CN118318374A - 用于轴的接地的布置结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于轴的接地的布置结构,所述轴尤其是电机的转子轴(2),所述布置结构包括与待接地的轴导电连接的接地轴(8),其中,所述接地轴(8)此外与壳体(7)处于导电连接。为了在此以有利的方式进行接地,所述接地轴(8)沿转动方向与待接地的轴耦联并且通过轴承(11)可转动地支承在所述壳体(7)处。
Description
技术领域
本发明涉及用于轴、尤其是电机的转子轴的接地的布置结构,所述布置结构包括与待接地的轴导电连接的接地轴,其中,所述接地轴此外与壳体处于导电连接。此外,本发明还涉及变速器、用于机动车的电的车桥驱动单元和电机,其中分别实现各一个上述布置结构。
背景技术
在机动车领域中应用电机,以便将相应的机动车设计为混合动力车辆或电动车辆。由此,部分地在机动车变速器中也设置电机,以便使相应的机动车变速器适用于在混合动力车辆或电动车辆中应用。虽然相应的变速器的其余组成部件在此通过相应的围绕的变速器壳体封装和遮蔽,但从变速器壳体中引出的变速器轴可能会造成电磁干扰,这在机动车的区域中可引起对其他电子构件产生干扰。出于该原因,从变速器壳体引出的变速器轴应尽可能接地。即使在其余的在机动车中设置的电机中、例如在电的车桥驱动单元中,也应对相应的轴进行接地,以用于消除或减少电磁干扰。相应的接地在此通过待接地的轴与接地物的导电连接来进行,所述接地物通常是壳体。
由DE102019133677A1得到一种用于电机的转子轴的接地的布置结构,其中,转子轴在该布置结构中通过呈矛形件形式的接地轴与壳体导电连接。在此,该矛形件在一个轴向端部处通过转子轴处的支撑轴承支撑并且在与此相对置的、轴向端部处浮动地支承在壳体的壳体盖中。为了浮动支承,在此沿径向在矛形件和壳体盖之间设置有导电的径向弹簧弹性的中间元件。在转子轴的那侧,在矛形件和转子轴之间的导电连接通过碳销和碳刷座建立,从而矛形件最终将转子轴与壳体导电连接,以用于转子轴的接地。
发明内容
从上述现有技术出发,现在本发明的任务是提供一种布置结构,借助该布置结构能以有利的方式实现轴的接地。
该任务从权利要求1的前序部分出发结合其特征部分的特征来解决。跟随这个的从属权利要求分别描述了本发明的有利的扩展方案。此外,权利要求17的主题还是一种变速器,在所述变速器中,至少一个轴以根据本发明的方式布置。此外,权利要求18还涉及一种电的车桥驱动单元,在所述车桥驱动单元中,至少一个轴相应于根据本发明的布置结构布置,而权利要求19的主题则是一种电机,其具有以根据本发明的方式布置的转子轴。
根据本发明,一种用于轴的接地的布置结构包括接地轴,所述接地轴与待接地的轴导电连接。此外,接地轴与壳体处于导电连接。在根据本发明的布置结构中,待接地的轴因此通过以下方式接地,即,借助处于中间的接地轴建立所述轴与壳体的导电连接。
在本发明的意义上,“轴”原则上应理解为可旋转的构件,该可旋转的构件设置用于在要耦联的组成部件之间传递转动运动。在此,该轴也可以与一个或两个待耦联的组成部件一体构造。特别优选地,该待接地的轴优选是电机的转子轴,其在此可以是机动车变速器的一部分。但原则上,该轴也可以是其他轴,如尤其是变速器轴。在本发明的意义上,接地轴(待接地的轴通过该接地轴与壳体导电连接)可以实施为一件式的轴,其中,接地轴备选于此也可以多件式地构造。同样,待接地的轴也能一件式地或多件式地存在。为了在待接地的轴和壳体之间建立导电连接,接地轴至少在与轴和壳体的接触区域中以及在连接这些接触区域的中间区域中由导电材料组成。不过,接地轴优选完全由导电材料构成。
在本发明的范围内,“轴向”是指沿轴的旋转轴线方向的定向,而“径向”是指从轴的旋转轴线出发在直径方向上的定向。
