专利名称：可移动的加热方法以及具有定子线棒钎焊用加热源的系统的制作方法
技术领域：
本申请要求享有于2004年11月19日提交给美国专利和商标局的题名为“发电机定子线棒的操作、钎焊和处理”的美国临时申请No.60/628,931的权益，该临时申请通过引用而完整地结合在本文中。
本发明涉及对用于电力和工业发电机的大型定子线棒的末端进行钎焊、将这些定子线棒定位在钎焊台中、以及在装配过程中将集管夹头装配在定子线棒上。
背景技术：
定子线棒通常是大型、较长且笨重的，例如，35英尺长和几百磅(lb)重。定子线棒通常是笔直的，并在定子的长度上延伸。当安放在定子中时，定子线棒的平直分段形成了环绕转子的圆柱形阵列。定子线棒的末端从定子的对端沿轴向地延伸出来。定子线棒的末端部分从定子中延伸出来，并弯曲而形成端匝。定子线棒的末端通过铜或不锈钢配件和水冷式连接器而连接起来，从而形成连续的液压绕组回路。
各个水冷的定子线棒包括小矩形的实心和空心铜绞线阵列。各个定子线棒中的这种铜绞线阵列通常设置成矩形线束。空心绞线各自具有用于引导冷却剂通过定子线棒的内部导管。定子线棒的末端各自连接在液压集管夹头上。
液压集管夹头用作用于电枢绕组线棒的电气连接件和冷却流连接件。液压集管夹头是空心连接器，其包括用于冷却液进入或流出的封闭腔，冷却液通常是去离子水。在一个开口端，夹头将电枢绕组线棒的铜绞线末端封闭。钎焊合金将绞线的末端部分相互焊接在一起，并焊接在液压集管夹头上。实心和空心绞线的末端钎焊在液压集管夹头上，而该液压集管夹头装配在定子线棒的未端。
定子线棒末端和夹头组件必须经过加热，以便使钎焊合金熔化，并将组件钎焊在一起。在钎焊过程中，需要一种为夹头和定子线棒末端组件供热的系统和方法。
发明内容
已经研究出在钎焊腔中加热金属组件的方法，其包括将组件放置在钎焊腔中，其中，该组件安放在加热线圈中；将传导物质定位在加压件和组件之间；当组件安放在线圈中时，对组件施加压力；通过对线圈提供能量来加热该组件和该物质；利用来自线圈的热量对组件进行钎焊，以及移开加压件并冷却钎焊后的组件。该组件可包括定子线棒端部，例如定子铜绞线，以及夹头。
该方法还可包括加热线圈，其包括U形部分，并且定子线棒末端安放在该U形部分中，其中，传导物质安放在U形部分中，并且基本上填充了由U形部分的入口所限定的区域。另外，当紧靠定子线棒和夹头时，该传导物质就安放在线圈中。
该方法还可在钎焊腔中加热定子线棒和夹头组件，其包括将定子线棒和夹头组件放置在钎焊腔中，其中，该组件安放在加热线圈的U形部分中；将加热物质安放在U形部分中，并位于冲头和该组件之间；使该冲头延伸，从而将加热物质压靠在线圈中的该组件上，其中，该加热物质装配在U形部分中；通过为线圈提供能量，来加热定子线棒和夹头；利用来自线圈的热量将定子线棒钎焊到夹头上，并移开加压件，冷却钎焊的夹头。
已经研制出将定子线棒钎焊到夹头上的加热系统，其包括加热线圈，其具有接收定子线棒和夹头的承座；适合于装配在该线圈承座中的加热物质，以及用于将该物质施加在定子线棒或夹头上的可延伸的加压件。该承座可以是线圈的U形部分，并且该物质基本上填充了由线圈承座的入口所限定的区域。
图1是液冷式定子绕组装置的示意图，显示了联接在入口和出口冷却剂集管上的定子、定子线棒和液压集管夹头。
图2是电枢绕组线棒端部的透视图，显示了空心和实心绞线的分层阵列以及钎焊材料的插入片材。
图3是插入到液压集管夹头中的电枢绕组线棒端部的分解透视图，其中钎焊材料和夹头盖显示在夹头的一侧。
图4是处于液压集管末端夹头中的电枢绕组线棒的绞线的端视图，其中冲头将盖夹紧在夹头上，而散热器连接在线棒上。
