CN110994301B - 一种用于航天功率产品的钩型功率汇集装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于航天功率产品的钩型功率汇集装置，其由上至下包括功率汇集铜排(100)、绝缘板II(200)、绝缘板I(300)和结构壳体(400)；功率汇集铜排(100)用于连接功率导线(500)；该绝缘板I(300)位于绝缘板II(200)与结构壳体(400)之间，实施功率汇集铜排(100)与结构壳体(400)的绝缘连接；绝缘板II(200)位于功率汇集铜排(100)和绝缘板I(300)之间，提供安全间距；结构壳体(400)用于承载上述元件。本发明中功率汇集装置可有效解决航天功率产品在功率导线与功率汇集铜排焊接过程中虚焊问题，保证了焊接可靠性，提高了传输效率，有效实现了功率汇集功能。

Description

一种用于航天功率产品的钩型功率汇集装置
技术领域
本发明涉及一种功率汇集装置，特别是一种用于航天功率产品的钩型功率汇集装置。
背景技术
航天功率产品(如母线滤波器、分流调节器)中需要具有高可靠性的功率汇集环节，通常功率导线与汇流铜排之间采用焊片螺接方式。焊片导热截面积较大，导线在焊接过程中导热较快，从而易形成冷焊现象，以致焊接质量和可靠性降低，从而影响航天功率产品的电性能。焊片与汇流板(或组件)通过螺钉方式连接，在增加结构连接环节的前提下还增加了功率电流传递的阻抗值，降低的了传输效率。这就需要一种全新的用于航天功率产品的功率汇集装置，以降低导线焊接过程中的导热速度，提高焊片与汇流板(或组件)的连接可靠性，并降低电流传递的阻抗值，提高传输效率。
发明内容
为了克服现有技术的不足，为航天功率产品的功率汇集环节提供一种功率汇集装置，实现功率导线与焊片(本发明中为L形焊接柱)的焊接可靠，提高焊片与汇流板(或组件)的连接可靠性，并降低电流传递的阻抗值，提高传输效率。
本发明的目的在于提供以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种用于航天功率产品的钩型功率汇集装置，其中，该功率汇集装置由上至下包括功率汇集铜排、绝缘板II、绝缘板I和结构壳体；其中，该功率汇集铜排的外缘上加工有至少一个钩焊孔，每个钩焊孔加工后对应产生一个L形焊接柱，L形焊接柱用于连接功率导线，实施功率汇集；
优选所述L形焊接柱包括与功率汇集铜排的本体连接的纵向柱和远离功率汇集铜排本体的横向柱，该远离功率汇集铜排本体的横向柱用于作为功率导线的钩焊位置，将功率导线焊接在功率汇集铜排上；
该绝缘板I位于绝缘板II与结构壳体之间，承载功率汇集铜排和绝缘板II，用于实施功率汇集铜排与结构壳体的绝缘连接；
该绝缘板II位于功率汇集铜排和绝缘板I之间，用于实现铜排焊接区域与绝缘板I之间的安全间距；
该结构壳体固定于功率产品上，用于承载功率汇集铜排、绝缘板II和绝缘板I。
第二方面，本发明提供了一种功率汇集方法，该功率汇集方法采用上述第一方面中所述的功率汇集装置，包括如下步骤：
将功率导线环绕L形焊接柱，特别是其横向柱，通过紧压装置实施紧压操作，推送焊料施焊，将功率导线焊接在L形焊接柱特别是其横向柱上；
当功率汇集铜排为多层功率汇集铜排时，由上至下进行L形焊接柱与功率导线的焊接。
本发明提供的一种用于航天功率产品的钩型功率汇集装置，带来了有益的技术效果：
本发明提供的一种航天功率产品钩型功率汇集装置，可有效解决航天功率产品在功率导线与功率汇集铜排焊接过程中虚焊问题、焊片与汇流板(或组件)的高可靠连接问题，从而保证焊接质量和可靠性，提高传输效率，并实现功率汇集功能。
附图说明
图1示出本发明一种优选实施方式中功率汇集装置安装状态下结构示意图；
