CN115038541A - 双金属适配器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种组件，该组件包括具有第一端部和第二端部的至少一个构件。用于连接到至少一个构件的双金属适配器包括内管，该内管用于接收和接触至少一个构件的第一端部，并且由具有第一电阻率的第一金属形成。外管在内管上方延伸并固定到内管。外管由具有大于第一电阻率的第二电阻率的第二金属形成。至少一个构件的第一端部冶金地结合到内管。

Description

双金属适配器
相关申请
本申请要求于2019年12月12日提交的美国专利申请16/711,517的优先权，该专利申请的主题全文以引用方式并入本文。
技术领域
本发明整体涉及金属适配器，并且具体地涉及用于电阻加热应用的双金属适配器。
背景技术
有几种技术可用于将金属部件接合在一起，包括电阻钎焊/焊接和点焊。两种技术都使用高电流来加热部件。更具体地，钎焊/焊接使用熔化以产生接头的填充金属，而点焊熔化基础材料以产生接头。
对于每种技术，高电流流入工具的顶部导体中，流过一个电极，流过被接合的部件，流出另一个电极，并且然后流出底部导体。大部分热量在电极中产生，并且然后传导到被接合的部件中，从而间接加热部件。结果，电极变得非常热并且最终磨损。根据定义，由于大部分热量在电极中产生，因此电极需要比待接合的部件更热，并且热量必须能够从电极流出到部件中。
发明内容
在一个示例中，组件包括具有第一端部和第二端部的至少一个构件。用于连接到至少一个构件的双金属适配器包括内管，该内管用于接收和接触至少一个构件的第一端部，并且由具有第一电阻率的第一金属形成。外管在内管上方延伸并固定到内管。外管由具有大于第一电阻率的第二电阻率的第二金属形成。至少一个构件的第一端部冶金地结合到内管。
在另一个示例中，组件包括具有第一端部和第二端部的第一管状构件，以及具有第一端部和第二端部的第二管状构件。用于连接到第一构件和第二构件的第一端部的双金属适配器包括内管，该内管用于接收和接触第一构件和第二构件的第一端部，并且由具有第一电阻率的第一金属形成。外管在内管上方延伸并固定到内管。外管由具有大于第一电阻率的第二电阻率的第二金属形成。凹部设置在内管的端部和外管的端部之间。填充金属定位在凹部中的每个凹部内。第一构件和第二构件的第一端部响应于施加到组件的热量而通过填充金属冶金地结合到内管。
在另一个示例中，用于连接到至少一个构件的端部的双金属适配器包括内管，该内管用于接收和接触至少一个构件的端部，并且由具有第一电阻率的第一金属形成。外管在内管上方延伸并固定到内管。外管由具有大于第一电阻率的第二电阻率的第二金属形成。至少一个构件响应于施加到外管的热量而冶金地结合到内管。第一金属和第二金属具有大于约800℃的熔点。
在另一个示例中，一种形成组件的方法包括将内管插入到外管中，该内管由具有第一电阻率的第一金属形成，该外管由具有大于第一电阻率的第二电阻率的第二金属形成。内管和外管被固定在一起。具有第一端部和第二端部的至少一个构件被插入到内管中。至少一个构件的第一端部冶金地结合到内管。
本发明的其它目的和优点以及更充分的理解将从以下详细描述和附图中得到。
附图说明
图1是示例性双金属适配器组件的示意图。
图2是组件的第一构件的前视图。
图3是组件的第二构件的前视图。
图4是组件的外管的前视图。
图5是组件的内管的前视图。
图6是组装到图1的适配器中的第一管和内管的纵向截面图。
图7是沿着线7-7截取的图1的截面图。
具体实施方式
本发明整体涉及金属适配器，并且具体地涉及用于电阻加热应用的双金属适配器。双金属适配器可用于多种应用中，包括形成用于旋转电机的液体冷却装置。在此类应用中，适配器用作流体联接件。示例性冷却装置在以下中示出和描述：于2013年4月3日提交的美国申请序列号13/855,801和于2016年12月29日提交的美国申请序列号15/394,522，以及美国专利10,312,760，这些的全部内容以引用方式并入本文。
