BR102017016491B1

BR102017016491B1 - Método de soldagem a laser para fios chatos

Info

Publication number: BR102017016491B1
Application number: BR102017016491-8A
Authority: BR
Inventors: Hideo Nakamura
Original assignee: Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha
Priority date: 2016-08-02
Filing date: 2017-07-31
Publication date: 2022-06-14
Also published as: MX367809B; CN107671420B; US10717153B2; PH12017050035A1; EP3292940A1; ES2711212T3; US20180036836A1; KR101984803B1; EP3292940B1; JP2018020340A; AU2017208275B2; JP6390672B2; RU2666201C1; AU2017208275A1; CN107671420A; PH12017050035B1; KR20180015083A; BR102017016491A2; MX2017009876A

Abstract

a presente invenção refere-se a um método de soldagem a laser para fios chatos no qual são unidas as superfícies laterais (23a, 23b) nas extremidades do primeiro e do segundo fios chatos (20a, 20b) revestidos com películas isolantes, as superfícies laterais (23a, 23b) sendo separadas das películas isolantes, e um feixe de laser (lb) é aplicado nas superfícies de extremidade (24a, 24b) do primeiro e do segundos fios chatos para soldar as superfícies laterais (23a, 23b). esse método inclui: aplicar o feixe de laser (lb) em uma forma de arco dentro da superfície de extremidade (24a) do primeiro fio chato para formar uma poça derretida (30) e aumentar gradualmente o diâmetro de uma trajetória de aplicação em formato de arco do feixe de laser (lb) dentro da superfície de extremidade (24a) do primeiro fio chato para permitir que a poça derretida (30) alcance as superfícies laterais (23a, 23b).

Description

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO 1. Campo da invenção

[001] A presente invenção refere-se a um método de soldagem a laser para fios chatos.

2. Descrição da técnica relacionada

[002] Um estator de um motor inclui um núcleo do estator e uma pluralidade de bobinas segmentadas que são montadas em fendas do núcleo do estator. Cada bobina segmentada é tipicamente um fio chato revestido com uma película isolante. As extremidades das bobinas segmentadas são unidas por soldagem, etc..

[003] A Publicação do Pedido de Patente Japonês 2013-109948 revela um método de soldagem a laser para fios chatos que são usados para bobinas segmentadas, por exemplo. Em JP 2013-109948 A, um par de fios chatos revestidos com películas isolantes é separado das películas isolantes pelas superfícies laterais nas suas extremidades e então essas superfícies laterais nas extremidades são unidas e um feixe de laser é aplicado nas superfícies de extremidade dos fios chatos para soldar as superfícies laterais nas extremidades.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[004] Os presentes inventores encontraram o problema seguinte com o método de soldagem a laser para fios chatos revelados em JP 2013-109948 A. A figura 16 é uma vista lateral de uma parte de junta ilustrando o problema com o método de soldagem a laser revelado em JP 2013-109948 A. Como mostrado na figura 16, uma superfície lateral 53a de um fio chato 50a tem um degrau entre uma parte onde uma película isolante 51a é separada e a outra parte onde a película isolante 51a não é separada. Similarmente, uma superfície lateral 53b de um fio chato 50b tem um degrau entre uma parte onde uma película isolante 51b é separada e a outra parte onde a película isolante 51b não é separada. Além do mais, embora isso não seja mostrado, as superfícies de extremidade 54a, 54b sofrem um processo de corte, de modo que ocorrem algumas rebarbas e depressões nas superfícies de extremidade 54a, 54b. Por essas razões, um espaço livre é deixado entre as superfícies laterais 53a, 53b mesmo quando os fios chatos 50a, 50bv estão presos na parte de junta. Na figura 16, as linhas tracejadas indicadas no interior dos fios chatos 50a, 50b representam seções do condutor 52a, 52b.

[005] De acordo com o método de soldagem a laser revelado em JP 2013109948 A, um feixe de laser LB é aplicado nas superfícies laterais 53a, 53b. Assim, como mostrado na figura 16, o feixe de laser LB pode entrar no espaço livre entre elas e danificar as películas isolantes 51a, 51b dos fios chatos 50a, 50b. Além do mais, o feixe de laser LB pode passar através desse espaço livre e danificar as películas isolantes de outros fios chatos, por exemplo.

[006] A presente invenção apresenta um método de soldagem a laser para fios chatos pelo qual os efeitos adversos causados por um feixe de laser entrando em um espaço livre entre as superfícies laterais a ser unidas podem ser reduzidos.

