KR20180004252A - 전자기 장치 - Google Patents

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KR20180004252A
KR20180004252A KR1020177035384A KR20177035384A KR20180004252A KR 20180004252 A KR20180004252 A KR 20180004252A KR 1020177035384 A KR1020177035384 A KR 1020177035384A KR 20177035384 A KR20177035384 A KR 20177035384A KR 20180004252 A KR20180004252 A KR 20180004252A
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융션 흐
밍천 흐
웬유 흐
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유젠 서스테이너블 에너지 컴파니, 엘티디.
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Abstract

본 발명은 전자기 장치에 관한 것이며, 특히 부하가 걸린 상태에서 과형성된 자기 흡인에 따른 운동 에너지 손실을 해결할 수 있는 전자기 장치에 관한 것이다. 상기 전자기 장치는 주로 상대적 운동이 가능한 고정자와 회전자로 구성된다. 본 발명의 특징은, 회전자의 운동 방향이 자력선과 평행하여, 쌍 자기 흡인점을 형성하고, 고정자 또는 회전자로서의 유도 코일군의 자화체의 양단 중 전진 운동 방향에 유리한 일단에 대직경 자기 요크가 설치됨으로써, 단일 변 자기 요크를 이용하여 과형성된 자기 흡인의 평형을 파괴한다. 이로써, 수평 벡터의 분력을 확대시키고, 운동 어네지 손실률을 저감시킴으로써, 에너지 변환율을 향상시킬 수 있다.

Description

전자기 장치
본 발명은 전자기 기술 분야에 속하며, 구체적으로 과형성된 자기 흡인(Hyperplastic magnetic attraction)의 평형을 신속하게 파괴할 수 있어, 전진 방향의 자기 보조력을 증가시킬 수 있고, 부하가 걸린 상태에서 과형성된 자기 흡인으로 인한 운동 에너지 손실을 저감시켜 에너지 변환 효율을 향상시킬 수 있는 전자기 장치에 관한 것이다.
일반적으로 전자기 장치는 플레밍의 오른손 법칙에 따라 제작되며, 이는 통상 1세트의 상대적 운동과 자력선이 수직 상태를 이룸으로써 구성된다. 상기 전자기 장치는 적어도 하나의 자석군과 적어도 하나의 유도 코일군이 서로 대향하도록 포함되며, 이들은 각각 회전자와 고정자로 정의된다. 상기 전자기 장치는 유도 코일군이 자력선을 절단함으로써 전압을 형성하여 발전의 목적을 이룬다.
상기 유도 코일군에 부하가 연결된 경우, 암페어의 오른 나사 법칙에 따라 전류와 전자기가 발생하며, 유도 코일군이 자성을 띠게 된다. 또한, 유도 코일군을 지나는 자석군의 자력선과 상대적 운동 방향이 수직으로 교차하므로, 그 과형성된 자기 흡인은 단일 흡인점이 수직 형상을 가지며, 그 과형성된 자기 흡인은 쉽게 강흡인 상태를 형성한다. 따라서, 그 수직 벡터의 분력이 커 수평 운동 방향에 불리하며, 전진 운동에 대한 저해 작용이 발생한다. 또한, 단일 흡인점만을 가지므로, 부하가 걸린 상태에서는 과형성된 자기 흡인으로 인한 운동 에너지 소모가 더 크다.
상기 운동 에너지의 손실이 발생하면, 첫째로 상기 전자기 장치 중의 작동 회전자의 입력 운동 에너지가 증가해야 하므로, 미약한 힘으로 발전하는 요구에 도달할 수 없다. 둘째로, 과형성된 자기 흡인으로 인한 운동 에너지 손실의 영향을 받아, 그 운전 속도가 저감되어, 에너지 변환 효율에 영향을 미칠 수 있다.
다시 말해, 과형성된 자기 흡인의 평형 상태를 신속하게 파괴하고, 그 운동 방향에서의 전진용 자기 보조력을 증가시키면, 과형성된 자기 흡인으로 인한 운동 에너지 소모를 감소시켜 에너지 변환율을 향상시킬 수 있을 것으로 믿어진다. 이 목표는 업계에서 시급히 개발하고자 하는 목표일 것으로 여겨진다.
