CN109767859B - 型材母排 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种型材母排，该型材母排包括：具有预定厚度的导电本体，所述导电本体的材料为铜或铜合金，所述导电本体沿着第一方向纵长延伸，其具有相对的第一端和第二端，在垂直于所述第一方向的第二方向上，所述导电本体具有相对的第一侧壁和第二侧壁；在沿着所述第二方向上，所述导电本体的内部间隔设置有至少两个空腔，相邻两个所述空腔之间设置有支撑部。本发明提供的型材母排，能够在至少保证正常使用功能的前提下，降低成本。

Description

型材母排

技术领域

本发明涉及低压配电、开关设备技术领域，特别涉及一种型材母排。

背景技术

母排是指供电系统中,电柜中总制开关与各分路电路中的开关的连接排。母排一般为横截面大致为矩形的实心型材。据不完全统计，每年在低压配电盘、开关柜中的母排使用量约30万吨。然而随着有色金属铜价格的攀升及每日波动，母排的成本占配电盘、开关柜总成本的20％到40％。为了降低配电盘、开关柜等的整体制造成本，现有技术中提供的解决方案之一为：采用铜铝复合排。

但是，铜铝合金在酸性或碱性的空气中暴露时均会发生原电池反应。对于铜铝复合排而言，不可避免的，其端面、机加工的螺钉孔内表面、机加工的其他地方均会在空气中暴露，进而发生原电池反应的情况，从而导致使用时可靠性和寿命均较低。

整体上，目前还没有一种母排，能够在至少保证母排正常使用功能的前提下，达到降低成本的目的。

发明内容

本发明的目的是提供一种型材母排，能够在至少保证正常使用功能的前提下，降低成本。

本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现：

一种型材母排，包括：具有预定厚度的导电本体，所述导电本体的材料为铜或铜合金，所述导电本体沿着第一方向纵长延伸，其具有相对的第一端和第二端，在垂直于所述第一方向的第二方向上，所述导电本体具有相对的第一侧壁和第二侧壁；

在沿着所述第二方向上，所述导电本体的内部间隔设置有至少两个空腔，相邻两个所述空腔之间设置有支撑部。

在一个优选的实施方式中，所述导电本体为一体成型结构或者分体组合结构。

在一个优选的实施方式中，所述第一侧壁与所述空腔之间形成有第一侧边台，所述第二侧壁与所述空腔之间形成有第二侧边台；所述第一侧边台与所述第二侧边台之间为水平段，所述支撑部为相邻两个所述空腔之间形成的中间支撑筋。

在一个优选的实施方式中，所述导电本体在靠近所述第一端和所述第二端处设置有螺栓孔，所述水平段的厚度、所述侧边台的厚度、所述中间支撑筋的厚度根据最大应力处小于材料的屈服强度确定，所述型材母排的最大应力位于所述螺栓孔处。

在一个优选的实施方式中，所述导电本体为一体成型结构，所述空腔的宽高比小于18.7。

在一个优选的实施方式中，所述导电本体为分体组合结构，其包括：

第一单体型材母排和第二单体型材母排，所述第一单体型材母排、所述第二单体型材母排分别包括：单体水平段、单体侧边台、单体中间支撑筋，所述单体侧边台、所述单体中间支撑筋与所述单体水平段之间形成有开放空腔，所述第一单体型材母排和所述第二单体型材母排的开放空腔相配合形成所述型材母排的空腔，所述第一单体型材母排和第二单体型材母排的单体中间支撑筋相配合能形成所述支撑部。

在一个优选的实施方式中，所述单体侧边台、所述单体中间支撑筋中至少之一具有分界面；所述分界面包括下述中的任意一种：

平面、预定形状的曲面、多个平面的组合、平面与预定形状的曲面的组合。

在一个优选的实施方式中，所述单体侧边台、所述单体中间支撑筋的分界面均为平面，所述第一单体型材母排、所述第二单体型材母排通过固定连接的方式连接固定。

在一个优选的实施方式中，所述第一单体型材母排、所述第二单体型材母排在分界面处形成有能将所述第一单体型材母排、所述第二单体型材母排互锁的滑动扣合机构。

在一个优选的实施方式中，所述第一单体型材母排和所述第二单体型材母排上各自的至少一个支撑筋相配合形成所述滑动扣合机构，所述第一单体型材母排和所述第二单体型材母排相配对的支撑筋之间形成有沿着垂直于所述第一方向和所述第二方向的第三方向的间隙，所述型材母排沿第三方向的最大相对位移量小于所述间隙。

在一个优选的实施方式中，所述滑动扣合机构还包括连接件，所述第一单体型材母排和所述第二单体型材母排上各自的至少一个支撑筋相配合形成有用于容纳所述连接件的配合腔，所述滑动扣合机构至少能限制所述第一单体型材母排与所述第二单体型材母排沿着垂直于所述第一方向和所述第二方向的第三方向相对移动。

在一个优选的实施方式中，所述连接件包括多个连接段，所述多个连接段沿着所述第一方向间隔设置，所述连接件的总长度小于所述配合腔沿着所述第一方向的长度。

在一个优选的实施方式中，所述型材母排的第一端和第二端处还设置有垫片。

在一个优选的实施方式中，所述导电本体的第一侧壁和第二侧壁上设置有至少一个散热孔。

在一个优选的实施方式中，所述支撑部上设置有至少一个通孔。

由以上本申请实施方式提供的技术方案可见，通过设置至少两个空腔以及两个空腔之间的支撑部形成空腔结构，该空腔结构在保证型材母排使用强度的同时能减少铜的使用量，降低成本；同时能够增加对流，提高辐射量，降低温升。整体上，具有上述空腔结构的型材母排能有效提高单位截面载流密度，进一步地在保证载流、温升和强度的前提下降低了成本，具有减材增效的有益效果。此外，通过在型材母排中设置上述至少两个空腔，后续可以利用该空腔容纳二次回路的导体，而不用再单独为其设置槽。

