KR102086132B1 - 모터 제어기 및 그것의 단락 진단 방법 - Google Patents

모터 제어기 및 그것의 단락 진단 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 복수의 직류 모터들을 제어하는 모터 제어기는, 상기 복수의 직류 모터들의 각각에 제어 신호를 전달하는 모터 드라이버들, 상기 모터 드라이버들의 각각의 양의 모터 제어핀 혹은 음의 모터 제어핀 중에서 적어도 하나의 전류 혹은 전압을 증폭하는 차동 증폭기들, 및 상기 모터 드라이버들을 제어하고, 상기 차동 증폭기들의 출력 값들을 이용하여 상기 복수의 직류 모터들의 사이의 단락을 진단하는 중앙 처리 장치를 포함할 수 있다.

Description

모터 제어기 및 그것의 단락 진단 방법{MOTOR CONTROLLER AND SHORT CIRCUIT DIAGNOSIS METHOD THEREOF}
본 발명은 모터 제어기 및 그것의 단락 진단 방법에 관한 것이다.
DC 모터는 그 적용이 쉽고, 가격에 비해 성능이 좋기 때문에 광범위 하게 사용되고 있다. DC 모터의 고장은 전류의 변화가 불규칙하게 나타나게 되는 원인이 되고 이는 모터의 회전을 고르게 유지시켜주지 못해 진동, 마모, 과열, 소음 및 이음 등으로 인한 모터 수명 감소의 원인이 되며 나아가 모터 구동 정지에 따른 시스템의 정지로 이어질 수 있다. 따라서 DC 모터 고장의 조기 검출이나 제조 과정에서 발생할 수 있는 불량 모터의 검출이 필요하다.
등록특허: 10-1818916, 등록일: 2018년 1월 10일, 제목: 영구자석 모터 고장진단장치, 시스템 및 방법. 일본등록특허: JP 2999447, 등록일: 1999년 11월 5일, 제목: 모터의 고장 진단 방법 및 모터의 운전 제어 방법. 미국공개특허: US 2008/0084229, 공개일: 2008년 4월 10일, 제목: SYSTEM AND METHOD FOR LOOK AHEAD DETECTION OF ELECTRICAL PROBLEMS AT A MOTOR OF A VEHICLE.
본 발명의 목적은 오진단을 줄이는 모터 제어기 및 그것의 단락 진단 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 복수의 직류 모터들을 제어하는 모터 제어기는, 상기 복수의 직류 모터들의 각각에 제어 신호를 전달하는 모터 드라이버들; 상기 모터 드라이버들의 각각의 양의 모터 제어핀 혹은 음의 모터 제어핀 중에서 적어도 하나의 전류 혹은 전압을 증폭하는 차동 증폭기들; 및 상기 모터 드라이버들을 제어하고, 상기 차동 증폭기들의 출력 값들을 이용하여 상기 복수의 직류 모터들의 사이의 단락을 진단하는 중앙 처리 장치를 포함할 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 복수의 직류 모터들에 전달되는 제어 신호들은 PWM(pulse width modulation) 신호들이고, 상기 PWM 신호들의 각각은 서로 다른 주기를 갖는 것을 특징으로 한다.
실시 예에 있어서, 상기 차동 증폭기들의 각각은 상기 복수의 직류 모터들 중에서 어느 하나 직류 모터에 대응하는 양의 모터 제어핀과 상기 복수의 직류 모터들 중에서 다른 하나의 직류 모터에 대응하는 양의 모터 제어핀 사이의 전압을 증폭하는 것을 특징으로 한다.
실시 예에 있어서, 상기 차동 증폭기들의 각각은 상기 복수의 직류 모터들 중에서 어느 하나 직류 모터에 대응하는 음의 모터 제어핀과 상기 복수의 직류 모터들 중에서 다른 하나의 직류 모터에 대응하는 음의 모터 제어핀 사이의 전압을 증폭하는 것을 특징으로 한다
실시 예에 있어서, 상기 복수의 직류 모터들의 개수는 2인 것을 특징으로 한다.
실시 예에 있어서, 상기 차동 증폭기들의 각각은 대응하는 모터 드라이버의 양의 모터 제어핀에 연결된 션트 저항의 일단과 타단 사이의 전압을 증폭하는 것을 특징으로 한다.
