CN117277647A - 曳引机的转子、曳引机、电梯 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种曳引机的转子、曳引机、电梯。转子包括:转子铁芯,转子铁芯呈柱状,转子铁芯的外周面上设有间隔设置的多个磁体槽,每个磁体槽在转子铁芯上沿轴向贯通设置,相临两个磁体槽之间的部分为径向挡肩;多个永磁体,多个永磁体一一对应设在多个磁体槽内,永磁体的数量为2n个,n为整数且n≥2,且满足形状关系式(1)(2)。满足关系式(1),可保证曳引机在相同材料下,出力尽可能最大化,从而降低制造成本。满足关系式(2),从而使得气隙反电势波形正弦性更优,以降低曳引机的转矩脉动率以及齿槽转矩。当这种曳引机应用到电梯上,有利于电梯运行时处于超静音状态。
Description
技术领域
本发明涉及曳引机领域,具体涉及曳引机的转子及曳引机、电梯。
背景技术
随着人们对于高品质生活的不断追求,家用电梯成为越来越多家庭的选择。鉴于家用电梯特殊使用环境,其运行过程中所产生的噪音大小以及音质已成为客户选购关键。
而随着绿色发展战略不断深化推进,永磁同步电机(包含永磁辅助同步电机等)凭借其高效、高功率因数的特点已经逐步取代传统三相异步电机。但近年来原材料价格的不断上涨,导致永磁同步电机的生产制造、管理成本逐年攀升。因此,关于如何降低永磁同步电机产品的生产制造成本的同时,降低家用电梯上曳引机的噪音成为行业内重大挑战。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此,本发明提出一种曳引机的转子、曳引机、电梯,有效控制曳引机的转子生产成本,有效降低运行噪音。
根据本发明实施例的曳引机的转子,包括:转子铁芯,所述转子铁芯的外周面上设有间隔设置的多个磁体槽,相临两个所述磁体槽之间的部分为径向挡肩;多个永磁体,多个所述永磁体一一对应设在多个所述磁体槽内,所述永磁体的数量为2n个,n为整数且n≥2,且满足关系式:
其中,f为所述曳引机的额定电频率,N为所述曳引机的一相串联匝数,Br为所述永磁体的剩磁,U0为所述曳引机的变频器输出线电压有效值;
每个所述永磁体均为弧形瓦片状,所述永磁体包括沿所述转子铁芯的径向相对设置的第一表面和第二表面,所述第二表面临近所述转子的轴线,R1为所述第一表面的半径,R2为所述第二表面的半径,a1为所述磁体槽在所述转子上所占的中心角,a2=180°/n,所述永磁体的数量为2n;
所述永磁体相对径向中位面对称设置,所述径向中位面经过所述转子的轴线;
所述永磁体还包括两个磁体侧面,两个所述磁体侧面位于所述永磁体的周向两侧,所述磁体侧面与所述第二表面的相交线为内交线,过所述内交线且与所述径向中位面平行的参考面为侧位参考面;
所述第一表面小于所述第二表面,所述磁体侧面、所述侧位参考面和所述第一表面所在圆柱面之间所围区域为扇形区,所述扇形区中心角为b,S1为所述扇形区在轴线垂直面上的投影面积,S2为所述永磁体在所述轴线垂直面上投影面积,所述轴线垂直面为与所述转子的轴线相垂直的平面;
所述径向挡肩包括挡肩周面、周向两侧的两个挡肩侧面,所述挡肩周面的半径为R3。
可选地,所述磁体侧面与所述第二表面之间通过第一圆角连接。
根据本发明实施例的曳引机的转子,通过将结构满足关系式(1),可保证曳引机在相同材料下,出力尽可能最大化,由此可以节省曳引机电能消耗。而在出力相同的情况下,有利于减少曳引机的材料,从而降低制造成本。通过满足关系式(2),从而使得气隙反电势波形正弦性更优,以降低曳引机的转矩脉动率以及齿槽转矩。当这种曳引机应用到电梯上,有利于电梯运行时处于超静音状态。
