WO2012019319A1 - 一种以大功率led为光源的照明灯具模块及led灯 - Google Patents
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Description
一种以大功率 LED为光源的照明灯具模块及 LED灯
技术领域
本发明涉及一种 LED光源灯具,特别是涉及一种以大功率 LED为 光源的照明灯具模块的结构，该照明灯具模块用于制作路灯和隧道灯， 投光灯和洗墙灯等大功率， 高流明输出的灯具。
背景技术
随着 LED芯片技术的不断发展， 流明和功率的不断提高， 因此， LED光源已经在功能型照明领域扮演越来越重要的角色， 像路灯， 隧 道灯， 投光灯和洗墙灯等。 目前市场上的路灯具， 绝大多数是由几十 颗至上百颗 LED光源贴片在铝基板上，再将铝基板安装在路灯外壳上 构成， 从而导致在 LED光源损坏时， 在高空作业需要掀开灯具钢化玻 璃罩， 卸下透镜或反射器， 再拆除电源线， 不难看出这样的结构使得 更换困难， 甚至无法更换。 因此给维修带来极大地不方便， 给用户带 来经济损失。 而且这种结构的灯具不同的型号需要不同的电源驱动， 不同的配光结构， 不同的散热和防水的结构， 由于结构复杂， 从而导 致多型号时， 给厂家带来设计周期长和费时费工。
目前 LED 光源灯具还亟待解决散热问题， 例如本人持有的 ZL02826127. 5专利， 其中 LED光源的散热是通过螺杆与螺母机械结 合实现的。进一步本申请人又申请了发明名称为 "用于发光二极管的 散热组件和发光二极管及白光发光二极管灯" （申请号： 200810182614. 0 ) , 申请人提供一种用碳纳米材料制作的散热骨架， 将 LED散热底座的螺杆插入纳米碳管制作的骨架中实现散热的，但是， 由于螺杆插入骨架中结合不紧密， 因此还需要采用在两者之间涂胶， 而带来了热阻， 使得散热不彻底。
市场上现有的 LED光源灯具，正如上面所介绍的它在结构上还是 有很多的不足之处， 特别是半导体照明是在世界各国扶持的项目， 它 蕴藏着巨大的商机，但是半导体光源有着和传统光源非常不同的特性，
应用这一光源去制作灯具需要解决散热、 光强度分布等一系列光学、 热学、 材料学的问题， 这些问题的解决不仅需要一批专业人材， 还要 时间和相当大的资金投入，这对一般生产传统灯具的厂家来说几乎是 一件不可能的事， 如何降低进入 LED灯具生产的门槛， 并能将其尽快 实现 LED照明灯具产业化已是当务之急。
发明内容
本发明的目的在于弥补市场上现有的 LED照明灯具结构复杂，使 得 LED照明灯具维修和更换困难， 甚至无法更换的缺陷； 以及在照明 灯具型号较多时， 带来设计工作复杂和周期长等缺陷； 从而提供一种 以大功率 LED 作光源的结构简单的照明灯具模块。 因此， 达到简化 LED灯具生产工序、 降低 LED灯具生产难度， 以及实现 LED光源的照 明灯具产业化生产的目的。
本发明的第二个目的在于通过简单的模块拼装，就可以获得大功 率 LED光源的照明灯具，用此灯具模块制作的 LED照明灯具结构简单， 维修更换方便， 以及实现 LED光源的照明灯具产业化生产的目的。
本发明的目的是这样实现的：
本发明提供的大功率 LED 光源的照明灯具模块， 包括至少一个 LED光源， LED驱动电源和散热器； 在 LED光源的正面通过透镜压圈 和密封圈固定玻璃透镜或其它光学系统； 其特征在于：
所述的光源是用集成封装方法制作的一个 LED, 或是多个 LED安 装在一块电路板上， 作为一个 LED光源使用；
