CN105190786B - 高压力气密端子 - Google Patents
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Abstract
所公开的是一种用于在高压力应用中使用的气密电力端子馈通装置，其被公开为包括熔融销子组件，该熔融销子组件包括管状加强构件和导电销。该销穿过管状加强构件并且通过可熔密封材料固定至该管状加强构件以产生气密密封。熔融销子组件随后被接合并气密密封至端子本体。还公开了一种用于制造高压力气密电力端子馈通装置的方法。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求于2013年3月15日提交的美国临时申请No.61/788,762的优先权。以上申请的全部公开内容通过参引并入本文。
技术领域
本公开总体上涉及气密电力端子馈通装置，并且更特别地涉及用于在高压力应用中使用的气密电力端子馈通装置。
背景技术
本部分提供了与本公开有关的背景信息，但其不一定是现有技术。
常规地，气密密封的电力端子馈通装置(也被称作“气密端子”)用于提供与气密密封装置如空调(A/C)压缩机结合使用的气密电力端子。在这种应用中，保持气密密封是关键的要求，并且通过气密端子的泄漏必须被有效地排除。图1示出了A/C压缩机100的示意图，在A/C压缩机100中安装有能够使电力供给至位于密封壳体内的马达的气密端子200。气密端子构造成防止被压缩的加压制冷剂气体102通过端子100泄漏。
图2中示出了现有技术中周知的示例性常规气密端子200。在这种常规气密端子200中，导电销202通过在销202与端子本体206之间形成气密的玻璃对金属的密封的电绝缘可熔密封玻璃208而在穿过金属端子本体206的孔口或开口204内固定就位。可选地，陶瓷绝缘套筒210在端子本体206的内侧围绕各个销202并且通过密封玻璃208被紧固就位。另外，弹性电绝缘体212可选地被粘结至端子本体206的外表面以及玻璃对金属的密封件208及导电销202的部分上。
在常规的气密端子200中，端子本体206通常通过冲压操作由冷轧钢制成，这种冲压操作形成了端子本体206的帽形形状以及穿过端子本体的顶壁214的开口204。由于冲压形成了穿过端子本体206的顶壁214的开口204，从而产生了用作下述表面的唇状部216：可熔密封玻璃208可以抵靠该表面形成气密密封。由唇状部216产生的表面区域——该表面区域的长度延伸了端子本体206的顶壁214的厚度的两倍或更多倍——确保了可以实现所需的气密性的足够的密封。
除气密性以外，对于气密端子特别是用在压力应用中的气密端子而言，胀裂压力也是关键的性能指标。高压力气密端子的性能要求通常需要气密端子能够在大于20MPa的压力(即每平方英寸几千镑)下保持气密性。在高压力空调压缩机中，例如，气密端子可能需要满足33MPa(大约4800psi)的胀裂压力水平。端子本体在高压力下的任何变形都可能会损害气密密封的完整性并且导致气密端子的故障。因此，通常所能接受的是，高压力气密端子需要更牢固(即更厚)的端子本体。
然而，气密端子的尺寸以及冲压技术的限制将金属冲压过程所能够生产的端子本体的最大厚度限制为仅大约3.5毫米。此外，在形成端子本体的材料的厚度朝3.5毫米增大时，冲压操作期间在开口中形成唇状部(该唇状部提供了可以形成气密密封的表面)的能力减小。因此，已经证实金属冲压不适合形成用于高压力气密端子的端子本体。
因此，为了在高压力应用中实现必要的气密性和胀裂压力性能的结合，高压力气密端子通常包括更厚的端子本体。图3中示出了一种示例性高压力气密端子300。如所示出的，端子本体306的顶壁314的厚度t2大致厚于图2的常规气密端子的顶壁206的厚度t1，原因至少部分地在于需要提供充足的表面区域来形成足够的气密密封。例如，具有大约6毫米的顶壁厚度t2的端子本体306已经被证实在高压力下表现出所必需的强度，同时又提供了使密封玻璃308与端子本体306形成足够的气密密封所需的表面区域。然而，更厚的端子本体306可能不易于以成本有效的制造操作如金属冲压来制造。相反地，更厚的端子本体306通常由对棒料进行机械加工的花费更大的制造过程来制造。另外，机械加工端子本体306的棒料可能包括呈夹杂物——这些夹杂物可能会竖向延伸穿过机械加工的端子本体306的顶壁314的厚度t2——的形式的缺陷。这些夹杂物可能进而导致机械加工部件的切削量增大的缺陷。
