CN114286460A - 用于汽车内部加热元件的纬编针织物叉指状电极 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了用于汽车内部加热元件的纬编针织物叉指状电极。在示例性实施例中，一种用于车辆的乘员座椅的内部加热系统使用与至少一个导电电极结合的纬编复合针织物来加热车辆座椅的选定区域。内部加热系统包括：纬编复合针织物，该纬编复合针织物包含配置有至少一个导电电极的一组纬编针织活性纱或镀覆的发射纱。针织活性纱或镀覆的发射纱与至少一根原纱复合针织，以增强从纬编复合针织物施加到至少一个导电电极上的电流的均匀性；以及多个导电电极，布置成叉指状布局，以将每个导电电极与一组多根导电复合针织活性发射纱结合在一起，所述多根导电复合针织活性发射纱在选定区域中附着到导电电极的每个电极叉齿上。

Description

用于汽车内部加热元件的纬编针织物叉指状电极
技术领域
本技术领域通常涉及车辆领域，并且更具体地，涉及用于车辆乘员座椅的叉指状针织物电极构造。
背景技术
许多车辆包括具有加热元件的乘员座椅。对于某些类型的车辆，可能期望在乘员座椅中使用纬编复合针织物来提供不同的热选定形状和区域。
因此，期望提供一种用于汽车的内部加热系统，其包含具有不同形状的电极的各种导体电极布局，其能够通过使用特种纬编复合针织物红外(IR)或电阻性纱线或镀覆的导体纱的结合来实现均匀的电流和电压应用，以在乘员座椅的选定区域中均匀散热。此外，结合附图，根据随后的详细描述和所附权利要求，本发明的其他期望特征和特性将变得更加明显。
发明内容
在一个示例性实施例中，提供了一种内部加热系统，该内部加热系统使用与至少一个导电电极对结合的纬编复合针织物来加热车辆座椅的选定区域。内部加热系统包括：纬编复合针织物，该纬编复合针织物包括配置有至少一个导电电极对的一组针织纬编活性纱，其中，针织纬编活性纱包括复合针织、集圈或浮织的活性纱与至少一根原纱结合而成的一组活性纱，用于增强在选定区域上施加到至少一个导电电极对的并联配置的电阻布局中的电流的均匀性；以及多个导电电极，所述多个导电电极在选定区域中以叉指状布局布置，以将每个导电电极与一组多个导电复合针织活性纱结合在一起，所述导电复合针织活性纱构造成跨接在与汇流条耦合的每个导电电极的电极叉齿上，其中，所述汇流条将电流传导至所述选定区域中的一组多个电极叉齿。
在各个示例性实施例中，内部加热系统还包括选定区域，该选定区域构造成一组多根导电的复合针织、集圈或浮织的活性纱和一组惰性纱的交替的横列线圈，用于将复合针织活性纱的每个横列线圈或一组横列线圈与惰性纱隔离开。所述内部加热系统还包括配置有至少一个导电电极对的一组镀覆纬编针织活性纱，其中，镀覆纬编针织活性纱与至少一根原纱复合针织，以增强施加到所述至少一个导电电极对上的电流的均匀性。每个电极叉齿由导电金属或聚合物材料组成，其中导电金属由一组铜、镍、黄铜、青铜、不锈钢或其他选定的高导电纱线材料中的至少一种材料组成；所述一组多个电极叉齿被构造成具有在水平宽度上的二到十四个纵行数或针数之间范围内的宽度。该组多个电极叉齿进一步被构造成在六至八个纵行之间范围内的优选水平宽度。每个电极叉齿的一端与相对的电极汇流条之间的距离大于相对的一组电极叉齿之间的距离。纬纱活性纱构造成在每个电极叉齿的端部与相对的电极汇流条之间不被复合编织。在加热系统的整个长度中，每组电极叉齿的纵行数或针数是恒定的。加热区域被构造成延伸到或不延伸到纬编复合针织物的边缘。加热区域构造为直线形或凸形。多个加热区域在车辆座椅上配置成不同的几何形状区域，包括一个或多个凸形的纬编复合针织物。每组电极叉齿的纵行数或针数或每个电极叉齿之间的间隔在加热系统的整个长度上不恒定。
