KR20100077427A - 회전기기 - Google Patents

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KR20100077427A
KR20100077427A KR1020080135354A KR20080135354A KR20100077427A KR 20100077427 A KR20100077427 A KR 20100077427A KR 1020080135354 A KR1020080135354 A KR 1020080135354A KR 20080135354 A KR20080135354 A KR 20080135354A KR 20100077427 A KR20100077427 A KR 20100077427A
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Abstract

본 발명의 회전기기는 고정자 외부에서 냉각수단을 제공하지 않고, 고정자 코어 내에 냉각유로를 형성하여 고정자 및 회전자에서 발생된 열을 직접적으로 냉각하는 회전기기를 제공한다. 상기와 같은 구성에 의하여 고정자 외부에서 냉각수단을 사용하지 않고, 고정자 및 회전자에서 발생된 열을 직접적으로 냉각할 수 있도록 회전기기에 제공되어 냉각 효과를 극대화하고, 회전기기 형상 및 중량을 최소화할 수 있다.
회전기기, 파이프 홀더, 파이프 커버

Description

회전기기{ROTATING APPARATUS}
본 발명은 회전기기에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 냉각장치를 포함하는 회전기기에서 회전기기 내에 냉각유로 및 냉각유체를 제공하여 회전기기에서 발생하는 열을 직접적으로 냉각할 수 있는 회전기기에 관한 것이다.
고성능, 고출력 전기기기의 개발요구에 따라 발전기, 전동기 등과 같은 회전기기가 제공된다. 이러한 회전기기에서는 열손실이 필연적으로 발생되기 때문에 전기기기에서 발생되는 열을 효과적으로 제거해야 한다.
이러한 회전기기의 주요 구성은 프레임, 프레임 내에 고정자 코어, 회전축 및 회전자를 포함하며, 고정자 코어에는 회전자의 회전에 따라 전자기력을 발생할 수 있는 고정자 코일이 형성된다. 여기서, 고정자 외부에는 회전자의 회전에 따라 고정자 코일과 고정자 코어에서 발생하는 열을 냉각하는 냉각장치가 제공된다.
회전기기를 냉각하는 냉각장치는 냉각팬을 이용하여 냉각된 공기를 회전기기에 공급하거나, 회전기기 주변에 냉수(冷水)를 제공하여 회전기기를 냉각하는 방법이 있다.
여기서 수냉식 냉각장치는 프레임 내에 냉수(冷水)를 제공하여 간접적으로 회전기기에서 발생된 열을 냉각시키는 방법이다. 이러한 수냉식 냉각장치를 이용하여 회전기기에서 발생한 열을 냉각시키는 경우 회전기기 주변에 냉수를 제공하도록 냉수 유입부 및 발열된 공기를 냉각시킨 후 데워진 온수를 외부로 유출하는 유출부를 포함하는 장치를 별도로 설치해야 하는 번거로움이 있다.
또한, 상기 수냉식 냉각장치는 넓은 공간을 필요로 하기 때문에 제한된 공간에 설치될 경우, 고정자 코어에서 발생하는 열을 충분히 냉각하기에 냉각장치의 부피, 회전기기에 간접적으로 제공되는 냉수 등이 부족할 수도 있다. 그 결과, 회전기기의 내부의 온도가 크게 상승하여 회전기기가 고장 및 파손 등이 발생하기도 한다.
또한, 회전기기의 고정자 및 회전자는 전기적으로 연결되어 있기 때문에 회전기기에서 발생한 열을 냉각시키기 위해 제공되는 냉수가 고정자 또는 회전자에 유입되는 것을 차단하는 씰링(sealing)을 주의해서 설치해야 한다.
본 발명은 별도의 냉각수단을 제공하지 않고, 고정자 코어 내에 냉각유로를 형성하여 고정자 및 회전자에서 발생된 열을 직접적으로 냉각하는 회전기기를 제공한다.
