CN105226478B - 减少电气接头发热的方法和采用该方法的铜排 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种减少电气接头发热的方法以及采用减少电气接头发热方法的铜排。其导体接触电阻由串联变为并联，通过把单面馈电变为双面或多面馈电的连接方式，以减小接触面电流密度，达到减小发热的目的。在保证导体截面载流量的基础上，母排连接件采用薄铜板对折、弯曲压平结构件，其中包括适应电气元件连接铜排结构件的改变，增加过渡板和垫板，既节省铜材，又有良好散热，尤其在变频器结构热设计中具有一定的实用价值。

Description

减少电气接头发热的方法和采用该方法的铜排

技术领域

本发明涉及一种减少电气接头发热的方法，该电气接头的铜排改单面馈电为双面或多面馈电，减小流过单位接触面电流。

本发明还涉及一种减少电气接头发热的铜排，母排连接件采用铜板对折弯曲压平，其中包括电气元件连接铜排结构件的改变，增加过渡板和垫板。

背景技术

目前电力电子行业发展很快，以高低压变频器为例，大功率模块的使用要求机箱、机柜更加紧凑和小型化，散热问题中首当其冲的是减少电气接头的发热，包括母排间连接、电缆接线端子和母排的连接、母排和功率器件或电器元件的连接处发热。导体连接的接触电阻，将电能以热的形式消耗，如何减小接触电阻、减少电能损耗，需要研究新的连接方式来解决。实际应用中，为防止电气接头的局部发热，而引发接触电阻加大温度进一步升高的恶性循环,需提高母排截面积载流量，减小电流密度来增大安全系数，这样增加了铜材的使用量。

在中国实用新型专利公开说明书CN 22585459Y公开了一种“U”形槽电气连接件，母排插接在“U”形槽内用连接孔锁紧，“U”形槽内侧压制凹点以及烫锡层。这种结构形式不能在母排进入连接处前降低发热，在一些连接部位不易实现，效果有限，但不失为一种辅助的散热措施。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种减少电气接头发热的方法，其电气接头处将导体串联变并联，以减小电阻，即把单面馈电变双面或多面馈电，增加有效散热面。

本发明另一个要解决的技术问题是提供一种能充分利用数控加工技术，以简单的结构实现导体并联，各种连接方式的铜件有足够的散热面积且节省铜材。

上述电气接头包括作为导体的线鼻子、铜排以及与连接结构相关的过渡件、垫板和接线端子，本发明的减少电气接头发热的方法如下：每组紧固件连接的电气接头两端分别有二条以上导体引出，发热器件连接端同样有二条以上导体引出，引出的导体之间有间隔；如电力设备输入、输出接线端子用二条压接电缆线的线鼻子引出，另一端连接二条以上的铜排。一改常规导体端头的单面搭接或导体一端顺次叠加连接，要求导体间交错叠加连接，此处导体包括线鼻子和铜排。考虑铜排间散热和同相关元件配合关系，增加垫板调节导体接触面之间的高度，其材料为耐热绝缘板，也可以采用相对铜电导率低及热导率高的铝板参与散热。

本发明过渡件由对折弯曲纵断面略呈Y形的铜板构成，其开口部分为单层且平行夹持所配垫板；过渡件也有纵断面略呈台阶形的铜板构成形式。铜排不烫锡而过渡件采用薄铜板双面烫锡，以节省成本，烫锡可以补赏导电铜排加工的平面变形，实现良好的面接触。

紧固件由螺钉和镶嵌在接线端子压接面下的螺母构成；或由螺钉和铜质或碳钢的螺母板构成，螺母板即在板料上有两个以上的冲孔翻边螺孔或直接采用铆螺母，对小距离螺孔安装方便可靠。线鼻子由铜铝过渡构成，压接部位为铜质，降低成本。

减少电气接头发热方法的铜排采用薄铜板或薄铜包铝板，薄板热变形相对小，机械锁紧后的连接面接触好，接触电阻值小，局部发热量小。另外，对折弯曲的双层结构产生集肤效应和散热双重作用，它是按照下述钣金工艺步骤制得的，各铜件展开图排样套裁，在对折弯曲线处等距开方形防裂和菱形对线工艺孔，先冲孔落料再打弯，对折弯曲后压平，要求对折后的相关孔位对正，菱形工艺孔尖角作折弯定位。

