KR100698219B1 - 무접점 충전 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무접점 충전에 있어서, 특히 무접점 충전 장치에 관한 것으로, 무접점 충전시에 충전효율을 극대화하기 위해, 전자기 발생을 위한 자기발생 코일을 내재한 충전기 케이스와, 상기 자기발생 코일에 전류를 공급하는 전원공급회로와, 상기 자기발생 코일에 공급된 전류에 의해 전자기를 발생하는 충전기 코어를 구비한 충전기, 그리고 충전전류 유도를 위한 자기유도 코일을 내재한 배터리 케이스와, 상기 전자기에 의해 상기 자기유도 코일로 상기 충전전류를 유도시키는 배터리 코어와, 상기 충전전류를 충전하는 배터리 셀을 구비한 배터리로 구성되는 무접점 충전 장치에 관한 발명이다.

무접점 충전, 배터리, 충전기, 공극, 자기유도 코일, 자기발생 코일, 배터리 케이스, 충전기 케이스

Description

무접점 충전 장치{Apparatus for contactless charge}

도 1은 종래 기술에 따른 무접점 충전 구조를 나타낸 도면.

도 2는 본 발명에 따른 무접점 충전 구조를 나타낸 도면.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무접점 충전을 위한 배터리 케이스 형상과 일측 단면을 나타낸 도면.

도 4는 본 발명에 따른 무접점 충전기와 배터리의 일 예를 나타낸 단면도.

도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무접점 충전기와 배터리의 근접시 형상을 나타낸 도면.

본 발명은 무접점 충전에 관한 것으로, 특히 무접점 충전 장치에 관한 것이다.

일반적으로 이동통신단말기, PDA, 노트북 등과 같이 휴대용 정보통신기기나 연산기기는 충전 배터리를 에너지원으로 사용한다. 따라서 기기 사용에 있어서 충전기가 반드시 필요하다.

그런데 대부분의 기기들의 충전방식은 배터리와 충전기를 전기적으로 접촉시 키는 접촉식 충전방식을 채택하고 있다.

그러나 접촉식 충전방식에 많은 문제점이 야기되면서 비접촉식 충전방식이 개발되었다. 그것이 무접점 충전이다.

무접점 충전은 전자기 유도회로를 이용한다. 무접점 충전의 구조는 전류가 흐름에 따라 전자기 유도를 발생시키는 부분과, 상기 발생된 전자기 유도에 의해 전류를 유도시켜 충전하는 부분으로 구성된다.

도 1은 종래 기술에 따른 무접점 충전 구조를 나타낸 도면으로, 하부에 도시된 충전기에서 발생된 전자기 유도에 의해 상부에 도시된 배터리에서 전류를 유도시켜 배터리 셀(cell)에 충전시키는 구조이다.

도 1에서 무접점 충전을 위한 배터리의 단면을 보면, 배터리 셀(1)과 배터리 코어(battery core)(2)와 자기유도 코일(3)과 배터리 외곽 케이스(4)가 계층을 이루어 구성된다.

또한 도 1에서 무접점 충전을 위한 충전기의 단면을 보면, 충전기 외곽 케이스(5)와 자기발생 코일(6)과 충전기 코어(charger core)(7)가 계층을 이루어 구성된다.

전체적으로 보면, 하부의 충전기에서 자기장을 형성하여 상부의 배터리로 에너지를 전달하는 구조로 이루어진다.

이때, 배터리 외곽 케이스(4)와 충전기 외곽 케이스(5)가 서로 근접하는 부분이다.

배터리 외곽 케이스(4)와 충전기 외곽 케이스(5)가 서로 근접했을 때, 충전 기의 자기발생 코일(6)로 흐르는 전류에 의해 충전기 코어(7)에 유도된 전자기가 충전기 외곽 케이스(5)를 통과하고 또한 배터리 외곽 케이스(4)를 통과하여 배터리 코어(2)에 다다르게 된다.

그러면 배터리 코어(2)로 유도된 전자기에 의해 자기유도 코일(3)에 전류가 발생된다. 그 발생된 전류는 배터리 셀(1)에 충전된다.