图5是绕组线棒、末端夹头和冲头沿着图4中的线5-5的截面的侧视图。
图6是钎焊腔的侧面透视图。
图7是钎焊腔内部的放大视图，其显示了感应加热线圈和电枢绕组线棒的散热器。
图中各标号的含义如下10定子芯；12定子芯法兰；14芯肋；16电枢/定子绕组线棒；18电枢/定子绕组线棒末端夹头；20铜或不锈钢配件；22入口软管；24入口冷却剂集管；26出口软管；28出口冷却剂集管；30钎焊条；32夹头盖；34实心铜绞线；36空心铜绞线；38套环；39套环中的槽；40夹头的软管联接端；42夹头歧管腔；44钎焊隔离涂层；46夹头内表面；48歧管腔的后壁；50钎焊片材；52隔离层；54冲头；55驱动气缸；56夹头内的腔；57传导物质；58子腔；60钎焊腔；62护罩分段；64护罩的窗口；66加热线圈；67线圈中U形承座的入口区域；68护罩的底壁；69散热器夹子；71夹头导向件；72氧传感器；73可编程逻辑控制器；74散热器夹子；76云母垫片；78线圈引脚。
具体实施例方式
图1显示了用于典型液冷式发电机中的定子的液冷式电枢绕组装置。定子芯10具有定子芯法兰12和芯肋14。定子线棒16(也称为电枢绕组线棒)穿过定子芯中的径向延伸槽，并在相对的末端处由安装在线棒末端上的液压集管夹头18封闭起来。铜或不锈钢的配件20将成对定子线棒的相邻末端连接起来，从而形成了完整的电枢线圈元件。入口软管22将入口夹头18连接到入口冷却剂集管24上。出口软管26将出口夹头18连接到出口冷却剂集管28上。每个定子线棒就形成了一半电枢线圈。在相对端相连起来的一对定子线棒就形成了完整的电枢线圈。
图2是未带有液压集管夹头的定子线棒16的端部透视图。该线棒是实心铜绞线34和空心铜绞线36的矩形阵列。图3是插入在夹头18中的电枢绕组线棒16和钎焊条30及钎焊片材50的透视图。夹头盖32显示在夹头18的一侧。在图2中，钎焊条30插入在线棒16的实心铜绞线34的分层排列和空心绞线36的排列之间。在进行钎焊之前，在定子线棒的末端将钎焊条插入在绞线34，36之间。另外，钎焊片材50和夹头32装配在夹头18中。
如图2中所示，预钎焊定位的钎焊合金条延伸到短实心绞线的末端之外。在钎焊前选择预定位合金的高度，使得钎焊合金将在钎焊过程中完全熔化，并且不会流入到延伸的空心绞线的开口端中。
液压集管夹头18(也称为定子线棒的夹头)由导电材料如铜形成。夹头18是空心的，并包括可在电枢绕组线棒16末端的外侧面上滑动的矩形套环38。套环中的矩形槽39可接受电枢绕组线棒的末端和所插入的钎焊合金条30。夹头盖32装配在套环38一侧的相配矩形槽39中。钎焊合金片材50设置在套环的内表面周围，并包围线棒的末端。在夹头18的另一端设有圆柱形联接端40，其构造成可连接到冷却剂回路上。
在钎焊过程中，定子线棒保持在垂直位置。当定子线棒垂直时，线棒的平面端是水平的。末端夹头装配在定子线棒的末端，并将钎焊材料30，50放置在夹头和线棒之间。该熔融的钎焊合金就形成了位于定子线棒的实心绞线端之上的熔池。钎焊合金材料30，50可以是轧制的基本不含磷的银基钎焊合金。在钎焊后，钎焊合金在电枢线棒的末端(但不是空心绞线的末端)之上形成了钎焊合金隔离涂层。该隔离涂层将实心绞线末端和接头相对于夹头中的冷却剂通道屏蔽开来。钎焊合金还将夹头结合在绞线上，并使绞线末端彼此结合起来。
