KR101711511B1 - 자동차 연료펌프용 ｄｃ 모터 - Google Patents

자동차 연료펌프용 ｄｃ 모터 Download PDF

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KR101711511B1 KR1020160131927A KR20160131927A KR101711511B1 KR 101711511 B1 KR101711511 B1 KR 101711511B1 KR 1020160131927 A KR1020160131927 A KR 1020160131927A KR 20160131927 A KR20160131927 A KR 20160131927A KR 101711511 B1 KR101711511 B1 KR 101711511B1
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유규상
이현태
배완성
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Abstract

본 발명은 내부가 중공 형성된 하우징; 상기 하우징의 내측에 결합되며, N극이 반경방향으로 안쪽에 배치된 제1영구자석과 S극이 반경방향으로 안쪽에 배치된 제2영구자석이 서로 대향되도록 이격되어 배치된 스테이터; 및 상기 스테이터의 내측에 이격되어 배치된 로터; 를 포함하여 이루어지며, 상기 제1영구자석과 로터가 이격된 제1간격(g1)과 상기 제2영구자석과 로터가 이격된 제2간격(g2)이 서로 다르게 형성되어, 코깅토크의 변동 폭인 토크리플을 저감시켜 DC 모터의 소음 및 진동을 줄일 수 있는 자동차 연료펌프용 DC 모터에 관한 것이다.

Description

자동차 연료펌프용 ＤＣ 모터 {Direct current motor}
본 발명은 하우징의 내측에 스테이터가 결합되어 고정되고 스테이터의 내측에 로터가 배치되어, 직류 전원으로 구동되어 로터가 회전되도록 구성되는 내전형의 자동차 연료펌프용 DC 모터에 관한 것이다.
일반적으로 자동차에는 연료탱크 내의 연료를 압송하여 엔진측으로 공급할 수 있도록 연료탱크의 내부에 수용된 연료에 잠기도록 연료펌프가 설치되며, 연료펌프에 구비된 임펠러를 구동시키기 위해 자동차용 연료펌프에는 DC 모터가 결합되어 일체로 형성된다.
이러한 자동차 연료펌프용 DC 모터는 도 1에 도시된 바와 같이 하우징(10)의 내주면에 영구자석으로 형성된 스테이터(20)가 결합되어 고정되며, 스테이터(20)는 N극이 반경방향으로 안쪽에 배치된 제1영구자석(21)과 S극이 반경방향으로 안쪽에 배치된 제2영구자석(22)이 서로 대향되도록 배치되어 있다. 이때, 스테이터(20)와 로터(30)는 서로 이격되도록 배치되며, 제1영구자석(21)과 로터(30)가 이격된 제1간격(g1)과 제2영구자석(22)과 로터(30)가 이격된 제2간격(g2)이 서로 같게 형성된다.
그런데 이러한 자동차 연료펌프용 DC 모터는 로터의 회전 시 회전된 위치에 따라서 자기저항(자속이 흐르는 것을 방해하는 정도)의 크기가 다르며, 이러한 자기저항에 의해 모터 토크의 맥동이 발생하게 된다. 이러한 토크의 맥동현상을 코깅토크(cogging torque)라고 하며, 토크의 맥동으로 인해 모터가 진동 및 소음에 대해 가진원을 갖게 된다. 또한, 제1영구자석(21)과 로터(30)가 이격된 제1간격(G1)과 제2영구자석(22)과 로터(30)가 이격된 제2간격(G2)이 서로 같게 형성되므로, 로터의 회전에 따른 코깅토크의 변동 폭인 토크리플(torque ripple)이 커지게 된다.
이로 인해 결국에는 모터를 이용해 구동되는 연료펌프의 진동 및 소음을 야기할 수 있으므로, 모터의 토크리플을 저감시켜 모터의 소음 및 진동 특성을 개선시킬 필요성이 있다.
KR 10-0503721 B1 (2005.07.18.)