发明内容
因此，存在对下述改进的高压力气密端子的需求：该改进的高压力气密端子可以在高压力应用中满足必要的气密性和胀裂压力性能的结合并且可以以大批量生产环境如通过冲压有效地制造。
本公开提供了一种用于在高压力应用中使用的气密电力端子馈通装置。气密电力端子可以包括熔融销子组件，该熔融销子组件包括管状加强构件和导电销。导电销穿过管状加强构件并且可以通过可熔密封材料固定至该管状加强构件以产生气密密封。熔融销子组件随后可以通过钎焊或焊接永久性地接合并气密密封至端子本体。
本公开的气密端子的构造使得端子本体能够由比高压力气密端子中常规地所采用的金属材料更薄的金属材料制成。尽管端子本体更薄，但是所提供的气密密封以及端子本体的强度满足了高压力操作环境的性能要求。端子本体的减小的厚度使得该端子本体能够适于通过经济的金属冲压制造过程形成。
其他适用领域将通过文中所提供的描述变得显然。本发明内容中的描述和具体示例意在仅说明的目的并且不意在限制本公开的范围。
附图说明
文中所描述的附图出于仅说明选定实施方式的目的而非是所有可能的实现形式，并且不意在限制本公开的范围。
图1为包括气密端子电力馈通装置的常规A/C压缩机的示意图；
图2为常规气密端子的截面正视图；
图3为常规高压力气密端子的截面正视图；
图4为本公开的高压力气密端子的立体图；
图5为图4的高压力气密端子的分解立体图；
图6为图4的高压力气密端子的截面正视图；
图7为本公开的高压力气密端子的替代性实施方式的截面正视图；以及
图8为本公开的高压力气密端子的另一替代性实施方式的截面正视图。
具体实施方式
现在将参照附图更加充分地描述示例实施方式。
参照图4至图7，总体上示出了根据本公开的教示的气密端子。气密端子10总体上包括端子本体12、加强构件14、导电销16以及电绝缘可熔密封材料18。导电销16穿过加强构件14并且通过在销16与加强构件14之间形成气密密封的可熔密封材料18固定至该加强构件14。加强构件14随后通过接合过程如钎焊或焊接永久性地接合并气密密封至端子本体12。当然，气密端子10可以包括多个导电销16、多个加强构件14以及由可熔密封材料18形成的多个密封件。
参照图4和图6，示例性气密端子10被示出为具有三个导电销16，每个导电销16各自气密密封至对应的加强构件14，对应的加强构件14本身气密地接合至端子本体12。如所示出的，导电销16从端子本体12的第一内侧20延伸穿过端子本体12至端子本体12的第二外侧22。
端子本体12包括金属的大致帽状结构，并且其包括大致平坦顶壁24、圆筒形侧壁26以及从该侧壁26径向向外延伸的环形唇状部28。顶壁24限定了用于接纳加强构件14和导电销16的多个开口30，使得导电销16能够穿过端子本体12。
端子本体12的直径可以为大约25毫米至大约40毫米。顶壁24的厚度(T1)可以小于大约3.5毫米，并且优选地在2.5毫米与3.5毫米之间，并且更优选地在3.0毫米与3.5毫米之间。端子本体12可以通过金属冲压制造过程由冷轧钢或热轧钢制成。
加强构件14各自包括本体部32，本体部32具有沿着纵向轴线(X)延伸一定长度(L)的中空管状构型。本体部32具有第一外径(D)、第二内径(d)以及壁厚度(t)。外径(D)定尺寸成紧密地配合在穿过端子本体12的顶壁24的开口30内，使得本体部32的外表面与开口30的壁相邻。内径(d)定尺寸成容置穿过加强构件14的导电销16以及在导电销16与加强构件14之间形成气密密封的可熔密封构件18。加强构件14的长度(L)通常大于端子本体12的上壁24的厚度(T1)。在这种构型中，加强构件14提供了沿着其内径(d)的延伸超过端子本体12的上壁24的厚度(T1)的密封表面，并且因此，与适于在高压力操作环境下使用的可熔密封材料18和销16有效地形成了气密密封。
