KR102541993B1 - 차량 구동부 모터의 위치센서 - Google Patents

차량 구동부 모터의 위치센서 Download PDF

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Abstract

본 발명의 차량 구동부 모터에 장착되는 차량 구동부 모터의 위치센서는 상기 모터의 샤프트에 고정되어 연동하는 타겟부; 상기 타겟부의 반복 운동에 따라 유도전압이 인가되는 회로부가 형성된 PCB; 상기 PCB가 안착되는 개방된 수용공간이 형성된 바디와, 상기 수용공간의 개방면을 덮는 커버로 형성된 케이스; 및 상기 회로 및 외부장치와 연결되어 유도전압에 대한 정보를 전달하는 연결부;를 포함하고, 상기 회로부는 상기 PCB 둘레를 따라 형성되고, 외부 전압이 인가되는 발신패턴과, 상기 발신패턴의 내측에 일정 패턴으로 반복 형성되고, 유도전압이 인가되는 수신패턴으로 형성되는 것을 특징으로 하여 소형화를 실현하는 동시에 제품 신뢰성을 향상시킨다.

Description

차량 구동부 모터의 위치센서{Position sensor of vehicle driving motor}
본 발명은 위치센서에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 차량 구동부 모터에 장착되는 차량 구동부 모터의 위치센서에 관한 것이다.
종래에는 회전자의 코일과 대향하는 면에 형성되어 금속계의 면적 변화에 의해 발생되는 코일의 인덕턴스 값의 변화를 전기신호로 변환하여 샤프트의 회전 변위를 검출하였다.
이때 회전자에 유도되는 전압의 크기는 코일에 인가되는 자장의 크기에 비례하므로 정밀한 위치 검출을 위해서는 고정자에 고전압 인가가 필요하여 효율이 저하되고, 충분한 인턱터를 확보하기 위하여 일정 이상의 크기가 필요하여 설계상의 제약 및 생산 원가가 증가하는 문제점이 있었다.
또한 회로패턴의 반복 횟수는 모터의 극수에 따라야 하여야 하므로, 모터의 극수가 증가할수록 위치센서의 사이즈가 증가되는 동시에 PCB의 휨 손상 발생 가능성이 증가되어 성능 및 내구성이 저하되는 문제점이 있었다.
본 발명의 실시 예는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 차량의 구동부에 직접 장착되고, 측정의 정확도를 향상시키는 동시에 소형화를 실현하는 차량 구동부 모터의 위치센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 차량 구동부 모터에 장착되는 위치센서는 상기 모터의 샤프트에 고정되어 연동하는 타겟부; 상기 타겟부의 반복 운동에 따라 유도전압이 인가되는 회로부가 형성된 PCB; 상기 PCB가 안착되는 개방된 수용공간이 형성된 바디와, 상기 수용공간의 개방면을 덮는 커버로 형성된 케이스; 및 상기 회로 및 외부장치와 연결되어 유도전압에 대한 정보를 전달하는 연결부;를 포함하고, 상기 회로부는 상기 PCB 둘레를 따라 형성되고, 외부 전압이 인가되는 발신패턴과, 상기 발신패턴의 내측에 일정 패턴으로 반복 형성되고, 유도전압이 인가되는 수신패턴으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 수신패턴은 상기 타켓부의 회전 운동에 의해 서로 다른 전기적 위상을 갖는 유도전압이 인가되는 복수 개로 형성될 수 있으며, 이때 상기 케이스 및 PCB는 동일 중심축을 갖는 호 형상으로 형성되는 것이 바람직하고, 상기 수신패턴은 각각 2n번(n은 자연수) 반복되는 패턴을 가지되, 서로 120도의 전기적 위상차를 갖는 3개로 형성되는 것이 바람직하다.
각 상기 수신패턴은 양 말단이 연결되는 패턴으로 형성되되, 서로 다른 수신패턴의 각 말단이 상기 중심축과 연결되는 동일선상에 형성될 수 있으며, 또한 각 상기 수신패턴은 동일한 변곡점을 가지고, 2번 반복되는 패턴으로 형성될 수 있다.