所述的散热器由一块金属的安装面板和散热片组成， 其中， 在所 述的安装面板的部分下表面上设有凸筋，并在所述的凸筋顶部向下开 槽， 所述散热片挤压镶嵌在所述槽中， 该散热片与槽壁紧密接触固定 在一起， 形成散热器的散热翅片 （如图 4 所示）； 或者在所述的安装 面板的表面上设有一根垂直的金属柱， 围绕所述的金属柱四周， 从该 金属柱的头部向下开竖直的槽， 散热片安装在所述的槽内， 所述的散 热片呈放射状排布（如图 5a所示）， 并且在散热片上方扣装一个保护
罩， 所述的保护罩下口固定在安装面板上； 在所述的安装面板的下表 面设有凸筋之外的地方安装所述的 LED驱动电源，该 LED驱动电源与 LED光源电连接， 在安装面板的另一表面 （上表面） 安装所述 LED光 源； 所述的安装面板的四角开有安装孔， 或沿安装面板的长度方向的 两边开有安装孔， 以便用螺钉把整个模块固定在灯具架上， 或者卡接 在灯具架上。
在上述的技术方案中， 所述的金属的安装面板为铜板或铝板； 还 包括在安装面板上打通孔， 优选地， 在该安装面板上开有 10个以上 通孔， 所述的通孔按阵列式排列、 圆环形排列或无规则排列。 若灯具 向下照射， 所述通孔能够帮助形成很好的空气对流冷却效果， 对纵向 排布的散热片在使用时， 更有利于空气的流通。
在上述的技术方案中， 所述的部分下表面至少为总面积的 2 / 3。 在上述的技术方案中， 所述的凸筋可以是一条或 2条以上， 所述 的凸筋与凸筋之间的间距可以相等或不相等；凸筋的排列是在安装面 板上平行排列的， （如图 4所示）； 或者同心圆排布 （如图 6所示）， 凸筋形成圆环状， 且凸筋与凸筋之间的间距相等。
在上述的技术方案中， 所述的凸筋截面呈锯齿形、 梯形、 矩形或 渐开线齿形； 所述的槽的宽度与要镶嵌的散热片厚度相等， 或者槽宽 略小于散热片厚度， 槽与散热片过盈配合， 即通过施力使槽向内变形 而使散热片镶嵌在槽中， 使 LED芯片产生的热从底座直接传递至凸筋 和散热片， 而被迅速传递到外部； 同时由于凸筋上的槽与散热片直接 贴附， 接触面大， 且中间不存在热阻， LED芯片产生的热量通过底座 直接传递给紧贴的散热片， 热传递快， 散热就快， 相比同样的散热效 果的产品， 体积比较小， 重量轻， 还便于灯具设计、 安装。
在上述的技术方案中， 所述的金属柱为导热良好的铜柱或铝柱。 在上述的技术方案中， 所述的保护罩为金属网状罩或绝缘材料的 网状罩。
在上述的技术方案中，所述的散热片为纳米碳片或金属铜片上涂 覆一层纳米碳粉。
在上述的技术方案中，所述的 LED光源安装在所述的安装面板上 的方式包括两种， 一种安装方式为： 在该安装面板上要安装 LED光源
的位置四周开有螺孔， 所述的 LED光源的底座上也开螺孔， 安装面板 上的螺孔与 LED光源的底座上的螺孔相对，通过螺钉将该 LED光源固 定在安装面板上； 另外一种安装方式为： 在所述的安装面板中部开有 与所要安装的 LED光源底座的螺杆相固定用的螺孔，通过该 LED光源 底座的螺杆与安装面板的螺孔螺合固定在一起。
在上述的技术方案中，所述的 LED芯片上方还涂有光学材料层或 光转换材料层。 以满足生产不同光色光源。
本发明提供的一种以大功率 LED 为光源的照明灯具模块制作的
LED灯,其特征在于:包括至少一个上述 LED为光源的照明灯具模块， 该 LED为光源的照明灯具模块安装在一灯罩内，该 LED为光源的照明 灯具模块的引出线穿出所述的灯罩与外部电连接器电连接。
在上述的技术方案中， 还包括一透光泡壳， 所述的透光泡壳安装 在所述的灯罩上口。
在上述的技术方案中， 所述的灯罩为一长方形的路灯灯罩， 所述 的路灯灯罩上口的两个长边的内壁向内各设一条翻边，翻边上在对应 LED照明灯具模块边上的安装孔的位置上制有螺孔， 用螺钉把 LED照 明灯具模块与路灯罩固定在一起；或者在路灯罩外壳内设置轨道， LED 照明灯具模块沿轨道滑行到预定位置，用一种塑料制成的膨胀卡把模 块定位。