可选地，在管状本体部32的一端处，加强构件14可以包括凸缘或缘部34。通过安装在端子本体12中，凸缘34可以坐置于端子本体12的顶壁24上。例如，如图6中所示，加强构件14的凸缘34可以坐置于顶壁24的外表面36上。替代性地，加强构件14可以安装成使得凸缘34坐置于顶壁24的内表面38上。在气密端子10的制造期间，凸缘34可以辅助加强构件14相对于端子本体12的定位。另外，凸缘34可以用作对端子本体12的上壁24的结构加强件，从而增大针对高压力操作环境中产生的力而变形的抵抗性。
加强构件14可以由金属如冷轧钢或热轧钢来制成。加强构件14的热膨胀系数可以与可熔密封材料18、导电销16以及端子本体12的热膨胀系数匹配。
每个导电销16各自沿着纵向轴线(X)延伸并且接纳在加强构件14内。导电销16通过可熔密封材料18相对于加强构件14固定就位。导电销16优选地由钢、不锈钢或带铜芯钢材制成。导电销16的热膨胀系数可以与可熔密封材料18、加强构件14以及端子本体12的热膨胀系数匹配。
可熔密封材料18可以包括用于在导电销16与加强构件14之间形成气密的玻璃对金属的密封的可熔玻璃。这些材料在本领域中是众所周知的。可熔密封材料18的热膨胀系数可以与加强构件14、导电销16以及端子本体12的热膨胀系数匹配。
本公开的气密端子的构型的显著优势在于可以将比高压力气密端子中常规地所采用的端子本体更薄的端子本体12用在本公开的气密端子10中。尽管端子本体12更薄，但是所提供的气密密封以及端子本体12的强度满足了高压力操作环境的性能要求。此外，与先前所实施的由棒料进行机械加工不同，端子本体12的减小的厚度使得端子本体12适于以更经济的金属冲压制造过程来形成具有穿过顶壁的一个或更多个开口的帽状端子本体。金属冲压过程可以采用可以以更大的生产速度运行的更不昂贵的工具，从而减少了制造成本并增大了制造输出。此外，通过金属冲压过程形成的端子本体通常没有像在机械加工的端子本体中那样的呈现出呈竖向延伸穿过顶壁的厚度的夹杂物形式的缺陷。
用于制造本公开的气密端子10的过程与用于制造现有的气密端子装置的过程不同。一方面，导电销16可以通过可熔密封材料18气密地接合至加强构件14，从而在该导电销16与端子本体12组装之前产生熔融销子组件。首先，可熔密封材料18可以构造为预成型管。销16、预成型管18以及加强部件14随后可以设置成使得预成型管18嵌接在加强部件14内并且销16穿过预成型管18和加强构件14。随后，该装置被加热至电绝缘可熔密封材料18的熔融温度(即，对于可熔密封玻璃而言为大约1500℉)。在加热之后，组件随后可以被冷却从而形成熔融销子组件，其中，销16与加强构件14通过由可熔密封材料18形成的气密密封接合。
随后，熔融销子组件可以通过顶壁24中的开口30安装在端子本体12中。熔融销子组件一旦被定位在开口30内，则熔融销子组件就可以通过接合过程如钎焊或焊接接合至端子本体12。接合过程提供了占据熔融销子组件(例如加强构件(14)的外径(D))与开口30之间的紧密配合空间并且粘合至加强构件14和端子本体12的填充材料。接合过程在熔融销子组件与端子本体12之间形成了气密密封件39。气密密封件可以在加强构件14与开口30之间沿着开口30的整个轴向长度(即顶壁24的厚度)延伸。另外，气密密封件39可以在加强构件14的凸缘(在凸缘34形成加强构件14的一部分的情况下)与端子本体12的顶壁24的外表面36(或者内表面——这根据加强构件14在开口30中的取向)之间延伸。这种接合过程通常可以在比电绝缘可熔密封材料的熔融温度更低的温度(例如大约840℉)下发生，并且因此，销16与加强构件14之间的气密密封的完整性不会受该过程影响。