可选地,所述挡肩侧面与所述磁体槽的底面之间通过第二圆角连接,所述第二圆角的半径小于所述第一圆角的半径。
可选地,所述挡肩侧面与所述磁体侧面接触连接。
可选地,所述永磁体通过胶粘固定在所述转子铁芯上。
可选地,所述转子铁芯由多个转子冲片沿轴向叠压而成。
可选地,所述径向挡肩在所述挡肩周面与所述挡肩侧面的连接处设有倒角,在所述挡肩侧面与所述磁体槽的底面的连接处设有倒角,且倒角范围在R0.3~R0.8之间。
在一些实施例中,转子还包括:配合在所述转子铁芯的轴向两侧的挡板,两个所述挡板挡在所述永磁体的轴向两端。
具体地,所述转子铁芯上设有多个沿轴向贯通的连接孔,所述转子通过多个紧固件穿设在多个所述连接孔处,每个所述紧固件的两端连接两侧所述挡板。
根据本发明实施例的曳引机,包括定子和与所述定子相配合的转子,所述转子为上述曳引机的转子。通过设置上述转子,通过满足转子上永磁体、径向挡肩的结构参数关系式,有利于降低成本的同时,使得气隙反电势波形正弦性更优,以降低曳引机转矩脉动率以及齿槽转矩。当这种曳引机应用到电梯上,有利于电梯运行时处于超静音状态。
根据本发明实施例的电梯,包括上述曳引机。通过设置上述转子,通过满足转子上永磁体、径向挡肩的结构参数关系式,有利于降低成本的同时,使得气隙反电势波形正弦性更优,以降低曳引机转矩脉动率以及齿槽转矩。当这种曳引机应用到电梯上,有利于电梯运行时处于超静音状态。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出,部分将从下面的描述中变得明显,或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解,其中:
图1是本发明实施例的转子在包括转子铁芯和永磁体时的正面图;
图2是一些实施例中转子铁芯和永磁体配合处的局部示意图;
图3是一些实施例中永磁体的正面图;
图4是一些实施例中转子的立体图;
图5是图4所示实施例中转子的分解图。
附图标记:
转子1;
轴子的轴线L1、侧位参考面F1、径向中位面F3、内交线L2;
转子铁芯11、连接孔111、轴孔112、磁体槽113、磁体槽的底面1131、径向挡肩114、挡肩周面1141、挡肩侧面1142、第二圆角1145;
永磁体12、第一表面121、第二表面122、磁体侧面123、第一圆角125;
挡板13、紧固件14。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例,所述实施例的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,仅用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。此外,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中,除非另有说明,“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面参考附图描述根据本发明实施例的曳引机的转子1。
根据本发明实施例的曳引机的转子1,包括:转子铁芯11和多个永磁体12。
转子铁芯11的外周面上设有间隔设置的多个磁体槽113,相临两个磁体槽113之间的部分为径向挡肩114。也就是说,转子铁芯11呈柱状,每个磁体槽113在转子铁芯11上沿轴向贯通设置,每个磁体槽113在远离转子铁芯11的轴线L1的一侧是敞开的。多个永磁体12一一对应设在多个磁体槽113内,多个永磁体12为偶数个,即永磁体12的数量为2n个,n为整数且n≥2。
