CN103807330B - 用于混合动力变速器的制动器机构 - Google Patents

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Abstract

一种用于混合动力变速器的制动机构，包括磁性单元和制动板。磁性单元配置为选择性地产生磁通量。磁性单元径向地围绕旋转轴线。磁性单元限定出多个沟槽。制动板径向地围绕旋转轴线且包括多个齿。制动板沿旋转轴线在脱开位置和接合位置轴向可动。在脱开位置时制动板配置为绕旋转轴线相对于磁性单元旋转。在接合位置时制动板配置为响应于通过磁性单元产生的磁通量而接合磁性单元的相应沟槽，从而停止制动板的旋转。

Description

用于混合动力变速器的制动器机构
技术领域
本发明涉及用于混合动力变速器的制动器机构。
背景技术
为了转子更高效的车辆，混合动力车辆动力传动系将电动机和常规的内燃发动机结合。从发动机和电动机而来的扭矩通常经由变速器传递到车辆的驱动车轮。除了在电动机以外或代替电动机来为车辆提供动力以外，混合动力车辆动力传动系的效率通常与发动机必须运行的时间百分比有关。
一些混合动力传动系使用与发动机组合的单个电动机。在这样的动力传动系中，变速器输出以及车辆速度直接地与发动机和电动机的速度和扭矩有关。其他混合动力传动系使用与发动机组合的两个电动机，以为车辆提供动力。另外，车辆可以使用纯粹的电推进。在这种情况下，车辆的动力传动系将具有一个或多个电动机/发电机且没有内燃发动机。
在混合动力或纯电动力传动系中，电动机操作性地连接到变速器，所述变速器包括行星传动装置，从而电动机的扭矩和速度可以独立于车辆速度和期望加速度选择。在混合动力传动系中，发动机的控制通常通过改变从电动机（一个或多个）而来的各扭矩贡献而获得。由此，这样的混合动力和纯电动力传动系每一个可以提供从其电动机而来的可选择扭矩贡献，且在混合动力传动系的情况下可以类似地提供从发动机而来的可选择扭矩贡献，以驱动目标车辆。
发明内容
一种用于混合动力变速器的制动机构，包括磁性单元和制动板。磁性单元配置为选择性地产生磁通量。磁性单元径向地围绕旋转轴线。磁性单元限定至少一个沟槽。制动板径向地围绕旋转轴线。制动板包括至少一个齿。制动板沿旋转轴线在脱开位置和接合位置轴向可动。在脱开位置时制动板配置为绕旋转轴线相对于磁性单元旋转。制动板的至少一个齿配置为，在接合位置时，响应于通过磁性单元产生的磁通量而接合磁性单元的相应的至少一个沟槽，以停止制动板的旋转。
混合动力变速器包括输入轴、至少一个电动机/发电机齿轮组和制动器机构。齿轮组可绕旋转轴线旋转。制动器机构包括磁性单元和制动板。磁性单元配置为选择性地产生磁通量。磁性单元径向地围绕旋转轴线。磁性单元限定至少一个沟槽。制动板径向地围绕旋转轴线。制动板包括至少一个齿。制动板沿旋转轴线在脱开位置和接合位置轴向可动。在脱开位置时制动板配置为绕旋转轴线相对于磁性单元旋转。制动板的至少一个齿配置，在接合位置时，为响应于通过磁性单元产生的磁通量而接合磁性单元的相应的至少一个沟槽，以停止制动板的旋转。
附图中的详细的描述和显示是对本发明的支持和描述，而本发明的范围仅通过权利要求限定。尽管已经对执行本发明的较佳模式进行了详尽的描述但是本领域技术人员可得知在所附的权利要求的范围内的用来实施本发明的许多替换设计和实施例。
附图说明
图1是具有混合动力变速器和控制器的车辆的示意图，所述控制器控制混合动力变速器中的制动器机构;
图2是设置在混合动力变速器中的制动器机构的示意性横截面侧视图，制动器机构处在脱开位置，其是沿图4的2-2线截取的;
图3是设置在混合动力变速器中的制动器机构的示意性横截面侧视图，制动器机构处在接合位置，其是沿图5的3-3线截取的;
图4是沿4-4线截取的脱开位置中的图2中制动器机构的示意性截面视图，显示了制动板的齿从芯部部分的沟槽脱开;
图5是沿5-5线截取的接合位置中的图3中制动器机构的示意性截面视图，显示了制动板的齿接合芯部部分的沟槽;