在本发明的意义上,“导电”连接应理解为如下连接,在所述连接的情况下,在所连接的构件之间实现电流流动。
本发明现在包括以下技术教导:所述接地轴沿转动方向与待接地的轴耦联并且通过轴承可转动地支承在所述壳体处。因此换言之,接地轴如此与待接地的轴耦联,使得接地轴和待接地的轴共同旋转。在壳体那侧则通过转动轴承进行接地轴的支承。
用于轴的接地的布置结构的这种设计方案在此具有以下优点:由于接地轴的支承结构设置于在壳体和接地轴之间的区域中,因此可无问题地实现轴承在接地轴的小的外径上的安放,在该接地轴的小的外径上通过轴承引起较低的拖曳损耗。这是因为该直径减小部可以在接地轴的区域中无问题地实现,因为接地轴并不设置用于在组成部件之间传递转矩,而是只用于轴的接地。在待接地的轴的侧上,接地轴则沿转动方向与轴耦联,从而在这里可以省去如下转动轴承,该转动轴承实现在接地轴和待接地的轴之间的相对转速。由于接地轴不仅在待接地的轴那侧而且在壳体那侧分别导电连接,因此此外实现轴在壳体处的接地。
与此不同,在DE102019133677A1中,轴承设置在待接地的轴和构造为矛状件的接地轴之间,从而在此无法实现或只能以附加的制造耗费实现轴承在小的直径上的安放。
在本发明的意义上,在接地轴和待接地的轴之间沿转动方的耦联尤其是构造为在接地轴和待接地的轴之间的抗转动的连接,其中,该连接在此可以作为力锁合的连接和/或作为形锁合的连接存在。由此,接地轴和待接地的轴基本上以相同的转速旋转。
为了将接地轴可转动地支承在壳体中,在此在本发明的范围内使用如下轴承,通过该轴承至少实现接地轴的浮动支承,但如有可能也实现接地轴的固定支承。由此,该轴承可以作为径向轴承至少支撑径向力,其中,该轴承在用作固定轴承的情况下也可以至少在一定比例上进行轴向力在壳体处的支撑。
相应于本发明的一个实施方式,所述接地轴通过压接与待接地的轴连接。在这种情况下,沿转动方向的耦联因此通过在接地轴和待接地的轴之间构造压接来实现。由此能以简单的方式实现两个轴的耦联,其中,通过压接此外确保在轴之间的可靠的导电连接。此外,接地轴由此也可用于在装配的范围内将待接地的轴对中。在这种情况下,如下轴承优选设计为浮动轴承,接地轴通过该轴承可转动地支承在壳体处。
备选于此,本发明的一种设计可行方案是,所述接地轴在待接地的轴那侧浮动支承。这具有以下优点,由此可以减少安放在接地轴和壳体之间的轴承的负载。后者在此优选实施为固定轴承。特别优选地,接地轴在此以间隙配合的方式支承在待接地的轴中,但是在此要确保在接地轴和待接地的轴之间沿转动方向的耦联,以便通过随之而来的接触也始终保证在轴之间的导电连接。
在上述设计可行方案的扩展方案中,在待接地的轴和接地轴之间沿转动方向的耦联通过廓形部进行,所述廓形部设计成在所述接地轴或待接地的轴上沿轴向突出并且在待接地的轴或接地轴那侧引入相配的留空部中。由此,有利地能以简单的方式实现沿转动方向的耦联。特别优选地,在此在轴和接地轴之间沿转动方向的导电连接通过廓形部实现。这是因为通过沿转动方向的耦联,引起在单个的廓形部和限界相配的留空部的壁之间沿周向方向的接触,并且因此引起在待接地的轴和接地轴之间的导电连接。特别优选地,廓形部在此设计在接地轴那侧,而留空部则在待接地的轴的侧上构造。但是备选于此,廓形部也可以构造在待接地的轴处并且嵌接到留空部中,所述留空部设计在接地轴那侧。
在本发明的意义上,单个的廓形部的外形优选类似爪子,其中,备选于此或补充于此,尤其是四个廓形部构造成在接地轴或待接地的轴上沿轴向突出。进一步优选地,在此廓形部的表面可以实施成锯齿状的,以便改善在轴之间的电接触。