在钎焊过程中，感应加热线圈66对夹头、绞线和钎焊条30及片材50的组件进行加热。加热线圈66对夹头和定子线棒的末端进行加热，而使它们钎焊在一起。加热物质57可放置在冲头54的末端和夹头盖32之间。加热物质57可由热传导材料、例如钢或铜组成。加热物质57由加热线圈66进行加热，并将热量传导至夹头盖。加热物质可具有反转“C”形的横截面，从而适合冲头的末端，并配合在“C”形的加热线圈66中。加热物质在加热线圈的引脚之间滑动，而不会接触到线圈。加热物质还具有位于其正面上的槽，用以接受杠杆臂，当夹头和线棒组件定位在钎焊腔中时，夹子用于将夹头保持在定子线棒上。
加热物质57有助于在钎焊过程中对夹头盖32施加热量。该加热物质由线圈66来加热。热量通过传导从物质57传递到夹头盖32上。加热物质直接贴靠在夹头盖(或者夹头和线棒组件的其它裸露的外表面)上，从而促进了热量传递到夹头盖或裸露外表面上的热传导。
另外，加热物质安放在U形状的线圈66中。加热物质57的C形横截面轮廓基本上填充了线圈U形承座的入口区域67。例如，加热物质可填充至少75％的线圈承座的入口区域。加热物质57的两侧可基本上与加热线圈的侧面平行并相邻，从而保证该物质由线圈加热。
云母可用于垫片76，其将线圈与夹头分开，以及将加热物质57与冲头54间隔开。线圈和夹头之间的云母垫片可以为0.060英寸。隔热物质垫片可用于使冲头54的轴与加热物质57隔离。
散热器夹子69连接在定子线棒上，并位于线棒的加热端下面。散热器冷却夹头下方的定子线棒。通过冷却线棒，就可防止在垂直的线棒处于钎焊罩中时，液化的钎焊材料流入绞线之间。
钎焊接头最好制成为使定子线棒位于垂直的方向上。优选采用垂直的定向，这是因为其有助于将合金保留在接头中，并允许将合金片更容易地预先放置在液压集管夹头组件的表面上，从而提供额外的钎焊合金和/或焊料的来源，它们将熔化并流过线棒16的末端表面，以便在线棒的实心铜绞线的末端上形成更厚的钎焊隔离层。
图4是液压集管夹头18、实心绞线34和空心绞线36的自由端、冲头54和感应加热线圈的截面端视图，其中冲头54将夹头盖34压入到夹头中，而感应加热线圈用于加热夹头、绞线和钎焊条30及片材50的组件。液压集管夹头18(也称为定子线棒夹头)由导电材料如铜形成。夹头18是空心的，并包括可在电枢绕组线棒16的末端外侧面上滑动的矩形套环38。套环中的矩形槽39可接受电枢绕组线棒的末端和所插入的钎焊合金条30。夹头盖32装配在套环38一侧的相配矩形槽39中。在夹头18的另一端设有圆柱形联接端40，其构造成可连接到冷却剂回路上。
图5是液压集管夹头18的侧面剖视图，该夹头18接受电枢绕组线棒16和冲头54，以便在钎焊期间将夹头盖32压入到夹头槽39中。实心铜绞线34和空心铜绞线36以大致矩形的多层阵列形式而设置成相互并列且重叠的关系。通过装配在集管夹头的相似形状槽39中的侧盖32，可将该阵列压在液压端部配件或集管夹头18中。冲头54将夹头盖32压入到套环38中，并将绞线34，36的末端和所插入的钎焊条压在一起。
夹头和定子线棒组件安放在感应加热线圈66中。云母垫片76将线圈与夹头间隔开。线圈和夹头之间的云母垫片可以为0.060英寸，而冲头和夹头盖之间的垫片可以为0.030英寸。在钎焊的过程中，被冷却的散热器夹子74将线棒16夹在夹头之下。
各液压集管夹头18包括位于夹头套环38内的内部歧管腔42。该歧管腔42接受电枢线棒的绞线末端34，36，并提供用于使流过夹头18的冷却剂进入电枢线棒16的空心绞线36中或从中排出的导管。在夹头内，歧管腔42向内通到颈缩式内腔分段56并通向扩展式子腔58，其中子腔58与软管接头40对准，并构造成可接受流入或流出软管的冷却剂。夹头的外部和内部形状可以变化，以适应存在于大型液冷式涡轮发电机中的不同电枢线棒结构。