증폭기를 포함하고, 상기 PCB의 일 측에 설치되어 상기 회로부와 전기적으로 연결되는 IC부;를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 PCB는 상기 수용공간에서 돌출되어 상기 PCB를 고정시키는 고정돌기가 관통하는 관통홀과, 상기 연결부가 관통하는 연결홀이 형성될 수 있다.
이상에서 살펴 본 바와 같이 본 발명의 과제해결 수단에 의해면 다음과 같은 사항을 포함하는 다양한 효과를 기대할 수 있다. 다만, 본 발명이 하기와 같은 효과를 모두 발휘해야 성립되는 것은 아니다.
본 발명의 차량 구동부 모터의 위치센서는 수신패턴에 인가되는 전압 파형의 위상 차이를 통해 위치를 검출하는 방식 채택하여, 상대적으로 적은 인덕터를 사용할 수 있어 차량 구동부 모터의 위치센서의 소형화를 실현하고, 발신패턴의 턴수 저감에 따라 저항감소로 차량 구동부 모터의 위치센서의 온도가 상승되는 것을 방지한다.
따라서 발신패턴의 전압 크기의 증가 없이 발신패턴의 전압의 주파수만을 높이고, 이에 따라 발생되는 와전류에 의해 수신패턴에 유도되는 자기장을 보다 우수하게 상쇄시켜 측정 정확도를 향상시킨다.
또한 타겟부가 친환경 차량의 구동부 모터의 샤프트에 고정되어 함께 회전 운동함으로써 직선운동을 회전운동을 변환할 필요가 없어 정확도 향상 효과를 증대시킨다.
또한 수신패턴은 패턴의 폭을 증가시켜 모터의 극수보다 적은 반복 횟수를 가지도록 형성하여 PCB어셈블리을 C타입으로 형성하여 중공부를 제거함에 따라 손실 비용을 절감시키는 동시에 위치센서의 소형화를 실현하여 PCB의 휨 손상을 최소화하여 제품 내구성 및 신뢰성을 향상시킨다.
도 1은 본 발명의 일실시 예의 위치센서가 샤프트에 설치된 상태의 사시도.
도 2는 도 1의 위치센서의 측면도.
도 3은 도 1의 분해 사시도.
도 4는 도 3의 바디의 사시도.
도 5는 도 4의 바디에 연결부가 설치된 상태의 사시도.
도 6은 도 3의 PCB의 사시도.
도 7은 도 1의 위치센서에서 타겟부와 커버가 제외된 상태의 사시도.
이하 도면을 참조하여, 본 발명의 구체적인 실시 예를 상세히 설명하도록 한다. 다만, 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 하기 위하여 공지된 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
설명의 편의를 위하여, 샤프트가 연장된 방향으로 축방향으로 정의하고, 축방향으로 중심으로 동일한 거리를 연결한 방향을 원주방향으로 정의하며, 축방향을 가로지르는 방향을 반경방향으로 정의한다.
또한 타켓부와 대향하도록 챠량에 설치되어 발생되는 유도전압을 외부 장치로 전달하여 위치를 센싱하는 PCB, 케이스, 고정부, 연결부, 씰 및 방지부는 PCB어셈블리를 구성되는 것으로 정의하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시 예의 위치센서가 샤프트에 설치된 상태의 사시도이고, 도 2는 도 1의 위치센서의 측면도이며, 도 3은 도 1의 분해 사시도이고, 도 4는 도 3의 바디의 사시도이며, 도 5는 도 4의 바디에 연결부가 설치된 상태의 사시도이고, 도 6은 도 3의 PCB의 사시도이며, 도 7은 도 1의 위치센서에서 타겟부와 커버가 제외된 상태의 사시도이다.
