CN105939810A - 用于钎焊转子绕组的方法 - Google Patents

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Abstract

本公开内容涉及用于制造旋转电气设施的绕组的方法。将铜的半线圈(1,2)接合到这种发电机转子的绕组通常通过钎焊过程实现，其中，位于半线圈端部处的待接合的各个匝在将钎焊材料仔细地定位在接合区域中之后单独地加热到钎焊温度。该常规方法大体要求长时间执行，其导致高生产成本。本发明的目的是提供一种用于所述导体(1,2)的接合的方法，其是较快的且能够减少影响邻近部分的钎焊和加热的负面作用。该目的借助于定位在待接合的线圈堆叠(1,2,1A,2A)上的钎焊元件(4)实现。

Description

用于钎焊转子绕组的方法
技术领域
本公开内容涉及用于制造用于在旋转电气机械中使用的转子的绕组的方法。特别而言，该方法可在车间以及直接在现场应用。
背景技术
现有技术的电能转换依赖于带有处于50Hz或60Hz频率且电压水平从数百伏到数千伏的交流电(AC)的三相电力网。旋转机械能到电能的转换和相反的转换分别通过发电机和通过马达完成。那些旋转机械可分成异步器械和同步器械。
马达和发电机包括定子和转子。机械的转子在定子的定子孔内侧旋转。旋转机械典型地通过转子磁极绕组生成磁场。旋转器的转子磁极的数目和每分钟转数(rpm)限定定子磁场的频率。转子的绕组的电阻导致其中的电阻损耗。
转子大体制造成带有若干线圈，每个线圈嵌入到其布置在转子本体中的相应槽口。特别而言，每个线圈具有大体由铜制成的称为匝的导体的堆叠的形式。
每个绕组由线圈制成，各自沿着转子本体平行于转子轴线延伸。每个半线圈在其轴向端具有两个沿直径方向相对的半径部分，每一个均与相对的半线圈的相应半径部分接合，因此形成构成转子绕组的带有全部线圈的完整转子线圈。
EP2 246 965 A2描述了一种方法，其涉及移除旧线圈以及由新线圈替换旧线圈，使得使用平行于转子轴线的区段和两个线圈端的区域中的两个弧形区段的单片半-绕组。通过关于绕组的一部分或关于全部绕组的材料退化，线圈的弧形区段相对于其轮廓宽度减少。
KR 101 053 355 B1描述了用于发电机的空气冷却线圈的固定物。固定物的功能是将转子线圈按压在机械位置中。作为用于钎焊线圈的稍后步骤的准备步骤，调整线圈的机械位置。转子线圈的按压通过提升块、按压块和轴承的构件实现。
铜转子匝的接合通过钎焊过程实现，其中，位于线圈的两端的待接合的匝在钎焊合金定位在接合区域中之后单独地加热到钎焊温度。
这种钎焊过程必须按照顺序应用到钎焊在一起的线圈堆叠内的每对匝。
大体而言，卷绕转子包括用于每个磁极的四到八个线圈。对于具有两个磁极的转子，将存在多达十六个线圈。每个线圈由在线圈的每端处接合在一起的成对的相对的半线圈制成。每个半线圈由通常包括多达十二匝的堆叠构成。因此，对于每个线圈，常规钎焊操作将必须执行二十四次(在每个线圈的每端处十二次)。因此，对于十六个线圈的绕组，钎焊过程将按照顺序执行大约四百次。
将理解这种过程将大体要求长时间执行，这导致高的生产成本。
在每个线圈都钎焊之后，各对匝必须进行NDT测试(非破坏性测试)。这在接合区域上执行以确保钎焊的附着品质。随后，如公知的那样，接合区域需要电气绝缘。如此，在品质检查之后，一层电气绝缘物定位在钎焊区域上。由于标准电气绝缘物不能抵抗钎焊周期，所以绝缘物不能在钎焊之前插入。
所有上述操作对于然后添加在先前钎焊的匝的、带有绝缘材料的线圈的下一个单独匝重复。
本公开内容的目标在于提供一种克服与长的劳动密集过程关联的困难所需的方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于在旋转电气设施转子的制造中钎焊转子线圈的铜匝的方法，其是快速的且最大限度减少对转子的邻近部分(包括已经钎焊的部分，或者仍然待钎焊的部分)的可能负面作用。