따라서, 충전기에서 배터리로 충전 시에 중요한 것이 충전기 코어(7)와 배터리 코어(2) 간의 거리이다.

보다 상세하게, 상기한 도 1에서 배터리 코어(2)의 면과 충전기 코어(7)의 면 사이의 거리(G)를 공극이라 하는데, 상기한 공극은 무접점 충전에서 충전효율에 큰 영향을 준다.

특히나 무접점 충전에서는 대용량의 전류를 충전기에서 배터리로 유도시켜야 하기 때문에, 충전효율이 우수해야 한다.

만약 충전효율이 열악하다면 배터리 충전시간이 많이 걸릴 뿐만 아니라 손실된 에너지가 열로 변환됨에 따라 그 열로 인해 충전기 및 배터리가 고장날 수도 있다.

그런데 아직까지 무접점 충전 시에는 공극의 크기가 상당히 크기 때문에 충전효율이 극대화되지 못하고 있다. 따라서 무접점 충전 시에 보다 우수한 충전효율을 발휘하도록 해주는 기술이 요구되고 있는 실정이다.

본 발명의 목적은 상기한 점을 감안하여 안출한 것으로, 무접점 충전시에 충 전효율을 극대화하는데 적당한 무접점 충전 장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또다른 목적은 무접점 충전을 위한 배터리 코어와 충전기 코어 사이의 공극을 최소화하는데 적당한 무접점 충전 장치를 제공하는데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 무접점 충전 장치는, 전자기 발생을 위한 자기발생 코일을 내재한 충전기 케이스와, 상기 자기발생 코일에 전류를 공급하는 전원공급회로와, 상기 자기발생 코일에 공급된 전류에 의해 전자기를 발생하는 충전기 코어를 구비한 충전기; 그리고 충전전류 유도를 위한 자기유도 코일을 내재한 배터리 케이스와, 상기 전자기에 의해 상기 자기유도 코일로 상기 충전전류를 유도시키는 배터리 코어와, 상기 충전전류를 충전하는 배터리 셀을 구비한 배터리로 구성되는 것이 특징이다.

바람직하게, 상기 충전기 케이스는 상기 자기발생 코일을 삽입시켜 그 충전기 케이스를 사출하는 공정으로 제작된다.

바람직하게, 상기 충전기 케이스는 상기 충전기 케이스의 외부면과 내부면 사이에 공간을 형성시키는 제1공정과, 상기 형성된 공간에 상기 자기발생 코일을 안착시키는 제2공정과, 상기 자기발생 코일이 안착된 후에 상기 공간을 충전제로 채우는 제3공정으로 제작된다.

바람직하게, 상기 충전기 케이스는 상기 충전기 케이스의 내부면에 홈을 형성하는 제1공정과, 상기 형성된 홈에 상기 자기발생 코일을 내장시키는 제2공정과, 상기 홈을 충전제로 채우는 제3공정으로 제작된다.

바람직하게, 상기 배터리 케이스는 상기 자기유도 코일을 삽입시켜 그 배터리 케이스를 사출하는 공정으로 제작된다.

바람직하게, 상기 배터리 케이스는 상기 배터리 케이스의 외부면과 내부면 사이에 공간을 형성시키는 제1공정과, 상기 형성된 공간에 상기 자기유도 코일을 안착시키는 제2공정과, 상기 자기유도 코일이 안착된 후에 상기 공간을 충전제로 채우는 제3공정으로 제작된다.

바람직하게, 상기 배터리 케이스는 상기 배터리 케이스의 내부면에 홈을 형성하는 제1공정과, 상기 형성된 홈에 상기 자기유도 코일을 내장시키는 제2공정과, 상기 홈을 충전제로 채우는 제3공정으로 제작된다.