图7和图8中示出了本公开的高压力气密端子的另外替代方案10’和10”。在图7中示出的气密端子10’中，刚性垫40可以在熔融销子组件接合至端子本体12之前或之后附接至端子本体12的顶壁24的外表面36。刚性垫40可以大致为盘状并且定尺寸成大致覆盖端子本体12的顶壁24的外表面36。刚性垫40可以包括与端子本体12的顶壁24中的开口(多个开口)30大致对准以使导电销(多个导电销)16能够穿过垫40的一个或更多个开口42。刚性垫40的厚度(T2)可以小于或者大约等于端子本体12的顶壁24的厚度(T1)。优选地，顶壁24与刚性垫40的组合厚度(T1+T2)略大于加强构件14的长度(L)。
刚性垫40可以向端子本体12提供额外的结构支承，从而使气密端子10进一步适于用在高压力应用中。如图7和图8中所示，垫40可以用于加强构件14、14’(这独立于加强构件是否包括凸缘34)。垫40可以由与端子本体12相同的金属制成并且可以通过先前所描述的接合过程如通过钎焊或焊接接合至端子本体12。
此外，尽管未被示出，但是应当理解的是，根据本公开的电力端子馈通装置还可以包括附加特征件，例如覆于端子本体的表面上的保护涂层(例如硅橡胶)、结合到销中的熔融部、对销提供覆于表面上的保护的附加绝缘体(例如陶瓷绝缘体)以及适于将销连接至其他部件的连接件。
出于说明和描述的目的已经提供了实施方式的前述描述。这些描述并不意在穷举或限制本公开。特定实施方式的各个元件或特征通常并不局限于该特定实施方式，而是如果适用，则能够相互交换，或者甚至没有具体地示出或描述的情况下适用于选定实施方式。特定实施方式的各个元件或特征还可以以许多方式进行改变。这些变型并不认为是与本公开相背离，并且所有的改型均意在包括于本公开的范围内。
Claims (20)
1.一种高压力气密端子，所述高压力气密端子用于高压力操作环境中，所述高压力气密端子包括：
帽状金属的本体，所述帽状金属的本体包括大致平坦的顶壁和圆筒形侧壁，所述顶壁具有3.0mm至3.5mm的厚度并且具有沿纵向轴线的方向延伸穿过所述顶壁的开口，所述开口包括长度等于所述顶壁的所述厚度的侧壁；
金属管状的加强构件，所述金属管状的加强构件位于所述开口内并且沿着所述纵向轴线延伸，所述加强构件的外径定尺寸成紧密地配合在所述开口内，从而使得所述加强构件的外表面与所述开口的壁相邻，所述加强构件通过填充材料接合至所述本体；
导电的销，所述导电的销沿着所述纵向轴线延伸穿过所述加强构件；以及
电绝缘可熔密封材料，所述电绝缘可熔密封材料将所述导电的销接合并气密密封至所述加强构件，
其特征在于，所述加强构件包括本体部以及位于所述本体部的一端处的缘部，所述缘部坐置于所述端子的所述本体的所述顶壁上以向所述顶壁提供结构加强件，从而增大所述顶壁针对受所述高压力操作环境中产生的力而变形的抵抗性。
2.根据权利要求1所述的气密端子，其中，所述加强构件在所述纵向轴线的方向上的长度大于所述顶壁的所述厚度。
3.根据权利要求1所述的气密端子，其中，所述缘部坐置于所述端子的所述本体的所述顶壁的外表面上。
4.根据权利要求1所述的气密端子，其中，所述缘部坐置于所述端子的所述本体的所述顶壁的内表面上。
5.根据权利要求1所述的气密端子，还包括刚性的垫，所述刚性的垫附接至所述端子的所述本体的所述顶壁的外表面，所述刚性的垫由与所述端子的所述本体相同的金属制成。
6.根据权利要求5所述的气密端子，其中，所述垫定尺寸成覆盖所述端子的所述本体的所述顶壁的所述外表面，并且所述垫包括孔口，所述孔口在沿着所述纵向轴线的方向上与所述端子的所述本体的所述顶壁中的所述开口对准。
7.根据权利要求6所述的气密端子，其中，所述垫与所述端子的所述本体的所述顶壁的组合厚度大于所述加强构件的长度。
8.一种用于制造高压力气密端子的方法，所述高压力气密端子用于高压力操作环境中，所述方法包括：
通过冲压操作形成帽状金属的本体，其中，所述本体包括大致平坦的顶壁和圆筒形侧壁，并且其中，所述顶壁的厚度为3.0mm至3.5mm，并且所述顶壁包括沿着纵向轴线延伸穿过所述顶壁的至少一个开口；