图2示出本发明一种优选实施方式中双层功率汇集铜排结构示意图；其中，图2a为双层功率汇集铜排的侧视图；图2b为双层功率汇集铜排的俯视图；图2c为图2b中A部分的放大图；图2d为下层的功率汇集铜排结构示意图；图2e为图2d中B部分的放大图；图2f为图2d中C部分的放大图；图2g为双层功率汇集铜排整体结构示意图；
图3示出本发明一种优选实施方式中绝缘板II的结构示意图；
图4示出本发明一种优选实施方式中汇集铜排导线分布图。
附图标号说明：
100-功率汇集铜排
110-L形焊接柱
111-纵向柱
112-横向柱
200-绝缘板II
210-凹槽
300-绝缘板I
400-结构壳体
410-绑扎通孔
500-功率导线
具体实施方式
下面通过附图和实施例对本发明进一步详细说明。通过这些说明，本发明的特点和优点将变得更为清楚明确。
在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其他实施例。
如图1和图2所示，本发明提供了一种钩型功率汇集装置，能够用于航天功率产品上实施功率汇集，该功率汇集装置由上至下包括功率汇集铜排100、绝缘板II200、绝缘板I300和结构壳体400；其中，该功率汇集铜排100用于连接功率导线500，实施功率汇集；
该绝缘板I300位于绝缘板II200与结构壳体400之间，承载功率汇集铜排100和绝缘板II200，用于实施功率汇集铜排100与结构壳体400的绝缘连接；
该绝缘板II200位于功率汇集铜排100和绝缘板I300之间，用于实现铜排焊接区域与绝缘板I300之间的安全间距，如≥3mm的安全间距；
该结构壳体400固定于功率产品上，用于承载功率汇集铜排100、绝缘板II200和绝缘板I300。
在本发明中，功率汇集铜排100的材质可以为铜材料，还可以为其他导电性较好的材料，如金、银等，功率汇集铜排仅作为连接功率导线的功率汇集元件的名称，并不局限于铜制材料制备得到。
在一种优选的实施方式中，所述功率汇集铜排100可以作为功率正铜排或者功率负铜排使用，其中，功率正铜排用于功率正导线的功率汇集，功率负铜排用于功率负导线的功率汇集。
该功率汇集铜排为板块结构，可以为功率正铜排或者功率负铜排独立板块，或者功率正铜排-功率负铜排一体式的综合板块。
该功率汇集铜排的最大截面形状可以为长方形、正方形、圆形、椭圆形或其他规则或不规则形状，在此不做限定，优选为规则形状，如对称形状。
在本发明中，功率汇集铜排100通过连接功率导线500实施功率汇集，其本身起到焊片的作用。然而，考虑到传统的焊片具有导热截面积大，导线在焊接过程中导热较快，从而易形成冷焊现象，以致焊接质量和可靠性降低，从而影响航天功率产品的电性能的情况，有必要对功率汇集铜排100的进行结构设计，在不影响焊接质量的前提下，降低导热截面积。为此，本发明人确定采用钩焊的焊接方式，并相应地对功率汇集铜排100进行结构设计。
在一种优选的实施方式中，所述功率汇集铜排100的外缘上加工有至少一个钩焊孔，每个钩焊孔加工后对应产生一个L形焊接柱110，L形焊接柱110包括与功率汇集铜排100的本体连接的纵向柱111和远离功率汇集铜排本体的横向柱112，该远离功率汇集铜排本体的横向柱112用于作为功率导线500的钩焊位置，将功率导线500焊接在功率汇集铜排100上。
上述L形焊接柱110与所述功率汇集铜排本体的连接为线型连接，与功率汇集铜排本体的连接截面积相较于传统的大面积焊片更小，相对于焊杯式焊线方式导热截面积较小，从而降低了导热速度，避免了虚焊。
在进一步优选的实施方式中，L形焊接柱110上远离功率汇集铜排本体的横向柱112与功率汇集铜排100的本体断开，即相邻L形焊接柱110之间断开，这样可以保证在对单个L形焊接柱110施焊时，热量不会直接传递至其旁边的焊点上，影响已经完成焊接的导线，从而可防止出现焊锡二次融化的情况。