根据优选实施例，该目的借助于钎焊元件实现，其如将在一些示例性实施例的以下描述中描述地那样定位在待钎焊的线圈堆叠的一侧。
根据本发明，线圈堆叠中的全部铜匝的钎焊在多达六分钟的有限时间内，借助于线圈中的全部匝的均匀且同时的加热执行，这不能由通过从顶部表面局部地加热待钎焊的匝的常规钎焊工艺提供。
另外，与钎焊单独的匝相比，在钎焊线圈堆叠时生成更多的热量。出于该原因，根据优选实施例，本发明确保邻近钎焊区域的转子材料不受过量温度影响。
而且，根据优选实施例的本发明提供用于执行NDT测试的新颖方法。事实上，常规线圈钎焊允许从每个单独的匝的顶面的测试以检查结合品质。相反，利用所提出的方法，在钎焊匝之间仅存在大约0.5毫米的有限空间，其太小以致于不适合常规超声波探针或应用联接凝胶和在UT检验之后移除联接凝胶。
附图说明
本发明的前述目的和许多伴随的优点将变得更容易认识到，因为其在结合附图参考以下详细描述时变得更好理解，在附图中:
图1是卷绕期间的转子的透视图；
照片2和2a是部分地卷绕的转子的透视图，其中，铜线圈根据常规方法(电阻钎焊)钎焊；
图3示出根据本发明的钎焊的线圈堆叠的示意性前视图；
图4示出应用压缩力到线圈堆叠的压头(ram)的透视图；
图5示出根据本发明的钎焊元件的透视图；
图6和图9示出根据本发明的方法的各个方面；以及
图7和图8分别示出与根据本发明的方法相关的框图和图表。
具体实施方式
参考图1，示出电气机械的转子组件，其大体利用参考标号10指示。转子组件10包括多个匝，每一个嵌入在相应槽口中。作为示例，将参考在附图中利用标号1和2指出的一对半线圈，但是将理解的是，相同的描述将适用于形成转子组件10的所有线圈。
如图所示，半线圈1是大致C形的，且包括与转子轴线并排延伸的主要部分11和两个圆角线圈端部(其中，仅圆角线圈端部12在图中是可见的)。类似地，半线圈2是C形的，且包括设置成与转子轴线并排的主要部分(在图中不可见)以及在其轴向端的两个圆角端部(其中，仅圆角端部21在图中是可见的)。
半线圈1和2然后在它们对应于大体沿着转子组件10的对称轴向平面设置的钎焊区域的端部处接合，从而形成一个线圈。在图中，仅钎焊区域15是可见的。
照片2和2a示出根据现有技术接合半线圈的方法。照片2示出传导线圈包括堆叠在一起的多个匝，其大体由铜制成。特别而言，半线圈1包括堆叠的匝1A，而半线圈2包括堆叠的匝2A。半线圈1的堆叠1A的每个匝然后钎焊到半线圈2的堆叠2A的对应匝。例如，参考照片2，匝1A1和2A1是已经钎焊的，而匝1A2和2A2当前经受钎焊过程。大体上，该常规过程借助于电阻钎焊装置30执行，电阻钎焊装置30配置成在待钎焊的单独的匝之上加热钎焊区域。必要的钎焊温度(其大约600–700 C)通过电阻加热达到，同时在钎焊期间在线圈堆叠之上应用负载。如清楚可见的那样，半线圈1的大体利用参考标记1A3指出的匝和半线圈2的匝2A3还没有接合。
根据常规方法，该工艺设想按照顺序钎焊属于半线圈1和2的所有单独的匝。为了借助于半线圈1和2制造转子绕组，照片2中所示的过程还必须在转子组件的另一轴向端重复。照片2a示出通过使用额外的填充材料40钎焊单独的匝1A2和2A2的过程。
图3在垂直于转子组件的轴线的平面上在前视图中示出根据本发明的分别钎焊半线圈1和2的线圈端部的堆叠的匝1A和2A的方法。
与常规方法不同，钎焊工艺不再在从顶部加热的单独的匝上操作，而是借助于定位在相应半线圈1和2的一侧处的钎焊元件4在匝1A和2B的堆叠上操作。
钎焊元件可借助于不同模态来加热待接合的堆叠线圈，诸如电阻加热或感应加热，然而，也可使用不同的加热方法。
在此处公开为非限制情形的优选实施例中，优选地钎焊元件是感应线圈4，其包括设置在半线圈堆叠1A和2A的一侧处的直立翼部41。感应线圈可包括单个直立条，或者可为U形，因此包括一对感应翼部(在图中示出的示例)。
