一种三柱串级互联结构的压接及校正方法与流程

本发明属于半导体开关技术领域，涉及一种三柱串级互联结构的压接及校正方法，特别涉及一种机械式高压直流断路器换流支路触发开关模块中的三柱串级互联结构压接式器件的压接及校正方法。

背景技术：

在机械式高压直流断路器中，换流支路的触发开关利用电力电子器件的通断特性制造过零点，协助主开关的关断，其在高压直流输配电行业具有广泛的应用。

目前由于高电压和大电流的原因，机械式高压直流断路器通常使用压接式器件，比如igct(intergranedgatetransistor，集成门极换向晶闸管)、iget(injectionenhancedgatetransistor，栅极注入增强型晶体管)、压接型igbt(insulatedgatebipolartransistor，绝缘栅双极型晶体管)和压接型二极管等。基于压接式器件的触发开关是机械式高压直流断路器的核心部件。

在触发开关设计领域，整体结构小型化和提高其功率密度是目前的发展方向。而采用多柱串级互联的设计是实现触发开关小型化的一条可行方向，然而目前采用的压接技术均为单柱压接，一方面，其器件堆叠位置度不易控制，对员工操作技术要求高，效率低，另一方面，其难以适用于多柱串级互联结构，原因如下：1)多柱互联时，多柱需要同时受力压接，由于器件本身压缩变形量的不同，无法直接使用同一台压力设备，即其无法解决三柱同时压接时压力分布不均匀的现象；2)多柱互联结构，每层器件相互关联影响，器件定位困难，堆叠完成后检验校正困难；3)多柱互联结构需要对每一柱器件的压缩变形量进行测量收集，同时按需求进行补偿，目前没有合适的补偿方法。即使强行使用单柱压接技术进行多柱压接，需要进行单柱压接后还需要连接排进行二次连接，占用的空间体积过大而且结构繁琐复杂。

因此，开发一种多柱串级互联结构的压接及校正方法极具现实意义。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有的压接技术限制了多柱串级互联结构应用的缺陷，提供一种三柱串级互联结构的压接及校正方法。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种三柱串级互联结构的压接及校正方法，步骤如下：

(1)搭接框架，所述框架包括上承压板、下承压板及位于上、下承压板之间的拉杆，框架搭接完成后，在框架两侧布置左支撑检验支架和右支撑检验支架，通过左支撑检验支架和右支撑检验支架对上、下承压板的间距和水平度进行调整，并对上、下承压板的四边进行定位；

(2)在上承压板上三柱对应的预留孔处分别安装激光定位辅助工装，调整光束使得每柱光线照射到下承压板与其对应的销轴定位孔的中心，方便后道工序器件堆叠时，可以以定位光束作为参考基准，利于员工进行操作，同时也避免了器件盲对位过程中器件表面与定位销轴产生摩擦，划伤器件安装面，本发明的三柱串级互联结构中的所有的压接型器件均采用中心孔销轴进行定位，相应的连接件和绝缘结构件也采用中心孔定位，由定位销轴进行定位，当然本发明的保护范围并不仅限于此，本领域技术人员可根据实际需求对三柱串级互联结构进行合理设计，即激光定位辅助工装对准的孔位并不仅限于销轴定位孔；

(3)在下承压板三个销轴定位孔围成的区块靠近内侧安装补偿片，补偿片位于上承压板与下承压板之间；

(4)在补偿片i、补偿片ii和补偿片iii对应的柱体的背面布置相同厚度及尺寸的薄片后，对三柱器件进行堆叠，由于是多层堆叠，为了保证器件在堆叠过程中平稳不倾斜，需要在每柱的补偿片对称面添加同等厚度的薄片做支撑作用，待器件堆叠完成预固定后去除薄片，堆叠过程通过定位销轴进行初步定位；

(5)将承压锁紧装置布置在三柱器件的顶部，所述承压锁紧装置包括压紧油缸、导向筒、碟簧、锁紧螺母、球面螺杆和凹面压块，所述压紧油缸、球面螺杆与凹面压块由上至下依次排列，所述凹面压块与三柱器件的顶部接触，所述导向筒套在球面螺杆外，其上部与压紧油缸连接，其下部与锁紧螺母连接，所述碟簧套在导向筒外；

(6)将承压锁紧装置手动预锁紧，将左支撑检验支架和右支撑检验支架通过检验支架定位销固定在上承压板上，使用探杆工装对压接型二极管所在柱体的位置度进行检查校正，将igct位置检具固定到下承压板上，借助igct外壳安装固定孔位对igct所在柱体进行位置度校正；