本发明提供的以 LED 为光源的照明灯具模块用于制作路灯和隧 道灯， 投光灯和洗墙灯等大功率， 高流明输出的灯具。
本发明的优点在于：
1、 本发明提供的以 LED为光源的灯具模块比现有的 LED为光源 的灯具散热性能好： 虽然已有的 LED光源都设置了散热器， 但是散热 效果解决的不彻底， 例如本申请人持有的 ZL02826127. 5专利， 通过 底座的螺杆与散热器的螺孔紧密结合在一起实现散热。进一步本发明 人又申请了（申请号： 200810182614. 0 )关于带散热组件的 LED专利， 通过 LED底座的螺杆插装在散热组件的骨架中，虽然散热组件也是由 纳米碳材料制作的， 但是， 由于螺杆是插装在骨架中， 还需用胶将两 者粘牢， 因此散热效果还不够理想。而本发明的散热器是采用一块纳 米碳片直接挤压进安装面板的槽中，一方面由于采用了散热性能极佳
的纳米碳片， 和通过加大了散热片的面积； 另一方面散热片与槽面紧 密接触， 因此， 散热效果好。
2、 本发明的灯具模块的散热片使用纳米碳片， 由于纳米碳片比 已有 LED散热器中使用的铜或铝材的散热片重量轻的多，所以本发明 的 LED光源整体重量轻，这对于制造大功率的 LED路灯等有实际的应 用价值。
3、 又由于本发明的 LED照明灯的模块中的散热器使用的安装面 板是一块平板， 在平板上可以开有安装 LED光源底座螺杆的螺孔， 也 可以不开孔， 也就是说市场上所供应的任何一款 LED光源， 都可以安 装在本发明的散热器上， 因此， 该 LED照明灯的模块通用性强。
4、 由于利用本发明提供的 LED照明灯的模块， 可以方便地组合 成多种功率或流明输出的灯具，对一般生产传统灯具的厂家来说降低 进入 LED灯具生产的门槛，并为将其尽快实现 LED照明灯具产业化奠 定基础。
本发明提供的以 LED为光源的灯具模块，可以用于路灯和隧道灯， 投光灯和洗墙灯等大功率， 高流明输出的灯具的制作， 该模块结构简 单， 散热效果好， 可以使灯具的设计， 装配和维修简便快捷。 本发明 的灯具模块本身具有完整的配光散热防水防尘结构，和相应的驱动电 源。 因此， 配合效果好， 使用方便。
附图说明
图 1是本发明的以大功率 LED为光源的照明灯具模块整体示意图 图 2是本发明的以大功率 LED为光源的照明灯具模块组成示意图 图 3是实施例 1中使用的 LED光源安装在安装面板上的示意图 图 4是本发明的散热器中一种散热片平行排布安装样式示意图 图 5a是本发明的散热器中的散热片另一种安装在安装面板上的 结构示意图
图 5b是图 5a散热器的安装面板上表面安装 LED光源结构示意图 图 6是本发明的散热器中的散热片以同心圆排布安装样式示意图 图 7是运用本发明的模块制作的路灯组成示意图
图 8是运用实施例 3的模块制作的路灯安装结构;
图面说明如下：
1-LED光源 2- 安 t 3-散热片
4-驱动电源 5-保护罩 6-螺钉
7-玻璃透镜 8-透镜压圈 9-防水接头 10-安装孔 11-LED光源底座的螺杆 12-路灯灯罩
13-模块 14-翻边 15-导热铜柱
具体实舫式
为了使本发明的目的、 技术方案及优点更加清楚明白， 以下结 合附图和实施例对本发明进行详细说明。
实施例 1
参考图 1，制做一本发明的以大功率 LED为光源的照明灯模块 (路 灯模块）， 该模块由一具有 20瓦的 LED光源 1、 散热器、 LED驱动电 源 4和保护罩 5组成。 在本实施例中的具有 20瓦大功率 LED光源 1 是采用 ZL02826127. 5专利技术， 运用集成封装工艺制成的额定功率 为 20瓦 LED发光二极管， 该 LED发光二极管的金属底座下表面设有 一螺杆 11， 与金属底座成为一体结构。