또한, 본 발명은 고정자 및 회전자에서 발생된 열을 냉각하기 위해 제공되는 냉각유체가 고정자 및 회전자에 유입되는 것을 차단하는 씰링이 형성된 회전기기를 제공한다.
또한, 본 발명은 회전기기 주변에 별도의 냉각장치를 제공하지 않아도 되기 때문에 회전기기의 전체 부피 및 중량을 절감할 수 있는 회전기기를 제공한다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 회전기기는 복수개의 냉각유로를 포함하는 고정자 코어; 고정자 코어 내에 고정자 코어와 이격되어 제공되는 회전자;를 구비하며, 고정자 코어는 고정자의 원주방향으로 형성된 냉각유로 내에 제공되어 고정자 코어의 길이 방향을 따라 냉각유체가 공급되는 유체 파이프를 포함한다.
상기와 같은 구성에 의하여 별도의 냉각수단을 사용하지 않고, 고정자 및 회전자에서 발생된 열을 직접적으로 냉각할 수 있도록 회전기기에 제공되어 냉각 효율을 극대화하고, 회전기기 형상 및 중량을 최소화할 수 있다.
상기 냉각유로의 일측에는 냉각유체가 유입되는 유체 유입구가 형성되고 냉 각유로의 타측에는 냉각유체가 유출되는 유체 유출구가 형성되며, 유체 유입구 및 유체 유출구는 유체 파이프와 연통될 수 있다. 상기와 같은 구성에 의해 고정자 코어 외부에서 유입되는 냉각유체가 유체 유입구에 정확하게 유입되어 유체 유출구를 통해 적절하게 외부로 배출될 수 있다.
또한, 유체 파이프 상에는 유체 유입구 및 유체 유출구와 연통되는 홀더 유입구 및 홀더 배출구를 포함하는 파이프 홀더가 제공될 수 있다. 이러한 파이프 홀더의 내측은 유체 파이프의 끝단이 억지끼움이 가능하도록 단차지도록 형성될 수 있다. 즉, 파이프 홀더는 냉각유로에 제공된 유체 파이프를 지지 및 고정할 수 있으며, 이와 같이 형성함으로써, 냉각유체가 누설되지 않고 냉각유로를 따라 흘러 발열된 고정자 코어와 회전자를 적절하게 냉각할 수 있다.
더불어, 파이프 홀더 일측에는, 냉각유로에 냉각유체를 공급하는 유체공급구 또는 냉각유체가 냉각유로를 지나 외부로 배출되도록 유체배출구가 형성된 파이프 커버가 제공될 수 있다. 파이프 커버는 파이프 홀더를 지지 및 고정하며, 냉각유체를 공급 및 배출함으로서, 고정자 코어와 회전자가 냉각될 수 있게 한다.
이러한 파이프 커버는, 파이프 커버의 원주 방향을 따라 형성되며, 냉각유체를 일정시간 동안 보유 가능한 집수부를 포함할 수 있다. 집수부는 냉각유로에 공급되는 냉각유체를 일정시간 동안 수집하는 공간을 의미하며, 이러한 집수부는 냉각유체를 수집함으로써, 회전기기에 냉각유체가 공급되지 않아도 수집된 냉각유체를 회전기기에 공급할 수 있는 역할을 한다.
여기서, 집수부는 파이프 커버 내면으로 단차지도록 형성될 수 있다. 즉, 파 이프 커버는 파이프 홀더 상에 밀착되도록 제공될 수 있다. 따라서 파이프 커버 내면으로 단차지도록 형성되어 파이프 홀더 상에 파이프커버가 밀착되어도 냉각유체를 수집하는 공간은 확보할 수 있다.
한편, 파이프 커버는 집수부의 어느 일 측에 형성되며, 냉각유체가 회전자로 향하는 것을 방지하는 씰링(sealing)이 형성될 수 있다. 씰링에 의해 집수부는 파이프 커버 내에서 밀폐될 수 있으며, 냉각유체가 회전자로 향하여 회전기기에 전기적 충격이 가해지는 것을 방지할 수 있다.
