KR20070008173A - 하이브리드 인덕션 모터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하이브리드 인덕션 모터에 관한 것이다. 본 발명은 고정자, 회전자, 상기 회전자의 회전력을 전달하는 회전축 및 상기 고정자와 상기 회전자 사이에서 상기 고정자에서 발생되는 회전자계로 회전함과 동시에 회전자계를 발생시켜 상기 회전자를 회전시키는 영구자석 회전자를 포함하여 이루어지는 하이브리드 인덕션 모터에 있어서, 상기 영구자석 회전자는, 중공의 원통형 영구자석 및 상기 영구자석을 지지하는 영구자석 프레임을 포함하여 이루어지며, 상기 영구자석 프레임은, 중공의 원통형으로 일측이 상기 영구자석을 지지하는 영구자석 이음부; 상기 영구자석 프레임 중심에서 상기 회전축을 회전 가능하게 지지하는 베어링이 구비되는 베어링부; 및 상기 베어링부에서 상기 영구자석 이음부로 방사상으로 연장되어 상기 베어링부와 상기 영구자석 이음부를 연결하는 복수개의 연결부재를 포함하여 이루어지는 하이브리드 인덕션 모터를 제공한다.

본 발명에 의하면, 효율이 개선되고 방열 기능이 부가된 하이브리드 인덕션 모터가 제공되는 효과가 있다.

HIM, 하이브리드 인덕션 모터, 영구자석 회전자

Description

하이브리드 인덕션 모터{hybrid induction motor}

도 1은 종래의 하이브리드 인덕션 모터의 측단면도.

도 2는 도 1의 A-A' 부분의 단면도.

도 3은 종래의 하이브리드 인덕션 모터의 영구자석 회전자의 사시도.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 인덕션 모터의 영구자석 회전자.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 하이브리드 인덕션 모터의 영구자석 회전자.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1: 하이브리드 인덕션 모터 10 : 고정자

20 : 회전자 30 : 영구자석 회전자

34 : 베어링부 40 : 회전축

130 : 영구자석 프레임 140 : 연결부재

221 : 돌출부 222 : 공기창

240 : 연결부재

본 발명은 하이브리드 인덕션 모터(hybrid induction motor)(이하 'HIM' 이라 한다)에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 효율이 개선되고 방열 기능이 부가된 하이브리드 인덕션 모터에 관한 것이다.

도 1은 종래의 HIM의 측단면도이고, 도 1의 A-A' 부분의 단면도이다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 HIM은 고정자, 회전자, 영구자석 회전자, 회전축 및 브라켓을 포함하여 이루어져 있다.

상기 고정자(10)는, 예를 들어 규소 강판이 적층되어 형성되는 고정자 코어(11)와 고정자 코일(12) 포함하여 이루어진다. 여기서 상기 고정자 코어를 형성하는 강판은 내부가 중공이며, 내주를 따라 소정 각도로 배치되어 반경 방향 내측으로 돌출되는 티스(13) 및 상기 티스와 티스 사이의 공간부인 슬롯(14)이 형성된다. 그리고, 상기 고정자 코일(12)은 상기 고정자의 슬롯(14)에 삽입되어 상기 티스(13)에 감도록 구성되어 있다.

상기 회전자(20)는, 일반적으로 농형(籠形) 회전자(squirrel cage rotor)가 많이 사용되며, 도 1 및 도 2에 도시된 회전자는 상기 농형 회전자를 도시한 것이다.

이러한 회전자(20)는 중심에서 소정 반경의 외주를 따라 소정 각도로 배치된 복수개의 슬롯(21)이 형성된 강판을 적층하여 형성한다. 그리고, 상기 회전자는 상기 회전자 코어의 슬롯(21) 내에 삽입되는 봉 형상의 도체바(22)를 포함하며, 이러한 봉 형상의 도체바는 보통 구리 또는 알루미늄 봉이 사용된다.

그리고, 상기 농형 회전자(20)의 양단부는 상기 도체바(22)를 통한 전기적 단락을 이루기 위하여 앤드링(23)으로 연결되며, 일반적으로 이는 알루미늄 다이캐스팅으로 형성된다.