本申请的转子1满足以下关系式:
10°≤b≤21°
其中,f为曳引机的额定电频率,N为曳引机的一相串联匝数,Br为永磁体12的剩磁,U0为曳引机的变频器输出线电压有效值。这里,f、N、Br及U0均为根据曳引机的技术要求,选择符合需求的线负荷以及磁负荷后,能确定的技术参数,这些参数的确定方式为本领域已知技术,这里不再赘述。上述公式(1)、(2)中除此外的其余参数,均由转子1的结构确定,这些结构参数关系为本申请设计核心所在。
具体地,如图2和图3所示,每个永磁体12均为弧形瓦片状,永磁体12包括沿转子铁芯11的径向相对设置的第一表面121和第二表面122,第二表面122临近转子1的轴线L1,R1为第一表面121的半径,R2为第二表面122的半径,a1为磁体槽113在转子1上所占的中心角,a2=180°/n。这里,第一表面121和第二表面122同轴设置。
径向挡肩114包括挡肩周面1141、周向两侧的两个挡肩侧面1142,挡肩周面1141的半径为R3。这里,挡肩周面1141是转子11的外周上,位于相临两个磁体槽113之间的部分,因此挡肩周面1141的半径也为转子铁芯11的外径。
这里,R1、R2、R3设置,可根据转子1的安装空间来确定。
其中,永磁体12相对径向中位面F3对称设置,径向中位面F3经过转子1的轴线L1。
永磁体12还包括两个磁体侧面123,两个磁体侧面123位于永磁体12的周向两侧,磁体侧面123与第二表面122的相交线为内交线L2,过内交线L2且与径向中位面F3平行的参考面为侧位参考面F1。这里,内交线L2是为了描述侧位参考面F1、下文提及的扇形区而引入的参考线。
第一表面121小于第二表面122,磁体侧面123、侧位参考面F1和第一表面121所在圆柱面之间所围区域为扇形区,扇形区中心角为b,S1为扇形区在轴线垂直面上的投影面积,S2为永磁体12在轴线垂直面上投影面积,轴线垂直面为与转子1的轴线L1相垂直的平面。
可以理解的是,多个磁体槽113在转子铁芯11的外周上沿周向均匀间隔分布,因此多个径向挡肩114在转子铁芯11上沿周向均匀间隔分布,同样多个永磁体12也在转子铁芯11上沿周向均匀间隔分布。转子1上采用瓦片状的永磁体12,且配合在转子铁芯11的外周面上,可以采用径向挡肩114实现径向定位,保证永磁体12与转子铁芯11同步转动。其中永磁体12为2n个,则磁体槽113也为2n个,径向挡肩114也为2n个,三者的数量是一致的。
如此设置,可以提高转子1的动平衡精度。而动平衡是旋转的转子1其机械性能的关键参数之一,为了提高旋转体的平衡精度,目标在于使转子1的重心与轴子1的轴线L1相重合,降低弯曲、扭曲程度。永磁体12采用瓦片状结构,可以更好地适应转子1的外周面形状,提高动平衡精度。此外,瓦片状结构还可以提高永磁体12的稳定性和可靠性,保证转子1的稳定运转。
本申请转子1的上述关系式(1)为永磁体的内外径最优选择表达式,永磁体的内外径指的是第一表面121的半径R1和第二表面122的半径R2。关系式(1)的满足,可保证曳引机在相同材料下,出力尽可能最大化,有利于获得更高的曳引机功率。
本申请转子1的上述关系式(2),所描述的是永磁体12以及径向挡肩114的形状表达式,永磁体12如此形状可保证气隙反电势波形正弦性,径向挡肩114形状可保证永磁体12两侧边缘存在一部分漏磁,从而使得气隙反电势波形正弦性更优,以降低曳引机的转矩脉动率以及齿槽转矩。由此,可以削弱曳引机运行噪音,当这种曳引机应用到电梯上,有利于电梯运行时处于超静音状态。有的方案中,这种电梯运行过程中,其产生的噪音不超过48分贝(即<48dB)。
