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  • 2021-5-13 14:46
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    小型电机的结构 首先,下图中给出了步进电机、有刷直流(DC)电机、无刷直流(DC)电机这三种电机的大概构造和对比。这些电机的基本组成部件主要为线圈、磁铁和转子,另外由于种类不同,又分线圈固定型和磁铁固定型。 以下为与示例图相关的结构说明。由于更细致地划分的话,还可能存在其他结构,因此请理解本文中介绍的是大框架下的结构。 这里的步进电机的线圈在外侧固定,磁铁在内侧旋转。 这里的有刷直流电机的磁铁在外侧固定,线圈在内侧旋转。由电刷和换向器(commutator)负责向线圈供电和改变电流方向。 这里的无刷电机的线圈在外侧固定,磁铁在内侧旋转。 请大致了解由于马达电机种类不同,即使基本组成部件相同其结构也有不同。 来源:techclass.rohm
  • 热度 3
    2020-3-8 10:56
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    电机世界之直流有刷电机(科普文)
    / 最简模型 / 万事开头难,如果一上来就扔出一个复杂的电机,估计很多人就要打退堂鼓了。所以,我们要从最简单的模型入手,如下图: 简单来说,直流有刷电机主要由四部分组成: 1, 定子 (stator); 2, 电枢 (armature),也称转子; 3, 换向环 (commutator ring); 4, 电刷 (brush)。 从上图我们可以看到,左右两边的定子(stator)由永磁体构成,左边是N极,右边是S极。磁力线从N极出发,终止于S极。 电枢(armature),也就是转动部分的转子,是一个简单的线圈。 换向环(commutator ring),是电枢线圈与电刷的桥梁。主要作用是保证电枢线圈中电流的方向周期性改变。 电刷(brush),是和换向环通过接触的方式来给线圈供电的装置。因此,电刷一般都有比较好的弹性,保证与换向环接触良好。 当电源通过换向环给电枢线圈通电以后, 线圈 中就会有电流流过。由于电磁感应,线圈将会受到一个电磁力的作用,称作洛伦兹力。而这个力的方向,由下图中的红色箭头标示。蓝色箭头是线圈中电流的方向。 这时候图中的电枢线圈在洛伦兹力的作用下,开始逆时针转动。 当电枢线圈转过中间垂直位置到达另外一侧时,在换向环的作用下,线圈中电流的方向改变了(线圈的右边本来电流朝外,等它转到左边以后,电流变成了朝里),为什么要改变电流方向呢? 那是由于电流方向的改变,才能保证旋转过程中,线圈受到的力矩方向不变,从而让线圈保持朝同一个方向旋转。 / 模型优化 / 上面这个电机结构模型看似已经能够正常工作了,但是还不够好!因为单线圈的电枢有个问题,那就是当线圈接近中间垂直位置的时候,它所受到的力矩几乎为零,如下图所示: 这就会导致电枢线圈初始位置在这个点时,电机根本无法启动。并且单线圈电机的运动平顺性较差。 那么该如何改进呢?答案是再加一个线圈,原来两瓣的换向环也变成四瓣,如下图: 这时候你会发现,当其中一个线圈在中间垂直位置的时候,另外一个线圈正好能通上电,并且处在力矩较大的位置。那么就能保证电枢的持续转动了。 聪明的你也许会想到,既然加了一个线圈能有这个好处,那我们再多加几个会不会更好呢?答案是肯定的。线圈越多,电机运行越平顺。 / 实际电机电枢 / 实际的电机电枢如下图所示: 从上图可以看到,电枢线圈缠绕在一个有很多槽(slots)的铁芯上。这个线圈就不单纯是一根线了,而是很多根线缠绕在一起,我们把它形象地称作 绕组 。 而中间的铁芯,是为了增加绕组的磁通量,一般使用一片片的矽钢片叠在一起。为什么是一片片的矽钢片叠在一起,而不是一整块?因为一整块的金属会产生一种叫“涡流”的讨厌鬼,把电能都消耗在发热上。 当然,涡流并不是一直都令人讨厌的。