바람직하게, 상기 자기유도 코일이 내재된 상기 배터리 케이스의 외부면과 상기 자기발생 코일이 내재된 상기 충전기 케이스의 외부면이 근접할 때, 상기 배터리 코어가 상기 전자기에 의한 상기 충전전류를 상기 자기유도 코일로 유도시킨다. 여기서, 상기 자기발생 코일이 내재된 상기 충전기 외부면에 요(凹)부가 형성된다. 특히 상기 자기유도 코일이 내재된 상기 배터리 케이스의 외부면이 상기 요부의 바닥면에 접촉되며, 상기 요부의 바닥면은 상기 자기유도 코일이 내재된 상기 배터리 케이스의 외부면과 동일한 형상으로 형성된다.

바람직하게, 상기 배터리는 이동통신단말기에 결합된다.

본 발명의 다른 목적, 특징 및 이점들은 첨부한 도면을 참조한 실시 예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예의 구성과 그 작용을 설명 하며, 도면에 도시되고 또 이것에 의해서 설명되는 본 발명의 구성과 작용은 적어도 하나의 실시 예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해서 상기한 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지는 않는다.

본 발명에 따른 무접점 충전 장치는 기본적으로 배터리와 충전기로 구성된다. 충전기는 전류가 자기발생 코일에 흐를 때 코어가 전자기 유도를 발생시킨다. 배터리는 충전기에서 발생된 전자기 유도에 의해 코어가 자기유도 코일에 전류를 유도시킨다.

특히 본 발명에서는 충전기의 자기발생 코일을 충전기의 케이스에 내재시키고, 배터리의 자기유도 코일은 배터리의 케이스에 내재시킨다. 그로써 충전기 코어와 배터리 코어 간의 거리인 공극을 최소화시킨다.

도 2는 본 발명에 따른 무접점 충전 구조를 나타낸 도면이다.

도 2를 참조하면, 하부에 도시된 충전기에서 발생된 전자기 유도에 의해 상부에 도시된 배터리에서 전류를 유도시켜 배터리 셀(10)에 충전시키는 구조이다.

도 2에서 무접점 충전을 위한 충전기는 충전기 케이스(50)와 충전기 코어(charger core)(70)가 계층을 이루어 구성된다. 그리고 충전기 케이스(50)는 외곽 케이스이며, 전자기 발생을 위한 자기발생 코일(60)을 내재한다. 또한 충전기는 자기발생 코일(60)에 전류를 공급하는 전원공급회로(미도시)를 더 포함하여 구성된다.

상기 충전기에서는 상기 충전기 코어(70)가 자기발생 코일(60)에 공급된 전류에 의해 전자기를 발생시킨다.

상기 자기발생 코일(60)을 내재하는 형상의 충전기 케이스(50)를 제작하는데는 다음의 방식들을 사용한다.

1. 자기발생 코일(60)을 삽입시켜 충전기 케이스(50)를 사출하는 공정으로 제작

2. 충전기 케이스(50)의 외부면과 내부면 사이에 자기발생 코일(60)을 내재시킬 공간을 형성시키는 제1공정, 그 형성된 공간에 자기발생 코일(60)을 안착시키는 제2공정, 자기발생 코일(60)이 안착된 후에 제1공정에서 형성된 공간을 충전제로 채우는 제3공정으로 제작

3. 충전기 케이스(50)의 내부면에 자기발생 코일(60)을 내재시킬 홈을 형성하는 제1공정, 그 형성된 홈에 자기발생 코일(60)을 내장시키는 제2공정, 자기발생 코일(60)이 홈에 안착된 후에 제1공정에서 형성된 홈을 충전제로 채우는 제3공정으로 제작

한편 상기한 충전기 케이스(50)를 제작할 때, 자기발생 코일(60)의 양끝단은 충전기 케이스(50)에 내재시키지 않는다. 즉, 충전기 케이스(50)에 자기발생 코일(60)을 내재시킬 때, 자기발생 코일(60)의 양끝단들을 충전기 케이스(50)의 내부로 노출시킨다. 특히, 상기 노출된 양끝단은 전원공급회로(미도시)에 연결된다.

또한 도 2에서 무접점 충전을 위한 배터리는 배터리 셀(10)과 배터리 코어(battery core)(20)와 배터리 케이스(40)가 계층을 이루어 구성된다. 그리고 배터리 케이스(40)는 외곽 케이스이며, 충전전류의 유도를 위한 자기유도 코일(30)을 내재한다.