感应钎焊过程利用合金片材，其具有相对于使用感应加热钎焊的材料较低的熔点，其采用从流过感应线圈的交流电生成的电磁场的加热效果。
大体上，由于感应钎焊是对本领域技术人员公知的工艺，所以其将不进一步公开。
在钎焊线圈4的直立翼部41内流动的交流电在待接合的半线圈堆叠1A和2A的局部区域中引起发热，从而建立堆叠1A的每个匝到相邻的堆叠2A的对应匝的钎焊，而不是在每对单独的匝上单独地执行钎焊。
以这种方式，与利用上述常规方法执行过程所要求的时间相比较，可能在非常有限的时间内实现堆叠的全部匝的均匀且同时的加热，以便进行线圈的全部匝的钎焊。
有利地，在钎焊之前，金属间隔物8插入在每个线圈堆叠1A、2A的单独的匝之间。间隔物8优选地由钢制成且具有0.5毫米的厚度。
由于钢是对于磁场可透过的材料，所以磁场贯穿线圈堆叠均匀地增强，因此改善整个线圈堆叠的均匀加热。
在半线圈堆叠1A已经钎焊到半线圈堆叠2A之后，金属间隔物8从条移除且利用电气绝缘材料替换(步骤未示出)。
备选地，根据本发明的方法可包括以下步骤：在钎焊之前将未浸渍的绝缘元件插入每个半线圈堆叠(1A，2A)的单独的匝之间，且然后，在钎焊之后，侧向于未浸渍的绝缘元件应用树脂直到树脂被吸收以防止其在操作期间移出为止。另外或备选地，可实现每个匝的耐高温绝缘。
如在接下来的图4中所示，在钎焊期间，负载在接合区域应用到线圈堆叠的顶部，以便在钎焊期间确保传导线圈上的压力。在图4的示例中，所应用的负载随时间恒定。特别而言，这种负载通过在前视图中在图中利用参考标记50大体指示的组件实现。该组件包括直立压头，其应用恒定力到线圈堆叠的顶部(如图4中所示)。负载可大约等于6kN，但是取决于线圈堆叠的物理性质，包括但不限于带厚度、总体堆叠高度和线圈半径。
优选地，力可利用弹性类型的负载应用。有利地，施加负载的组件可包括弹性元件，其配置成使得在钎焊期间负载可取决于堆叠的膨胀水平改变。
图5示出根据优选实施例的钎焊元件4的示例。钎焊元件4包括第一钎焊部件41和第二钎焊部件42。特别而言，钎焊部件41和42是u形感应线圈。第一钎焊部件和第二钎焊部件限定其间的间隙，待接合的堆叠线圈插入其中。根据优选实施例，钎焊元件4包括在堆叠的半线圈的一侧处的第一部件和定位在与第一侧相对的、堆叠的半线圈的第二侧处的第二钎焊部件。这样，在堆叠的两侧上提供感应线圈更进一步增强线圈在钎焊期间的均匀加热，因此改善总体过程的表现。
此外，钎焊元件4可包括场集中器，其优选地由磁性钢制成，其在钎焊期间朝部件41、42之间的线圈堆叠引导感应场。
在钎焊期间，优选地防止将靠近钎焊区域的邻近线圈加热到100°C以上，该邻近线圈至少离其12毫米。出于这种原因，重要的是借助于热阻滞片提供合适的防护。钎焊期间传导线圈的冷却可使用若干过程执行。根据优选实施例，冷却可通过将带有1巴的最小压力的冷却空气或气体吹到线圈堆叠的通风管道上或者其内而实现。这可除常规局部冷却方法之外执行。
另外或备选地，参考图6，冷却可通过特别地设计为配置为冷却夹套7的换热器执行。优选地，可在冷却夹套7中使用水，以便吸收来自被钎焊的条的热量。
参考下列图7和图8，示出在钎焊过程期间调节钎焊区域的邻近部分的冷却和提供给钎焊区域的加热的优选方式。
如通过图7的框图所示，待隔离的条的部分的温度和钎焊区域的温度可不断地从卷绕组件测量，尤其通过使用热电偶。基于这种测量，相应地监测分别可容许用于条的邻近部分以及用于钎焊区域的最高温度和最低温度。
参考图8的图表，若干测试显示出，在钎焊元件供应有具有随时间恒定的关联功率输入的加热电流时可获得最佳表现。
因此，用于加热的功率输入优选地是恒定的，且在钎焊区域达到预定温度时功率将停止。有利地，如在图表中所示，在钎焊功率停止的相同时刻启动冷却系统。
备选地，与恒定地应用其相反，功率还可脉冲启动和脉冲关断。该变型可在钎焊区域上不均匀的加热的情况下使用，且允许热量贯穿线圈堆叠均匀地消散。
根据本发明的另一方面，为了防止先前钎焊的线圈堆叠加热且潜在地去钎焊，云母片可用于防护邻近的线圈堆叠免受钎焊区域的影响。
