KR101934120B1 - 건설기계의 전원제어방법 - Google Patents

건설기계의 전원제어방법 Download PDF

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Abstract

오토셧오프 기능을 제공하는 건설기계의 전원제어방법에 있어서, 상기 오토셧오프 기능의 선택시, 운전자의 조작에 의한 조작신호가 일정시간 동안 발생되지 않는 경우 엔진의 구동을 정지시키는 A 동작모드, 상기 조작신호가 일정시간 동안 발생되지 않는 경우 대기 전력이 불필요한 보조 전장품에 공급되는 동작전원을 차단시키는 B 동작모드 및 상기 조작신호가 일정시간 동안 발생되지 않는 경우 상기 A 동작모드와 B 동작모드를 모두 수행하는 C 동작모드의 3가지 동작모드로 상기 건설기계를 제어하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 전원제어방법이 제공된다.

Description

건설기계의 전원제어방법{POWER CONTROL METHOD OF CONSTRUCTION MACHINERY}
본 발명은 건설기계의 전원제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 건설기계의 조작의도가 소정의 시간동안 발생되지 않을 경우 엔진의 구동을 정지시키거나 전장품에 인가되는 배터리의 전원을 차단하여 연료 소모를 줄이고 배터리를 보호할 수 있는 건설기계의 전원제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 굴삭기 등과 같은 건설기계에는 작업자가 일정시간 동안 엔진 등을 조작하는 조작신호가 발생되지 않을 경우 엔진의 구동을 정지시켜 연료의 소모를 줄이는 전원제어장치가 적용되고 있다.
상기와 같은 전원제어장치는, 스타터스위치에 의해 배터리로부터 동작전원을 공급받는 스타터의 동작에 의해 엔진이 구동된 후에는 상기 엔진에 24V의 동작전원을 공급하는 배터리가 아닌 엔진에 연결된 알터네이터에 의해 28V의 동작전원이 공급되도록 하며, 상기 엔진에 대한 조작신호가 일정시간 동안 발생되지 않는 경우에는 엔진의 동작이 정지되도록 하고 있으나, 이때, 상기 배터리에 연결된 전장품들에는 계속 배터리로부터 동작전원이 공급된 상태가 지속된다.
이에, 장시간 야간 작업 등에 전장품에 배터리의 동작전원이 장시간 공급되어 배터리의 전압이 낮아진 상태에서 상기 엔진을 다시 구동시키는 경우 상기 전장품 이외에 스타터에 동작전원이 공급되어야 하는데, 상기 스타터의 경우 동작전원이 많이 소요되기 때문에, 배터리가 방전 즉, 전압레벨이 낮은 상태를 가지는 경우 엔진의 시동 불능 현상이 발생하게 되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 건설기계의 조작의도가 소정의 시간동안 발생되지 않아 엔진의 구동이 정지되는 경우 대기 전력이 불필요한 보조 전장품에 인가되는 배터리의 전원을 차단하도록 할 수 있는 건설기계의 전원제어방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 오토셧오프 기능을 제공하는 건설기계의 전원제어방법에 있어서, 상기 오토셧오프 기능의 선택시, 운전자의 조작에 의한 조작신호가 일정시간 동안 발생되지 않는 경우 엔진의 구동을 정지시키는 A 동작모드, 상기 조작신호가 일정시간 동안 발생되지 않는 경우 대기 전력이 불필요한 보조 전장품에 공급되는 동작전원을 차단시키는 B 동작모드 및 상기 조작신호가 일정시간 동안 발생되지 않는 경우 상기 A 동작모드와 B 동작모드를 모두 수행하는 C 동작모드의 3가지 동작모드로 상기 건설기계를 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 동작모드 이전에 오토 아이들 제어가 이루어지도록 하고, 상기 오토 아이들 제어는 시동신호가 발생되어 상기 엔진이 구동되고 상기 엔진의 구동이 장비RPM에 대응된 회전수로 제어되도록 하는 단계, 상기 엔진의 구동이 오토아이들 조건을 만족하는지를 판단하는 단계 및 상기 단계의 조건을 만족하는 경우 상기 엔진의 회전수가 아이들RPM에 대응되도록 제어하는 단계를 포함한다.
