CN102738600B - 铜材之间或铜材与其他元器件之间导电连接结构和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及铜材之间或铜材与其他物体之间连接技术，具体为一种铜材之间或铜材与其他元器件之间导电连接结构和方法。采用多层铜箔柔性软连接结构连接于铜材之间或铜材与其他元器件之间，铜箔软连接结构是用波浪形或蛇形或展开的螺旋形铜箔条叠加而成的多层结构，中间波浪形或蛇形或展开的螺旋形铜箔条呈自由分层状态，多层结构波浪形或蛇形或展开的螺旋形铜箔条的两端直接连接在铜材或其他元器件上。本发明解决现有技术中存在的导电性能不理想、可靠性不高等问题，采用结构简单、维修方便、可靠性高的铜箔软连接，其既具有优良的导电性能，又具有优良的热补偿能力和振动隔离效果。

Description

铜材之间或铜材与其他元器件之间导电连接结构和方法

技术领域

本发明涉及铜材之间或铜材与其他物体之间连接技术，具体为一种铜材之间或铜材与其他元器件之间导电连接结构和方法。

背景技术

在冶金、化工、电力、电子等行业的设备上，软连接产品主要为编织带软连接、铜排软连接和硬性连接等。现有技术的软连接主要分为编织带软连接、铜排软连接和硬性连接，主要缺点：

一、编织带软连接

现有技术中，大载荷电流的电连接往往采用编织带软连接，这种软连接结构是用多根无氧铜丝编织成质地柔软铜带，再在铜带两端加上连接板构成，它的优点是安装方便，散热效果好，热补偿能力强，但缺点是体积大，导电性能不理想，刚性差，可靠性不高。

二、铜排软连接

铜排软连接头是由两块大厚度铜板(与母线及设备连接部分)和中间多层铜皮(软性部分由0.5mm铜皮剪制)焊接而成。主要用于铜排(母线)与发电机组、变压器及其它大型导电器设备之间的软性连接，其焊接质量的优劣，将直接影响导电系统的正常运行及其安全性能和使用寿命。

三、硬性连接

现有的硬连接方式，由于制造安装公差，导致连接装置两端连接不在同一平面上，同时连接板为达到一定导电面积而厚度较大。因此，需要通过铁质螺栓施加预压力将其牢固紧密连接。

导电环和连接板由于大电流发热膨胀，铜板热膨胀系数大，而铁质螺栓热膨胀系数小，使得承受极大热应力，铁质螺栓产生塑性变形，电极启动完成，阻尼杆电流很小，导电环和连接板冷却收缩，经过多次热应力循环，由于铁质螺栓预压力减少，导致导电环与连接板间接触面积不够，使得部分大电流经铁质螺栓，导致螺栓发蓝甚至烧断。有的硬连接方式还不便于维修。

1）由于不同材质的元器件膨胀系数不一致，温差变化时会产生不同的变形，产生应力拉坏元器件；

2）电器元件在运行过程中本身产生的一些机械振动，由于硬母排和电器元件之间是直接的刚性连接，由机械振动位移或风力位移产生的拉力或推力有一定的破坏作用。

发明内容

本发明的目的是提供一种铜材之间或铜材与其他元器件之间导电连接结构和方法，解决现有技术中存在的导电性能不理想、可靠性不高等问题，采用结构简单、维修方便、可靠性高的铜箔软连接，其既具有优良的导电性能，又具有优良的热补偿能力和振动隔离效果。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种铜材之间或铜材与其他元器件之间导电连接结构，采用多层铜箔柔性软连接结构连接于铜材之间或铜材与其他元器件之间，铜箔软连接结构是用波浪形或蛇形或展开的螺旋形铜箔条叠加而成的多层结构，中间波浪形或蛇形或展开的螺旋形铜箔条呈自由分层状态，多层结构波浪形或蛇形或展开的螺旋形铜箔条的两端直接连接在铜材或其他元器件上。

