KR20020064360A - 전기 모터 구동식 펌프 및 펌프 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 펌프 챔버(11)를 포함하는 펌프 헤드(12)와, 고정자(40) 및 회전자(38)를 포함하며 펌프 헤드(12)를 작동하는 전기 모터(14)를 가지며, 펌프 헤드(12)와 연결되며 펌프 챔버(11)에 대해 개방된 회전자 챔버(82) 내에 상기 회전자(38)가 배치되는 펌프에 관한 것이다.
회전자 챔버(82) 주위에 반경 방향으로 배치된 고정자(40)는 고정자(40)에 속한 밀폐벽(51)과 적어도 하나의 하우징 벽(64)에 의해 공급 매질에 대해 밀폐되는 것이 제안된다.
Description
이러한 유형의 펌프는 유체 이송 또는 유압 상승을 위해 사용되어 왔으며, 오래전부터 예를 들어 히터 순환부에서 물펌프로 사용되어 왔다.
유럽 특허 제0 778 649호에는 차량 엔진의 냉각수 펌프로 사용되는 펌프 모터 유닛이 공지되어 있다. 유럽 특허 제0 778 649호에 기재된 펌프 모터 유닛은 전자 정류식 직류 모터에 의해 작동되는 원심 펌프에 관한 것이다. 원심 펌프와 직류 모터는 냉각체를 통해 서로 연결된다. 펌프 하우징과 냉각체 사이에는 적합한 재료로 구성되며 전기 모터의 회전자를 고정자로부터 분리하는 간극 포트가 위치한다. 펌프 하우징과 간극 포트(pot) 사이에 배치된 패킹은 외부 유체로 충전된 회전자 챔버를 외부 고정자 챔버에 대해 밀폐시킨다.
상기 유럽 특허 제0 778 649호에 설명된 펌프 모터 유닛 및 모든 비교 가능한 펌프의 단점은 전기 모터의 고정자와 회전자 사이에, 분할 케이지 모터(splitcage motor)의 효율에 부정적으로 작용하는 공극이 형성된다는 것이다. 간극 포트의 재료 강도를 제한함으로써 공극을 감소시키는 간극 포트에서의 기계적 불안정성을 야기시킨다. 이는 펌프의 시기적으로 이른 고장을 초래한다.
또한, 유럽 특허 제0 778 649호에서 제안된 것과 같은 추가의 수동 냉각체에 의한 제어 모터의 전자 출력 장치의 냉각은 -추가의 간극 포트의 절대 필요성에 부가적으로- 상기 유형의 펌프의 복잡성을 증대시킨다.
유럽 특허 제0 713 282호에 공개된 펌프용 분할 케이지 모터는 회전자와 고정자 사이에 배치된 간극 포트를 갖는다. 고정자는 박막 슬리브 형태의, 특히 라미네이트 본체를 포함한다. 상기 본체는 그 외측에 반경 방향을 향한 웨브를 지지하며, 상기 웨브는 고정자 코일을 포함하며 그 원통형 내측은 적어도 부분적으로 분할 케이지에 지지된다. 여기에서, 추가의 간극 포트의 밀폐와 소비적인 조립이 단점이 된다. 슬롯 튜브는 고정자와 회전자 사이에서 장착되어 밀폐되어야 한다.
유럽 특허 제0713 282호의 분할 케이지 모터의 전자 제어 및 조정 장치는 모듈로 구성되며 소비적인 냉각제가 요구된다. 전자 모듈의 하우징측은 고정자 코일에 형태 맞춤식으로 지지된다. 전자 장치에 의해 형성된 열 에너지는 회로 하우징을 통해 고정자 권선부를 갖는 모터 하우징에 전달된다. 이는 수용된 열 에너지를 간극 포트를 통해 다시 공급 매질에 전달한다.
본 발명은 청구항 제1항의 상위 개념에 따른 펌프 헤드와, 펌프 헤드를 구동시키는 전기 모터를 구비한 펌프 및 청구항 제20항에 따른 상기 펌프를 제조하는 방법에 관한 것이다.
도1은 본 발명에 따른 전기 모터 구동식 펌프의 종단면도이다.