图6是设置在混合动力变速器中的制动器机构示意性横截面侧视图，制动器机构处在脱开位置;
图7是设置在混合动力变速器中的制动器机构示意性横截面侧视图，制动器机构处在接合位置;
图8是设置在混合动力变速器中的制动器机构示意性横截面侧视图，制动器机构处在脱开位置;
图9是设置在混合动力变速器中的制动器机构示意性横截面侧视图，制动器机构处在接合位置;
图10是设置在混合动力变速器中的制动器机构的示意性横截面侧视图，制动器机构处在脱开位置，其是沿图12的10-10线截取的;
图11是设置在混合动力变速器中的制动器机构的示意性横截面侧视图，制动器机构处在接合位置，其是沿图13的11-11线截取的;
图12是沿12-12线截取的脱开位置中的图10制动器机构的示意性截面视图，显示了制动板的齿与芯部部分的沟槽接合，柔性钢构件设置在沟槽中;和
图13是沿13-13线截取的接合位置中的图11制动器机构的示意性截面视图，显示了制动板的齿与芯部部分的沟槽接合，柔性钢构件设置在沟槽中。
具体实施方式
参见附图，其中相同的附图标记指示相同的部件，图1示出了混合动力传动系20，其配置为对车辆22进行起步和推进，即让车辆22在低道路速度到高道路速度之间的所有速度范围内运行。混合动力传动系20可以包括多个动力源，其包括内燃发动机24和混合动力变速器25。混合动力变速器25可以包括第一和第二电动机/发电机26、28和“电可变变速器”(EVT)27。
动力传动系20另外具有能量存储系统30，其包括未具体示出但是本领域技术人员已知的一个或多个电池。能量存储系统30操作性地连接到第一和第二电动机/发电机26、28从而电动机/发电机26、28可以传递扭矩到发动机24或从发动机24接收扭矩。应理解可以存在多于或少于两个的电动机/发电机26、28。动力传动系20还包括控制器32或电子控制单元(ECU)。控制器32操作性地连接到动力源和能量存储系统30，以控制从动力源到EVT27的扭矩分配。
EVT27包括变速器行星齿轮系，其操作性地连接到发动机24和电动机/发电机26、28每一个。将发动机24和电动机/发电机26、28的相应扭矩传递到行星齿轮系的不同构件允许其中一个动力源有助于或平衡另两个中任何一个的运行。由此，操作性地连接到EVT27的一个发动机24和电动机/发电机26、28的组合允许发动机24和电动机/发电机26、28的速度和扭矩被控制且独立地选择，以便更有效地为车辆22提供动力。
虽然图1所示的混合动力传动系20包括发动机24，但是EVT27也可以仅连接到电动机/发电机26、28。在这种情况下，动力传动系20将不再是混合动力类型的，而是变成纯电类型的，且EVT27可以随后被宽泛地描述为电机械驱动单元。出于简单的目的，参考电机械驱动单元描述本发明的其余部分，所述电机械驱动单元是连接到发动机24以及电动机/发电机26、28的EVT27。
参见图1，EVT27可以包括一个或多个行星齿轮组（未示出)。每一个行星齿轮组可以是单独的行星齿轮组、复合行星齿轮结构、或外部齿轮组，所述复合行星齿轮结构具有两个或更多互连行星齿轮组34。发动机24、电动机/发电机26、28和齿轮组34可以设置在旋转轴线42上。
再次参见图1，发动机24和电动机/发电机26、28经由输入结构44操作性地连接到EVT27，所述输入结构将扭矩从发动机24传递到变速器输入构件46。输入结构44包括发动机24的输出轴48，所述输出轴还用作到变速器的输入构件46。输入构件46设置在旋转轴线42上且可绕旋转轴线旋转，以便将发动机24的扭矩提供到EVT27。参见图2和4，毂50可以径向地设置在输入构件46上。再次参见图1，毂50可以键合到输入构件46，从而毂50随输入构件46绕旋转轴线42旋转。EVT27还包括设置在旋转轴线42上的变速器输出构件52。变速器输出构件52持续连接到驱动车轮组54且配置为将从EVT27接收的输出扭矩提供到驱动车轮54，以让车辆22起步和推进。