图1中示出了示例性双金属适配器70和由其形成的组件20。组件20包括至少一个构件，该至少一个构件冶金地结合到适配器70。如图所示，第一构件30和第二构件50冶金地结合到适配器70并且从该适配器沿相反的方向延伸。然而，组件20可包括冶金地结合到适配器70并且从该适配器延伸的单个构件(未示出)。
第一构件30和第二构件50可以是管状的(如图所示)或实心的(未示出)。例如，第一构件30可以是流体连接到旋转电机中的流体歧管的管状构件，并且第二构件50可以是流体连接到旋转电机中的槽内冷却装置的管状构件(未示出)。参考图2，第一构件30是细长的并且沿着中心线32从第一端部34延伸到第二端部36。通道38延伸第一构件30的整个长度。第一构件30包括外表面40。
第二构件50(图3)是细长的并且沿着中心线52从第一端部54延伸到第二端部56。通道58延伸第二构件50的整个长度。第二构件50包括外表面60。第一构件30和第二构件50可各自由与其它金属相比具有相对较低电阻率的金属(例如铜或铝)制成。第一构件30和第二构件50的纵向横截面可以是圆形的(如图所示)、三角形的或多边形的(未示出)。
适配器70包括设置在其中的外管72和内管92。内管72和外管92可具有任何横截面形状，例如圆形、三角形、正方形、多边形等。尽管内管和外管被示出为分离的、独立的管，但是应当理解，管可以不同的方式限定和体现。例如，内管和外管可以成对布置，每个对形成T形或H形适配器的腿部。另选地，内管和外管中的一者或两者可以在材料块(例如端盖或流体歧管)中形成或由该材料块限定。例如，外管可以构成管状表面，该管状表面限定延伸穿过或进入实心材料块的通道，并且内管可被插入管状表面中。
在图4所示的示例中，外管72沿着中心线74从第一端部76延伸到第二端部76。内表面80限定延伸外管72的整个长度的通道82。另选地，通道82可在第二端部76之前终止(未示出)。外管72由具有第一电阻率的金属制成。这可以包括例如钢、不锈钢等。外管72的内表面80也可以被涂覆、电镀或以其它方式设置有铜层(未示出)。
内管92(图5)沿着中心线94从第一端部96延伸到第二端部98。内表面100限定延伸内管92的整个长度的通道102。内表面100具有与第一构件30和第二构件50相同的纵向横截面形状。内管92包括具有与外管72的通道82相同的纵向横截面形状的外表面104。内管92由具有小于第一电阻率的第二电阻率的金属制成。这可以包括例如铜或铝。内管72和外管92可由熔点大于约800℃的一种或多种材料形成。
参考图6，内管92定位在外管72的通道82内。内管92比外管72短，使得凹部106限定在管72、92的第一端部76、96之间的通道82中。另一个凹部108限定在管72、92的第二端部78、98之间的通道82中。内管92的外表面104和外管72的内表面80被构造成使得管经由摩擦配合被紧紧地保持在一起。另选地，管72、92可压接在一起或以其它方式机械地固定在一起。
一旦内管92定位在外管72的通道82内(参见图7)，填充金属120就定位在每个凹部106、108内。填充金属120可以是预成形的钎焊填充金属或焊接填充金属。在任何情况下，填充金属120的熔点都低于内管92材料和外管72材料两者的熔点。填充金属120的熔点低于第一构件30和第二构件50两者的熔点。在一个实例中，填充金属120具有介于约400℃和约800℃之间的熔点。
第一构件30的第一端部34以A1所示的方式轴向地插入到内管92的通道102中。第二构件50的第一端部54以A2所示的方式轴向地插入到内管92的通道102中。第一端部34、54被定位或保持成在通道82内彼此间隔开轴向间隙110。第一构件30和第二构件50的外表面40、60接触内管92的内表面100。