没有它,就不会有人见人爱的电磁炉火锅了。 没错,电磁炉就是通过涡流加热锅的! 到此,你已经基本了解了直流有刷电机的工作原理。当孩子问你,马达为什么通电就能转起来的时候,你就能滔滔不绝地告诉他/她了。虽然他/她基本听不懂,但是不妨碍他/她用崇敬的眼神深情款款地望着你噢! / 这就结束了吗? / 人类的智慧是无穷的,本着“没有最好,只有更好”的原则。直流有刷电机当然还有可以优化的地方:我们可以用电磁铁来代替永磁体。如下图所示: 电磁铁不仅价格便宜,还可以对它进行控制,得到我们想要的励磁效果。 而根据定子电磁铁连接到电机电枢的接线方式的不同,产生了两种不同结构的电机:串励直流电机和并励直流电机。 1,串励直流电机 顾名思义,串励直流电机的定子励磁线圈与电枢的绕组是串联的关系,如下图所示: 这种结构的电机的特点是,启动扭矩很大。但是当负载比较重的时候,转速会急速下降。 2,并励直流电机 同理,并励直流电机的定子励磁线圈与电枢的绕组是并联的关系,如下图所示: 并励直流电机的特点是,启动扭矩较小。但是其“转速——扭矩”曲线相当理想。在负载改变的时候,它可以几乎保持一个恒定的转度运行,这是它最吸引人的地方。“转速——扭矩”曲线如下图: / 结语 / 以上就是直流有刷电机的简要介绍了。实际应用中还会有诸如转速传感器、控制器等辅助部件,这些都是为了让电机更好地为我们服务。 电机家族里还有很多其他成员,例如特斯拉发明的无刷交流感应电机(brushless alternating current induction motor),另外一个特斯拉(汽车)早期使用的三相交流感应电机(Triple-phase asynchronous motor),以及近期Model 3上使用的永磁同步电机(permanent-magnet synchronous motor),等等。如有机会我们将在后续的文章中再给大家科普。 如需文中配图的 LearnENGINEERING DC Motor视频 的小伙伴, 请关注以下公众号【电子工程师的视角】并回复“有刷电机”获取。 备注:文章中 部分 内容及图片翻译自网站“LearnENGINEERING”,原作者Sabin Mathew。
  • 热度 7
    2015-11-3 10:34
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    步进电机驱动器细分的主要作用是提高步进电机的精确率。 有一些驱动器采用“平滑”来取代细分,有的亦称为细分,但这不是真正的细分,望广大用户一定要分清两者的本质不同: 1.“平滑”并不精确控制电机的相电流,只是把电流的变化率变缓一些,所以“平滑”并不产生微步,而细分的微步是可以用来精确定位的。 2.电机的相电流被平滑后,会引起电机力矩的下降,而细分控制不但不会引起电机力矩的下降,相反,力矩会有所增加。 驱动器细分后的主要优点为:完全消除了电机的低频振荡。低频振荡是步进电机(尤其是反应式电机)的固有特性,而细分是消除它的唯一途径,如果您的步进电机有时要在共振区工作(如走圆弧),选择细分驱动器是唯一的选择。提高了电机的输出转矩。尤其是对三相反应式电机,其力矩比不细分时提高约 30-40% 。提高了电机的分辨率。由于减小了步距角、提高了步距的均匀度,‘提高电机的分辨率’是不言而喻的。 很多用户误以为步进电机驱动器的细分越高,步进电机的精度就越高,其实这是一种错误的观念,比如步进电机驱动器细分较高的可以达到60000个脉冲一转,而步进电机实际是无法分辨这个精度的,当驱动器设置为60000个脉冲/转的时候,步进电机驱动器接受好几个脉冲,步进电机才走一步,这样并不能提高步进电机的精度。 步进电机的细分技术实质上是一种电子阻尼技术,其主要目的是减弱或消除步进电机的低频振动,提高电机的运转精度只是细分技术的一个附带功能。细分后电机运行时的实际步距角是基本步距角的几分之一。