如图1所示，变速器25还包括静止构件，例如变速器箱体或壳体56。EVT27也可以包括电促动的制动器机构58，如图2-5所示且在在下文详细描述。因而，制动器机构58可以用于停止行星齿轮组相对于壳体56绕旋转轴线42的旋转。参见图2、3和6-11，制动器机构58操作性地附接到输入构件46。
如图1所示，EVT27也可以包括缓冲器59。缓冲器59可以操作地连接到发动机24且配置为在通过发动机24产生的扭转振动经由输入构件46传递到行星齿轮组34之前吸收这样的振动。
如图2-5所示，制动器机构58配置为运行为电磁爪形离合器，其设置在旋转轴线42上。制动器机构58包括磁性单元60和制动板62。磁性单元60配置为响应于从控制器32接收的信号而产生磁通量。磁性单元60被固定到壳体56同时还径向地围绕旋转轴线42。因此，通过将磁性单元60附接到壳体56，磁性单元60不绕旋转轴线42旋转。多个均匀间隔开的沟槽64限定在磁性单元60中。沟槽64周向地围绕旋转轴线42。
制动板62通常为圆形且附接到输入构件46，以径向地围绕旋转轴线42。因此，制动板62随输入构件46绕旋转轴线42旋转。制动板62包括多个均匀间隔开的齿66，所述齿周向地围绕旋转轴线42。齿66以与旋转轴线42大致平行的关系延伸。进一步地，齿66和沟槽64每一个彼此径向地间隔开，全部都与旋转轴线42成相等的距离。
制动板62在图2和4所示的脱开位置68和图3和5所示的接合位置70之间沿旋转轴线42轴向可动。轴衬72可以径向地设置在制动板62和毂50之间，以有助于轴向运动。轴衬72可以是不含铁的滑动轴衬72，其提供在轴衬72和毂50之间的小空气隙。在制动板62处在脱开位置68时，如图2和4所示，允许制动板62以及毂50和输入构件46响应于扭矩到输入构件46的应用而绕旋转轴线42旋转。同样，参见图3和5，在制动板62处在接合位置70时，通过制动板62的齿66与磁性单元60的沟槽64的接合，制动板62以及毂50和输入构件46被防止绕旋转轴线42旋转。更具体地，响应于通过磁性单元60产生的磁通量，制动板62沿旋转轴线42运动到接合位置70，从而齿66与磁性单元60的相应的沟槽64接合。因此，制动板62相对于毂50和输入构件46沿旋转轴线42轴向运动。在制动板62处在接合位置70时，齿66径向地对准相应的沟槽64，从而齿66与沟槽64接合。因此，因为磁性单元60被固定到壳体56且不绕旋转轴线42旋转，所以在制动板62处在接合位置70时，制动板62绕旋转轴线42的旋转被停止。
磁性单元60包括线圈76和芯部部分78。线圈76径向地围绕旋转轴线42且配置为响应于被通电而产生磁通量。芯部部分78径向地围绕旋转轴线42且附接到壳体56，以保持磁性单元60。芯部部分78可以用拉拔钢形成，其可以键合到壳体56。芯部部分78部分地围绕线圈76，以引导磁通量穿过其中流动。芯部部分78在其中限定沟槽64。更具体地，芯部部分78中的沟槽64可以形成为经由冲压或拉拔而整合到芯部部分78，从而沟槽64用作到制动板62的相应齿66的扭矩接口。从而沟槽64不单独连接到芯部部分78。芯部部分78上沟槽64的局部热处理，例如渗碳、氮化等，可以用于加强沟槽64。
线圈76电连接到能量存储系统30且响应于从能量存储系统30接收电流而产生磁通量。通过线圈76产生的磁通量流过芯部部分78且进入制动板62，以让制动板62轴向运动到接合位置70，从而齿66接合相应的沟槽64以停止制动板62绕旋转轴线42的旋转，如图3和5所示。
同样，在没有通过线圈76产生磁通量时，制动板62沿旋转轴线42轴向运动到脱开位置68，从而制动板62被允许绕旋转轴线42旋转，如图2和4所示。