실시 예에 있어서, 상기 차동 증폭기들의 각각은 대응하는 모터 드라이버의 음의 모터 제어핀에 연결된 션트 저항의 일단과 타단 사이의 전압을 증폭하는 것을 특징으로 한다.
실시 예에 있어서, 상기 복수의 직류 모터들의 개수는 3인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 복수의 직류 모터들을 제어하는 모터 제어기의 단락 진단 방법은: 상기 복수의 직류 모터들에 대응하는 제어 핀들 사이의 전류 혹은 전압을 차동 증폭하는 단계; 및 상기 증폭된 전류 혹은 전압을 이용하여 대응하는 직류 모터들 사이의 단락 여부를 판별하는 단계를 포함할 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 복수의 직류 모터들의 각각에 대응하는 모터 드라이버로부터 구동 정보를 전송 받는 단계를 더 포함할 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 직류 모터의 단락 여부를 판별하는 단계는, 상기 증폭된 전류 혹은 전압과 상기 구동 정보를 비교함으로써 모터의 제어 핀 사이의 단락을 판별하는 단계를 포함할 수 있다.
실시 예에 있어서, 전류/전압 모니터에 의해 각 모터 드라이버에서 사전에 결정된 전류가 흐르지 않는 것을 감지하는 단계; 및 상기 감지 결과에 따라 SCB(short circuit battery)/SCG(short circuit ground)/OL(open load)를 판별하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 모터 제어기 및 그것의 단락 진단 방법은, 모터의 동일 극성에 대응하는 모터 제어핀 사이의 전압/전류를 측정함으로써 모터의 단락 여부를 진단할 수 있다.
이하에 첨부되는 도면들은 본 실시 예에 관한 이해를 돕기 위한 것으로, 상세한 설명과 함께 실시 예들을 제공한다. 다만, 본 실시예의 기술적 특징이 특정 도면에 한정되는 것은 아니며, 각 도면에서 개시하는 특징들은 서로 조합되어 새로운 실시 예로 구성될 수 있다.
도 1은 일반적인 모터 제어기를 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 2는 일반적인 모터 제어기의 단락 발생 후에 야기되는 오진단을 예시적을 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 모터 제어기를 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 모터 제어기를 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 모터 제어기의 단락 진단 방법을 예시적으로 보여주는 흐름도이다.
아래에서는 도면들을 이용하여 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 내용을 명확하고 상세하게 기재할 것이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다.
상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 혹은 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 혹은 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함하다" 혹은 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 혹은 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 혹은 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 혹은 이들을 조합한 것들의 존재 혹은 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 일반적인 모터 제어기를 예시적으로 보여주는 도면이다. 도 1을 참조하면, 모터 제어기(30)는 제 1 모터(10) 및 제 2 모터(20)의 구동을 제어하도록 구현될 수 있다. 또한, 모터 제어기(30)는 모터 제어핀의 전압 혹은 전류를 측정함으로써 모터의 상태를 진단하도록 구현될 수 있다. 실시 예에 있어서, 제 1 및 제 2 모터들(10, 20)의 각각은 직류 모터일 수 있다. 모터 제어기(30)의 진단 동작은 모터의 동작 여부에 따라 다음과 같이 진행될 수 있다. 실시 예에 있어서, 모터 동작 시, 모터 제어기(30)는 측정된 전류를 통하여 SCB(short circuit battery), SCG(short circuit ground)을 진단하거나, 측정된 전압을 통하여 OL(open load)을 진단할 수 있다. 또한, 실시 예에 있어서, 모터 미동작시, 모터 제어기(30)는 측정된 전압을 통하여 SCB, SCG, OL를 진단할 수 있다.
일반적인 모터 제어기(30)는 미동작(대기) 상태에서 모터가 같은 극성끼리 단락 발생할 때 전압 차이가 없기 때문에 정확한 진단을 수행할 수 없다. 이때 둘 중 하나의 모터가 동작 상태로 전환할 때 사전에 결정된 전류가 흐르지 않기 때문에 오진단이 발생될 수 있다.