(7)为保证三柱相同压力，将三柱器件顶部的三套承压锁紧装置的压紧油缸与同一液压泵连接，并通过油压进行压力确认，以相同压力同时对三柱进行压接(压力相同，压缩变形量不同)。

本发明的三柱串级互联结构的压接及校正方法，以相同压力进行三柱同时压紧，解决了现有技术单柱压接制造三柱串级互联结构存在压力分布不均匀的问题，同时对多柱压接造成的受力变形问题，在三柱内侧特定区域进行变形量补偿，通过设置的左支撑检验支架、右支撑检验支架及igct位置检具能够对器件位置度可以有效进行调控，此外，激光定位辅助工装及定位销轴的加入能够辅助多柱器件的堆叠定位，显著提升器件堆叠效率和质量，极具应用前景。

作为优选的技术方案：

如上所述的一种三柱串级互联结构的压接及校正方法，由于是压接型器件，为保证电气连接性能，三柱器件的所有接触面在进行堆叠前都使用使用无水酒精擦拭干净。

如上所述的一种三柱串级互联结构的压接及校正方法，通过所述承压锁紧装置的球面螺杆和凹面压块的配合可对三柱器件进行偏心自纠正；

每柱器件由多层器件堆叠而成，三柱每层器件之间均通过铜排进行连接；

由于压接型二极管所在柱体和igct所在柱体以及其他连接器件的压缩量不同，三柱器件多层堆叠压接后，每个柱体的压缩变形量均不同，为避免柱体间相互影响，三柱器件的柱体间的所有连接排均采用软连接的方式连接，连接排与器件通过定位销轴进行定位。

如上所述的一种三柱串级互联结构的压接及校正方法，在本发明的三柱串级互联结构的压接过程中，由于压接型器件内部结构(陶瓷外壳、芯片、支撑框架及铜安装面等)原因，受压后器件的两个表面的变形并不是完整意义上平面整体变形，压力的分布不均匀。承压传递后实际体现出来为器件安装面中部受力大于器件安装面边缘受力，发明人在实际使用压力试纸(富士压敏试纸)进行压力分布均匀的检测时，发现中心显色而边缘不显色且呈现出一定的规律性。该现象会根据器件相邻的连接材料的弹性模量不同而变化，即压力传递时器件表面的变形量会根据力传递路径上材料弹性变形而发生变化，材质越软，弹性模量越低，对器件表面变形的影响越大。本发明的igct所在柱体中的每层器件间由于电气设计原因，采用了绝缘块进行隔离。由于绝缘块的材质较软，通过绝缘柱过渡，对变形量可有效进行补偿；压接型二极管所在柱体中的各部件中，每隔4个压接型二极管由1个铝块进行过渡连接，由于铝块材质较硬，对压接型二极管的安装面变形无法起到有效补充，根据压接型二极管所在柱体安装面变形量，铝块表面进行了内凹加工处理，内凹尺寸与压接型二极管所在柱体的变形量相对应，从而进行变形补偿，最终达到压力分布均匀的要求，一般而言内凹0.03～0.05mm。

如上所述的一种三柱串级互联结构的压接及校正方法，所述对压接型二极管所在柱体的位置度进行检查校正具体为：通过对压接型二极管所在柱体的铝块的位置检测来检测二极管器件的位置度偏差，由于压接型二极管器件中心定位孔尺寸固定，其他器件定位孔径与之相同，为满足工艺要求，将定位销轴的直径设计为特定尺寸，使之满足当4个压接型二极管定位最大总偏差小于压接型二极管压接允许的最大偏差尺寸。

如上所述的一种三柱串级互联结构的压接及校正方法，所述压接的具体步骤为：压紧油缸推动球面螺杆和锁紧螺母向下对凹面压块压紧，同时导向筒反向向上运动压缩碟簧进行压力储能，当三柱压力达到设定值后，将锁紧螺母拧紧，锁定碟簧的变形量，完成压接。