이를 감안하여, 본 발명자는 전술한 종래의 전자기 장치의 적용에서 직면한 문제점을 깊이있게 연구하고, 관련 산업의 연구 개발에 수년간 종사한 경험을 바탕으로, 해결 방법을 적극적으로 찾았다. 본 발명자는 연구와 시험을 끊임없이 진행한 끝에, 결국 에너지 변환율을 향상시킬 수 있는 전자기 장치의 개발에 성공하여, 종래에 과형성된 자기 흡인에 따른 운동 에너지 손실로 인한 불편과 곤란을 해소하였다.
따라서, 본 발명의 주된 목적은 과형성된 자기 흡인의 평형을 신속하여 파괴할 수 있는 전자기 장치를 제공하는 것이다. 상기 전자기 장치는 미약한 힘에 의한 구동 효과를 발생시켜 운동 에너지 손실을 저감시킴으로써 에너지 변환율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 주된 목적은 상대적 운동 중의 전진용 자기 보조력을 증가시킬 수 있는 전자기 장치를 제공하는 것이다. 상기 전자기 장치는 쌍 자기 흡인점을 이용하여 운동 방향의 벡터 분력을 확대하고, 운동 에너지를 향상시키고, 에너지 변환율을 더 증가시킬 수 있다.
이를 토대로, 본 발명은 주로 아래의 기술적 수단을 통해 상술한 목적과 효과를 구현한다.
회전자로 정의된 하나의 자석군과, 고정자로 정의된 적어도 하나의 유도 코일군으로 구성된 전자기 장치에 있어서, 상기 자석군은 적어도 하나의 자성 부재를 구비하고, 서로 인접한 자성 부재는 서로 같은 극성이 서로 마주하도록 직렬로 배열되며, 각 자성 부재의 두 자극은 회전자로서의 자석군의 운동 방향과 평행을 이루며, 각각의 상기 유도 코일군은 자화체(磁化體)를 구비하고, 자화체의 외측에는 코일이 감겨져 있으며, 자화체 상의 상기 코일의 권취 연장 방향은 회전자로서의 자석군의 운동 방향과 평행을 이루며, 각각의 상기 유도 코일군의 자화체는 자석군의 운동 방향과는 다른 일단에 대직경 자기 요크가 설치되어 있다.
고정자로 정의된 하나의 자석군과, 회전자로 정의된 적어도 하나의 유도 코일군으로 구성된 전자기 장치에 있어서, 상기 자석군은 적어도 하나의 자성 부재를 구비하고, 서로 인접한 자성 부재는 서로 같은 극성이 서로 마주하도록 직렬로 배열되며, 각 자성 부재의 두 자극은 회전자로서의 유도 코일군의 운동 방향과 평행을 이루며, 각각의 상기 유도 코일군은 자화체를 구비하고, 자화체의 외측에는 코일이 감겨져 있으며, 자화체 상의 상기 코일의 권취 연장 방향은 회전자로서의 유도 코일군의 운동 방향과 평행을 이루며, 각각의 상기 유도 코일군의 자화체는 유도 코일군의 운동 방향과는 다른 일단에 대직경 자기 요크가 설치되어 있다.
나아가, 상기 자석군과 상기 유도 코일군의 상대적 운동은 회전 운동일 수 있다.
나아가, 상기 자석군과 상기 유도 코일군의 상대적 운동은 선형 운동일 수 있다.
이로써, 전술한 기술적 수단을 통해, 본 발명은 자석군의 자성 부재의 자력선과 유도 코일군의 코일 설치 방향이 모두 운동 방향과 평행을 이루도록 함으로써, 쌍 자기 흡인점을 형성할 수 있다. 또한, 유도 코일군의 자화체의 일단에 대직경 자기 요크를 설치한 설계는, 상기 대직경 자기 요크를 이용하여 양단에 과형성된 자기 흡인력의 평형을 파괴할 수 있다. 이로써, 수평 벡터의 분력을 확대시킬 수 있어, 운동 에너지 손실률을 효율적으로 저감시킬 수 있으므로, 미약한 힘의 구동 효과를 발생시킬 수 있다. 또한, 운동 방향의 벡터 분력을 확대하여, 그 운동 에너지를 증가시킬 수 있다. 또한, 관성 가속하에서, 큰 전류를 효율적으로 발생시켜 발전량의 효과를 증가시킬 수 있으며, 그 에너지 변환율을 더 증가시키고, 발전 효능을 향상시킬 수 있다. 따라서, 그 부가 가치를 대폭 증가시키고, 경제적 효익을 향상시킬 수 있다.
