は、モータ５の側面全体を覆う形状を有しており、さらに冷却ファン９全体を覆っている。内カバー７の内面とモータ５の側面との間には隙間が形成されている。モータ５の側面には冷却フィン１３が設けられており、これら冷却フィン１３は、内カバー７の内面とモータ５の側面との間に配置されている。内カバー７の内面には吸音材１１が取り付けられている。この吸音材１１は、モータ５の側面を囲むように配置されている。

ここで、吸音材とは、音を内部に取り込んで音エネルギーを熱エネルギーに変換することで音を吸収する部材をいう。吸音材の例としてはスポンジやウレタンフォームなどが挙げられる。なお、吸音材に代えて制振材を取り付けてもよい。制振材とは、固体の振動エネルギーを熱エネルギーに変換することによって固体の振動を低減させる部材をいう。制振材の例としてはゴム板やプラスチック板などが挙げられる。

図２（ａ）は、図１に示すモータ組立体の一部を示す拡大断面図である。図２（ｂ）は、インバータの冷却フィンと空気取り入れ孔との関係を示す平面図である。
図２（ａ）に示すように、内カバー７の上端（反ポンプ側端部）には空気取り入れ孔として機能する第１の開口部７ａが形成されている。この第１の開口部７ａはインバータ６と冷却ファン９との間に位置している。

インバータ６は、パワースイッチング素子１５と、このパワースイッチング素子１５の動作を制御する制御基板１６と、パワースイッチング素子１５および制御基板１６を収容するボックス１７とを備えている。パワースイッチング素子１５は、ボックス１７の底部の内面に接触した状態でボックス１７に固定されている。インバータ６の底部はモータ５に対向しており、その底部の外面全体には、モータ５に向かって突起する冷却フィン１８が設けられている。これら冷却フィン１８は内カバー７の上部に接触しており、図２（ｂ）に示すように、第１の開口部７ａを覆うように配置されている。

図１に示すように、内カバー７の下端（ポンプ側端部）は開口しており、第２の開口部７ｂを構成している。外カバー８は、内カバー７の上半分とインバータ６の全体を覆う形状を有している。より詳しくは、外カバー８は、内カバー７の上半分およびインバータ６の周りを囲む第１の壁部（周壁）８Ａと、この第１の壁部８Ａの上端側開口（反ポンプ側開口）を閉じる第２の壁部８Ｂとを有している。これら第１の壁部８Ａおよび第２の壁部８Ｂは一体に形成してもよく、または別部材で形成してもよい。内カバー７と外カバー８との間には隙間が形成されており、インバータ６と外カバー８との間にも隙間が形成されている。外カバー８は図示しない支持部材によって内カバー７に連結されている。外カバー８の下端（ポンプ側端部）は開口している。

図３（ａ）および図３（ｂ）は、冷却ファンの回転によって形成される空気の流れを説明するための図である。図３（ａ）に示すように、冷却ファン９を回転させると、空気（周囲の気体）は、外カバー８と内カバー７との隙間を通り、内カバー７の第１の開口部７ａから内カバー７の内部に流入する。空気が第１の開口部７ａに流入するとき、空気の流れがインバータ６の冷却フィン１８と接触し、これによりインバータ６が冷却される。空気は、さらに内カバー７とモータ５との間の隙間をポンプ１に向かって流れる。このとき、空気の流れは、モータ５の冷却フィン１３と接触し、これによりモータ５が冷却される。その後、空気は内カバー７の第２の開口部７ｂから外部に排出される。

一方、冷却ファン９を逆回転させると、図３（ｂ）に示すように、空気は内カバー７の第２の開口部７ｂから内カバー７内に流入し、内カバー７とモータ５との間の隙間をインバータ６に向かって流れる。空気は、内カバー７の第１の開口部７ａから流出し、インバータ６の冷却フィン１８に接触する。その後、空気は、内カバー７と外カバー８との間の隙間を通過し、外カバー８の下端開口から外部に排出される。このように、冷却ファン９をいずれの方向に回転させても、冷却フィン１３，１８に接触する空気の流れが形成されるため、インバータ６およびモータ５を冷却することができる。

外カバー８はインバータ６を完全に覆っているので、インバータ６を直射日光から保護することができる。したがって、インバータ６が過度に高温となることを防止することができる。なお、耐熱効果を高めるために、外カバー８の外面に耐熱塗料を塗布してもよい。また、外カバー８によりインバータ６を風雨から守ることができるので、インバータ６の故障を減らすことができる。さらに、モータ５は内カバー７によって覆われているので、モータ５を風雨や日光から守ることができ耐候性が向上する。