作为一种优选结构，铜排成形后对折弯曲压平，铜排一端铆接铜柱与模块压接紧固，另一端与铜排交错加螺母板搭接紧固；或由铜排三端头与模块压接紧固，另一端两层夹住接触器连接紧固。

作为另一种优选结构，铜排采用对折弯曲局部压平，纵断面略呈Q形，分成两条导体馈电流，铜排一端与模块螺接，铜排另一端与二个线鼻子在接线端子上连接，绝缘支撑可稳定多条铜件，还分隔铜排起散热作用。

如果因减薄铜排造成宽度穿不过霍尔传感器，解决方案是先在铜排的宽度方向对称开缺保证尺寸，其一端中间开槽至工艺孔，螺钉过孔分开二半，槽宽取1～4mm；然后用手指同时向内施力，将分割的两片错位叠加减小宽度，霍尔传感器内腔穿进缺口处放手回弹到原来位置，开缺尺寸刚好为霍尔传感器内腔宽度。

本发明电气接头母排连接件可以大量采用薄铜板对折弯曲压平工艺，其中包括适应电气元件连接对铜排结构件的改变，增加过渡板和垫板，即省铜材又有自散热的效果。

附图说明

下面结合附图所描述的实施方式对本发明减少电气接头发热的方法和采用该方法的铜排作进一步详细的说明。

图1是现有技术二个线鼻子和铜排连接的示意图。

图2是图1所示的等效电路图。

图3是本发明二个线鼻子和铜排连接的示意图。

图4是图3所示的等效电路图。

图5为本发明一个霍尔传感器包含四种电气连接方式的纵向视图，其中接线端子局部剖视。

图6为本发明包含二个霍尔传感器的铜排结构立体图。

图7为本发明包含三个线鼻子的铜排结构纵向剖视图。

图8为本发明带绝缘支撑的铜排结构立体图。

图9是本发明铜铝过渡线鼻子的立体图。

图10为本发明包含二个接触器的铜排结构立体图。

图11是图10在I处所示薄铜板对折弯曲压平的局部放大图。

图12是图11所示薄铜板对折弯曲压平的展开图。

图13为本发明未安装霍尔传感器的铜排立体图。

图14是图13所示铜排手压变形的立体图。

图15是图14所示铜排在霍尔传感器装入时的立体图。

具体实施方式

在纯电阻电路中假定导体之间的接触面电阻和接触压力恒定，不计导体直流电阻，根据电学功率公式P＝I²r，电气接头接触电阻r的发热功率P与电流I(i)的平方成正比，与接触电阻r成正比。图1是现有电路二个线鼻子1和铜排连接的示意图，从图2的电阻串联等效电路图可知：i＝i₁+i₂,所以，图3是二个线鼻子1和三条铜排连接的示意图，从图4的电阻并联等效电路图可知：所以，∑P_1～2/∑P_1～4＝5，接触发热功率为现有接法图1的用计算证明了下述实施方式的合理性，当然，不同的连接方式计算结果略有不同，但方法是类同的。

本发明以低压变频器母排和汇流排为实施例，图5示出了四种不同的电气接头形式。其一在接线端子2螺钉贯穿铜排3,7和过渡件4至螺母2a处，正是图3示意图的连接方式，接线端子2的另一螺母2c处，垫板5,12调节铜排3,7间距离，使其既能分离散热，又能通过霍尔传感器6内腔；其二是铜排3,7和铜排8在锁紧螺母板9处交错搭接；其三是铜排8在压平弯曲处直接通过电流，减少了一个面的接触电阻，铜排8铆接铜柱10，保证与发热源IGBT模块11螺接可靠；霍尔传感器6右边的第四种方式主要用于保持铜排3,7和过渡件4的位置。需要说明的是，如果垫板5,12材料选用铝质或铁质，发热功率P计算略有不同，但铝材兼有散热功能。

图6是两条铜排分别安装两支相对小电流体积小的霍尔传感器6立体图，比较一条铜排安装单支大电流霍尔传感器成本低，因霍尔传感器6需要让位，图示过渡件13开缺，分成垫板14和垫板15二段。