상기 배터리 코어는 충전기에서 발생된 전자기에 의해 자기유도 코일(30)로 충전전류를 유도시킨다. 그러면 그 충전전류가 배터리 셀(10)에 충전된다.

상기 자기유도 코일(30)을 내재하는 형상의 배터리 케이스(40)를 제작하는데는 다음의 방식들을 사용한다.

1. 자기유도 코일(30)을 삽입시켜 배터리 케이스(40)를 사출하는 공정으로 제작

2. 배터리 케이스(40)의 외부면과 내부면 사이에 자기유도 코일(30)을 내재시킬 공간을 형성시키는 제1공정, 그 형성된 공간에 자기유도 코일(30)을 안착시키는 제2공정, 자기유도 코일(30)이 안착된 후에 제1공정에서 형성된 공간을 충전제로 채우는 제3공정으로 제작

3. 배터리 케이스(40)의 내부면에 자기유도 코일(30)을 내재시킬 홈을 형성하는 제1공정, 그 형성된 홈에 자기유도 코일(30)을 내장시키는 제2공정, 자기유도 코일(30)이 홈에 안착된 후에 제1공정에서 형성된 홈을 충전제로 채우는 제3공정으로 제작

한편 상기한 배터리 케이스(40)를 제작할 때, 자기유도 코일(30)의 양끝단은 배터리 케이스(40)에 내재시키지 않는다. 즉, 배터리 케이스(40)에 자기유도 코일(30)을 내재시킬 때, 자기유도 코일(30)의 양끝단들을 배터리 케이스(40)의 내부로 노출시킨다. 특히, 상기 노출된 양끝단은 배터리 셀(10)에 연결된다. 보다 상세하게는, 배터리 셀(10)은 충전시 동작하는 충전회로를 구비하며, 상기 노출된 양끝단은 그 충전회로에 연결된다.

본 발명에서는 전술된 바와 같이 자기발생 코일(60)을 충전기 케이스(50)에 내재시킴으로써, 충전기의 내부 공간 중에서 자기발생 코일(60)을 장착하기 위한 공간이 요구되지 않는다.

또한 자기유도 코일(30)을 배터리 케이스(40)에 내재시킴으로써, 배터리의 내부 공간 중에서 자기유도 코일(30)을 장착하기 위한 공간이 요구되지 않는다.

따라서 충전기 코어(70)와 배터리 코어(20) 간의 거리인 공극(G)이 "자기발생 코일의 장착에 요구되는 충전기의 내부 공간 + 자기유도 코일의 장착에 요구되는 배터리의 내부 공간" 만큼 줄어든다.

참고로, 본 발명에서 자기발생 코일(60)을 내재한 상태의 충전기 케이스(50)의 두께는 충전기 케이스(50)로써 요구되는 최소 두께를 만족시킨다. 또한 본 발명에서 자기유도 코일(30)을 내재한 상태의 배터리 케이스(40)의 두께는 배터리 케이스(40)로써 요구되는 최소 두께를 만족시킨다. 다시 말하자면, 자기발생 코일(60)을 내재시키기 위한 충전기 케이스(50)의 두께 증가는 없으며, 자기유도 코일(30)을 내재시키기 위한 배터리 케이스(40)의 두께 증가도 없다.

한편 자기유도 코일(30)을 내재한 배터리 케이스(40)와 자기발생 코일(60)을 내재한 충전기 케이스(50)가 서로 근접할 때 충전이 실시된다. 보다 상세하게, 자기유도 코일(30)이 내재된 배터리 케이스(40)의 외부면과 자기발생 코일(60)이 내재된 충전기 케이스(50)의 외부면이 근접할 때 충전이 실시된다.

배터리 케이스(40)와 충전기 케이스(50)가 서로 근접했을 때, 충전기의 자기발생 코일(60)로 흐르는 전류에 의해 충전기 코어(70)에 유도된 전자기가 충전기 케이스(50)를 통과하고 또한 배터리 케이스(40)를 통과하여 배터리 코어(20)에 전달된다.