도 2는 일반적인 모터 제어기(30)의 단락 발생 후에 야기되는 오진단을 예시적을 보여주는 도면이다. 통상적으로 제 1 모터(10)와 제 2 모터(20)는 서로 다른 PWM(pulse width modulation) 주기로 제어된다. 그런데 어느 시점에서 모터 제어핀 사이에 단락이 발생할 경우, 제 1 및 제 2 모터들(10, 20)에 입력된 제어 신호의 주기는 동일하게 된다. 즉, 제 1 및 제 2 모터들(10, 20)이 모두 동일한 PWM 제어 될 것이다. 모터 제어핀 사이의 단락 후 상부 제어 신호 발생이 먼저 되는 채널을 따라갈 것이다. 이 구간에서 제 1 모터(10)의 모터 제어핀이 SCB로 오진단 될 것이다. 단락 발생 시점으로부터 일정 시간 후에 전류 제한에 걸려서 전체 모터의 구동이 멈출 것이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 모터 제어기를 보여주는 도면이다. 도 3을 참조하면, 모터 제어기(100)는 제 1 제어 신호 발생이기(110), 제 2 제어 신호 발생이기(120), 중앙 처리 장치(central processing unit; CPU, 130), 제 1 차동 증폭기(141), 및 제 2 차동 증폭기(142)를 포함할 수 있다.
제 1 제어 신호 발생이기(110)는 배터리 전압(VBAT; 예를 들어, 12 V)을 입력 받고, 사전에 결정된 레벨을 갖는 제 1 PWM 제어 신호를 제 1 및 제 2 모터 제어핀들(101, 102)을 통하여 출력하도록 구현될 수 있다. 여기서 제 1 모터 제어핀(101)은 제 1 모터(10)의 양전압단에 연결되고, 제 2 모터 제어핀(102)은 제 1 모터(10)의 음전압단에 연결될 수 있다.
제 2 제어 신호 발생이기(120)는 배터리 전압(VBAT; 예를 들어, 12 V)을 입력 받고, 사전에 결정된 레벨을 갖는 제 2 PWM 제어 신호를 제 3 및 제 4 모터 제어핀들(103, 104)을 통하여 출력하도록 구현될 수 있다. 여기서 제 2 PWM 제어 신호는 제 1 PWM 제어 신호와 다를 수 있다. 여기서 제 3 모터 제어핀(103)은 제 2 모터(20)의 양전압단에 연결되고, 제 4 모터 제어핀(104)은 제 2 모터(20)의 음전압단에 연결될 수 있다.
CPU(130)는 제 1 및 제 2 제어 신호 발생이기(110, 120)을 제어함으로써 제 1 및 제 2 PWM 제어 신호들을 발생하도록 구현될 수 있다. 또한, CPU(130)는 제 1 및 제 2 차동 증폭기들(141, 142)의 출력 값들을 수신함으로써 단락 진단을 수행하도록 구현될 수 있다.
제 1 차동 증폭기(141)는 제 1 모터 제어핀(101)과 제 3 모터 제어핀(103) 사이의 전압을 증폭하도록 구현될 수 있다. 제 2 차동 증폭기(142)는 제 2 모터 제어핀(102)과 제 4 모터 제어핀(104) 사이의 전압을 증폭하도록 구현될 수 있다.
도 3에서 도시된 바와 같이, 각 모터의 동일 극성에 각각의 차동 증폭기들(141, 142)을 구비함으로써, 모터 제어핀들 사이의 단락 발생시 사전에 결정된 전압 값이 CPU(130)에 수신될 수 있다. 이로써, 모터 단락 진단이 수행될 수 있다.
한편, 도 3에 도시된 모터 제어기(100)는 2개의 모터(10, 20)를 제어 및 진단한다. 하지만 본 발명이 여기에 제한되지 않는다고 이해되어야 할 것이다. 본 발명의 모터 제어기는 3개 이상의 모터들을 제어 및 진단할 수 있다.