一对电极136、138被放置成与外管72的外部接触并且在闭合回路中电连接到电流源140。电极136、138可定位在相对侧上，例如彼此直径相对(如图所示)，或定位在外管72的相对端部76、78处(未示出)。外管72可以包括从外表面延伸的平坦的或平面的突片(未示出)，以便于将电极136、138连接到外管。
无论如何，供应给电极136的电流连续通过外管72、内管92和电极138，然后返回到电流源140。换句话讲，电流可以在电极136、138之间来回流动并且通过管72、92。由于外管72由高电阻率材料形成，因此热量主要在外管中，而不是在电极136、138内产生。应当理解，另选地，可以用热源(未示出)直接加热外管72，而不是向外管施加电流。
热量从外管72径向向内传导到内管92和填充金属120。当进一步施加电流时，温度升高直到填充金属120熔化并且将内管92冶金地结合到第一构件30和第二构件50。由于内管72和外管92经由摩擦配合、压接而机械地连接在一起，因此管72、92和构件30、50变得彼此牢固地紧固。
本文中示出和描述的双金属适配器的优点在于，其容易地允许较低电阻率的部件(诸如铜第一构件和铜第二构件)冶金地结合到适配器，这对于当前加热系统是不可行的。更具体地，由于外管具有比内管更高的电阻率，因此在适配器中产生的大部分热量驻留在外管中并且径向向内传导到内管。这使得能够直接加热并且最终熔化钎焊/焊接填充金属并且将内管冶金地结合到第一构件和第二构件。内管和填充金属通过外管的这种直接加热(而不是通过电极的间接加热)使得能够使用比电阻加热应用中通常需要的电流更少的电流来将构件固定到适配器。此外，由于使用较少的电流，因此电极达到较低的温度，从而延长它们的寿命。
另外，本文中示出和描述的适配器仅利用几个简单构造的部件，而不需要任何移动部件来将构件固定到适配器或使得流体能够在固定到适配器的第一管状构件和第二管状构件之间流动。
上面已经描述的是本发明的示例。当然，不可能出于描述本发明的目的而描述部件或方法的每个可想到的组合，但本领域的技术人员将认识到，本发明的许多进一步组合和排列是可能的。因此，本发明旨在包括落入所附权利要求书的实质和范围内的所有此类改变、修改和变型。

Claims (32)

1.一种组件，包括：
至少一个构件，所述至少一个构件包括第一端部和第二端部；
双金属适配器，所述双金属适配器用于连接到所述至少一个构件，所述双金属适配器包括：
内管，所述内管用于接收和接触所述至少一个构件的所述第一端部，并且由具有第一电阻率的第一金属形成；以及
外管，所述外管在所述内管上方延伸并固定到所述内管，所述外管由具有大于所述第一电阻率的第二电阻率的第二金属形成，所述至少一个构件的所述第一端部冶金地结合到所述内管。
2.根据权利要求1所述的组件，其中所述至少一个构件的所述第一端部响应于施加到所述外管的热量而冶金地结合到所述内管。
3.根据权利要求1所述的组件，其中所述至少一个构件包括用于接收流体的通道。
4.根据权利要求1所述的组件，其中所述至少一个构件具有实心纵向横截面。
5.根据权利要求1所述的组件，其中所述至少一个构件由铜形成。
6.根据权利要求1所述的组件，其中所述至少一个构件由铝形成。
7.根据权利要求1所述的组件，其中所述内管由铜形成，并且所述外管由不锈钢形成。
8.根据权利要求1所述的组件，其中所述内管由铜形成，并且所述外管由钢形成。
9.根据权利要求1所述的组件，其中所述第一金属和所述第二金属具有大于约800℃的熔点。
10.根据权利要求1所述的组件，还包括：
凹部，所述凹部设置在所述内管的端部和所述外管的端部之间；以及填充金属，所述填充金属定位在所述凹部中的每个凹部内，所述至少一个构件的所述第一端部响应于施加到所述外管的电流而通过所述填充金属冶金地结合到所述内管。
11.根据权利要求10所述的组件，其中所述填充金属具有介于约400℃和800℃之间的熔化温度。
