CN107852103A - 逆变器装置 - Google Patents
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Abstract
提供一种逆变器装置,该逆变器装置能够小型化,并且能够将连接电抗器和印刷配线板的电线尽可能地缩短,并且能够对电抗器进行冷却。该逆变器装置对设置在制冷装置中的电动机的运转频率可变地进行控制,其包括:印刷配线板(42);功率设备(41),该功率设备安装在印刷配线板(42)的一方的表面上,且包括转换器电路和逆变器电路;电抗器(27),该电抗器位于印刷配线板(42)的上述一方的表面侧,且至少一部分配置在印刷配线板(42)的平面投影面积内;以及冷却器(20),该冷却器以在该冷却器与印刷配线板(42)之间夹着功率设备(41)和电抗器(27)的方式配置,且用于冷却功率设备(41)和上述电抗器(27)。
Description
技术领域
本发明涉及一种对设置在制冷装置中的电动机进行控制的逆变器装置。
背景技术
在对室内的温度和湿度进行调节的空调装置等制冷装置中,有的制冷装置通过逆变器装置对压缩机和风扇的电动机进行控制。例如,在专利文献1中记载的逆变器装置包括:功率设备,该功率设备包括转换器电路和逆变器电路;以及电抗器,该电抗器设置于转换器电路和逆变器电路之间的直流电源线,并且对高次谐波进行抑制。功率设备安装在印刷配线板上,电抗器配置在远离印刷配线板的位置处,并且通过线束(电线)连接于印刷配线板。此外,印刷配线板上的功率设备通过连接有制冷剂配管的冷却套筒进行冷却。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本专利特开2013-224785号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
在专利文献1记载的逆变器装置中,由于俯视观察时在远离印刷配线板的位置处配置有电抗器,因此为了配置上述设备需要较宽的空间。因此,使收容印刷配线板和电抗器的电气部件箱大型化,从而加大了在空调装置内配置电气部件箱时的限制。
此外,电抗器是所谓的强电元件,在连接电抗器和印刷配线板的线束中流动有较大的电流。因此,线束成为噪声的传播路径,很可能给周围的电气元件(例如,连接于印刷配线板的弱电元件)带来不良影响。
另一方面,在专利文献1记载的逆变器装置中,作为发热元件的功率设备通过冷却套筒进行冷却,但是完全没有考虑对同样作为发热元件的电抗器进行冷却。
本发明的目的是提供一种逆变器装置,该逆变器装置能够小型化,并且能够将连接电抗器和印刷配线板的电线尽可能地缩短,并且能够对电抗器进行冷却。
解决技术问题所采用的技术方案
本发明的逆变器装置对设置在制冷装置中的电动机的运转频率可变地进行控制,其包括:印刷配线板;功率设备,该功率设备安装在上述印刷配线板的一方的表面上,上述功率设备包括转换器电路和逆变器电路;电抗器,该电抗器位于上述印刷配线板的上述一方的表面侧,上述电抗器的至少一部分配置在上述印刷配线板的平面投影面积内;以及冷却器,该冷却器以在该冷却器与上述印刷配线板之间夹着上述功率设备和上述电抗器的方式配置,上述冷却器用于冷却上述功率设备和上述电抗器。
根据上述结构,由于电抗器的至少一部分配置在印刷配线板的平面投影面积内,因此能够实现逆变器装置的小型化,能够去除连接电抗器和印刷配线板的电线或将上述电线缩短。因此,能够降低由电线给周围的电气元件带来的噪声的影响。此外,由于能够将功率设备和电抗器尽可能靠近地配置,因此不仅能够使用冷却器对功率设备进行冷却,还能够使用上述冷却器对电抗器进行冷却。
在上述结构中,较为理想的是,上述电抗器的整体配置在上述印刷配线板的平面投影面积内。
根据上述结构,能够进一步地实现逆变器装置的小型化。
较为理想的是,上述电抗器的连接端子配置在上述印刷配线板的平面投影面积内并且直接连接在上述印刷配线板上。
根据上述结构,能够去除作为噪声的传播路径的、连接电抗器和印刷配线板的电线。