参照后文的说明和附图，详细公开了本申请的特定实施方式，指明了本申请的原理可以被采用的方式。应该理解，本申请的实施方式在范围上并不因而受到限制。

针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。

附图说明

图1-1是本申请一个实施方式提供的型材母排的结构示意图；

图1-2是本申请一个实施方式提供的型材母排的横截面示意图；

图1-3是现有的实心铜母排应力曲线图；

图1-4是本申请一个实施方式中提供的型材母排的应力曲线图；

图1-5是本申请一个实施方式中提供的型材母排的应变曲线图；

图2-1是本申请一个实施方式中提供的面对面设置的分体式型材铜母排的结构示意图；

图2-2是本申请另一个实施方式中提供的背对背设置的分体式型材铜母排的结构示意图；

图2-3是本申请实施方式中提供的分体式型材铜母排中单体型材母排的结构示意图；

图2-4是本申请实施方式中提供的分体式型材铜母排的结构示意图；

图2-5是本申请实施方式中提供的一种模型垫片的结构示意图；

图2-6是图2-5中提供的一种目行垫片的安装示意图；

图2-7是本申请实施方式中提供的另一种长方形垫片的安装示意图；

图2-8是本申请实施方式中提供的设置有方形垫片的型材铜母排装配爆炸图；

图2-9是本申请实施方式中提供的垫片与母排间隙配合的示意图；

图3a-1是本申请实施方式中提供的第一种滑动扣合组合式型材铜母排的截面视图；

图3a-2是本申请实施方式中提供的第一种滑动扣合组合式型材铜母排的三维轴测视图；

图3a-3是图3a-2中型材铜母排的单体型材铜母排的截面视图；

图3a-4是图3a-2中型材铜母排的单体型材铜母排的结构示意图；

图3a-5是图3a-1中的滑动扣合组合式型材铜母排应力曲线图；

图3a-6是图3a-1中的滑动扣合组合式型材铜母排的简化结构示意图；

图3a-7是本申请实施方式中提供的一种垫片的结构示意图；

图3a-8是图3a-1中的滑动扣合组合式型材铜母排与图3a-7中的垫片装配后的爆炸图；

图3b-1是本申请实施方式中提供的第二种滑动扣合组合式型材铜母排的截面视图；

图3b-2是本申请实施方式中提供的双燕尾连接件的结构示意图；

图3b-3是图3b-1中第二种滑动扣合组合式型材铜母排单体型材铜母排的结构示意图；

图3b-4是图3b-1中型材铜母排与图3b-2中提供的双燕尾连接件装配后的爆炸图；

图3c-1是本申请实施方式中提供的第三种滑动扣合组合式型材铜母排的截面视图；

图3c-2是本申请实施方式中提供的矩形连接件的结构示意图；

图3c-3是图3c-1中第三种滑动扣合组合式型材铜母排单体型材铜母排的结构示意图；

图3c-4是图3c-1中型材铜母排与图3c-2中提供的双燕尾连接件装配后的爆炸图；

图3c-5是图3c-1中的滑动扣合组合式型材铜母排的简化结构示意图；

图3d-1是本申请实施方式中提供的第四种滑动扣合组合式型材铜母排的截面视图；

图3d-2是图3d-1中第四种滑动扣合组合式型材铜母排单体型材铜母排的结构示意图；

图3d-3是图3d-1中第四种滑动扣合组合式型材铜母排单体型材铜母排的结构示意图；

图3d-4是本申请实施方式中提供的第四种滑动扣合组合式型材铜母排的三维轴测视图；

图3d-5是本申请实施方式中提供的一种垫片的结构示意图；

图3d-6是图3d-2中的单体型材铜母排与图3a-5中垫片安装配合后的示意图；

图4-1是本申请实施方式中一种型材母排的结构示意图；

图4-2是图4-1中型材母排的内部结构示意图。

附图标记说明：

1、导电本体；x、第一方向；y、第二方向；z、第三方向；1a、第一端；1b、第二端；1c、第一侧壁；1d、第二侧壁；1z、第一表面；11、水平段；12、侧边台；13、支撑部；14、空腔；15、螺栓孔；

21、第一单体型材母排；211、单体水平段；212、单体侧边台；213、单体中间支撑筋；214、开放空腔；22、第二单体型材母排；2z、第二表面；

2a、目形垫片；2a1、第一垫片螺栓孔；2a2、矩形槽；2a3、端部连接；6、劈铆；

2b、长方形垫片；2b1、第一长方形子垫片；2b2、第二长方形子垫片；2b3、第三长方形子垫片；2b11、尾巴；2c、方形垫片；2c1、第二垫片螺栓孔；2c0、间隙位置；

3a、第一滑动扣合组合式型材铜母排；3a1、第一单体型材铜母排；3a2、第二单体型材铜母排；3a3、左端空腔；3a4、右端空腔；3a5、配合间隙；3a11、第一支撑筋；3a12、第二支撑筋；3a13、第三支撑筋；3a14、平台段；3a15、第一开放空腔；3a112、曲线；3a6、垫片；3a61、凸台；3a62、第三螺栓孔；

3b、第二滑动扣合组合式型材铜母排；3b1、单体型材铜母排；3b2、单体型材铜母排；3b3、双燕尾连接件；3b11、左端梯形竖直支撑筋、3b12、右端梯形竖直支撑筋；3b13、卡合空腔；3b14、开放空腔；

3c、第三滑动扣合组合式型材铜母排；3c1、单体型材铜母排；3c2、单体型材铜母排；3c3、矩形连接件；3c11、左端矩形竖直支撑筋；3c12、V形空腔；3c13、开放空腔；3c14、凸台；

3d、第四滑动扣合组合式型材铜母排，3d1、下单体型材铜母排；3d2、上单体型材铜母排；3d11、梯形支撑筋，3d12、开放空腔；3d21、左端梯形支撑筋、3d22、右端梯形支撑筋，3d23、装配空腔，3d24、开放空腔；3d3、垫片；

41、散热孔；42、通孔。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施方式，对本发明的技术方案作详细说明，应理解这些实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落入本申请所附权利要求所限定的范围内。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