이러한 씰링은 집수부의 양 측을 볼트 조립 또는 강제 체결함으로써 형성될 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이 씰링은 파이프 커버 내에서 냉각유체가 회전자로 향하는 것을 차단하는 역할을 할 수 있기 때문에 집수부를 제외한 파이프 홀더 및 파이프 커버 사이를 볼트 조립 또는 강제 체결하여 집수부에 냉각유체를 밀폐시킬 수 있다.
한편, 씰링은 집수부 양 측에 서로 다른 크기의 제1 고무링 및 제2 고무링을 제공하여 형성할 수도 있다. 이때, 제1 고무링은 제2 고무링에 대해 회전자에 근접한 위치에 제공될 수 있으며, 제1 고무링은 제2 고무링보다 작게 형성될 수 있다.
상기와 같이 집수부 양 측에 고무링을 제공하고, 집수부 양 측을 볼트 조립 또는 강제 체결함으로써, 집수부의 냉각유체가 회전자로 유입되는 것을 차단할 수 있다.
여기서, 냉각유로는 회전자의 외주면과 근접하게 형성되고, 유체 파이프 내의 냉각유체는 회전자에서 발생하는 열을 직접적으로 냉각시킬 수 있다. 상기와 같 이 구성함으로써, 회전기기 주변에 별도의 냉각수단을 설치하지 않아도 발열된 회전기기를 용이하게 냉각할 수 있다.
본 발명의 회전기기는 회전기기에 고정자 외부에서 냉각수단을 설치하지 않고, 고정자 코어 내에 냉각유체를 제공할 수 있는 냉각유로를 형성하여 회전기기에서 발생된 열을 직접적으로 냉각할 수 있다. 그 결과 회전기기에서 발생된 열을 냉각시키는데 효과적이다.
또한, 본 발명의 회전기기는 회전기기에서 발생된 열을 냉각할때 제공되는 냉각유체가 회전기기의 고정자 코어 또는 회전자로 흐르는 것을 방지할 수 있는 씰링을 제공하여 보다 안전하게 회전기기의 발열을 냉각시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 회전기기는 회전기기 내에 냉각유로 및 냉각유체를 제공함으로써, 회전기기 주변에 별도의 냉각장치를 제공하지 않아도 된다. 따라서, 회전기기의 전체 부피 및 중량을 절감할 수 있다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 구성 및 작용에 관하여 상세히 설명한다. 이하의 설명은 특허 청구 가능한 본 발명의 여러 태양(aspects) 중 하나이며, 하기의 기술(description)은 본 발명에 대한 상세한 기술(detailed description)의 일부를 이룬다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 관한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각장치가 제공된 회전기기를 도시한 평면도이다.
도면을 참조하면, 회전기기(100)는 프레임(110) 내에 고정자 코어(140) 및 고정자 코어(140) 내에 회전축(120)을 중심으로 회전 가능한 회전자(130)를 포함한다. 이때 고정자 코어(140)는 회전기기(100)의 회전에 의해 발생하는 열을 냉각할 수 있도록 냉각유체가 공급되는 냉각유로(144)를 포함할 수 있다.
냉각유로(144)에는 고정자 코어(140)의 길이 방향으로 따라 제공될 수 있으며, 냉각유로(144) 내부에 냉각유체의 유로가 생성될 수 있도록 유체 파이프(142)가 제공될 수 있다.
한편, 고정자 코어(140)의 일단에는 파이프 홀더(150)가 제공될 수 있다. 파이프 홀더(150)는 유체 파이프(142)를 지지 및 고정하는 역할을 할 수 있으며, 특히 유체 파이프(142)의 끝단이 고정되어 냉각유체가 냉각유로(144) 이외로 흐르는 것을 방지할 수 있다.
도한, 파이프 홀더(150) 상에는 파이프 홀더(150)를 지지하며 냉각유체를 일정 시간 보유할 수 있는 집수부를 포함하는 파이프 커버(160)가 제공될 수 있다. 파이프 커버(160)는 일정 시간 냉각유체를 보유하여 냉각유로(144)로의 냉각유체의 공급이 중단되어도 냉각유로(144)에 지속적으로 냉각유체를 공급할 수 있게 한다.