上述电抗器的连接端子可以配置在上述印刷配线板的平面投影面积外并且通过电线连接在上述印刷配线板上。
根据上述结构,由于电抗器的连接端子配置在印刷配线板的平面投影面积外,因此能够容易地进行电线的处理等用于将电线与连接端子连接的作业。
较为理想的是,上述电抗器设置在电路中的上述转换器电路和上述逆变器电路之间并且用于抑制高次谐波,
在上述印刷配线板上设置有:连接有上述功率设备的第一连接部;连接有上述电抗器的第二连接部;连接有电源线的第三连接部;以及连接有通向电动机的输出线的第四连接部,
上述第二连接部和上述第三连接部及上述第四连接部之间配置有上述第一连接部。
在逆变器装置中,来自电源的电流依次在转换器电路、电抗器、逆变器电路中流动,并且输出至电动机。因此,通过以上述结构的方式配置各连接部,能够沿电流的流动形成印刷配线板中的配线图案,能够简化配线图案。
发明效果
本发明的目的是提供一种逆变器装置,该逆变器装置能够小型化,并且能够将连接电抗器和印刷配线板的电线尽可能地缩短,并且能够对电抗器进行冷却。
附图说明
图1是本发明一实施方式的空调装置的示意结构图。
图2是用于空调装置的逆变器装置的示意结构图。
图3是印刷配线板、功率设备和电抗器的侧视图。
图4是印刷配线板、功率设备和电抗器的后视图。
图5是表示印刷配线板的配线图案的平面说明图。
图6是表示电抗器的连接端子和印刷配线板的连接例的剖视说明图。
图7是表示印刷配线板和电抗器的配置的变形例的平面说明图。
图8是表示冷却器的变形例的侧视图。
具体实施方式
以下,参照附图对本发明的实施方式进行说明。
图1是本发明一实施方式的空调装置的示意结构图。
作为制冷装置的空调装置1包括设置于室外的室外机2和设置于室内的室内机3。室外机2和室内机3通过连通配管彼此连接。空调装置1包括进行蒸汽压缩式制冷循环的制冷剂回路4。在制冷剂回路4中设置有室内热交换器11、压缩机12、油分离器13、室外热交换器14、膨胀阀(膨胀机构)15、储罐16以及四通换向阀17等,上述设备通过供制冷剂回路4的制冷剂流动的制冷剂配管10连接。制冷剂配管10包括液体配管10L和气体配管10G。
室内热交换器11是用于使制冷剂和室内空气进行热交换的热交换器,上述室内热交换器11设置于室内机3。作为室内热交换器11,能够采用例如交叉翅片式的翅片管热交换器等。在室内热交换器11的附近设置有用于将室内空气朝室内热交换器11输送的室内风扇(省略图示)。
压缩机12、油分离器13、室外热交换器14、膨胀阀15、储罐16以及四通换向阀17设置于室外机2。
压缩机12将从吸入端口吸入的制冷剂压缩并且经由排出端口将上述制冷剂排出。作为压缩机12,能够采用例如涡旋式压缩机等各种压缩机。
油分离器13用于从压缩机12排出的润滑油和制冷剂的混合流体中分离出润滑油。分离后的制冷剂被送往四通换向阀17,润滑油返回至压缩机12。
室外热交换器14用于使制冷剂和室外空气进行热交换,能够采用例如交叉翅片式的翅片管热交换器等。在室外热交换器14的附近设置有用于将室外空气朝室外热交换器14输送的室外风扇。
膨胀阀15在制冷剂回路4中配置在室外热交换器14和室内热交换器11之间,使流入的制冷剂膨胀并且使上述制冷剂减压至规定的压力。作为膨胀阀15,能够采用例如开度可变的电子膨胀阀15。储罐16对流入的制冷剂进行气液分离,并且在制冷剂回路4中配置在压缩机12的吸入端口和四通换向阀17之间。通过储罐16分离后的气体制冷剂被吸入压缩机12。
四通换向阀17能够进行图1中实线所示的第一状态和虚线所示的第二状态的切换。空调装置1进行制冷运转时,四通换向阀17切换至第一状态,上述空调装置1进行制热运转时,四通换向阀17切换至第二状态。
制冷剂回路4的制冷剂配管10的一部分10A安装在用于对后述的逆变器装置21的功率设备41和电抗器27进行冷却的制冷剂套筒(冷却板)44上,从而构成冷却器20。在本实施方式中,考虑冷却能力,如图1所示制冷剂配管10中的液体侧配管构成冷却器20。在本实施方式中,构成冷却器20的液体侧配管是制冷剂回路4中的室外热交换器14和膨胀阀15之间的液体侧配管,但不限定于此。
