CN102106061A - 用于制造电机的方法以及用于混合动力车辆的电机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于制造电机(1)的方法,该电机由壳体(2)、容纳在所述壳体(2)中的定子(3)、转子(4)和固定在所述壳体(2)上的轴承盖(11)组成,所述定子(3)至少由定子体(9)和定子绕组(20)构成,所述转子(4)可绕转子轴线(5)旋转地支承在所述壳体(2)中,其中,通过以下方式制造所述壳体(2),即:壳体发泡件(22)由至少三个单独发泡件(23、24、25)制成并且壳体铸造毛坯(122)借助于壳体发泡件(22)按照消失模铸造工艺进行制造。在此,所述单独发泡件(23、24、25)由中间片(24)、环形片(25)和轴承盖片(23)构成,所述中间片(24)具有大致上为空心圆柱形的结构并且构成所述壳体发泡件(22)的中间件,所述环形片(25)具有大致上为空心圆柱形的结构并且构成所述壳体发泡件(22)的另一中间件,所述轴承盖片(23)具有大致上为盆形的结构且构成所述壳体发泡件(22)的一个端部。依据本发明的方法实现了在用于制造所述壳体发泡件(22)的模具尽可能少的情况下所述电机(1)的壳体(2)的灵活构造。
Description
技术领域
本发明涉及一种依据权利要求1前序所述的用于制造电机的方法以及一种依据权利要求6所述的电机。
背景技术
在目前的电机的实施方式中,壳体大多数情况下由多个部件组成。在此,特别地使用的有两种结构形式。第一种是壳体由三个部件组成的结构形式,如在DE 1 765 059 U中所描述的,第二种是由两个部件组成的结构形式,如在EP 1 041 699 B1中所描述的。
由三个部件组成的结构形式由容纳电机定子的圆柱形中间体和两个轴承盖组成,这两个轴承盖在两侧将壳体封闭。在轴承盖中容纳了浮动轴承以及固定轴承。这种结构的缺点是在两个支撑部位之间的很长的公差链,该很长的公差链导致了在定子和转子之间功能气隙的扩大,以及使得用于制造三个单独的壳体部件的公差带需非常窄。
由两个部件组成的结构形式使得在气隙保持不变的情况下能以较宽的公差带进行制造,然而在灵活性和满足不同要求方面具有局限性,因为壳体必须几乎完全地被调整;例如在改变可能的预先规定的接口如冷却剂接头或者高压接头时。由三个部件组成壳体也是这种情况。
为了制造电机且特别是为了制造电机的壳体,通常使用铸造工艺,例如在DE 693 18 449 T2中所示的消失模铸造工艺。
发明内容
本发明的任务在于,设计用消失模铸造工艺制造的电机壳体的结构,使得借助于唯一的壳体变型可以在各种不同的预先规定的接口方面实现最大的灵活性。
依据本发明的用于制造电机的方法和根据本发明的方法制造的电机使得能在预先规定的接口方面实现最大的灵活性。
依据本发明的具有在权利要求1中所述的特征的用于制造电机的方法建议按下列步骤制造电机的壳体。制造由至少三个单独发泡件构成的壳体发泡件,其中,使用至少三个单独发泡件提供了以下可能性,即,按照模块原理制造壳体发泡件,由此用于制造发泡件的必要的模具数量保持很少并且能节省制造成本。当对于多种变型能使用同样的模具时,那么成品变型越多,就能节省越多的成本。以多个单独发泡件制造壳体发泡件,提供了能按照多片式结构制造的优点,例如由中间片、环形片和轴承盖片组成。与由单个的高的模具制造壳体发泡件相反,用较扁的模具制造各单独发泡件,由此铸造工艺得以优化并且由此成本也更加低廉。
用于制造电机壳体的另一方法步骤是,借助于壳体发泡件按照消失模铸造工艺制造壳体铸造毛坯。消失模铸造工艺通过以下方式提供了创新的部件构造方案,即,将各单独发泡件接合成唯一的壳体发泡件。此外,铸造工艺还在单独发泡件方面提供了高的变化灵活性,这对于壳体的变型多样性是有利的。