当然了,采用上述关系式,以及根据曳引机的技术要求,选择符合需求的线负荷以及磁负荷,并确定曳引机的额定电频率f、曳引机的一相串联匝数N,永磁体12的剩磁Br,曳引机的变频器输出线电压有效值U0后,可以进行参数化建模,并应用有限元方法进行筛选,筛选指标为相同输出转矩下的电流大小、转矩脉动率以及齿槽转矩,当然上述指标均越低越好。根据筛选得到的最终参数,可以进行样件试制。
具体地,转子铁芯11的外轮廓为圆形或近似呈圆形的形状,可与曳引机的定子的圆形轮廓相配合,进而减小曳引机的转子1转动时的空气阻力,有助于降低曳引机的风摩损耗。
可选地,b可以为10°、11°、12°、14°、15°、16°、18°、19°、20°、21°等。
可选地,永磁体12的磁化方式可以为径向磁化,由此可以使永磁体12的磁密度提高,提高曳引机的抗退磁能力,从而可以提高曳引机的效率和性能。
具体地,永磁体12的第一表面121为圆弧面,第二表面122为圆弧面。进一步地,第一表面121、第二表面122所在的圆柱面同轴设置。可选地,第一表面121、第二表面122所在的圆柱面的轴线,与轴子1的轴线L1同轴设置,所有永磁体12在转子1上设置的位置半径相等,由此进一步提高转子1转动时的动平衡性。
可选地,如图2所示,磁体侧面123与第二表面122之间通过第一圆角125连接。第一圆角125的设置在于使磁体侧面123与第二表面122连接处避免产生过多集中应力,在装配中减少此处成为尖角后挤压、滑伤转子铁芯11的几率。尤其运转时转子铁芯11带动永磁体12转动,永磁体12的周向两端与转子铁芯11之间会产生较大压力。此压力会作用到磁体侧面123上,因此将磁体侧面123的内端形成第一圆角125,避免此压力集中到磁体侧面123的内端而使此处被压溃而变形等,避免磁体侧面123的内端被压碎产生碎渣而影响整机运动等。
可选地,如图2所示,挡肩侧面1142与磁体槽113的底面1131之间通过第二圆角1145连接,第二圆角1145的半径小于第一圆角125的半径。这样第一圆角125和第二圆角1145之间具有一定空隙,此空隙能作为装配时的缓冲空隙。第一圆角125和第二圆角1145的设置,使磁体侧面123的内端、挡肩侧面1142的内端不会形成尖角,避免尖角对尖角而磕碰导致装配阻力过大的可能,降低装配难度。
另外,将挡肩侧面1142的内端形成圆角,也可以降低磁体槽113内表面的表面精度的加工难度,尤其在拐角处避免形成尖角导致出现尖刺、碎屑等。
进一步地,如图2所示,径向挡肩114的两侧,挡肩周面1141与挡肩侧面1142的连接处设有倒角。同时,挡肩侧面1142与磁体槽113的底面1131的连接处,也设置了倒角,也就是说径向挡肩114的四个尖角处均进行了倒角处理,可以避免转子1旋转过程中,转子铁芯11因局部应力集中问题导致其使用寿命缩短的问题。
可选地,径向挡肩114的四角处的倒角范围在R0.3~R0.8之间,即每个倒角的半径不大于0.3mm,且不超过0.8mm。如此将倒角半径限制在合理范围内,避免倒角过小而降应力的作用过小,又避免过大导致产生过大气隙。
在一些具体实施例中,如图2所示,挡肩侧面1142与磁体侧面123接触连接。也就是说,二者之间产生了面接触,通过增加接触面面积,进一步减小接触位置的集中应力,而且在装配中挡肩侧面1142可以产生对永磁体12的导引作用,提高装配便利性。
可选地,永磁体12通过胶粘固定在转子铁芯11上。采用胶粘,其主要优点是加工简单、可靠且成本较低。作为较简单的连接方式,不需要特殊的工具或工艺,只需要将胶水涂抹在永磁体12或转子铁芯11上,装配到位后等待胶水干燥即可。而且永磁体胶具有较高的粘结强度和稳定性,可以长期保持永磁体12的位置和磁性。