한편, 상기 회전자(20)는 중심부에는 축공(24)이 형성된다. 상기 축공에는 상기 회전자의 회전력을 외부로 전달하는 회전축(40)이 압입되어 상기 회전자와 상기 회전축은 일체로 회전하게 된다.

상기 영구자석 회전자(30)는 상기 고정자(10)와 상기 회전자(20) 사이에 소정 간격을 두고 회전 가능한 영구자석(31)과 상기 영구자석을 상기 회전축(40)에 회전 가능하게 지지하는 영구자석 프레임(32)을 포함하여 이루어진다. 여기서, 상기 영구자석 프레임(32)은 회전 중심에 베어링부(33)가 형성되어 상기 베어링부에 예를 들어 볼 베어링(34)이 압입되어 상기 영구자석 회전자가 상기 회전축(40)에 대하여 회전 가능하게 지지된다.

도 3은 종래의 영구자석 회전자를 도시한 사시도이며, 도시된 바와 같이 상기 영구자석 회전자는 원통 형상의 영구자석(31)과 컵 형상의 영구자석 프레임(32)으로 이루어진다. 여기서, 상기 영구자석(31)과 상기 영구자석 프레임(32)은 예를 들어 접착제를 통하여 서로 결합된다.

그리고, 일반적인 HIM(1)은 상기 고정자(10)와 결합하여 상기 HIM의 외관을 형성하고 내부에 수용되는 여러 가지 구성들을 보호하는 브라켓(50)을 포함하여 이루어진다. 여기서, 상기 회전축(40)은 상기 브라켓(50)을 관통하고, 상기 회전축은 상기 브라켓(50)에 대하여 예를 들어 베어링(51)에 의해서 회전 가능하게 지지 된다.

그러나, 종래의 HIM(1)에서 상기 영구자석 프레임(32)은 단순히 상기 고정자(10)와 상기 회전자(20) 사이에서 소정 간격을 유지하여 상기 영구자석(31)을 회전 가능하게 상기 회전축(40)에 고정 결합시키는 기능만을 수행하였다. 여기서, 상기 영구자석 회전자는 모터의 효율을 보다 높이기 위해서 관성이 보다 작은 것이 요구되는 바, 종래의 영구자석 프레임의 관성을 더욱 줄여야 할 필요성이 있었다.

한편, 상기 HIM의 작동시에는 상기 고정자의 고정자 코어(11)와 고정자 코(12)일에 열이 발생하며, HIM의 효율을 높이고 내구성을 높이기 위하여 이렇게 발생된 열을 효과적으로 방열하는 것이 필요하다. 이러한 필요성은 상기 HIM이 작동되는 환경이 비교적 고온인 경우에는 더욱 크다. 따라서 별개의 방열 수단이 구비되지 않고서도 상기 발생된 열을 효과적으로 방열시키는 방안이 요청되었다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 저관성이며 방열 기능을 갖는 영구자석 프레임을 구비하여 효율 및 내구성을 증진시킨 HIM을 제공하는 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 고정자, 회전자, 상기 회전자의 회전력을 전달하는 회전축 및 상기 고정자와 상기 회전자 사이에서 상기 고정자에서 발생되는 회전자계로 회전함과 동시에 회전자계를 발생시켜 상기 회전자를 회전시키는 영구자석 회전자를 포함하여 이루어지는 하이브리드 인덕션 모터에 있어서, 상기 영구자석 회전자는, 중공의 원통형 영구자석 및 상기 영구자석을 지지하는 영구자석 프레임을 포함하여 이루어지며, 상기 영구자석 프레임은, 중공의 원통형으로 일측이 상기 영구자석을 지지하는 영구자석 이음부; 상기 영구자석 프레임 중심에서 상기 회전축에 대하여 회전 가능하게 지지하기 위한 베어링부; 및 상기 베어링부에서 상기 영구자석 이음부로 방사상으로 연장되어 상기 베어링부와 상기 영구자석 이음부를 연결하는 복수개의 연결부재를 포함하여 이루어지는 하이브리드 인덕션 모터를 제공한다.