(两相步进电机的基本步距角是1.8°,即一个脉冲走1.8°,如果没有细分,则是200个脉冲走一圈360°,细分是通过驱动器靠精确控制电机的相电流所产生的,与电机无关,如果是10细分,则发一个脉冲电机走0.18°,即2000个脉冲走一圈 360°,电机的精度能否达到或接近0.18°,还取决于细分驱动器的细分电流控制精度等其它因素。不同厂家的细分驱动器精度可能差别很大;细分数越大精度越难控制。以次类推。三相步进电机的基本步距角是1.2°,即一个脉冲走1.2°,如果没有细分,则是300个脉冲走一圈360°,如果是10细分,则发一个脉冲,电机走0.12°,即3000个脉冲走一圈360°,以次类推。在电机实际使用时,如果对转速要求较高,且对精度和平稳性要求不高的场合,不必选高细分。在实际使用时,如果转速很低情况下,应该选大细分,确保平滑,减少振动和噪音。)
  • 热度 8
    2015-1-15 11:36
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          广汽传祺焊装车间,机器人在工作。南都记者冯叶 摄     ABB在河北徐水长城汽车新型SUV车间的应用。 ABB资料图     未 来若你想定制一台汽车,过程可能会如此:你打开手机A P P,选择了一个保时捷车头和一个奥迪车尾,订单自动生成,被送到某个世界工厂,那里的机器人收 到信息,自动组成一支生产队伍。经过“七手八脚”地抓取、焊接、组装,几分钟后,你的私人定制诞生了。或许,这辆车还将不远万里、无人驾驶地来到你的身 边。     这并不是幻想,而是全球化工业4 .0在2030年左右将要实现的愿景。在此轮全球智能自动化浪潮下,广州的企业也将实施新一 轮技术改造,去年12月底,广州市府常务会议审议通过《关于加快先进装备制造业发展和推动新一轮技术改造实现产业转型升级的工作方案》:到2017年,广 州60%以上的规模以上工业企业应用工业机器人等智能制造装备。而此前仅部署了50%的比例。     一个机器人顶三个工人     “客户一般都是坐电瓶车参观”,去年12月19日下午,在广州电梯制造国企———广日股份的工厂,相关负责人建议当天从全国各地赶来参观的企业老板们不要乱跑,否则很容易迷失在这个占地430亩,已被机器人占领的“钢铁王国”。     距 离广日工厂不远,则是另一家广州汽车制造国企——— 广汽传祺的焊装车间,在这里,工人的数量同样被大幅削减。“2.7万平方米的车间内,192台机器 人,1100多位工人,自动化率接近70%”,传祺负责人如数家珍,“这一自动化率还能随时根据产能的需求提高”,在他看来,机器人完全取代工人已经不是 技术难题,一切仅仅取决于时间。 卧龙电气:电机电控国际巨头已起跑 研报 广证恒生咨询 2015-01-14 14:10 我要分享 0 事件: 1月13日晚公司公告:(1)签署框架协议拟17.1亿元收购南阳防爆集团60%股权。(2)公司拟非公开发行募集20亿元用于偿还银行贷款及补充流动资金,发行价格9.03元/股。(3)公司股票14日起复牌。 点评: 收购南阳防爆突破核电、石油石化等高端电机,巩固龙头地位。 公司目前国内电机业务主要以家用电机、工业电机为主,而南阳防爆集团在国内石油石化、核电等防爆电机领域实力雄厚,若收购成功将对公司现有电机产品线及下游应用领域实现有效补充,提高整体协同生产制造能力,实现较高协同效益。此次收购契合公司传统电机主业收购兼并迅速扩大市占率及收入规模的逻辑,进一步提升公司电机业务的整体竞争实力。 外延并购战略大步跨越,实际控制人、董事长、高管助力定增。公司此次除公告拟收购南阳防爆60%股权外,同时披露原计划以非公开发行股票部分募集资金收购一家意大利电机电控企业,但因时间急迫未能纳入此次定增方案。我们认为公司电机电控一体化延伸战略并未改变,去年12月公司已公告拟收购意大利顶尖 机器人 公司SIR,快速切入工业自动化领域。意大利电控公司收购待尽职调查完成后将继续稳步推进,未来不排除直接以现金方式收购。另外,此次定增方案认购方包含公司控股股东、实际控制人、管理层以及安徽国资背景的安徽投资与安徽铁路等,股份均锁定三年,彰显出认购方对公司未来发展前景的信心。 成长路径清晰,打造电机电控全球巨头。继续看好公司未来成长路径:聚焦 “一大主业、三大产业、三个技术研发支撑点”,在电机主业加速成长的同时,进一步通过外延并购实现电机电控一体化延伸,向机器人、 新能源 汽车、大型油气传动等工控领域实现快速切入,最终实现打造成为电机电控领域具有国际竞争力巨头的战略目标。 盈利预测与估值:暂不考虑定增摊薄股本影响,预计公司14-16年EPS 分别为0.45、0.59、0.74元,当前股价对应23、18、14倍PE,维持“强烈推荐”评级。