심사관이 본 발명의 구성, 특징 및 그밖의 다른 목적을 더 파악할 수 있도록, 이하 본 발명의 일부 바람직한 실시예를 도면과 결부시켜 후술하며, 본 기술 분야에 익숙한 자가 구체적으로 실시할 수 있도록 한다.
도 1은 본 발명에 따른 전자기 장치의 개략적인 구성도이다.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명에 따른 전자기 장치가 자석군을 회전자로 이용하여 동작하는 개략도로서, 자석군이 S극으로부터 N극을 향한 상태를 설명한다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명에 따른 전자기 장치가 자석군을 회전자로 이용하여 동작하는 개략도로서, 자석군이 N극으로부터 S극을 향한 상태를 설명한다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명에 따른 전자기 장치가 유도 코일군을 회전자로 이용하여 동작하는 개략도로서, 유도 코일군이 자석군의 N극으로부터 S극을 향한 상태를 설명한다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명에 따른 전자기 장치가 유도 코일군을 회전자로 이용하여 동작하는 개략도로서, 유도 코일군이 자석군의 S극으로부터 N극을 향한 상태를 설명한다.
본 발명은 전자기 장치에 관한 것이다. 도면과 함께 예시된 본 발명의 구체적인 실시예와 그 부품에서, 전후, 좌우, 꼭대기와 바닥부, 상부와 하부, 수평과 수직에 관한 모든 참고 내용은 설명의 편의상 이용되는 것일 뿐, 본 발명을 한정하지 않으며, 그 부품을 어떤 위치 또는 공간 방향으로 한정하는 것도 아니다. 도면과 명세서에 지정한 사이즈는 본 발명의 특허청구범위를 벗어나지 않는 한에서 본 발명의 구체적인 실시예의 설계와 수요에 따라 변할 수 있다.
본 발명에 따른 전자기 장치의 구성은 도 1과 같다. 상기 전자기 장치는 자석군(10)과 적어도 하나의 유도 코일군(20)으로 구성되고, 상기 자석군(10)은 각각 회전자 또는 고정자로 정의될 수 있고, 상기 유도 코일군(20)은 각각 고정자 또는 회전자로 정의될 수 있다. 이로써, 자석군(10)과 유도 코일군(20)은 상대적인 회전 운동 또는 상대적인 선형 운동이 발생할 수 있다
본 발명의 특징은 아래와 같다.
즉, 자석군(10)은 적어도 하나의 자성 부재(11)를 구비함으로써 이루어지고, 서로 인접한 자성 부재(11)는 동일 극성이 서로 마주하는 형태로 직렬로 배열된다. 각 자성 부재(11)의 두 자극(N극과 S극)은 회전자로서의 자석군(10) 또는 유도 코일군(20)의 운동 방향과 평행을 이룬다. 또한, 각각의 상기 유도 코일군(20)은 자화체(21)를 구비하고, 자화체(21)의 외측에는 코일(22)이 감겨져 있다. 자화체(21) 상의 상기 코일(22)의 권취 연장 방향은 회전자로서의 자석군(10) 또는 유도 코일군(20)의 운동 방향과 평행을 이룬다. 또한, 각각의 상기 유도 코일군(20)의 자화체(21)는 운동 방향에 유리한 자기 보조력이 발생할 수 있는 일단에 대직경 자기 요크(25)가 설치된다. 예를 들어, 자석군(10)을 회전자로서, 유도 코일군(20)을 고정자로서 이용하는 경우, 자기 요크(25)는 자화체(21)에 있어서 자석군(10)의 운동 방향과는 다른 일단에 설치된다(도 2a 내지 도 2c, 도 3a 내지 도 3c와 같음). 이로써 고정된 유도 코일군(20)이 자석군(10)을 흡인하여 위치 이동시키는 작용력을 증가시킬 수 있도록 한다. 역으로, 유도 코일군(20)을 회전자로서, 자석군(10)을 고정자로서 이용하는 경우, 자기 요크(25)는 자화체(21)에 있어서 유도 코일군(20)의 운동 방향과 마주한 일단에 설치된다(도 4 a 내지 도 4c, 도 5a 내지 도 5c와 같음). 이로써 고정된 자석군(10)이 유도 코일군(20)을 흡인하여 위치 이동시키는 작용력을 증가시킬 수 있도록 한다.