在另一个示例性实施例中，提供了一种用于车辆的内部加热系统。内部加热系统包括乘员座椅；纬编复合针织物区域；至少一个导电电极，其中，纬编复合针织物区域与至少一个导电电极结合，以加热乘员座椅的选定区域；一组纬编活性纱，其配置有至少一个导电电极对，其中，所述纬编针织活性纱包括复合针织、集圈和浮织的活性纱中的至少一种以及至少一根原纱，以增强在选定区域上施加到至少一个导电电极的平行电阻布局中的电流的均匀性；在选定区域中以叉指状布置的多个导电电极，每个导电电极与一组多个导电的复合针织活性纱结合，所述活性纱从每个导电电极叉齿延伸到汇流条，其中汇流条在选定区域中跨纬编复合针织物连接一组多个电极叉齿。
在各个示例性实施例中，内部加热系统还包括选定区域，所述选定区域配置成一组多个导电复合针织、集圈或浮织的活性纱与一组惰性纱的交替横列线圈，用于将复合针织的活性纱的每个横列线圈或一组横列线圈与惰性纱隔离。内部加热系统还包括配置有至少一个导电电极对的一组镀覆的纬编针织活性纱，其中，所述镀覆的纬编针织活性纱与至少一根原纱复合编织，以增强施加到至少一个导电电极上的电流的均匀性，以在选定区域中在纬编复合针织物上均匀地散热。该组多个电极叉齿构造的宽度为二至十四个纵行或针数之间范围内的水平宽度。每个电极叉齿由导电金属或聚合物材料组成，其中导电金属由包括铜、镍、黄铜、青铜、不锈钢或导电纱型材料在内的一组材料中的至少一种组成。该组多个电极叉齿进一步构造成在六至八个纵行之间范围内的优选水平宽度。每个电极叉齿的一端与相对的电极汇流条之间的距离大于相对组电极叉齿之间的距离。纬编复合针织活性纱被构造成在每个电极叉齿的一端与相对的电极汇流条之间不被针织。每组电极叉齿的纵行数或针数在加热系统的整个长度上恒定，而电极叉齿之间的间距在加热系统的整个长度上不恒定。加热区域延伸到或不延伸到纬编复合针织物的边缘。加热区域被构造成与乘员座椅上的一个或多个所述一组加热区域相关的多个几何形状，其中每个加热区域包括一个或多个包括纬编复合针织物的一组凸形。
在又一示例性实施例中，提供了一种车辆。该车辆包括设置在车身内的内部加热系统，该内部加热系统包括汽车内表面；纬编复合针织物；至少一个导电电极，所述纬编复合针织物与至少一个导电电极结合至乘员座椅的热选定区域；一组纬编针织或镀覆的纬编针织活性纱，其配置有至少一个导电电极，其中，所述纬编针织活性纱包括与至少一根原纱结合的复合针织、集圈和浮织的活性纱，以增强施加到乘员座椅的选定区域中的至少一个导电电极上的电流的均匀性；以及以叉指状布局布置在乘员座椅的选定区域中的多个导电电极，每个导电电极与一组多根导电的复合针织、集圈或浮织的活性纱结合，所述活性纱构造有耦合到汇流条的每个导电电极的一个或多个电极叉齿，其中汇流条连接乘员座椅的选定区域中的一组一个或多个电极叉齿，其中选定区域构造成一组复合针织活性纱和一组惰性纱的交替横列线圈，用于将复合针织活性纱的每个线圈横列与惰性纱隔离开。
附图说明
在下文中，将结合以下附图描述本公开，其中，相同的标号表示相同的元件，并且其中：
图1是根据示例性实施例的用于车辆的乘员座椅的纬编针织物加热器结构重复单元的示意图；
图2是根据示例性实施例的用于车辆乘员座椅的纬编针织物加热器结构重复单元的图1的活性纱区域的替代针织方案的示意图；
图3A、3B和3C提供了具有根据示例性实施例的图1的车辆的乘员座椅的纬编针织物加热器结构重复单元的加热区域的织物和各种布局的选定加热器区域的透视图；和
图4A和图4B是根据示例性实施例的用于图1-2以及图3A、3B和3C中的在具有额外的间歇复合针织的导电纱线的电极叉齿中的降低的寄生电压的选定区域的视图。
具体实施方式
以下的详细描述本质上仅是示例性的，并且无意于限制本申请的公开或其使用。此外，无意受到在先前背景或以下详细描述中提出的任何理论的束缚。