在构成冷却器20的液体侧配管中,在制冷运转时流动有由室外热交换器14冷凝后的制冷剂,在制热运转时流动有由室内热交换器11冷凝且由膨胀阀15减压后的制冷剂。上述制冷剂的温度根据运转条件等是不同的,例如在制冷运转时上述制冷剂的温度为40~45℃左右。
图2是逆变器装置的示意结构图。
上述逆变器装置21用于对马达(电动机)M的运转频率可变地进行控制,其中,上述马达(电动机)M对空调装置中的压缩机12和风扇进行驱动。
逆变器装置21包括转换器电路(整流电路)22、滤波器电路23和逆变器电路24。转换器电路22和逆变器电路24构成后述的功率设备41(参照图3)。
转换器电路22与交流电源31以及直流电源线25、26连接。转换器电路22将从交流电源31输入的交流电压整流并且变换成脉动电压,并且将该脉动电压输出至直流电源线25、26。在图2中例示了作为转换器电路22的二极管电桥。但是,不限定于此,转换器电路可以是例如通过同步整流将交流电压变换成直流电压的AC-DC转换器。此外,交流电源31可以是多相交流电源,也可以是单相交流电源。
滤波器电路23通过直流电源线25、26与转换器电路22连接。滤波器电路23包括电抗器27和电容器28。
电抗器27与直流电源线25连接。电抗器27主要对在逆变器电路24通常动作时与在直流电源线25中流动的直流电流重叠的高次谐波进行抑制。
电容器28连接在电抗器27的输出侧电路和直流电源线26之间。此外,电容器28与电抗器27一起构成LC滤波器。上述LC滤波器能够使与用于生成逆变器电路24的控制信号的载波的频率具有相同频率的电流成分衰减,能够对与载波的频率具有相同频率的电流成分向交流电源31流出进行抑制。
本例中的电抗器27和电容器28与其说构成平滑电路,不如说作为LC滤波器使用。在这种情况下,能够使电容器28的静电电容和电抗器27的电感变小,能够使电容器28和电抗器27小型化。由于电抗器27小型化,因此能够如后所述那样减小该电抗器27和功率设备41的高度差(参照图3),上述电抗器27和功率设备41能够通过冷却器20容易地冷却。
逆变器电路24通过直流电源线25、26与滤波器电路23的输出侧连接。逆变器电路24由IGBT等多个开关元件(省略图示)构成。此外,通过对上述开关元件的导通/不导通适当地进行控制,逆变器电路24将经由滤波器电路23输入的直流电压变换成交流电压,并且将该交流电压向马达M施加。逆变器电路24所具有的多个开关元件通过未图示的控制部进行控制。
图3是构成逆变器装置21的印刷配线板42、功率设备41和电抗器27的侧视图,图4是印刷配线板42、功率设备41和电抗器27的后视图。
印刷配线板42在俯视观察时形成为矩形形状的玻璃环氧树脂等的绝缘基板上形成由导体构成的配线图案。在印刷配线板42的主表面(上表面)安装有电容器28、电阻、继电器模块、微型计算机等电气元件。另一方面,在印刷配线板42的与主表面相反一侧的表面(背面)配置有功率设备41和电抗器27。功率设备41包括图2所示的转换器电路22和逆变器电路24。本实施方式的功率设备41将转换器电路22和逆变器电路24收容于一个壳体内而模块化。
功率设备41形成为平面形状呈长方形并且具有比上述长方形的各边的长度小的厚度的长方体形状。电抗器27同样形成为平面形状呈长方形并且具有比上述长方形的各边的长度小的厚度的长方体形状。此外,功率设备41和电抗器27在印刷配线板42的背面侧排列地配置。此外,功率设备41和电抗器27均配置在印刷配线板42的平面投影面积内并且彼此邻接。因此,与上述元件41、27(尤其是电抗器27)配置在印刷配线板42的平面投影面积外的情况相比,能够使逆变器装置21小型化。
功率设备41的外周部突出有许多导销(连接端子)41a。上述导销41a在上下方向上贯穿印刷配线板42,并且与印刷配线板42的配线图案连接。