LED驱动电源 4使用常规电源， 例如： 采用杭州英飞特电子公司 生产的电源。 散热器使用一块长 240匪 X宽 120匪 X厚 4匪铝的安装 面板 2， 在该铝板的安装面板 2的下表面 2 / 3的面积上 （沿一侧）， 设置凸筋， 并在凸筋的顶部向下开用于安装散热片 3的槽。本实施例 的凸筋是 2条以上， 例如 5、 6、 7、 8或 10条， 2条以上的凸筋的排 列是在安装面板 2上平行排列的 （如图 4所示）， 且行间距相等， 行 间距可以为 1匪、 1. 5匪。 或者凸筋为圆环， 多个圆环以同心圆方式 排布 （如图 6所示）， 凸筋形成圆环状， 且圆环之间距离相等， 间距 可以为 2mm、 3. 5mm。
其中， 槽的宽度与要镶嵌的散热片 3厚度相等， 或者槽宽略小于 散热片 3厚度， 使其过盈配合， 例如： 散热片 3使用市场上购买的纳 米碳片， 当槽宽 0. 6匪时， 纳米碳片厚度为 0. 65匪， 然后将散热片 3
插在槽内， 再通过压板或其它机械方法进行挤压， 使纳米碳片的两面 分别与槽壁面之间达到无缝隙地紧密结合， 以实现良好的导热效果。 槽的深度与要镶嵌的散热片 3厚度、面积等有关， 为了实现良好的散 热效果和散热片固定牢固， 就可以槽开得深些， 这是本领域技术人员 可以实现的。
散热片 3还可利用在金属铜片上涂覆一层纳米碳粉制成，可以根 据散热要求涂覆纳米碳粉的厚度， 这是本专业技术人员可以实施的。
在该铝质的安装板的下表面所设凸筋之外的地方， 即另外的 1 / 3面积的安装面板 2上安装 LED驱动电源 4， 在散热片 3上方安装一 金属网状（例如铜丝、 钢丝） 的保护罩 5 (如图 2所示）， 该保护罩 5 的底部用螺丝固定在安装面板 2上。罩上保护罩 5既可以保护纳米碳 片， 同时还起到了防尘和通风的作用。保护罩 5的一个侧面上开有一 孔， LED的电源连接线从孔中穿出和驱动电源 4的输出端电连接， 该 LED的电源连接线末端带有防水接头 9。
在该安装面板 2的上表面中心部位打一螺孔，其螺孔的大小与本 实施例中所使用的 LED光源 1中的发光二极管散热底座的螺杆 11相 配， 将 LED发光二极管底座的螺杆 11与螺孔紧密配合固定。
通常工厂生产的大功率 LED都是大出光角的，光强分布是朗佰型 ， 因此具体用到某一款灯具上时，都要在 LED上方加一透镜 7或反光器 等二次光学系统用以改变光强分布， 使之符合使用要求。本实施例中 光学玻璃的透镜 7设置在 LED光源 1的正前方，利用透镜压圈 8固定 在安装面板 2上表面，并在所述安装面板 2上与透镜压圈 8对应位置 开螺孔， 用螺钉固定透镜压圈 8。 为满足防水、 防潮等要求， 还在透 镜 7和安装面板 2之间， 透镜 7和压圈 8之间垫上硅橡胶密封圈。
在本发明模块结构中， 安装面板 2的作用是把 LED光源 1、 透镜 7、散热器和 LED驱动电源 4结合在一起制成模块，该模块只要在 LED 驱动电路的输入端接入市电， 模块就能工作。
另外， LED光源 1还可以使用市场上购买的任何一款， 例如使用 上海抛珥麻克照明科技有限公司生产的 20瓦白光 LED。 整个 LED是 制作在一块厚度为 2匪的铝基线路板上的，背面是平的 (如图 3所示）， 且整个线路板呈矩形， 在该铝基线路板的四周开有 4个螺孔。在上述
已安装了散热片的安装面板 2上，预计要安装 LED光源的位置四周开 螺孔，使安装面板 2上所开的螺孔与 LED光源 1铝基线路板上的 4个 螺孔相对， 直接用四个螺钉 6把 LED光源 1固定在安装面板 2上， 其 本发明模块其它结构和上述结构相同。 实施例 2