根据一个扩展方案,在待接地的轴和接地轴之间设置有导电的连接元件。由此尤其是在接地轴在待接地的轴中的浮动支承的情况下以及备选于或补充于通过廓形部进行的接触,在所述轴和所述接地轴之间实现导电连接。导电的连接元件在此优选径向弹簧弹性地实施,其中,连接元件在此可以构造为环形弹簧或以其他形式构造。此外,连接元件也可以类似于连接元件构造,如在DE102019133677A1中在壳体和矛形件之间应用的连接元件。
相应于本发明的另一个实施方式,所述接地轴在一个轴向端部处沿转动方向与待接地的轴耦联,接地轴以该轴向端部沿轴向以及沿径向处于内部地引入所述待接地的轴中。因此,待接地的轴至少在轴向端部的区域中设计为空心轴,在该轴向端部处,待接地的轴与接地轴沿转动方向耦联,其中,接地轴沿轴向被引入该空心轴或空心轴区段中并且在那沿转动方向耦联。该耦联在此可以在上述变型方案之一的意义上作为压接或作为浮动支承实现。
本发明的另一个设计可行方案是,所述轴承进行接地轴在壳体的壳体盖中的支承。由此,得到轴承以及还有接地轴的简单的可接近性,以用于维护措施或者也用于更换轴承或其他组成部分。
在本发明的扩展方案中,所述接地轴在背离待接地的轴的轴向端部处实施为带有直径减小部,在所述直径减小部处通过所述轴承进行支承。由此,轴承布置在小的直径上,从而在轴承处出现低的角速度,由此在轴承的区域中可实现低的拖曳损耗。
相应于本发明的一个有利的实施方式,所述接地轴与所述壳体的导电连接通过所述轴承进行。这具有以下优点,因此在壳体的区域中接地轴的导电连接能够以紧凑的方式并且以数量少的构件来实现,其方式为,为了支承接地轴而总归设置的轴承同时也用于构造导电连接。该实施方式在此尤其是与上述扩展方案组合,在该扩展方案中,轴承设置在接地轴的直径减小部上。这是因为由此在轴承的区域中可以实现低的角速度,从而轴承的组成部件至少基本上在不漂浮在处于中间的润滑膜上的情况下相互直接接触。不过,在本发明的意义上,在轴承的区域中也可以使用润滑剂、尤其是呈脂润滑物形式的润滑剂,其中,在该润滑剂中则设置有导电颗粒。
在上述实施方式的扩展方案中,所述轴承的外圈通过弹簧元件轴向预紧。由此改善在轴承和壳体之间的电接触,其中,外圈在此可以通过弹簧元件优选抵着壳体的肩部或保险环轴向预紧。电接触在此则也可以至少部分地沿轴向通过弹簧元件发生。
根据本发明的一个设计可行方案,轴承实施为滚动轴承,其中,该轴承优选作为球轴承存在。特别优选地,在此球轴承是深沟球轴承。但是备选于此,原则上,轴承也可以实施为滚子轴承,如实施为圆柱滚子轴承或实施为滚针轴承,或者也可以实施为滑动轴承。
备选于或补充于通过轴承进行导电连接的实施方式,所述接地轴与所述壳体的导电连接通过与所述轴承分开存在的接地装置进行。在这种情况下,因此备选于或补充于通过轴承进行接地,通过单独的装置进行导电连接。该单独的装置在此可以实施为滑动接触部,例如通过碳刷实现的滑动接触部。
本发明的另一个设计可行方案是,接地轴实施为空心轴,其中,在所述接地轴的背离所述待接地的轴的轴向端部处设置有遮挡件,所述遮挡件与所述壳体抗转动地连接并且将所述壳体的冷却和/或润滑剂接口与所述接地轴的内部区域连接。由此可以无问题地将冷却和/或润滑剂输送到接地轴中,以用于供应润滑剂或用于冷却待接地的轴或设置在其上的组成部件。遮挡件在此优选压入壳体或壳体盖中。
在上述设计可行方案与通过接地装置进行导电连接的变型方案相结合的情况下,所述接地装置沿径向布置在所述接地轴和所述遮挡件之间,其中,所述接地装置在此将所述接地轴和所述遮挡件导电连接。由此可以实现在壳体和接地轴之间的良好的电接触。
本发明的主题此外是一种变速器,该变速器尤其是一种机动车变速器,其中,在该变速器的情况下,至少一个轴以按照上述变型方案中任一项或多项所述的布置结构接地。尤其是,在此这种布置结构可以在集成到变速器中的电机的转子轴中实现。根据本发明的用于轴的接地的布置结构也可以是用于机动车的电的车桥驱动单元的或电机的组成部分。