그러면 배터리 코어(20)가 전달된 전자기에 의해 충전전류를 자기유도 코일(30)로 유도시킨다. 즉, 배터리 코어(20)로 전달된 전자기에 의해 자기유도 코일(30)에 충전전류가 발생된다. 그 충전전류는 배터리 셀(10)에 충전된다.

결국 본 발명에서는 따라서, 충전기에서 배터리로 충전 시에 공극(G)을 최소화하여 충전효율을 극대화시킨다.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무접점 충전을 위한 배터리 케이스 형상과 일측 단면을 나타낸 도면으로, 이동통신단말기에 결합되어 그 이동통신단말기 본체로 전원을 공급하는 배터리 케이스의 형성을 나타낸 것이다.

도 3에서와 같이, 본 발명에서는 자기유도 코일을 배터리 케이스의 외곽면으로 노출시키지 않는다. 그리고 일측 단면에 나타낸 것처럼, 자기유도 코일을 배터리 케이스의 내부에 내재시킨다.

도 4는 본 발명에 따른 무접점 충전기와 배터리의 일 예를 나타낸 단면도로써, 도 2에 도시된 무접점 충전 구조를 이용한 가장 일반적인 예를 나타낸 것이다.

도 4에서 배터리 케이스(40)의 일면(도 4에서는 하면)에 자기유도 코일(30)을 내재하고, 충전기 케이스(50)의 일면(도 4에서는 상면)에 자기발생 코일(60)을 내재한다. 그리고 상기한 두 일면들이 근접할 때 무접점 충전이 실시된다.

상기 도 4와 같이 충전기와 배터리를 형성하는 경우에는, 충전기 케이스에 자기발생 코일(60)을 내재시키는 면적을 배터리 케이스에 자기유도 코일(30)을 내 재시키는 면적보다 넓게 형성한다. 그리하여 배터리가 충전기 상면의 어느 위치에 놓이더라도 무접점 충전이 용이하게 실시되도록 한다.

상기한 도 4의 예에서 충전기 케이스에 대해 배터리의 충전 위치를 자유롭게 보장하는 것과 달리 배터리가 정해진 위치에서 충전기에 근접하도록, 다음의 도 5는 자기발생 코일(60)에 내재된 충전기 케이스의 일면(도 5에서는 상면)에 요(凹)부를 형성한다.

도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무접점 충전기와 배터리의 근접시 형상을 나타낸 도면이다.

도 5에서 요부는 자기발생 코일(60)이 내재된 충전기 케이스(50)의 외부면에 형성되며, 그 요부에 배터리가 일정 깊이만큼 묻히도록 형성된다.

그러면, 자기유도 코일(30)이 내재된 배터리 케이스(40)의 외부면이 충전기 케이스(50)에 형성된 요부의 바닥면에 접촉된다.

그리고 요부의 바닥면은 배터리 케이스(40)에서 자기유도 코일(30)이 내재된 외부면의 형상과 동일하도록 형성된다.

상기한 본 발명에 따른 무접점 충전 장치는 이동통신단말기에 적용하는 것이 보다 바람직하다. 즉, 전술된 배터리는 이동통신단말기에 결합되어 이동통신단말기의 전원으로 동작한다. 그리고 그 배터리는 전술된 충전기를 통해 무접점 충전된다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정 가능함을 알 수 있을 것이다.

따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시 예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다.

이상에서 설명된 본 발명에 따르면, 충전기의 자기발생 코일을 충전기 외곽 케이스에 삽입시켜 형성하고 배터리의 자기유도 코일을 배터리 외곽 케이스에 삽입시켜 형성함으로써, 배터리 코어와 충전기 코어 사이의 공극이 최소화된다. 그에 따라 무접점 충전의 충전효율을 극대화시킨다. 또한 에너지 손실을 최소화시킴으로써 열 발생을 최소화시킨다.