여기서, 상기 연결부재는 각각 상기 회전축을 기준으로 회전시 상기 회전축 방향과 나란한 방향으로 기류를 발생시키는 회전 날개 형상으로 형성됨이 바람직하고, 상기 영구자석 이음부의 외주면에는 유로가 형성되도록 소정 각도로 배치된 복수개의 공기창이 형성됨이 바람직하다. 이는, 유로가 원활히 형성되게 하기 위함이다.

한편, 상기 영구자석 이음부의 외주면에는 반경 방향 외측으로 돌출되어 상기 회전축을 기준으로 회전시 상기 회전축에 대하여 나선 방향으로 기류를 발생시키는 복수개의 돌출부가 구비될 수도 있다. 이러한 경우, 상기 돌출부는 상기 영구자석 이음부의 외주면에 반경 방향으로 대칭되도록 소정 각도 간격으로 배치됨이 바람직하다.

그리고, 상기 돌출부 각각과 인접한 상기 영구자석 이음부의 외주면에는 유로가 형성되도록 공기창이 형성됨이 바람직하다. 이는, 마찬가지로 원활한 유로의 형성을 위함이다.

상기 영구자석 프레임은 일체로 형성될 수 있으며, 상기 고정자와 결합하여 상기 하이브리드 인덕션 모터의 외관을 형성하고 상기 인덕션 모터를 보호하는 브라켓을 더 포함하여 이루어질 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 진공청소기의 바람직한 실시예를 구체적으로 설명한다. 종래와 동일한 구성에 대하여는 중복되는 설명은 생략한다.

도 4는 본 발명 HIM의 일 실시예에 따른 영구자석 회전자를 도시한 사이도이며, 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 영구자석 회전자의 구성을 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 HIM의 영구자석 회전자(100)는 영구자석(110) 및 영구자석 프레임(130)을 포함하여 이루어진다.

상기 영구자석(110)은 중공의 원통형 형상으로 형성되며, 일단은 영구자석 프레임(130)과 결합된다. 여기서, 상기 영구자석(110)과 상기 영구자석 프레임(130)은 접착제로 결합됨이 바람직하다.

상기 영구자석 프레임(130)은 중공의 원통형으로 영구자석 이음부(120), 베어링부(34) 및 연결부재(140)를 포함하여 이루어짐이 바람직하다.

여기서, 상기 영구자석 이음부(120)는 일단이 상기 영구자석(110)과 결합하여 상기 영구자석을 지지하게 된다. 그리고, 상기 베어링부(34)는 상기 영구자석 프레임(130) 중심부에 구비되며, 상기 베어링부에는 상기 회전축이 회전 가능하도록 지지하는 베어링이 구비된다. 즉, 상기 베어링부(34)에 구비되는 베어링을 관 통하여 회전축이 회전 가능하게 된다.

물론, 상기 베어링부(34)에 구비되는 베어링을 통해서, 상기 영구자석 회전자(100)이 상기 회전축에 대해서 상대적으로 회전하는 것도 가능하다.

또한, 상기 연결부재(140)는 상기 베어링부에서 상기 영구자석 이음부로 방사상으로 연장되어 상기 베어링부와 상기 영구자석 이음부를 연결함이 바람직하다. 즉, 상기 연결부재는 상기 영구자석 프레임(130)의 중심부와 상기 영구자석 이음부(120)를 바퀴살처럼 연결함이 바람직하다.

여기서, 상기 연결부재(140)는 상기 베어링부(34)와 상기 영구자석 이음부(120)를 서로 연결하여, 상기 영구자석 회전자(100)를 전체적으로 지지하는 기능을 수행하게 된다. 따라서, 상기 연결부재는 적절한 강도가 보장되어야 한다.

한편, 상기 영구자석 회전자(100) 회전에 대하여 저관성을 가지는 것이 바람직하다. 따라서, 상기 영구자석 회전자의 회전축에 대한 관성 모멘트를 줄이기 위해서는 상기 영구자석 프레임의 재질은 가벼우면서도 적절한 강도가 보장됨이 바람직하다.