母排在使用时，由于导体的集肤效应，交变电流通过母排时，电流主要集中在母排表面，因此母排芯部在传输电力过程中起的作用不大。基于上述原理，可以在母排的内部设置空腔，从而降低母排的重量，达到降低成本的目的。

假如母排设置为单联通内带空腔的结构(即内部具有单个空腔的母排结构)，该带空腔的母排在实际使用过程中不必避免的会存在以下问题：在一定的预紧力及电动力情况下容易产生永久的塑性变形，严重影响了导电连接的可靠性。当该空腔母排出现塑性变形后，其承受短路电动力时的强度也会有很大程度的降低。此外，塑形变形还会产生如下不良影响：母排出现塑性变形后会产生一定的位移，该位移会影响电气间隙与爬电距离，从而影响用电的安全性。另外该位移会导致不能提供足够的预紧力，从而加大接触电阻，甚至产生串联电弧，影响供电的可靠性。此外，母排出现塑性变形后还会使得比电阻增加，导电性能降低；提高铜内能和化学性，腐蚀速度增加等。

本申请实施方式中提供一种母排，通过在母排的内部合理设置空腔结构，使得其在至少保证正常使用功能的前提下，降低成本。

请参阅图1-1、图1-2、图2-2和图2-4，本申请实施方式中提供一种型材母排，该型材母排可以包括：具有预定厚度的导电本体1，所述导电本体1的材料为铜或铜合金，所述导电本体1沿着第一方向x纵长延伸，其具有相对的第一端1a和第二端1b，在垂直于所述第一方向x的第二方向y上，所述导电本体1具有相对的第一侧壁1c和第二侧壁1d；在沿着所述第二方向y上，所述导电本体1的内部间隔设置有至少两个空腔14，相邻两个所述空腔14之间设置有支撑部13。

本申请实施方式中提供的型材母排，其具有预定厚度的导电本体1，该导电本体1的基本尺寸，例如厚度和宽度可以与现有的通用规格相同。其中，根据该型材母排的具体电性参数和使用环境，可以适应性确定出该型材母排的厚度、宽度以及长度。

相对于仅设置一个空腔的单连通空腔母排而言，本申请实施方式中所提供的母排在两个侧壁之间至少形成有两个空腔14，并且相邻两个空腔14之间设置有支撑部13。具体的，该导电本体1具有相对的第一表面1z和第二表面2z，所述第一表面1z和所述第二表面2z与所述空腔14之间形成有水平段11，所述第一侧壁1c与所述空腔14之间形成有一个侧边台12，所述第二侧壁1d与所述空腔14之间形成有另一个侧边台12。所述支撑部13为相邻两个所述空腔14之间形成的支撑部13。

通过设置至少两个空腔14以及两个空腔14之间的支撑部13形成空腔结构，该空腔结构在保证型材母排使用强度的同时能减少铜的使用量，降低成本；增加对流，提高辐射量，在一定的应用条件下降低温升。整体上，具有上述空腔结构的型材母排能有效提高单位截面载流密度，进一步地在保证载流、温升和强度的前提下降低了成本，具有减材增效的有益效果。此外，通过在型材母排中设置上述至少两个空腔14，后续可以利用该空腔14容纳二次回路的导体，而不用再单独为其设置槽。

在一个实施方式中，为了实现该型材母排在低压配电设备或开关设备中的连接功能，所述导电本体1在靠近所述第一端和所述第二端处设置有螺栓孔15。也就是说，该型材母排可以通过设置螺栓孔15后，通过螺栓连接的方式与目标设备进行连接。当然，该型材母排还可能通过其他方式与目标设备进行连接，当然该型材母排的具体连接方式并不限于上述描述，所属领域技术人员在本申请的技术精髓启示下，还可能做出其他的变更，但只要其实现的功能和效果与本申请相同或相似，均应涵盖于本申请保护范围内。在本实施方式中，该型材母排的导电本体1可以为一体成型的结构或者为分体组合的结构。

在一些实施方式中，导电本体1可以为一体成型的结构。

如图1-1所示，在本实施方式中，提供一种带空腔的型材母排，该型材母排的材质可以为铜或铜合金，因此该型材母排为空腔型材铜母排。当该型材母排的材质为铜或铜合金时，可以避免铜铝原电池反应而导致的接触不良现象。

该带空腔的型材铜母排横截面的外轮廓可以与传统铜母排一样。如图1-2所示，为带空腔型材铜母排的截面。具体的，该带空腔型材铜母排可以包括：水平段11、两个侧边台12、支撑部13。其中，所述支撑部13为相邻两个所述空腔14之间形成的中间支撑筋。

其中，水平段11分为上下段。两个侧边台12，侧边台12与水平段11相配合形成空腔14。水平段11和两个侧边台12围成的外轮廓和传统铜母排外轮廓一样。支撑部13起支撑作用的同时还增强了带空腔型材铜母排折弯抵抗变形能力。

本申请实施方式中间隔设置的至少两个空腔14在保证铜母排使用强度同时能减少铜的使用量，降低成本。空腔14还能增加对流，并且其增加的内表面积能提高辐射量，降低温升。整体上，该具有空腔结构的型材母排有效提高了单位截面载流密度，进一步地在保证载流、温升和强度的前提下降低了成本，该型材母排的空腔结构具有减材增效的有益效果。

在本实施方式中，空腔14的数量至少为2个，例如可以为2个，3个或者更多个。在一个实施方式中，以空腔14的个数为3个为例进行实验验证。为验证空腔14数量为3时，型材母排是否能满足使用需要，现对带空腔型材铜母排临界壁厚进行数值计算。具体计算过程如下。

铜排材质选用纯铜T2Y，屈服强度280MPa，螺栓材质选结构钢。临界壁厚判据为：带空腔型材铜母排与传统实心铜母排在相同的螺栓预紧力和电动力作用下，其不发生塑性变形。带空腔型材铜母排使用工况如下。3(相)×2(根)×(10×100)间距110mm，向该型材母排通入65KA的电流，该型材母排受到的电动力为13.1kN/m；该型材母排的螺栓孔15的孔径φ16，螺栓M14，扭矩70Nm，螺栓预紧力70×0.1×1000/(0.5×13.9)＝1007N。单侧端部打孔间距50×50，数量4。

