CN102664232B - 方便功率参数自由扩展的热电发电机及热电器件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种方便功率参数自由扩展的热电发电机及热电器件，该热电器件包括：主体，包括热电模块、在热电模块外周延伸的正极内引线和负极内引线；以及四组外部输出端子，排列在主体的四周，主体的每一边侧均包括与正极内引线电连接的正极输出端子和与负极内引线连接的负极输出端子，各输出端子包括在主体外延伸的引脚部和在引脚部上形成的接线体。本发明可实现热电模块的完全标准化生产，热电发电机的输出参数多样化，可根据客户要求快速定制和改变所需输出参数。
Description
技术领域
本发明属于热电器件封装领域，尤其涉及一种方便功率参数自由扩展的热电发电机及热电器件。
背景技术
热电器件是指可以直接实现电能与热能相互转换的一类电子元件，其核心是由多组P、N型热电材料串并联起来组成的热电模块。
热电器件的应用迄今已有一百多年的历史，早期主要是用来探测温度，后来随着高性能热电材料的开发，又被广泛应用于电子控温、废热发电等领域，例如：锅炉或汽车废气余热的回收利用、太阳能和地热资源的利用、野外供电、汽车座椅控温、便携式冰箱、温度传感器、植入式人造器官电源和微型燃料电池等。
目前商用的热电器件一般为长宽若干厘米的薄片，单片功率通常小于20瓦，在大功率应用时就要多片级联输出。通过多个热电器件的串联和并联的组合，可以拼凑出满足负载要求的额定输出电压和电流值的热电发电机。由于本身具有小型和便携的特点，热电发电机常用于多种不同的负载供电。
然而以固定方式连接热电器件组成的热电发电机通常不能根据负载的需要随时改变电压和电流。
发明内容
本发明的目的在于提供一种方便功率参数自由扩展的热电发电机及热电器件。
为此，本发明一方面提供了一种方便功率参数自由扩展的热电器件，包括：主体，包括热电模块、在热电模块外周延伸的正极内引线和负极内引线；以及四组外部输出端子，排列在主体的四周，主体的每一边侧均包括与正极内引线电连接的正极输出端子和与负极内引线连接的负极输出端子，各输出端子包括在主体外延伸的引脚部和在引脚部上形成的接线体。
进一步地，上述接线体为与主体的底部平面垂直布置的连接柱或连接套。
进一步地，上述正极内引线在热电模块外周的第一侧和第二侧延伸，负极内引线在热电模块外周的第三侧和第四侧延伸，其中，第一侧、第二侧、第三侧和第四侧在热电模块的四周呈顺时针或逆时针方向顺次排列。
进一步地，上述主体呈正方形，主体的每一边侧的两个输出端子关于每一边侧的宽度中心对称设置，并且每一边侧的两个输出端子之间的间距相等。
根据本发明的另一方面，提供了一种方便功率参数自由扩展的热电发电机，包括安装板、在安装板上阵列的多个根据上述的热电器件、以及按照预定的功率参数电连接各热电器件的一组连接件。
进一步地，上述一组连接件中的各连接件包括连接长度可选择的连杆和位于连杆两端的与接线体相适配的连接套或连接柱。
进一步地，上述多个热电器件沿纵向和横向等间距布置，一组连接件包括第一种连接长度的连接件、第二种连接长度的连接件和第三种连接长度的连接件。
其中，第一种连接长度的连接件为短路连接件、第二种连接长度的连接件为并联连接件、第三种连接长度的连接件为串联连接件。
本发明还提供了一种方便功率参数自由扩展的热电发电机，包括：主体，包括平面阵列的多个热电模块，其中，各热电模块外周设有正极内引线和负极内引线，在各热电模块四周的每一边侧布置有正极输出端子和负极输出端子，其中，正极输出端子与正极内引线电连接，负极输出端子与负极内引线电连接，各输出端子上设有接线体；以及一组连接件，按照预定的功率参数电连接各热电模块的输出端子。
进一步地，上述多个热电模块沿横向和纵向等间距布置，一组连接件包括连接同一热电模块外周的同一边侧的两输出端子的第一连接长度连接件、连接相邻两热电模块的相对侧的两输出端子的第二连接长度连接件和第三连接长度连接件。
进一步地，上述接线体为连接柱，一组连接件中的各连接件包括连接长度可选的连杆和在连杆两端与连接柱插接的连接套；或者上述接线体为连接套，一组连接件中的各连接件包括连杆和在连杆两端与连接套插接的连接柱。
在本发明中，每个热电模块的输出参数只占目标额定值的很小比例，通过在各热电模块的四周的每个侧边设置负极输出端子和正极输出端子，这样通过选择相应的电连接方式（串联、并联或短路）可将阵列的多个热电模块组合而获得所需目标额定值的热电发电机，使得热电发电机输出参数多样化，方便功率参数的自由扩展。同时可实现热电模块的完全标准化生产，根据客户要求快速定制和改变热电发电机所需的输出参数，降低设计和生产成本。
除了上面所描述的目的、特征、和优点之外，本发明具有的其它目的、特征、和优点，将结合附图作进一步详细的说明。
附图说明