그러므로, 도 4에 도시된 바와 같이 연결부재(140)를 방사상으로 복수개 구비함으로써 영구자석 회전자의 관성을 줄이는 것이 가능하다.

상기 연결부재는 단순히 일자 형상이 아닌 회전 날개 형상으로 형성될 수도 있을 것이다. 즉, 상기 연결부재 각각은 상기 회전축을 기준으로 상기 영구자석 회전자가 회전시 상기 회전축 방향과 나란한 방향으로 기류를 발생시키는 회전 날개 형상으로 형성됨이 바람직하다. 여기서, 상기 연결부재의 형상은 발생되는 기 류가 상측 또는 하측 어느 방향으로도 발생되도록 하는 것이 가능할 것이다.

일반적으로 유도 모터에 있어서는 고정자와 고정자 코일에 열이 발생하게 되어, 상기 열이 과도하게 상승하는 경우에는 상기 모터의 수명이 단축되는 문제가 있으며, 소음 및 부정확한 운전이 수행될 수 있는 문제점이 있다. 따라서, 상기 영구자석 프레임이 단순히 상기 영구자석을 상기 회전축에 대해서 회전 가능하게 지지하는 기능만을 수행하는 것이 아닌, 일정한 기류를 형성하여 방열 기능을 겸비하도록 함이 바람직하다.

즉, 상기 영구자석 회전자가 회전할 때, 상기 연결부재가 회전 날개가 되어 기류를 형성하게 하는 것이다.

한편, 본 발명에 따른 HIM은 상기 고정자와 결합하여 상기 하이브리드 인덕션 모터의 외관을 형성하고 상기 인덕션 모터를 보호하는 브라켓을 더 포함하여 이루어질 수 있다. 따라서, 상기 기류의 방향은 상기 브라켓 내부에서 적절히 순환하도록 이루어짐이 바람직하다.

여기서, 상기 영구자석 이음부의 외주면에는 유로가 형성되도록 소정 각도로 배치된 복수개의 공기창(222)(도 5 참조)이 형성됨이 바람직하다. 왜냐하면 유로가 형성되기 위해서는 상기 연결부재에 공기가 원활히 유입되어 유출되는 것이 바람직하기 때문이다. 즉, 상기 연결부재가 발생시키는 기류의 방향에 따라 상기 공기창은 공기가 유입되는 유로 또는 공기가 유출되는 유로가 될 수 있을 것이다.

도 5는 본 발명 HIM의 다른 실시예에 따른 영구자석 회전자를 도시한 사이도이며, 도 5를 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 영구자석 회전자의 구성을 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 영구자석 회전자(200)는 영구자석(210) 및 영구자석 프레임(230)을 포함하여 이루어진다.

상기 영구자석(210)은 중공의 원통형 형상으로 형성되며, 일단은 영구자석 프레임(230)과 결합된다. 여기서, 상기 영구자석(210)과 상기 영구자석 프레임(230)은 접착제로 결합됨이 바람직하다.

상기 영구자석 프레임(230)은 영구자석 이음부(220), 베어링부(34) 및 연결부재(240)를 포함하여 이루어짐이 바람직하다.

여기서, 본 발명의 다른 실시예에서는 기류를 형성하는 구성이 본 발명의 일 실시예와는 달리 상기 연결부재(200)이 아닌 후술하는 돌출부(221)일 수 있으며, 상기 연결부재(200)과 상기 돌출부(221)이 동시에 기류를 형성하는 것도 가능할 것이다. 물론, 상기 연결부재(200)과 상기 돌출부(221)이 동시에 기류를 형성하는 경우에는 양자가 발생시키는 기류의 방향은 동일한 것이 바람직할 것이다.

그리고, 상기 연결부재(200)가 기류를 형성하는 경우에는 상기 연결부재(200)의 형상은 전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 연결부재(100)의 형상과 동일한 것이 바람직할 것이다.

또한, 상기 연결부재(200)가 기류를 형성하지 않는다면, 상기 연결부재는 도 5에 도시된 것과 달리 도 3에 도시된 바와 같이 공간부가 형성되지 않고, 베어링부와 영구자석 이음부가 연속적으로 형성될 수도 있을 것이다. 이 경우, 영구자석 회전자의 관성 모멘트의 감소는 후술하는 공기창(22)에 의해서 이룰 수 있을 것이 다.