  • 热度 9
    2015-1-14 09:13
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    工业机器人有4大组成部分,分别为本体、伺服、减速器和控制器。   工业机器人电动伺服系统的一般结构为三个闭环控制,即电流环、速度环和位置环。一般情况下,对于交流伺服驱动器,可通过对其内部功能参数进行人工设定而实现位置控制、速度控制、转矩控制等多种功能。   那么关于伺服电机有哪些需要知道的呢?     1.如何正确选择伺服电机和步进电机?   答:主要视具体应用情况而定,简单地说要确定:负载的性质(如水平还是垂直负载等),转矩、惯量、转速、精度、加减速等要求,上位控制要求(如对端口界面和通讯方面的要求),主要控制方式是位置、转矩还是速度方式。供电电源是直流还是交流电源,或电池供电,电压范围。据此以确定电机和配用驱动器或控制器的型号。     2.选择步进电机还是伺服电机系统?   答:其实,选择什么样的电机应根据具体应用情况而定,各有其特点。    3.如何配用步进电机驱动器?   答:根据电机的电流,配用大于或等于此电流的驱动器。如果需要低振动或高精度时,可配用细分型驱动器。对于大转矩电机,尽可能用高电压型驱动器,以获得良好的高速性能。    4.2 相和5 相步进电机有何区别,如何选择?   答:2 相电机成本低,但在低速时的震动较大,高速时的力矩下降快。 5 相电机则振动较小,高速性能好,比 2 相电机的速度高30~50% ,可在部分场合取代伺服电机。    5.何时选用直流伺服系统,它和交流伺服有何区别?   答:直流伺服电机分为有刷和无刷电机。   有刷电机成本低,结构简单,启动转矩大,调速范围宽,控制容易,需要维护,但维护方便(换碳刷),产生电磁干扰,对环境有要求。因此它可以用于对成本敏感的普通工业和民用场合。   无刷电机体积小,重量轻,出力大,响应快,速度高,惯量小,转动平滑,力矩稳定。控制复杂,容易实现智能化,其电子换相方式灵活,可以方波换相或正弦波换相。电机免维护,效率很高,运行温度低,电磁辐射很小,长寿命,可用于各种环境。   交流伺服电机也是无刷电机,分为同步和异步电机,目前运动控制中一般都用同步电机,它的功率范围大,可以做到很大的功率。大惯量,最高转动速度低,且随着功率增大而快速降低。因而适合做低速平稳运行的应用。    6.使用电机时要注意的问题?   答:上电运行前要作如下检查:   1) 电源电压是否合适(过压很可能造成驱动模块的损坏);对于直流输入的 +/- 极性一定不能接错,驱动控制器上的电机型号或电流设定值是否合适(开始时不要太大);   2) 控制信号线接牢靠,工业现场最好要考虑屏蔽问题(如采用双绞线);   3) 不要开始时就把需要接的线全接上,只连成最基本的系统,运行良好后,再逐步连接。   4) 一定要搞清楚接地方法,还是采用浮空不接。   5) 开始运行的半小时内要密切观察电机的状态,如运动是否正常,声音和温升情况,发现问题立即停机调整。     7.步进电机启动运行时,有时动一下就不动了或原地来回动,运行时有时还会失步,是什么问题?   一般要考虑以下方面作检查:   1) 电机力矩是否足够大,能否带动负载,因此我们一般推荐用户选型时要选用力矩比实际需要大 50%~100% 的电机,因为步进电机不能过负载运行,哪怕是瞬间,都会造成失步,严重时停转或不规则原地反复动。   