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 스테이터를 구성하는 N극 측의 영구자석과 로터와의 간격과 스테이터를 구성하는 S극 측의 영구자석과 로터와의 간격이 서로 다르게 형성되도록 비대칭으로 형성함으로서, 토크리플을 저감시켜 모터의 소음 및 진동을 줄일 수 있는 자동차 연료펌프용 DC 모터를 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 자동차 연료펌프용 DC 모터는, 내부가 중공 형성된 하우징; 상기 하우징의 내측에 결합되며, N극이 반경방향으로 안쪽에 배치된 제1영구자석과 S극이 반경방향으로 안쪽에 배치된 제2영구자석이 서로 대향되도록 이격되어 배치된 스테이터; 및 상기 스테이터의 내측에 이격되어 배치된 로터; 를 포함하여 이루어지며, 상기 제1영구자석과 로터가 이격된 제1간격(g1)과 상기 제2영구자석과 로터가 이격된 제2간격(g2)이 서로 다르게 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1영구자석의 두께(t1)와 제2영구자석의 두께(t2)가 서로 다르게 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1영구자석의 두께(t1)와 제2영구자석의 두께(t2)가 같게 형성되며, 상기 하우징과 제1영구자석의 사이 또는 상기 하우징과 제2영구자석의 사이에 인서트가 개재될 수 있다.
또한, 상기 하우징의 내주면에는 오목하게 안치홈이 형성되고, 상기 제1영구자석의 두께(t1)와 제2영구자석의 두께(t2)가 같게 형성되며, 상기 안치홈에 제1영구자석 또는 제2영구자석의 일부가 삽입되어 결합될 수 있다.
또한, 상기 제1영구자석의 두께(t1)와 제2영구자석의 두께(t2)가 같게 형성되며, 상기 하우징의 중심과 로터의 중심이 서로 이격되어 배치될 수 있다.
또한, 상기 제1영구자석과 로터가 이격된 제1간격(g1) 및 상기 제2영구자석과 로터가 이격된 제2간격(g2) 중 간격이 넓은쪽에 해당되는 영구자석의 일단 또는 양단은 둥근 곡선형으로 형성될 수 있다.
본 발명의 자동차 연료펌프용 DC 모터는, 코깅토크의 변동 폭인 토크리플이 저감됨에 따라 DC 모터의 소음 및 진동을 줄일 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래의 자동차 연료펌프용 DC 모터를 나타낸 단면 개략도.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 자동차 연료펌프용 DC 모터를 나타낸 단면 개략도.
도 3은 본 발명의 자동차 연료펌프용 DC 모터를 시뮬레이션 하여 토크리플을 측정한 그래프 및 표.
도 4 내지 6은 본 발명의 제2실시예 내지 제4실시예에 따른 자동차 연료펌프용 DC 모터를 나타낸 단면 개략도.
도 7은 본 발명의 자동차 연료펌프용 DC 모터를 포함한 자동차용 연료펌프를 나타낸 정면 단면 개략도.
이하, 상기한 바와 같은 본 발명의 자동차 연료펌프용 DC 모터를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 자동차 연료펌프용 DC 모터를 나타낸 단면 개략도이다.
도시된 바와 같이 본 발명의 자동차 연료펌프용 DC 모터는, 내부가 중공 형성된 하우징(100); 상기 하우징(100)의 내측에 결합되며, N극이 반경방향으로 안쪽에 배치된 제1영구자석(210)과 S극이 반경방향으로 안쪽에 배치된 제2영구자석(220)이 서로 대향되도록 이격되어 배치된 스테이터(200); 및 상기 스테이터(200)의 내측에 이격되어 배치된 로터(300); 를 포함하여 이루어지며, 상기 제1영구자석(210)과 로터(300)가 이격된 제1간격(g1)과 상기 제2영구자석(220)과 로터(300)가 이격된 제2간격(g2)이 서로 다르게 형성될 수 있다.
하우징(100)은 외형을 형성하는 부분으로서, 일례로 원통형으로 형성되어 내부가 중공되게 형성될 수 있으며, 중공된 내부와 연통되도록 상단 및 하단이 개방된 관 형태로 형성될 수 있다. 그리하여 원통형의 하우징(100)의 중심축에 수직인 방향으로 자른 단면이 원형이 될 수 있으며, 하우징(100)의 외주면 및 내주면이 모두 원형일 수 있다.
