专利名称：发电机定子汇流条端部配件的金属屏障镀层及其涂敷方法
技术领域：
本发明涉及在发电机定子汇流条和其端配件连接之间的密封，及一种密封定子汇流条端配件的方法以便防止或减少由于冷却水流动通过配件和定子汇流条而引起的腐蚀。
背景技术：
发电机的水冷定子汇流条是由多个矩形的，实心和空心的细导线束钎焊在一起而形成汇流条的。导线束的端头被钎焊到惯常被称为定子汇流条夹的端配件上。该端配件同时被用作定子汇流条的电路连接和冷却水的管路连接。
空心的端配件惯常包括一个封闭腔以便流入或排出定子汇流条的冷却液(惯常是去除离子的水)。在一个开启端，该端配件接纳定子汇流条的多个导线束的端头。该配件和定子汇流条在最外周的导线束被钎焊在一起。该配件在对面的另一端被连接到一个定子冷却导管如一个胶管上。
随着时间的过去，泄漏可在定子汇流条端和定子汇流条配件之间以及在相邻导线束之间的连接处周围展开。人们认为泄漏是由于两个部分之间发生腐蚀而引起的，腐蚀过程是从钎焊接头里面的钎焊合金内开始的。滞留在配件腔内的水曾在过去与钎焊接头和导线束接触，因此会引起腐蚀和随后的泄漏。
对通过定子汇流条端连接部的冷却水的泄漏进行现场修补曾获得中等程度的成功。泄漏地点是通过对导线束进入端配件处的外部观察检查辨认出来的。但外部观察的泄漏检测只能间接地辨认泄漏地点，因为在导线束及/或配件外侧的可见外部泄漏可能会离开配件内开始泄漏之点有相当大的距离。特别是当泄漏发生在定子汇流条的各导线束之间时更是如此。
一旦通过可见的检查辨认出有泄漏时，可将真空引入到配件和定子汇流条内。然后在怀疑的泄漏地点周围从外面施加厌气的水泥或重新熔化钎焊材料使它回流。真空的吸力能将水泥向内吸引到泄漏路径内。但曾经发现，这种用水泥修补的方法在修补泄漏上并不是100％有效的，因此只能当作临时性的修补来使用。
作为用水泥封堵泄漏方法的替代，曾将环氧树脂屏障镀层敷设在导线束组件的钎焊长度上来提供保护以便制止水所启动的腐蚀机制。这种环氧树脂屏障镀层的技术曾在美国专利5,605,590号中公开过，它是早先的腐蚀防护技术的一种改进。但环氧树脂屏障镀层当曝晒在极高温度下时可能会退化并且在某些定子夹的设计中，可能不好检查。
因此需要有一种改进的定子汇流条夹的屏障镀层，特别是在定子汇流条和其夹子之间需要有腐蚀保护设施。该腐蚀保护设施应该是耐用的并能应用到各种定子汇流条夹的设计中，包括提升的空心导线束定子设计所使用的汇流条夹。
发明概述本发明可具体化为一种密封发电机定子汇流条和接纳汇流条端的定子汇流条端配件的方法。该方法包括下列步骤用钎焊材料将配件连结到定子汇流条端上；将金属屏障镀层材料敷设到在配件内的定子汇流条端上；在至少与金属镀层材料的液相线温度同样热并比钎焊材料的固相线温度冷的温度下加热配件；用液体的金属屏障镀层材料包覆在配件内的定子汇流条端，最后将液化的金属镀层材料固化以便在配件内的定子汇流条端上形成金属屏障镀层。
本发明还可具体化为一种将定子汇流条端密封到定子汇流条端配件内的方法，该配件有一腔可用来接纳通过一孔口而来的液体并与所说定子汇流条内的空心导线束连通使冷却液体能够流动通过空心导线束，所说方法包括将配件钎焊到定子汇流条端上；将金属屏障镀层材料插入到配件的腔内；在一至少与镀层材料的液相线温度同样热的温度下将该材料加热；用液化的金属屏障镀层材料包覆在配件内的定子汇流条端，然后使液化的金属屏障镀层材料固化，从而使在配件内的定子汇流条的端面上形成一个屏障层，其中所说空心导线束端具有一个延伸通过该屏障层的端孔。