参见图2和3，制动器机构58还包括径向地围绕旋转轴线42的偏压装置80。偏压装置80可以是返回弹簧，例如叶簧，且在内部部分82和外部部分84之间径向地延伸。偏压装置80在外部部分84处可旋转地连接到制动板62，且连接到输入构件46和内部部分82。通过非限制性的例子，偏压装置80经由不含铁的铆钉86连接到制动板62。应理解，也可以使用其他的连接形式。偏压装置80可绕旋转轴线42响应于制动板62和输入构件46的旋转而旋转。另外，在内部部分82处偏压装置80被轴向限制到输入构件46，而偏压装置80的外端口与制动板62一起轴向可动。更具体地，偏压装置80是回弹，且可在图3所示的偏压位置88和图2所示的未偏压位置90之间运动。在偏压装置80处在偏压位置88（因磁通量的产生而造成）时制动板62处在接合位置70。同样，在没有磁通量时，在偏压装置80处在未偏压位置90时制动板62处在脱开位置68。在没有将偏压位置80拉到偏压位置88的力时，即没有磁性通量时，由于回弹，偏压装置80将自动地运动到未偏压位置90。更具体地，偏压装置80自然地被偏压以从偏压位置88运动到未偏压位置90，从而在没有磁通量产生时制动板62运动到脱开位置68。另外，垫片92可以轴向设置在偏压装置80的内部部分82和毂50之间。垫片92可以用非磁性材料形成，其中断磁性短路，如果需要的话。偏压装置80沿径向方向比沿轴向方向更刚性，且在制动板62从接合位置70行进到脱开位置68时，偏压装置80与轴衬72一起能以最小的摩擦提供对制动板62的引导。
轴承94径向地设置在输入构件46和芯部部分78之间，从而轴承94径向地围绕旋转轴线42。从而轴承94径向地支撑输入构件46，同时仍然允许输入构件46相对于芯部部分78的旋转，所述芯部部分被固定到壳体56。在直接位于芯部部分78和旋转输入构件46之间的轴承94的结构确保最小数量额的部件，这对径向公差堆叠（radial tolerance stack）有贡献，即空气间隙的改变。进一步地，允许这些空气间隙很小，以能改善在制动板62上的拉动力。
芯部部分78具有提供基部部分96、第一壁98、和第二壁100的横截面。基部部分96以与旋转轴线42大致垂直的关系延伸。第一和第二壁98、100每一个大致从基部部分96垂直地且以彼此间隔开且平行的关系延伸。基部部分96、第一壁98和第二壁100协作，以限定径向地围绕旋转轴线42的空腔102。芯部部分78设置在空腔102中。
突出部104大致垂直地从第二壁100延伸，径向地离开旋转轴线42。指状物106从突出部104大致垂直延伸，轴向离开空腔102。突出部104限定沟槽64，所述沟槽以与旋转轴线42大致垂直的关系延伸。第一壁98提供第一面108，所述第一面以与旋转轴线42大致垂直的关系延伸。参见图3和5，在处在接合位置70时制动板62接触第一面108且齿66接合突出部104的相应的沟槽64，从而在芯部部分78和制动板62之间没有空气隙。在制动板62和芯部部分78之间没有空气隙可以允许制动板62以低的保持电流而被保持在接合位置70。进一步地，在制动板62处在接合位置70时指状物106与制动板62的外边缘110重叠，从而在指状物106和外边缘110之间存在径向空气隙112，图6所示。径向空气隙112改善制动板62到接合位置70的拉动力。
再次参见图4和5，每一个齿66可以是V形的。同样，每一个沟槽64可以具有V形形状，其与齿66互补，从而每一个沟槽64配置为接收相应的一个齿66。V形形状允许每一个齿66的侧面114与沟槽64的相应边缘的切向接合。切向接合还沿扭矩方向118完全地关闭空气隙，允许以低的保持电流将制动板62保持在接合位置70。齿66可以是其他形式，包括梯形、U形、矩形或这些形状的组合。