스테이터(200)는 하우징(100)의 내측인 내주면에 결합되어 고정되는 부분으로, N극을 형성하는 제1영구자석(210)과 S극을 형성하는 제2영구자석(220)으로 구성되어, N극이 반경방향으로 안쪽에 배치된 제1영구자석(210)과 S극이 반경방향으로 안쪽에 배치된 제2영구자석(220)이 서로 대향되도록 이격되어 배치될 수 있다. 즉, 도시된 바와 같이 제1영구자석(210)과 제2영구자석(220)은 각각 별도로 형성되어 하우징(100)의 내주면에 결합되어 고정된 상태가 될 수 있으며, 일례로 제1영구자석(210)과 제2영구자석(220)이 서로 마주보도록 배치되어, 하우징(100)의 중심을 기준으로 대향된 위치에 대칭이 되도록 배치될 수 있다. 그리고 제1영구자석(210)과 제2영구자석(220)은 서로의 양단이 이격되도록 형성될 수 있다. 또한, 제1영구자석(210)과 제2영구자석(220)은 각각 외주면을 형성하는 부분이 원호형으로 형성되고 반경이 하우징(100)의 내주면 반경과 동일하게 형성되어, 제1영구자석(210)과 제2영구자석(220)의 외주면이 하우징(100)의 내주면에 밀착될 수 있다. 또한, 제1영구자석(210)과 제2영구자석(220)은 각각 내주면을 형성하는 부분도 원호형으로 형성될 수 있다. 또한, 제1영구자석(210)과 제2영구자석(220)은 다양한 구조 및 방법으로 하우징(100)에 결합되어 고정될 수 있다.
로터(300)는 제1영구자석(210)과 제2영구자석(220)으로 구성된 스테이터(200)의 내측에 이격되어 배치될 수 있으며, 로터(300)는 회전축을 중심으로 스테이터(200)의 내측에서 회전 가능하도록 형성될 수 있다. 즉, 제1영구자석(210)과 제2영구자석(220)의 내주면에서 로터(300)의 외주면이 이격되어 특정한 간격을 이루도록 배치될 수 있다. 이때, 로터(300)의 회전중심은 하우징(100) 또는 스테이터(200)의 중심과 일치하도록 형성될 수 있다. 이때, 로터(300)는 회전축을 둘러싸는 코어부분에서 반경방향 바깥쪽을 향해 방사상으로 복수의 티스(310)가 연장 형성될 수 있고, 반경방향으로 연장 형성된 각각의 티스(310)의 바깥쪽 단부에서 원주방향 양측으로 연장되어 티 슈(320)들이 형성되어, 복수의 티스(310)들과 티 슈(320)들에 의해 형성된 반경방향 외측이 외주면을 형성할 수 있다. 이때, 이웃하는 티 슈(320)들은 서로 특정한 거리만큼 이격되어 형성될 수 있다. 그리고 각각의 티스(310)에는 코일(330)이 권취될 수 있다. 그리하여 로터(300)는 형성된 티스(310) 또는 티스(310)들 사이에 형성된 공간이 슬롯의 개수만큼의 극수를 가질 수 있다.
여기에서 제1영구자석(210)의 내주면과 로터(300)의 외주면 사이의 거리인 제1영구자석(210)과 로터(300)가 이격된 간격을 제1간격(g1)이라하고, 제2영구자석(220)의 내주면과 로터(300)의 외주면 사이의 거리인 제2영구자석(220)과 로터(300)가 이격된 간격을 제2간격(g2)이라하면, 제1간격(g1)과 제2간격(g2)이 서로 다르게 형성될 수 있다. 즉, 도시된 바와 같이 하우징(100)의 중심 또는 로터(300)의 회전중심을 지나는 수평선을 기준으로 볼 때 상하 비대칭이 되도록 형성되며, 일례로 제1간격(g1)보다 제2간격(g2)이 크게 형성될 수 있다.