所述的铜材之间或铜材与其他元器件之间导电连接结构，波浪形或蛇形或展开的螺旋形铜箔条的两端采用铜质螺栓连接在铜材或其他元器件上。

所述的铜材之间或铜材与其他元器件之间导电连接结构，铜箔条厚度为0.01-0.1mm，铜箔条叠加至少三层。

所述的铜材之间或铜材与其他元器件之间导电连接结构，铜箔条厚度为0.01-0.03mm，铜箔条叠加50-300层。

所述的铜材之间或铜材与其他元器件之间导电连接结构，铜箔中间部分为波浪形或蛇形或展开的螺旋形，铜箔中间部分的两端分别为铜箔端部平面，铜箔端部平面上开有铜箔端部螺孔，铜材之间或铜材与其他元器件之间通过铜箔软连接结构连接，铜材或其他元器件与铜箔端部平面通过配套的铜质螺栓、铜箔端部螺孔连接。

所述的铜材之间或铜材与其他元器件之间导电连接结构，铜箔中间部分设有铜箔中间部分开孔，铜箔中间部分开孔根据散热和膨胀需要的数量均布。

所述的铜材之间或铜材与其他元器件之间导电连接结构，铜箔端部平面上的铜箔端部螺孔分别为两个，两螺孔中心线偏角在10-20°之间。

所述的铜材之间或铜材与其他元器件之间导电连接结构，铜箔端部平面通过设备进行压力压紧形成一个整体。

首先，利用冲压模具将厚度为0.01-0.1mm铜箔的中间部分冲压成波浪形或蛇形或展开的螺旋形，同时铜箔两端平面加工螺孔，根据实际需要确定螺孔数量，螺孔两个中心线偏角在10-20°之间；或者以上不变情况下，在铜箔中间部分开孔，根据散热和膨胀需要情况，确定开孔数量并均匀分布。其次，用波浪形或蛇形或展开的螺旋形铜箔条叠加而成的多层结构，根据实际需要通过的电流强度，确定铜箔条叠加层数，铜箔条叠加至少三层（最好在50-300层之间）。将铜箔两端平面进行压力压紧，使铜箔端部平面分别形成一个整体，保证铜材或其他元器件与铜箔充分接触，中间波浪形或蛇形或展开的螺旋形铜箔条呈自由分层状态，再由配套的铜质螺栓将多层结构波浪形或蛇形或展开的螺旋形铜箔条的两端直接连接在铜材或其他元器件上。

现有软连接是在软连接的两端分别设置一个连接板，连接板分别焊接在软连接的端面上。与现有其他软连接相比，本发明多层结构波浪形或蛇形或展开的螺旋形铜箔条软连接的两端直接连接在铜材或其他元器件上，即不用采用过渡连接。

与硬连接方式相比，本发明具有以下优点：

1）本发明将铜箔端部平面进行压力压紧，即保证在铜箔弯曲试验时，两端平面部位不分层，而铜箔中间部分呈自由分层状态。

2）由于采用铜质螺栓，与导电环、波浪形或蛇形或展开的螺旋形软连接一致，其热膨胀系数也一致，不会产生热应力；由于一直存在预紧力，能够保证导电环与连接片充分接触；可以确保导电环与铜材紧密连接，进而可以经受更大电流；其结构简单、维修方便、允许端部导电环存在制造安装公差，可以降低加工安装要求，节约费用。

3）本发明可以降低因焊接技术工人技术熟练度对工件使用寿命和安装要求的影响，同时降低人工的生产成本，更大程度的达到全自动机械化生产。

本发明的有益效果是：

1、本发明可以避免硬母排和元器件直接连接，能够有效的保护元器件；采用铜箔和铜材直接连接组合，铜箔可以伸缩，可以产生很大的位移，这就从根本上克服了硬连接不能移动和伸缩的缺陷；同时将许多铜箔条通过多层（几十甚至上百层）叠加形成铜箔软连接导电整体，其技术构思新颖、设计巧妙，具有新颖性和创造性。

2、本发明安全可靠性高，采用多层铜箔通过压力压紧后，用螺栓连接在一起，即铜箔与铜材或元器件连接头之间用螺栓和螺母固定。螺栓与螺母配合固定铜箔，连接方便，拆卸也方便。既保证了导线的横截面积，又保证了连接的接触面积。

3、本发明铜箔软连接通用性强，可以根据需要自由增减横截面积，可以配置出多种软连接，来满足多种规格软连接的使用要求；其安装后可以通过大电流，同时又使振动得到隔离，也不会因软连接两端热胀冷缩造成接头松动危及设备安全。因此，既具有优良的导电性能，又具有优良的热补偿能力和振动隔离效果。