이하 도면을 참조하여, 고정자 코어(140)에 형성된 냉각유로(144), 파이프 홀더(150) 및 파이프 커버(160) 등에 보다 자세하게 설명하기로 한다.
도 2는 도 1의 고정자를 도시한 부분 사시도이고, 도 3은 도 2의 단면을 도 시한 도면이며, 도 4는 도 2의 고정자의 분해 사시도이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 고정자 코어(140)는 고정자 코어(140) 내에 고정자 코어(140)의 원주 방향으로 냉각유로(144)가 형성될 수 있으며, 냉각유로(144) 내에는 냉각유체가 공급될 수 있는 유체 파이프(142)가 제공될 수 있다.
여기서 냉각유체는 일반적으로 냉수(冷水)로 제공될 수 있다. 이때, 유체 파이프(142)는 수냉식으로 회전기기(100)를 냉각하기 때문에 회전자(130) 또는 고정자 코어(140)에 직접적으로 냉수가 닿는 것을 방지하는 역할을 한다.
여기서 냉각유로(144)는 고정자 코어(140)에 적어도 하나가 형성될 수 있으며, 바람직하게는 고정자 코어(140)의 원주 방향을 따라 일정 간격을 두고 복수개가 형성될 수 있다. 냉각유로(144)는, 냉각유로(144)에 제공되는 냉각유체에 의해 회전기기(100)를 냉각한다. 따라서, 냉각유로(144)는 실질적으로 고정자 코어(140) 내에 제공되는 회전자(130)의 둘레를 따라 형성되어 고정자 코어(140)와 회전자(130)에서 발생하는 열을 직접 냉각할 수 있게 형성되는 것이 바람직할 것이다.
또한, 냉각유로(144) 일측에는 냉각유체가 유입되는 유체 유입구(146)가 형성될 수 있으며, 고정자 코어(140) 타측에는 발열된 회전기기(100)를 냉각시킨 유체가 외부로 배출될 수 있는 유체 유출구(148)가 형성될 수 있다. 이때, 유체 유입구(146) 및 유체 유출구(148)는 유체 파이프(142)와 연통될 수 있다.
즉, 냉각유체가 냉각유로(144)에 공급되면 실질적으로 냉각유체는 유체 유입구(146)로 유입될 수 있기 때문에 유체 유입구(146)와 유체 파이프(142)는 연통되도록 형성되어야 한다.
상기와 같이 구성함으로써, 냉각유로(144)는 고정자 코어(140)와 회전자(130) 사이에 제공되어 회전기기(100)의 회전에 따라 발생하는 열을 직접적으로 냉각시켜 회전기기(100)를 냉각시키는데 효과적이다.
한편, 고정자 코어(140) 일측에는, 유체 유입구(146)와 연통되는 홀더 유입구(152) 또는 유체 유출구(148)와 연통되는 홀더 배출구(미도시)를 포함하는 파이프 홀더(150)가 제공될 수 있다.
파이프 홀더(150)는 유체 파이프(142)의 양 끝단과 억지끼움이 가능하도록 형성될 수 있다. 즉, 파이프 홀더(150) 내측은 유체 파이프(142)의 끝단이 끼워질 수 있도록 단차지도록 형성될 수 있으며, 유체 파이프(142) 끝단은 파이프 홀더(150)의 단차 부분에 억지끼움될 수 있다.
여기서, 파이프 홀더(150)의 홀더 유입구(152) 및 홀더 배출구는 각각 유체 유입구(146) 및 유체 유출구(148)와 연통될 수 있으며, 고정자 코어(140)에 형성된 냉각유로(144)의 개수와 동일하게 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 홀더 유입구(152) 및 홀더 배출구는 고정자 코어(140)에 제공되는 냉각유체의 유로를 막지 않도록 유체 유입구(146) 및 유체 유출구(148)과 연통될 수 있다.