再次参见图2和3，制动板62包括第一部分120、第二部分122、第三部分124、和第四部分126。第一部分120以与旋转轴线42大致平行的关系延伸且径向地围绕轴衬72。第二部分122以与第一部分120大致垂直的关系径向地延伸且径向地离开旋转轴线42。第三部分124以与旋转轴线42和第一部分120大致平行的关系从第二部分122延伸。第三部分124提供与旋转轴线42径向地相对的第一表面128。同样，芯部部分78的第一壁98提供径向地面对旋转轴线42的第二表面130。第三部分124与第一壁98间隔开，从而小径向间隙132限定在第一表面128和第二表面130之间。小径向间隙132提供改进的拉动力，以让制动板62运动到接合位置70，以及具有低偏心性和不平衡磁性拉动。第四部分126从第三部分124以大致垂直的关系且径向地离开旋转轴线42径向延伸。第四部分126包括第一段134和与第一段134径向地间隔开的第二段136。连接部分138径向地将第一段134连接到第二段136。第一段134、第二段136和连接部分138限定轴向面对芯部部分78的空腔102的凹部140。第一段134提供面对第一面108的第二面142。在制动板62处在接合位置70时，第二面142接触第一面108从而在它们之间没有空气隙。同样，第二段136提供齿66，所述齿在接合位置70接合相应的沟槽64。在制动板62处在接合位置70时，通过线圈76产生的磁通量分别流过第一壁98、基部部分96、第二壁100、突出部104、指状物106、第二段136、连接部分138、第一段134、第三部分124且向回到第一壁98。因此，制动器机构58操作为电促动的离合器。接合位置70中提供的减小和/或零空气间隙意味着制动器机构58以低功率消费运行。因此，制动板62被以最小化的功率消费保持在接合位置70中。通过减少或消除制动板62和芯部部分78之间以及齿66的侧面114和沟槽64的边缘116之间的轴向空气间隙而有助于功率消费的最小化。
制动板62可以用冲压钢形成。齿66与制动板62整合从而齿66不单独连接到制动板62。制动器板62上齿66的局部热处理，例如渗碳、氮化等，可以用于加强齿66。因此，包括齿66的第二段136可以被局部地硬化，以防止在与沟槽64的接合和脱开期间齿66的磨损。仅硬化齿66意味着制动板62的其余部分保持较软，这提供改进的磁性特点。
参见图6和7，显示了制动器机构158的替换实施例。制动器机构158可以进一步包括止动特征160，其径向地围绕毂50。毂50包括径向地延伸的唇缘159。止动特征160轴向设置在芯部部分78的第二部分122和唇缘159之间，以对偏压装置80预加载，以避免制动板62由于震动或冲击载荷而与芯部部分78接合。更具体地，参见图6，在制动器机构158处在脱开位置68时，预加载特征防止制动板62完全地处在未偏压位置，而是同时保持偏压装置80的预加载位置164。这意味着偏压装置80的外部部分84由于制动板62的第二部分122与止动特征160的轴向干涉而略微轴向移位。
参见图8和9，显示了制动器机构258的另一实施例。制动器机构258可以包括磁体166，例如永磁体，其轴向设置在制动板62的第二部分122和毂50的唇缘159之间。在线圈76被断电时磁体166提供将制动板62保持在脱开位置68的力。
参见图10-13，显示了制动器机构358的另一实施例。具体参考图12和13，间隔件168设置在芯部部分78的突出部104中。间隔件168可以是冲压钢部件，其具有基础部分170和从基础部分170延伸的柔性构件172。基础部分170被压入突出部104，从而柔性构件172朝向齿66柔性地延伸进入相应的沟槽64。在齿66的侧面114未牢固地保持抵靠沟槽64的边缘116时柔性构件172确保通过齿66和芯部部分78的闭合磁性路径。
附图中的详细的描述和显示是对本发明的支持和描述，而本发明的范围仅通过权利要求限定。尽管已经对执行本发明的较佳模式进行了详尽的描述但是本领域技术人员可得知在所附的权利要求的范围内的用来实施本发明的许多替换设计和实施例。
相关申请的交叉引用
本申请要求于2012年11月5日递交美国临时专利申请NO.61/722,479的权益,该申请通过引用全部合并与此。

Claims (10)

1.一种用于混合动力变速器的制动器机构，所述制动器机构包括:
磁性单元，配置为选择性地产生磁通量；