4、本发明有很强的使用性，铜箔软连接取材方便，采用通用的铜箔和通用的铜板材，加工工艺简单使用，其工作中采用自然空气冷却，具有一定刚性，而且安装方便。

5、本发明铜箔与铜材或元器件连接用两个螺栓固定，螺栓前后错开，防止减弱了接头的强度或者减弱了铜箔的压紧力。

6、本发明根据实际使用中可能出现的复杂情况，将接头制作成需要的形状，具有适当的弯曲度，可以防止发生局部干涉，同时可以尽量缩小软连接所占用的空间。

附图说明

图1-图2为铜箔软连接结构示意图；其中，图1为主视图；图2为俯视图。

图3为本发明实施例2铜箔软连接结构俯视图。

图4为本发明铜箔软连接的螺孔位置示意图。

图5为本发明实施例3的连接结构示意图（铜箔的波峰起伏方向一致）。

图6为本发明实施例3的连接结构示意图（铜箔的波峰起伏方向相反）。

图7为本发明实施例4的连接结构示意图。

图中，1铜箔中间部分；2铜箔端部平面；3铜箔端部螺孔；4铜箔中间部分开孔；5铜质螺栓；6导电铜环；7铜排；8低压线圈。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

实施例1

如图1-2所示，本发明铜材之间或铜材与其他元器件之间导电连接结构和方法，采用多层铜箔柔性软连接结构连接于铜材之间或铜材与其他元器件之间，铜箔软连接结构是用波浪形或蛇形或展开的螺旋形铜箔条叠加而成的多层结构，波浪形或蛇形或展开的螺旋形铜箔条的两端采用铜质螺栓连接在铜材或其他元器件上，中间波浪形或蛇形或展开的螺旋形铜箔条呈自由分层状态（叠加后的自然状态），多层结构波浪形或蛇形或展开的螺旋形铜箔条的两端直接连接在铜材或其他元器件上。

本发明采用铜箔软连接零件（铜箔条）是用厚度为0.01-0.1mm（优选为0.01-0.05mm，更优选为0.01-0.03mm）的铜箔条叠加至少三层（优选为10-1000层，更优选为50-300层），然后采用铜箔全自动冲压生产线，同时用计算机控制步进电机送进，利用冲压模具将铜箔中间部分1冲压成波浪形或蛇形或展开的螺旋形，铜箔两端的铜箔端部平面2带有铜箔端部螺孔3（用于穿螺栓的孔），再于铜箔两端采用铜质螺栓连接在铜材或其他元器件上，而铜箔中间部分1仍保持自由分层的状态。使用本实施例波浪形或蛇形或展开的螺旋形软连接安装后，工作中采用自然空气冷却，可使大电流（最大截面积可达到45000mm²，最大通过电流可达到40000A）方便地通过，又使振动得到隔离，也不会因软连接两端热膨胀冷缩造成接头松动或破坏。

实施例2

如图3所示，本实施例铜箔软连接结构中，铜箔中间部分1为波浪形或蛇形或展开的螺旋形，铜箔中间部分1的两端分别为铜箔端部平面2，铜箔端部平面2上开有铜箔端部螺孔3，铜材之间或铜材与其他元器件之间通过铜箔软连接结构连接，铜材或其他元器件与铜箔端部平面2通过配套的铜质螺栓、铜箔端部螺孔3连接。本实施例中，铜箔中间部分1设有铜箔中间部分开孔4，在不影响大电流方便通过的情况下，可以增加散热性，振动得到隔离性更好，热膨胀冷缩造成接头松动或破坏更小，铜箔中间部分开孔根据散热和膨胀需要的数量均布。

如图4所示，本实施例中，两个铜箔端部平面上的铜箔端部螺孔分别为两个，两螺孔中心线偏角（两螺孔中心线与铜箔条宽度方向的夹角）在10-20°之间，优选为两螺孔中心线偏角15°，更有利于螺栓夹紧和便于安装，热涨冷缩时对工件影响最小。另外，螺孔的数量可根据实际需要进行增减。

实施例3

采用软连接结构连接N、S极阻尼绕组导电铜环，即用于把所有磁极的阻尼条彼此直接短路连接，但其现有技术主要是将“U型”软铜排两端平面部分用银铜焊料焊接成整体之后，再用螺栓连接。主要缺点如下：