本实施例制作一大功率 LED光源的灯具模块，其结构同实施例 1， 区别在于： 散热器的结构不一样。 本实施例制作的散热器， 由 16片 纳米碳片做的散热片 3， 安装在安装面板 2上的 16个槽中组成。 其 中， 一块铝或铜板做安装面板 2， 在该安装面板 2的 3 / 5面积的中 心位置上， 设置一根直径为 lOmm X高 150mm导热铜柱 15， 在该导热 铜柱 15的四周竖直开槽， 槽从导热铜柱 15的头上开到底， 槽的长度 与铜柱高度一样， 或短于铜柱也可以， 槽深 3匪 X宽 0. 6匪， 散热片 3的厚度为 0. 65mm, 散热片安装在槽内， 散热片 3的排列方式采用辐 射状， 如图 5a所示。 所述的槽的宽度与要镶嵌的散热片厚度相等， 或者槽宽略小于散热片厚度， 槽与散热片过盈配合， 即通过施力使槽 向内变形而使散热片镶嵌在槽中，使 LED芯片产生的热从底座直接传 递至导热铜柱和纳米碳片， 而被迅速传递到外部， 还在该散热片上方 安装一金属网状的保护罩 5。
另外， 本实施例还在安装面板 2正面打了很多通孔， 若灯具向下 照射， 这些通孔能够帮助形成很好的空气对流冷却效果， 另外， 纵向 排布的散热片在使用时， 特别有利于空气的流通。若此模块安装在金 属的灯具外壳上， 则整个外壳都成为了散热片， 从而使散热的效果更 好。其他部分的安装如图 2—致， 即在安装面板 2的正面安装 LED光 源 1 (图 5b所示）， 在 LED光源 1上方通过透镜压圈 8固定玻璃透镜 7，在其背面 2 / 5面积上装有直接可用市电的防护等级为 IP67的 LED 驱动电源 4。 实施例 3
本实施例利用本发明的照明灯具模块制作一 80瓦的 LED路灯，采 用四个在实施例 1制成的功率为 20W的 LED照明灯具模块，安装在一
路灯罩内， LED照明灯具模块各自接入市电即可使用。
如图 7所示，本实施例所用路灯灯罩 12为浙江迈勒斯生产的超越 型路灯罩。 该超越型路灯罩的两个长边内各设一条铝板的翻边 14， 翻边 14上在对应 LED照明灯具模块边上的安装孔 10的位置上制有螺 孔。安装时从最后面一个模块开始， 把第一个模块装进路灯罩内推到 位， 然后用螺钉把 LED照明灯具模块与路灯罩固定在一起， 把驱动电 源的输入端联接上防水接头 9， 这样就完成了第一个模块的安装， 然 后以同样的步骤安装第二个， 第三个， 第四个模块。 如此就组合成一 个功率为 80W的 LED路灯。 这种组合是非常灵活的， 也可以是三个， 也可以是 5个或 6个 LED照明灯具， 甚至更多的 LED照明灯具组合。
在这样的组合中如果某一个 LED照明灯具模块出了故障，更换起 来非常方便， 而且不影响其它 LED照明灯具模块的工作。
LED照明灯具模块和灯罩的固定方法除了本例中所述的用螺钉固 定以外，还可以有多种方法，例如用滑轨的形式，在灯罩上做成轨道， LED照明灯具模块沿轨道滑行到预定位置以后， 用一种塑料制成的膨 胀卡把模块定位就可以了。
本发明提供的以 LED为光源的照明灯具模块，可以用于制作路灯、 隧道灯、 投光灯和洗墙灯等大功率， 高流明输出的灯具。
Claims
1.一种以大功率 LED为光源的照明灯具模块， 包括至少一个 LED 光源， LED驱动电源和散热器； 在 LED光源的正面通过透镜压圈和密 封圈固定玻璃透镜或其它光学系统； 其特征在于： 所述的散热器由一 块金属的安装面板和散热片组成， 其中， 在所述的安装面板的部分下 表面上设有凸筋， 并在所述的凸筋上部向下开槽， 所述散热片挤压镶 嵌在所述槽中， 该散热片与槽壁紧密接触固定在一起， 形成散热器的 散热翅片； 或者在所述的安装面板的表面上设有一根垂直的金属柱， 围绕所述的金属柱四周， 从该金属柱的头部向下开竖直的槽， 散热片 安装在所述的槽内， 所述的散热片呈放射状排布； 并在散热片上方扣 装一个保护罩， 所述的保护罩下口固定在安装面板上； 在所述的安装 面板的下表面设有凸筋之外的地方安装所述的 LED驱动电源， 该 LED 驱动电源与 LED光源电连接， 在安装面板的上表面安装 LED光源； 所 述的安装面板的四角开有安装孔，或沿安装面板的长度方向的两边开 有安装孔，用螺钉把整个模块固定在灯具架上，或者卡接在灯具架上。