도2는 본 발명에 따른 전기 모터 구동식 펌프의 고정자의 단면도이다.
도3은 본 발명에 따른 전기 모터 구동식 펌프의 고정자의 상세도이다.
청구항 제1항에 따른 특징으로 갖는 본 발명에 따른 펌프는 간단한 방법으로 고정자 챔버에 대해 펌핑 매질 쪽으로 개방된 회전자 챔버의 밀폐가 가능하며, 추가적으로 펌프 모터의 전자 장치의 바람직한 냉각이 달성되는 장점을 가진다.
이를 통해, 간극 포트의 밀폐벽은 고정자에 직접 속하며, 슬롯 튜브의 추가 부품은 생략될 수 있다. 본 발명에 따른 펌프의 조립 및 밀폐 시에 고정자와 회전자 사이의 공극 튜브를 배치하는 조립 과정이 생략됨으로써, 본 발명의 펌프의 제조가 간단해 지며 비용이 감소된다.
종속항에서 설명되는 방법을 통해 청구항 제1항에 기재된 펌프의 유리한 구성 및 개선이 가능하다.
본 발명에 따른 펌프의 바람직한 구성은 펌프 헤드를 구동하는 전기 모터 및 전기 모터의 제어를 위해 사용되는 전자 회로부가 공통으로 하나의 하우징 내에 배치되는 것이다. 상기 하우징은 단일편 하우징일 수 있거나 또는 각각의 기능부들(펌프, 모터, 회로부)에 배치되어 서로 연결되는 다수의 부품으로 구성될 수 있다. 이와 같이, 모터 하우징은 하우징부로 그리고 전자 장치용 냉각체로도 사용될 수 있다.
모터 하우징과 단일편으로 구성된 벽은 본 발명에 따른 펌프에 필요한 기계적 안정성을 제공하며, 동시에 회전자 챔버의 밀폐에 기여한다. 상기 벽은 특히, 강성 및 열전달에서 장점을 갖는 금속으로 제조될 수 있다. 이로써, 원칙적으로 본 발명에 따른 펌프의 펌프 하우징을 위한 단지 하나의 금속 부품만을 사용하는 것이 가능하며, 이는 상기 유형의 펌프 비용을 확실히 감소한다.
고정자와 확실히 연결되며 고정자 챔버를 반경 방향으로 한정하는 밀폐벽은 추가적인 별도 부품 형태의 슬롯 튜브를 필요로 하지 않는다. 고정자와 회전자 사이를 밀폐하기 위한 자체 부품이 더 이상 필요하지 않다. 특히, 상기 밀폐벽은 회전자 챔버의 주연 방향으로 완전히 페쇄되는, 고정자의 케이스로써 구성될 수 있다. 고정자의 케이스는 유리하게는 플라스틱으로 또는 다른 적절한 재료로 간단하게 제조될 수 있다.
또한, 플라스틱으로된, 고정자의 케이스는 예를 들어 별도의 철심층으로 구성될 수 있는 고정자 극치(pole tooth)가 간단하고 유리한 방법으로 플라스틱에 사출 성형되어 고정될 수 있다. 또한, 플라스틱 케이스에 의해 고정자 챔버와 회전자 챔버 사이의 밀폐 요소에는 분리된 슬롯 튜브이 원래의 개념으로는 충족시킬 수 없는 일련의 다른 기능이 전달될 수 있다. 고정자 챔버에 대해 펌핑 매질을 안내하는 회전자 챔버의 밀폐에 부가적으로 고정자 철심층은 사출 성형에 의해 예를 들어 회전에 대해 고정된다. 이는 철심층의 간단하며 확실한 고정을 의미한다. 사출된 고정자는 마찬가지로 고정자 권선부의 권선체가 사출 성형 공정 중에 직접 구성되는 것을 허용한다. 고정자 권선부의 접속을 위해 필요한 접속 포켓은 고정자에서 필요한 다른 고정부와 마찬가지로 바람직하게는 사출 성형 공정에서 직접 성형될 수 있다. 이는 고정자의 구조 및 밀폐를 간단히 하며 부품 수를 감소시키며 본 발명에 따른 펌프의 조립을 용이하게 한다. 종래의 분할 케이지 모터의 구성에서는 이러한 점들이 구현될 수 없다.