在纬编复合针织物结构中，使用一根线制成水平行的线圈，并且该根线在水平方向上延伸。如果将纬编复合针织红外发射(红外)纱与织物结合，则在针织物的横列/行之间可能会出现缝隙，从而在沿织物长度或纱线水平方向的主电流路径中导致较差的电导率。为了确保均匀加热所需的沿着横列或行的短而均匀的电阻路径，实施了复合针织工艺，以将位于边缘并以选定加热形状排列的叉指状导体电极与织物区域结合，以散发均匀热量。
复合针织IR或镀覆(温度散发的)纱线与导体电极结合所形成的相互垂直布局，支持在保持纬编针织物能力的同时提供均匀的电气拓扑控制。纱线和导电材料的结合可实现强大的汽车加热功能，包括电阻红外发射纱线和不锈钢电极纱线。
尽管在本公开中将示例性实施例描述为通过与导体电极结合的复合针织IR纱线或镀覆温度散发纱线来实现，也可以考虑使用其他电阻纱线。即，IR纱线是电阻纱线的一种可能类型，其可以根据需要或要求由具有相似或不同电阻性质的其他纱线替代。另外，在本公开中将示例性实施例描述为使用是
Figure BDA0003053157580000041
红外(IR)纱线的纱线，其可以与原纱复合针织、集圈、浮织或镀覆，这是可以选择的纱线变型，受益于所描绘的电极几何结构。考虑到各种电极几何结构的其他实现方式也可能会或不会受益于
Figure BDA0003053157580000042
纱线的使用，可以选择具有类似或不同性能的其他类型或变体的纱线，它们可以从电极几何结构中获得同等或更好的收益。换句话说，所描绘的实施例限于所描述的纱线变体的类型，但是也可以包括具有电阻性质的其他可用纱线。
本公开内容描述了这样的系统，其中导体电极不位于针织物的边缘部分，并且允许将多个变尖的、叉指状的导体电极组结合在整个复合针织物的选定区域或多个区域中。因此，不需要将导体电极区域配置成均匀的宽度(即，可以使用可变针数和纵行数)。在所有导体电极部分之间，针数(即，纵行数)必须保持恒定，以对于每个区域或贴片保持均匀的并联电阻。这种均匀的电阻允许加热区域具有不同于直线形状(即凸形)的不同形状。
本公开描述了用于改善在纬编复合针织物中的横跨IR纱线的接触加热均匀性和电拓扑以及电阻的系统。所呈现的优点(例如，复合针织、集圈、浮织或镀覆的IR发射纱线)是，由于复合针织的导体电极产生的叉指状设计，可以在平行的电阻网络中在较短的物理纱线长度上加热较大的复合针织凸二维区域。这种拓扑结构可以用纬编复合针织物和实现用于车辆乘员座椅的更高的复合针织美观度和更多的加热器区域形状的复合针织物来构造。
图1示出了由复合针织物形成的电加热元件100，而且包括结合在电加热元件100中的电流供应线和电阻线。不同类型的线在加热元件中相互垂直地延伸。可以将导线10、20设置在与位于中间区域的复合针织纬编织物40间隔开的局部或边缘区域中。复合针织纬编织物40位于导线10、20之间，并且由非导电纤维或电阻丝30形成。在示例性实施例中，复合针织纬编织物40由纬编的IR发射纱复合针织到至少一个正极接地导电电极上形成，以分散来自整个选定区域的纬编复合针织物的均匀热量。复合针织纬编织物40是用于车辆的内部加热系统的一部分，并且包括叉指状针织电极(图1中未示出)(位于非织物边缘相邻处)，该叉指状针织电极被研发成加热复合针织纬织物40内的选定形状和区域。复合针织纬编织物40中包含的IR纱线与电极纱线的相互垂直度允许在保持纬编能力的同时进行电拓扑控制。
如图1中所示，在各种实施例中，对于复合针织纬编织物40内的选定加热区域，已经实现了纱线材料和纬编技术的结合，其在保持汽车内部的恒压运行所需的均匀的并联电阻器网络的同时给加热器的尺寸和形状提供灵活性。描绘的该示例性实施例使用
Figure BDA0003053157580000051