测试时，1s之前施加螺栓预紧力，1s-2s施加螺栓预紧力和导体产生的电动力。需要说明的是：水平段11的厚度T1、侧边台12的厚度T2、支撑部13的厚度T3不一定相等，三者组合数量较多，相应的数值计算数量较多，因此只计算一些典型的数值，并非全局最优解，只是接近最优解。

(1)传统铜母排数值计算结果

图1-3可得出，仅有螺栓预紧力时，现有的实心铜母排受到的最大应力是6.2Mpa；螺栓预紧力与电动力共同作用时，实心铜母排受到的最大应力约是130MPa，最大应力位置均位于螺栓孔附近。由于最大应力未超过铜的屈服强度，因此可以对铜母排进行减材。

(2)带空腔型材铜母排数值计算结果

图1-4和图1-5可得出，水平段11的厚度T1、侧边台12的厚度T2、支撑部13的厚度T3全为2.7mm的应力计算结果：仅有螺栓预紧力时，带空腔型材铜母排受到的最大应力为83.5MPa；螺栓预紧力和电动力共同作用时，带空腔型材铜母排受到的最大应力为276MPa，由于最大应力小于铜的屈服强度，带空腔型材铜母排不会发生塑性变形，满足使用需求。

在一个实施方式中，该空腔14的宽高比最大值约为18.7，铜使用量减少约41.2％，成本相应减少，经济效益显著。

考虑到现有的母排主要是采用冷拉成型的型材，假如带空腔14的母排宽高比太大，冷拉加工工艺易导致母排变形，宽度方向容易变小。此外，带空腔14的母排加工时金属流速不均匀，无法保证母排的尺寸要求，并且还容易出现金属不连续现象。因此该空腔14的宽高比最大值不宜过大。具体的，每个空腔14的宽高比可以根据实际应用场景以及母排规格的不同而不同。例如，对于100×10的母排而言，最好控制在7.3以内，对于120×10截面母排，宽高比最大值约为18.7，以便于实现加工制作以及保证使用强度。

针对一体成型结构的带空腔型材铜母排用现有的加工工艺制造困难的问题，本申请实施方式中还提出一种分体组合型材铜母排。即该分体组合型材铜母排的导电本体1可以为分体组合的结构。

如图2-1和图2-2所示，当该导电本体1为分体组合的结构时，该导电本体1可以包括两个,分别为第一单体型材母排21和第二单体型材母排22。该两个单体型材铜母排的组合应用形式可以分为两种，面对面组合或背靠背组合。其中，面对面组合的横截面示意图如图2-1所示，背靠背组合的横截面示意视图如图2-2所示。

如图2-1所示，在一个实施方式中，针对面对面组合的形式描述结构特征，面对面组合型材铜母排包括第一单体型材母排21和第二单体型材母排22。第一单体型材母排21和第二单体型材母排22的材质为铜或铜合金，因此可以避免铜铝原电池反应而导致的接触不良现象。该型材母排由两个单体型材母排拼接而成。对于第一单体型材母排21或第二单体型材母排22，其相对于一体构造的空腔型材铜母排，大大降低了加工难度。

如图2-3所示，具体的，以第一单体型材母排21为例，第二单体型材母排22可以参照该第一单体型材母排21，本申请在此不再赘述。第一单体型材母排21可以包括：单体水平段211、单体侧边台212、单体中间支撑筋213。其中，单体侧边台212、单体中间支撑筋213与单体水平段211之间形成有开放空腔214。所述第一单体型材母排21和所述第二单体型材母排22的开放空腔214相配合形成所述型材母排的空腔14，所述第一单体型材母排21和第二单体型材母排22的单体中间支撑筋213相配合能形成所述支撑部13。

同样的，该单体水平段211能够提高单位截面的载流密度。对于相同规格的母排，例如，传统母排厚10mm，而本申请所提供的单体水平段211的厚度仅为2.7mm，小于传统母排厚度的一半，即5mm。由于型材母排的截面积越小，载流密度越大，因此，当单体水平段211厚度小于同规格传统母排的一半后，能够提高单位截面的载流密度，提高铜的利用率，节省铜用量。整体上，分体组合型材铜母排在一定的应用条件下与实心的传统铜母排的稳态温升保持同等水平。由于本申请实施方式中所提供的型材母排具有至少两个空腔14，利用该空腔14对母排进行散热，最终保证载流密度的可靠提升。

单体侧边台212起辅助支撑作用，其配合分界面可以为平面，当然也可以为曲面等。当单体侧边台212的配合分界面为平面，并且分体组合型材铜母排面对面组合时，两个单体侧边台212的平面配合接触，可以保证组合后外轮廓形状与传统铜排保持一致。

单体中间支撑筋213的配合分界面可以为平面，当然也可以为曲面等。当单体中间支撑筋213的配合分界面为平面，并且分体组合型材铜母排采用面对面组合时，单体中间支撑筋213的平面配合起支撑作用，同时增强了分体组合型材铜母排折弯抵抗变形能力。

单体水平段211、单体侧边台212、单体中间支撑筋213三者的厚度大小影响分体组合型材铜母排的使用强度。单体侧边台212、单体中间支撑筋213的分界面不仅限于平面，也可为光滑曲面。当分界面为光滑曲面时，光滑曲面之间的配合形式可以为凹凸界面配合。

开放空腔214用于增大单体型材母排的表面积，其增加的表面积提高了辐射量并加快了单体型材母排与空气换热效率。

如图2-1所示，当第一单体型材母排21和第二单体型材母排22采用面对面配合的方式对接后形成多个空腔14，该空腔14由两个开放空腔214配合形成。当空气流经该空腔14时，能够增加对流，空腔14内部有空气，由于温度差，内部的空气会通过缝隙流到母排外面。其中，该缝隙包括两端部缝隙和分体母排两侧边台配合处的缝隙。

