一种热电模组制作过程中的热电臂定位装置的制作方法

本实用新型涉及一种定位装置，尤其是涉及一种热电模组制作过程中的热电臂定位装置。

背景技术：

温差发电技术是一种基于塞贝克效应，能直接将热能转化成电能的新型发电技术，具有无噪音、无污染、结构简单、使用寿命长等诸多优点。在日常生活和工业生产中，如汽车尾气、火电厂、炼钢厂等地方都存在大量的余热，如果能将这些余热加以回收利用，将会产生巨大的经济效益。

利用温差发电技术回收余热主要依靠各式各样的温差发电器件，而热电模组作为温差发电器件的核心部件，其性能直接决定温差发电器件的工作效率。最常用的热电模组主要由下陶瓷基底、下导电电极、P型热电臂、N型热电臂、上导电电极、上陶瓷基底等部分组成。P、N型热电臂依次交替排列，然后通过上下导电电极串联起来，并在上下表面覆上陶瓷基底，起到了绝缘保护的作用。目前应用较为成熟的P、N型热电材料主要有Bi₂Te₃、PbTe、SiGe等，分别应用于不同的温度工作区间；导电电极要求具有良好的导热性和导电性，常采用Cu、Al、Ag等金属材料；陶瓷基底其绝缘保护作用，要求具有较高的机械强度、良好的导热性和绝缘性，常采用Al₂O₃、AIN等。

为了保证良好的导电性和导热性，热电模组制作时各层材料通畅采用焊接的工艺，根据焊接温度的差异，主要包含：陶瓷基底与导电电极之间的连接、热电臂与导电电极之间的连接这两部分。陶瓷基底与导电电极之间的连接工艺较为成熟，常采用Mo-Mn烧结法；热电臂与导电电极之间的连接，常采用钎焊法，根据热电模组工作温度区间的不同，需选用不同熔点的焊料及焊接温度。

由于单对热电臂产生的电动势有限，常将多对P、N型热电臂进行串联，由于热电臂尺寸小，布置间距小，在热电模组的制作过程中，大面积的热电臂对布置成了最重要、耗时的环节，准确的定位也是保证热电臂与导电电极能够良好接触从而降低接触电阻的关键要求。查阅相关专利可知，目前关于热电模组制作过程中多对热电臂定位装配的资料较少，浙江大学于2015年申请的专利“一种用于热电模组制作过程的热电臂定位装配装置”（专利申请号：201520555853.1），该专利使用导向槽和定位条分割出一个个的矩形区域用于定位热电臂，该装置对P、N型热电臂块体没有选择性，对于多对热电臂布置时极易出错，同时定位不够准确，热电臂存在一定的转动摇摆空间，极易造成装配时装配面平整度低，无法实现有效的焊接，从而造成模组失效。

技术实现要素：

针对背景技术中存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种热电模组制作过程中的热电臂定位装置，该定位装置通过热电臂定位板、热电臂掩模板等部件可实现快速、准确的热电臂定位，布置多对热电臂时具有选择性，极大地降低了操作人员的工作压力及操作要求，对保证热电模组的装配质量有重要意义。

本实用新型采用的技术方案是：

本实用新型在下底板上面中心处开有凹槽，凹槽内安装预先完成下导电电极烧结的下陶瓷基底，在要布置P、N型热电臂的下导电电极处涂有钎焊焊料，在下底板往上依次布置热电臂定位板、热电臂掩模板和热电臂压紧块，热电臂定位板和热电臂掩模板用定位销定位；

热电臂定位板下面中心处开有凹槽，热电臂定位板中部开有与P、N型热电臂位置相对应的阵列方孔；

热电臂掩模板上开有与P型热电臂位置相对应的方孔；

热电臂压紧块上端面中部设有作为把手的圆台，热电臂压紧块下端面设有凸台阵列，凸台阵列的位置与热电臂定位板的阵列方孔相对应，热电臂压紧块的凸台阵列能插入到热电臂定位板的方孔中。

所述下底板上面中心处凹槽为方形凹槽，方形凹槽内开有通孔，下底板两侧开有热电臂定位板的定位孔。

所述热电臂定位板下表面设有两个与下底板两侧定位孔相配合的圆柱形凸台。

本实用新型具有的有益效果是：

1)该定位装置快速、准确地对较大尺寸热电模组中多对P、N型热电臂的布置和定位；

2)该定位装置采用的热电臂定位板可在布置热电臂时，对热电臂的布置方向进行选择，保证热电臂具有防扩散镀层的面与上、下导电电极连接；

3)该定位测试装置通过对下底板凹槽中心开通孔，可方便的在热电模组制作完成后取出模组；

4)该定位装置采用的压紧形式，可通过转动压紧块实现不同压力的施加，垫片与压紧支撑块之间的弹簧可为焊接过程中装置的热胀冷缩提供一定范围的保护，避免应力过大破坏模组。