고정자가 모터 하우징 벽, 특히 금속으로된 벽과 연결되면, 상기 벽은 발생하는 힘과 모멘트를 수용할 수 있다. 상기 금속벽은 그 열 전달성을 기초로 바람직하게는 펌프 모터의 전자 장치용 냉각체로서 직접 사용될 수 있다. 전자 회로요소가 금속벽 상에 직접 배치되면 전자 회로 요소는 바람직하게 냉각된다. 경우에 따라서, 부품과 냉각체 사이에 열전달 박막이 놓일 수 있다. 전자 장치의 출력 부품이 스프링을 통해 냉각면에 지지되거나 또는 전자 절연 접착제를 통해 직접 냉각면에 열적으로 연결되는 것도 생각할 수 있다. 이로써, 전자 장치의 출력 부품으로부터 금속 모터 하우징으로의 양호한 열전달이 보장된다.
금속 냉각벽이 자체적으로 활성화되어 추가로 냉각되면, 전자 제어 장치의 요소들의 냉각의 다른 명확한 개선은 달성될 수 있다. 이러한 이유로, 본 발명에 따른 펌프에서는 펌핑되는 유체의 일부가 모터측 냉각벽을 통과한다. 엔진의 바람직한 냉각수 온도가 주변 온도보다 낮기 때문에 이러한 방식의 냉각이 가능하다. 금속벽의 냉각을 위해 펌프 헤드 내에서 압력측에는, 채널을 통해 전기 모터의 공통의 축에서 임펠러와 펌프의 흡입측에 대한 연결을 형성하는 개구가 제공된다. 이로써, 회전자 상에는 펌프의 전체 압력 편차가 가해짐으로써, 모터 하우징의 냉각면을 정확하게 통과하는, 펌핑되는 유체의 2차 관류가 구현된다.
전기 모터는 전자 출력 장치를 구비한 회로부와 펌프 헤드 사이에 유리하게 배치된다. 이는 본 발명에 따른 펌프의 공간 절약적이며 소형 구조를 가능케한다. 펌프를 구동할 수 있는 전자 정류식 직류 모터는 냉각제 유동부, 예를 들어 엔진을 갖는 차량의 냉각 또는 가열 순환부의 정확한 조절을 보장한다. 이는 다시 정확하게 적응된 열 방출과 무엇보다도 최적의 차량 엔진 효율도 및 최적의 연료 소비를 가능케 한다.
도1은 전자 정류식 무 브러쉬 전기 모터(14)에 의해 작동되는 펌프 헤드(12)와 전기 모터(14)의 제어를 위한 회로부(6)로 구성되며, 본 발명에 따른 전기 모터 구동식 펌프(10)의 실시예의 종단면도를 도시한다.
펌프 헤드(12)는 구동축(20)에 고정된 임펠러(22)가 펌프 챔버(11)에 위치하는 펌프 하우징(18)을 포함한다. 임펠러(22)는 펌핑되어야 하는 유체의 이송과 압력 상승을 위한 블레이드(24)를 구비한다. 또한, 펌프 하우징은 펌프의 압력측에 도1에 완전히 도시되지 않은 유출 개구(30)를 포함한다. 흡입 개구(26)는 펌프(10)의 임펠러(22)의 블레이드(24)에 합류된다. 펌프 하우징(18)은 본 발명에 따른 펌프(10)의 도시된 실시예에서 플랜지(32)를 통해 모터 하우징(34)과 연결되며 두 하우징부 상에 위치하는 O-링(36)을 통해 밀폐된다. 펌프 헤드(12)와 모터 하우징(30)과의 안정된 결합을 위해 다양한 체결 가능성을 생각할 수 있는데, 그 중 본원에서는 나사 결합, 리벳팅, 접착 등을 들 수 있다.
본 발명에 따른 펌프(10)의 전기 모터(14)는 모터 하우징(34) 내에 배치된 회전자(38)와 회전자의 반경 방향을 둘러싸는 고정자(40)를 포함한다. 고정자(40)는 다수의 고정자 극을 형성하는 연철 치(tooth)가 직접 사출 성형되는 플라스틱 지지부(42)로 구성된다. 연철 치는 예를 들어 도1에 도시된 바와 같이 철판층 형태로 구성된다.