纱的纱线，其与原纱(例如聚酯)一起经由纬编工艺被复合针织或“镀覆”到双层针织物的工艺背面或双层针织物的单层织物中。当发射红外光的纱线受到适度的电压时，电流流过该纱线会产生足够的红外辐射，从而产生热量(即电阻性散热)。电压源的电阻热耗散由V2/R给出，其中V是施加的电压，R是IR发射纱线的电阻。可以或可能从其他电阻丝如长丝、不包层不锈钢丝等观察到相同或相似的加热行为。
如图1中所示，在特定实施例中，为了建立叉指状电极，将来自
Figure BDA0003053157580000061
的不锈钢纱线与IR发射纱线以少量的针数/纵行(导体10、20)选择性地复合针织，或镀覆有IR发射纱线。其他低电阻纱线，例如那些包含铜、银、高导电碳形式的碳纳米管或石墨烯或覆有铜的纱线，也可以代替本实施例中使用的不锈钢纱线。每个电极叉齿被复合针织或镀覆长度>2纵行/针数，但最好<14纵行/针数，然后停止以备下一行/横列。电极与IR纱线接触的长度越短，电极叉齿越窄，电极电阻就越低。但是，沿行/横列的电极接触长度较长，可以改善从不锈钢(SS)电极到IR纱线的电传输。发现6-8个纵行/针数的接触提供了窄的电极叉齿宽度和到IR纱线的良好电流传输的良好平衡。
电极的叉指状允许大表面积上的恒定电压降。叉指状电极的每个叉齿在针织机中都需要一个单独的载纱器。对于约0.5英寸宽的电极叉齿，约2.0英寸(/12伏)的IR复合针织加热区和24英寸的整体加热器宽度在针织机上需要>6个载纱器。对于其他具有不同电阻率的加热纱线，电极叉齿之间的距离可能会有所不同，以实现标称的汽车12伏电势差。对于每个额外的电极对，每个叉齿都需要额外一对(2个)载纱器。这种复合针织技术的一部分是在水平“汇流条”处相遇的所有单个电极叉齿之间建立紧密的电接触，该水平“汇流条”将电流分配给每个叉齿。水平“汇流条”与各个叉齿之间形成的紧密(即密切)接触是通过复合针织技术建立的，该技术由两部分之间的横列和/或行充分重叠产生，从而实现了更好的电连续性。当将叉齿纱线引导进出织物时，需要进行后处理(切断)，以防止相邻叉齿之间可能发生电连通。焊接和/或(基于针织或手动的)打结工艺也可用于固定导电松散端。
此外，相邻叉齿之间的距离(在图2中标记为“a”，左)可能需要比距电极叉齿末端和“汇流条”的距离更短，以防止仅在电极末端处产生优先加热。该行为由包含IR纱线的横列(或行)之间的接触电阻的大小与沿IR纱线的长度的接触电阻的大小决定。在此处所示的实施例中，竖直横列的数量是电极叉齿之间的水平纵行数量的2倍。可以将附加的镶嵌电极纱断续地复合针织或集圈在每个电极叉齿上，以减少与使用低导电电极纱(例如不锈钢)相关的寄生电阻。
图2是根据示例性实施例的用于车辆乘员座椅中的纬编针织加热器结构重复单元的图1的活性纱区域的替代针织方案的示意图。在图2中，位于导电线10、20之间并且由非导电纤维或电阻线30形成的复合针织纬编织物40在复合针织纬编织物40的区域中配置有活性纱205和惰性纱210。这就是电极叉齿之间的区域或场，其可以仅由活性纱(如图1所示)组成，或者可以由图2中的活性纱205和惰性纱210的交替横列组成或构造。通过将包括活性纱205的单个线圈横列或横列组与惰性纱210的同样相邻横列隔离，从而为电能创造了从一个电极叉齿横过到相对电极叉齿的更明确、可预测、可控制的路径。电隔离活性纱的单一横列的结构可以是针织物205、集圈206或浮线207或它们的组合。这是因为没有在纵行方向上配置的电气路径，因此可以严格地(或至少更好地)限定叉齿之间的活性纱205的长度。通过这种构造，电活性纱205的功能性和均匀性得以改善，从而导致相关的电特性更少地依赖于平面内张力，并且能够更好地横向加载所述复合针织纬编织物40区域。