본 발명의 다른 실시예에서, 상기 영구자석 이음부(220)의 외주면에는 반경 방향 외측으로 돌출되어 상기 회전축(40)을 기준으로 회전시 상기 회전축에 대하여 나선 방향으로 기류를 발생시키는 복수개의 돌출부(221)가 구비됨이 바람직하다. 여기서 상기 돌출부(221)는 상기 외주면의 반경 방향 외측으로 수직 돌출되지 않고 보다 강한 기류를 형성하기 위하여 회전 방향으로 오목한 형상이 되도록 돌출됨이 바람직하다.

여기서, 상기 돌출부는 상기 영구자석 이음부의 외주면에 반경 방향으로 대칭되도록 소정 각도 간격으로로 배치됨이 바람직하다. 이는 균일한 기류를 형성함과 동시에 상기 영구자석 회전자가 회전시에 편심됨을 방지하기 위함이다.

한편, 상기 영구자석 이음부의 외주면에는 유로가 형성되도록 소정 각도로 배치된 복수개의 공기창(222)이 형성됨이 바람직하다. 왜냐하면 유로가 형성되기 위해서는 상기 연결부재에 공기가 원활히 유입되어 유출되는 것이 바람직하기 때문이다. 즉, 상기 돌출부가 발생시키는 기류의 방향에 따라 상기 공기창은 공기가 유입되는 유로 또는 공기가 유출되는 유로가 될 수 있을 것이다.

여기서, 상기 공기창은 상기 돌출부 각각과 인접하여 상기 영구자석 이음부의 외주면에 형성됨이 바람직하다. 이는, 보다 원활한 유로의 형성을 위한 것이다.

전술한 본 발명에 따른 상기 영구자석 프레임은 일체로 형성됨이 바람직하다. 즉, 일체로 사출되는 것이 가능할 것이다.

그리고, 본 발명에 따른 HIM은 고정자와 결합하여 상기 HIM의 외관을 형성하고 상기 HIM을 보호하는 브라켓을 더 포함하여 이루어짐이 바람직하다.

이하에서는, 전술한 본 발명에 따른 HIM의 작동에 대하여 설명한다.

먼저, 전원이 인가되면 고정자에 권선된 고정자 코일에 의해서 회전자계가 발생한다. 이에 의해서 영구자석 회전자는 일정한 방향으로 기동하여 회전을 하게 된다. 따라서, 상기 고정자에 의한 회전자계와 상기 영구자석 회전자에 의한 회전자계로 인하여 상기 회전자 내부에는 유도 기전력이 발생하고, 상기 회전자계와 상기 유도 기전력에 의한 유도 전류 간의 상호 작용에 의하여 상기 회전자가 회전하게 된다.

여기서, 상기 HIM의 동작 중에 고정자와 고정자 코일에는 열이 발생하게 된다. 이러한 열을 효과적으로 방열시키기 위하여 공기가 순환하도록 함이 바람직하다.

상기 공기의 순환을 위하여, 상기 영구자석 회전자가 회전시 상기 연결부재 및/또는 돌출부가 회전하여 공기의 순환을 일으키게 된다. 이로 인하여 상기 고정자 및 고정자 코일에 발생된 열을 전도뿐만 아니라 대류에 의해서도 방열시킬 수 있으므로, 보다 효과적으로 방열 기능을 수행하는 것이 가능하다.

또한, 상기 공기의 순환을 위하여 형성된 연결부재 및/또는 돌출부와 공기창에 의해서 상기 영구자석 회전자의 회전에 대한 관성을 줄일 수 있음으로 하여 보다 효율적인 HIM 제공이 가능하다.

본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 분야에서 통 상의 지식을 가진 자는 본 발명의 정신을 벗어나지 않고 변형이 가능하고 이러한 변형은 본 발명의 범위에 속한다.