한편, 도 3에 도시된 차동 증폭기는 서로 다른 모터의 동일 극성의 전압을 증폭한다. 하지만, 본 발명의 차동 증폭기가 여기에 제한되지 않는다고 이해되어야 할 것이다. 본 발명의 차동 증폭기는 모터의 극성 중 어느 하나에 대응하는 라인에 연결된 션트 저항(shunt resistor)의 일단과 타단 사이의 전압을 증폭할 수도 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 모터 제어기를 보여주는 도면이다. 도 4를 참조하면, 모터 제어기(200)는 각 모터의 양전압단에 대응하는 라인에 연결된 션트 저항들(SR1, SR2, SR3)의 일단과 타단 사이의 전압을 증폭하는 차동 증폭기들(241, 242, 243)을 포함할 수 있다.
한편, 도 4에 도시된 션트 저항들(SR1, SR2, SR3)의 각각은 모터의 양전압단에 대응하는 모터 제어핀에 연결된다. 하지만, 본 발명의 션트 저항들의 연결 관계가 여기에 제한되지 않는다고 이해되어야 할 것이다. 본 발명의 션트 저항들의 각각은 모터의 음전압단에 대응하는 모터 제어핀에 연결될 수도 있다.
각 모터 제어핀에 션트 저항을 거친 차동 증폭기 결과 값을 CPU의 ADC로 입력 받을 수 있다. 이와 별도로 마이컴에서는 각 모터 드라이버에서 전송 받은 각 구동 정보(전류량, SCB/SCG)에 대한 기준을 가지고 있으므로 그것과 여기 입력된 ADC를 비교할 수 있다. 만약 모터 1과 모터 2 간 단락이 발생하면, 각 모터 드라이버는 사전에 결정된 전류가 흐르지 않는 것을 1차적으로 감지할 수 있다. 그리고 전류/전압 모니터는 SCB/SCG/OL 여부를 판단할 수 있다. 위 세 경우가 경우가 아닐 경우 ADC 핀을 모니터 하여 정상 동작 상태일 때의 값과 비교하여 차이 나는 모터를 구분하고 모터 핀간 단락을 추적할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 모터 제어기의 단락 진단 방법을 예시적으로 보여주는 흐름도이다. 도 3 내지 도 5를 참조하면, 모터 제어기의 단락 진단 방법은 다음과 같이 진행될 수 있다.
차동 증폭기에서 직류 모터들의 각각의 동일 극성의 제어핀들 사이의 전압이 증폭될 수 있다(S110). CPU에서 차동 증폭기로부터 증폭된 전압을 이용하여 직류 모터의 단락 여부가 판별될 수 있다(S120).
본 발명에 따른 단계들 및/또는 동작들은 기술분야의 통상의 기술자에 의해 이해될 수 있는 것과 같이, 다른 순서로, 또는 병렬적으로, 또는 다른 에포크(epoch) 등을 위해 다른 실시 예들에서 동시에 일어날 수 있다.
실시 예에 따라서는, 단계들 및/또는 동작들의 일부 또는 전부는 하나 이상의 비-일시적 컴퓨터-판독가능 매체에 저장된 명령, 프로그램, 상호작용 데이터 구조(interactive data structure), 클라이언트 및/또는 서버를 구동하는 하나 이상의 프로세서들을 사용하여 적어도 일부가 구현되거나 또는 수행될 수 있다. 하나 이상의 비-일시적 컴퓨터-판독가능 매체는 예시적으로 소프트웨어, 펌웨어, 하드웨어, 및/또는 그것들의 어떠한 조합일 수 있다. 또한, 본 명세서에서 논의된 "모듈"의 기능은 소프트웨어, 펌웨어, 하드웨어, 및/또는 그것들의 어떠한 조합으로 구현될 수 있다.
본 발명의 실시 예들의 하나 이상의 동작들/단계들/모듈들을 구현/수행하기 위한 하나 이상의 비-일시적 컴퓨터-판독가능 매체 및/또는 수단들은 ASICs(application-specific integrated circuits), 표준 집적 회로들, 마이크로 컨트롤러를 포함하는, 적절한 명령들을 수행하는 컨트롤러, 및/또는 임베디드 컨트롤러, FPGAs(field-programmable gate arrays), CPLDs(complex programmable logic devices), 및 그와 같은 것들을 포함할 수 있지만, 여기에 한정되지는 않는다.
한편, 상술 된 본 발명의 내용은 발명을 실시하기 위한 구체적인 실시 예들에 불과하다. 본 발명은 구체적이고 실제로 이용할 수 있는 수단 자체뿐 아니라, 장차 기술로 활용할 수 있는 추상적이고 개념적인 아이디어인 기술적 사상을 포함할 것이다.