根据示例性实施例，图3A、3B和3C提供了车辆305的乘员座椅300的透视图，其中加热系统302包含在乘员座椅300中。如图3中所示，在各种实施例中，图3A、3B和3C示出了织物内的选定加热器区域。在图3A中，示出了乘员座椅300的导体电极的直线布局310，其具有叉齿312、314，在叉齿314和312之间具有相邻的距离“a”。距离“b”示出为到连接一组叉齿314的汇流条316。相对的基条318连接另一组叉齿312。每个叉齿之间的长度或距离“a”小于到汇流条316的距离“b”。在图3B中，成形的加热器区域320使用波状外形的电极叉齿322、324。随着从恒定宽度的电极叉齿改变了电极叉齿322、324的形状或几何结构，成形的加热器区域320实现了不同的散热形状或几何结构。相反，如果包围电极叉齿的纬编复合针织物(未显示)的区域或几何结构的宽度不均匀，则电流的量以及随之而来的热量的输出将随叉齿间间距而变化。也就是说，对于给定的电压，通过电极叉齿324、322之间的不同形状的间距对纬编织物进行电加热会导致对纬编复合针织物进行不同的加热，并且改变热输出。在图3C中，乘员座椅300具有多个区域330、332和334，每个区域由多组电极组成。每个多组电极在水平宽度上具有不同数量的叉齿，叉齿范围为两个或多个纵行。纬编复合针织物的几何特性改变了区域330、332和334中每一个的散热。因此，多个分离的加热区域330、332和334可能是带有导电电极的复合针织或镀覆的纬编IR发射纱线。区域330、332和334中每一个的每个导体电极组以叉指状的方式布置，其将来自电极叉齿的所有导电纱线紧密地连接到每个区域的汇流条中。在每个区域中，电极叉齿由相同或不同的导电金属或聚合物制成：铜、镍、黄铜、青铜、不锈钢或其他高导电纱线材料。对于每个区域，电极叉齿的宽度在2到14纵行/针数的宽度之间。更优选地，宽为6至8个纵行，并且电极叉齿的端部与相对的电极汇流条之间的距离大于相对的电极叉齿之间的距离。在区域330、332和334的整个加热器区域中，电极叉齿之间的纵行数或针数是恒定的。而且，多个加热区域中的每一个加热区域可以延伸到或不延伸到纬编针织物的边缘。多个区域可以各自为凸形，用于控制乘员座椅300的散热，并且多个加热区域可以布置在纬编针织物(未示出)上。通过操纵叉齿的几何结构和加热区域形状，也可以增加乘员座椅表面积的加热密度，而不必增加施加到纬编复合针织物上的电压。
图4A和图4B是根据示例性实施例的用在图1-2和图3A、3B和3C中的在具有额外的间歇复合针织导电纱线的电极叉齿中降低寄生电压的选定区域的视图。参考图4A，图4A示出了纬编复合针织物410的选定区域以及施加到一组电极叉齿415以使热量从纬编复合针织物420消散的电压。图4B示出了具有一组电极叉齿435的纬编复合针织物430的另一个选定区域，其中，由于使用了包含在纬编复合针织物430的选定区域中的额外的间歇针织的导电纱线，所以降低的寄生电压被施加到该组电极叉齿435，从而导致更大的散热440。
因此，本文所述车辆中的系统提供了一种乘员座椅的加热系统，该加热系统包括由纬编复合针织活性纱或镀覆纱构成的纬编复合针织物，所述纬编复合针织的活性纱或镀覆纱与原纱复合针织，通过将电流均匀施加到以叉指状布局与纬编复合针织物结合的一组导体电极叉齿上，以更加一致或均匀地散热。
应当理解，系统和车辆可以与附图中所描绘和本文所描述的那些不同。类似地将理解的是，在各种实施方式中，热座椅系统及其部件和实施方式可以以任何数量的不同类型的形状(包括以上讨论的形状)安装在乘员座椅中，并且与图1-2、3A-3C和4A-4B中所描绘的以及参照图并对其进行描述的形状不同。内部加热系统可以在座椅、顶蓬、门板中，或者也可以在仪表板的间隙和顶面上。