该空腔14除了能够增加型材母排的内表面积，提高辐射量，降低温升之外；其还能够有效提高了单位截面载流密度，进一步地在保证载流、温升和强度的前提下降低了成本，具有减材增效的有益效果。

使用过程中，不论是面对面组合或是背靠背组合，分体组合型材铜母排会受电动力的作用而产生分离。可通过工艺手段阻止分离，具体的，第一单体型材母排21和第二单体型材母排22的组合连接方式可以采用焊接或铆接。焊接的方式选用激光焊、电子束焊、搅拌摩擦焊等。铆接以面对面组合为例，铆钉5位置如图2-4所示。以面对面组合为例，焊接的位置M、N如图2-1所示，主要在侧边台处进行点焊，从而对分体组合型材铜母排进行固定。

分体组合型材铜母排面对面组合或背靠背组合搭接使用时，在端部可以配合使用垫片。使用垫片的优点是，填充搭接处的空腔，提高结构的抗压能力和抗弯能力，从而加强了分体组合型材铜母排端部强度，且扩大了接触面积，减小接触电阻，降低电流密度，提升载流能力。其中，也可以根据工况灵活使用垫片，当分体组合型材铜母排的载流较大时，使用垫片。当分体组合型材铜母排的载流较小，受到的电动力不大时，可以不使用垫片，节省材料。具体的，当型材母排通入1.5kA以下电流时可以不使用垫片。

垫片与分体组合型材铜母排之间的配合方式可为间隙配合和过盈配合。其中，当配合方式为过盈配合时，可使垫片在不加螺栓的情况下，不易和分体组合型材铜母排分离。当配合方式为间隙配合时，可在分体组合型材铜母排的端部加铆钉5，防止垫片和分体组合型材铜母排分离。具体的，该铆钉5可以为拉铆钉，其能产生永久性紧固力夹紧上下分体组合型材铜母排。

当垫片与分体组合型材铜母排之间的配合方式为过盈配合时，该垫片具体可以为下述中的任意一种：目形垫片2a和长方形垫片2b。

如图2-5和图2-6所示，目形垫片2a可以设置有：第一垫片螺栓孔2a1，矩形槽2a2和端部连接2a3。目形垫片2a与分体组合型材铜母排装配时，分体组合型材铜母排需要去掉和端部连接2a3配合部分相应位置支撑部13，从而空出目形垫片2a的安装空间。该目形垫片2a和分体组合型材铜母排配合为间隙配合，安装定位方便。并通过劈铆6使两者紧固连接，保证了目形垫片2a在运输及使用过程中不会发生移位掉落。具体的，劈铆操作时，用带有一个薄楔形头工具压入分体组合型材铜母排劈铆6位置，压入处产生塑性变形，变形的产生使配合方式由间隙配合转变为过盈配合。

如图2-7所示，长方形垫片2b可以包括三个带尾巴的第一长方形子垫片2b1、第二长方形子垫片2b2、第三长方形子垫片2b3。其中，第一长方形子垫片2b1和第三长方形子垫片2b3开设有螺栓孔15。该长方形垫片2b在靠近端部设置有尾巴2b11。由于尾巴2b11的存在，分体组合型材铜母排需要去掉相应位置的支撑部13。长方形垫片2b与分体组合型材铜母排装配为间隙配合，随后用工具挤压尾巴2b11，尾巴2b11变形使配合方式由间隙配合转变为过盈配合。长方形垫片2b安装定位方便且在运输及使用过程中不会发生移位掉落。

图2-8为面对面分体组合型材铜母排装配爆炸图。如图2-8所示，当垫片与分体组合型材铜母排之间的配合方式为间隙配合时，该垫片可以为方形垫片2c。方形垫片2c设置有螺栓孔2c1，该方形垫片2c和分体组合型材铜母排装配时需要去掉配合处的支撑部13，即靠近分体组合型材铜母排端部的支撑部13为方形垫片2c留出一定余量，用于对方形垫片2c长度方向进行限位。其中，该长度方向与第一方向x一致。该方形垫片2c与分体组合型材铜母排配合方式为间隙配合。其中，具体的间隙配合的间隙位置2c0如图2-9。间隙配合的垫片和过盈配合的垫片在使用时可以互换。

分体组合型材铜母排使用时，由于电动力作用会使分体组合型材铜母排发生分离，进而提出一种通过自身结构实现互锁的滑动扣合组合式型材铜母排，因滑动扣合组合式型材铜母排提出4种形式的结构，分别为第一滑动扣合组合式型材铜母排3a，第二滑动扣合组合式型材铜母排3b，第三滑动扣合组合式型材铜母排3c，第四滑动扣合组合式型材铜母排3d。

如图3a-1所示，在一个实施方式中，第一滑动扣合组合式型材铜母排3a可以包括两根单体型材铜母排，分别为第一单体型材铜母排3a1和第二单体型材铜母排3a2，两个单体型材铜母排相配合形成有左端空腔3a3和右端空腔3a4以及间隙3a5。

第一滑动扣合组合式型材铜母排3a在一定的应用条件下与实心的传统铜母排载流量保持同等水平。第一滑动扣合组合式型材铜母排3a运输及使用时外轮廓为矩形且和传统铜母排外轮廓保持一样，第一滑动扣合组合式型材铜母排3a截面视图如图3a-1。第一滑动扣合组合式型材铜母排3a三维轴侧视图如图3a-2。第一滑动扣合组合式型材铜母排3a对比外轮廓尺寸相同的传统铜母排，节省铜材质约40％。

如图3a-3和图3a-4所示，以第一单体型材铜母排3a1为例，其可以设置有第一支撑筋3a11，第二支撑筋3a12，第三支撑筋3a13，平台段3a14，第一开放空腔3a15，其中，第二支撑筋3a12为中间支撑筋，如图3a-3。当第一单体型材铜母排3a1的各个支撑筋与第二单体型材铜母排3a2相应的支撑筋相配合后，形成扣合结构，该扣合结构，不仅起到支撑的作用，还具有防止滑动扣合组合式型材铜母排3a在运输及使用时沿着第二方向y和第三方向z分离的作用。具体的，该第一支撑筋3a11，第二支撑筋3a12，第三支撑筋3a13的结构类似。