図４（ａ）および図４（ｂ）は、本実施形態のモータ組立体の変形例を示す部分拡大図である。
この例では、ボックス１７の底部の外面の一部にのみ冷却フィン１８が設けられている。より具体的には、パワースイッチング素子１５はボックス１７の内面に接触し、冷却フィン１８はボックス１７の外面に設けられ、パワースイッチング素子１５と冷却フィン１８とは互いに対応する位置（反対側の位置）にある。冷却フィン１８の設置面積は、パワースイッチング素子１５とボックス１７との接触面積とほぼ同じである。

この例においても、冷却フィン１８は内カバー７の第１の開口部７ａを覆うように配置されている。したがって、冷却ファン９の回転により、空気の流れは冷却フィン１８に集中し、冷却フィン１８に集中的に風が当り、風の流速が早まることで熱伝達が向上して、冷却が促進される。したがって、最も発熱量が大きいパワースイッチング素子１５を効率よく冷却することができる。

次に、本発明の他の実施形態について説明する。なお、特に説明しない本実施形態の構成は上述した実施形態と同様であるので、その重複する説明を省略する。
図５（ａ）は、本発明の他の実施形態に係るモータ組立体を備えたポンプ装置を示す縦断面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）に示すモータ組立体の一部を示す拡大断面図である。

インバータ６は、内カバー７の第１の開口部７ａを塞ぐように配置されている。このインバータ６には、内カバー７の内部空間と外部空間とを連通する貫通孔６ａが形成されている。本実施形態では、この貫通孔６ａは空気取り入れ孔または空気排き出し孔として機能する。インバータ６の底面（底部の外面）は内カバー７の内側に位置しており、この底面全体には、上述の実施形態と同様に、冷却フィン１８が設けられている。これら冷却フィン１８は冷却ファン９に近接している。

図６（ａ）および図６（ｂ）は、冷却ファンの回転によって形成される空気の流れを説明するための図である。図６（ａ）に示すように、冷却ファン９を回転させると、空気はインバータ６の貫通孔６ａを流れて冷却フィン１８に接触し、これによりインバータ６が冷却される。また、空気の流れはモータ５の冷却フィン１３に接触し、モータ５を冷却する。

一方、冷却ファン９を逆回転させると、図６（ｂ）に示すように、空気は、第２の開口部７ｂから内カバー７に流入し、冷却フィン１３，１８に接触した後、インバータ６の貫通孔６ａから排出される。このように、冷却ファン９をいずれの方向に回転させても、冷却フィン１３，１８に接触する空気の流れが形成されるため、インバータ６およびモータ５を冷却することができる。

次に、本発明の他の実施形態について説明する。なお、特に説明しない本実施形態の構成は図５（ａ）および図５（ｂ）に示す実施形態と同様であるので、その重複する説明を省略する。
図７（ａ）は、本発明の他の実施形態に係るモータ組立体を備えたポンプ装置を示す縦断面図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）に示すモータ組立体の一部を示す拡大断面図である。

インバータ６は、冷却ファン９とモータ５との間に配置されている。すなわち、冷却ファン９は、内カバー７の外側であって、外カバー８の内側に配置されている。インバータ６は、内カバー７の第１の開口部７ａを塞ぐように配置されている。インバータ６には、内カバー７の内部空間と外部空間とを連通する貫通孔６ａが形成されている。インバータ６の底面は内カバー７の内側に位置しており、この底面全体には冷却フィン１８が設けられている。これらの冷却フィン１８はモータ５の上部に近接して配置されている。回転軸１０はインバータ６の貫通孔６ａを通って延びており、回転軸１０の端部に冷却ファン９が連結されている。

図８（ａ）および図８（ｂ）は、冷却ファンの回転によって形成される空気の流れを説明するための図である。図８（ａ）および図８（ｂ）に示すように、冷却ファン９をいずれの方向に回転させても、冷却フィン１３，１８に接触する空気の流れが形成されるため、インバータ６およびモータ５を冷却することができる。

次に、本発明の他の実施形態について説明する。なお、特に説明しない本実施形態の構成は図１に示す実施形態と同様であるので、その重複する説明を省略する。
図９（ａ）は、本発明の他の実施形態に係るモータ組立体を備えたポンプ装置を示す縦断面図であり、図９（ｂ）は図９（ａ）に示すモータ組立体の一部を示す拡大断面図である。