如上所述的一种三柱串级互联结构的压接及校正方法，所述补偿片共有三块，其分别对应三个销轴定位孔，其形状与两圆相交围成的公共部分相同，销轴定位孔i和销轴定位孔ii为压接型二极管所在柱体的安装孔位，销轴定位孔iii为igct所在柱体的安装孔位，销轴定位孔i和销轴定位孔ii对应柱体分别安有补偿片i和补偿片ii，销轴定位孔iii对应柱体安有补偿片iii，所述补偿片i、补偿片ii和补偿片iii均布置在三个柱体的内侧，其中补偿片i对称于销轴定位孔i与销轴定位孔iii的中心连接线布置，补偿片ii对称于销轴定位孔ii与销轴定位孔iii的中心连接线布置，补偿片iii对称于销轴定位孔i、销轴定位孔iii和销轴定位孔ii的中心依次连接后形成夹角的中线布置，由于压接型器件要求的压力较大，三柱串级互联结构三柱同时承压，而且三柱位置分布相对于上、下承压板来说为偏心受力，当三柱器件同时承压时，导致上、下承压板受力变形，三柱构成的三角形区域外围受力较大，内侧受力则较小，而三柱结构的压接型二极管所在柱体和igct所在柱体由于内部结构的原因，受力时要求压力分布均匀，避免内部芯片因受力不均损坏，因此需要对三柱内侧特定区域进行变形量补偿。本发明的保护范围并不仅限于此，此处仅给出一种可行的技术方案而已，在实际应用中本领域技术人员可根据实际需求设计补偿片，当然补偿片的形状与三柱体的结构布局相关，以保证能够对变形量进行充分补偿。

如上所述的一种三柱串级互联结构的压接及校正方法，所述补偿片i、补偿片ii和补偿片iii的形状及尺寸相同，具体为根据承压板厚度尺寸和材质，以及压力的大小与分布导致的变形量，补偿片的厚度为0.2～0.4mm，补偿片的厚度过厚，则三柱内侧区域器件受力会过大，导致压力分布不均匀，补偿片的厚度过薄，则三柱外侧区域器件受力会过大，同样导致压力分布不均匀，这两种情况都有可能引起器件内部芯片受力不均导致失效，影响产品的可靠性。补偿片的面积为对应柱体截面积的1/6～1/5，补偿面积过小，起不到补偿效果，补偿面积过大，会补偿失效，使变形小的区域受力增大，导致压力分布不均加剧。

有益效果：

(1)本发明的三柱串级互联结构的压接及校正方法，根据三柱同时压紧后，框架上下承压板的变形量进行测量，同时对压力分布不均匀的区域进行补偿；

(2)本发明的三柱串级互联结构的压接及校正方法，器件堆叠时在上承压板上安装激光辅助定位工装，对多层器件堆叠进行辅助导向，解决员工堆叠效率低以及技能要求高的问题；

(3)本发明的三柱串级互联结构的压接及校正方法，为使三柱器件同时受力，避免器件压缩变形不同导致各柱器件干涉，设计每柱采用独立油缸进行压接，共用泵站进行控制压力；

(4)本发明的三柱串级互联结构的压接及校正方法，对上下承压板的加工精度提出要求，同时增加对应的工艺孔，借助上下承压板安装校正工装，对每柱堆叠好的器件进行位置度校正；

(5)本发明的三柱串级互联结构的压接及校正方法，对每柱压接型器件的位置分布导致的压力传递进行控制，对器件的变形量进行补偿，为多柱串级互联结构的压接及校正提供了全新的技术思路，极具应用前景。

附图说明

图1为本发明的三柱串级互联结构的主体结构三维图；

图2为本发明的三柱串级互联结构的主体结构的框架搭接示意图；

图3为本发明的三柱串级互联结构的器件堆叠激光辅助定位示意图；

图4为本发明的三柱串级互联结构的器件位置度校正示意图；

图5a、5b和5c分别为本发明的三柱串级互联结构的压接变形、补偿区域及俯视的示意图；

图6a和6b分别为本发明的三柱串级互联结构的三柱压接和压接锁紧示意图；

图7为压接型二极管柱中压接型二极管受压变形和变形补偿示意图；

其中，1-上承压板，2-拉杆，3-下承压板，4-软连接铜排，5-下连接铜排，6-铝块，7-上连接铜排，8-补偿片，9-压接型二极管，10-承压锁紧装置，11-绝缘柱，12-igct器件，13-左支撑检验支架，14-右支撑检验支架，15-激光定位辅助工装，16-长探杆，17-短探杆，18-igct位置检具，19-压紧油缸，20-导向筒，21-碟簧，22-锁紧螺母，23-球面螺杆，24-凹面压块，25-定位销轴，26-检验支架定位销。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式做进一步阐述。

一种三柱串级互联结构的压接及校正方法，其步骤如下：

(1)如图2所示搭接框架，框架包括上承压板1、下承压板3及位于上、下承压板之间的拉杆2，框架搭接完成后，在框架两侧布置左支撑检验支架13和右支撑检验支架14，通过左支撑检验支架13和右支撑检验支架14对上、下承压板的间距和水平度进行调整，并对上、下承压板的四边进行定位；