电抗器27的一侧部包括端子台27a,该端子台27a设有连接端子27b。连接端子27b连接有内置于电抗器27的线圈的电线。端子台27a由作为绝缘体的合成树脂材料形成。端子台27a配置在电抗器27和功率设备41之间。
功率设备41和电抗器27的下表面(与印刷配线板42相反一侧的表面)配置有冷却器20。上述冷却器20包括冷却板44和制冷剂配管10A。
冷却板44由铝等导热性较高的材质形成。冷却板44在覆盖功率设备41和电抗器27的平面范围整体的范围内设置。此外,冷却板44包括覆盖功率设备41的下表面侧的部分44a和覆盖电抗器27的下表面侧的部分44b,在两部分44a、44b之间形成有台阶部44c。两部分44a、44b的厚度大致相同,功率设备41和电抗器27的厚度的不同通过台阶部44c吸收。
冷却板44的下表面与制冷剂配管10的一部分10A接触。上述制冷剂配管10A以例如图4所示那样在冷却板44的一侧的端部和另一侧的端部之间往返两次的方式弯曲成W字状。此外,由于将制冷剂配管10弯曲成W字状,因而在冷却板44上实质上配置有四根制冷剂配管10A的直管部分10A1,在功率设备41和电抗器27的下方分别配置有两根直管部分10A1。
如图3所示,在冷却板44上设置有用于固定制冷剂配管10A的固定板45。固定板45设置有两个用于固定两根直管部分10A1的构件。制冷剂配管10A通过夹持在冷却板44和固定板45之间而固定于冷却板44。固定板45通过螺栓等安装于冷却板44。
与印刷配线板42上的其它元件相比,功率设备41和电抗器27是发热量较大的元件(高发热量元件),上述功率设备41和电抗器27均通过冷却板44与在制冷剂配管10A中流动的制冷剂之间进行热交换而进行冷却。此外,由于功率设备41和电抗器27均配置在印刷配线板42的一方的表面(背面)侧,并且能够彼此靠近地配置,因此能够使用相同的冷却器20对上述功率设备41和电抗器27进行冷却。因此,能够对用于冷却功率设备41和电抗器27的结构进行简化。
此外,制冷剂配管10A不限定于W字状,也可以弯曲成例如U字状。在这种情况下,也可以仅在覆盖功率设备41的下表面侧的冷却板44的一部分44a设置U字状的制冷剂配管10A的两根直管部分10A1。即使只是像这样设置直管部分10A1,也能够对电抗器27进行充分的冷却。
图5是表示印刷配线板的配线图案的平面说明图。
印刷配线板42设置有:第一连接部C~H,上述第一连接部C~H连接有功率设备41;第二连接部I、J,上述第二连接部I、J连接有电抗器27;第三连接部A,该第三连接部A连接有来自交流电源31的电源线46;以及第四连接部B,该第四连接部B连接有通向马达M的输出线47。
第一连接部C~H对应于与功率设备41的外周部对应设置的多个导销41a设置有多个。
第二连接部I、J与设置于电抗器27的两个连接端子27b对应地设置在两个部位处。
第三连接部A与三相的交流电源31的各相对应地设置在三个部位处。第三连接部A设置有用于通过螺钉固定等对电源线46(参照图2)的末端的压接端子进行安装的端子台48。
第四连接部B与从功率设备41的逆变器电路24输出的三相的输出电压对应地设置在三个部位处。第四连接部B设置有用于通过螺钉固定等对连接于马达M的输出线47(参照图2)的压接端子进行安装的端子台49。第三连接部A和第四连接部B分别在靠近功率设备41内的转换器电路22和逆变器电路24的位置处设置有连接部位。藉此,能够简化配线图案。
此外,与功率设备41连接的第一连接部C~H配置在与电源线46连接的第三连接部A以及与输出线47连接的第四连接部B和与电抗器27连接的第二连接部I、J之间。
第三连接部A和一部分的第一连接部C通过印刷配线板42的配线图案51连接。此外,第四连接部B和一部分的第一连接部D通过印刷配线板42的配线图案52连接。一部分的第二连接部I和一部分的第一连接部G通过配线图案53连接,第二连接部J和第一连接部F通过配线图案54连接。
因此,从交流电源31流过来的电流通过第一连接部C从第三连接部A输入至转换器电路22,然后,通过第一连接部G和第二连接部I从转换器电路22输入至电抗器27,此外,通过第二连接部J和第一连接部F从电抗器27输入至逆变器电路24,通过第一连接部D和第四连接部B从逆变器电路24输出至马达M。