在本申请方案中,转子铁芯11的加工方式不限。如在一些具体实施例中,转子铁芯11由多个转子冲片沿轴向叠压而成。由此,可以简化制造工艺,降低制造成本,尤其可以节省原材料用料。这种加工方式还能节省制造时间,报损率能降低,可以提高经济效率。
在另一些具体实施例中,转子铁芯11也可以由导磁体一体加工而成。由导磁体一体加工可以减小转子的尺寸,提高曳引机的功率密度。可以实现较高的磁通量和较低的涡流损耗,提高曳引机的效率和功率输出。另外,转子铁芯11上间隙大小可控,有利于提高转子1的稳定性和可靠性。
在一些实施例中,如图4和图5所示,转子1还包括:配合在转子铁芯11的轴向两侧的挡板13,两个挡板13挡在永磁体12的轴向两端。由此,可以防止永磁体12在轴向上窜动。
具体地,转子铁芯11上设有多个沿轴向贯通的连接孔111,转子1通过多个紧固件14穿设在多个连接孔111处,每个紧固件14的两端连接两侧挡板13。
在一些具体示例中,一块挡板13上设有m个通孔,另外一块挡板13上设有m个螺纹孔,永磁体12在转子铁芯11上装填完毕之后,可以采用紧固件14(如螺杆),先穿进挡板13,然后穿进转子铁芯11上的m个连接孔111,之后螺纹配合在另一个挡板13的螺纹孔上,可以将转子铁芯11与挡板13锁紧在一起,确保曳引机运行过程中的稳定性。
在一些实施例中,转子铁芯11上设有轴孔112,曳引机的机轴配合在转子铁芯11的轴孔112处。可选地,曳引机的机轴在转子铁芯11的轴孔112处为过渡配合,曳引机的机轴在转子铁芯11的轴孔112内还可以采用键槽连接方式。
本申请方案中,在选择了转子铁芯11的结构参数、永磁体12的结构参数后,进行样件试制。
试制出来转子1的各零件后,在进行装配前需要先清点物料,清除物料表面油污等。然后,在两个径向挡肩114之间涂抹适量永磁体胶水,依次装贴永磁体12。装填永磁体12完成后,需再次检查转子1各磁极分布,合格后表明转子1装填永磁体12完成。之后,用螺杆(作为紧固件14)将轴向两块挡板13锁紧(螺牙处涂抹螺纹胶)。至此完成该转子1设计制造。
根据本发明实施例的曳引机,包括定子和与定子相配合的转子1,转子1为上述实施例所述的曳引机的转子1,转子1的结构这里不再赘述。
具体地,定子上设置有定子绕组,利用通电线圈(也就是定子绕组)产生旋转磁场并作用于转子1上形成磁电动力旋转扭矩,从而驱动转子1转动。
通过设置上述转子1,可保证曳引机在相同材料下,出力尽可能最大化,有利于获得更高的曳引机功率。使得气隙反电势波形正弦性更优,以降低曳引机的转矩脉动率以及齿槽转矩。由此,可以削弱曳引机运行噪音,当这种曳引机应用到电梯上,有利于电梯运行时处于超静音状态。
根据本发明实施例的曳引机,其应用领域不限制,可以用于电梯、自动扶梯等垂直或倾斜运输设备的驱动装置。
根据本发明实施例的电梯,包括上述曳引机,有利于电梯运行时处于超静音状态。
具体地,电梯包括曳引机和电梯厢体,曳引机通过牵引绳与电梯厢体相连。曳引机包括驱动绳轮、旋转框体、转子1、机座、定子、机轴、制动盘和制动装置,制动装置包括固定铁芯、可动衔铁、电磁线圈、弹簧、安装轴。机座包括定子安装部,机轴支撑部,制动装置安装部,制动面,为了简化结构,此实施方式的制动面与制动装置安装部为同一结构,可以容纳所述制动装置、所述制动盘、所述制动装置安装部和所述制动面的腔部。旋转框体包括转子安装部驱动绳轮安装部、齿轮,齿轮设置在转子安装部的径向外侧,机轴与旋转框体固定连接在一起。所述机轴通过轴承和轴承与机轴支撑部旋转地连接。所述制动盘与所述机轴可以轴向移动地连接,通过连接制动盘可以在机轴上轴向移动,同时通过该连接制动盘可以将制动装置产生的制动摩擦力传递到所述机轴。