그리하여 전원이 인가되어 로터가 회전될 때의 진동을 분석해보면, 스테이터의 영구자석의 개수(2개)와 로터의 극수(8개)의 최소공배수에 해당되는 차수(8차)에서 상대적으로 진동이 크게 나타나는데, 본 발명에서는 제1영구자석과 로터의 사이에서 형성되는 코깅토크와 제2영구자석과 로터의 사이에서 형성되는 코깅토크의 크기가 달라, 코깅토크에 의한 영향이 분산되는 효과를 얻을 수 있고, 이에 따라 도 3과 같이 시뮬레이션 한 결과를 보면 코깅토크의 변동 폭인 토크리플이 줄어든 것을 알 수 있다. 이와 같이 본 발명은 코깅토크의 변동 폭인 토크리플이 저감되어 DC 모터의 소음 및 진동을 줄일 수 있는 장점이 있다.
<실시예 1>
또한, 본 발명의 자동차 연료펌프용 DC 모터는, 상기 제1영구자석(210) 두께(t1)와 제2영구자석(220)의 두께(t2)가 서로 다르게 형성될 수 있다.
즉, 도 2와 같이 제1영구자석(210) 두께(t1)보다 제2영구자석(220)의 두께(t2)가 얇게 형성되어, 제1간격(g1)보다 제2간격(g2)이 크게 형성될 수 있다. 그리하여 제1영구자석(210)보다 제2영구자석(220)의 두께를 얇게 형성하는 간단한 구성으로 제1간격(g1)보다 제2간격(g2)을 다르게 형성함으로써 토크리플을 저감시킬 수 있다. 이때, 상기한 바와는 반대로 제2영구자석(220)보다 제1영구자석(210)의 두께를 얇게 형성할 수도 있다. 이때, 하우징(100)은 단면이 원통형으로 형성될 수 있고, 제1영구자석(210)과 제2영구자석(220)은 원호형으로 형성될 수 있으며, 로터(300)는 상기한 일례와 같이 형성될 수 있다.
<실시예 2>
또한, 본 발명의 자동차 연료펌프용 DC 모터는, 상기 제1영구자석(210)의 두께(t1)와 제2영구자석(220)의 두께(t2)가 같게 형성되며, 상기 하우징(100)과 제1영구자석(210)의 사이 또는 상기 하우징(100)과 제2영구자석(220)의 사이에 인서트(211)가 개재될 수 있다.
즉, 도 4와 같이 제1영구자석(210)의 두께(t1)와 제2영구자석(220)의 두께(t2)가 같게 형성되되, 하우징(100)의 내주면에 두께가 얇은 판 형태의 인서트(211)가 밀착되도록 결합되고 반경방향으로 인서트(211)의 안쪽에 제1영구자석(210)이 밀착되도록 결합될 수 있으며, 제2영구자석(220)은 하우징(100)의 내주면에 밀착되도록 직접 결합되어, 제1간격(g1)보다 제2간격(g2)이 크게 형성될 수 있다. 또는 상기한 바와 반대로 하우징(100)과 제2영구자석(220)의 사이에 인서트가 개재되어 밀착되도록 결합되고 제1영구자석(210)이 하우징(100)의 내주면에 결합되도록 하여 제1간격(g1)과 제2간격(g2)이 서로 다르게 형성될 수도 있다. 이때, 하우징(100)은 단면이 원통형으로 형성될 수 있고, 제1영구자석(210)과 제2영구자석(220)은 원호형으로 형성될 수 있으며, 로터(300)는 상기한 일례와 같이 형성될 수 있다. 또한, 인서트(211)는 다양한 구조 및 방법으로 하우징(100)에 결합되어 고정될 수 있다. 그리고 인서트(211)는 별도의 판 형태로 형성되어 하우징(100)에 결합될 수도 있으며, 하우징(100)의 내주면에 코팅층의 형태로 인서트가 형성되어 하우징과 인서트가 일체로 형성될 수도 있다.
