CN1714478A - 用于提高电连接使用寿命的接触装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种以提高电连接的传导性的接触装置，该连接由互相接触的两个导体(21和23)组成，实质上包含被放置在该连接的两个导体(21和23)的两个接触表面(22和24)间的传导插入物。根据本发明的主要特征，该传导插入物由具有高形变度和孔隙度的导电泡沫(10)组成以减少连接的电阻，该导电泡沫由一种或多种材料制造。

Description

用于提高电连接使用寿命的接触装置
本发明涉及用于提高和增加电连接的传导性的装置，并尤其涉及提高电连接使用寿命的接触装置。
在电力工程领域，电解电池或炼钢炉的电连接承受着高强度电流(I＞1,000A)和高温度。这导致显著的可达到每个连接数kW的电损耗，因此引起的输出损耗是一个较大的问题。这些连接的劣化是不可逆的。再者，接触表面的劣化包含通过这个表面的电流密度的变化。由于焦耳效应以及加速连接和导体劣化的温度增加，电损耗因此发生，并甚至可引起它们的熔化。
连接的保养要求它们可被拆卸，以使接触区域可被重作表面。转盘磨床通常被用于实现这些重作表面的操作。他们磨损接触表面的整个平面，其限制接触区域和点。当接触区域小时，连接承受集中在这些区域的电应力，从而引起它们更快地劣化。
为了获得崭新的接触表面，连接必须被全部地拆卸，以使接触表面可被重新加工。然而，这个操作是相当的麻烦和代价昂贵的。
这是为什么本发明的主要目的是提供一种用于电连接的接触装置，以提高这些连接的导电性并减缓接触表面劣化的原因。
本发明的另一个目的是提供一种改善电连接的接触装置，以当它们处于劣化的先前状态时增加这些连接的电性能特性。
发明的第三个目的是提供一种被设计为改善承受1,000A以上高强度电流的电连接的接触装置，以增强这些连接的电性能特性。
从而，本发明的目的是一种用于提高电连接的传导性的接触装置，该连接由互相接触的两个导体组成，实质上包含被放置在该连接的两个导体的两个接触表面间的传导插入物。根据本发明的主要特征，该传导插入物由具有高形变度和孔隙度的导电泡沫组成以减少连接的电阻，该导电泡沫由一种或多种材料制造。
当使用结合附图时，根据下面说明书，本发明的目的、目标和特征将会更清楚，附图中：
图1a是铜泡沫的横截面的微观表示，
图1b表示根据本发明实施例的铜泡沫垫，
图2a表示根据在紧固前的本发明的电连接的横截面，
图2b表示根据本发明的电连接的横截面。
参考图1，被用于根据本发明的装置中的传导(conductive)插入物是一种金属泡沫(foam)10，该金属泡沫10根据说明在专利申请WO02/059396中的方法优选制造，可以理解，根据本发明的装置不限于使用说明在这篇文献中的处理获得的金属泡沫。金属泡沫优选是铜泡沫。其具有蜂窝结构，其物理性能主要是高孔隙度和形变度以及400g/m2数量级(order)的低密度。与之比较，同样厚度的铜片的密度约是15kg/m2。
根据提供微观和示意表示的图1a，尽管根据本发明的铜泡沫垫(pad)10的横截面的开放式图示说明，铜泡沫的蜂窝结构是主要由空的孔隙组成的这样的结构。从而，其表面特征为测量的尺寸约为一个微米、每mm2具有多至30个点的大量的接触点11。铜泡沫厚约2mm。
根据本发明的一个实施例，这种根据本发明形成传导插入物的铜泡沫被切割成如图2所示的电连接的接触表面大小，并且特征为一个开孔18，以使夹紧螺栓可以穿过它插入。以这种方式切割的铜泡沫特征为两个周边密封14和16。周边密封14和16可以不同方法形成。它们可被注入(impregnate)在泡沫中，或在周边沉积密封物。还可以通过折叠(fold)泡沫垫的边沿到其自身上至少一次或通过卷垫的边沿产生密封。
图2a和2b表示根据本发明的电连接。根据图2a，导体21和23被定位于铜泡沫10的任意一侧，以使其表面22和24与铜泡沫相接触。同样地，铜泡沫是电连接的两个导体间的插入物。根据图2b，通过紧固接触使导体21和23间电连接，该紧固接触使用譬如经为此目的提供的开口穿过两个导体、并穿过铜泡沫10中开口18的接合螺栓25的紧固装置。
根据本发明的装置可被用于新的电连接的接触。在这个例子中，它改善了流过接触表面的电流的均匀性。例如，在由两个互相接触的导体21和23表示的电连接中，接近紧固装置或接合螺栓25的接触是较大的。从而，由接触的导体21、23产生的电连接的阻抗和因此的电损耗在接近紧固装置25处是最小的，并且随远离此处而增加。这种电流的不均匀性分布促生了较高电流集中的区域和因此在增加的应力下的区域，并导致较快的劣化。传导铜泡沫插入物的添加增加了在两个导体21和23间接触点的数量，从而使均匀性分布的电流遍布整个接触表面。由于均匀性分布，没有电流集中的区域，从而没有区域承受较大的负荷和导致较快的劣化。
根据本发明的装置还可方便地被用于在退化的或变形的电连接中的接触。在电解电池和炼钢炉领域，导体和电连接承受高强度电流和高温。连接耗损主要通过电连接的接触表面变形而转变。因此，可达到每个连接数kW的显著的电损耗以及通过这些接触表面的电流流动的变化被经历。由于铜泡沫的插入，所以不再需要对变形接触表面的重新加工。在使用退化的或变形的接触表面22和24的电连接中获得明显的改善，甚至在具有一个毫米的量级的变形时。铜泡沫的形变度可使全部的泡沫10顺从接触表面22和24的退化的外形，如图2b中放大部分所示，从而增加接触面积，并分散了紧固装置25施加的压力。再者，铜泡沫的表面上的点11成倍增加了接触点的数量。这通过降低电损耗而使导电路径状况改善。另外，位于铜泡沫的表面上的点还穿透金属表面上出现的和进而导体21、23上的氧化层，譬如氧化铜或在铝情况中的氧化铝。这些层具有绝缘效果并起到了电阻器的作用，从而引起电损耗。因此，根据本发明的装置使耗损连接的导电性被提高，甚至不用预先清理。
通过沿连接的周围产生密封的阻挡层(barrier)的周边密封(seal)14和16有助于减少穿透连接的外部破坏性介质(agent)的量。进一步，尤其在氯/氢氧化钠电解电池的情况中，破坏性介质通常是液体，譬如碳酸水或洗涤液或任何其它含水污染物。
通过沉积提高热传递或导电性的物质，铜泡沫被改进。这样，作为传导插入物的镀银铜泡沫的使用提高了根据本发明的装置的功效。事实上，由两个铜导体形成的1dm2连接的电位降对于5,000A电流而言是50mV的数量级。对于在所有三中情况中同样的温度和压力状况而言，对于铜泡沫，电位降减小到26mV，对于镀银铜泡沫，电位降仅仅是5mV。通过常规电化学处理或在真空下，银被沉积在铜泡沫上。
不脱离本发明的范围，由银泡沫组成的导体插入物的使用也是可行的。
根据本发明的装置的优点在于，它随温度上升而愈加有效。使用根据本发明具有镀银铜泡沫的装置，1dm2连接的电位降对于在300℃时5,000A电流而言是几个mV的数量级。这具体是因为当温度上升时，金属泡沫(铜泡沫、镀银铜泡沫或银泡沫)的点11与连接的导体21、23融合在一起的事实。
尽管金属泡沫优选被用于本发明的实施中，但任何其它由一种或多种材料组成的传导泡沫可被使用。
根据本发明的装置呈现其他众多的优点。其实施是快速的、容易的及清洁的。具体优点在于提高了铜/铜电连接、以及两个譬如铝/铜、钢/铝或钢/铜对的不同电导体间的连接的导电性。
根据本发明的装置，通过降低其引入的电损耗，来减缓承受高强度电流的电连接的表面状况的劣化。
这种装置的经济利益在于，由于电损耗的减少和降低的保养和维护而使成本降低。再者，这些优点属于由环境标准规定的节能政策的范围。
根据本发明的铜泡沫还可被用于改善热接触传导性，并从而避免由于从一种材料向另一种材料热传递的热损耗。
此外，其它应用是可预知的并可应用至譬如二极管、可控硅等的电连接元件的电连接和热传递，还有用于改进机动车部分中的铝导体上的接线片的压接。从而，本发明的使用可被应用至低强度电连接中。