尽管在前面的详细描述中已经提出了至少一个示例性实施例，但是应当理解，还存在大量的变型。还应当理解，一个或多个示例性实施方式仅是示例，并且无意以任何方式限制本公开的范围、适用性或配置。相反，前述详细描述将为本领域技术人员提供用于实施一个或多个示例性实施方式的便利路线图。应当理解，在不脱离如所附权利要求及其合法等同物所阐述的本公开的范围的情况下，可以对元件的功能和布置进行各种改变。

Claims (10)

1.一种内部加热系统，其使用纬编复合针织物与至少一个导电电极对结合，以加热车辆座椅的选定区域，所述内部加热系统包括：
所述纬编复合针织物，其包括配置有至少一个导电电极对的一组针织纬编活性纱，其中，针织纬编活性纱包括复合针织、集圈或浮织的活性纱中的至少一种的一组活性纱与至少一根原纱结合，用于增强在选定区域上施加到至少一个导电电极对的并联配置的电阻布局中的电流的均匀性；以及
多个导电电极，所述多个导电电极以叉指状布局布置在选定区域中，以将每个导电电极与一组多个导电复合针织活性纱结合在一起，所述导电复合针织活性纱构造成跨接在与汇流条耦合的每个导电电极的电极叉齿上，其中，所述汇流条将电流传导至所述选定区域中的一组多个电极叉齿。
2.根据权利要求1所述的内部加热系统，还包括：
所述选定区域构造成所述一组多个导电复合针织、集圈、浮织的活性纱与一组惰性纱的交替横列线圈，用于将复合针织、集圈或浮织的活性纱的每个横列线圈或一组横列线圈与惰性纱隔离。
3.根据权利要求2所述的内部加热系统，还包括：
构造具有至少一个导电电极对的一组镀覆的纬编针织活性纱，其中镀覆的纬编针织活性纱与至少一根原纱复合针织，以增强施加到所述至少一个导电电极对的电流的均匀性。
4.根据权利要求3所述的内部加热系统，其中：
每个电极叉齿由导电金属或聚合物材料组成，其中导电金属由一组铜、镍、黄铜、青铜、不锈钢或其他选定的高导电纱线材料中的至少一种材料组成；和
该组多个电极叉齿构造的宽度为二到十四个纵行或针数之间范围的水平宽度。
5.根据权利要求4所述的内部加热系统，其中：
该组多个电极叉齿进一步被构造成在六至八个纵行之间范围内的优选的水平宽度。
6.根据权利要求5所述的内部加热系统，其中：
每个电极叉齿的一端与相对的电极汇流条之间的距离大于相对一组电极叉齿之间的距离。
7.根据权利要求5所述的内部加热系统，其中：
纬纱活性纱构造成在每个电极叉齿的端部与相对的电极汇流条之间不被复合针织。
8.根据权利要求7所述的内部加热系统，其中：
在加热系统的整个长度中，每组电极叉齿的纵行数或针数是恒定的。
9.根据权利要求8所述的内部加热系统，
其中加热区域构造成延伸或不延伸到纬编复合针织物的边缘；
其中，加热区域构造成直线形或凸形；
其中，在车辆座椅的不同几何形状区域中配置有多个加热区域，该多个加热区域包括一种或多种凸形的纬编复合针织物；和
其中，每组电极叉齿的纵行数或针数或每个电极叉齿之间的间距配置成在加热系统的整个长度上不恒定。
10.一种用于车辆的内部加热系统，所述内部加热系统包括：
乘员座椅；
纬编复合针织物区域；
至少一个导电电极，其中所述纬编复合针织物区域与所述至少一个导电电极结合以加热乘员座椅的选定区域；
一组纬编针织活性纱，其配置有至少一个导电电极对，其中，所述纬编针织活性纱包括复合针织、集圈或浮织的活性纱与至少一根原纱结合的组中的至少一个，用于增强施加到选定区域上的至少一个导电电极对的并联电阻布局的电流的均匀性；和
多个导电电极，所述多个导电电极以叉指状布局布置在选定区域中，每个导电电极与一组多根导电活性纱结合，所述多根导电活性纱包括一组复合针织、集圈和浮织的活性纱中的至少一种，该复合针织、集圈和浮织的活性纱从每个导电电极的电极叉齿连接到汇流条，其中，汇流条在选定区域中跨纬编复合针织物连接一组多个电极叉齿。
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