도 1 내지 도 7을 참조하면, 차량 구동부 모터에 장착되는 차량 구동부 모터의 위치센서는 상기 모터의 샤프트에 고정되어 연동하는 타겟부, 상기 타겟부의 반복 운동에 따라 유도전압이 인가되는 회로부가 형성된 PCB, 상기 PCB가 안착되는 개방된 수용공간이 형성된 바디와, 상기 수용공간의 개방면을 덮는 커버로 형성된 케이스 및 상기 회로 및 외부장치와 연결되어 유도전압에 대한 정보를 전달하는 연결부를 포함하고, 상기 회로부는 상기 PCB 둘레를 따라 형성되고, 외부 전압이 인가되는 발신패턴과, 상기 발신패턴의 내측에 일정 패턴으로 반복 형성되고, 유도전압이 인가되는 수신패턴으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
이때 증폭기를 포함하고, 상기 PCB의 일 측에 설치되어 상기 회로부와 전기적으로 연결되는 IC부를 더 포함하는 것이 바람직하며, 여기서 차량 구동부 모터는 전지 자동차의 주행을 위한 구동모터뿐만 아니라 하이브리드 자동차의 시동을 위한 HSG 또한 포함한다.
타겟부(100)는 샤프트(20)에 고정되는 고정돌기(111)가 형성된 고정링(110)와, 고정링(110)에서 연장되어 회로에 유도전압을 발생시키는 날개부(120)로 형성된다. 이때 날개부(120)는 전도성 물질로 이루어지고, 회전됨에 따라 회로에 인가되는 유도전압을 변화시키기 위하여 샤프트(20)의 회전축을 기준으로 비대칭으로 형성되거나, 대칭으로 형성되는 경우에는 날개부(120)가 서로 이격되도록 형성된다.
PCB어셈블리는 샤프트(20)에 고정되지 않으나, 타겟부(100)의 대향되어 소정 거리 이격되도록 배치되어 타겟부(100)의 회전에 따라 유도전압이 인가되고, 인가된 유도전압을 외부장치로 전달한다. 따라서 PCB어셈블리는 회로부가 형성된 PCB(200)와, PCB(200)가 수용되는 케이스(300)와, 회로부와 외부장치를 연결하는 연결부(500)로 구성된다.
이하에서는 PCB어셈블리의 각 구성을 보다 구체적으로 설명하도록 한다.
PCB(200)는 내부에 형성된 회로의 양 측으로 절연층이 적층된 기판으로, 회로가 형성된 메인부(210)와, 메인부(210)에서 연장되어 연결부(500)와 연결되는 연장부(220)와, 유도전압이 인가되는 회로부(211)가 형성된다. 이때 메인부(210)와 연장부(220)는 일체로 형성되는 하나의 PCB(200)로 형성되나, 설명의 편의를 위하여 목적에 따라 구분하여 정의하며, 따라서 회로부(211) 또한 메인부(210)와 연장부(220)를 관통하여 형성된다.
메인부(210)는 호 형상으로, 회로부(211)가 패턴으로 형성되고, 이때 회로부(221)는 외부에서 전압이 인가되는 발신패턴(2111)과, 타겟부(100)의 반복 회전에 의해 유도전압이 인가되는 수신패턴(2112)으로 형성되어 위치 측정이 가능하도록 하며, 연장부(220)로 연장되어 IC부 및 연결부(500)와 전기적으로 연결된다.
이때 메인부(210)에는 수용공간(311)에서 PCB(200)가 결합되는 방향으로 돌출된 고정돌기(314)가 관통하는 제1관통홀(212)이 형성되고, 연장부(220)에도 고정돌기(314)가 관통하는 제2관통홀이 형성되어 PCB(200)가 안정적으로 고정될 수 있도록 하며, 제2관통홀(222)은 연결부(500)의 제1단자부(520)가 관통하는 연결홀(221)의 양 측으로 형성되어 회로부(211)와 제1단자부(520)가 보다 안정적으로 전기적 연결되도록 한다.
구체적으로 발신패턴(2111)은 메인부(210)의 둘레를 따라 형성되어, IC부를 통해 외부로부터 전압을 인가되고, 수신패턴(2112)은 외부 전압이 인가된 발신패턴(2111)과 발신패턴(2111) 대향하여 배치되는 타켓부(100)의 날개부(120)가 일정 면적을 기준으로 대향하는 면적이 샤프트(20)의 회전에 의해 지속적으로 변화하면서 유도전압이 인가되고, 변화되는 유도전압의 값을 연결부를 통해 전기적인 신호로 외부 장치에 전달한다.