本发明并不局限于主权利要求或其从属权利要求的特征的所给出的组合。此外,产生如下可行方案:只要它们从权利要求、下文对本发明的优选实施方式的描述或直接从附图中得到,多个单个的特征也相互组合。权利要求通过使用附图标记对附图的参考并不应限制权利要求的保护范围。
附图说明
在附图中示出了本发明的有利的实施方式,在下面对于所述实施方式进行解释。附图中:
图1示出了相应于本发明的第一实施方式的用于轴的接地的布置结构的剖视图;
图2示出了图1中的布置结构的细节;
图3示出了图1中的布置结构的接地轴的透视图;
图4示出了图1的布置结构的待接地的轴的部分的透视图;
图5示出了根据本发明的第二设计可行方式的用于轴的接地的布置结构的剖视图;
图6示出了图5中的布置结构的细节;以及
图7示出了相应于本发明的第三实施方式的用于轴的接地的布置结构的剖视图。
具体实施方式
由图1得到变速器1的一个区域的剖视图,其中,在该区域中,——当前未进一步示出的——电机的转子轴2与变速器1的驱动轴3抗转动地连接。在此,转子轴2实施为空心轴并且从一侧沿轴向引入同样实施为空心轴的驱动轴3中,其中,转子轴2和驱动轴3在此通过带动齿部4抗转动地相互连接。除了驱动轴3外,转子轴2在此还与变速器1的电机的——也不可见的——转子抗转动地连接。
转子轴2和驱动轴3当前共同地通过两个滚动轴承5和6可转动地支承,这两个滚动轴承实施为深沟球轴承。在此,通过滚动轴承5进行驱动轴3在变速器1的壳体7处的可转动的支承。
为了避免当前由于电磁干扰引起的干扰,转子轴2和驱动轴3与壳体7导电连接,以用于接地。这种导电连接在此通过接地轴8进行,接地轴实施为空心轴并且在第一轴向端部9处浮动地支承在转子轴2处并且在第二轴向端部10处通过轴承11可转动地支承在壳体7中。
接地轴8通过轴承11支承的区域在此在图2中更详细地以细节示出。如在此可看出的,轴承11当前实施为滚动轴承,其中,轴承11具体设计为深沟球轴承。由此,轴承11由外圈12和内圈13组成,在外圈和内圈之间,呈球形式的滚动体14在两个圈12和13的相应的运行轨道上运行。内圈13在此在接地轴8的轴向端部10处被压到接地轴8的直径减小部15上,而外圈12沿轴向在卡环16和弹簧元件17之间保持在壳体7的壳体盖18处。在此,当前根据碟形弹簧的样式实施的弹性元件17将外圈12沿轴向抵着卡环16预紧。就此而言,在当前情况下,轴承11实施为固定轴承。
除了将接地轴8支承在壳体盖18中并且因此支承在壳体7中之外,轴承11附加地承担了将接地轴8与壳体盖18导电连接并且因此也与壳体7导电连接的功能。在此,电流可以从接地轴8经由内圈13、滚动体14和外圈12传导到壳体盖18中,其中,在此通过弹簧元件17和卡环16始终确保外圈12与壳体盖18的电接触。接地轴8通过轴承11与壳体盖18的这种导电连接可尤其基于轴承11在直径减小部15上的安放来实现,因为由此在运行时在轴承11处出现低的角速度。由于该较低的角速度,滚动体14不漂浮在润滑膜上,并且与此相应地滚动体14与圈12和13不发生直接的机械接触。
此外,接地轴8还用于向转子轴2以及此外还向与该转子轴抗转动地连接的电机转子输送呈油形式的冷却剂。为此,在接地轴8的轴向端部10的区域中,遮挡件19(Blende)被压入壳体盖18中,其中,在此遮挡件19的外形类似漏斗。因此,遮挡件19包括第一空心柱状区段20,遮挡件以该第一空心柱状区段沿轴向与冷却剂接口21相邻地压入壳体盖18中。通过该冷却剂接口21,在此在壳体7内部建立通向冷却剂供应系统的连接,通过该冷却剂供应系统尤其是将油导引到壳体盖18中。