10, 20: 모터
30, 100, 200: 모터 제어기
110: 제 1 모터 드라이버
120: 제 2 모터 드라이버
130: CPU
141, 142: 차동 증폭기
101, 102, 103, 104: 모터 제어핀
SR1, SR2, SR3: 션트 저항

Claims (10)

  1. 복수의 직류 모터들을 제어하는 모터 제어기에 있어서:
    상기 복수의 직류 모터들의 각각에 제어 신호를 전달하는 모터 드라이버들;
    상기 모터 드라이버들의 각각의 양의 모터 제어핀 혹은 음의 모터 제어핀 중에서 적어도 하나의 전류 혹은 전압을 증폭하는 차동 증폭기들; 및
    상기 모터 드라이버들을 제어하고, 상기 차동 증폭기들의 출력 값들을 이용하여 상기 복수의 직류 모터들의 사이의 단락을 진단하는 중앙 처리 장치를 포함하는 모터 제어기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 직류 모터들에 전달되는 제어 신호들은 PWM(pulse width modulation) 신호들이고,
    상기 PWM 신호들의 각각은 서로 다른 주기를 갖는 것을 특징으로 하는 모터 제어기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 차동 증폭기들의 각각은 상기 복수의 직류 모터들 중에서 어느 하나 직류 모터에 대응하는 양의 모터 제어핀과 상기 복수의 직류 모터들 중에서 다른 하나의 직류 모터에 대응하는 양의 모터 제어핀 사이의 전압을 증폭하는 것을 특징으로 하는 모터 제어기.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 차동 증폭기들의 각각은 상기 복수의 직류 모터들 중에서 어느 하나의 직류 모터에 대응하는 음의 모터 제어핀과 상기 복수의 직류 모터들 중에서 다른 하나의 직류 모터에 대응하는 음의 모터 제어핀 사이의 전압을 증폭하는 것을 특징으로 하는 모터 제어기.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 차동 증폭기들의 각각은 대응하는 모터 드라이버의 양의 모터 제어핀에 연결된 션트 저항의 일단과 타단 사이의 전압을 증폭하는 것을 특징으로 하는 모터 제어기.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 차동 증폭기들의 각각은 대응하는 모터 드라이버의 음의 모터 제어핀에 연결된 션트 저항의 일단과 타단 사이의 전압을 증폭하는 것을 특징으로 하는 모터 제어기.
  7. 복수의 직류 모터들을 제어하는 모터 제어기의 단락 진단 방법에 있어서:
    상기 복수의 직류 모터들에 대응하는 양의 모터 제어핀 혹은 음의 모터 제어핀 중에서 적어도 하나의 전류 혹은 전압을 증폭하는 차동 증폭하는 단계; 및
    상기 증폭된 전류 혹은 전압을 이용하여 대응하는 직류 모터들 사이의 단락 여부를 판별하는 단계를 포함하는 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 복수의 직류 모터들의 각각에 대응하는 모터 드라이버로부터 구동 정보를 전송 받는 단계를 더 포함하는 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 직류 모터의 단락 여부를 판별하는 단계는,
    상기 증폭된 전류 혹은 전압과 상기 구동 정보를 비교함으로써 모터의 제어 핀 사이의 단락을 판별하는 단계를 포함하는 방법.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 차동 증폭하는 단계 이후에, 전류/전압 모니터에 의해 각 모터 드라이버에서 사전에 결정된 전류가 흐르지 않는 것을 감지하는 단계;를 더 포함하고,
    상기 판별하는 단계는, 상기 감지 결과에 따라 SCB(short circuit battery)/SCG(short circuit ground)/OL(open load)를 판별하는 단계를 포함하는 방법.
KR1020180116946A 2018-10-01 2018-10-01 모터 제어기 및 그것의 단락 진단 방법 KR102086132B1 (ko)

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미국공개특허: US 2008/0084229, 공개일: 2008년 4월 10일, 제목: SYSTEM AND METHOD FOR LOOK AHEAD DETECTION OF ELECTRICAL PROBLEMS AT A MOTOR OF A VEHICLE.

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