2.按权利要求 1所述的以大功率 LED为光源的照明灯具模块，其 特征在于， 所述的光源是用集成封装方法制作的一个 LED, 或是多个 LED安装在一块电路板上作为一个 LED光源使用。
3.按权利要求 1所述的以大功率 LED为光源的照明灯具模块， 其 特征在于， 所述的金属的安装面板为一块铜平板或铝平板， 优选地， 在该安装面板上开有多个通孔， 所述的通孔按阵列式排列、 圆环形排 列或无规则排列。
4.按权利要求 1所述的以大功率 LED为光源的照明灯具模块， 其 特征在于， 所述的部分下表面至少为总面积的 2 / 3。
5.按权利要求 1所述的以大功率 LED为光源的照明灯具模块，其 特征在于， 所述的凸筋是一条或 2条以上， 所述的凸筋与凸筋之间的 间距相等或不相等； 凸筋的排列是在安装面板上平行排列的， 或者同 心圆排布， 凸筋形成圆环状， 且凸筋与凸筋之间的间距相等。
6.按权利要求 1所述的以大功率 LED为光源的照明灯具模块， 其特 征在于， 所述的凸筋截面呈锯齿形、 梯形、 矩形或渐开线齿形； 所述 的槽的宽度与要镶嵌的散热片厚度相等，或者槽宽略小于散热片厚度， 槽与散热片过盈配合。
7.按权利要求 1所述的以大功率 LED为光源的照明灯具模块，其 特征在于，所述的散热片为纳米碳片或金属铜片上涂覆一层纳米碳粉。
8.按权利要求 1所述的以大功率 LED为光源的照明灯具模块，其 特征在于， 所述的金属柱为导热良好的铜柱或铝柱。
9.按权利要求 1所述的以大功率 LED为光源的照明灯具模块，其 特征在于，所述的 LED光源安装在所述的安装面板上的方式包括两种， 一种安装方式为：在该安装面板上要安装 LED光源的位置四周开有螺 孔， 所述的 LED光源的底座上也开螺孔， 安装面板上的螺孔与 LED光 源的底座上的螺孔相对， 通过螺钉将该 LED光源固定在安装面板上； 另外一种安装方式为： 在所述的安装面板中部开有与所要安装的 LED 光源底座的螺杆相固定用的螺孔，通过该 LED光源底座的螺杆与安装 面板的螺孔螺合固定在一起。
10.按权利要求 1所述的以大功率 LED为光源的照明灯具模块， 其特征在于， 所述的保护罩为金属网状罩或绝缘材料的网状罩。
11.按权利要求 1所述的以大功率 LED为光源的照明灯具模块， 其特征在于，所述的 LED芯片上方还涂有光学材料层或光转换材料层。
12.一种按权利要求 1所述的以大功率 LED为光源的照明灯具模 块制作的 LED灯,其特征在于： 包括至少一个上述 LED为光源的照明 灯具模块， 该 LED为光源的照明灯具模块安装在一灯罩内， 该 LED为 光源的照明灯具模块的引出线穿出所述的灯罩与外部电连接器电连
13.一种按权利要求 1所述的以大功率 LED为光源的照明灯具模 块制作的 LED灯,其特征在于： 还包括一透光泡壳， 所述的透光泡壳 安装在所述的灯罩上口。
14、 一种按权利要求 1所述的以大功率 LED为光源的照明灯具模 块制作的 LED灯,其特征在于： 所述的灯罩为一长方形的路灯灯罩， 所述的路灯灯罩上口的两个长边的内壁向内各设一条翻边，翻边上在 对应 LED 照明灯具模块边上的安装孔的位置上制有螺孔， 用螺钉把 LED照明灯具模块与路灯罩固定在一起； 或者在路灯罩外壳内设置轨 道， LED照明灯具模块沿轨道滑行到预定位置， 用一种塑料制成的膨 胀卡把模块定位。
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