在更进一步优选的实施方式中，钩焊孔与所述功率汇集铜排本体的连接截面积(即L形焊接柱110的横截面积)根据待焊接功率导线最大载流量而进行调整；有效钩焊长度(即L形焊接柱110的横向柱112的长度)根据待焊接功率导线的数量/规格而进行调整，具体示例如下；
当待焊接功率导线为1根C55/0812系列16号导线时，此时待焊接的功率导线最大载流量为1根上述16号导线的载流量，L形焊接柱110与所述功率汇集铜排本体的连接截面积为2.2mm2(即k倍的导线导体截面积，k为安全系数，本示例中k取1.5)，有效钩焊长度为2.1mm(即Dmax+L，其中Dmax为单根导线导体最大外径，L为长度余量，本示例中L取0.7mm)；随着载流量增加，连接截面积成比例增加；随着导线数量增加，有效钩焊长度增加；若同一焊接柱上焊接功率导线数量为N(N>1，且其中N1根功率导线电流方向为流入铜排，N2根功率导线电流方向流出铜排，N1+N2＝N)时，则上述待焊接的功率导线最大载流量根据同一电流方向(即流入铜排或流出铜排)的导线最大载流量来确定(即k*max[N1，N2]倍单根上述16号功率导线载流量，max[N1,N2]表示N1、N2的最大值，本示例中k取1.5)，从而可确定上述L形焊接柱110与所述功率汇集铜排本体的最大连接截面积(即k*max[N1，N2]倍单根上述16号功率导线导体截面积)以及有效钩焊长度(即N*Dmax+L,其中Dmax为单根导线导体最大外径，L为长度余量，本示例中L取0.7mm)。
当待焊接功率导线为1根C55/0812系列20号导线时，L形焊接柱110与所述功率汇集铜排本体的连接截面积为1.1mm2(即k倍的导线导体截面积，k为安全系数，本示例中k取1.5)，有效钩焊长度为1.7mm(即Dmax+L，其中Dmax为单根导线导体最大外径，L为长度余量，本示例中L取0.7mm)；随着载流量增加，连接截面积成比例增加；随着导线数量增加，有效钩焊长度增加；若同一焊接柱上焊接功率导线数量为N(N>1，且其中N1根功率导线电流方向为流入铜排，N2根功率导线电流方向流出铜排，N1+N2＝N)时，则上述待焊接的功率导线最大载流量根据同一电流方向(即流入铜排或流出铜排)的导线最大载流量来确定(即k*max[N1，N2]倍单根上述20号功率导线载流量，max[N1,N2]表示N1、N2的最大值，本示例中k取1.5)，从而可确定上述L形焊接柱110与所述功率汇集铜排本体的最大连接截面积(即k*max[N1，N2]倍单根上述20号功率导线导体截面积)以及有效钩焊长度(即N*Dmax+L,其中Dmax为单根导线导体最大外径，L为长度余量，本示例中L取0.7mm)。
当待焊接功率导线为1根C55/0812系列18号导线时，L形焊接柱110与所述功率汇集铜排本体的连接截面积为1.7mm2(即k倍的导线导体截面积，k为安全系数，本示例中k取1.5)，有效钩焊长度为1.9mm(即Dmax+L，其中Dmax为单根导线导体最大外径，L为长度余量，本示例中L取0.7mm)；随着载流量增加，连接截面积成比例增加；随着导线数量增加，有效钩焊长度增加；若同一焊接柱上焊接功率导线数量为N(N>1，且其中N1根功率导线电流方向为流入铜排，N2根功率导线电流方向流出铜排，N1+N2＝N)时，则上述待焊接的功率导线最大载流量根据同一电流方向(即流入铜排或流出铜排)的导线最大载流量来确定(即k*max[N1，N2]倍单根上述18号功率导线载流量，max[N1,N2]表示N1、N2的最大值，本示例中k取1.5)，从而可确定上述L形焊接柱110与所述功率汇集铜排本体的最大连接截面积(即k*max[N1，N2]倍单根上述18号功率导线导体截面积)以及有效钩焊长度(即N*Dmax+L,其中Dmax为单根导线导体最大外径，L为长度余量，本示例中L取0.7mm)。