提供金属管状的加强构件，所述金属管状的加强构件包括具有外径和内径的本体，其中，所述外径定尺寸成紧密地配合在所述开口内，从而使得所述加强构件的外表面与所述开口的壁相邻；
提供电绝缘可熔密封材料，所述电绝缘可熔密封材料构造为具有外径和内径的预成型管，其中，所述预成型管的所述外径定尺寸成配合在所述加强构件的所述内径内；
提供导电的销，所述导电的销具有定尺寸成配合在所述密封材料的所述内径内的外径；
将所述密封材料布置到所述加强构件内；
将所述销布置到所述密封材料内；
将所述销永久性地接合至所述加强构件以形成熔融销子组件；
将所述熔融销子组件布置到所述开口内；
将所述熔融销子组件永久性地接合至所述本体；以及
将刚性的垫附接至所述顶壁的外表面，所述垫由与所述端子的所述本体相同的金属制成，所述垫包括与所述至少一个开口对准的孔口。
9.根据权利要求8所述的用于制造高压力气密端子的方法，其中，将所述销永久性地接合至所述加强构件包括在所述加强构件与所述销之间形成气密密封；以及
其中，将所述熔融销子组件永久性地接合至所述本体包括在所述加强构件与所述本体之间形成气密密封。
10.根据权利要求8所述的用于制造高压力气密端子的方法，其中，在所述加强构件与所述销之间形成气密密封包括将所述销、所述密封材料以及所述加强构件加热至所述密封材料的熔融温度。
11.根据权利要求8所述的用于制造高压力气密端子的方法，其中，将所述销、所述密封材料以及所述加强构件加热至所述密封材料的所述熔融温度包括加热至大约1500℉。
12.根据权利要求11所述的用于制造高压力气密端子的方法，其中，将所述熔融销子组件永久性地接合至所述本体包括将填充材料加热至大约840℉。
13.根据权利要求8所述的用于制造高压力气密端子的方法，其中，提供所述金属管状的加强构件还包括提供包括在一端处定位有缘部的本体的金属加强构件；以及
其中，将所述熔融销子组件布置到所述开口内包括将所述熔融销子组件在所述开口内定向成使得所述缘部坐置于所述顶壁的外表面上。
14.根据权利要求8所述的用于制造高压力气密端子的方法，其中，提供所述金属管状的加强构件还包括提供包括在一端处定位有缘部的本体的金属加强构件；以及
其中，将所述熔融销子组件布置到所述开口内包括将所述熔融销子组件在所述开口内定向成使得所述缘部坐置于所述顶壁的内表面上。
15.根据权利要求8所述的用于制造高压力气密端子的方法，其中，将所述熔融销子组件永久性地接合至所述本体包括将填充材料加热至大约840℉。
16.一种高压力气密端子，所述高压力气密端子用于高压力操作环境中，所述高压力气密端子包括：
帽状金属的本体，所述帽状金属的本体包括大致平坦的顶壁和圆筒形侧壁，所述顶壁包括3.0mm至3.5mm的第一厚度并且具有沿着纵向轴线延伸穿过所述顶壁的开口，所述开口包括长度等于所述顶壁的所述厚度的侧壁；
金属管状的加强构件，所述金属管状的加强构件位于所述开口内，所述金属管状的加强构件沿着所述纵向轴线延伸并且接合至所述本体，并且所述金属管状的加强构件包括定尺寸成紧密地配合到所述开口内的外径；
导电的销，所述导电的销沿着纵向轴线延伸穿过所述加强构件；
电绝缘可熔密封材料，所述电绝缘可熔密封材料将所述导电的销接合并气密密封至所述加强构件；以及
刚性的垫，所述刚性的垫附接至所述顶壁的外表面，所述刚性的垫由与所述端子的所述本体相同的金属制成，所述垫包括与所述开口对准的孔口。
17.根据权利要求16所述的气密端子，其中，所述垫覆盖所述顶壁的所述外表面并且具有与所述第一厚度大致相等的第二厚度。
18.根据权利要求17所述的气密端子，其中，所述加强构件包括本体部以及位于所述本体部的一端处的缘部。
19.根据权利要求18所述的气密端子，其中，所述缘部坐置于所述端子的所述本体的所述顶壁上。
20.根据权利要求19所述的气密端子，其中，所述缘部坐置于所述端子的所述本体的所述顶壁的内表面上。
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