2) 上位控制器来的输入走步脉冲的电流是否够大(一般要 10mA ),以使光耦稳定导通,输入的频率是否过高,导致接收不到,如果上位控制器的输出电路是CMOS 电路,则也要选用 CMOS 输入型的驱动器。   3) 启动频率是否太高,在启动程序上是否设置了加速过程,最好从电机规定的启动频率内开始加速到设定频率,哪怕加速时间很短,否则可能就不稳定,甚至处于惰态。   4) 电机未固定好时,有时会出现此状况,则属于正常。因为,实际上此时造成了电机的强烈共振而导致进入失步状态。电机必须固定好。   5) 对于 5 相电机来说,相位接错,电机也不能工作。   8.我想通过通讯方式直接控制伺服电机,可以吗?   可以的,也比较方便,只是速度问题,用于对响应速度要求不太高的应用。如果要求快速的响应控制参数,最好用伺服运动控制卡,一般它上面有DSP 和高速度的逻辑处理电路,以实现高速高精度的运动控制。如 S 加速、多轴插补等。    9.用开关电源给步进和直流电机系统供电好不好?   一般最好不要,特别是大力矩电机,除非选用比需要的功率大一倍以上的开关电源。因为,电机工作时是大电感型负载,会对电源端形成瞬间的高压。而开关电源的过载性能不好,会保护关断,且其精密的稳压性能又不需要,有时可能造成开关电源和驱动器的损坏。可以用常规的环形或R 型变压器变压的直流电源。    10.想用±10V或4~20mA的直流电压来控制步进电机,可以吗?   可以,但需要另外的转换模块。    11.有一个的伺服电机带编码器反馈,可否用只带测速机口的伺服驱动器控制?   可以,需要配一个编码器转测速机信号模块。   12.伺服电机的码盘部分可以拆开吗?   禁止拆开,因为码盘内的石英片很容易破裂,且进入灰尘后,寿命和精度都将无法保证,需要专业人员检修。    13.步进和伺服电机可以拆开检修或改装吗?   不要,最好让厂家去做,拆开后没有专业设备很难安装回原样,电机的转定子间的间隙无法保证。磁钢材料的性能被破坏,甚至造成失磁,电机力矩大大下降。    14.伺服控制器能够感知外部负载的变化吗?   如遇到设定阻力时停止、返回或保持一定的推力跟进。    15.可以将国产的驱动器或电机和国外优质的电机或驱动器配用吗?   原则上是可以的,但要搞清楚电机的技术参数后才能配用,否则会大大降低应有的效果,甚至影响长期运行和寿命。最好向供应商咨询后再决定。   16.使用大于额定电压值的直流电源电压驱动电机安全吗?   正常来说这不是问题,只要电机在所设定的速度和电流极限值内运行。因为电机速度与电机线电压成正比,因此选择某种电源电压不会引起过速,但可能发生驱动器等故障。   此外,必须保证电机符合驱动器的最小电感系数要求,而且还要确保所设定的电流极限值小于或等于电机的额定电流。   事实上,如果你能在你设计的装置中让电机跑地比较慢的话 ( 低于额定电压 ) ,这是很好的。   以较低的电压 ( 因此比较低的速度 ) 运行会使得电刷运转反弹较少,而且电刷 / 换向器磨损较小,比较低的电流消耗和比较长的电机寿命。   另一方面,如果电机大小的***和性能的要求需要额外的转矩及速度,过度驱动电机也是可以的,但会牺牲产品的使用寿命。    17.如何为应用选择适当的供电电源?   推荐选择电源电压值比最大所需的电压高 10%-50% 。此百分比因 Kt, Ke, 以及系统内的电压降而不同。驱动器的电流值应该足够传送应用所需的能量。记住驱动器的输出电压值与供电电压不同, 因此驱动器输出电流也与输入电流不相同。为确定合适的供电电流,需要计算此应用所有的功率需求,再增加 5% 。按 I = P/V 公式计算即可得到所需电流值。   推荐选择电源电压值比最大所需的电压高 10%-50% 。此百分比因 Kt, Ke, 以及系统内的电压降而不同。驱动器的电流值应该足够传送应用所需的能量。记住驱动器的输出电压值与供电电压不同, 因此驱动器输出电流也与输入电流不相同。为确定合适的供电电流,需要计算此应用所有的功率需求,再增加 5% 。