상기 B 동작모드에서, 배터리로부터 상기 보조 전장품에 공급되는 동작전원은 차단되나, 콘트롤러 및 엔진제어유닛을 포함하는 상시 전장품에 공급되는 동작전원은 차단되지 않도록 제어할 수 있다.
상기 설명한 바와 같은 건설기계의 전원제어방법에 의하면, 건설기계의 조작의도가 소정의 시간동안 발생되지 않을 경우 엔진의 구동을 정지시키거나 또는 이와 동시에 일정시간 후 전장품에 인가되는 배터리의 전원을 차단함으로써, 연료 소모를 줄이고 배터리를 보호할 수 있다.
또한, 엔진의 구동 정지시 엔진을 구동시키는 스타터에만 배터리의 동작전원이 공급되도록 함으로써, 많은 동작전원을 소요하는 스타터의 동작을 원활히 하여 시동 불능 현상을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계의 전원제어장치의 구성을 개략적으로 나타낸 블록구성도.
도 2는 도 1의 전원제어장치의 회로구성도.
도 3은 도 1의 전원제어장치를 이용한 전원제어방법을 나타낸 제어흐름도.
도 4는 도 1의 전원제어장치에 의한 엔진의 회전수 변화와 배터리의 전압 변화를 나타낸 그래프.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계의 전원제어장치의 구성을 개략적으로 나타낸 블록구성도이고, 도 2는 도 1의 전원제어장치의 회로구성도이며, 도 3은 도 1의 전원제어장치의 동작을 나타낸 제어흐름도이고, 도 4는 도 1의 전원제어장치에 의한 엔진의 회전수 변화와 배터리의 전압 변화를 나타낸 그래프이다.
도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계의 전원제어장치는, 운전자의 조작신호를 발생시키는 조작센서(50), 동작전원을 공급하는 배터리(B), 배터리(B)의 동작전원 공급을 제어하는 배터리 릴레이(30), 스타터스위치(10), 스타터스위치(10)의 시동신호 발생시 배터리(B)로부터 공급되는 동작전원에 의해 구동되어 엔진(E)을 구동시키는 스타터(20), 엔진(E)의 구동 정지시 배터리(B)로부터 대기 전력을 공급받는 상시 전장품과, 대기 전력의 공급이 차단되는 보조 전장품(F)을 포함하는 전장품 및 운전자의 조작신호가 일정 시간 동안 발생되지 않는 경우 보조 전장품(F)에 공급되는 동작전원만 차단되도록 제어하는 콘트롤러(90), 배터리릴레이(30)와 보조 전장품(F) 사이에 위치되어 선택적으로 배터리(B)로부터 보조 전장품(F)에 공급되는 동작전원을 차단가능한 오토셧오프릴레이(80) 및 보조 전장품(F)의 동작 전원 공급 차단을 위한 오토셧오프 기능의 선택을 가능하게 하는 조작차단스위치(70)를 포함한다.
조작차단스위치(70)는 건설기계의 구동에 필요한 각종 정보를 표시하거나 해당 동작모드에 대한 선택신호 발생을 가능하게 하는 계기판(60)에 표시될 수 있다.
전장품은 상시 전장품과 보조 전장품(F)으로 구분되는데, 상시 전장품은 콘트롤러(90)와 엔진제어유닛(40) 등과 같이 배터리 전원 차단시에도 대기 전력이 필요한 전장품을 의미하고, 보조 전장품(F)는 전원 차단시 대기 전력이 필요 없는 부수적인 전장품을 의미한다. 상시 전장품의 경우, 예컨대 도난방지, TMS를 통한 원격관리 등을 위해 최소한의 전력을 지속적으로 공급받을 필요가 있으며, 이들 전원까지 차단시킬 경우 위의 기능들까지 오프 상태가 되어 여러 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 상시 전장품은 보조 전장품(F)으로의 전원이 차단되는 때에도 오토셧오프릴레이(80)와 배터리(B) 사이에서 분기된 전기회로를 통해 최소한의 전력을 공급받는다.