여기서 발신패턴(2111)은 PCB(200)의 메인부(210)의 둘레를 따라 형성되는 원형 또는 호 형상을 가질 수 있어 호 형상의 PCB(200)에 적합하고, 둘레를 따라 형성되어 내측으로 수신패턴(2112)이 배치할 수 있는 자리를 확보할 수 있어 소형화을 실현을 돕는다.
이때 일 예의 수신패턴(2112)은 2n번(n은 자연수만으로 정의된다.)반복되는 패턴을 가지되, 120도의 전기적 위상차를 갖도록 서로 다른 3개의 반복 패턴으로 형성되고, 각 수신패턴(2112)에서 발생되는 유도전압의 위상은 전기적인 신호로 외부 장치로 전달된다. 이에 따라 외부 장치에서는 3개의 전기적인 위상차를 통해 보다 정확한 위치를 측정한다.
또한 다른 예의 수신패턴(2112)는 2n번 반복되는 패턴을 가지되, 90도의 전기적 위상차를 갖도록 서로 다른 2개의 반복 패턴으로 형성되도, 각 수신패턴(2112)에서 발생되는 유도전압의 위상은 전기적인 신호로 외부 장치로 전달된다. 이에 따라 외부 장치에서는 2개의 전기적인 위상차를 통해 보다 정확한 위치를 측정한다.
여기서 모터의 극수는 항상 N극과, S극이 동시에 존재하고, 멕스웰 방정식 가우스 법칙에 따라 항상 양전하와 음전하가 동시에 존재하여야 하므로, n은 자연수로 정의된다.
또한 각 수신패턴(2112) 발신패턴(2111)에 내측에 양 말단이 연결되는 패턴으로 형성되고, 서로 다른 수신패턴(2112)의 각 말단은 호 형상의 PCB(200)의 중심축과 연결되는 동일선상에 형성되며, 차량 구동부 모터의 위치센서(10)의 소형화를 실현하기 위하여 수신패턴(2112)은 2번 반복되는 패턴을 가지는 것이 바람직하다.
다시 말해 일 예의 차량 구동부 모터의 위치센서(10)는 8극을 가지는 모터를 사용하는 경우에도 2번 반복되는 수신패턴(2112)을 통해 동일한 측정 정확도를 제공한다. 이때 패턴의 반복되는 횟수를 감소시키는 경우 이에 비례하여 수신패턴(2112)에 인가되는 유도전압이 감소하는 문제점은 페러데이 법칙에 의해 유도되는 전압의 크기는 수신 패턴의 면적에 비례하는 점을 고려하여 각 수신패턴(2112)의 반복 횟수를 감소시켜 하나의 수신패턴(2112)이 갖는 면적을 증가시키고, IC부의 내부에 증폭기를 포함시켜 저감분을 보상함으로써 해결한다.
따라서 본 발명의 차량 구동부 모터의 위치센서(10)의 PCB(200)는 호 형상의 가지며, 이에 따라 종래 형성되는 중공을 제외함으로써 생산 과정에서 소실되는 PCB(200)의 줄여 생산성을 향상시키는 효과를 가지며, 수신패턴(2112)의 반복 횟수를 최소화하여 PCB(200) 생산 공정에서 발생할 수 있는 휨 등의 손상을 최소하여 생산성 향상 효과를 증대시키는 동시에 제품 신뢰성 또한 향상시킨다.
또한 차량 구동용 모터의 극수가 증가하는 경우에도, 이에 맞춰 수신패턴(2112)의 반복 횟수를 증가를 필요로 하지 않아 차량 구동용 모터의 위치센서(10)의 소형화를 실현하는 동시에 범용성을 향상시킨다.
또한 복수 개의 수신패턴92112)에 인가되는 유도전압의 위상차를 통해 보다 정확한 위치를 검출하는 방식을 채택하여 수신패턴(2112)에 인가되는 전압의 크기를 증가할 필요하지 않으며, 주파수만을 높여 타겟부(100)의 회전 운동에 의해 수신패턴에 유도되는 자기장을 보다 우수하게 상쇄시켜 측정 정밀도를 향상시키는 효과를 갖는다.
