一种加热电极结构的制作方法

1.本实用新型涉及但不限于电气连接件技术领域，尤其涉及一种加热电极结构。


背景技术：

2.石墨烯复合材料通电具有加热功能，欲给石墨烯加热需要设计电极。电极的设计需要兼顾供电的接触电阻以及结构强度。通电通常采用恒流和恒压两种方式供电。采用恒流供电时，加热功率为p＝i^2*r。采用恒压供电时，加热功耗为p＝u^2/r。通过上述公式不难发现，欲保持石墨烯复合材料加热效果的一致性，不仅仅要控制输出电压或者电流的一致性，而且需要控制电阻r的一致性。需要控制加热电阻的一致性，就需要合理的控制电极的接触电阻。
3.需要说明的是，上述内容属于发明人的技术认知范畴，并不必然构成现有技术。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的是，提供一种加热电极结构。该加热电极结构通过在电极预埋进基材的部分设置凹槽，以使基材填充进该凹槽，使得加热电极结构具有稳定的电阻，以保证加热功率的稳定性。
5.本实用新型实施例的技术方案如下：
6.一种加热电极结构，包括：
7.基材；以及
8.用于为所述基材通电的电极，包括预埋至所述基材内的电极接触部；所述电极接触部设有凹槽，所述凹槽中填充有所述基材。
9.将电极分成两部分，包括预埋进基材的部分和暴露在基材外部的部分。在电极的预埋部分设置从外向内凹陷的凹槽，以使基材填充进该凹槽，加大了电极和基材的接触面积，降低了两者收缩膨胀变形幅度的不匹配性，以使得该加热电极结构在不同温度下具有较稳定的电阻值，有效保证了加热功率的稳定性。
10.一些示例性实施例中，所述电极设置为金属材质，所述基材设置为石墨烯复合材料。
11.将电极设置为金属材质，基材设置为石墨烯复合材料，以获得加热电极结构，使得该加热电极结构具有优良的热功率稳定性。
12.一些示例性实施例中，所述电极还设有供接线端子固定的安装孔，所述凹槽与所述安装孔未连通。
13.在电极上设置供接线端子固定的安装孔，以方便加热电极结构与导线的连接，且电极接触部上的凹槽与该安装孔未连通，避免了接线端子与基材的接触，保证了安装电阻的一致性，也就保证了产品电阻的一致性。
14.一些示例性实施例中，所述电极接触部为柱状，包括底壁和侧壁；
15.所述凹槽设置为在所述底壁或侧壁开口的盲孔状；或者，所述凹槽设置为贯穿所
述侧壁的通孔状；或者，所述凹槽设置为在所述底壁开口且贯穿所述侧壁；或者，所述凹槽设置为在所述侧壁开口且贯穿所述侧壁。
16.以满足不同产品的设计需求，丰富产品的设计结构种类，提高设计灵活性。
17.一些示例性实施例中，所述电极接触部包括一个所述凹槽；或者，所述电极接触部包括间隔排布的至少两个所述凹槽。
18.以适应不同尺寸的产品，提高热功率的稳定性。
19.一些示例性实施例中，一个所述凹槽包括相对设置的两个接触面；所述两个接触面沿第一方向的最小距离小于所述电极接触部沿所述第一方向的最大尺寸的一半。
20.通过在凹槽内设置相对设置的接触面，且限制每组接触面沿第一方向的最小距离小于电极接触部沿第一方向的最大尺寸的一半，使得接触面之间的基材厚度相对较薄，以减小电极与基材沿第一方向的厚度值，进而降低两种不同材料因为膨胀系数不同而引起的膨胀幅度差值，即减小了两者的裂缝尺寸，或者彻底避免开裂。
21.一些示例性实施例中，所述相对设置的两个接触面是两个平行平面，或者是两个弧面，或者是两个相交的平面。
22.以对两个接触面之间的最小距离进行适当调整，以提高产品的灵活性。
23.一些示例性实施例中，所述电极还包括高于所述基材的安装部；所述安装部的一端与所述电极接触部一体成形，另一端的表面设置为安装面；
24.所述加热电极结构还包括接线端子和固定件，所述接线端子通过所述固定件固定至所述安装面，且未与所述基材接触。
25.通过设置电极结构，使得安装到位后的接线端子不与基材接触，保证了安装电阻的一致性，也就保证了产品电阻的一致性。