以其中的第一支撑筋3a11为例，其可以整体为J形弯钩状。其中，第一支撑筋3a11，第二支撑筋3a12，第三支撑筋3a13的J形弯钩朝向可以相同，从而有利于滑动扣合组合式型材铜母排3a侧向沿着第二方向y装配，相对较长的传统铜母排来说，同样长度的滑动扣合组合式型材铜母排3a的装配非常便捷且易于操作。

第一单体型材铜母排3a1的平台段3a14用于和第二单体型材(铜)母排3a2的各个支撑筋接触配合，并使得滑动扣合组合式型材铜母排3a的外轮廓与传统铜母排外轮廓保持一样。

对比传统铜母排，第一开放空腔3a15增大了单体型材铜母排3a1的表面积，其增加的表面积提高了辐射量，并加快了单体型材铜母排3a1与空气换热。

第一支撑筋3a11，第二支撑筋3a12，第三支撑筋3a13具有2两处相同的结构特征，分别为顶部平台3a111和曲线3a112。其中，顶部平台3a111和单体型材铜母排3a2的平台段接触，单体型材铜母排3a2起到另一支撑点作用。曲线3a112由两个圆弧形线和连接圆弧形线之间直线组成，见图3a-3，曲线3a112的这种结构形式，有多种好处，首先滑动扣合组合式型材铜母排装配侧向扣合时，由于曲线3a112的圆弧结构特征，第一单体型材铜母排3a1和第二单体型材铜母排3a2很容易实现装配。其次，滑动扣合组合式型材铜母排3a在使用及运输过程中，曲线3a112圆弧线特征能限制滑动扣合组合式型材铜母排3a沿着第二方向y和垂直于所述第一方向x和第二方向y的第三方向z分离。

基于单体型材铜母排的结构特征，两个单体型材铜母排扣合后使得滑动扣合组合式型材铜母排存在左端空腔3a3和右端空腔3a4。空腔结构的具体效果可以参照上述实施方式中的具体表述。具体的，通过设置该空腔结构，在保证铜母排使用强度同时，减少铜的使用量，降低成本；其新增加的内表面，实现有效散热面积的增加，可用于增大辐射表面积，同时提高了单位截面的载流密度，进一步地在保证载流、温升和强度的前提下降低了成本，减材增效效果显著。

两个单体型材铜母排扣合后会形成一个配合间隙3a5。当形成该配合间隙3a5后，有利于实现型材母排的侧滑装配，利于实现端部垫片与平台段3a14的接触，扩大接触面积，减小接触电阻，降低载流密度，提升载流能力，降低制造难度，提高公差适应能力。

配合间隙3a5主要是在第三方向上z，由第一单体型材铜母排3a1和第二单体型材铜母排3a2中的曲线3a112围成。由于平台段3a14与曲线3a112直线段的距离大于曲线3a112直线段与顶部平台3a111距离，从而形成间隙3a5，也就是使得第一单体型材铜母排3a1和第二单体型材铜母排3a2间隙配合。相对而言，间隙配合方式比过盈配合装配更容易。

该间隙的具体大小可以根据受力情况进行确定，原则上型材母排的最大相对位移量小于所述配合间隙3a5。具体的，在该滑动扣合组合式型材铜母排3a受到1007N螺栓预紧力的情况下，数值计算产生的最大相对位移量约0.07mm，配合间隙3a5设计时留出的余量为0.2mm，因此，螺栓预紧力不会使配合间隙3a5特征消失，从而保证型材母排的使用寿命相对较长。

第一滑动扣合组合式型材铜母排3a代替传统铜母排，在同样的工况一情况下，前者的使用强度也满足要求，数值计算的结果表明单体型材铜母排3a1在工况一情况下，壁厚为H1、H2、H3、H4存在临界值。

第一滑动扣合组合式型材铜母排3a使用工况：

3×2×(10×100)间距110mm，第一滑动扣合组合式型材铜母排3a在实际使用时，通入65KA的电流，第一单体型材铜母排3a1和第二单体型材铜母排3a2受到的第二方向y的电动力分别为10kN/m和2.9kN/m。水平方向受到的电动力分别为413.3N/m和384.7N/m。

连接端孔径φ16，螺栓M14，扭矩70Nm，螺栓预紧力70×0.1×1000/(0.5×13.9)＝1007N。单侧端部打孔50×50，孔直径为φ16，数量4。

计算的厚度H1、H2、H3为2.5mm，H4为2.7mm，按照工况的实际顺序加载荷，前1s加入螺栓预紧力，1s-2s在螺栓预紧力的基础上，加入4个电动力。

第一滑动扣合组合式型材铜母排3a应力数值计算结果如图3a-5，最大应力位置位于螺栓孔附近，最大值为123.7MPa，远小于铜的屈服强度280MPa，强度满足要求，可替代传统铜母排使用，第一滑动扣合组合式型材铜母排3a壁厚H1、H2、H3、H4在现数值的基础上可进一步减小，进一步节省铜材质。

支撑筋数量可随着通入电流的减小而减少，反之需增加支撑筋数量。如第一滑动扣合组合式型材铜母排3a通的是小电流，电动力随之变小，在第二方向y上使第一滑动扣合组合式型材铜母排3a分离的力变小，扣合处数量可减少，简化的第一滑动扣合组合式型材铜母排3a截面示意图如图3a-6。第一滑动扣合组合式型材铜母排3a在中部B处形成了一个滑动扣合机构，在两侧的A处为间隙配合。当A和B处都具有装配间隙时，该装配间隙的有益效果可以参照上述配合间隙3a5，利于实现端部垫片与平台段3a14的接触，扩大接触面积，减小接触电阻，降低载流密度，提升载流能力，降低制造难度，提高公差适应能力。