当待焊接功率导线为1根C55/0812系列14号导线时，L形焊接柱110与所述功率汇集铜排本体的连接截面积为3.5mm2(即k倍的导线导体截面积，k为安全系数，本示例中k取1.5)，有效钩焊长度为2.4mm(即Dmax+L，其中Dmax为单根导线导体最大外径，L为长度余量，本示例中L取0.7mm)；随着载流量增加，连接截面积成比例增加；随着导线数量增加，有效钩焊长度增加。若同一焊接柱上焊接功率导线数量为N(N>1，且其中N1根功率导线电流方向为流入铜排，N2根功率导线电流方向流出铜排，N1+N2＝N)时，则上述待焊接的功率导线最大载流量根据同一电流方向(即流入铜排或流出铜排)的导线最大载流量来确定(即k*max[N1，N2]倍单根上述14号功率导线载流量，max[N1,N2]表示N1、N2的最大值，本示例中k取1.5)，从而可确定上述L形焊接柱110与所述功率汇集铜排本体的最大连接截面积(即k*max[N1，N2]倍单根上述14号功率导线导体截面积)以及有效钩焊长度(即N*Dmax+L,其中Dmax为单根导线导体最大外径，L为长度余量，本示例中L取0.7mm)。
在更进一步优选的实施方式中，所述功率汇集铜排100及其上的L形焊接柱110一体成型加工得到，通过钩焊孔的设计，将功率汇集铜排的焊线连接方式由焊片螺接式更改为钩焊一体化式，通过L形焊接柱110与功率汇集铜排100的一体化设计，取消螺钉连接环节，在降低电流传递的阻抗值同时提高传输效率。
在本发明中，所述功率汇集铜排100为单层功率汇集铜排或者多层功率汇集铜排，其中，单层功率汇集铜排是指L形焊接柱110在同一高度层面上，多层功率汇集铜排是指L形焊接柱110在多个高度层面上。当所述功率汇集铜排100为多层功率汇集铜排时，上下层L形焊接柱110的纵向柱111平行，且上层L形焊接柱110的纵向柱111的长度短于下层L形焊接柱110的纵向柱111，该设计利于多层功率汇集铜排的加工以及后续施焊操作。
本发明中，功率汇集铜排100和绝缘板II200上开设有相对应的纵向通孔，螺钉或螺栓等第一连接件分别穿过功率汇集铜排100和绝缘板II200上的纵向通孔进入但不穿透绝缘板I300，绝缘板I300上开设纵向通孔，螺钉或螺栓等第二连接件通过该纵向通孔与结构壳体400连接，这样即可实现功率汇集铜排100与结构壳体400的绝缘连接。
在本发明中，绝缘板II200和绝缘板I300为绝缘材料制备得到，该绝缘材料包括但不限于高分子聚合物材料，在此不再赘述。
在本发明中，如图3所示，绝缘板II200为板状，优选其边缘开设对应钩焊孔分布的凹槽210，该凹槽210的长度不小于功率汇集铜排100外缘上钩焊孔的分布长度，且该凹槽210的深度满足使L形焊接柱110的横向柱112落在绝缘板II200的板面外；考虑到功率汇集铜排100可以为单层功率汇集铜排或者多层功率汇集铜排，该L形焊接柱110为最下层功率汇集铜排上的L形焊接柱110。
绝缘板II200为了起到绝缘作用需要具有一定的厚度，特别地，绝缘板II200的厚度大于焊点高度。如焊点高度为2mm，绝缘板II200的厚度可以为3mm。
在本发明中，绝缘板I300为板状，优选其横截面积能够覆盖功率汇集铜排100的最大截面积，以更好的绝缘和安装。
在本发明中，结构壳体400为板状结构，其上开设纵向通孔，螺钉或螺栓等第三连接件通过该通孔即可实现与功率产品的固定连接。
进一步地，该结构壳体400上开设绑扎通孔410，优选该绑扎通孔410在靠近L形焊接柱110的部位开设，用于绑扎待焊接于L形焊接柱110上的功率导线500，使功率导线500在功率汇集铜排100上分布清晰。