도2는 고정자(40)의 단면도를 도시한다. 플라스틱 지지부(42)와 그 안에 사출된 다수의 극치(44)들을 볼 수 있다. 플라스틱 지지부(42)는 회전자(38)에 대면한 내측(48)에 (도2에서 그 반부만 도시됨) 완전 폐쇄된 고정자(40)의 플라스틱 케이스를 형성한다. 플라스틱 케이스(50)는, 플라스틱 케이스가 내부에 놓인 즉 플라스틱 지지부(42)의 중간 챔버(52) 내에 놓인 회전자(38)를 고정자(40)쪽으로 밀폐시키도록 구성된다. 고정자 극치(44)들의 플라스틱 케이스(50)는 고정자용 밀폐벽(51)으로만 사용되는 것이 아니라 고정자 권선부(58)의 코일(56)을 위한 코일 본체(54)와 지지체로도 사용된다.
도3은 고정자(40) 코일(56)용 지지체(54)의 가능한 구현성을 도시한다. 극치(44)들의 플라스틱 케이스(50)는 권선부(58)의 코일(56)을 위한 안정된 수용부를 제공하도록 구성된다. 도3에 도시된 바와 같이, 권선(62)을 위한 추가의 접속 포켓(60) 및 필요한 다른 고정 수단은 성형 공정을 통해 고정자(40)의 플라스틱 지지부(42)에 직접 성형된다.
고정자(40)의 플라스틱 지지부(42)는 축방향으로 모터 하우징(34)의 벽(64)에 회전 불가능하게 고정되어 추가적으로 밀폐 요소(66)를 통해 모터 하우징(34)을 밀폐시킨다. 도시된 실시예에서, 펌프 헤드(12)로부터 반대쪽의 모터 하우징(34) 벽(64)은 모터 하우징(34)과 단일편으로 형성되며 -본 실시예에서 다수의 핀(68)으로 실시된- 고정자(40)의 고정을 위한 고정부를 포함한다. 또한, 하우징 벽(64)은 전기 모터(14)와 회로부(16)의 하나 이상의 전기적 연결부(72)를 위한 다수의 관통부를 포함한다. 하우징 벽(64)은 -양호하게는 모터 하우징(34)은- 모터의 힘과 모멘트를 더 양호하게 수용할 수 있도록, 그리고 고정자(40)의 확실한 고정을 보장하도록 금속으로 구성된다. 또한, 열 전달의 이유로 냉각벽(65)이 금속벽으로 제공된다. 하우징 벽(64)은 -본 실시예에서 단일편으로 구성된- 추가의 고정부(74)를 가지며, 상기 고정부에는 모터축(20)의 제1 베어링(76)이 배치된다.
플라스틱 지지부(42)에 의해 덮힌, 고정자(40)의 내실(52) 및 이에 상응하여 덮힌, 모터 하우징(34)의 하우징 벽(64) 영역은 전기 모터(14)의 회전자(38)가 회전하는 컵형 챔버(78)를 형성한다. 회전자(38)는 본 실시예에서 임펠러(22)의 구동축(20)인 축에 확실히 고정된다. 회전자(38)는 축방향으로 영구 자석(80)을 지지하며, 영구 자석은 그 전체 주연에 걸쳐 동일하게 확장된다. 하나의 고정자 챔버(82)를 형성하는 컵형 챔버(78)는 반경 방향으로 직선으로 고정자의 축으로부터 먼 부분이 고정자(40)의 플라스틱 케이스(50)의 내측(48)의 아주 가까이에서 회전하나, 접촉되지는 않을 정도의 크기를 갖도록 구성된다. 고정자(40)에서 본 발명에 따른 플라스틱 케이스(50)를 통해 전기 모터(14)의 고정자와 회전자(38) 사이의 간극은 매우 작게 유지될 수 있다.
고정자 챔버(82)는 펌프 헤드(12)에 대해 벽(84)과 밀폐 요소(86)를 통해 폐쇄된다. 회전자 챔버(82)의 벽(84)은 펌프(10)의 구동축(20)을 위한 제2 베어링을 지지한다. 또한, 펌프 헤드측 벽(84)은 펌프(10)의 압력측에 대한 개구(90)을 포함한다.