当将绕组线棒16钎焊到液压集管夹头18上时，实心铜绞线34的自由端通常与歧管腔42的后壁48齐平。空心铜绞线36的自由端部分地延伸到歧管腔42中。空心铜绞线36的末端可延伸到实心绞线34的末端之外达大约千分之10至千分之500英寸，并进入到腔42中。
实心和空心绞线的不同长度可通过任何适当的手段来实现，包括使用切割工具来剪短实心绞线。实心绞线层和空心绞线层之间的合金条30通常并不轴向延伸到空心绞线36的末端之外，这样，液体钎焊合金在液化时就不会阻塞空心绞线的开口端。另外，焊料44和钎焊合金片材50(图3)沿着夹头的内壁46预先放置，从而包围了空心和实心绞线的封闭端。焊料44可以是设在外绞线和夹头内部之间的铜银合金。
在钎焊工艺结束时，钎焊合金隔离层52沿着该阵列中各绞线34，36的所有侧面并在它们之间轴向地延伸，并且还覆盖了实心绞线34的末端(或接合面)，同时使空心绞线36的末端保持敞开，并且不会阻挡冷却剂自由地流过空心绞线。
钎焊接头可制成为使电枢线棒的轴线位于水平或垂直的定向中。优选采用垂直的定向，这是因为这种定向有助于将合金保留在接头中，并允许更容易将合金片预先放置在液压集管夹头内侧的组件的表面上，从而提供额外的钎焊合金和/或焊料的来源，它们将熔化并流过线棒16的末端表面，从而形成更厚的钎焊隔离层。
图6是钎焊腔60组件的侧视图。钎焊腔60可利用耐腐蚀的钎焊合金来形成液冷式电枢线棒绞线包装与液压集管夹头18之间的钎焊连接，这种耐腐蚀的钎焊合金不容易产生裂隙腐蚀，并且在钎焊的液冷式界面上提供了合金层。
对开式钎焊腔具有侧向间隔开以接受电枢绕组线棒的左、右侧护罩分段62。一旦线棒16垂直地安装在左护罩分段中，就可将右护罩分段闭合在左护罩上，以形成一个封闭的腔。护罩分段中的窗口64允许观察钎焊过程。该护罩可承受1000摄氏度(1832华氏度)或更高的钎焊温度。
可将受控的气体气氛泵送到腔内，以便清除氧气并在腔内形成基本上不含氧气的内部气氛。受控气体气氛可包括氮气和氢气的混合物，或100％的氢气。在冲洗净化后，腔内的氧气水平最好小于百万分之五百(500ppm)的氧气水平。基本不含氧的气氛就允许在没有有害钎焊氧化的条件下进行钎焊工艺。
图7是在线圈66中未设电枢线棒或夹头的状态下，钎焊腔60的左护罩62内部的透视图。感应加热线圈66将夹头和线棒加热到预定的钎焊温度达一段规定的时间。加热线圈的温度曲线图是设计选择，并取决于所执行的钎焊工艺。
钩型(或U形)感应加热线圈66可接受电枢线棒的末端和液压集管夹头18。上部导向件71与液压集管夹头的顶部对准，使得套环处于感应线圈66的引脚78之间。散热器夹子74将电枢线棒垂直地固定在钎焊腔内，并防止液体钎焊合金向下流入到线棒绞线之间。在钎焊过程中，冲头54将夹头盖32和绞线末端34，36压入到夹头中。气动式驱动气缸55移动冲头，并对夹头盖施加压力。
腔室的底壁68包括用于接受电枢线棒并防止腔内的气体气氛泄漏的密封件。腔内的惰性气体可保持在大气压力之上的水平，以保证氧气不会泄漏到腔内。
腔内的多个温度指示器70定位在钎焊腔内的不同位置。腔内的氧传感器72以腔内气氛的每百万份为单位来产生氧气水平的实时信号。该氧气信号可提供给用于钎焊工艺的可编程逻辑控制器73。
可编程逻辑控制器(PLC)73自动地执行钎焊工艺协议。在进行钎焊的过程中，PLC控制感应线圈，并监测腔内的温度和氧气水平。PLC还可控制冲头54，55所施加的作用力和冲头的线性运动。由PLC执行的控制程序可包括用于加热线圈及夹头和电枢线棒组件的多个时间和温度循环。