이로써, 전진용 자기 보조력을 증가시키고, 운동 에너지 손실을 저감시킬 수 있는 전자기 장치를 구성한다.
본 발명에 따른 전자기 장치의 실제 작동과 관련하여, 먼저 자석군(10)을 회전자로서, 유도 코일군(20)을 고정자로서 이용하는 경우를 예로 들어 도 2a 내지 도 2c, 도 3a 내지 도 3c를 살펴보면 아래와 같다.
자석군(10)이 유도 코일군(20)에 대해 위치 이동하고, 그 중 하나의 자성 부재(11)가 그 S극이 당해 자성 부재(11)의 N극 방향으로 이동하는 경우, 자석군(10)의 자성 부재(11)의 자력선은 운동 방향과 평행하므로, 유도 코일군(20)에 대해 쌍 자기 흡인점을 형성할 수 있다(도 2a와 같음). 이때, 유도 코일군(20)에 부하가 연결되면, 자석군(10)은 전진 운동 방향에 대응하여, 과형성된 자기 흡인에 따른 네거티브 힘이 포지티브 힘보다 커지도록 한다. 따라서, 이때 유도 코일군(20)의 코일(22)에는 부하가 연결되지 않는다. 그리고, 자석군(10)이 쌍 자기 흡인점을 가지므로, 그 양단에 과형성된 자기 흡인력이 평형을 이루면, 도 2b와 같이 상기 자석군(10)은 모멘트가 0인 상태에 처하며, 과형성된 자기 흡인의 영향을 받지 않는다. 유도 코일군(20)의 코일(22)에 부하가 연결되면, 도 2C와 같이, 유도 코일군(20)의 자화체(21)에 있어서 자석군(10)의 운동 방향과는 다른 일단에 대직경 자기 요크(25)가 구비되므로, 자석군(10)은 전진 운동 방향에 대응하여, 과형성된 자기 흡인에 따른 포지티브 힘이 네거티브 힘보다 더 커지도록 하며, 유도 코일군(20)의 자화체(21)의 자기 요크(25)가 과형성된 자기 흡인의 평형 관계를 신속하게 파괴하도록 하여, 신속하게 자석군(10)을 구동시킨다. 이로써 자석군(10)을 운동 방향으로 전진시키는 자기 보조력이 증가한다.
또한, 자성 부재(11)가 그 N극으로부터 당해 자성 부재(11)의 S극을 향해 이동하는 경우, 도 3a 내지 도 3c와 같이, 상기 자석군(10)의 자성 부재(11)의 자력선은 운동 방향과 평행하므로, 유도 코일군(20)에 대해 쌍 자기 흡인점을 형성할 수 있다(도 3a와 같음). 이때, 유도 코일군(20)에 부하가 연결되면, 자석군(10)은 전진 운동 방향에 대응하여, 과형성된 자기 흡인에 따른 네거티브 힘이 포지티브 힘보다 커지도록 한다. 따라서, 이때 유도 코일군(20)의 코일(22)은 부하가 연결되지 않는다. 그리고, 자석군(10)이 쌍 자기 흡인점을 가지므로, 그 양단에 과형성된 자기 흡인력이 평형을 이루면, 도 3b와 같이 상기 자석군(10)은 모멘트가 0인 상태에 처하며, 과형성된 자기 흡인의 영향을 받지 않는다. 유도 코일군(20)의 코일(22)에 부하가 연결되면, 도 3c와 같이, 유도 코일군(20)의 자화체(21)에 있어서 자석군(10)의 운동 방향과는 다른 일단에 대직경 자기 요크(25)가 구비되므로, 자석군(10)은 전진 운동 방향에 대응하여, 과형성된 자기 흡인에 따른 포지티브 힘이 네거티브 힘보다 더 커지도록 하며, 유도 코일군(20)의 자화체(21)의 자기 요크(25)가 과형성된 자기 흡인의 평형 관계를 신속하게 파괴하도록 하여, 마찬가지로 신속하게 자석군(10)을 구동시킨다. 이로써 자석군(10)을 운동 방향으로 전진시키는 자기 보조력이 증가한다.