또한 상대적으로 적은 인덕터를 사용하여 정밀한 위치 측정이 가능하여 발신패턴(2111)의 길이 또한 감소시켜 차량 구동부 모터의 위치센서(10)의 소형화를 실현 효과를 극대화하는 동시에 저항 또한 감소되어 PCB(200)의 온도 상승을 감소시켜 제품의 내구성을 향상시키는 효과를 갖는다.
케이스(300)는 PCB(200)가 수용되는 수용공간(311)이 형성되어 외부로부터 PCB(200)를 보호한다. 구체적으로 케이스(300)는 수용공간(311)이 형성된 바디(310)와, 바디(310)의 일 측에 결합되는 커버(320)로 형성되고, 바디(310) 및 커버(320)의 둘레에는 서로 상보적으로 결합되는 단이 형성되어 맞물려 안착되고, 안착된 상태에서 융착되어 견고하게 결합된다.
다만, 바디(310)와 커버(320)의 결합 구조는 다양하게 형성될 수 있으며, PCB어셈블리의 보다 용이하게 유지 보수하기 위하여 바디(310) 및 커버(320) 중 어느 하나에는 결합홈부가 형성되고, 다른 하나에서는 결합홈부에 걸림 고정되는 결합돌기가 형성되어 탄성 변형에 의해 바디(310)와 커버(320)는 원터치로 체결되는 결합 구조가 형성될 수 있다.
바디(310)는 내측으로 PCB(200)가 안착되는 개방된 수용공간(311)과, 연결부(500)가 회로가 전기적으로 연결될 수 있도록 수용공간(311)의 일 측에 형성된 설치부(312)와, PCB어셈블리가 타겟부(100)에 대향하여 차체에 안정적으로 고정될 수 있도록 바디(310)의 외측으로 연장된 체결부(313)와, PCB(200)를 고정하는 고정돌기(314)와, PCB(200)를 수용공간에 안정적으로 안착되는 안착리브(315) 및 완충리브(316)이 형성된다.
이때 바디(310)는 PCB(200)의 형상과 동일한 호 형상을 가지며, 수용공간(311) 또한 이에 따라 호 형상으로 형성되고, 안착리브(315) 또한 수용공간(311)을 따라 연장 형성되되, 일정 간격을 가지며 완충리브(316)가 형성되어 PCB(200)가 안정적으로 수용공간(311)에 안착되도록 하는 동시에 수용공간(311)과의 밀착 면적을 줄여 열 방출이 용이하도록 한다.
삽입리브(3122)는 수용공간(311)에서 돌출되되, 연결부(500)가 삽입되는 방향으로 개방되고, 복수의 와이어부(530)가 각각 고정될 수 있도록 복수 개로 형성되어 플렉서블한 와이어가 밴딩되어 삽입되도록 하며, 고정 후에는 제1단자부(520)가 연결홀(221)의 위치에 각각 대응하여 일차적으로 고정되어 작업성을 향상시킨다.
또한 설치부(312)는 연결부(500)가 수용공간(311)에서 회로와 전기적으로 연결될 수 있도록 일 방향으로 개방된 제1설치홀(3121)이 형성되고, 설치부(312)의 위치에 대응하여 연결부(500)가 일차적으로 고정되는 삽입리브(3122)가 형성되어 PCB어셈블리의 생산성을 향상시킨다.
커버(320) 또한 호 형상으로 형성되어 개방된 수용공간(311)을 덮도록 바디(310)의 일 측에 결합되어 PCB(200)를 외부로부터 안전하게 보호한다.
연결부(500)는 PCB(200)의 연결홀(221)에 삽입되어 회로와 전기적으로 연결되는 제1단자부(520)와, 제1단자부(520)에 연결된 와이어부(530)로 형성되어 외부 전원 전달하는 동시에 수신패턴(2112)에 인가되는 유도전압의 위상 정보를 외부 장치로 전달한다.