스타터스위치(10)는, 키의 입력 조작시 키입력신호와 시동신호를 발생시키는 것으로, 키의 입력 조작에 따라 전원스위치(ACC), 센터스위치(B), 시동스위치(C)로 순차적으로 변환되도록 형성되며, 전원스위치(ACC)를 경유하여 센터스위치(B)로의 변환시 배터리(B)의 동작전원이 스타터(20)와 보조 전장품(F)에 공급되도록 배터리릴레이(30)를 구동시키고 시동스위치(C)로의 전환시 스타터(20)로 하여금 엔진(E)이 시동되도록 한다.
이때, 엔진(E)의 구동에 의해 동작되는 알터네이터(A)는 교류전원을 생산하여 엔진(E)에 공급함과 동시에 배터리(B)에 충전시켜, 전장품에 동작전원을 공급하는 배터리(B)가 충분한 전압레벨을 가지도록 한다.
여기서, 엔진(E)에 공급되는 알터네이터(A)의 동작전원을 28V이고 보조 전장품(F)에 공급되는 배터리(B)의 동작전원을 24V이다.
또한, 스타터스위치(10)와 스타터(20) 사이에는 키입력신호와 시동신호 발생시 복수개의 스타터릴레이와 스타터릴레이를 통하여 스타터(20)와 알터네이터(A)의 동작을 제어하는 스타터콘트롤러가 더 구성되는 것이 바람직하다.
배터리릴레이(30)는, 스타터스위치(10)의 시동신호 발생시 배터리(B)의 동작전원이 스타터(20)와 전장품에 공급되도록 동작하는 것으로, 보조 전장품(F)과 스타터(20)에 공급되는 전원 상태를 단속하는데, 플런저 및 가동접점과 이들을 탄성에 의해 지지하는 탄성체와, 가동접점의 하단에 배치되는 고정접점과, 스타터스위치(10)에 여자되는 코일로 구성된다.
여기서, 배터리릴레이(30)는 스타터스위치(10)가 전원스위치(ACC)로부터 센터스위치(B)로의 변환에 의해 여자코일이 여기되면 가동접점이 하강하면서 고정접점과 접점이 형성되어 배터리(B)의 동작전원이 스타터(20)와 보조 전장품(F)에 공급되도록 한다.
조작센서(50)는, 조이스틱이나 페달 등의 조작수단으로부터 발생되는 조작신호를 콘트롤러(90)에 제공하여 엔진(E)이 엔진제어유닛(40)에 의해 제어되도록 하는 압력센서이다.
계기판(60)은, 건설기계의 구동에 필요한 각종 정보를 표시하거나 해당 동작모드에 대한 선택신호 발생을 가능하게 하는 것으로, 작업자로 하여금 오토셧오프 기능의 선택을 가능하게 하는 조작차단스위치(70)의 입력신호를 발생시키도록 한다.
오토셧오프릴레이(80)는, 배터리릴레이(30)와 보조 전장품(F) 사이에 위치되어 조작차단스위치(70)의 동작시 콘트롤러(90)의 제어에 따라 배터리(B)로부터 보조 전장품(F)에 공급되는 동작전원을 차단시켜 배터리(B)의 방전을 방지한다. 보다 구체적으로, 보조 전장품(F)과 배터리릴레이(30) 사이에는 보조 전장품(F) 각각에 공급되는 동작전원을 개별적으로 차단할 수 있는 복수의 퓨즈를 포함하는 퓨즈박스(Fuse box)가 설치될 수 있고, 오토셧오프릴레이(80)는 배터리릴레이(30)와 퓨즈박스 사이에 설치되어 퓨즈박스로 공급되는 동작전원의 차단을 가능하게 할 수 있다.