在空心柱状区段20上邻接有遮挡件19的另外的空心柱状区段22,该另外的空心柱状区段具有与接地轴8的内径相比更小的外径,并且遮挡件19以该另外的空心柱状区段沿轴向以及沿径向处于内部地引入接地轴8中。因此,油可以从冷却剂接口21经由遮挡件19沿轴向流入接地轴8的内部,从而此外可实现冷却剂到转子轴2中的输入。
为了将接地轴8浮动支承在转子轴2中,接地轴8以其轴向端部9沿轴向以及沿径向处于内部地引入转子轴2中。在此,为了将转子轴2与接地轴8抗转动地连接,在接地轴8的轴向端部9处设计有廓形部23,廓形部相对于接地轴8沿轴向突出。如尤其是在图3中可看出的(该图示出接地轴8的透视的单个视图),廓形部23在此类似爪子地构造。具体来说,廓形部23在此设置在接地轴8的最大外径处,接地轴8以该最大外径在端部9的区域中引出。
在转子轴2那侧,廓形部23中的每个廓形部都嵌接在转子轴2的各一个留空部24中,其中,留空部24在此尤其是在图4中可在转子轴2的一个区域的透视的单个视图中看出。由此实现了在转子轴2和接地轴8之间沿转动方向的耦联,其方式为,转子轴2的转动运动通过廓形部23与留空部24的相互作用而确保接地轴8被带动并且因此共同旋转。同时,由此也在接地轴8和转子轴2之间构建导电连接,因为单个的廓形部23沿周向方向与转子轴2的各一个限界相应的留空部24的壁进行接触。
图5示出了变速器1的剖视图,在该变速器中,为了转子轴2的接地,进行了与本发明的第二设计可行方案相对应的布置。这种布置在此与根据图1至图4的变型方案基本上相对应,不同之处在于,在使转子轴2接地的接地轴8的轴向端部10的区域中设置有单独的接地装置25。如尤其是在图6中的细节图中可以看出的,该接地装置25在此沿径向设置在接地轴8和遮挡件26之间,该遮挡件在这里也用于将呈油形式的冷却剂输送到接地轴8的内部空间中。在此,遮挡件26被压入壳体盖18中。接地装置25在此将接地轴8与遮挡件26导电连接并且因此也与壳体盖18导电连接,其中,这作为通过轴承11进行的导电连接的备选或补充方案来进行,接地轴8通过该轴承可转动地支承在壳体盖18中。接地装置25在此可以设计为滑动接触部,例如通过碳刷实现的滑动接触部。在其他方面,根据图5和图6的设计可行方案与根据图1至图4的变型方案相对应,从而参考对此的描述内容。
最后,还从图7中得到变速器1的剖视图,在该变速器中,转子轴2以一种布置结构接地,其中,该布置结构在此相应于本发明的第三实施方式来实施。在此,该实施方式再次基本上与根据图1至图4的变型方案相对应,不同之处在于,接地轴8现在不是浮动支承在转子轴2中,而是在一个端部27处通过压接抗转动地与转子轴2连接。在此,在转子轴2和接地轴8之间的导电连接也通过这种压接来构造。在壳体7的壳体盖18那侧,接地轴8则再次通过——当前仅示意性示出的——轴承28支承,该轴承尤其为呈深沟球轴承形式的滚动轴承。在此,在接地轴8和壳体盖18之间的导电连接通过该轴承28构建,其中,在这里备选于或补充于此也可以设置有附加的接地装置。此外,在轴承28的区域中也可以设置有用于将冷却剂输送到接地轴8的内部区域中的遮挡件(当前未示出)。在其他方面,根据图7的实施方式与根据图1至图4的变型方案相对应,从而参考对此的描述内容。
借助根据本发明的用于转子轴的接地的布置结构,能以有利的方式实现相应的接地。
附图标记列表
1变速器
2转子轴
3驱动轴
4带动齿部
5滚动轴承
6滚动轴承
8接地轴
9轴向端部
10 轴向端部
11 轴承
12 外圈
13 内圈
14 滚动体
15 直径减小部
16 卡环
17 弹簧元件
18 壳体盖
19 遮挡件
20 区段
21 冷却剂接口
22 区段
23 廓形部
24 留空部
25 接地装置
26 遮挡件
27 端部
28 轴承
Claims (19)