构成本说明书的一部分、用于进一步理解本发明的附图示出了本发明的优选实施例，并与说明书一起用来说明本发明的原理。图中：
图1是根据本发明热电器件的结构示意图；
图2是封装后的热电器件的立体示意图；
图3是热电器件的连接片的示意图；
图4是图3所示连接片的俯视图；
图5是根据本发明热电发电机的示意图；
图6是热电器件串联在一起的示意图；
图7是热电器件并联在一起的示意图；以及
图8是热电器件短路连接的示意图。
附图标记说明
100热电器件 10主体
11热电模块 11a、11b内部输出端
12正极内引线 13负极内引线
14焊点 15跨接点
20输出端子 20a正极输出端子
20b负极输出端子 21引脚部
22接线体 300一组连接件
31连杆 32连接套
200安装板 301第一连接件
302第二连接件 303第三连接件。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
图1是热电器件的结构示意图。如图1所示，热电器件100包括：主体10，包括热电模块11、在热电模块11外周延伸的正极内引线12和负极内引线13；以及四组外部输出端子20，排列在主体10的四周，主体10的每一边侧均包括与正极内引线12电连接的正极输出端子20a和与负极内引线13连接的负极输出端子20b，各输出端子20包括在主体10外延伸的引脚部21和在引脚部21上形成的接线体22。
其中，热电模块由多组P、N热电材料串联组成，串联后的首尾两输出端11a和11b（内部输出端）作为热电模块功率输出的正负极，当主体的上下层基板之间存在温差时，则可通过内部输出端11a和11b向外供电。
在本发明中，将热电模块11的内部输出端11a、11b通过内引线1扩展为四组外部输出端子20，每组外部输出端子包括正极输出端子20a和负极输出端子20b，通过正极内引线12和负极内引线13上的焊点14和跨接点15，保证所有同极性的接线体22等电位。在不同热电器件之间进行串并联时，同正负极中任意一个接线体22都可以用来连接，这就大大方便了从上下左右四个方向进行连接。
优选地，主体呈正方形，正极内引线在热电模块四周的第一侧和第二侧延伸，负极内引线在热电模块四周的第三侧和第四侧延伸。其中，第一侧、第二侧、第三侧和第四侧在热电模块的四周呈顺时针或逆时针排列，第一侧和第三侧平行，第二侧和第四侧平行，第二侧正极内引线和第三侧负极引线形成跨接点15，第四侧负极内引线和第一侧正极内引线形成跨接点15，第一侧和第二侧正极内引线之间形成焊点14，第三侧和第四侧负极内引线之间形成焊点14。采用这样的方式布置内引线，内引线布局简单，易于保证相同极性的接线体同电位。
主体的每一边侧的两个输出端子关于每一边侧的宽度中心对称设置，并且每一边侧的两个输出端子的排列间距相等。需要指出的是，热电模块的形状不局限为矩形，也可以是圆形或其他形状。
在图1所示的热电器件中，主体10的相对两侧边的相同位置上的输出端子极性相同，即左右两侧边相同位置上的输出端子极性相同，上下两侧边相同位置上的输出端子极性相同。
各引脚部21都处于同一个平面，例如与主体的底部平面在同一平面上，以便于外部的安装板贴合，利于电气连接。
接线体22为与主体的底部平面垂直布置的连接柱，优选为圆柱体。图3和图4是热电器件的连接件的示意图，如图3和图4所示，连接件300包括连杆31和位于连杆31两端的与接线体22相适配的连接套32。优选地，连杆31设有迂回部，以便连杆的连接长度可以微调。
正极内引线12、负极内引线13、外部输出端子20、接线体22、连接件300都使用良导电金属例如铜、铝等制成。焊点2采用例如铝焊料等耐高温焊料焊接。跨接点15须保证上下导线良好绝缘，可以使用绝缘垫片来实现。
在图3和图4所示的实施例中，连接件包括连杆和位于连杆两端的连接套，在一其他实施例中，接线体为连接套，与之相适配的连接件包括连杆和位于连杆两端的与连接套插接的连接柱。在另一其他实施例中，连接套由将连接柱夹设在中间的两弹性片构成。
图5是根据本发明热电发电机的示意图。如图5所示，本发明热电发电机包括安装板200、以二维阵列排布形式安装在安装板200上的多个热电器件100、以及一组连接长度可选择的连接件300。
当需要按照预定功率连接各热电器件时，仅需要三种连接长度的连接件，即连接同一热电器件同侧两接线柱之间的第一连接件301（连接长度记为a）、连接相邻两热电器件相对侧之间同极性连接柱的第二连接件302（连接长度记为b）和连接相邻两热电器件相对侧之间异极性连接柱的第三连接件303（连接长度则为（a2+b2）1/2）。
在图5所示的热电发电机中，安装板上有4×5个标准规格的热电器件。使用三种不同连杆，实现3个并联后6组串联的连接方式，最后两个热电器件被短路掉不用。
图6是热电器件串联在一起的示意图。如图6所示，第三连接件303连接相邻两热电器件100相对侧之间的异极性连接柱，实现热电器件之间的串联连接。