在方法的一种实施方式中,所述壳体发泡件由单独发泡件构成,并且各单独发泡件通过粘接工艺与转子轴线同轴地相互连接。在此,至少在一个单独发泡件中形成多个冷却通道的基础几何结构,使得形成的冷却通道的基础几何结构在壳体发泡件中形成壳体的冷却通道的完整的基础几何结构并且各单独发泡件相互接合,使得在各单独发泡件中形成的冷却通道基础几何结构在壳体发泡件中构成壳体冷却通道的完整的基础几何结构。各单独发泡件相互粘接有下列优点:发泡件在操纵时保持其形状。在冷却通道的构造和轴向长度方面的灵活性也是有利的。根据电机和安装的定子的长度,冷却通道例如可以仅在中间片中形成。如果由于电机的设计需要较大的冷却通道的轴向长度,那么冷却通道可以经过中间片延伸到环形片和/或轴承盖片中。冷却通道已经形成在壳体中,由此能省去密封面和用于构成冷却通道的附加部件,由此降低了成本并且避免了出现可能导致电机失效的可能故障源。
在本发明的另一实施方式中,壳体发泡件可通过以下方式改变其轴向长度,即,改变环形片的单独发泡件的轴向长度和/或改变轴承盖片的单独发泡件的轴向长度。通过保持例如中间片的单独发泡件长度不变并且只改变环形片和轴承盖片的单独发泡件,节省用于制造模具的成本。按照结构和对电机的要求,可以灵活地调整壳体长度,而不必改变用于制造中间片的单独发泡件的模具。
在本发明的另一实施方式中,环形片的单独发泡件由第一环形发泡件和第二环形发泡件构成。两个环形发泡件与转子轴线同轴地接合,其中,有利地,它们能够相对于转子轴线可旋转地相互对准到多个角度位置。由两个部件组成的结构方式实现了,在第一环形发泡件中形成一个冷却通道,在以预定的方式与中间片的单独发泡件粘合在一起之后,该冷却通道形成一个冷却通道的基础几何结构或者一个冷却通道基础几何结构的一部分。所述第二环形发泡件是与其他部件例如轴承盖的接口,该第二环形发泡件则与第一发泡件连接,使得满足规定的要求。两个环形发泡件灵活地对准到几乎每种任意角度位置使得可以满足在已有的接头方面的多种要求,例如用于高压接头的连接部的正确定位。
另一实施方式规定,环形片的单独发泡件由一个单独发泡件构成并且该单独发泡件通过一个由两个环形发泡半模构成的模具制成。环形发泡半模与转子轴线同轴地接合并且关闭,由此产生用于环形片的单独发泡件的总型腔。此外,两个环形发泡半模能够相对于转子轴线可旋转地相互对准到多个角度位置。在相应的模具构造中,几乎每种角度位置都是可能的。这种实施方式的优点类似于具有两个环形发泡件的实施方式的优点。
在本发明的另一实施方式中,第一和第二环形发泡件的相对位置由设置在壳体上的冷却剂接头和设置在轴承盖上的连接部的布置预先确定。对于第一和第二环形发泡半模的相对位置也是同样的。冷却剂接头和设置在轴承盖上的连接部在这种实施方式中能够有利地对准,使得在不同的要求下能灵活地反应并且可以保持已有的接头和接口。
在本发明的一种改进方案中,壳体铸造毛坯在内侧进行切削加工,由此形成止挡,定子体在定子安装在壳体中之后贴靠在该止挡上。这种实施方式的优点为止挡可变的定位和因此定子可变的定位。有利地选择止挡的位置,使得安装的定子完全地被集成在壳体中的冷却通道覆盖。
在本发明的一种实施方式中,该实施方式按照依据本发明的方法制造,以铸件形式制成的单件式壳体类似于上面描述的壳体发泡件被分为轴承盖件、中间件和环形件。在此,轴承盖件在一个端侧具有用于将壳体固定在至少一个已有的部件上的多个凸起并且它在该端侧沿径向朝转子轴线的方向具有轴承容纳部。中间件具有位于外周上的多个冷却剂接头,并且环形件具有分布在外周上的多个凸起,轴承盖可安装在这些凸起上。这种实施方式有利的是在轴承盖件和环形件上一体形成的凸起,因为已有的部件和轴承盖可以直接固定在壳体上。这例如通过螺纹连接实现。在轴承盖件上一体形成的且在容纳轴承之前被加工的轴承容纳部,实现了比在通过两个安装在壳体上的轴承盖实现的情况下更精确的转子支承。另一优点为设置在中间件外周上的多个冷却剂接头,这些冷却剂接头通过其在壳体上的中央位置确保最优的冷却剂供给且因此确保电机的冷却。