1.一种用于轴的接地的布置结构,所述轴尤其是电机的转子轴(2),所述布置结构包括与待接地的轴导电连接的接地轴(8),其中,所述接地轴(8)此外与壳体(7)处于导电连接,其特征在于,所述接地轴(8)沿转动方向与待接地的轴耦联并且通过轴承(11;28)可转动地支承在所述壳体(7)处。
2.根据权利要求1所述的布置结构,其特征在于,所述接地轴(8)通过压接与待接地的轴连接。
3.根据权利要求1所述的布置结构,其特征在于,所述接地轴(8)浮动支承在待接地的轴处。
4.根据权利要求3所述的布置结构,其特征在于,所述接地轴(8)在待接地的轴处的浮动支承通过廓形部(23)进行,所述廓形部设计成在所述接地轴(8)或待接地的轴上沿轴向突出并且在待接地的轴或接地轴那侧引入相配的留空部(24)中。
5.根据权利要求4所述的布置结构,其特征在于,在所述轴和所述接地轴(8)之间的导电连接沿转动方向通过廓形部(23)进行。
6.根据前述权利要求中任一项所述的布置结构,其特征在于,在待接地的轴和所述接地轴之间设置有导电的连接元件。
7.根据前述权利要求中任一项所述的布置结构,其特征在于,所述接地轴(8)在一个轴向端部(9;27)处沿转动方向与待接地的轴耦联,接地轴(8)以该轴向端部沿轴向以及沿径向处于内部地引入所述待接地的轴中。
8.根据前述权利要求中任一项所述的布置结构,其特征在于,所述轴承(11;28)将所述接地轴(8)可转动地支承在所述壳体(7)的壳体盖(18)中。
9.根据前述权利要求中任一项所述的布置结构,其特征在于,所述接地轴(8)在背离所述待接地的轴的轴向端部(10)处实施为带有直径减小部(15),在所述直径减小部处通过所述轴承(11;28)进行可转动的支承。
10.根据前述权利要求中任一项所述的布置结构,其特征在于,所述接地轴(8)与所述壳体(7)的导电连接通过所述轴承(11;28)进行。
11.根据前述权利要求中任一项所述的布置结构,其特征在于,所述轴承(11)的外圈(12)通过弹簧元件(17)轴向预紧。
12.根据权利要求10和权利要求11所述的布置结构,其特征在于,在所述接地轴(8)和所述壳体(7)之间的导电连接至少部分地沿轴向在所述轴承(11)的外圈(12)和所述壳体(7)之间通过所述弹簧元件(17)进行。
13.根据前述权利要求中任一项所述的布置结构,其特征在于,所述轴承(11;28)实施为滚动轴承并且在此优选实施为球轴承。
14.根据前述权利要求中任一项所述的布置结构,其特征在于,所述接地轴(8)与所述壳体(7)的导电连接通过与所述轴承(11;28)分开存在的接地装置(25)进行。
15.根据前述权利要求中任一项所述的布置结构,其特征在于,所述接地轴(8)实施为空心轴,其中,在所述接地轴(8)的背离所述待接地的轴的轴向端部(10)处设置有遮挡件(19;26),所述遮挡件与所述壳体(7)抗转动地连接并且将所述壳体(7)的冷却和/或润滑剂接口(21)与所述接地轴(8)的内部区域连接。
16.根据权利要求14和权利要求15所述的布置结构,其特征在于,所述接地装置(25)沿径向布置在所述接地轴(8)和所述遮挡件(26)之间并且在此将所述接地轴(8)和所述遮挡件(26)导电连接。
17.一种变速器(1)、尤其是机动车变速器,包括至少一个轴,所述轴相应于根据权利要求1至16中任一项或多项所述的布置结构而接地。
18.一种用于机动车的电的车桥驱动单元,其特征在于,设有轴,所述轴相应于根据权利要求1至16中任一项或多项所述的布置结构而接地。
19.一种电机,所述电机具有抗转动的定子和可转动的转子,其中,所述转子与转子轴(2)耦联,其特征在于,所述转子轴(2)相应于根据权利要求1至16中任一项或多项所述的布置结构而接地。
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