1）在设备安全检修后，替换下来的软铜排不利于回收，不能更有效地满足环保要求；

2）用银铜焊料焊接成整体，振动隔离效果较差；

3）“U型”结构占用空间较大。

本实施例针对此种情况，对连接结构进行设计，见图1-3和图5、图6所示。本实施例采用的铜箔软连接结构由波浪形或蛇形或展开的螺旋形铜箔和铜质螺栓5构成，在铜箔两端设有连接用的铜箔端部螺孔3，将铜箔两端进行压力压紧后，再由铜质螺栓5连接导电铜环6。其中，铜箔两端进行压力压紧后，能够保证导电铜环6与铜箔充分接触。即在同步电动机启动后和突加、突减负载过程中，能够确保全阻尼绕组端部导电铜环6与铜箔紧密连接，进而可以经受更大电流。

本实施例采用此种连接方法具有优点如下：

1）具有结构简单，维修方便、空间体积占用小、振动隔离效果好的结构特点；

2）取消银铜焊料焊接步骤，减少生产成本；

3）在设备检修时，铜箔由于是压力压紧后采用螺栓连接，而不是由银铜焊料焊接，其可以不用进行铜电解回收，而直接回炉生产其他铜及铜合金产品，提高材料的利用率，更有效地节约资源；

4）在安装时，此种结构也允许工件存在制造安装公差，可以降低加工安装要求。

本发明中，铜箔通过设备进行压力压紧后，铜箔端部平面分别形成一个整体，不分层，在导电时，不会被氧化，不发生涡流，不影响整体的导电性能。

上述实施例提到将铜箔端部平面进行压力压紧，即保证铜箔弯曲时，两端平面部位不分层，而铜箔中间部分呈自由分层状态。

此种连接结构在一般情况下，铜箔采用图2和图3均可。但是在大电流的情况下，铜箔最好采用图3结构，热膨胀冷缩对其影响较小，可以提高软连接件的使用寿命。

实施例4

如图7所示，本发明的软连接结构可以直接应用到变压器低压铜排7和低压线圈8的连接中，根据实际订货合同的技术要求调整铜箔的层数、调整安装方式，目的是方便调整铜排7连接处所需的横截面积、方便设备安装。

本发明中，铜箔中间部分1采用波浪形或蛇形或展开的螺旋形结构（即正弦曲线形态），使电流沿波峰、波谷方向或者沿螺旋形方向传递，可以满足特殊使用（如振幅等）的要求。

Claims (5)

1.一种铜材之间或铜材与其他元器件之间导电连接结构，其特征在于：采用多层铜箔柔性软连接结构连接于铜材之间或铜材与其他元器件之间，铜箔柔性软连接结构是用波浪形或蛇形或展开的螺旋形铜箔条叠加而成的多层结构，中间波浪形或蛇形或展开的螺旋形铜箔条呈自由分层状态，多层结构波浪形或蛇形或展开的螺旋形铜箔条的两端直接连接在铜材或其他元器件上；

铜箔中间部分为波浪形或蛇形或展开的螺旋形，铜箔中间部分的两端分别为铜箔端部平面，铜箔端部平面上开有铜箔端部螺孔，铜材之间或铜材与其他元器件之间通过铜箔柔性软连接结构连接，铜材或其他元器件与铜箔端部平面通过配套的铜质螺栓、铜箔端部螺孔连接；

铜箔中间部分设有铜箔中间部分开孔，铜箔中间部分开孔根据散热和膨胀需要的数量均布。

2.按照权利要求1所述的铜材之间或铜材与其他元器件之间导电连接结构，其特征在于：铜箔条厚度为0.01-0.1mm，铜箔条叠加至少三层。

3.按照权利要求1所述的铜材之间或铜材与其他元器件之间导电连接结构，其特征在于：铜箔条厚度为0.01-0.03mm，铜箔条叠加50-300层。

4.按照权利要求1所述的铜材之间或铜材与其他元器件之间导电连接结构，其特征在于：铜箔端部平面上的铜箔端部螺孔分别为两个，两螺孔中心线偏角在10-20°之间。

5.按照权利要求1所述的铜材之间或铜材与其他元器件之间导电连接结构，其特征在于：铜箔端部平面通过设备进行压力压紧形成一个整体。

Images