按 I = P/V 公式计算即可得到所需电流值。   18.对于伺服驱动器我可以选择那种工作方式?   不同的模式并不全部存在于所有型号的驱动器中   19.驱动器和系统如何接地?   a. 如果在交流电源和驱动器直流总线(如变压器)之间没有隔离的话,不要将直流总线的非隔离端口或非隔离信号的地接大地,这可能会导致设备损坏和人员伤害。因为交流的公共电压并不是对大地的,在直流总线地和大地之间可能会有很高的电压。   b. 在多数伺服系统中,所有的公共地和大地在信号端是接在一起的。多种连接大地方式产生的地回路很容易受噪音影响而在不同的参考点上产生流。   c. 为了保持命令参考电压的恒定,要将驱动器的信号地接到控制器的信号地。 它也会接到外部电源的地,这将影响到控制器和驱动器的工作(如:编码器的5V电源)。   d.屏蔽层接地是比较困难的,有几种方法。正确的屏蔽接地处是在其电路内部的参考电位点上。这个点取决于噪声源和接收是否同时接地,或者浮空。要确保屏蔽层在同一个点接地使得地电流不会流过屏蔽层。    20.减速器为什么不能和电机正好相配在标准转矩点?   如果考虑到电机产生的经过减速器的最大连续转矩,许多减速比会远远超过减速器的转矩等级。   如果我们要设计每个减速器来匹配满转矩,减速器的内部齿轮会有太多组合 ( 体积较大、材料多 ) 。   这样会使得产品价格高,且违反了产品的“高性能、小体积”原则。    21.如何选择使用行星减速器还是正齿轮减速器?   行星减速器一般用于在有限的空间里需要较高的转矩时,即小体积大转矩,而且它的可靠性和寿命都比正齿轮减速器要好。正齿轮减速器则用于较低的电流消耗,低噪音和高效率低成本应用。   22.何为负载率 (duty cycle)?   负载率 (duty cycle) 是指电机在每个工作周期内的工作时间 / (工作时间 + 非工作时间)的比率。如果负载率低,就允许电机以3 倍连续电流短时间运行,从而比额定连续运行时产生更大的力量。    23.标准旋转电机的驱动电路可以用于直线电机吗?   一般都是可以的。你可以把直线电机就当作旋转电机,如直线步进电机、有刷、无刷和交流直线电机。具体请向供应商咨询。    24.直线电机是否可以垂直安装,做上下运动?   可以。根据用户的要求,垂直安装时我们可以加装动子滑块平衡装置或加装导轨抱闸刹车。    25.在同一个平台上可以安装多个动子吗?   可以。只要几个动子之间不互相妨碍即可。    26.是否可以将多个无刷电机的动子线圈安装于同一个磁轨道上?   可以。只要几个动子之间不互相妨碍即可。    27.使用直线电机比滚珠丝杆的线性电机有何优点?   由于定子和动子之间没有机械连接,所以消除了背隙、磨损、卡死问题,运动更加平滑。突出了更高精度、高速度、高加速度、响应快、运动平滑、控制精度高、可靠性好体积紧凑、外形高度低、长寿命、免维护等特点。    28.如何选用电动缸、滑台、精密平台类产品?其成本是如何计算的?   选择致动执行器类产品关键要看您对运动参数有什么样的要求,可以根据您需要的应 用来确定具体运动参数等技术条件,这些参数要符合您的实际需要,既要满足应用要求并留有余地,也不要提得太高,否则其成本可能会数倍于标准型产品。举例来说,如果0.1mm精度够用的话,就不要选0.01mm的参数。其它如负载能力、速度等也是如此。   另外一个给用户的选型建议是,如果不是必须,推拉力或负重、速度、定位精度这三个主要参数不要同时要求很高,因为致动执行器是一个高精度高技术的机电一体化产品,我们在设计制造时需要从机械结构、电气性能、材料特性、材质和处理方法等多方面考虑并选择相应的组成电机、驱动控制器和反馈装置,以及不同精度等级的导轨、丝杆、支撑座和其它机械系统,使之达到需要的整体运动参数,可谓牵一发动全身的产品。当然,您有高要求的产品需要,我们还是可以满足,只是成本会相应的提高
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