其中磁性单元径向地围绕旋转轴线；
其中磁性单元限定至少一个沟槽；
制动板，径向地围绕旋转轴线；
其中制动板包括至少一个齿；
其中制动板沿旋转轴线在脱开位置和接合位置之间轴向可动；
其中在脱开位置时制动板配置为绕旋转轴线相对于磁性单元旋转；
其中制动板具有第一表面，该第一表面与旋转轴线径向地相对；
其中磁性单元具有第二表面，该第二表面面对旋转轴线且与第一表面径向地相对，使得第一表面与第二表面处于间隔开的关系，以在二者之间限定径向空气隙；和
其中制动板的至少一个齿配置为，在接合位置时，响应于通过磁性单元产生的磁通量而接合磁性单元的相应的至少一个沟槽，以防止制动板旋转。
2.如权利要求1所述的制动器机构，其中所述至少一个沟槽进一步限定为径向地围绕旋转轴线的多个沟槽；
其中所述至少一个齿进一步限定为径向地围绕旋转轴线的多个齿；和
其中在制动板处在接合位置时多个齿径向地设置为与所述多个沟槽轴向对准，从而多个齿通过相应的多个沟槽接合。
3.如权利要求2所述的制动器机构，其中多个齿每一个是V形的；和
其中多个沟槽每一个是V形的，从而每一个沟槽配置为接收相应的一个齿。
4.如权利要求1所述的制动器机构，其中磁性单元包括:
线圈，径向地围绕旋转轴线且配置为响应于被通电而产生磁通量；
芯部部分，径向地围绕旋转轴线且配置为用于附接到混合动力变速器的壳体，以将磁性单元保持到壳体；
其中芯部部分部分地围绕线圈，以引导磁通量通过芯部部分流动；
其中芯部部分限定至少一个沟槽，且具有所述第二表面；
其中通过线圈产生的磁通量流过芯部部分且进入制动板，以让制动板轴向运动到接合位置，从而至少一个齿接合至少一个沟槽，以防止制动板绕旋转轴线旋转。
5.如权利要求4所述的制动器机构，其中制动板配置为响应于未通过线圈产生磁通量而沿旋转轴线轴向运动到脱开位置，从而制动板可绕旋转轴线旋转。
6.如权利要求5所述的制动器机构，进一步包括偏压装置，所述偏压装置径向地围绕旋转轴线且可旋转地连接到制动板且配置为可旋转地连接到混合动力变速器；
其中偏压装置在偏压位置和未偏压位置之间可动；
其中在偏压装置处在偏压位置时制动板处在接合位置；
其中在偏压装置处在未偏压位置时制动板处在脱开位置；和
其中在没有磁通量产生的情况下，偏压装置被偏压以从偏压位置运动到未偏压位置，从而制动板运动到脱开位置。
7.如权利要求4所述的制动器机构，进一步包括轴承，所述轴承被芯部部分径向围绕，从而轴承径向地围绕旋转轴线；
其中轴承配置为相对于旋转轴线径向地支撑芯部部分。
8.如权利要求4所述的制动器机构，其中芯部部分具有提供基部部分、第一壁和第二壁的横截面；
其中基部部分以与旋转轴线大致垂直的关系延伸；
其中第一和第二壁每一个以与彼此间隔开的关系从基部部分大致垂直延伸；
其中基部部分、第一壁和第二壁协作以限定径向地围绕旋转轴线的空腔；
其中线圈设置在空腔中；
其中第一壁具有所述第二表面和第一面；
其中制动板具有与所述第一面相对的第二面；和
其中当制动板处于接合位置中时，第一面接触第二面，从而在芯部部分和制动板之间没有空气隙。
9.如权利要求8所述的制动器机构，其中芯部部分进一步包括:
突出部，从第二壁大致垂直且径向地离开旋转轴线延伸；
其中突出部限定至少一个沟槽；
指状物，从突出部大致垂直且轴向离开空腔延伸；
其中第一壁提供以与旋转轴线大致成垂直关系延伸的所述第一面；和
其中在制动板处在接合位置时指状物与制动板的外边缘重叠，从而在指状物和制动板的外边缘之间限定径向空气隙，以改善让制动板进入接合位置的拉动力。
10.如权利要求9所述的制动器机构，进一步包括:
间隔件，从突出部延伸；
其中间隔件包括基础部分和从基础部分延伸的柔性构件；
其中柔性构件朝向至少一个齿柔性延伸到至少一个沟槽中，从而在至少一个齿未被牢固地保持抵靠至少一个沟槽时柔性构件确保通过至少一个齿和芯部部分的闭合磁性路径。
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