<실시예 3>
또한, 본 발명의 자동차 연료펌프용 DC 모터는, 상기 하우징(100)의 내주면에는 오목하게 안치홈(110)이 형성되고, 상기 제1영구자석(210)의 두께(t1)와 제2영구자석(220)의 두께(t2)가 같게 형성되며, 상기 안치홈(110)에 제1영구자석(210) 또는 제2영구자석(220)의 일부가 삽입되어 결합될 수 있다.
즉, 도 5와 같이 하우징(100)의 내주면에서 반경방향 바깥쪽으로 오목한 형태로 안치홈(110)이 형성되어, 안치홈(110)에 제2영구자석(220)의 일부인 바깥쪽 부분이 삽입된 형태로 안치되어 결합될 수 있으며, 제1영구자석(210)은 하우징(100)의 내주면에 밀착되도록 직접 결합되어, 제1간격(g1)보다 제2간격(g2)이 크게 형성될 수 있다. 여기에서 하우징(100)에 형성된 안치홈(110)은 다양한 방법 및 형태로 형성될 수 있다.
이때, 상기한 바와는 반대로 제1영구자석(210)이 결합되는 측의 하우징(100)에 안치홈을 형성하여 제1영구자석이 안치홈에 삽입되어 결합될 수도 있다. 이때, 하우징(100)은 단면이 원통형으로 형성될 수 있고, 제1영구자석(210)과 제2영구자석(220)은 원호형으로 형성될 수 있으며, 로터(300)는 상기한 일례와 같이 형성될 수 있다.
<실시예 4>
또한, 본 발명의 자동차 연료펌프용 DC 모터는, 상기 제1영구자석(210)의 두께(t1)와 제2영구자석(220)의 두께(t2)가 같게 형성되며, 상기 하우징(100)의 중심과 로터(300)의 중심이 서로 이격되어 배치될 수 있다.
즉, 도 6과 같이 하우징(100)의 단면이 원통형으로 형성되어 하우징(100)의 내주면이 원형이며, 제1영구자석(210)과 제2영구자석(220)의 두께가 서로 같게 형성된 상태에서, 외주면이 원형으로 형성된 로터(300)의 회전중심이 하우징(100) 또는 스테이터(200)의 중심과 이격되도록 배치됨으로써, 제1간격(g1)보다 제2간격(g2)이 크게 형성될 수 있다. 이때, 반대로 제2간격(g2)보다 제1간격(g1)이 크게 형성될 수도 있고, 제1영구자석(210)과 제2영구자석(220)은 원호형으로 형성될 수 있으며, 로터(300)는 상기한 일례와 같이 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1영구자석(210)과 로터(300)가 이격된 제1간격(g1) 및 상기 제2영구자석(220)과 로터(300)가 이격된 제2간격(g2) 중 간격이 넓은쪽에 해당되는 영구자석의 일단 또는 양단은 둥근 곡선형으로 형성될 수 있다.
즉, 도시된 바와 같이 제1간격(g1)보다 제2간격(g2)이 넓게 형성된 경우, 제2영구자석(220)의 원주방향으로 일단 또는 양단이 둥근 형태로 형성될 수 있다. 이때, 둥근 형태는 유선형의 전방측과 같이 유체가 유동됨에 있어서 저항이 작게 걸리는 곡선 형태가 될 수 있다.
그리고 본 발명의 자동차 연료펌프용 DC 모터를 포함한 자동차용 연료펌프는, 도 7과 같이 하우징(100)의 스테이터(200)와 로터(300)가 배치된 하측으로 하우징(100)의 하단에 상부 케이싱(500)과 하부 케이싱(600)이 배치되어 결합되어 있고, 상부 케이싱(500)과 하부 케이싱(600)의 결합에 의해 형성된 내측 공간에 임펠러(700)가 구비되며, 임펠러(700)는 로터(300)의 회전축에 결합되어 함께 회전되도록 구성될 수 있다. 또한, 하우징(100)의 상단에는 상부 커버(400)가 결합되며, 상부 커버(400)에 체크밸브(410)가 형성될 수 있다. 또한, 로터(300)의 회전축은 하부가 상부 케이싱(500) 및 하부 케이싱(600)에 의해 지지되고, 회전축의 상부는 상부 커버(400)에 의해 지지될 수 있다. 또한, 하부 케이싱(600)에 형성된 유입구를 통해 흡입된 연료는 회전되는 임펠러(700)에 의해 승압되어 상부 케이싱(500)에 형성된 토출구를 통해 하우징(100)의 내부로 토출되고, 이후 스테이터(200)와 로터(300)의 사이 및 하우징(100)과 로터(300)의 사이를 통과하면서 상측으로 유동되어 상부 커버(400)에 형성된 체크밸브(410)를 거쳐 연료펌프의 외부로 연료를 압송하도록 구성될 수 있다.