12.根据权利要求10所述的组件，其中所述填充金属包括钎焊填充金属。
13.根据权利要求10所述的组件，其中所述填充金属包括焊接填充金属。
14.根据权利要求10所述的组件，其中所述填充金属的熔点小于所述第一金属和所述第二金属两者的熔点。
15.根据权利要求1所述的组件，其中所述至少一个构件包括从所述适配器的相对端部延伸的第一构件和第二构件。
16.根据权利要求15所述的组件，其中所述第一构件和所述第二构件中的每一者包括用于接收流体的通道。
17.根据权利要求1所述的组件，其中所述适配器不含移动部件。
18.一种液冷式旋转电机，包括根据权利要求1所述的组件。
19.一种组件，包括：
管状第一构件，所述管状第一构件包括第一端部和第二端部；
管状第二构件，所述管状第二构件包括第一端部和第二端部；以及
双金属适配器，所述双金属适配器用于连接到所述第一构件和所述第二构件的所述第一端部，所述双金属适配器包括：
内管，所述内管用于接收和接触所述第一构件和所述第二构件的所述第一端部，并且由具有第一电阻率的第一金属形成；外管，所述外管在所述内管上方延伸并固定到所述内管，所述外管由具有大于所述第一电阻率的第二电阻率的第二金属形成；
凹部，所述凹部设置在所述内管的端部和所述外管的端部之间；以及
填充金属，所述填充金属定位在所述凹部中的每个凹部内，所述第一构件和所述第二构件的所述第一端部响应于加热所述组件而通过所述填充金属冶金地结合到所述内管。
20.根据权利要求19所述的组件，其中所述第一构件和所述第二构件的所述第一端部响应于施加到所述外管的电流而通过所述填充金属冶金地结合到所述内管。
21.一种液冷式旋转电机，包括根据权利要求19所述的组件。
22.一种用于连接到至少一个构件的端部的双金属适配器，包括：
内管，所述内管用于接收和接触所述至少一个构件的所述端部，并且由具有第一电阻率的第一金属形成；以及
外管，所述外管在所述内管上方延伸并固定到所述内管，所述外管由具有大于所述第一电阻率的第二电阻率的第二金属形成，所述至少一个构件被构造成响应于施加到所述外管的热量而冶金地结合到所述内管，所述第一金属和所述第二金属具有大于约800℃的熔点。
23.根据权利要求22所述的适配器，其中所述至少一个构件被构造成响应于施加到所述外管的电流而冶金地结合到所述内管。
24.根据权利要求22所述的适配器，还包括：
凹部，所述凹部设置在所述内管的端部和所述外管的端部之间；以及
填充金属，所述填充金属定位在所述凹部中的每个凹部内，所述至少一个构件的所述端部响应于施加到所述外管的电流而通过所述填充金属冶金地结合到所述内管，所述填充金属的熔点小于所述第一金属和所述第二金属两者的熔点。
25.根据权利要求24所述的适配器，其中所述填充金属是钎焊填充金属。
26.根据权利要求24所述的适配器，其中所述填充金属是焊接填充金属。
27.根据权利要求22所述的适配器，其中所述内管由铜形成，并且所述外管由不锈钢形成。
28.根据权利要求22所述的适配器，其中所述内管由铜形成，并且所述外管由不锈钢形成。
29.根据权利要求22所述的适配器，其中所述内管和所述外管不含移动部件。
30.一种液冷式旋转电机，包括根据权利要求22所述的适配器。
31.一种形成组件的方法，包括：
将内管插入到外管中，所述内管由具有第一电阻率的第一金属形成，所述外管由具有大于所述第一电阻率的第二电阻率的第二金属形成；
将所述内管和所述外管固定在一起；
将具有第一端部和第二端部的至少一个构件插入所述内管中；以及
将所述至少一个构件的所述第一端部冶金地结合到所述内管。
32.根据权利要求31所述的方法，其中将所述至少一个构件冶金地结合到所述内管的步骤包括加热所述外管以熔化设置在凹部中的填充金属，所述凹部设置在所述内管的端部和所述外管的端部之间。
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