또한, 유체 파이프(142)가 파이프 홀더(150)에 억지끼움 됨으로써, 유체 파이프(142)가 파이프 홀더(150)에 의해 고정 및 지지될 수 있다. 유체 파이프(142)가 파이프 홀더(150)에 고정 및 지지되면 냉각유로(144)로 공급되는 냉각유체의 유로가 변경되어 냉각유체가 고정자 코어 또는 회전자로 향하는 것을 방지할 수 있다.
한편, 파이프 홀더(150)의 일측 및 타측에는 파이프 커버(160)가 제공될 수 있다. 일측의 파이프 커버(160)는 냉각유로(144)에 냉각유체를 공급하는 유체공급구(168)를 포함할 수 있으며, 타측의 파이프 홀더(150)에는 회전기기(100)의 열을 냉각시킨 유체가 냉각유로(144)를 지나 외부로 배출될 수 있도록 유체배출구(미도시)를 포함할 수 있다.
본 발명에서는 유체공급구(168) 및 유체배출구는 파이프 커버(160) 상에 하나가 형성되는 예를 들어 설명하지만, 발명에서 요구되는 조건과 설계 사양 등에 따라 하나 이상이 형성될 수도 있다.
상기 파이프 커버(160)는, 파이프 커버(160)의 원주 방향을 따라 형성될 수 있으며 냉각유체를 일정시간 동안 보유할 수 있는 집수부(166)를 포함할 수 있다. 이때, 집수부(166)는 파이프 커버(160) 내면으로 단차지도록 형성되어 냉각유체를 용이하게 보유할 수 있게 한다. 상기와 같이 파이프 커버(160) 내에 집수부(166)를 형성함으로써, 냉각유로(144)에 지속적으로 냉각유체를 공급할 수 있게 된다.
또한, 파이프 커버(160)는, 집수부(166)의 일 측에 형성되어 냉각유체가가 고정자 코어(140) 또는 회전자(130)로 흐르는 것을 방지하는 씰링(sealing)(162,164)을 포함할 수 있다. 씰링(162,164)은 냉각유체가 고정자 코어(140) 또는 회전자(130)로 흐르는 것을 차단하여 냉각유체가 냉각유로(144)만 흐르도록 하는 역할을 할 수 있다. 이는, 앞서 설명한 바와 같이 일반적으로 냉각유체가 냉수(冷水)고정자 코어(140) 및 회전자(130)가 전기적으로 연결되어 있기 때문에 냉각유체가 다른 유로를 형성하는 것을 차단할 수 있다. 상기와 같이 회전기 기(100)에 씰링(162,164)을 제공하여, 냉각유체에 의해 회전기기(100)가 파손되는 것을 방지할 수 있다.
이하 본 발명에서는 씰링(162,164)로 고무링이 제공되는 예를 들어 설명하지만, 경우에 따라서는 파이프 커버(160)와 파이프 홀더(150) 사이를 볼트 조립 또는 강제 체결하여 냉각유체의 누설을 방지할 수도 있다.
이때, 씰링(162,164)은 집수부(166)의 양 측에는 제1 고무링(164) 및 제2 고무링(166)이 제공될 수 있다. 여기서, 제1 고무링(164)은 회전자(130)에 근접하게 제공될 수 있으며, 제2고무링(166)은 제1고무링(164)의 외측에 제공될 수 있다. 제2 고무링(166)보다 상대적으로 작은 크기로 형성될 수 있다. 본 발명에서는 제1 고무링(164)이 제2 고무링(166)보다 작은 크기로 형성된 예를 들어 설명하지만, 발명에서 요구되는 조건에 따라 제1 및 제2 고무링(166)의 크기를 동일할 수 있으며, 제2 고무링(166)의 크기가 제1 고무링(164)보다 작게 형성될 수도 있다. 상기 씰링(162,164)은 파이프 홀더(150)와 파이프 커버(160)를 밀착시켜, 집수부(166)내의 냉각유체가 회전자(130) 또는 고정자 코어(140)에 흘러가는 것을 방지하는 역할을 한다.