Claims (15)

1. 전자기 발생을 위한 자기발생 코일을 내재한 충전기 케이스와, 상기 자기발생 코일에 전류를 공급하는 전원공급회로와, 상기 자기발생 코일에 공급된 전류에 의해 전자기를 발생하는 충전기 코어를 구비한 충전기; 그리고

   충전전류 유도를 위한 자기유도 코일을 내재한 배터리 케이스와, 상기 전자기에 의해 상기 자기유도 코일로 상기 충전전류를 유도시키는 배터리 코어와, 상기 충전전류를 충전하는 배터리 셀을 구비한 배터리로 구성되는 것을 특징으로 하는 무접점 충전 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 충전기 케이스는,

   상기 자기발생 코일을 삽입시켜 상기 충전기 케이스를 사출하는 공정으로 제작되는 것을 특징으로 하는 무접점 충전 장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 충전기 케이스는,

   상기 충전기 케이스의 외부면과 내부면 사이에 공간을 형성시키는 제1공정과, 상기 형성된 공간에 상기 자기발생 코일을 안착시키는 제2공정과, 상기 자기발생 코일이 안착된 후에 상기 공간을 충전제로 채우는 제3공정으로 제작되는 것을 특징으로 하는 무접점 충전 장치.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 충전기 케이스는,

   상기 충전기 케이스의 내부면에 홈을 형성하는 제1공정과, 상기 형성된 홈에 상기 자기발생 코일을 내장시키는 제2공정과, 상기 홈을 충전제로 채우는 제3공정으로 제작되는 것을 특징으로 하는 무접점 충전 장치.
5. 제 2 내지 4 항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 자기발생 코일의 양끝단들이 상기 충전기 케이스의 내부에 노출되는 것을 특징으로 하는 무접점 충전 장치.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 자기발생 코일의 양끝단들이 상기 전원공급회로에 연결되는 것을 특징으로 하는 무접점 충전 장치.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 배터리 케이스는,

   상기 자기유도 코일을 삽입시켜 상기 배터리 케이스를 사출하는 공정으로 제작되는 것을 특징으로 하는 무접점 충전 장치.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 배터리 케이스는,

   상기 배터리 케이스의 외부면과 내부면 사이에 공간을 형성시키는 제1공정과, 상기 형성된 공간에 상기 자기유도 코일을 안착시키는 제2공정과, 상기 자기유도 코일이 안착된 후에 상기 공간을 충전제로 채우는 제3공정으로 제작되는 것을 특징으로 하는 무접점 충전 장치.
9. 제 1 항에 있어서, 상기 배터리 케이스는,

   상기 배터리 케이스의 내부면에 홈을 형성하는 제1공정과, 상기 형성된 홈에 상기 자기유도 코일을 내장시키는 제2공정과, 상기 홈을 충전제로 채우는 제3공정으로 제작되는 것을 특징으로 하는 무접점 충전 장치.
10. 제 7 내지 9 항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 자기유도 코일의 양끝단들이 상기 배터리 케이스의 내부에 노출되는 것을 특징으로 하는 무접점 충전 장치.
11. 제 10 항에 있어서, 상기 자기유도 코일의 양끝단들이 상기 배터리 셀에 연결되는 것을 특징으로 하는 무접점 충전 장치.
12. 제 1 항에 있어서, 상기 자기유도 코일이 내재된 상기 배터리 케이스의 외부면과 상기 자기발생 코일이 내재된 상기 충전기 케이스의 외부면이 근접할 때, 상기 배터리 코어가 상기 전자기에 의한 상기 충전전류를 상기 자기유도 코일로 유도시키는 것을 특징으로 하는 무접점 충전 장치.
13. 제 12 항에 있어서, 상기 자기발생 코일이 내재된 상기 충전기 케이스의 외 부면에 요(凹)부가 형성되는 것을 특징으로 하는 무접점 충전 장치.
14. 제 13 항에 있어서, 상기 자기유도 코일이 내재된 상기 배터리 케이스의 외부면이 상기 요부의 바닥면에 접촉되는 것을 특징으로 하는 무접점 충전 장치.
15. 제 1 항에 있어서, 상기 배터리는 이동통신단말기에 결합되는 것을 특징으로 하는 무접점 충전 장치.

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