本发明还可具体化为一种发电机定子汇流条用的配件，该配件包括一个在第一端具有突缘而在另一端具有冷却液联接器的配件壳体，其中所说突缘被设计得可被钎焊到定子汇流条端上；一个从配件的第一端延伸到另一端的腔；和一个在所说腔内的定子汇流条端面上的金属屏障镀层，该镀层在汇流条端面和腔的其余部分之间造成密封，其中所说金属屏障镀层具有一个比所用将定子汇流条钎焊到配件上的钎焊材料的固相线温度低的液相线温度。
附图简述
图1为一液冷定子绕组配置的略图，图中示出定子汇流条和端配件偶联到冷却剂输入的和输出的联箱上的情况；图2为在端配件内的定子汇流条的导线束的有代表性的端向剖视图；图3为定子汇流条端配件沿图2中3-3线切开的放大的剖视图。图3示出有一屏障镀层被敷设在配件内的汇流条的端部上将汇流条的端部和钎焊处与冷却剂隔开，只是使汇流条的各个空心导线束延伸通过该镀层；图4为定子汇流条端和配件的放大的剖视图，其中嵌入件是在空心导线束的开启端内并且延伸通过配件内的金属屏障镀层。
本发明详细说明图1示出一个用于典型的液冷发电机的液冷定子绕组配置。定子芯10具有定子芯突缘12和定子芯肋14。定子汇流条16延伸通过沿径向伸展的槽并终止在端配件18和20内的对面端头上。输入胶管22将输入配件18连接到输入冷却剂联箱24上。输出胶管26将输出配件连接到输出冷却剂联箱上。
图2为定子汇流条和其中一个定子汇流条配件18、20的端向视图。
图3为定子汇流条的一端及其端配件18、20的侧向剖视图。
每一个定子汇流条都各包括沿着汇流条的长度设置的一个换一个、一层叠一层的多个实心的和空心的导线束30和32。这些导线束被钎焊在一起。导线束的端部形成定子汇流条端31。输入配件18和输出配件20分别被钎焊到定子汇流条16的两个相对端上。
导线束30、32不仅互相钎焊在一起，还钎焊到端配件的内壁上。钎焊材料44例如为B cup-5及/或B cup-1。在定子汇流条内，导线束还互相钎焊在一起。人们认为泄漏路径在开始时是由滞留在配件亚腔40内的冷却水腐蚀定子汇流条端而造成的。
端配件18、20都各由导电材料如铜制成。所说配件(这里也被称为“定子汇流条夹”)是空心的并包括一个可在定子汇流条16外侧面上滑动的突缘34。在与突缘相对的另一端，该配件包括一个设计用来连接到其中一个冷却胶管22、26上的偶联端36。
端配件的偶联端在正常情况下被连接到一个铜质胶管内管22、26上并被该内管封闭，该内管不仅用作电流的导体而且用作液流的导管。液体冷却剂如去除离子的水通过内管22、26流动到由配件20和空心导线束32的暴露端39所形成的内腔38内或从该腔内流出。腔38内的液体通过空心导线束32流到第一配件内并从对面的配件内流出。相对的两个端配件18、20都各具有一个输入配件以便从空心导线束接受液体冷却剂，或者当该配件被用作输出配件时用来输出液体。
每一端配件18、20都各包括一个大致与配件同轴并延伸到配件整个长度的内腔38。该腔38包括一个与定子汇流条端31邻近而扩张的亚腔40，一个缩颈部和设计用来接纳胶管端头的第二个扩张亚腔。配件的外部和内部的形状可以变化以便适合各种不同的定子汇流条的设计。
为了将端配件18、20装到定子汇流条端上，汇流条端须被固化，然后钎焊到配件上。传统的高温磷铜钎焊合金如BCuP-1可被用来将汇流条端钎焊到配件上，其时汇流条被水平地或垂直地夹持。BCuP-5钎焊合金可被敷设到端配件和定子汇流条之间的接头上以便将配件密封到导线束端上。传统的高温磷铜钎焊合金如BCuP-5可被用来将夹子上的突缘密封到定子汇流条的导线束端上。