26.一些示例性实施例中，所述电极为部分预埋在所述基材内的螺柱，所述螺柱不高于所述基材表面的一段构成所述电极接触部，所述螺柱高于所述基材表面的一段构成所述安装部。
27.简化设计结构，降低产品的开发成本。
28.一些示例性实施例中，所述电极接触部的外侧面设有台阶结构，所述台阶结构用以防止所述电极接触部脱出。
29.在阅读并理解附图和详细描述后，可以明白其他方面。
附图说明
30.附图用来提供对本实用新型技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型的技术方案，并不构成对本实用新型技术方案的限制。
31.图1为现有加热电极结构的主视剖视示意图；
32.图2为本实用新型一些示意性实施例的加热电极结构的主视剖视示意图一；
33.图3a为本实用新型一些示意性实施例的电极接触部仰视示意图一；
34.图3b为本实用新型一些示意性实施例的电极接触部仰视示意图二；
35.图3c为本实用新型一些示意性实施例的电极接触部仰视示意图三；
36.图3d为本实用新型一些示意性实施例的电极接触部仰视示意图四；
37.图4为本实用新型一些示意性实施例的加热电极结构的主视剖视示意图二；
38.图5为本实用新型一些示意性实施例的加热电极结构的主视剖视示意图三；
39.图6为本实用新型一些示意性实施例的加热电极结构的主视剖视示意图四；
40.图7为本实用新型一些示意性实施例的加热电极结构的部分主视剖视示意图。
41.附图标记：
42.100
，-加热电极结构，1
，-基材，2
，-电极，3-接线端子，4-固定件；
43.100-加热电极结构，1-基材，2-电极，20-安装孔，21-电极接触部，22-安装部，23-凹槽，23a-第一接触面，23b-第二接触面。
具体实施方式
44.下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。
45.如图1所示，为现有的一种加热电极结构100
，
。其中，包括基材1
，
、电极2
，
、接线端子3和固定件4。电极2
，
的部分预埋进基材1
，
，电极2
，
的其它部分暴露于基材1
，
的外面。将接线端子3利用固定件4安装到电极2
，
上。固定件4可以是螺钉。该加热电极结构100
，
在常温环境下具有较优异的电阻稳定性，但是，当基材1
，
的温度变化时，加热电极结构100
，
的电阻稳定性较差，因而造成安装该加热电极结构100
，
的产品的热功率一致性较差，影响了产品的使用性能。
46.经本技术发明人研究发现，由于基材1
，
和电极2
，
的膨胀收缩性能不同，在两者的接触区域会产生开裂。开裂后形成的裂纹影响了产品整体的电阻稳定性。因此，本技术发明人提出了一种在满足结合强度的同时，优化产品电阻稳定性的加热电极结构100。
47.本实用新型一实施例中，如图2至图7所示，提供一种加热电极结构100。该加热电极结构100包括基材1和电极2。电极2包括预埋进基材1内部的电极接触部21，和暴露在基材1外部的安装部22。安装部22上设置有安装面。电极2可设置为如图2所示的圆柱体。电极接触部21和安装部22可设置为一体成型的结构，也可分体成型后组装。如图2所示，安装部22位于基材1的上方，上下方向为y所示的方向。在电极接触部21上设置有从外向内凹陷的凹槽23。如图2所示，可将凹槽23设置在电极接触部21的底壁，凹槽23向上拱起，横截面可设置呈矩形或圆形等，其开口朝向基材1。在制作加热电极结构100时，未固定成型的基材1流动后填充进该凹槽23，待基材1固定成型后，基材1也就填充该凹槽23的部分空间，或者填满该凹槽23的整个空间。
48.下面进行设计结构的原理性说明：