散热器74是弹簧加载式的并可将线棒16夹紧在夹头之下的平直线棒夹子。散热器是水冷式的，以保证夹头下面的电枢绕组线棒16比钎焊合金的液相线温度更冷。夹紧点处的较冷电枢线棒导致向下流入到线棒绞线之间的液体钎焊合金凝固。
虽然已经结合目前被认为是最实用且最优选的实施例来介绍了本发明，然而应当理解，本发明并不限于所公开的实施例，相反，本发明旨在覆盖包含在所附权利要求的精神和范围内的各种改型和等效设置。
权利要求
1.一种加热钎焊腔(60)中的金属组件(16，18)的方法，包括将所述组件放置在所述钎焊腔中，其中，所述组件安放在加热线圈(66)中；将传导物质(57)定位在加压件(54)和所述组件之间；当所述组件安放在所述线圈中时，对所述组件施加压力；通过为所述线圈提供能量，来加热所述组件和所述物质；利用来自所述线圈的热量对所述组件进行钎焊，和移开所述加压件，并冷却所述钎焊的组件。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述加热线圈(66)包括U形部分，并且所述组件安放在所述U形部分中。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述传导物质(57)安放在所述U形部分中。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述传导物质基本上填充了由所述U形部分的入口(67)所限定的区域。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括利用所述线圈来加热所述传导物质(57)，并将热量从所述线圈传导至所述组件上与所述线圈相接触的部位。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述组件包括定子线棒末端(16)和夹头(18)，所述夹头还包括装配在所述夹头的槽(39)中的盖(32)，并且所述方法还包括将所述传导物质贴靠在所述盖上，并将热量从所述物质传导至所述盖。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述加热线圈(66)是感应式或电阻式加热线圈。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述加压件(54)是冲头，并且所述冲头贴靠在所述传导物质上。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述传导物质(57)连接在所述加压件的可延伸的冲头上，并且将所述物质施加在所述组件上。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述加热线圈(66)是固定的，并且所述组件移动到安放位置中。
全文摘要
一种加热钎焊腔(60)中的定子线棒(16)和夹头(18)组件的方法，包括将所述组件放置在所述钎焊腔中，其中，所述组件安放在加热线圈(66)中；将传导物质(57)定位在加压件(54)和所述组件之间；当所述组件安放在所述线圈中时，对所述组件施加压力；通过为所述线圈提供能量，来加热定子线棒和夹头；利用来自线圈的热量将定子线棒钎焊到夹头上，以及移开所述加压件和冷却所述钎焊的组件。
文档编号B23K3/08GK1907620SQ20061010877
公开日2007年2月7日 申请日期2006年8月3日 优先权日2005年8月3日
发明者Y·王, D·R·舒马赫尔, J·M·富加蒂, A·M·艾弗森 申请人:通用电气公司