오토셧오프릴레이(80)에 의하면, 배터리릴레이(30)와 보조 전장품(F) 사이에 위치되어 오토셧오프 기능시 배터리(B)의 동작전원을 스타터(20)에 공급되도록 하는 배터리릴레이(30)를 차단시키지 않고 배터리(B)로부터 보조 전장품(F)에 공급되는 동작전원만을 차단함으로써, 엔진(E)의 재구동시 스타터스위치(10)를 센터스위치(B)로부터 전원스위치(ACC)로 조작한 후 다시 전원스위치(ACC)로부터 시동스위치(C)로 조작할 필요가 없이 곧바로 센터스위치(B)로부터 전원스위치(ACC)로 조작하여 배터리(B)로부터 스타터(20)에만 동작전원이 공급되도록 할 수 있고, 이를 통하여 많은 동작전원을 소요하는 스타터(20)의 동작을 원활히 하여 시동 불능 현상을 방지할 수 있다.
콘트롤러(90)는, 계기판(60)을 통하여 작업자로부터 오토셧오프 기능의 선택시, 상기 조작신호가 일정시간 동안 발생되지 않는 경우 엔진제어유닛(40)을 제어하여 엔진(E)의 구동을 정지시키는 A 동작모드, 상기 조작신호가 일정시간 동안 발생되지 않는 경우 오토셧오프릴레이(80)를 제어하여 보조 전장품(F)에 공급되는 동작전원을 차단시키는 B 동작모드 및 상기 조작신호가 일정시간 동안 발생되지 않는 경우 상기 A 동작모드와 B 동작모드를 모두 수행하는 C 동작모드의 3가지 동작모드로 건설기계를 제어하는 오토셧오프 알고리즘을 통하여 건설계의 동작을 제어한다.
여기서, 콘트롤러(90)의 오토셧오프 알고리즘은, 상기 동작모드들의 동작이 먼저 오토 아이들 제어가 이루어진 후에 조작신호의 입력 여부와 일정시간 경과 후에 수행되도록 하는 것이 바람직하며, 이에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 콘트롤러(90)는, 스타터스위치(10)로부터 키 온 신호 즉, 키입력신호가 발생되면 배터리(B)로부터 24V의 동작전원이 보조 전장품(F)과 스타터(20)에 제공되도록 배터리릴레이(30)를 제어한 후, 시동신호가 발생되면 스타터(20)로부터 엔진(E)이 구동되도록 하여 엔진제어유닛(40)으로 하여금 해당 회전수로 엔진(E)을 제어하도록 함과 동시에 알터네이터(A)로부터 발전되는 28V의 동작전원이 엔진(E)과 배터리(B)에 공급되도록 제어한다.
이 상태에서, 콘트롤러(90)는, 계기판(60)을 통하여 작업자로부터 오토 아이들 기능이 선택된 경우에, 엔진제어유닛(40)으로부터 엔진(E)이 일정시간(t1) 동안 조작신호에 대응된 동작을 수행하지 않으면, 엔진(E)의 회전수가 장비RPM에서 아이들RPM에 대응된 회전수를 가지도록 엔진제어유닛(40)을 제어한다.
이후, 콘트롤러(90)는, 계기판(60)을 통하여 작업자로부터 오토셧오프 기능이 선택된 경우에는, 조작센서(50)와 엔진제어유닛(40)으로부터 엔진(E)이 일정시간(t2) 동안 조작신호에 대응된 동작을 수행하지 않으면, 엔진(E)의 구동이 정지되도록 엔진제어유닛(40)을 제어한다.