Claims (9)

1、一种用于提高电连接的传导性的接触装置，该连接由互相接触的两个导体(21和23)组成，实质上包括被放置在所述连接的两个导体(21和23)的两个接触表面(22和24)间的传导插入物，所述传导插入物由具有高形变度和孔隙度的导电泡沫(10)组成以减少连接的电阻，该导电泡沫由一种或多种材料制造。
2、根据权利要求1的接触装置，其中电流大于1,000A。
3、根据权利要求1或2的接触装置，其中由导电泡沫(10)组成的所述传导插入物至少包含沿所述传导插入物的周围相对于外部破坏性介质产生密封阻挡层的周边密封(14和16)。
4、根据权利要求3的接触装置，其中所述泡沫是铜泡沫。
5、根据权利要求3的接触装置，其中所述泡沫是镀银铜泡沫。
6、根据权利要求3的接触装置，其中所述泡沫是银泡沫。
7、根据权利要求1或2的接触装置，其中所述传导插入物被放置在其表面(22和24)劣化的所述导体(21和23)之间。
8、根据权利要求7的接触装置，其中通过沿所述传导插入物的周围沉积弹性体类型的密封物来形成所述密封(14和16)。
9、根据权利要求7的接触装置，其中通过至少在所述传导插入物的边沿上折叠来形成所述密封(14和16)。
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