또한, 본 발명에 따른 전자기 장치의 실제 작동과 관련하여, 자석군(10)을 고정자로서, 유도 코일군(20)을 회전자로서 이용하는 경우를 예로 들어 도 4a 내지 도 4c, 도 5a 내지 도 5c를 살펴보면 아래와 같다.
유도 코일군(20)이 자석군(10)에 대해 위치 이동하고, 유도 코일군(20)이 어느 하나의 자성 부재(11)의 N극으로부터 당해 자성 부재(11)의 S극을 향해 이동하는 경우, 자석군(10)의 자성 부재(11)의 자력선은 운동 방향과 평행하므로, 유도 코일군(20)에 대해 쌍 자기 흡인점을 형성할 수 있다(도 4a와 같음). 이때, 유도 코일군(20)에 부하가 연결되면, 유도 코일군(20)은 전진 운동 방향에 대응하여, 과형성된 자기 흡인에 따른 네거티브 힘이 포지티브 힘보다 커지도록 한다. 따라서, 이때 유도 코일군(20)의 코일(22)에는 부하가 연결되지 않는다. 그리고, 자석군(10)이 쌍 자기 흡인점을 가지므로, 그 양단에 과형성된 자기 흡인력이 평형을 이루면, 도 4b와 같이 상기 유도 코일군(20)은 모멘트가 0인 상태에 처하며, 과형성된 자기 흡인의 영향을 받지 않는다. 유도 코일군(20)의 코일(22)에 부하가 연결되면, 도 4c와 같이, 유도 코일군(20)의 자화체(21)에 있어서 유도 코일군(20)의 운동 방향과는 다른 일단에 대직경 자기 요크(25)가 구비되므로, 유도 코일군(20)은 전진 운동 방향에 대응하여, 과형성된 자기 흡인에 따른 포지티브 힘이 네거티브 힘보다 더 커지도록 하며, 유도 코일군(20)의 자화체(21)의 자기 요크(25)가 과형성된 자기 흡인의 평형 관계를 신속하게 파괴하도록 하여, 신속하게 유도 코일군(20)을 구동시킨다. 이로써 유도 코일군(20)을 운동 방향으로 전진시키는 자기 보조력이 증가한다.
또한, 유도 코일군(20)이 자석군(10)의 자성 부재(11)의 S극으로부터 당해 자성 부재(11)의 N극을 향해 이동하는 경우, 도 5a 내지 도 5c와 같이, 상기 자석군(10)의 자성 부재(11)의 자력선은 운동 방향과 평행하므로, 유도 코일군(20)에 대해 쌍 자기 흡인점을 형성할 수 있다(도 5a와 같음). 이때, 유도 코일군(20)에 부하가 연결되면, 유도 코일군(20)은 전진 운동 방향에 대응하여, 과형성된 자기 흡인에 따른 네거티브 힘이 포지티브 힘보다 커지도록 한다. 따라서, 이때 유도 코일군(20)의 코일(22)에는 부하가 연결되지 않는다. 그리고, 자석군(10)이 쌍 자기 흡인점을 가지므로, 그 양단에 과형성된 자기 흡인력이 평형을 이루면, 도 5b와 같이 상기 유도 코일군(20)은 모멘트가 0인 상태에 처하며, 과형성된 자기 흡인의 영향을 받지 않는다. 유도 코일군(20)의 코일(22)에 부하가 연결되면, 도 5c와 같이, 유도 코일군(20)의 자화체(21)에 있어서 유도 코일군(20)의 운동 방향과는 다른 일단에 대직경 자기 요크(25)가 구비되므로, 유도 코일군(20)은 전진 운동 방향에 대응하여, 과형성된 자기 흡인에 따른 포지티브 힘이 네거티브 힘보다 더 커지도록 하며, 유도 코일군(20)의 자화체(21)의 자기 요크(25)가 과형성된 자기 흡인의 평형 관계를 신속하게 파괴하도록 하여, 마찬가지로 신속하게 유도 코일군(20)을 구동시킨다. 이로써 유도 코일군(20)을 운동 방향으로 전진시키는 자기 보조력이 증가한다.
