KR101856315B1 - 스텝 모터를 이용한 his 시스템 - Google Patents

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현대 파워텍 주식회사
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Abstract

본 발명은 스텝 모터를 이용한 HIS 시스템에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 종래의 HIS 시스템에 장착되던 솔레노이드 밸브 대신 스텝 모터가 장착된 HIS 시스템에 관한 발명이다.

Description

스텝 모터를 이용한 HIS 시스템{Hydraulic impulse oil storage system using the step motor}
본 발명은 스텝 모터를 이용한 HIS 시스템에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 종래의 HIS 시스템에 장착되던 솔레노이드 밸브 대신 스텝 모터가 장착된 HIS 시스템에 관한 발명이다.
최근 녹색화 정책으로 인해 자동차의 연비 개선 및 배출 가스 저감에 대한 기술 개발이 활발히 이루어지고 있으며, 세계 자동차 메이커들은 연비를 개선하기 위하여 정차 시 시동을 정지시키는 ISG(Idle Stop and Go) 기술을 적용하고 있다.
초기의 ISG 기술은 변속기 외부에 전동 오일펌프(EOP)를 장착하여 재시동 시 필요한 유량을 밸브바디에 공급하였으나 차량과의 레이아웃 측면이나 빠른 응답성을 구현하기 위해 점차적으로 변속기 내부에 오일 저장장치(Hydraulic Impulse Oil Storage, HIS)를 추가하여 ISG 기능을 구현하는 추세이다.
일반적으로 HIS 시스템은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 하우징(2) 내부에 오일을 저장시키는 피스톤(12)과 피스톤(12)을 작동시키는 솔레노이드 밸브(6)로 구성되어 있으며, 시동 정지 시에는 피스톤(12) 내부에 오일을 저장시키고 재시동 시에는 피스톤(12)이 작동하여 필요 유량을 밸브 바디에 공급하게 된다.
이러한 구조의 HIS 시스템에서 시동 정지 시 피스톤(12)을 고정하기 위해서는 솔레노이드 밸브(6)에 전류가 인가되어 홀더(8)가 당겨진 상태로 유지되고 있어야 하기 때문에 지속적으로 전력이 소비되며, 피스톤(12)을 고정하기 위한 볼(10), 볼(10)의 이탈을 방지하기 위한 시트(4) 및 스프링, 볼(10)을 움직이게 하기 위한 홀더(8), 전류가 차단되었을 경우 홀더(8) 작동을 위한 스프링 등 부품수가 매우 많고 구조가 복잡한 문제점이 있다.
또한, 일반적인 HIS 시스템에서 사용되고 있는 솔레노이드 밸브(6)의 부피가 크기 때문에 HIS 시스템 내부의 많은 공간을 차지하고 있어 HIS 시스템의 고형화 설계에 불리한 문제점이 있다.
한국 등록특허공보 제1457366호
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 발명된 것으로서, 종래의 HIS 시스템에 구성되던 솔레노이드 밸브 대신 스텝 모터를 구성하여, HIS 시스템 내부에서 솔레노이드 밸브가 차지하고 있던 공간을 축소시킴으로써 소형화 설계가 가능한 HIS 시스템을 제공하는데 목적이 있다.
또한, 스텝 모터를 구성함으로써 홀더를 회전시킬 경우에만 전류를 인가하게 되므로 전력소비가 적은 HIS 시스템을 제공하는데 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 변속기 내부에 구성되는 HIS 시스템에 있어서,
유체 출입용 포트가 일단에 형성된 중공의 하우징과 하우징 내에 직선 슬라이딩 가능하게 구비된 피스톤과 피스톤이 하우징 내의 오일을 방출하는 방향으로 탄성 지지하는 탄성수단과 하우징의 양 끝단 중 탄성수단이 수축되는 방향에 설치되어 피스톤의 이동을 제한하는 스텝 모터와 스텝 모터의 홀더 고정부에 설치되는 홀더를 포함하는 것으로,
스텝 모터에 전류가 차단된 상태에서 유체 출입용 포트 쪽으로의 피스톤의 이동이 제한되는 것을 특징으로 한다.