在钎焊已经建立之后，如上文提到的那样，需要执行NDT测试(非破坏性测试)。
如最后的图9中所示，这种测试利用钎焊堆叠的单独的匝之间的微尺度相控阵传感器6执行。本领域技术人员公知的这种传感器可使用0.5毫米的薄探针，其带有高频(例如，20–250 MHz)超声换能器。有利地，这种测试可在相邻条的匝的整个线圈堆叠已经钎焊之后容易地执行，将传感器按照顺序插入单个钎焊线圈之间。由于在线圈之间不生成残余物，所以对于该类型的传感器大体不要求联接凝胶。也可备选地使用执行NDT的不同传感器。
尽管已经结合优选实施例全面描述了本发明，但是显而易见，在其范围内可引入修改，不认为本申请由这些实施例限制，而是由所附权利要求的内容限制。

Claims (13)

1.用于卷绕电气机械的转子组件(10)的方法，所述转子组件(10)包括一个或多个传导半线圈(1,2)，每个半线圈(1,2)包括多个堆叠的匝(1A,2A)，所述方法包括通过钎焊接合两个相邻的传导半线圈(1,2)，且其特征在于，所述钎焊借助于钎焊元件(4)在所述堆叠的半线圈(1A,2A)上操作，所述钎焊元件(4)包括感应线圈和定位在所述半线圈(1,2)的第一侧处的第一钎焊部件(41)以及定位在所述半线圈(1,2)的与所述第一侧相对的第二侧处的第二钎焊部件(42)，所述第一钎焊部件和第二钎焊部件(41,42)限定其间的间隙，所述间隙配置成接收待接合的所述堆叠的匝(1A,2A)。
2.根据权利要求1所述的用于卷绕转子组件(10)的方法，其特征在于，所述感应线圈包括第一u形线圈(41)和第二u形线圈(42)。
3.根据权利要求1所述的用于卷绕转子组件(10)的方法，其特征在于，所述方法还包括在对应于接合区域的待接合的半线圈(1,2)之上应用负载，所述负载为弹性类型。
4.根据权利要求1所述的用于卷绕转子组件(10)的方法，其特征在于，所述方法还包括：在钎焊之前，将金属间隔物(8)插入待接合的各个半线圈堆叠(1A,2A)的单独的匝之间，以及在钎焊之后，在单独的匝之间利用电气绝缘元件替换所述金属间隔物。
5.根据权利要求1所述的用于卷绕转子组件(10)的方法，其特征在于，所述方法还包括：在钎焊之前，将未浸渍的绝缘元件插入待接合的各个半线圈堆叠(1A,2A)的单独的匝之间，以及在所述钎焊之后，侧向于所述未浸渍的绝缘元件应用树脂直到所述树脂被吸收为止的随后步骤。
6.根据权利要求1所述用于卷绕转子组件(10)的方法，其特征在于，所述方法还包括在钎焊之后在所述半线圈堆叠(1A,2A)的单独的匝之间利用微尺度相控阵传感器(6)。
7.根据权利要求1所述的用于卷绕转子组件(10)的方法，其特征在于，所述方法还包括冷却所述传导半线圈(1,2)。
8.根据权利要求7所述的用于卷绕转子组件(10)的方法，其特征在于，所述冷却借助于放置在待接合的所述传导半线圈(1,2)上的换热器(7)操作。
9.根据权利要求7所述的用于卷绕转子组件(10)的方法，其特征在于，所述冷却通过朝所述传导半线圈(1,2)的通风管道或者在其内吹压缩空气而操作。
10.根据权利要求1所述的用于卷绕转子组件(10)的方法，其特征在于，所述钎焊元件(4)供应有具有随时间恒定的关联功率输入的加热电流。
11.用于钎焊转子组件(10)的成对相邻传导半线圈(1,2)的钎焊元件(4)，所述钎焊元件(4)包括第一钎焊部件(41)和第二钎焊部件(42)，其中，所述第一部件和第二部件(41,42)间隔开，以便在其间容纳所述相邻传导半线圈(1,2)。
12.根据权利要求11所述的钎焊元件(4)，其特征在于，所述第一钎焊部件和第二钎焊部件(41,42)是感应线圈。
13.根据权利要求12所述的钎焊元件(4)，其特征在于，所述第一钎焊部件和第二钎焊部件(41,42)是u形感应线圈。
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