다시 말해 본 발명의 차량 구동부 모터의 위치센서(10)는 연결부(500)를 통해 외부에서 전원을 공급받아 발신패턴(2111)으로 전압을 인가하고, 복수의 수신패턴(2112)으로부터 인가되는 유도전압의 각 위상을 전기적인 신호로 외부 장치로 전달하여 위치를 측정한다.
따라서 본 발명의 차량 구동부 모터의 위치센서(10)는 차량 운행에 따라 발생하는 지속적이고 반복적인 진동에도 각 구성이 서로 안정적으로 연결되고, 견고하게 고정될 수 있는 다양한 구조를 제공하하여 탑승자의 안정성 및 제품의 신뢰성을 현저히 향상시킨다.
또한 복수의 수신패턴(2112)의 반복 횟수를 감소시켜 소형화를 실현하는 동시에 면적을 증가시켜 위치 측정의 정확도를 향상시키고, 대부분의 구성이 사출로 생산될 수 있어 설계에 맞춰 다양한 형태로 형성될 수 있으며, 타겟부(100)가 차량 구동 모터의 샤프트(20)에 직접 고정되므로써 운동 형태의 변환 과정 없이 타겟부(100)가 구동 모터의 회전 운동과 함께 회전함으로써 보다 측정 정확도를 보다 향상시키는 효과를 갖는다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시적을 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경 가능한 것은 본 발명의 보호범위에 속한다.
10 위치센서 20 샤프트
100 타겟부 110 고정링 111 고정돌기
120 날개부 200 PCB 210 메인부
211 회로부 2111 발신패턴 2112 수신패턴
212 제1관통홀 220 연장부 221 연결홀
222 제2관통홀
300 케이스 310 바디 311 수용공간
312 설치부 3121 제1설치홀 3122 삽입리브
313 체결부
314 고정돌기 315 안착리브 316 완충리브
320 커버 500 연결부 520 제1단자부
530 와이어부

Claims (9)

  1. 차량 구동부 모터에 장착되는 차량 구동부 모터의 위치센서에 있어서,
    상기 모터의 샤프트에 고정되어 연동하는 타겟부;
    상기 타겟부의 반복 운동에 따라 유도전압이 인가되는 회로부가 형성된 호 형상의 PCB;
    상기 PCB가 안착되는 개방된 수용공간이 형성된 바디와, 상기 수용공간의 개방면을 덮는 커버로 형성된 호 형상의 케이스; 및
    상기 회로 및 외부장치와 연결되어 유도전압에 대한 정보를 전달하는 연결부;를 포함하고,
    상기 회로부는
    상기 PCB의 둘레를 따라 형성되고, 외부 전압이 인가되는 발신패턴과, 상기 발신패턴의 내측에 일정 패턴으로 반복 형성되고, 유도전압이 인가되는 수신패턴으로 형성되며,
    상기 수신패턴은
    상기 타겟부의 회전 운동에 의해 서로 다른 전기적 위상을 갖는 유도전압이 인가되도록 동일한 변곡점을 가지고 2번 반복되는 패턴을 가지며, 서로 120 도의 전기적 위상차를 갖는 3개로 형성되되,
    각 상기 수신패턴의 양 말단은 서로 연결되고, 서로 다른 상기 수신패턴의 일 측의 각 말단과 상기 PCB의 중심축은 동일선상에 형성되는 것을 특징으로 하는 차량 구동부 모터의 위치센서.
  2. 삭제
  3. 삭제
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  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    증폭기를 포함하고, 상기 PCB의 일 측에 설치되어 상기 회로부와 전기적으로 연결되는 IC부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 구동부 모터의 위치센서.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 PCB는
    상기 수용공간에서 돌출되어 상기 PCB를 고정시키는 고정돌기가 관통하는 관통홀과, 상기 연결부가 관통하는 연결홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 차량 구동부 모터의 위치센서.
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    상기 발신패턴은
    상기 PCB의 둘레를 따라 형성되는 원형이나, 상기 PCB의 내측 및 외측 외주면에 각각 형성되는 호 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 차량 구동부 모터의 위치센서.
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