홀더는 원통형으로, 홀더의 외주면에는 반원 형상의 단면을 갖는 피스톤 작동 홈이 일정 간격으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
피스톤 작동 홈 사이에는 피스톤 작동 홈 보다 낮은 깊이의 피스톤 고정 홈이 형성되는 것을 특징으로 한다.
홀더 고정부는 스텝 모터의 일측에 형성되는 것으로, 피스톤 쪽으로 일정 길이 연장되어 형성되는 것을 특징으로 한다.
홀더 고정부에는 홀더 고정부를 관통하는 록킹홀이 형성되는 것을 특징으로 한다.
홀더는 록킹홀과 동일 선상에 위치되는 것을 특징으로 한다.
록킹홀에 장착되며, 피스톤 고정 홈 또는 피스톤 작동 홈에 삽입되는 록킹볼을 포함하는 것을 특징으로 한다.
록킹볼이 피스톤 작동 홈에 삽입되었을 때 록킹볼은 연장부의 외측으로 돌출되지 않는 것을 특징으로 한다.
록킹볼이 피스톤 고정 홈에 삽입되었을 때 록킹볼은 연장부의 외측으로 돌출되는 것을 특징으로 한다.
피스톤은 스텝 모터 측 일면에 연장부가 형성되고, 연장부의 선단에 고정돌기가 형성된 것을 특징으로 한다.
피스톤 작동 시 스텝 모터의 회전에 의해 록킹볼은 홀더의 피스톤 작동 홈에 삽입되며, 피스톤 연장부의 외측으로 돌출되지 않는 것을 특징으로 한다.
피스톤 고정 시 스텝 모터의 회전에 의해 록킹볼은 홀더의 피스톤 고정 홈에 삽입되며, 피스톤 연장부의 외측으로 돌출되는 것을 특징으로 한다.
스텝 모터에 전류가 차단된 상태에서 유체 출입용 포트 쪽으로의 피스톤의 이동이 제한되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 종래의 HIS 시스템에 구성되던 솔레노이드 밸브 대신 스텝 모터를 구성함으로써 솔레노이드 밸브 주변에 설치되던 스프링과 같은 주변 부품들을 제거할 수 있게 되어 HIS 시스템을 소형화 할 수 있는 효과가 있으며, 부품의 개수가 적어지므로 원가를 저감할 수 있는 효과가 있다.
또한, 시동 정지 시 홀더를 회전시킬 경우에만 전류를 인가하게 되므로 전력 소비가 줄어드는 효과가 있다.
도 1은 종래의 HIS 시스템의 구조도.
도 2는 종래의 HIS 시스템의 작동 원리.
((a)는 운전 시작, (b)는 운전중, (c)는 시동 정지 시에서 출발 전, (d)는 재시동 순간을 나타낸다.)
도 3은 본 발명의 HIS 시스템의 구조도.
도 4는 본 발명의 홀더 개념도.
도 5는 본 발명의 HIS 시스템의 피스톤 고정 시 개념도.
도 6은 본 발명의 HIS 시스템의 피스톤 작동 시 개념도.
본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시 예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시 예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시 예는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공 되어지는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 구성은 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.
도 3은 본 발명의 HIS 시스템의 구조도를 도시하고 있으며, 도 4는 본 발명의 홀더 개념도를 도시하고 있다.