펌프 헤드측 회전자 챔버 벽(84)의 압력측 개구(90)를 통해, 공급 유체의 일부가 회전자 챔버(82)에 도달하여, 회전자(38) 및 특히 구동축(20)의 베어링(76, 88)을 냉각시킨다. 회전자 챔버(82) 내에 도달한 유체는 회로측 모터 하우징 벽을 따라 유동되어 마찬가지로 이를 냉각시킨다. 모터(14)와 펌프 헤드(12)의 공통 구동축(20) 채널(92)을 통해 유체는 화살표(94) 방향으로 다시 회전자 챔버(82)로부터 펌프 헤드(12)의 흡입측 개구(90) 영역 내로 도달한다.
펌프 헤드(12)로부터 반대쪽의 모터 하우징(34)측에는 본 발명에 따른 펌프(10의 제어 및 조정을 위한 회로부(16)가 위치한다. 회로부(16)는 도시된 실시에에서 단일편으로 모터 하우징(34)과 연결되며, 바람직하게는 상기 하우징과 하우징벽(64)을 분할한다. 모터(14)로부터 반대쪽의 하우징벽(64)측에는 전기 모터(14)의 전자 회로(98)의 출력 요소(96)가 고정된다. 예를 들어 트랜지스터일 수 있는 출력 요소(96)는 본 실시예에서 하우징벽(64)에 직접 배치되어, 회로부(16)의 전자 부품들과 벽(64) 사이에 양호한 열전달이 형성된다. 전자 장치(98)에 의해 형성된 열은 신속히 -본 실시예에서 금속- 하우징벽(64)으로 전달된다. 그러나, 냉각되어야 할 회로 요소(16)의 부품들이 스프링에 의해 하우징벽(64)에 압착되는 것도 생각할 수 있다. 전자 부품(98)의 열적 결합을 위한 전자 차폐 접착제을 이용하여 냉각벽(64)에 직접 접착하는 것도 가능하다.
또한, 하우징벽(64)에는 모터측에서 펌핑되어야 하는 유체가 적어도 부분적으로 환류됨으로써 회로부(16)의 부품들에 대해 실질적으로 개선된 열방출이 달성된다.
회로부(16)는 본 실시예에서 펌프(10)의 모터 하우징(34)에 직접 장착된 덮개(100)에 의해 폐쇄된다. 덮개(100)는 삽입, 나사 결합, 리벳팅, 접착 또는 상응하는 다른 기술로 모터 하우징(34)에 확실하게, 경우에 따라서는 가역적으로 고정될 수 있다. 회로부(16)의 덮개(100)는 도시된 실시예에서 본 발명에 따른 펌프(10)의 외부 전압 공급용 연결부(10)를 가진다.
본 발명은 전기 작동식 펌프의 상술된 실시예에 한정되는 것은 아니다. 경우에 따라서 고정자와 단일편으로 연결된 밀폐벽이 양호하게 사용될 수 있다.
Claims (20)
- 펌프 챔버(11)를 포함하는 펌프 헤드(12)와, 고정자(40) 및 회전자(38)를 포함하며 펌프 헤드(12)를 작동하는 전기 모터(14)를 가지며, 펌프 헤드(12)와 연결되며 펌프 챔버(11)에 대해 개방된 회전자 챔버(82) 내에 상기 회전자(38)가 배치되는 펌프에 있어서,고정자(40)는 회전자 챔버(82) 주위에 반경 방향으로 배치되며, 회전자 챔버(82)는 고정자(40)에 속한 밀폐벽(51)에 의해 그리고 펌프 하우징(18)의 적어도 하나의 벽에 의해 펌프 챔버(11)에 대해 밀폐되는 것을 특징으로 하는 펌프.
- 제1항에 있어서, 펌프 헤드(12), 전기 모터(14) 및 전기 모터(14) 제어를 위한 전자 회로부(16)가 공통의, 특히 세부분으로 된 펌프 하우징(18) 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 펌프.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 회전자 챔버(82)를 한정하는 적어도 하나의 벽(64)이 전기 모터(14)의 모터 하우징(34)과 단일편으로 구성되는 것을 특징으로 하는 펌프.