그러므로 본 발명의 자동차 연료펌프용 DC 모터는 펌프측에서 승압되어 토출된 액체 상태의 연료가 모터의 스테이터와 로터 사이 및 하우징과 로터 사이의 공간을 통과하도록 구성되며, 로터의 회전에 의해 펌프측에서 토출된 연료가 회전되면서 스테이터와 로터의 사이를 통과하게 되므로, 상대적으로 간격이 넓은 제2간격(g2)을 통해 연료가 용이하게 유동될 수 있어 압력강하를 줄일 수 있으며, 제2영구자석의 원주방향 단부의 둥근 형태에 의해, 로터가 회전되면서 발생되는 회전류의 유동 저항이 줄어들 수 있다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
100 : 하우징 110 : 안치홈
200 : 스테이터 210 : 제1영구자석
211 : 인서트 220 : 제2영구자석
300 : 로터 310 : 티스
320 : 티 슈 330 : 코일
400 : 상부 커버 410 : 체크밸브
500 : 상부 케이싱
600 : 하부 케이싱
700 : 임펠러
t1: 제1영구자석의 두께
t2 : 제2영구자석의 두께
g1 : 제1영구자석과 로터가 이격된 제1간격
g2: 제1영구자석과 로터가 이격된 제1간격

Claims (6)

  1. 내부가 중공 형성된 하우징;
    상기 하우징의 내측에 결합되며, N극이 반경방향으로 안쪽에 배치된 제1영구자석과 S극이 반경방향으로 안쪽에 배치된 제2영구자석이 서로 대향되도록 이격되어 배치된 스테이터; 및
    상기 스테이터의 내측에 이격되어 배치된 로터;
    를 포함하여 이루어지며,
    상기 제1영구자석과 로터가 이격된 제1간격(g1)과 상기 제2영구자석과 로터가 이격된 제2간격(g2)이 서로 다르게 형성된 것을 특징으로 하는 자동차 연료펌프용 DC 모터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1영구자석의 두께(t1)와 제2영구자석의 두께(t2)가 서로 다르게 형성된 것을 특징으로 하는 자동차 연료펌프용 DC 모터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1영구자석의 두께(t1)와 제2영구자석의 두께(t2)가 같게 형성되며, 상기 하우징과 제1영구자석의 사이 또는 상기 하우징과 제2영구자석의 사이에 인서트가 개재된 것을 특징으로 하는 자동차 연료펌프용 DC 모터.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 하우징의 내주면에는 오목하게 안치홈이 형성되고, 상기 제1영구자석의 두께(t1)와 제2영구자석의 두께(t2)가 같게 형성되며, 상기 안치홈에 제1영구자석 또는 제2영구자석의 일부가 삽입되어 결합된 것을 특징으로 하는 자동차 연료펌프용 DC 모터.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1영구자석의 두께(t1)와 제2영구자석의 두께(t2)가 같게 형성되며, 상기 하우징의 중심과 로터의 중심이 서로 이격되어 배치된 것을 특징으로 하는 자동차 연료펌프용 DC 모터.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1영구자석과 로터가 이격된 제1간격(g1) 및 상기 제2영구자석과 로터가 이격된 제2간격(g2) 중 간격이 넓은쪽에 해당되는 영구자석의 일단 또는 양단은 둥근 곡선형으로 형성된 것을 특징으로 하는 자동차 연료펌프용 DC 모터.
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