在第一滑动扣合组合式型材铜母排两端部有垫片3a6。垫片3a6结构如图3a-7，其可以设置有凸台3a61和第三螺栓孔3a62。垫片3a6由端部推到的左端空腔3a3和右端空腔3a4，这个过程中为间隙配合，在推入的最后2mm左右过盈配合，垫片3a6敲入左端空腔3a3和右端空腔3a4。装配爆炸图如图3a-8，端部有微小的压制凸台3a61用于过盈配合。垫片3a6作用是防止滑动扣合组合式型材铜母排3a侧向滑动，两者为过盈配合，使得垫片3a6不易掉落且使得滑动扣合组合式型材铜母排3a，在运输及安装使用时，都能保持和传统铜母排一致的外轮廓。垫片3a6增加了端部接触面积，保证一定的导流能力，并加强了滑动扣合组合式型材铜母排3a端部强度，端部垫片3a6与平台段3a14的接触，扩大接触面积，减小接触电阻，降低载流密度，提升载流能力，降低制造难度，提高公差适应能力，完全限制滑动扣合组合式型材铜母排3a在运输及使用时沿着第二方向y的相对运动。

第二滑动扣合组合式型材铜母排3b，第三滑动扣合组合式型材铜母排3c，第四滑动扣合组合式型材铜母排3d为第一滑动扣合组合式型材铜母排3a的衍生方案，主要对支撑筋做更改，其余特征和第一滑动扣合组合式型材铜母排3a相同或相似，具有和第一滑动扣合组合式型材铜母排3a同样或类似的有益效果，因此描述中只写出第二滑动扣合组合式型材铜母排3b，第三滑动扣合组合式型材铜母排3c，第四滑动扣合组合式型材铜母排3d与第一滑动扣合组合式型材铜母排3a的区别点。其中，第二滑动扣合组合式型材铜母排3b，第三滑动扣合组合式型材铜母排3c把第一滑动扣合组合式型材铜母排3a滑动扣合组合式型材铜母排沿第一方向x的侧滑装配方案保留了下来、但第三滑动扣合组合式型材铜母排3d是端部推入式装配。

在一个实施方式中，第二滑动扣合组合式型材铜母排3b可以包括两根单体型材铜母排3b1、3b2，两个单体型材铜母排3b1、3b2完全一样，双燕尾连接件3b3，如图3b-1。双燕尾连接件3b3结构如图3b-2，其作用是起到连接和限位的作用。装配时，双燕尾连接件3b3由端部推入，装配后单体型材铜母排3b1、3b2的竖直及水平两个方向上的位移受限，故滑动扣合组合式型材铜母排3b在运输与使用时，其外轮廓和传统铜母排保持一致。

如图3b-3，单体型材铜母排3b1主要包括左端梯形竖直支撑筋3b11、右端梯形竖直支撑筋3b12，两者中间形成的卡合空腔3b13，开放空腔3b14。卡合空腔3b13放置双燕尾连接件3b3，双燕尾连接件3b3的长度小于或等于第二滑动扣合组合式型材铜母排3b的长度，进而可根据实际使用工况在第二滑动扣合组合式型材铜母排3b中放置多段双燕尾连接件3b3，相邻的双燕尾连接件3b3可不接触，留出空位，在结构强度满足的情况下，节省铜。第二滑动扣合组合式型材铜母排的爆炸视图如图3b-4。

如图3c-1，在另一个实施方式中，第三滑动扣合组合式型材铜母排3c可以包括两根单体型材铜母排3c1、3c2，单体型材铜母排3c1、3c2完全一样，矩形连接件3c3。单体型材铜母排3c1和3c2装配后，第三滑动扣合组合式型材铜母排3c的第二方向y位移受限，但第三方向z未有限制，因此加入矩形连接件3c3，其结构如图3c-2，作用是起到第三方向z限位的作用。装配时，矩形连接件3c3由端部推入，装配后单体型材铜母排3c1、3c2的第二方向y和第三方向z上的位移受限，故第三滑动扣合组合式型材铜母排3c在运输与使用时，其外轮廓和传统铜母排保持一致。

如图3c-3，单体型材铜母排3c1主要包括左端矩形竖直支撑筋3c11，V形空腔3c12，开放空腔3c13。两根单体型材铜母排3c1、3c2的V形空腔3c12形成矩形空腔，放置矩形连接件3c3，矩形连接件3c3的长度小于或等于第三滑动扣合组合式型材铜母排3c的长度，进而可根据实际使用工况在第三滑动扣合组合式型材铜母排3c中放置多段矩形连接件3c3，相邻的矩形连接件3c3可不接触，留出空位，在结构强度满足的情况下，节省铜。第三滑动扣合组合式型材铜母排3c的爆炸视图如图3c-4。

值得注意的是，当实际工况，只需要一个竖直支撑筋就能满足使用要求时，第三滑动扣合组合式型材铜母排3c的结构并不具备和其他方案能防止滑动扣合组合式型材铜母排x方向限位的作用，需增加凸台3c14，如图3c-5，限制单体型材铜母排x方向的位移。

如图3d-1，在另一个实施方式中，第四滑动扣合组合式型材铜母排3d可以包括两根单体型材铜母排，分别为下单体型材铜母排3d1、上单体型材铜母排3d2。下单体型材铜母排3d1、上单体型材铜母排3d2装配时，其中一个单体型材铜母排需由端部一侧推入另一单体型材铜母排中。装配后，下单体型材铜母排3d1、上单体型材铜母排3d2在第二方向y和第三方向z两个方向上的位移受限制。

上单体型材铜母排3d1主要包括梯形支撑筋3d11，开放空腔3d12，如图3d-2。单体型材铜母排3d2主要包括左端梯形支撑筋3d21、右端梯形支撑筋3d22，两者中间形成的装配空腔3d23，开放空腔3d24，如图3d-3。装配空腔3d23用于放置梯形支撑筋3d11。第四滑动扣合组合式型材铜母排3d和第一滑动扣合组合式型材铜母排3a都是仅有两个单体型材铜母排构成，安装时减少一步安装工序。第四滑动扣合组合式型材铜母排3d两侧和传统铜母排相比为异形结构，使得其外轮廓的表面积大于传统铜母排外表面积，散热能力进一步增强，图3d-4为第四滑动扣合组合式型材铜母排3d的三维轴测视图。