インバータ６には、冷却ジャケット２４が固定されている。この冷却ジャケット２４は、液体が流れる流入ライン２５および流出ライン２６を介してポンプ１に接続されている。流入ライン２５の端部はポンプ１の吐出側流路に接続されており、流出ライン２６の端部はポンプ１の吸込側流路に接続されている。ポンプ１を駆動させると、ポンプ１の吐出側流路と吸込側流路との間には差圧が生じ、この差圧により、ポンプ１に移送される液体の一部が流入ライン２５を通って冷却ジャケット２４に流入し、冷却ジャケット２４を通過し、そしてポンプ１に戻る。

冷却ジャケット２４は、パワースイッチング素子１５が接触するボックス１５の内面と反対側に位置する外面に取り付けられている。すなわち、パワースイッチング素子１５はボックス１７の内面に接触し、冷却ジャケット２４はボックス１７の外面に接触し、パワースイッチング素子１５と冷却ジャケット２４は互いに対応する位置（反対側の位置）にある。

通常、ポンプ１によって移送される液体は、インバータ６の温度よりも低い温度を有している。したがって、液体が冷却ジャケット２４を通過する間、インバータ６と液体との間で熱交換が行われ、これによりインバータ６が冷却される。さらに、冷却ファン９の回転により形成される空気の流れは、冷却ジャケット２４に接触し、この冷却ジャケット２４を冷却する。したがって、インバータ６をより効率よく冷却することができる。

図１０（ａ）は、上記実施形態の変形例を示す縦断面図であり、図１０（ｂ）は図１０（ａ）に示す冷却フィンと第１の開口部との関係を示す平面図である。
この例では、冷却ジャケット２４が取り付けられている箇所を除く、インバータ６のボックス１７の底部の外面に冷却フィン１８が設けられている。冷却ジャケット２４は、図９（ａ）および図９（ｂ）に示すものと同一である。冷却フィン１８は、内カバー７の第１の開口部７ａを塞ぐように配置されている。この構成例によれば、冷却ファン９により送られてくる空気によりインバータ６全体を冷却し、同時に冷却ジャケット２４によりパワースイッチング素子１５を冷却することができる。

次に、本発明の他の実施形態について説明する。なお、特に説明しない本実施形態の構成は図１に示す実施形態と同様であるので、その重複する説明を省略する。
図１１は、本発明の他の実施形態に係るモータ組立体を備えたポンプ装置を示す縦断面図である。図１２（ａ）および図１２（ｂ）は図１１に示すモータ組立体の一部を模式的に示す拡大断面図である。

この実施形態では、冷却ファン９はモータ５とポンプ１との間に配置されている。すなわち、冷却ファン９はモータ５の下部（ポンプ側端部）に配置されており、回転軸１０に固定されている。インバータ６の冷却フィン１８は、内カバー７の第１の開口部７ａを覆うように配置されている。冷却ファン９は内カバー７の内側に配置されており、内カバー７の第２の開口部７ｂは冷却ファン９の下方に位置している。内カバー７の下部にはブラケット１４が固定されている。

冷却ファン９を回転させると、第２の開口部７ｂから空気が取り込まれ、空気はモータ５と内カバー７との隙間をインバータ６に向かって流れる。このとき、空気の流れは冷却フィン１３に接触し、これによりモータ５を冷却する。空気は第１の開口部７ａから流出してインバータ６の冷却フィン１８に接触し、これによりインバータ６を冷却する。さらに空気は内カバー７と外カバー８との間を流れ、外カバー８の下端開口から外部に排出される。

なお、上述したポンプ装置は、ポンプの回転軸が縦方向に延びる、いわゆる縦置型ポンプ装置である。このタイプのポンプ装置は、設置面積やフットプリントが小さくなるという利点を有する。しかしながら、本発明はこれに限らず、横置き型のポンプ装置であってもよい。

上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうる。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲とすべきである。

本発明の一実施形態に係るモータ組立体を備えたポンプ装置を示す縦断面図である。 図２（ａ）は、図１に示すモータ組立体の一部を示す拡大断面図である。図２（ｂ）は、インバータの冷却フィンと空気取り入れ孔との関係を示す平面図である。 図３（ａ）および図３（ｂ）は、冷却ファンの回転によって形成される空気の流れを説明するための図である。 図４（ａ）および図４（ｂ）は、上記実施形態のモータ組立体の変形例を示す部分拡大図である。 図５（ａ）は、本発明の他の実施形態に係るモータ組立体を備えたポンプ装置を示す縦断面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）に示すモータ組立体の一部を示す拡大断面図である。 図６（ａ）および図６（ｂ）は、冷却ファンの回転によって形成される空気の流れを説明するための図である。 図７（ａ）は、本発明の他の実施形態に係るモータ組立体を備えたポンプ装置を示す縦断面図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）に示すモータ組立体の一部を示す拡大断面図である。 図８（ａ）および図８（ｂ）は、冷却ファンの回転によって形成される空気の流れを説明するための図である。 図９（ａ）は、本発明の他の実施形態に係るモータ組立体を備えたポンプ装置を示す縦断面図であり、図９（ｂ）は図９（ａ）に示すモータ組立体の一部を示す拡大断面図である。 図１０（ａ）は、上記実施形態の変形例を示す縦断面図であり、図１０（ｂ）は図１０（ａ）に示す冷却フィンと第１の開口部との関係を示す平面図である。 本発明の他の実施形態に係るモータ組立体を備えたポンプ装置を示す縦断面図である。 図１２（ａ）および図１２（ｂ）は図１１に示すモータ組立体の一部を模式的に示す拡大断面図である。

符号の説明

１ ポンプ
２ モータ組立体
５ モータ
６ インバータ
７ 内カバー
８ 外カバー
９ 冷却ファン
１０ 回転軸
１１ 吸音材または制振材
１３ 冷却フィン
１４ ブラケット
１５ パワースイッチング素子
１６ 制御基板
１７ ボックス
１８ 冷却フィン
２４ 冷却ジャケット
２５ 流入ライン
２６ 流出ライン

Claims (9)

1. ポンプに連結されるモータと、
   前記モータの反ポンプ側端部に配置されたインバータと、
   前記モータの回転軸に連結された冷却ファンと、
   前記モータの側面を覆う内カバーと、
   前記内カバーの少なくとも一部と前記インバータとを覆う外カバーとを備え、
   前記内カバーは、その反ポンプ側端部に形成された第１の開口部と、ポンプ側端部に形成された第２の開口部とを有しており、
   前記内カバーと前記モータとの間には隙間が形成され、
   前記内カバーと前記外カバーとの間には隙間が形成されていることを特徴とするモータ組立体。
2. 前記冷却ファンは、前記インバータと前記モータとの間に配置されており、
   前記インバータは、前記モータに向かって突起する冷却フィンを有しており、
   前記冷却フィンは、前記第１の開口部を覆うように前記内カバーに接触していることを特徴とする請求項１に記載のモータ組立体。
3. 前記インバータは、パワースイッチング素子と、該パワースイッチング素子を収容するボックスとを有し、
   前記パワースイッチング素子は、前記ボックスの内面に接触しており、
   前記冷却フィンは、前記パワースイッチング素子が接触する前記ボックスの内面と反対側に位置する外面に設けられていることを特徴とする請求項２に記載のモータ組立体。
4. 前記冷却ファンは、前記インバータと前記モータとの間に配置されており、
   前記インバータは、前記第１の開口部を密閉するように配置されており、
   前記インバータは、前記内カバーの内部空間と外部空間とを連通する貫通孔を有していることを特徴とする請求項１に記載のモータ組立体。
5. 前記インバータは、前記冷却ファンと前記モータとの間に配置されており、
   前記インバータは、前記第１の開口部を密閉するように配置されており、
   前記インバータは、前記内カバーの内部空間と外部空間とを連通する貫通孔を有していることを特徴とする請求項１に記載のモータ組立体。
6. 前記インバータは、パワースイッチング素子と、該パワースイッチング素子を収容するボックスとを有し、
   前記パワースイッチング素子は、前記ボックスの内面に接触しており、
   前記パワースイッチング素子が接触する前記ボックスの内面と反対側に位置する外面には、前記ポンプから供給される液体が流れる冷却ジャケットが取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載のモータ組立体。
7. 前記冷却ファンは、前記モータと前記ポンプとの間に配置されており、
   前記インバータは、前記モータに向かって突起する冷却フィンを有しており、
   前記冷却フィンは、前記第１の開口部を覆うように前記内カバーに接触していることを特徴とする請求項１に記載のモータ組立体。
8. 前記内カバーの内面には、吸音材または制振材が取り付けられていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載のモータ組立体。
9. 請求項１乃至８のいずれか一項に記載のモータ組立体と、
   前記モータ組立体に駆動されるポンプとを備えたことを特徴とするポンプ装置。

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