附图说明

图1是本实用新型定位夹紧装置的整体结构爆炸示意图。

图2是热电臂定位板的俯视图。

图3是热电臂掩模板的俯视图。

图4是热电臂压紧块的主视图。

图5是热电臂压紧块的仰视图。

图6是下导电电极与下陶瓷基底烧结后俯视图。

图7是上导电电极与上陶瓷基底烧结后俯视图。

图8是热电臂布置完成后热电模组俯视图。

图9是下底板俯视图。

图10是热电模组完成定位夹紧装配主视图。

图中：1、支撑柱，2、螺母，3、垫片，4、弹簧，5、压紧块，6、压紧支撑块，7、上压板，8、定位销，9、热电臂压紧块，10、热电臂掩模板，11、热电臂定位板，12、上陶瓷基底，13、上导电电极，14、N型热电臂，15、P型热电臂，16、下导电电极，17、下陶瓷基底，18、下底板。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步说明。

如图1所示，本实用新型在下底板18上面中心处开有凹槽，凹槽内安装预先完成下导电电极16烧结的下陶瓷基底17，在要布置P型热电臂15、N型热电臂14的下导电电极16处涂有钎焊焊料，在下底板18往上依次布置热电臂定位板11、热电臂掩模板10和热电臂压紧块9，热电臂定位板11和热电臂掩模板10用定位销8定位；

如图2所示，热电臂定位板11下面中心处开有凹槽，热电臂定位板11中部开有与P型热电臂15、N型热电臂14位置相对应的阵列方孔；

如图3所示，热电臂掩模板10上开有与P型热电臂15位置相对应的方孔；

如图4、图5所示，热电臂压紧块9上端面中部设有作为把手的圆台，热电臂压紧块9下端面设有凸台阵列，凸台阵列的位置与热电臂定位板11的阵列方孔相对应，热电臂压紧块9的凸台阵列能插入到热电臂定位板11的方孔中。

如图9所示，所述下底板18上面中心处凹槽为方形凹槽，方形凹槽内开有完成焊接后取出热电模组的通孔，下底板18两侧开有热电臂定位板的定位孔。

如图1、图2所示，所述热电臂定位板11下表面设有两个与下底板18两侧定位孔相配合的圆柱形凸台。

如图6、图7、图8、图10所示，热电模组包括下陶瓷基底17、下导电电极16、P型热电臂15、N型热电臂14、上导电电极13和上陶瓷基底12，P型热电臂15、N型热电臂14交替排列，通过上导电电极13、下导电电极16依次串联起来；根据热电臂的排列焊接位置要求，预先将下导电电极16烧结到下陶瓷基底17，将上导电电极13烧结到上陶瓷基底12。

如图1、图2、图3、图4、图5所示，将热电臂定位板11通过下表面两圆柱形凸台固定于下底板18两侧开有定位孔中，将热电臂掩模板10通过两个定位销8固定于热电臂定位板11上，热电臂定位板11中部开有阵列方孔，其大小、位置均与P型热电臂15、N型热电臂14相符合，热电臂掩模板10只在P型热电臂15对应的位置开有与其相对应的方孔；布置热电臂时，通过热电臂掩模板10遮盖N型热电臂14布置位置，先完成P型热电臂15的布置工作；随后取走定位销8与热电臂掩模板10，热电臂定位板11中P型热电臂15对应的位置已布置P型热电臂15，N型热电臂14对应的位置空出，可完成N型热电臂14的布置工作。

当P型热电臂15、N型热电臂14布置完成后，将热电臂压紧块9下端面的凸台插入热电臂定位板11方孔中，对热电臂进行压紧固定，从而向上移去热电臂定位板11；在布置P、N型热电臂的上导电电极13处涂有钎焊焊料，随后完成上导电电极13和上陶瓷基底12的布置工作。

如图1所示，当完成热电臂定位后的装置，取出热电臂压紧块9、热电臂掩模板10和热电臂定位板11，在完成组装后的热电模组上面安装上压板7，上压板7下端面与上陶瓷基底12上端面接触；4根支撑柱1的一端分别穿过上压板7四角上各自的孔后与下底板18四角的螺孔螺纹连接，4根支撑柱1的另一端分别穿过各自十字形压紧支撑块6的孔、各自弹簧4、各自垫片3与各自螺母2螺纹连接，十字形压紧支撑块6中心螺孔和压紧块5螺纹连接，压紧块5压在热电臂压紧块9上端面，装配夹紧完成后用于热电模组的后续焊接工作。通过转动压紧块5，可通过上压板7对热电模组施加压力，并可调节压力大小；垫片3与压紧支撑块6之间的四个弹簧4可为焊接过程中，装置的热胀冷缩提供一定的膨胀空间，保护热电模组避免因应力过大而产生破坏。热电模组完成定位夹紧装配主视图如图10所示。

本实用新型是以4乘4个热电臂，首尾各缺少一个热电臂用于热电模组导线的焊接为例而绘制的定位装配装置示意图，当需要增加热电臂对数时，只需要同理增加热电臂定位板11、热电臂掩模板10中方孔和热电臂压紧块9凸台阵列的数量即可，当需要改变P型热电臂15、N型热电臂14连接形式时，只需要根据情况变动上导电电极13、下导电电极16的布置方式即可。

本实用新型结构简单，通过热电臂定位块、热电臂掩模板等部件可实现快速、准确的热电臂定位，布置多对热电臂时具有材料选择性，同时对P、N型热电臂的布置方向具有选择性，极大地降低了操作人员的工作压力及操作要求，对保证热电模组的装配质量有重要意义。

上述具体实施方式用来解释说明本实用新型，而不是对本实用新型进行限制，在本实用新型的精神和权利要求的保护范围内，对本实用新型做出的任何修改和改变，都落入本实用新型的保护范围。