회전기기(100)의 발열을 냉각시키는데 필요한 냉각장치를 구성함에 있어, 별도의 회전기기(100) 주변에 별도의 냉각장치를 제공하지 않아도 되기 때문에 회전기기의 전체 부피 및 중량을 절감할 수 있다.
또한, 회전기기(100)를 구성하는 과정에서 회전기기(100) 내에 냉각장치를 제공하는 것이기 때문에 발열부에 대한 냉각 효과가 극대화된다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각장치가 제공된 회전기기를 도시한 평면도이다.
도 2는 도 1의 고정자를 도시한 부분 사시도이다.
도 3은 도 2의 단면을 도시한 도면이다.
도 4는 도 2의 고정자의 분해 사시도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100: 회전기기 130: 회전자
141: 고정자 142: 유체 파이프
144: 냉각유로 146: 유체 유입구
148: 유체 유출구 150: 파이프 홀더
160: 파이프 커버 162: 제1 고무링
164: 제2 고무링 166: 집수부

Claims (12)

  1. 냉각장치를 포함하는 회전기기에 있어서,
    복수개의 냉각유로를 포함하는 고정자 코어; 및
    상기 고정자 코어 내에 상기 고정자 코어와 이격되어 제공되는 회전자;를 구비하며,
    상기 냉각유로는 상기 고정자 코어의 원주방향으로 형성되며, 상기 냉각유로 내에는 상기 고정자 코어의 길이 방향을 따라 냉각유체가 공급되는 유체 파이프가 제공되는 것을 특징으로 하는 회전기기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 냉각유로의 일단은 상기 냉각유체가 유입되는 유체 유입구이고 상기 냉각유로의 타단은 상기 냉각유체가 유출되는 유체 유출구이며, 상기 유체 유입구 및 상기 유체 유출구는 상기 유체 파이프와 연통된 것을 특징으로 하는 회전기기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 고정자 코어 일 측에는, 상기 유체 유입구와 연통되는 홀더 유입구 또는 상기 유체 유출구와 연통되는 홀더 배출구가 형성된 파이프 홀더가 제공되는 것을 특징으로 하는 회전기기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 파이프 홀더의 내측은 상기 유체 파이프의 끝단이 억지끼움이 가능하도록 단차지도록 형성된 것을 특징으로 하는 회전기기.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 파이프 홀더의 일측에는, 상기 냉각유로에 상기 냉각유체를 공급하는 유체공급구 또는 상기 냉각유체가 상기 냉각유로를 지나 외부로 배출되도록 유체배출구가 형성된 파이프 커버가 제공된 것을 특징으로 하는 회전기기.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 파이프 커버는, 상기 파이프 커버의 원주 방향을 따라 형성되며, 상기 냉각유체를 일정시간 동안 보유 가능한 집수부를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전기기.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 집수부는 상기 파이프 커버 내면으로 단차지도록 형성된 것을 특징으로 하는 회전기기.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 파이프 커버는 상기 집수부 일 측에 형성되며, 상기 냉각유체가 상기 고정자 코어 또는 상기 회전자로 흐르는 것을 방지하는 씰링(sealing)이 형성된 것을 특징으로 하는 회전기기.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 씰링은 상기 집수부의 양 측을 볼트 조립 또는 강제 체결하는 것을 특징으로 하는 회전기기.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 씰링은 상기 집수부 양 측에 제공된 제1 고무링 및 제2 고무링인 것을 특징으로 하는 회전기기.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 고무링은 상기 회전자에 근접하게 제공되고 상기 제2 고무링은 상기 제1고무링의 외측에 제공되며, 상기 제1 고무링은 상기 제2 고무링은 보다 작은 것을 특징으로 하는 회전기기.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 냉각유로는 상기 회전자의 외주면과 근접하게 형성되고, 상기 유체 파이프 내의 상기 냉각유체는 상기 회전자에서 발생하는 열을 직접적으로 냉각시키는 것을 특징으로 하는 회전기기.
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