通常，BCuP-5钎焊合金的固相线温度为1190°F(643℃)，液相线温度为1475°F(802℃)、钎焊范围为1300-1500°F(704-816℃)。而BCuP-1钎焊合金的固相线温度为1310°F(710℃)、液相线温度为1688°F(920℃)、钎焊范围为1454-1724°F(790-940℃)。所谓固相线温度是指这样的温度，在该温度之下，钎焊材料呈固态；而液相线温度是指这样的温度，在该温度之上，钎焊材料完全成为液态。
当汇流条被钎焊到端配件上时，实心导线束30的端头31大致与扩张亚腔40的后壁齐平。空心导线束32的端头39则部分伸入到亚腔40内，例如可在实心导线束30的端头31之外伸出约10到500密耳(1密耳＝0.001时)并伸入到亚腔40内。
用金属屏障镀层46密封定子汇流条的端头31以便防止冷却剂的腐蚀。该镀层是在配件被钎焊到定子汇流条上并且在配件和汇流条的接头上施加钎焊密封之后才被敷设的。该金属屏障镀层将定子汇流条的端头密封但并不堵塞通往空心导线束的孔，从而允许冷却剂流动通过配件和空心导线束。镀层材料46形成一个横跨亚腔40的屏障借以防止冷却剂腐蚀定子汇流条端。
金属屏障镀层材料46可以采用低液相线，抗腐蚀的钎焊材料或焊接材料。锡银铜合金的焊接材料，特别是Sn/3.8Ag/0.7Cu适宜作为镀层材料。镀层材料46可被这样选择使其液相线温度低于用来将导线束钎焊在一起及将配件钎焊到定子汇流条端的钎焊材料的固相线温度。例如镀层材料的液相线可在150℃到600℃的范围内。这个范围低于用来将端配件连结到定子汇流线上的BcuP-5钎焊合金的643℃的固相线温度，镀层材料当用来连结配件和汇流条端时其形式可以是膏状、粉状、碎片状或其他小尺寸的形状。
在钎焊到一起之后，定子汇流条配件和定子汇流条被放置在垂直的方向上。这个取向使定子汇流条的端表面和各导线束的端头都被设置成水平而配件的管接头36变成直立。金属屏障镀层材料46在初始时以固态或液态的形式通过配件的管接头36而被插入到亚腔40内的定子汇流条端上。该镀层材料被敷设在实心导线束30的端表面上并环绕空心导线束32的端头39，从而在夹子内的定子汇流条端上形成一个镀层。
这时可将内孔窥视仪或其他检查仪器插入到亚腔41内使技术员可以看到定子汇流条端和镀层材料以便肯定镀层材料是在亚腔40底内的定子汇流条上，并且各空心导线束的端头都通过镀层伸出。这个检查可在镀层材料初始插入到配件内及/或当镀层材料在汇流条端上液化和固化之后完成。
将镀层材料、定子汇流条端和配件加热到镀层材料的液相线以上如高出5℃的温度，使镀层材料46液化而在配件内的汇流条的端表面31上形成一个屏障镀层。由于定子汇流条端31是水平的，液化镀层材料在亚腔40的底部的汇流条上形成一个熔池。池深小于空心导线束端头的高度例如小于10到500密耳。这样空心导线束就伸出在镀层材料的池表面之上。当镀层冷却时该液态镀层材料固化就成为在定子汇流条端上的金属屏障镀层。
镀层46在配件的亚腔40内的定子汇流条端上形成一个金属屏障层46。该镀层46可将配件潜在的泄漏路径密封。该镀层46用来作为在液体冷却剂与各导线束和施加在导线束上的钎焊合金之间的密封。
图4为一定子汇流条端配件50的放大的剖视图，其中有一屏障镀层52和使空心汇流条导线束通过镀层的陶瓷嵌入件54。图4示出金属屏障镀层敷设在定子汇流条端56上的情况，该汇流条含有并不延伸通过镀层的空心导线束58。空心导线束58的端头与实心导线束60的端头齐平。将空心的陶瓷嵌入件54添加到导线束的空心端上。该嵌入件向内延伸到端配件的亚腔40内。该嵌入件54防止导线束的开启空心端被该金属屏障镀层堵塞。在这些嵌入件被布置在空心导线束58的开口端上后，就可将镀层材料敷设到端配件内定子汇流条端上。于是将镀层材料加热使它变成液体并在定子汇流条端上环绕每一个嵌入件形成一个屏障层。该陶瓷嵌入件54能承受液体镀层材料的热量并被永久地埋藏在固体的屏障镀层内。