如上所述,在逆变器装置21中,来自交流电源31的电流依次流动至转换器电路22、电抗器27和逆变器电路24,并且输出至马达M,因此,如上所述,通过将第一连接部C~H配置在第三连接部A以及第四连接部B和第二连接部I、J之间,能够沿电流的流动形成印刷配线板42中的配线图案51~54,能够简化配线图案51~54。
电抗器27的连接端子27b直接与印刷配线板42的配线图案53、54连接。因此,在两者之间不存在供电流流动的电线。因此,能够降低因上述电线而引起的、施加于周围的电气元件的噪声的影响。
图6是表示电抗器27的连接端子27b和印刷配线板42的连接例的剖视说明图。
图6的(a)所示的例中,将电抗器27的连接端子27b插入形成于印刷配线板42的孔42a并且通过锡焊进行固定。
图6的(b)所示的例中,电抗器27的连接端子27b通过按压配合销构成。上述按压配合销27b在长度方向的中途部具有中空部27b1,通过将按压配合销27b插入印刷配线板42的孔42a来使按压配合销27b压缩变形,并且使按压配合销27b压接至印刷配线板42的孔42a的内周面。因此,不需要锡焊,能够非常简单地将电抗器27与印刷配线板42连接。
此外,除了图6的(a)、(b)所示的连接例,也可以通过螺钉固定等将连接端子27b固定于印刷配线板42。
上述实施方式的电抗器27的整体配置在印刷配线板42的平面投影面积内,但是也可以是上述电抗器27的一部分配置在印刷配线板42的平面投影面积内。
例如,如图7的(a)所示,电抗器27中,设置有连接端子27b的端子台27a配置在印刷配线板42的平面投影面积外,其它的部分配置在上述平面投影面积内。此外,电抗器27的连接端子27b通过线束(电线)55与印刷配线板42的第二连接部I、J连接。
图7的(b)所示的例中,包括端子台27a在内电抗器27的一半以上的部分配置在印刷配线板42的平面投影面积外。图7的(c)所示的变形例中,也是包括端子台27a在内电抗器27的一半以上的部分配置在印刷配线板42的平面投影面积外。但是,图7的(b)所示的例中,在电抗器27的长边方向的端部配置有端子台27a,与此相对,在图7的(c)所示的例中,在电抗器27的短边方向的端部配置有端子台27a,并且端子台27a和第二连接部I、J的距离比图7的(b)所示的距离短。因此,能够将连接端子台27a和第二连接部I、J的线束55缩短。
如上所述,若将电抗器27中的连接端子27b配置在印刷配线板42的平面投影面积外,则能够在印刷配线板42的外部连接用于与第二连接部I、J连接的线束55,因此具有能够容易地进行线束55的处理等连接作业的优点。此外,通过将电抗器27的至少一部分配置在印刷配线板42的平面投影面积内,能够将连接电抗器27的连接端子27b和印刷配线板42的线束55缩短。此外,在电抗器27的大部分配置在印刷配线板42的平面投影面积外的情况下,通过如图7的(c)所示那样使连接端子27b更靠近印刷配线板42,能够尽可能地缩短线束55。线束55是噪声的传播路径,由于可能对周围的电气元件带来噪声的影响,因此能够通过缩短线束55降低噪音的影响。
图8是表示冷却器20的变形例的侧视图。
上述实施方式的冷却器20通过在制冷剂配管10A中流动的制冷剂对功率设备41和电抗器27进行冷却,但图8所示的冷却器20将空气作为冷却介质对功率设备41和电抗器27进行冷却。在上述冷却器20的冷却板44的下表面设置有用于使上述冷却器20和空气的接触面积增大的多个翅片44d。
此外,在本实施方式中,设置有翅片44d的冷却板44的下表面是大致平坦的面,在冷却板44的上表面并且在覆盖功率设备41的部分44a和覆盖电抗器27的部分44b之间设置有台阶面44e,两部分44a、44b的厚度不同。通过上述两部分44a、44b的厚度的不同将功率设备41和电抗器27的厚度的不同吸收。在上述变形例中也能够适当地对功率设备41和电抗器27进行冷却。