在电机的另一实施方式中,设置在轴承盖上的连接部是高压接头。有利地,所述高压接头设置在轴承盖上,使得在对高压接头的要求改变的情况下也不必调整壳体的部件。
描述的电机优选在混合动力车辆中被使用。
其他的优点和有利的设计方案由说明书和附图得出。
附图说明
本发明的实施方式在附图中示出并且在接下来的描述中进行详细阐述。
附图中:
图1示出了依据本发明的方法制造的电机的剖视图;
图2示出了按照图1的第一种实施方式的壳体发泡件的立体图;
图3示出了按照图1的第一种实施方式的轴承盖片的单独发泡件的立体图;
图4示出了按照图1的第一种实施方式的中间片的单独发泡件的立体图;
图5a)示出了按照图1的第一种实施方式的环形片的单独发泡件的第一立体图;
图5b)示出了按照图1的第一种实施方式的环形片的单独发泡件的另一立体图;
图6示出了用于制造环形片的单独发泡件的模具的剖视图;
图7示出了按照图1的第一种实施方式的壳体铸造毛坯的立体视图;
图8示出了按照图1的第一种实施方式的电机的立体图;
图9示出了按照图1的第一种实施方式的电机和一个已有部件的侧视图;
图10a)示出了按照图1的壳体的第一种实施方式的端视图;
图10b)示出了壳体的第二种实施方式的端视图,以及
图11示出了第三种实施方式的包括加长的轴承盖片的壳体发泡件的立体图。
具体实施方式
在图1中所示的剖视图示出了电机1,该电机按照本发明的方法制成。所述电机1包括壳体2,在该壳体中容纳了定子3并且转子4可绕转子轴线5旋转地设置在该壳体中。定子3至少由定子体19和定子绕组20构成。在壳体3的轴承盖侧6一体地形成轴承盖件123,该轴承盖件在一个加工出的轴承容纳部7中容纳用于支承转子4的固定轴承8。在对置的壳体2的环形侧9上固定有轴承盖11,该轴承盖容纳用于支承转子4的浮动轴承12。轴承盖11在壳体2上的固定例如通过这里未示出的螺纹连接实现。在定子3和转子4之间设有气隙13,必须保持该气隙尽可能小,以使电机1达到最优的效率。
在壳体2中形成冷却通道14,冷却剂可以流过该冷却通道,冷却剂通过设置在外周15上的两个冷却剂接头16被导入所述冷却通道14。在壳体2的内侧17上加工出止挡18,定子3通过其定子体19贴靠在该止挡上。止挡18例如通过切削工艺,特别是通过车削,从环形侧9直至止挡18的期望位置进行制造。止挡18在壳体中的位置根据定子长度和定子结构进行制造。定子结构由定子3的部件得出,其中,定子绕组20可以由分布绕组或者单齿绕组构成。在此,分布绕组继续从定子体19中伸出作为单齿绕组。相应地,止挡18的位置必须满足下列标准:第一标准是,冷却通道14以最大程度,特别是完全地覆盖定子体19(定子长度),其中,在示出的实施方式中实现超出定子体19的部分21。应实现最大的冷却套覆盖程度,以优化冷却能力并因此随之优化电机1可使用的功率。第二标准为不允许定子绕组20接触壳体2,因为必须遵循绝缘距离(定子结构)。在这个实施方式中,定子3热压配合在壳体2中,但替代地也可以被压入或者被以另外的方式固定,以防止旋转或者轴向移动。
一种用于制造壳体3的有利的制造方法是消失模铸造工艺。在此,制造铸件的发泡模型,所谓的发泡件。用于制造发泡件的模具例如用由聚苯乙烯制成的塑料小球填充并且接下来将高温蒸汽吹进塑料小球,以使它们一起熔化。这样产生可蒸发的由聚合物制成的模型,该模型在从模具中拿出之后具有基本上与相应的所期望的最终铸造产品相同的形状。然后,模型被涂以可水溶性的薄层,被置于无粘结剂的型砂中并且浇铸。优选为铝或铸钢的液态浇铸材料将发泡件蒸发并且占据在砂型中的空腔。