图7中线鼻子18折弯，过渡件17一端与铜排16压接，一端与线鼻子1压接。图7、图8的铜排16，20一端连在整流桥模块19上，安装时螺丝刀略倾斜一点，图8接线端子2连接与图5不同处是没有垫板，过渡件也不是Y形，绝缘支撑21起到垫板的作用，并且连接输入的三条铜排20(图中未全部示出)。

图9所示的铜铝过渡线鼻子1可以直接购买，铜质接头1a采用闪光电阻焊在1b处连接。

图10～图12为铜排23构件的又一种实施方式，铜件看似下料尺寸较大，形状较复杂，实际在数控冲床中和其它铜件套裁会实现材料利用率最大化，在对折弯曲线23a处等距开方形工艺孔23c是为了防止折弯时断裂，在对折弯曲线23a处等距开菱形工艺孔23b直接作为折弯线，选用薄铜板除了加工优势，还可以较常规的省铜约1/4。

图13示出了铜排3在端头中间开槽至腰圆工艺孔3c，图14示出了用手指将两片3a和3b按箭头方向压到霍尔传感器6内腔宽度，图15示出了按箭头方向插入霍尔传感器6，插到位后回弹到原来位置见图5、图6，霍尔传感器6装入后不用再加螺钉固定。

以上所述仅为本发明的优选实施例，而非对本发明做任何形式上的限制，本领域的技术人员可在上述实施例的基础上施以各种等同的更改和改进，凡在权利要求范围内所做的等同变化或修饰，均应落入本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种减少电气接头发热的方法，该电气接头包括：作为导体的第一铜排（3）、第二铜排（7）、第三铜排（8）、第四铜排（16）、第五铜排（20）和第六铜排（23），与连接结构相关的第一过渡件（4）、第二过渡件（13）和第三过渡件（17），与连接结构相关的第一垫板（5）、 第二垫板（12）、 第三垫板（14）、 第四垫板（15）以及接线端子（2）；每组紧固件由螺钉和嵌在接线端子（2）压接面（2b）下的螺母（2a,2c）构成，或由螺钉和螺母板（9）构成；其特征在于：所述每组紧固件连接的电气接头两端分别有二条以上导体引出，模块（11，19）连接端同样有二条以上导体引出，引出的导体之间有间隔，第一垫板（5）、 第二垫板（12）、 第三垫板（14）或第四垫板（15）分别调节导体接触面之间的高度，所述第三铜排（8）和 第六铜排（23）成形后对折弯曲压平，其中第三铜排（8）一端铆接铜柱（10）与模块（11）压接紧固，另一端与第一铜排（3）和第二铜排（7）加螺母板（9）搭接紧固；第六铜排（23）三端头与模块（19）压接紧固，另一端两层夹住接触器（22）接头连接紧固。

2.一种采用权利要求1所述的减少电气接头发热方法，其特征在于：所述第四铜排（16）和第五铜排（20）采用对折弯曲局部压平，纵断面略呈Q形，第四铜排（16）和第五铜排（20）一端与模块（19）螺接，另一端与线鼻子（1，18）在接线端子（2）上连接。

3.一种采用权利要求1所述的减少电气接头发热方法的铜排，所述第一铜排（3）宽度需要穿过霍尔传感器（6），其特征在于：所述第一铜排（3）在宽度方向保证对称开缺尺寸B，其端头中间开槽至工艺孔（3c），螺钉过孔分开二半，槽宽C取1～4mm；用手施力将分割的两片（3a、3b）错位叠加减小宽度，从霍尔传感器（6）内腔穿进至缺口处放开手，两片（3a、3b）回弹到原来位置，开缺尺寸B刚好为霍尔传感器（6）内腔宽度。

4.一种采用权利要求1所述的减少电气接头发热方法的铜排，其特征在于：所述第三铜排（8）和第六铜排（23）是按照下述钣金工艺步骤制得的，铜件展开图排样套裁，先冲孔落料再打弯，对折弯曲后压平，要求对折后的相关孔位对正；在对折弯曲线(23a)处等间距排列开防裂方形工艺孔（23c）及菱形工艺孔（23b），菱形工艺孔（23b）尖角作折弯定位。

5.一种采用权利要求1或2所述的减少电气接头发热方法的铜排，其特征在于：所述第一铜排（3）、第二铜排（7）、第三铜排（8）、第四铜排（16）、第五铜排（20）和第六铜排（23）采用薄铜板或薄铜包铝板。