本发明并不限定于上述实施方式,其可在权利要求书所记载的发明的范围内适当变更。
例如,冷却器20通过一块冷却板44对功率设备41和电抗器27两者进行冷却,但也可以对应于功率设备41和电抗器27将冷却板44一分为二。
作为电抗器27,在使用形成为比功率设备41厚得多的电抗器的情况下,能够通过使冷却板44的台阶部44c或台阶面44e进一步变大或将冷却板44一分为二的方式来应对。
例如,本发明能够应用于包括对从转换器电路22输出的脉动电压进行平滑的平滑电路以替代上述那样的滤波器电路23的逆变器装置,在这种情况下,电抗器27使用电感比滤波器电路23的电抗器的电感大的大型的电抗器。即使在这样的情况下,也能够通过冷却器20对功率设备41和电抗器27进行冷却。
在图2所示的实施方式中,作为冷却板44可以使用从图8所示的冷却板44省略翅片44d的结构,也可以在图8所示的变形例中使用在图2所示的冷却板44上设置翅片的结构。
功率设备41不限定于将转换器电路22和逆变器电路24设为一体的模块,也可以将转换器电路22和逆变器电路24作为分体来构成。
在上述实施方式的逆变器装置21中,印刷配线板42、功率设备41、电抗器27以及冷却器20沿上下方向排列(层叠)地配置,但不特别限定上述设备的配置的方向性。例如,印刷配线板42、功率设备41、电抗器27以及冷却器20可以沿水平方向层叠地配置。
本发明也能够应用于室内用的空调装置1以外的制冷装置。
符号说明
1:空调装置(制冷装置);
20:冷却器;
21:逆变器装置;
22:转换器电路;
23:滤波器电路;
24:逆变器电路;
27:电抗器;
27b:连接端子;
41:功率设备;
42:印刷配线板;
46:电源线;
47:输出线;
51~54:配线图案;
55:线束(电线);
A:第三连接部;
B:第四连接部;
C~H:第一连接部;
I、J:第二连接部;
M:马达(电动机)。
Claims (5)
1.一种逆变器装置,该逆变器装置对设置在制冷装置(1)中的电动机(M)的运转频率可变地进行控制,其特征在于,包括:
印刷配线板(42);
功率设备(41),该功率设备(41)安装在所述印刷配线板(42)的一方的表面上,所述功率设备(41)包括转换器电路(22)和逆变器电路(24);
电抗器(27),该电抗器(27)位于所述印刷配线板(42)的所述一方的表面侧,上述电抗器(27)的至少一部分配置在所述印刷配线板(42)的平面投影面积内;以及
冷却器(20),该冷却器(20)以在该冷却器(20)与所述印刷配线板(42)之间夹着所述功率设备(41)和所述电抗器(27)的方式配置,上述冷却器(20)用于冷却所述功率设备(41)和所述电抗器(27)。
2.如权利要求1所述的逆变器装置,其特征在于,
所述电抗器(27)的整体配置在所述印刷配线板(42)的平面投影面积内。
3.如权利要求1或2所述的逆变器装置,其特征在于,
所述电抗器(27)的连接端子(27b)配置在所述印刷配线板(42)的平面投影面积内并且直接连接在所述印刷配线板(42)上。
4.如权利要求1所述的逆变器装置,其特征在于,
所述电抗器(27)的连接端子(27b)配置在所述印刷配线板(42)的平面投影面积外并且通过电线(55)连接在所述印刷配线板(42)上。
5.如权利要求1至4中任一项所述的逆变器装置,其特征在于,
所述电抗器(27)设置在电路中的所述转换器电路(22)和所述逆变器电路(24)之间并且用于抑制高次谐波,
在所述印刷配线板(42)上设置有:连接有所述功率设备(41)的第一连接部(C~H);连接有所述电抗器(27)的第二连接部(I、J);连接有电源线(46)的第三连接部(A);以及连接有通向电动机(M)的输出线(47)的第四连接部(B),
所述第二连接部(I、J)和所述第三连接部(A)及所述第四连接部(B)之间配置有所述第一连接部(C~H)。
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