在图2中示出了本发明第一实施方式的壳体发泡件22的立体图。壳体发泡件22由三个单独发泡件23、24、25构成,这些发泡件与转子轴线5同轴且通过粘接工艺接合在一起。单独发泡件23、24、25为轴承盖片23、带有集成的孔26的中间片24、和环形片25。在粘接工艺中,将轴承盖片23的单独发泡件与中间片24的单独发泡件在第一粘接缝27处粘合。接下来,将环形片25的单独发泡件在第二粘接缝28处粘接在中间片24上。替代地,也可以先将环形片25粘接在中间片24上并且接下来将轴承盖片23粘接在中间片24上。
单独发泡件23、24、25在图3、4、和5中示出并且接下来进行详细描述。在图3中示出第一实施方式的轴承盖片23的盆形单独发泡件的立体图。在轴承盖片23的外周15上在环形侧9上设置有凸起29,这些凸起在以后的消失模铸造工艺中一体地一起铸造。此外,在环形侧9沿径向向内朝转子轴线5方向形成轴承容纳部7的几何结构。在与中间件24的粘接缝27的一侧形成冷却通道30的几何结构,该几何结构在这种实施方式中具有隔条31。所述隔条31用于使轴承盖片23的单独发泡件稳定并且它们与另外的中间片24的隔条32(图4)和环形片25的隔条33(图5a))一起形成壳体2的完成的冷却通道14曲折形的几何结构。通过隔条31、32、33引导冷却剂通过冷却通道14。在本发明的其它实施方式中,例如可以省去隔条31,从而形成没有隔条31的冷却通道14。在这种情况下,满足规定的对壳体2的要求的所述三个单独发泡件23、24、25可以在每种期望的相对于转子轴线5的角度位置相互对准并且粘接在一起。
图4示出了第一实施方式的中间片24的单独发泡件的立体图。在中间片24的外周15上形成多个孔26。这些孔在以后制造的铸件中用于连接冷却剂接头16。在中间片24中形成冷却通道34的几何结构并且中间片24在冷却通道34的几何结构中具有隔条32,该隔条的功能已经描述。此外示出了转子轴线5。
在图5a)中示出了第一种实施方式的环形片25的单独发泡件的第一立体图。环形片可分为第一环形发泡件35和第二环形发泡件36。在第二环形发泡件36的外周15上设有用于凸起44的几何结构,这些凸起的功能稍后描述。环形片25可通过两种不同的方法制造。在第一种方法中,将第一和第二环形发泡件35、36分开制造,接下来将它们与转子轴线5同轴地接合并且在粘接缝37处相对地在期望的相对于转子轴线5的每种任意角度位置粘接在一起。用于制造环形片25的另一种方法由对图6的描述得出。
在图5b)中示出了朝第一环形发泡件35看的第一种实施方式的环形片25的立体图,所述环形片由两个环形发泡件35、36构成。在第一环形发泡件35中形成冷却通道38的几何结构,该冷却通道具有隔条33。此外示出了转子轴线5。包括环形发泡件35的隔条33在内的冷却通道38的几何结构预先确定了环形片25在哪一角度位置粘接在中间片24上。第二环形发泡件36被对准,使得满足对规定接口的要求。
图6示出了模具39的剖视图,该模具用于制造环形片25的单独发泡件。在用于制造环形片25的单独发泡件的第二种方法中,所述模具39由第一环形发泡半模40和第二环形发泡半模41构成,其中,两个环形发泡半模40、41在接触面42上与虚拟的转子轴线105同轴地接合或者说关闭。环形发泡半模40、41可以相对地在相对于旋转轴线105的任意角度位置关闭,所述环形发泡半模40、41也被称为型腔。相互对准由对接口的要求确定。在模具39的内部43形成环形片25的单独发泡件,其中,第一环形发泡半模40形成第一环形发泡件35的形状并且第二环形发泡半模41形成第二环形发泡件36的形状。
在图7中示出了本发明第一实施方式的壳体铸造毛坯122的立体图。壳体铸造毛坯122以金属铸件形式通过消失模铸造工艺制成并且可以从环形侧9开始分为环形件125、中间件124和轴承盖件123。在环形件125的外周15上,在环形侧9上设置多个凸起44,电机1的轴承盖11在这些凸起的加工之后固定在这些凸起上。该加工例如规定在这些凸起44中钻削通孔或者切削螺纹,以便例如通过螺钉将轴承盖11固定在壳体2上。在中间件124的外周15上设置有多个孔26,这些孔例如用于插入和/或拧入冷却剂接头16。