이후, 콘트롤러(90)는, 다시 일정시간(t3) 동안 엔진제어유닛(40) 또는 스타터스위치(10)로부터 엔진(E)을 구동시키기 위한 해당 신호가 발생되지 않으면, 배터리(B)로부터 보조 전장품(F)에 동작전원이 차단되도록 하는 오토셧오프릴레이(80)를 제어한다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계의 전원제어장치의 작용과 효과에 대해 설명하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계의 전원제어장치는, 먼저, 배터리릴레이(30)에 의해 배터리(B)로부터 보조 전장품(F)과 스타터(20)에 공급되는 24V의 동작전원이 차단된 상태에서(S100) 스타터스위치(10)로부터 키입력신호가 발생되면(S105), 콘트롤러(90)는, 배터리릴레이(30)를 제어하여 배터리(B)로부터 보조 전장품(F)과 스타터(20)에 동작전원이 공급되도록 한다(S110).
이후, 콘트롤러(90)는 스타터스위치(10)로부터 시동신호가 발생되면(S115), 스타터(20)로부터 엔진(E)이 구동되도록 하고 엔진제어유닛(40)으로부터 엔진(E)의 구동이 장비RPM에 대응된 회전수로 제어되도록 한다(S120). 이때, 엔진(E)의 구동시 알터네이터(A)는 28V의 동작전원을 발전하여 엔진(E)과 배터리(B)에 공급한다.
이후, 콘트롤러(90)는 엔진제어유닛(40)으로부터 엔진(E)의 구동이 오토아이들 조건을 만족하는지를 해당 정보를 통하여 판단하고(S125), 상기 조건을 만족하는 경우 즉, 일정시간(t1) 동안 엔진(E)이 구동되지 않으면 엔진제어유닛(40)을 제어하여 엔진(E)의 회전수가 아이들RPM에 대응되도록 한다(S130). 이때, 엔진(E)은 아이들RPM의 회전수를 가지며 알터네이터(A)에 의해 28V의 동작전원이 공급된다.
이후, 콘트롤러(90)는 조작센서(50)로부터 엔진(E)의 조작을 위한 조작신호가 발생되는지 여부를 판단하고(S135), 조작신호가 발생되지 않으면 계기판(60)을 통하여 작업자로부터 조작차단스위치(70)의 기능 선택이 입력되었는지를 판단한 후(S140), 조작차단스위치(70)로부터 조작차단신호 즉, 오토셧오프 기능의 실행에 대응된 입력 신호가 발생된 상태이면 엔진(E)의 구동을 정지시키기 위한 오토셧오프 기능 대기 상태로 진입한다(S145).
이후, 콘트롤러(90)는 다시 조작센서(50)로부터 엔진(E)의 조작을 위한 조작신호가 발생되는지 여부를 판단하고(S150), 조작신호가 발생되지 않으면 일정시간(t2)이 지났는지를 판단하며(S155), 일정시간(t2)이 지났으면 엔진제어유닛(40)을 제어하여 엔진(E)의 구동이 정지되도록 한다(S160). 이때, 엔진(E)의 회전수는 제로이며, 보조 전장품(F)에는 배터리(B)로부터 24V의 동작전원이 공급된다.
이후, 콘트롤러(90)는, 다시 일정시간(t3)이 지났는지를 판단하고(S165), 일정시간(t3)이 지났으면 오토셧오프릴레이(80)를 제어하여 보조 전장품(F)에 공급되는 배터리(B)의 동작전원을 차단한다(S170).
따라서 상기와 같은 건설기계의 전원제어장치에 의하면, 건설기계의 조작의도가 소정의 시간동안 발생되지 않을 경우 엔진의 구동을 정지시키거나 또는 이와 동시에 일정시간 후 보조 전장품에 인가되는 배터리의 전원을 차단함으로써, 연료 소모를 줄이고 배터리를 보호할 수 있다.
또한, 엔진의 구동 정지시 엔진을 구동시키는 스타터에만 배터리의 동작전원이 공급되도록 함으로써, 많은 동작전원을 소요하는 스타터의 동작을 원활히 하여 시동 불능 현상을 방지할 수 있다.