본 발명의 변속기 내부에 구성되는 HIS(Hydraulic Impulse Oil Storage) 시스템은 유체 출입용 포트(44)가 일단에 형성된 중공의 하우징(20)과 상기 하우징(20) 내에 직선 슬라이딩 가능하게 구비된 피스톤(22)과 상기 피스톤(22)이 상기 하우징(20) 내의 오일을 방출하는 방향으로 탄성 지지하는 탄성수단(28)과 상기 하우징(20)의 양 끝단 중 상기 탄성수단(28)이 수축되는 방향에 설치되는 것으로, 상기 유체 출입용 포트(44)의 맞은편에 설치되어 상기 피스톤(22)의 이동을 제한하는 스텝 모터(step motor)(30)와 상기 스텝 모터(30)의 홀더 고정부(32)에 설치되는 홀더(36)를 포함하여 이루어진다.
상기 피스톤(22)은 상기 스텝 모터(30) 측 일면이 폐쇄된 중공의 관 형상으로, 상기 피스톤(22)의 상기 스텝 모터(30) 측 일면에는 연장부(24)가 형성되고 상기 연장부(24)의 선단에는 고정돌기(26)가 내측으로 돌출되어 구성된다.
상기 스텝 모터(30)는 스텝(step) 상태의 펄스(pulse)에 순서를 부여함으로써 주어진 펄스 수에 비례한 각도만큼 회전하는 모터로, 전류가 인가되면 상기 홀더(36)를 회전시키게 된다.
상기 홀더(36)는 원통형으로, 상기 홀더(36)의 외주면에는 반원 형상의 단면을 갖는 피스톤 작동 홈(38)이 일정 간격으로 형성된다. 상기 피스톤 작동 홈(38) 사이에는 상기 피스톤 작동 홈(38) 보다 낮은 깊이의 피스톤 고정 홈(40)이 형성된다.
상기 홀더 고정부(32)는 상기 스텝 모터(30)의 일측에 형성되는 것으로, 상기 피스톤(22) 쪽으로 일정 길이 연장되어 형성된다. 상기 홀더 고정부(32)의 상기 피스톤(22) 쪽 끝단에는 상기 홀더 고정부(32)의 내주면과 외주면을 관통하는 다수 개의 록킹홀(34)이 형성된다.
상기 홀더(36)는 상기 록킹홀(34)과 동일 선상에 위치하게 된다.
상기 록킹홀(34)에는 록킹볼(42)이 장착되어진다. 상기 록킹볼(42)은 상기 록킹홀(34) 보다 작은 직경을 가지는 금속구로, 상기 스텝 모터(30)에 전류가 인가되면 상기 홀더(36)의 회전에 의해 상기 피스톤 고정 홈(40) 또는 상기 피스톤 작동 홈(38)에 삽입되어진다.
상기 록킹볼(42)이 상기 피스톤 작동 홈(38)에 삽입되었을 때 상기 록킹볼(42)은 상기 록킹홀(34)에 장착된 상태에서 상기 연장부(24)의 외측으로 돌출되지 않으며, 상기 피스톤 고정 홈(40)에 삽입되었을 때 상기 록킹볼(42)은 상기 록킹홀(34)에 장착된 상태에서 상기 연장부(24)의 외측으로 돌출된다.
즉, 상기 록킹볼(42)이 상기 피스톤 작동 홈(38)에 삽입되면 상기 록킹볼(42)이 상기 연장부(24)의 외측으로 돌출되지 않기 때문에 상기 피스톤(22)의 이동을 허용하게 되며, 상기 록킹볼(42)이 상기 피스톤 고정 홈(40)에 삽입되면 상기 록킹볼(42)이 상기 연장부(24)의 외측으로 돌출되기 때문에 상기 피스톤(22)의 이동을 제한하게 된다.
도 3 내지 도 4에 도시된 HIS 시스템의 구성을 참조하여 HIS 시스템의 작동 과정을 살펴보도록 한다.
도 5는 본 발명의 HIS 시스템의 피스톤 고정 시 개념도를 도시하고 있으며, 도 6은 본 발명의 HIS 시스템의 피스톤 작동 시 개념도를 도시하고 있다.