[007] Um aspecto da presente invenção é um método de soldagem a laser para fios chatos, no qual são unidas uma primeira superfície lateral em uma primeira extremidade de um primeiro fio chato revestido com uma primeira película isolante, a primeira superfície lateral sendo separada da primeira película isolante, e uma segunda superfície lateral em uma segunda extremidade de um segundo fio chato revestido com uma segunda película isolante, a segunda superfície lateral sendo separada da segunda película isolante, e um feixe de laser é aplicado em uma primeira superfície de extremidade do primeiro fio chato e uma segunda superfície de extremidade do segundo fio chato para unir por solda a primeira superfície lateral e a segunda superfície lateral, o método de soldagem a laser incluindo: aplicar o feixe de laser em uma forma de arco dentro da primeira superfície de extremidade para formar uma poça derretida e aplicar o feixe de laser dentro da primeira superfície de extremidade enquanto aumentando gradualmente o diâmetro de uma trajetória em forma de arco do feixe de laser para permitir que a poça derretida alcance a primeira superfície lateral e a segunda superfície lateral.

[008] Nesse aspecto da presente invenção, o feixe de laser é aplicado em uma forma de arco dentro da superfície de extremidade do primeiro fio chato para formar uma poça derretida, e o diâmetro da trajetória em forma de arco do feixe de laser é gradualmente aumentado para permitir que a poça derretida alcance a primeira superfície lateral e a segunda superfície lateral. De acordo com essa configuração, é possível encher o espaço livre entre a primeira superfície lateral e a segunda superfície lateral com a poça derretida sem o feixe de laser ser aplicado entre a primeira superfície lateral e a segunda superfície lateral e assim impedir que o feixe de laser entre nesse espaço livre. Como resultado, os efeitos adversos causados pelo feixe de laser entrando no espaço livre entre as superfícies laterais podem ser reduzidos.

[009] A forma de arco pode ser uma forma circular ou uma forma elíptica. De acordo com essa configuração, o feixe de laser pode ser aplicado ao longo de uma trajetória suave, que é menos provável de causar uma perturbação na poça derretida, de modo que o respingo pode ser impedido.

[010] A forma de arco pode ser uma forma retangular.

[011] A forma de arco pode ser uma forma espiral.

[012] A forma de arco pode ser uma forma elíptica e o eixo geométrico maior da elipse pode ser paralelo à primeira superfície lateral e à segunda superfície lateral. Ser “paralelo” aqui é um conceito incluindo não somente ser exatamente paralelo, mas também ser “substancialmente paralelo” que significa ser paralelo como julgado pelo sentido comum técnico. De acordo com essa configuração, a poça derretida pode alcançar uma área ampla do espaço livre entre a primeira superfície lateral e a segunda superfície lateral em um curto tempo.

[013] Na primeira superfície de extremidade, o feixe de laser pode ser aplicado a somente uma região da primeira superfície de extremidade que está localizada no lado da primeira superfície lateral em relação a uma posição de partida de aplicação do feixe de laser.

[014] O feixe de laser pode ser aplicado na segunda superfície de extremidade, à medida que o diâmetro da trajetória em forma de arco do feixe de laser aumenta gradualmente.

[015] No aspecto acima, o método de soldagem a laser pode ainda incluir: aplicar outro feixe de laser em uma forma de arco dentro da segunda superfície de extremidade para formar outra poça derretida e aplicar o outro feixe de laser dentro da segunda superfície de extremidade enquanto aumentando gradualmente o diâmetro de uma trajetória em forma de arco de outro feixe de laser para fundir a poça derretida e a outra poça derretida. De acordo com essa configuração, é possível encher o espaço livre entre a primeira superfície lateral e a segunda superfície lateral com duas poças derretidas sem o feixe de laser ser aplicado entre a primeira superfície lateral e a segunda superfície lateral e assim impedir mais que o feixe de laser entre nesse espaço livre. Como resultado, os efeitos adversos causados pelo feixe de laser entrando no espaço livre entre a primeira superfície lateral e a segunda superfície lateral podem ser reduzidos mais.

[016] No aspecto acima, na primeira superfície de extremidade, o feixe de laser pode ser aplicado a somente uma região da primeira superfície de extremidade que está localizada no lado da primeira superfície lateral em relação a uma posição de partida de aplicação do feixe de laser, e na segunda superfície de extremidade, o outro feixe de laser pode ser aplicado a somente uma região da segunda superfície de extremidade que fica localizada no lado da segunda superfície lateral em relação a uma posição de partida de aplicação do outro feixe de laser.