상술한 본 발명에 따르면,

첫째, 고정자 및 고정자 코일에 발생하는 열을 효과적으로 방열시킬 수 있기 때문에 보다 안정적이고 내구성이 증진된 하이브리드 인덕션 모터의 제공이 가능하다.

둘째, 상기 방열을 위하여 결과적으로 상기 영구자석 회전자를 저관성으로 구성할 수 있으므로 보다 효율적인 하이브리드 인덕션 모터의 제공이 가능하다.

Claims (9)

1. 고정자, 회전자, 상기 회전자의 회전력을 전달하는 회전축 및 상기 고정자와 상기 회전자 사이에서 상기 고정자에서 발생되는 회전자계로 회전함과 동시에 회전자계를 발생시켜 상기 회전자를 회전시키는 영구자석 회전자를 포함하여 이루어지는 하이브리드 인덕션 모터에 있어서,

   상기 영구자석 회전자는, 중공의 원통형 영구자석 및 상기 영구자석을 지지하는 영구자석 프레임을 포함하여 이루어지며,

   상기 영구자석 프레임은,

   중공의 원통형으로 일측이 상기 영구자석을 지지하는 영구자석 이음부;

   상기 영구자석 프레임 중심에서 상기 회전축을 회전 가능하게 지지하는 베어링이 구비되는 베어링부; 및

   상기 베어링부에서 상기 영구자석 이음부로 방사상으로 연장되어 상기 베어링부와 상기 영구자석 이음부를 연결하는 복수개의 연결부재를 포함하여 이루어지는 하이브리드 인덕션 모터.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 연결부재는 각각 상기 회전축을 기준으로 회전시 상기 회전축 방향과 나란한 방향으로 기류를 발생시키는 회전 날개 형상으로 형성됨을 특징으로 하는 하이브리드 인덕션 모터.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 영구자석 이음부의 외주면에는 유로가 형성되도록 소정 각도로 배치된 복수개의 공기창이 형성됨을 특징으로 하는 하이브리드 인덕션 모터.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 영구자석 이음부의 외주면에는 반경 방향 외측으로 돌출되어 상기 회전축을 기준으로 회전시 상기 회전축에 대하여 나선 방향으로 기류를 발생시키는 복수개의 돌출부가 구비됨을 특징으로 하는 하이브리드 인덕션 모터.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 돌출부는 상기 영구자석 이음부의 외주면에 반경 방향으로 대칭되도록 소정 각도 간격으로로 배치됨을 특징으로 하는 하이브리드 인덕션 모터.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 돌출부 각각과 인접한 상기 영구자석 이음부의 외주면에는 유로가 형성되도록 공기창이 형성됨을 특징으로 하는 하이브리드 인덕션 모터.
7. 제 1항 내지 제 6항에 있어서,

   상기 영구자석 프레임은 일체로 형성됨을 특징으로 하는 하이브리드 인덕션 모터.
8. 제 1항에 있어서,

   상기 고정자와 결합하여 상기 하이브리드 인덕션 모터의 외관을 형성하고 상기 인덕션 모터를 보호하는 브라켓을 더 포함하여 이루어지는 하이브리드 인덕션 모터.
9. 고정자, 회전자, 상기 회전자의 회전력을 전달하는 회전축 및 상기 고정자와 상기 회전자 사이에서 상기 고정자에서 발생되는 회전자계로 회전함과 동시에 회전자계를 발생시켜 상기 회전자를 회전시키는 영구자석 회전자를 포함하여 이루어지는 하이브리드 인덕션 모터에 있어서,

   상기 영구자석 회전자는, 중공의 원통형 영구자석 및 상기 영구자석을 지지하는 영구자석 프레임을 포함하여 이루어지며,

   상기 영구자석 프레임은,

   중공의 원통형으로 일측이 상기 영구자석을 지지하는 영구자석 이음부;

   상기 영구자석 프레임 중심에서 상기 회전축을 회전 가능하게 지지하는 베어링이 구비되는 베어링부로 이루어지며,

   상기 영구자석 이음부의 외주면에는 소정 각도로 배치된 복수개의 공기창이 형성됨을 특징으로 하는 하이브리드 인덕션 모터.

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