차량의 운전이 시작되면 변속기 유압회로의 오일은 유체 출입용 포트(44)를 통해 상기 하우징(20) 내부로 유입된다. 상기 오일이 상기 피스톤(22) 내부에 충전되면서 상기 오일은 상기 피스톤(22)을 상기 스텝 모터(30) 쪽으로 이동시킴과 동시에 상기 피스톤(22)과 상기 스텝 모터(30) 사이의 공간에 충전된다.
상기 유체 출입용 포트(44)를 통해 지속적으로 오일이 공급되면, 상기 하우징(20) 내부에서 상기 유체 출입용 포트(44)와 상기 피스톤(22) 사이 공간의 내부 압력이 점점 상승하고 상기 피스톤(22)이 상기 스텝 모터(30) 쪽으로 더 이동하게 된다.
상기 피스톤(22)이 상기 스텝 모터(30) 쪽으로 계속해서 이동할 때 상기 록킹홀(34)에 장착된 상기 록킹볼(42)이 상기 연장부(24)의 외측으로 돌출되어 상기 피스톤(22)의 이동을 제한하는 것을 막기 위해 상기 스텝 모터(30)에 전류를 인가하여 홀더(36)를 회전시키게 된다.
즉, 상기 스텝 모터(30)의 작동으로 상기 홀더(36)를 회전시켜 상기 록킹볼(42)이 상기 피스톤 작동 홈(38)에 삽입되도록 함으로써 상기 록킹볼(42)이 상기 연장부(24)의 외측으로 돌출되지 않도록 하여 상기 피스톤(22)의 상기 고정돌기(26)가 상기 록킹볼(42)에 걸리지 않고 상기 스텝 모터(30) 쪽으로 이동할 수 있게 되는 것이다.
차량의 운전이 정지되면 상기 하우징(22) 내부로의 오일 공급이 중단되어 상기 피스톤(22)이 상기 탄성수단(28)에 의해 상기 유체 출입용 포트(44) 쪽으로 이동되어진다. 차량의 운전 정지 시 상기 피스톤(22)의 이동이 제한되지 않고 상기 피스톤(22)이 상기 유체 출입용 포트(44) 쪽으로 이동할 수 있게 되면 상기 하우징(20) 내부에 충전된 오일이 외부로 배출되어 상기 하우징(20) 내부의 압력을 유지할 수 없게 된다.
따라서, 차량의 운전 정지 시 상기 피스톤(22)이 상기 유체 출입용 포트(44) 쪽으로 이동하는 것을 제한하기 위해 상기 스텝 모터(30)에 전류를 인가하여 상기 홀더(36)를 회전시키고, 상기 홀더(36)의 회전으로 인해 상기 피스톤 작동 홈(38)에 삽입되어 있던 상기 록킹볼(42)이 상기 피스톤 고정 홈(40)에 삽입된다.
즉, 상기 록킹볼(42)이 상기 피스톤 고정 홈(40)에 삽입되면 상기 탄성수단(28)에 의해 상기 피스톤(22)이 상기 유체 출입용 포트(44) 쪽으로 이동하려고 하더라도 상기 고정돌기(26)가 상기 록킹볼(42)에 걸려 더 이상 상기 유체 출입용 포트(44) 쪽으로 이동할 수 없게 되어 상기 하우징(20) 내부에 충전된 오일이 외부로 배출되지 않는다.
차량이 재시동 되면 상기 스텝 모터(30)에 전류를 인가하여 상기 홀더(36)를 회전시키고, 상기 홀더(36)의 회전으로 인해 상기 록킹볼(42)이 다시 상기 피스톤 작동 홈(38)에 삽입된다.
상기 록킹볼(42)이 상기 피스톤 작동 홈(38)에 삽입되면 상기 피스톤(22)의 고정돌기(26)가 상기 록킹볼(42)에 걸리지 않기 때문에 상기 피스톤(22)은 상기 탄성수단(28)에 의해 상기 유체 출입용 포트(44) 쪽으로 이동하여 상기 하우징(20) 내부에 충전된 오일을 밸브바디로 공급하게 된다.