根据本发明实施例的曳引机的其他构成例如定子和牵引绳等,其结构以及原理对于本领域普通技术人员而言都是已知的,这里不再详细描述。
在本说明书的描述中,参考术语“实施例”、“示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例,本领域的普通技术人员可以理解:在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (11)
1.一种曳引机的转子,其特征在于,包括:
转子铁芯,所述转子铁芯的外周面上设有间隔设置的多个磁体槽,相临两个所述磁体槽之间的部分为径向挡肩;
多个永磁体,分别设在多个所述磁体槽内,所述永磁体为偶数个,且满足:
其中,f为所述曳引机的额定电频率,N为所述曳引机的一相串联匝数,Br为所述永磁体的剩磁,U0为所述曳引机的变频器输出线电压有效值;
每个所述永磁体均为弧形片状,所述永磁体包括沿所述转子铁芯的径向相对设置的第一表面和第二表面,所述第二表面临近所述转子的轴线,R1为所述第一表面的半径,R2为所述第二表面的半径,a1为所述磁体槽在所述转子上所占的中心角,a2=180°/n,所述永磁体的数量为2n;
所述永磁体相对径向中位面对称设置,所述径向中位面经过所述转子的轴线;
所述永磁体还包括两个磁体侧面,两个所述磁体侧面位于所述永磁体的周向两侧,所述磁体侧面与所述第二表面的相交线为内交线,过所述内交线且与所述径向中位面平行的参考面为侧位参考面;
所述第一表面小于所述第二表面,所述磁体侧面、所述侧位参考面和所述第一表面所在圆柱面之间所围区域为扇形区,所述扇形区中心角为b,S1为所述扇形区在轴线垂直面上的投影面积,S2为所述永磁体在所述轴线垂直面上投影面积,所述轴线垂直面与所述转子的轴线垂直;
所述径向挡肩包括挡肩周面、周向两侧的两个挡肩侧面,所述挡肩周面的半径为R3。
2.根据权利要求1所述的曳引机的转子,其特征在于,所述磁体侧面与所述第二表面之间通过第一圆角连接。
3.根据权利要求2所述的曳引机的转子,其特征在于,所述挡肩侧面与所述磁体槽的底面之间通过第二圆角连接,所述第二圆角的半径小于所述第一圆角的半径。
4.根据权利要求1所述的曳引机的转子,其特征在于,所述挡肩侧面与所述磁体侧面接触连接。
5.根据权利要求1所述的曳引机的转子,其特征在于,所述永磁体通过胶粘固定在所述转子铁芯上。
6.根据权利要求1所述的曳引机的转子,其特征在于,所述转子铁芯由多个转子冲片沿轴向叠压而成,或由导磁体一体加工而成。
7.根据权利要求1所述的曳引机的转子,其特征在于,所述径向挡肩在所述挡肩周面与所述挡肩侧面的连接处设有倒角,在所述挡肩侧面与所述磁体槽的底面的连接处设有倒角,且倒角范围在R0.3~R0.8之间。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的曳引机的转子,其特征在于,还包括:配合在所述转子铁芯的轴向两侧的挡板,两个所述挡板挡在所述永磁体的轴向两端。
9.根据权利要求8所述的曳引机的转子,其特征在于,所述转子铁芯上设有多个沿轴向贯通的连接孔,所述转子通过多个紧固件穿设在多个所述连接孔处,每个所述紧固件的两端连接两侧所述挡板。
10.一种曳引机,其特征在于,包括定子和与所述定子相配合的转子,所述转子为根据权利要求1-9中任一项所述的曳引机的转子。
11.一种电梯,其特征在于,包括根据权利要求10所述的曳引机。
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