49.电极2嵌入基材1内形成类似凹凸配合结构。以温度升高为例进行说明，温度下降原理类似。电极2受热后膨胀，尺寸增大，基材1受热后膨胀，尺寸也增大。如果两者的膨胀性能相同且设计结构不影响两者接触区域的结合性能，则在两者的接触区域基本不会发生开裂。但是，在实际应用中，受基材1、电极2材料的限制，两者的膨胀系数并不相同，在常规的产品结构设计下，在电极2和基材1的接触区域经常会发生开裂，即结合失效。
50.膨胀幅度
△
l＝l*膨胀系数，其中l为沿与开裂方向相垂直方向的长度，如图2所示，开裂方向为沿y方向，与y方向相垂直的为x向，l为沿x方向的长度。不同材料的膨胀系数不同，在高、低温环境下膨胀幅度也不同。在加热电极结构100中，由于电极2与基材1的结合
区域发生开裂，所以导致在高、低温环境下，加热电极结构100整体电阻值的一致性较差。在相同膨胀环境的情况下，两者的接触面积越大，结构的电阻值变化越小，即电阻的稳定性越强。根据上述基础公式，膨胀幅度
△
l＝l*膨胀系数可知，裂缝大小与裂缝垂直方向的两种材质的尺寸相关，尺寸越大膨胀幅度越大。因此，本技术发明人提出通过在电极接触部21设置凹槽23，通过减小沿x向的l，使得膨胀幅度
△
l减小，也使得两种材料的膨胀幅度差值减小，以降低裂缝尺寸，甚至可避免开裂，即提升电阻的稳定性。两种材料的膨胀幅度差值也就是裂缝的大小。与图1所示的l值相比，沿x向，加热电极结构100中的l值已显著减小。
51.在本实用新型的实施例中，将电极2设置成两部分，一方面采用预埋工艺，提高了电极2与基材1的结合强度。另一方面，在电极接触部21上设置从外向内凹陷的凹槽23，以使基材1填充进该凹槽23，改变了电极2和基材1接触面的形状，加大了电极2和基材1的接触面积，降低了两者收缩膨胀变形幅度的不匹配性，以使得该加热电极结构100在不同温度下具有较稳定的电阻值。
52.一些示例性实施例中，如图2、图4至图7所示，在电极2上设置有沿上下方向设置的安装孔20。该安装孔20用于安装接线端子3。通过采用固定件4以将接线端子3固定在电极2上，方便接线端子3的拆装，以及方便加热电极结构100与外部导线(图中未示出)的连接。本领域技术人员应当知道，安装孔20的深度(沿y向的尺寸)应延伸至电极2的电极接触部21内，以保证电极2与基材1的结合强度，也就是接线端子3的安装强度，使得产品具有较长的使用寿命，降低维修或更换的成本。通常安装孔20设置为盲孔。固定件4安装到位后，固定件4的底部与安装孔20的底部留有设计间隙。
53.其中，电极接触部21上的凹槽23与安装孔20并未连通，如此，有效避免了接线端子3与基材1的接触，保证了安装电阻的一致性，也就保证了产品电阻的一致性。
54.一些示例性实施例中，如图2至图7所示，凹槽23包括至少一组相对设置的两个接触面。以设置一组接触面为例，如图3a至3d所示，在电极2的仰视图中可以看出，一组相对的两个接触面包括第一接触面23a和第二接触面23b。两个接触面的距离w可设置为定值，即第一接触面23a和第二接触面23b相平行。两个接触面的距离w可设置为非定值，可按照预设的公式变换。如图3a至3d所示，为多种凹槽23结构沿第一方向上的两个相对接触面的距离w，其中，第一方向设置为与裂缝垂直的方向，即x向。第一方向与基材1相平行或者是相垂直。图3a中，w为定值。图3b、3c中，w呈非线性分布，图3d中，w呈线性分布。即相对设置的两个接触面是两个平行平面，或者是两个弧面，或者是两个相交的平面。通过设置不同形式的接触面组合，以适应不同基材、产品尺寸的电阻性能要求，以提高产品设计结构的灵活性，提升产品的综合市场竞争力。
55.其中，限制每组接触面沿第一方向的最小距离值小于电极接触部21沿第一方向的最大尺寸的一半，使得两个接触面之间的基材1的厚度相对较薄，以减小电极2与基材1沿第一方向上的连续配合长度，进而降低膨胀幅度差值，即减小了两者的裂缝尺寸，或者彻底避免开裂。