在本发明中，基于该功率汇集装置的焊接可靠性、电流传输的高效率性，该功率汇集装置适用于航天功率产品，但不限于航天功率产品，且航天功率产品包括但不限于母线滤波器、分流调节器等。
本发明的另一方面在于提供一种功率汇集方法，该功率汇集方法采用上述的功率汇集装置，包括如下步骤：
将功率导线500环绕L形焊接柱110，特别是其横向柱112，通过紧压装置(如钳子)实施紧压操作，推送焊料如焊丝施焊，将功率导线500焊接在L形焊接柱110特别是其横向柱112上。焊接后功率汇集铜排上的导线分布如图4所示。
当功率汇集铜排100为多层功率汇集铜排时，优选由上至下进行L形焊接柱110与功率导线500的焊接。
实施例
如图1和图2所示，提供了一种用于分流调节器的钩型功率汇集装置，该功率汇集装置由上至下包括功率汇集铜排100、绝缘板II200、绝缘板I300和结构壳体400，结构壳体400上负载两组功率汇集铜排100-绝缘板II200-绝缘板I300构成的组件，两组中功率汇集铜排100分别作为功率正铜排和功率负铜排，分别用于功率正导线和功率负导线的功率汇集。
功率汇集铜排100和绝缘板II200上开设有相对应的纵向通孔，螺钉分别穿过功率汇集铜排100和绝缘板II200上的纵向通孔进入但不穿透绝缘板I300，绝缘板I300上开设纵向通孔，螺钉通过该纵向通孔与结构壳体400连接，这样即可实现功率汇集铜排100与结构壳体400的绝缘连接。结构壳体400上开设纵向通孔，螺钉通过该通孔即可实现与功率产品的固定连接。
所述功率汇集铜排100为双层功率汇集铜排，各层汇集铜排的截面均为四角呈圆弧状的长方形，各层的外缘上加工有多个钩焊孔(如长度方向开设8个，宽度方向开设两个)，相对外缘的钩焊孔相向开设，每个钩焊孔加工后对应产生一个L形焊接柱110，上下层L形焊接柱110的纵向柱111平行，且上层L形焊接柱110的纵向柱111的长度短于下层L形焊接柱110的纵向柱111。
L形焊接柱110上远离功率汇集铜排本体的横向柱112与功率汇集铜排100的本体断开，使得相邻L形焊接柱110之间断开，降低热量传导，如图2所示，断开间隙为1mm。功率汇集铜排100及其上的L形焊接柱110一体成型加工得到，取消螺钉连接环节，在降低电流传递的阻抗值同时提高传输效率。
如图2和图4所示，由于每个L形焊接柱110上焊接两根C55/0812系列16号功率导线(其中一根导线电流方向为流入铜排，另一根导线电流方向为流出铜排，因此最大载流量为1根导线的载流量)，该功率汇集铜排上，钩焊孔与所述功率汇集铜排本体的连接截面积(即L形焊接柱110的横截面积)为2.2mm2(即k倍单根上述16号功率导线导体截面积，k取1.5)，有效钩焊长度(即L形焊接柱110的横向柱112的长度)为3.5mm(即N*Dmax+L,其中Dmax为单根上述16号功率导线导体最大外径，L为长度余量，本示例中L取0.7mm，N＝2)。
如图3所示，绝缘板II200为四边开设凹槽210的长方形绝缘板，凹槽210的长度不小于功率汇集铜排100外缘上钩焊孔的分布长度，且该凹槽210的深度满足使下层L形焊接柱110的横向柱112落在绝缘板II200的板面外。
绝缘板I横截面积能够覆盖功率汇集铜排100的最大截面积；结构壳体400为长方形金属结构壳体，功率汇集铜排100-绝缘板II200-绝缘板I300构成的两组组件固定在结构壳体400两端，结构壳体400上开设绑扎通孔410，绑扎通孔410分布于各组组件的两侧，便于功率导线500的绑扎。
焊接时，由上至下进行L形焊接柱110与功率导线500的焊接：将功率导线500环绕L形焊接柱110的横向柱112，通过钳子实施紧压操作，推送焊料如焊丝施焊，将功率导线500焊接在横向柱112上。焊接后功率汇集铜排上的导线分布如图4所示。

Claims (10)