(2)在上承压板1上三柱对应的预留孔处分别安装激光定位辅助工装15，调整光束使得每柱光线照射到下承压板2与其对应的销轴定位孔的中心，其安装示意图如图3所示；

(3)在下承压板三个销轴定位孔围成的区块靠近上承压板侧分别安装三块补偿片8(补偿片i、补偿片ii和补偿片iii)，补偿片i、补偿片ii和补偿片iii的形状及尺寸相同，其形状与两圆相交围成的公共部分相同，其厚度为0.2～0.4mm，其面积为对应柱体截面积的1/6～1/5，销轴定位孔i和销轴定位孔ii为压接型二极管9所在柱体的安装销轴孔位，销轴定位孔iii为igct12所在柱体的安装销轴孔位，销轴定位孔i和销轴定位孔ii对应柱体分别安有补偿片i和补偿片ii，销轴定位孔iii对应柱体安有补偿片iii，补偿片i、补偿片ii和补偿片iii均布置在三个柱体的内侧，其中补偿片i对称于销轴定位孔i与销轴定位孔iii的中心连接线布置，补偿片ii对称于销轴定位孔ii与销轴定位孔iii的中心连接线布置，补偿片iii对称于销轴定位孔i、销轴定位孔iii和销轴定位孔ii的中心依次连接后形成夹角的中线布置，三柱串级互联结构的压接变形和补偿区域如图5a、5b和5c所示；

(4)在补偿片i、补偿片ii和补偿片iii相对下承压板的背面布置相同厚度及尺寸的薄片后，对三柱器件进行堆叠，待器件堆叠完成预固定后去除薄片，三柱器件的所有接触面在进行堆叠前都使用使用无水酒精擦拭干净，三柱器件的柱体间的所有连接排均采用软连接的方式连接，其中igct12所在柱体中的每层器件间通过绝缘柱过渡，压接型二极管11所在柱体中的各部件中，每隔4个压接型二极管由1个铝块6进行过渡连接，铝块6表面进行了内凹加工处理(内凹0.03～0.05mm)，其中压接型二极管所在柱体中压接型二极管受压变形和变形补偿如图7所示；

(5)将如图6b所示的承压锁紧装置10布置在三柱器件的顶部，承压锁紧装置10包括压紧油缸19、导向筒20、碟簧21、锁紧螺母22、球面螺杆23和凹面压块24，压紧油缸19、球面螺杆23与凹面压块24由上至下依次排列，凹面压块24与三柱器件的顶部接触，导向筒套20在球面螺杆23外，其上部与压紧油缸19连接，其下部与锁紧螺母22连接，碟簧21套在导向筒20外，通过承压锁紧装置10的球面螺杆23和凹面压块24的配合可对三柱器件进行偏心自纠正；

(6)将承压锁紧装置10手动预锁紧，将左支撑检验支架13和右支撑检验支架14通过检验支架定位销26固定在上承压板1上，使用探杆工装(包括长探杆16和短探杆17，探杆长度根据产品结构设计尺寸和检验支架的尺寸确定)对压接型二极管9所在柱体的位置度进行检查校正，将igct位置检具18固定到下承压板3上，借助igct外壳安装固定孔位对igct12所在柱体进行位置度校正，器件位置度校正如图4所示；

对压接型二极管9所在柱体的位置度进行检查校正具体为：通过对二极管9所在柱体的铝块6的位置检测来检测二极管器件的位置度偏差；

(7)将三柱器件顶部的三套承压锁紧装置10的压紧油缸19与同一液压泵连接，以相同压力同时对三柱进行压接，三柱压接和压接锁紧如图6a和6b所示；

压接的具体步骤为：压紧油缸19推动球面螺杆23和锁紧螺母22向下对凹面压块24压紧，同时导向筒20反向向上运动压缩碟簧21进行压力储能，当三柱压力达到设定值后，将锁紧螺母22拧紧，锁定碟簧21的变形量，完成压接。

经验证，本发明的三柱串级互联结构的压接及校正方法，根据三柱同时压紧后，框架上下承压板的变形量进行测量，同时对压力分布不均匀的区域进行补偿；器件堆叠时在上承压板上安装激光辅助定位工装，对多层器件堆叠进行辅助导向，解决员工堆叠效率低以及技能要求高的问题；为使三柱器件同时受力，避免器件压缩变形不同导致各柱器件干涉，设计每柱采用独立油缸进行压接，共用泵站进行控制压力；对上下承压板的加工精度提出要求，同时增加对应的工艺孔，借助上下承压板安装校正工装，对每柱堆叠好的器件进行位置度校正；对每柱压接型器件的位置分布导致的压力传递进行控制，对器件的变形量进行补偿，为多柱串级互联结构的压接及校正提供了全新的技术思路，极具应用前景。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应该理解，这些仅是举例说明，在不违背本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改。