图7是热电器件并联在一起的示意图。如图7所示，第二连接件302连接相邻两热电器件相对侧之间同极性连接柱，实现热电器件之间的并联连接。
图8是热电器件短路连接的示意图。如图8所示，第一连接件301连接同一热电器件同侧异极性的两接线柱，实现短路连接。
需要说明的是，本发明的热电器件和热电发电机是一种封装产品，封装顺序可根据需要来调整。在上述实施例中，先由热电模块封装成热电器件，再由热电器件封装成热电发电机。作为替代，在其他实施例中，可由热电模块直接封装成热电发电机。
即在主体的底板和顶板之间平面阵列有若干热电模块，每个热电模块外周设有正极引线和负极引线，在各热电模块四周的每一边侧布置的正极输出端子和负极输出端子，其中，正极输出端子与正极引线电连接，负极输出端子与负极引线电连接，各输出端子上设有接线体，利用连接长度可选的一组连接件，按照预定的功率参数连接各热电模块的相应输出端子的接线体，形成输出参数可定制的热电发电机。
在本发明中，通过在各热电模块的四周的每个侧边均设置负极输出端子和正极输出端子，可实现热电模块的完全标准化生产；每个热电模块的输出参数只站封装装置的目标额定值的很小比例，例如电压和电流均为总额定值的1/10。同一热电发电机输出参数多样化，可以根据客户要求快速定制和改变所需输出参数，降低设计和生产成本。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (11)
1.一种方便功率参数自由扩展的热电器件，其特征在于，包括：
主体(10)，包括热电模块(11)、在所述热电模块(11)外周延伸的正极内引线(12)和负极内引线(13)；以及
四组外部输出端子(20)，排列在所述主体(10)的四周，所述主体(10)的每一边侧均包括与所述正极内引线(12)电连接的正极输出端子(20a)和与所述负极内引线(13)电连接的负极输出端子(20b)，各所述输出端子包括在所述主体(10)外延伸的引脚部(21)和在所述引脚部(21)上形成的接线体(22)。
2.根据权利要求1所述的热电器件，其特征在于，所述接线体(22)为与所述主体(10)的底部平面垂直布置的连接柱或连接套。
3.根据权利要求1所述的热电器件，其特征在于，所述正极内引线(12)在所述热电模块(10)外周的第一侧和第二侧延伸，所述负极内引线(13)在所述热电模块(10)外周的第三侧和第四侧延伸，其中，所述第一侧、第二侧、第三侧和第四侧在所述热电模块(10)的四周呈顺时针或逆时针方向顺次排列。
4.根据权利要求1所述的热电器件，其特征在于，所述主体(10)呈正方形，所述主体(10)的每一边侧的两个输出端子关于每一边侧的宽度中心对称设置，并且所述每一边侧的两个输出端子之间的间距相等。
5.一种热电发电机，其特征在于，包括安装板(200)、在所述安装板(200)上阵列的多个根据权利要求1至4中任一项所述的热电器件(100)、以及按照预定的功率参数电连接各所述热电器件的一组连接件(300)。
6.根据权利要求5所述的热电发电机，其特征在于，所述一组连接件(300)中的各连接件包括连接长度可选择的连杆(31)和位于所述连杆(31)两端的与所述接线体(22)插接的连接套(32)或连接柱。
7.根据权利要求6所述的热电发电机，其特征在于，所述多个热电器件(100)沿纵向和横向等间距布置，所述一组连接件(300)包括第一种连接长度的连接件(301)、第二种连接长度的连接件(302)和第三种连接长度的连接件(303)。
8.一种方便功率参数自由扩展的热电发电机，其特征在于，包括：
主体，包括平面阵列的多个热电模块，其中，各所述热电模块外周设有正极内引线和负极内引线，在各所述热电模块四周的每一边侧布置有正极输出端子和负极输出端子，其中，所述正极输出端子与所述正极内引线电连接，所述负极输出端子与所述负极内引线电连接，各所述输出端子包括在所述主体外延伸的引脚部和在所述引脚部上形成的接线体；以及
一组连接件，按照预定的功率参数电连接各所述热电模块的输出端子。
9.根据权利要求8所述的热电发电机，其特征在于，所述若干热电模块沿横向和纵向等间距布置，所述一组连接件包括连接同一热电模块外周的同一边侧的两输出端子的第一连接长度连接件、连接相邻两热电模块的相对侧的输出端子的第二连接长度连接件和第三连接长度连接件。
10.根据权利要求8所述的热电发电机，其特征在于，所述接线体为连接柱，一组连接件中的各连接件包括连接长度可选的连杆和在所述连杆两端与所述连接柱插接的连接套。
11.根据权利要求8所述的热电发电机，其特征在于，所述接线体为连接套，一组连接件中的各所述连接件包括连杆和在所述连杆两端与所述连接套插接的连接柱。
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