图8示出了依据本发明制造的第一种实施方式的电机1的立体图,其中,已拧紧轴承盖11。电机1的壳体2可分为轴承盖件123、中间件124和环形件125,其中,环形件125可分为第一环形件135和第二环形件136。轴承盖11通过螺纹连接45固定在第二环形件136的凸起44上并且在轴承盖11上设有连接部46。所述连接部46是一个预先规定的接口并且在这种实施方式中为电机1的高压接头。此外,中间件124在外周15上具有两个冷却剂接头16。第二环形件136相对于第一环形件135的角度位置由连接部46相对于冷却剂接头16的位置确定。
在图9中示出位于已有部件47上的第一实施方式的电机1的侧视图。电机1在壳体2的轴承盖侧6上通过凸起29特别是通过螺纹连接固定在部件47上。已有的部件47例如为在机动车辆特别是混合动力车辆或者电动车辆的传动系上的变速器。但是电机1也可以例如直接固定在机动车辆的轮子上,或者固定在已有的其他部件47上,这些其他部件通过电机用于驱动机动车辆,以及将能量传递到电机1上。
图10a)示出了壳体2的第一种实施方式的环形侧9的端视图。示出了轴承盖件123的凸起29、中间件124的冷却剂接头16和环形件125的第二环形件136,该第二环形件136带有用于固定轴承盖11的凸起44。为了描述角度α示出了第一辅助线48和第二辅助线49。经过转子轴线5和冷却剂接头16划出第一辅助线48并且经过转子轴线5和在第二环形件136上的凸台划出第二辅助线49。角度α描述了第二环形件136相对于中间件124的冷却剂接头16的角度位置并因此描述了已有的接口的相对位置。
图10b)示出了壳体102的第二种实施方式的环形侧9的端视图。该视图与图10a)类似,区别在于第二环形件136以比在图10a)中的角度α更大的角度β相对于冷却剂接头16设置。为了描述,经过凸台50和转子轴线5划出第三辅助线51。与在图10a)中示出的壳体2相比,壳体102的第二环形件136在这种实施方式中转过角度(β-α)被浇铸出。
在图11中示出了第三种实施方式的带有加长的轴承盖片223的壳体发泡件222的立体图。为了制造这种延长的轴承盖片223,制造一种长度上改变的用于制造发泡毛坯的模具。壳体发泡件222如在图2中描述的那样进行制造,即,将未改变的中间片24与延长的轴承盖片223相对于转子轴线5同轴地粘接并且接下来将环形片25与中间片24粘接。
使壳体发泡件22和由此产生的壳体2轴向延长的另一可能方案是延长环形片25的单独发泡件并且在那里特别是延长第一环形发泡件35。根据结构和对电机1的要求,分别只轴向延长一个单独发泡件23、25或者两个单独发泡件23、25是有意义的。中间件124在浇铸之后从中间片24脱模,中间片24在其轴向大小上保持不变。
此外,将壳体发泡件22规定为轴向保持恒定的中间片24、可变的轴承盖片23和可变的环形片25,使得两个单独发泡模具23、25的直径可以与中间片24的直径相对无关地变化。由此,实现了在轴承盖侧6上的接口上的部件47方面的自由构造和/或与壳体2的环形侧9的灵活连接,以及由此实现了轴承盖11的连接。
通过壳体发泡模具22和所述三个单独发泡件23、24、25形成的壳体2结构必须这样选择,使得不同的单独发泡件23、24、25的多样性受到限制并且通过分别用于制造发泡件23、24、25的成品发泡模具能够满足大多数不同的预先规定的接口以及定子3的要求。
需要说明的是,由塑料制成的发泡件也被称为发泡毛坯(英语:foam part)。用于制造发泡件的模具被称为发泡模具(英语:foam tool)。
Claims (8)
1.用于制造电机(1)的方法,该电机由壳体(2)、容纳在所述壳体(2)中的定子(3)、转子(4)和固定在所述壳体(2)上的轴承盖(11)组成,所述定子至少由定子体(19)和定子绕组(20)构成,所述转子能绕转子轴线(5)旋转地支承在所述壳体(2)中,其中,所述壳体(2)按下列方法步骤进行制造:
-由至少三个单独发泡件(23、24、25)制造壳体发泡件(22),其中,所述单独发泡件(23、24、25)为:
i.中间片(24),该中间片(24)具有大致上为空心圆柱形的结构并且构成所述壳体发泡件(22)的中间件,
ii.环形片(25),该环形片(25)具有大致上为空心圆柱形的结构并且构成所述壳体发泡件(22)的另一中间件,
iii.轴承盖片(23),该轴承盖片(23)具有大致上为盆形的结构并且构成所述壳体发泡件(22)的一个端部。
-借助于所述壳体发泡件(22)通过消失模铸造工艺制造壳体铸造毛坯(122),其中,所述壳体铸造毛坯(122)构成所述壳体(2)。
2.按照权利要求1所述的方法,其特征在于,所述单独发泡件(23、24、25)通过粘接工艺相互连接,使得
-所述单独发泡件(23、24、25)与所述转子轴线(5)同轴布置,
-在至少一个所述单独发泡件(23、24、25)中形成多个冷却通道(30、34、38)的基础几何结构,使得形成的所述冷却通道(30、34、38)的基础几何结构在所述壳体发泡件(22)中构成所述壳体(2)的冷却通道(14)的完整的基础几何结构,以及
-所述单独发泡件(23、24、25)相互接合,使得在所述单独发泡件(23、24、25)中形成的所述冷却通道(30、34、38)的基础几何结构在所述壳体发泡件(22)中构成所述冷却通道(14)的完整的基础几何结构。
3.按照权利要求1或2所述的方法,其特征在于,通过以下方式能改变所述壳体发泡件(22)的轴向长度,即:
-改变所述环形片(25)的单独发泡件的轴向长度和/或
-改变所述轴承盖片(23)的单独发泡件的轴向长度。
4.按照权利要求1至3中任意一项所述的方法,其特征在于,所述环形片(25)的单独发泡件
-由第一环形发泡件(35)和第二环形发泡件(36)构成并且两个环形发泡件(35、36)与所述转子轴线(5)同轴地接合,其中,所述第一和第二环形发泡件能够相对于所述转子轴线(5)可旋转地相互对准到多个角度位置,或者
-由一个单独发泡件(25)形成,其中所述单独发泡件(25)通过包括两个环形发泡半模(40、41)的模具(39)制成,所述两个环形发泡半模(40、41)与所述转子轴线(5)同轴地接合并且能够相对于所述转子轴线(5)可旋转地相互对准到多个角度位置。
5.按照权利要求4所述的方法,其特征在于,所述第一环形发泡件(35)和所述第二环形发泡件(36)的相对位置和/或所述第一环形发泡半模(40)和所述第二环形发泡半模(41)的相对位置通过
-设置在所述壳体(2)上的多个冷却剂接头(16),和
-设置在所述轴承盖(11)上的连接部(46)的布置预先确定。
6.按照权利要求1所述的方法,其特征在于,所述壳体铸造毛坯(122)在内侧进行切削加工并且在此形成止挡(18),所述定子体(19)在将所述定子(3)安装在所述壳体(2)中之后贴靠在该止挡上。
7.通过按照权利要求1至6中任意一项所述的方法制造的用于混合动力车辆的电机(1),其特征在于,所述壳体(2)类似于所述壳体发泡件(22)具有轴承盖件(123)、中间件(124)和环形件(125);以及
-所述轴承盖件(123)在一个端侧(9)上具有用于固定在已有的部件(47)上的多个凸起(29)并且在该端侧(9)上沿径向朝转子轴线(5)的方向具有一个轴承容纳部(7),
-所述中间件(124)具有位于外周(15)上的多个冷却剂接头(16),以及
-所述环形件(125)具有分布在外周(15)上的多个凸起(44),所述轴承盖(11)能安装在这些凸起上。
8.通过按照权利要求5所述的方法制造的用于混合动力车辆的电机(1),其特征在于,设置在所述轴承盖(11)上的连接部(46)是高压接头。
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