본 발명의 기술사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 알 수 있을 것이다.

Claims (5)

  1. 건설기계의 전원제어장치의 전원제어방법에 있어서,
    키의 입력 조작시, 전원스위치, 센터스위치 및 시동스위치를 순차적으로 변환하되, 전원스위치에서 센터스위치로의 변환시 배터리 동작전원이 상시 전장품 및 보조 전장품에 공급되고, 시동스위치로의 전환시 엔진을 시동하는 단계;
    엔진이 구동된 정상상태에서, 제어부가 오토 아이들 제어가 이루어진 상태인지 판단하는 단계;
    상기 오토 아이들 상태라고 판단되면 사용자 조작에 의해 조작차단스위치가 오토셧오프 기능 선택 신호를 발생하는 단계;
    상기 오토셧오프 기능 선택 신호에 따라 상기 제어부가 오토셧오프 기능을 수행하는 단계
    를 포함하고,
    상기 오토 아이들 제어가 이루어진 상태인지 판단하는 단계는,
    시동신호가 발생되어 상기 엔진이 구동되고 상기 엔진의 구동이 장비 RPM에 대응된 회전수로 제어되도록 하는 단계;
    상기 엔진의 구동이 오토아이들 조건을 만족하는지를 판단하는 단계; 및
    상기 단계의 조건을 만족하는 경우 상기 엔진의 회전수가 아이들 RPM에 대응되도록 제어하는 단계를 포함하고,
    상기 정상상태는, 상시 전장품 및 보조 전장품에 동작전원이 공급되는 상태이고,
    상기 오토셧오프기능은,
    운전자의 조작에 의한 조작신호가 일정시간 동안 발생되지 않는 경우 엔진의 구동을 정지시키는 A 동작모드와,
    상기 조작신호가 일정시간 동안 발생되지 않는 경우 대기 전력이 불필요한 보조 전장품에 공급되는 동작전원을 차단시키는 B 동작모드
    를 하나 이상 동작하되, A 동작모드와 B동작모드를 모두 동작하는 경우 동시에 또는 순차적으로 수행되고,
    상기 B 동작모드에서, 배터릴릴레이를 오프시키지 않고 배터리로부터 상기 보조 전장품에 공급되는 동작전원은 차단하고, 콘트롤러 및 엔진제어유닛을 포함하는 상시 전장품에 공급되는 동작전원은 차단하지 않도록 제어하며,
    상기 B 동작모드에서 재시동시 센터스위치에서 시동스위치로 조작하여 배터리로부터 스타터 동작전원이 공급되도록 하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 전원제어방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 A 동작모드와 B동작모드를 순차적으로 동작시키는 경우,
    상기 A 동작모드 이후에 상기 엔진의 구동 정지 후 일정시간이 지났는지를 판단하는 단계; 및
    상기 일정시간이 지난 경우 상기 보조 전장품에 공급되는 동작전원을 차단하는 단계를 포함하는
    건설기계의 전원제어방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 전원제어장치는,
    시동 온오프에 신호에 따라 배터리의 동작전원 공급을 제어하는 배터리 릴레이;
    상기 배터리릴레이와 상기 보조 전장품 사이에 위치되어 선택적으로 상기 배터리로부터 상기 보조 전장품에 공급되는 동작전원을 차단가능한 오토셧오프릴레이; 및
    오토셧오프 기능의 선택시 상기 배터리 릴레이 및 상기 오토셧오프릴레이를 제어하여 동작전원을 선택적으로 차단시키는 콘트롤러;를 포함하며,
    상기 상시 전장품은 상기 오토셧오프릴레이와 배터리 사이에서 분기된 연결라인에 의해 연결되며,
    상기 콘트롤러는 B동작 모드의 구동을 위해 상기 보조 전장품에 공급되는 동작전원이 차단되도록 상기 오토셧오프릴레이를 제어하고 상기 배터리 릴레이는 온 상태가 유지되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 전원제어방법.
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