1.一种用于航天功率产品的钩型功率汇集装置，其特征在于：该功率汇集装置由上至下包括功率汇集铜排(100)、绝缘板II(200)、绝缘板I(300)和结构壳体(400)；其中，该功率汇集铜排(100)的外缘上加工有至少一个钩焊孔，每个钩焊孔加工后对应产生一个L形焊接柱(110)，L形焊接柱(110)用于连接功率导线(500)，实施功率汇集；
该绝缘板I(300)位于绝缘板II(200)与结构壳体(400)之间，承载功率汇集铜排(100)和绝缘板II(200)，用于实施功率汇集铜排(100)与结构壳体(400)的绝缘连接；
该绝缘板II(200)位于功率汇集铜排(100)和绝缘板I(300)之间，用于实现铜排焊接区域与绝缘板I(300)之间的安全间距；
该结构壳体(400)固定于功率产品上，用于承载功率汇集铜排(100)、绝缘板II(200)和绝缘板I(300)。
2.根据权利要求1所述的功率汇集装置，其特征在于：所述L形焊接柱(110)包括与功率汇集铜排(100)的本体连接的纵向柱(111)和远离功率汇集铜排本体的横向柱(112)，该远离功率汇集铜排本体的横向柱(112)用于作为功率导线(500)的钩焊位置，将功率导线(500)焊接在功率汇集铜排(100)上。
3.根据权利要求2所述的功率汇集装置，其特征在于：所述L形焊接柱(110)上远离功率汇集铜排本体的横向柱(112)与功率汇集铜排(100)的本体断开。
4.根据权利要求1所述的功率汇集装置，其特征在于：所述功率汇集铜排(100)为单层功率汇集铜排或者多层功率汇集铜排，其中，单层功率汇集铜排是指L形焊接柱(110)在同一高度层面上，多层功率汇集铜排是指L形焊接柱(110)在多个高度层面上。
5.根据权利要求4所述的功率汇集装置，其特征在于：所述功率汇集铜排(100)为多层功率汇集铜排时，上下层L形焊接柱(110)的纵向柱(111)平行，且上层L形焊接柱(110)的纵向柱(111)的长度短于下层L形焊接柱(110)的纵向柱(111)。
6.根据权利要求1所述的功率汇集装置，其特征在于：所述功率汇集铜排(100)为一体成型加工得到。
7.根据权利要求1所述的功率汇集装置，其特征在于：所述绝缘板II(200)为板状，其边缘开设对应钩焊孔分布的凹槽(210)，该凹槽(210)的长度不小于功率汇集铜排(100)外缘上钩焊孔的分布长度，且该凹槽(210)的深度满足使与最下层的L形焊接柱(110)的横向柱(112)落在绝缘板II(200)的板面外。
8.根据权利要求1所述的功率汇集装置，其特征在于：所述结构壳体(400)上开设绑扎通孔(410)，用于绑扎待焊接于L形焊接柱(110)上的功率导线(500)。
9.根据权利要求1所述的功率汇集装置，其特征在于：所述功率汇集铜排(100)和绝缘板II(200)上开设有相对应的纵向通孔，第一连接件分别穿过功率汇集铜排(100)和绝缘板II(200)上的纵向通孔进入但不穿透绝缘板I(300)，绝缘板I(300)上开设纵向通孔，第二连接件通过该纵向通孔与结构壳体(400)连接；结构壳体(400)上开设纵向通孔，第三连接件通过该通孔即可实现与功率产品的固定连接。
10.一种功率汇集方法，该功率汇集方法采用上述权利要求1至9之一所述的功率汇集装置，包括如下步骤：
将功率导线(500)环绕L形焊接柱(110)，特别是其横向柱(112)，通过紧压装置实施紧压操作，推送焊料施焊，将功率导线(500)焊接在L形焊接柱(110)特别是其横向柱(112)上；
当功率汇集铜排(100)为多层功率汇集铜排时，由上至下进行L形焊接柱(110)与功率导线(500)的焊接。
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