- 제3항에 있어서, 회전자 챔버(82)를 반경 방향으로 한정하며 고정자(40)에 속한 밀폐벽(51)은 탄성 밀폐 수단(66)을 이용하여 회전자 챔버(82)를 밀폐하는 것을 특징으로 하는 펌프.
- 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 회전자 챔버(82)를 반경 방향으로 한정하는 밀폐벽(51)이 고정자(40)와 확실하게 결합되는 것을 특징으로 하는 펌프.
- 제5항에 있어서, 밀폐벽(51)은 회전자 챔버(82)의 반경 방향으로 완전히 폐쇄된, 고정자(40)의 케이스(50)로 구성되는 것을 특징으로 하는 펌프.
- 제6항에 있어서, 고정자 챔버(82)의 주연 방향으로 완전히 폐쇄된, 고정자(40)의 케이스(50)가 플라스틱으로 구성되는 것을 특징으로 하는 펌프.
- 제6항 또는 제7항에 있어서, 고정자(40)의 케이스(50) 내로 고정자(40)의 극치(44)가 사출 성형되는 것을 특징으로 하는 펌프.
- 제7항 또는 제8항에 있어서, 고정자(40)의 플라스틱 케이스(50)는 고정자 권선부(56)의 코일체(54)로 사용되도록 성형되는 것을 특징으로 하는 펌프.
- 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 고정자(40)는 모터 하우징(34)과 연결되는 것을 특징으로 하는 펌프.
- 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 회로부(16)를 포함하는 적어도 하나의 벽(64)이 모터 하우징(34)과 단일편으로 구성되는 것을 특징으로 하는 펌프.
- 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 회로부(16)의 적어도 하나의 전자 부품(96)이 펌핑 매질에 의해 냉각된 냉각벽(65)에 배치되는 것을 특징으로 하는 펌프.
- 제11항 및 제12항에 있어서, 상기 냉각벽(65)은 모터 하우징(34)의 벽(64)인 것을 특징으로 하는 펌프.
- 제12항 또는 제13항에 있어서, 펌핑 매질의 유동 용적은 펌프 헤드(12)의 압력측으로부터 냉각벽(65)을 지나 펌프 헤드(12)의 흡입측으로 유동되는 것을 특징으로 하는 펌프.
- 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 전자 회로부(16)는 펌프 헤드(12)의 반대쪽의 모터 하우징(34) 측에 배치되는 것을 특징으로 하는 펌프.
- 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 전기 모터(14)의 축은 동시에 펌프 헤드(12)의 구동축(20)인 것을 특징으로 하는 펌프.
- 제16항에 있어서, 펌핑 매질은 모터(14)의 구동축(20) 내의 채널(92)을 통해 흡입측으로 유동되는 것을 특징으로 하는 펌프.
- 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 전기 모터(14)는 전기 정류식 직류 모터인 것을 특징으로 하는 펌프.
- 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 펌프는 차량에 사용되는 물펌프인 것을 특징으로 하는 펌프.
- 펌프 헤드(12)와, 고정자(40) 및 회전자(38)를 구비한 전기 모터(14)를 포함하는 펌프(10), 특히 차량의 냉각 순환부 및 가열 순환부용 액체 펌프의 제조 방법에 있어서,펌프 헤드(12)를 작동시키는 전기 모터(14)의 고정자(40)는 고정자 극치(44)를 사출 성형, 특히 플라스틱 사출 성형함으로써 제조되며, 플라스틱 내로 고정자 극치(44)를 사출 성형할 때, 고정자 극치(44)가 회전 불가능하며 플라스틱 케이스(50) 내에 확실히 고정되며, 플라스틱 케이스(50)가 고정자 권선부(56)의 지지부(54)로 성형되며, 플라스틱 케이스(50)가 고정자(40)를 공급 매질에 대해 개방된, 전기 모터(14)의 고정자 챔버(82)에 대해 밀폐할 수 있도록 플라스틱 케이스(50)가 성형되는 것을 특징으로 하는 방법.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E601 | Decision to refuse application |