56.一些示例性实施例中，如图4所示，电极接触部21包括间隔排布的多个凹槽23。多个凹槽23可等间隔布置于电极接触部21的底壁，也可非等间隔布置。多个凹槽23的形状可相同或者不同。图4中以均匀分布5个相同的凹槽23为例。其中，多个凹槽23具有多组相对设置的接触面，图4中有5组。5组接触面沿第一方向的最小距离可均小于电极接触部21沿第一
方向最大尺寸的一半。通过设置多个凹槽23，以优化电极2与基材1的接触面积及结合性能，以使产品获得稳定的电阻值。
57.一些示例性实施例中，如图2至图7所示，电极接触部21可设置为柱状。呈柱状的电极接触部21包括底壁和侧壁。凹槽23可仅设置在电极接触部21的底壁，或者凹槽23可仅设置在电极接触部21的侧壁，或者凹槽23设置在电极接触部21的侧壁和底壁。
58.凹槽23可设置为盲孔，则凹槽23的横截面形状设置为矩形、圆形、梯形或者是多边形等，截面形状可以是与电极2轴向相垂直方向上的截面形状，也可以是与电极2的轴向相平行方向上的截面形状。凹槽23也可设置为贯穿侧壁的通孔，如图6所示，基材1填满呈通孔状的凹槽23。或者，凹槽23设置为贯穿侧壁且在底壁开口的通槽。如图3a至3d所示，同时参照图2，所示意的是将凹槽23设置为贯穿侧壁且在底壁开口的通槽的结构形式。以图2和图3a为例，第一接触面23a是沿与x、y构成平面相垂直方向的平面，同理，第二接触面23b也是沿与x、y构成平面相垂直方向的平面，且第一接触面23a和第二接触面23b沿x向存在间隔，该间隔即w。凹槽23可设置为在侧壁开口且贯穿侧壁的通槽，如图7所示，凹槽23的开口设置在侧壁上，且凹槽23沿与x、y构成平面相垂直的方向贯穿侧壁。以此丰富产品的设计结构种类，提高设计灵活性。
59.如图2、图7所示，在电极2的底壁区域，第一方向为沿x所示的方向，在电极2的侧壁区域，第一方向为沿y所示的方向。由此可知，在一个产品中，第一方向并非是恒定的，第一方向是与裂纹方向相垂直的方向。
60.一些示例性实施例中，电极2可设置为金属材料或者有机导电材料等。将电极2设置为金属材质，例如，铜或者是铜合金等，以获得优良的导电性。将基材1设置为石墨烯复合材料，由于石墨烯复合材料具有优良的热学性能，以获得加热电极结构，使得该加热电极具有优良的热功率稳定性。
61.一些示例性实施例中，加热电极结构100还包括接线端子3。接线端子3固定在电极2的安装部22的安装面上。安装部22凸出于基材1一定高度，且具有一定的连接面积，使得接线端子3稳定的安装到安装部22上，且未与基材1接触。通过细化电极2的设计结构，使得安装到位后的接线端子3不与基材1接触，保证了加热电极结构100的安装电阻的一致性，也就保证了产品电阻的一致性。电极2可设置为部分预埋在基材1内的螺柱，该螺柱不高于基材1表面的一段构成电极接触部21，螺柱高于基材1表面的一段构成安装部22。
62.一些示例性实施例中，如图5所示，电极接触部21的外侧面设置有台阶结构(变直径的圆柱体)，该台阶结构用以防止电极接触部21脱出。
63.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
64.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两
个，三个等，除非另有明确具体的限定。
65.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
66.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
67.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
68.尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。