端配件50突缘62具有一个部分环绕定子汇流条的侧表面延伸的夹子64和一个盖66。在该夹子被配装到定子汇流条上后，该盖可配装在夹子上的一个槽内。夹子64和盖66能完全包围定子汇流条端的侧面。将盖钎焊到夹子上，并将两者钎焊到汇流条上。
虽然本发明已结合目前认为最实用和优选的实施例进行了说明，但应知道本发明并不限于这个公开的实施例，而是应该函涵盖包括在所附权利要求书的精神和范围内的各种修改和等同的配置。
权利要求
1.一种将定子汇流条端密封到定子汇流条端配件上的方法，该配件具有一个通过一孔口接纳液体的腔，该腔与所说定子汇流条内的空心导线束连通，使冷却液能够流通过所说空心导线束，所说方法包括将配件钎焊到该定子汇流条端上；将金属屏障镀层材料插入到该配件的腔内；将所说金属屏障镀层材料加热到与该镀层材料的液相线温度至少同样热的温度，使该材料液化用该液化的金属屏障镀层材料覆盖在该配件内的该定子汇流条端上；使该液化的金属屏障镀层材料固化，以便在该备件内的该定子汇流条端上形成一个屏障层，其中所说空心端导线束具有穿过该屏障层的端部。
2.权利要求1的方法，其特征在于钎焊该配件的步骤包括用一种磷铜钎焊合金钎焊该配件和定子汇流条，并且该镀层材料包括一种焊接材料。
3.权利要求1的方法，其特征在于钎焊该配件的步骤包括使用BCuP-5或BCuP-1磷铜钎焊合金中的至少一种来钎焊，并且该金属镀层包括一种锡银铜的焊接材料。
4.权利要求1的方法，其特征在于钎焊该配件的步骤包括使用BCuP-5的磷铜钎焊合金来钎焊，并且该金属镀层包括一种锡银铜的锡焊合金材料。
5.权利要求1的方法，其中在用液体金属屏障镀层材料覆盖该定子汇流条端的步骤中，该配件沿垂直方向被定向，而该定子汇流条的端头成水平。
6.权利要求1的方法，其特征在于这些空心导线束的端部包括延伸到该汇流条的一些实心导线束端头之外的空心导线束的一些开口端，并且该液体金属镀层覆盖这些实心导线束的端头，而这些空心导线束的所说端口则延伸到该液体金属镀层之上。
7.权利要求1的方法，其特征在于这些空心导线束的端部包括在每一个空心导线束的开口端内的一个嵌入件，并且每一个嵌入件延伸到该液体金属镀层之上。
8.权利要求7的方法，其特征在于该嵌入件为陶瓷制品。
9.一种发电机定子汇流条用的配件，包括一个在第一端有一个突缘而在另一端有一个冷却液管接头的配件壳体，其中将所说突缘成形成可被钎焊到该定子汇流条端上；一个从该配件的第一端延伸到另一端的腔；及一个在所说腔内的该定子汇流条端上的金属屏障镀层，该镀层在该汇流条端和该腔的其余部分之间造成密封，其中所说金属屏障镀层有一个比用来将该定子汇流条钎焊到该配件上的钎焊材料的固相线温度低的液相线温度。
10.权利要求9的配件，其特征在于该金属屏障镀层为一种锡银铜合金。
全文摘要
一种密封发电机定子汇流条的方法和一种接纳汇流条端用的定子汇流条端配件。所说方法包括下列步骤用钎焊材料将配件钎焊到定子汇流条端上；将金属屏障镀层材料添加到配件内的定子汇流条端上；将配件加热到一个至少与金属镀层材料的液相线温度同样热而比钎焊材料的固相线温度低的温度；用液体金属屏障镀层材料覆盖配件内的定子汇流条端，及使液化的金属镀层材料固化，便可在配件内的定子汇流条端上形成一个金属屏障层。
文档编号H02K15/12GK1728512SQ20051008797
公开日2006年2月1日 申请日期2005年7月28日 优先权日2004年7月28日
发明者Y·王, J·M·布雷兹纳克, L·L·索维尔斯 申请人:通用电气公司