본 발명의 HIS 시스템에 적용된 상기 스텝 모터(30)에는 상기 홀더(36)의 회전 시에만 전류가 인가되어지면 된다.
즉, 상기 홀더(36)의 회전에 의해 상기 록킹볼(42)이 상기 피스톤 작동 홈(38)에서 상기 피스톤 고정 홈(40)에 삽입으로, 또는 상기 피스톤 고정 홈(40)에서 상기 피스톤 작동 홈(38)으로 일정 각도 이동이 필요할 때에만 상기 스텝 모터(30)에 전류를 인가하면 되기 때문에 종래의 솔레노이드 밸브(6)를 이용하여 피스톤(12)의 이동을 제한하기 위해 차량의 시동 정지 시 지속적으로 전류를 인가시키던 HIS 시스템에서 상기 스텝 모터(30)를 이용하면 상기 홀더(36)의 회전 시에만 전류를 인가하여 상기 피스톤(22)의 이동을 제한할 수 있기 때문에 차량의 시동 정지 시 상기 스텝 모터(30)에 전류가 차단된 상태에서도 상기 유체 출입용 포트(44) 쪽으로의 상기 피스톤(22)의 이동을 제한할 수 있게 된다.
이러한 상기 스텝 모터(30)의 구성으로 인해 지속적인 전류의 인가가 필요 없으므로 전력 소비가 줄어들 수 있게 되고, HIS 시스템 내부에서 솔레노이드 밸브 및 솔레노이드 밸브 주변에 설치되던 주변 부품들을 제거할 수 있게 되어 공간을 축소시킬 수 있게 되어 HIS 시스템을 소형화 할 수 있게 되며, 부품의 개수가 적어지기 때문에 원가 절감 또한 가능해 진다.
본 발명에서 상기 탄성수단(28)을 스프링으로 도시하였지만 상기 탄성수단(28)의 형태는 한정되지 않는다.
이상에서 설명된 본 발명의 스텝 모터를 이용한 HIS 시스템의 실시 예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그럼으로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
2 : 종래의 하우징
4 : 종래의 시트
6 : 종래의 솔레노이드 밸브
8 : 종래의 홀더
10 : 종래의 볼
12 : 종래의 피스톤
20 : 하우징
22 : 피스톤
24 : 연장부
26 : 고정돌기
28 : 탄성수단
30 : 스텝 모터
32 : 홀더 고정부
34 : 록킹홀
36 : 홀더
38 : 피스톤 작동 홈
40 : 피스톤 고정 홈
42 : 록킹볼
44 : 유체 출입용 포트

Claims (13)

  1. 변속기 내부에 구성되는 HIS 시스템에 있어서,
    유체 출입용 포트가 일단에 형성된 중공의 하우징;
    상기 하우징 내에 직선 슬라이딩 가능하게 구비된 피스톤;
    상기 피스톤이 상기 하우징 내의 오일을 방출하는 방향으로 탄성 지지하는 탄성수단;
    상기 하우징의 양 끝단 중 상기 탄성수단이 수축되는 방향에 설치되어 상기 피스톤의 이동을 제한하는 스텝 모터;
    상기 스텝 모터의 홀더 고정부에 설치되는 홀더;를 포함하는 것으로,
    상기 스텝 모터에 전류가 차단된 상태에서 상기 유체 출입용 포트 쪽으로의 상기 피스톤의 이동이 제한되고,
    상기 피스톤은 상기 스텝 모터 측 일면에 연장부가 형성되고, 상기 연장부의 선단에 고정돌기가 형성되며, 상기 홀더는 원통형으로, 상기 홀더의 외주면에는 반원 형상의 단면을 갖는 피스톤 작동 홈이 일정 간격으로 형성되고,
    상기 피스톤 작동 홈 사이에는 상기 피스톤 작동 홈 보다 낮은 깊이의 피스톤 고정 홈이 형성되며,