정리하면, 자석군(10)의 자성 부재(11)의 자력선과 유도 코일군(20)의 코일(22)의 설치 방향을 모두 운동 방향과 평행을 이루도록 함으로써, 쌍 자기 흡인점을 형성한다. 또한, 유도 코일군(20)의 자화체(21)의 일단에 대직경 자기 요크(25)를 설치한 설계는, 상기 대직경 자기 요크(25)를 이용하여 양단에 과형성된 자기 흡인력의 평형을 파괴할 수 있다. 이로써, 수평 벡터의 분력을 확대시킬 수 있어, 운동 에너지 손실률을 효율적으로 저감시킬 수 있으므로, 미약한 힘의 구동 효과를 발생시킬 수 있다. 또한, 운동 방향의 벡터 분력을 확대하여, 그 운동 에너지를 증가시킬 수 있다. 또한, 관성 가속하에서, 큰 전류를 효율적으로 발생시켜 발전량의 효과를 증가시킬 수 있으며, 그 에너지 변환율을 더 증가시킨다.
상기 실시예와 도면은 본 발명의 제품 형태와 양태를 한정하지 않는다. 해당 기술 분야의 통상의 기술자는 모두 상기 실시예를 적절히 변경하거나 수정할 수 있으며, 이는 모두 본 발명의 특허범위를 벗어나지 않는 것으로 보아야 한다.
10 자석군 11 자성 부재
20 코일군 21 자화체
22 코일 25 자기 요크

Claims (4)

  1. 회전자로 정의된 하나의 자석군과, 고정자로 정의된 적어도 하나의 유도 코일군으로 구성된 전자기 장치에 있어서,
    상기 자석군은 적어도 하나의 자성 부재를 구비하고, 서로 인접한 자성 부재는 서로 같은 극성이 서로 마주하도록 직렬로 배열되며,
    각각의 자성 부재의 두 자극은 회전자로서의 자석군의 운동 방향과 평행을 이루며,
    각각의 상기 유도 코일군은 자화체를 구비하고, 자화체의 외측에는 코일이 감겨져 있으며, 자화체 상의 상기 코일의 권취 연장 방향이 회전자로서의 자석군의 운동 방향과 평행을 이루며,
    각각의 상기 유도 코일군의 자화체는 자석군의 운동 방향과는 다른 일단에 자기 요크가 설치된 것을 특징으로 하는 전자기 장치.
  2. 고정자로 정의된 하나의 자석군과, 회전자로 정의된 적어도 하나의 유도 코일군으로 구성된 전자기 장치에 있어서,
    상기 자석군은 적어도 하나의 자성 부재를 구비하고, 서로 인접한 자성 부재는 서로 같은 극성이 서로 마주하도록 직렬로 배열되며,
    각각의 자성 부재의 두 자극은 회전자로서의 유도 코일군의 운동 방향과 평행을 이루며,
    각각의 상기 유도 코일군은 자화체를 구비하고, 자화체의 외측에는 코일이 감겨져 있으며, 자화체 상의 상기 코일의 권취 연장 방향이 회전자로서의 유도 코일군의 운동 방향과 평행을 이루며,
    각각의 상기 유도 코일군의 자화체는 유도 코일군의 운동 방향과는 다른 일단에 자기 요크가 설치된 것을 특징으로 하는 전자기 장치.
  3. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 자석군과 상기 유도 코일군의 상대적 운동은 회전 운동인 것을 특징으로 하는 전자기 장치.
  4. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 자석군과 상기 유도 코일군의 상대적 운동은 선형 운동인 것을 특징으로 하는 전자기 장치.
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