第四滑动扣合组合式型材铜母排3d使用的垫片3d3区别于上述其他形式的滑动扣合组合式型材铜母排，该类型母排的内腔截面是多边形，并且采用端部敲入垫片的方式进行装配。垫片3d3结构如图3d-5所示，该垫片3d3和单体型材铜母排3d1可以用劈铆紧固连接，这种垫片3d3连接结构使得第四滑动扣合组合式型材铜母排3d在运输及使用过程中不会发生移位掉落，装配时需要去掉下单体型材铜母排3d1相应位置的支撑筋，示意图如图3d-6。

上述型材铜母排在使用时，均具有空腔结构，为了进一步增加散热效果，可在型材铜母排两侧增加散热孔41，见图4-1，散热孔41数量至少一个，且分布没有对称要求，其是在型材铜母排的基础上去掉两侧一部分铜材质，使得内部空腔与外部环境连通，散热孔41的存在，增大了型材铜母排的对流换热，大大降低了型材铜母排的温升，有益效果非常显著。

进一步，中间支撑筋也可以去掉一部分铜材质，形成通孔42，如图4-2，空气对流更加显著，同时降低型材铜母排的温升。

上述型材铜母排使用时，可以任意两者进行搭接使用。

本说明书中的上述各个实施方式均采用递进的方式描述，各个实施方式之间相同相似部分相互参照即可，每个实施方式重点说明的都是与其他实施方式不同之处。

以上所述仅为本发明的几个实施方式，虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用于限定本发明。任何本发明所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施方式的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附权利要求书所界定的范围为准。

Claims (14)

1.一种型材母排，其特征在于，包括：具有预定厚度的导电本体，所述导电本体的材料为铜或铜合金，所述导电本体沿着第一方向纵长延伸，其具有相对的第一端和第二端，在垂直于所述第一方向的第二方向上，所述导电本体具有相对的第一侧壁和第二侧壁；

在沿着所述第二方向上，所述导电本体的内部间隔设置有至少两个空腔，相邻两个所述空腔之间设置有支撑部；所述型材母排采用冷拉成型的工艺；

所述导电本体为分体组合结构，其包括：第一单体型材母排和第二单体型材母排，所述第一单体型材母排和所述第二单体型材母排分别具有开放空腔，所述第一单体型材母排和所述第二单体型材母排的开放空腔相配合形成所述型材母排的空腔，所述第一单体型材母排、所述第二单体型材母排为相同结构或者相互配合。

2.如权利要求1所述的型材母排，其特征在于，所述第一侧壁与所述空腔之间形成有第一侧边台，所述第二侧壁与所述空腔之间形成有第二侧边台；所述第一侧边台与所述第二侧边台之间为水平段，所述支撑部为相邻两个所述空腔之间形成的中间支撑筋。

3.如权利要求2所述的型材母排，其特征在于，所述导电本体在靠近所述第一端和所述第二端处设置有螺栓孔，所述水平段的厚度、所述侧边台的厚度、所述中间支撑筋的厚度根据最大应力处小于材料的屈服强度确定，所述型材母排的最大应力位于所述螺栓孔处。

4.如权利要求2所述的型材母排，其特征在于，所述空腔的宽高比小于18.7。

5.如权利要求1所述的型材母排，其特征在于，所所述第一单体型材母排、所述第二单体型材母排分别包括：单体水平段、单体侧边台、单体中间支撑筋，所述单体侧边台、所述单体中间支撑筋与所述单体水平段之间形成有开放空腔，所述第一单体型材母排和第二单体型材母排的单体中间支撑筋相配合能形成所述支撑部。

6.如权利要求5所述的型材母排，其特征在于，所述单体侧边台、所述单体中间支撑筋中至少之一具有分界面；所述分界面包括下述中的任意一种：

平面、预定形状的曲面、多个平面的组合、平面与预定形状的曲面的组合。

7.如权利要求6所述的型材母排，其特征在于，所述单体侧边台、所述单体中间支撑筋的分界面均为平面，所述第一单体型材母排、所述第二单体型材母排通过固定连接的方式连接固定。

8.如权利要求5或6所述的型材母排，其特征在于，所述第一单体型材母排、所述第二单体型材母排在分界面处形成有能将所述第一单体型材母排、所述第二单体型材母排互锁的滑动扣合机构。

9.如权利要求8所述的型材母排，其特征在于，所述第一单体型材母排和所述第二单体型材母排上各自的至少一个支撑筋相配合形成所述滑动扣合机构，所述第一单体型材母排和所述第二单体型材母排相配对的支撑筋之间形成有沿着垂直于所述第一方向和所述第二方向的第三方向的间隙，所述型材母排沿第三方向的最大相对位移量小于所述间隙。

10.如权利要求8所述的型材母排，其特征在于，所述滑动扣合机构还包括连接件，所述第一单体型材母排和所述第二单体型材母排上各自的至少一个支撑筋相配合形成有用于容纳所述连接件的配合腔，所述滑动扣合机构至少能限制所述第一单体型材母排与所述第二单体型材母排沿着垂直于所述第一方向和所述第二方向的第三方向相对移动。

11.如权利要求10所述的型材母排，其特征在于，所述连接件包括多个连接段，所述多个连接段沿着所述第一方向间隔设置，所述连接件的总长度小于所述配合腔沿着所述第一方向的长度。

12.如权利要求5所述的型材母排，其特征在于，所述型材母排的第一端和第二端处还设置有垫片。

13.如权利要求1所述的型材母排，其特征在于，所述导电本体的第一侧壁和第二侧壁上设置有至少一个散热孔。

14.如权利要求13所述的型材母排，其特征在于，所述支撑部上设置有至少一个通孔。

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