    상기 홀더 고정부는 상기 스텝 모터의 일측에 형성되는 것으로, 상기 피스톤 쪽으로 일정 길이 연장되어 형성되고,
    상기 홀더 고정부에는 상기 홀더 고정부를 관통하는 록킹홀이 형성되며,
    상기 홀더는 상기 록킹홀과 동일 선상에 위치되고,
    상기 록킹홀에 장착되며, 상기 피스톤 고정 홈 또는 상기 피스톤 작동 홈에 삽입되는 록킹볼을 포함하는 것
    을 특징으로 하는 스텝 모터를 이용한 HIS 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 록킹볼이 상기 피스톤 작동 홈에 삽입되었을 때 상기 록킹볼은 연장부의 외측으로 돌출되지 않는 것을 특징으로 하는 스텝 모터를 이용한 HIS 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 록킹볼이 상기 피스톤 고정 홈에 삽입되었을 때 상기 록킹볼은 연장부의 외측으로 돌출되는 것을 특징으로 하는 스텝 모터를 이용한 HIS 시스템.
  10. 삭제
  11. 유체 출입용 포트가 일단에 형성된 중공의 하우징;
    상기 하우징 내에 직선 슬라이딩 가능하게 구비된 피스톤;
    상기 피스톤이 상기 하우징 내의 오일을 방출하는 방향으로 탄성 지지하는 탄성수단;
    상기 하우징의 양 끝단 중 상기 탄성수단이 수축되는 방향에 설치되어 상기 피스톤의 이동을 제한하는 스텝 모터;
    상기 스텝 모터의 홀더 고정부에 설치되는 홀더;를 포함하는 것으로,
    상기 스텝 모터에 전류가 차단된 상태에서 상기 유체 출입용 포트 쪽으로의 상기 피스톤의 이동이 제한되고,
    상기 피스톤은 상기 스텝 모터 측 일면에 연장부가 형성되고, 상기 연장부의 선단에 고정돌기가 형성되며,
    상기 홀더는 원통형으로, 상기 홀더의 외주면에는 반원 형상의 단면을 갖는 피스톤 작동 홈이 일정 간격으로 형성되고,
    상기 피스톤 작동 홈 사이에는 상기 피스톤 작동 홈 보다 낮은 깊이의 피스톤 고정 홈이 형성되며,
    상기 홀더 고정부는 상기 스텝 모터의 일측에 형성되는 것으로, 상기 피스톤 쪽으로 일정 길이 연장되어 형성되고,
    상기 홀더 고정부에는 상기 홀더 고정부를 관통하는 록킹홀이 형성되며, 상기 홀더는 상기 록킹홀과 동일 선상에 위치되고, 상기 록킹홀에 장착되며, 상기 피스톤 고정 홈 또는 상기 피스톤 작동 홈에 삽입되는 록킹볼을 포함하는 스텝 모터를 이용한 HIS 시스템의 작동 방법에 있어서,
    피스톤 작동 시 스텝 모터의 회전에 의해 록킹볼은 홀더의 피스톤 작동 홈에 삽입되며, 상기 연장부의 외측으로 돌출되지 않는 것을 특징으로 하는 스텝 모터를 이용한 HIS 시스템의 작동 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    피스톤 고정 시 스텝 모터의 회전에 의해 상기 록킹볼은 상기 홀더의 피스톤 고정 홈에 삽입되며, 상기 연장부의 외측으로 돌출되는 것을 특징으로 하는 스텝 모터를 이용한 HIS 시스템의 작동 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 스텝 모터에 전류가 차단된 상태에서 상기 유체 출입용 포트 쪽으로의 상기 피스톤의 이동이 제한되는 것을 특징으로 하는 스텝 모터를 이용한 HIS 시스템의 작동 방법.
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