[017] No aspecto acima, o feixe de laser pode ser aplicado na segunda superfície de extremidade, à medida que o diâmetro da trajetória em forma de arco do feixe de laser aumenta gradualmente e o outro feixe de laser pode ser aplicado na primeira superfície de extremidade, à medida que o diâmetro da trajetória em forma de arco do outro feixe de laser aumenta gradualmente.

[018] No aspecto acima, o feixe de laser pode ser aplicado a somente a primeira superfície de extremidade e o outro feixe de laser pode ser aplicado a somente a segunda superfície de extremidade.

[019] A presente invenção pode apresentar um método de soldagem a laser para fios chatos pelo qual os efeitos adversos causados pela entrada de um feixe de laser no espaço livre entre a primeira superfície lateral e a segunda superfície lateral podem ser reduzidos.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[020] Características, vantagens e significados técnico e industrial das modalidades exemplares da invenção serão descritos abaixo com referência aos desenhos acompanhantes, nos quais numerais iguais representam elementos iguais e em que:

[021] A figura 1 é uma vista em perspectiva mostrando uma configuração esquemática de um estator,

[022] A figura 2 é uma vista plana mostrando um método de soldagem a laser para fios chatos de acordo com uma primeira modalidade,

[023] A figura 3 é uma vista plana mostrando o método de soldagem a laser para fios chatos de acordo com a primeira modalidade,

[024] A figura 4 é uma vista lateral da figura 3,

[025] A figura 5 é uma vista plana mostrando o método de soldagem a laser para fios chatos de acordo com a primeira modalidade,

[026] A figura 6 é um diagrama de blocos mostrando uma configuração de um aparelho de soldagem a laser usado no método de soldagem a laser para fios chatos de acordo com a primeira modalidade,

[027] A figura 7 é um gráfico mostrando as flutuações do plasma e luz refletida,

[028] A figura 8 é uma vista lateral mostrando um exemplo modificado de uma parte de junta 25 de fios chatos 20a, 20b no método de soldagem a laser para fios chatos de acordo com a primeira modalidade,

[029] A figura 9 é uma vista plana mostrando um exemplo modificado de uma trajetória de aplicação do feixe de laser no método de soldagem a laser para fios chatos de acordo com a primeira modalidade,

[030] A figura 10 é uma vista plana mostrando um exemplo modificado da trajetória de aplicação do feixe de laser no método de soldagem a laser para fios chatos de acordo com a primeira modalidade,

[031] A figura 11 é uma vista plana mostrando um exemplo modificado da trajetória de aplicação do feixe de laser no método de soldagem a laser para fios chatos de acordo com a primeira modalidade,

[032] A figura 12 é uma vista plana mostrando um método de soldagem a laser para fios chatos de acordo com uma segunda modalidade,

[033] A figura 13 é uma vista plana mostrando o método de soldagem a laser para fios chatos de acordo com a segunda modalidade,

[034] A figura 14 é uma vista plana mostrando o método de soldagem a laser para fios chatos de acordo com a segunda modalidade,

[035] A figura 15 é uma tabela mostrando condições de teste e resultados do exemplo 1 e exemplos comparativos 1 e 2 e

[036] A figura 16 é uma vista lateral de uma parte de junta ilustrando o problema com o método de soldagem a laser revelado em JP 2013-109948 A.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS MODALIDADES

[037] No seguinte, modalidades específicas como aplicações da presente invenção serão descritas em detalhes com referência aos desenhos. Entretanto, a presente invenção não é limitada às modalidades seguintes. Para esclarecer a ilustração, a descrição seguinte e os desenhos são apropriadamente simplificados.

(Primeira modalidade)

[038] Primeiro, um exemplo da configuração de um estator incluindo bobinas segmentadas que são soldadas por um método de soldagem a laser para fios chatos de acordo com essa modalidade será descrito. A figura 1 é uma vista em perspectiva mostrando a configuração esquemática do estator. Como mostrado na figura 1, um estator 1, que é um estator de um motor, inclui um núcleo do estator 10 e uma pluralidade de bobinas segmentadas 20.

[039] O núcleo do estator 10 é formado empilhando folhas de aço magnético anulares em uma direção axial do estator 1 (uma direção do eixo geométrico z na figura 1) e tem uma forma substancialmente cilíndrica como um conjunto. Uma superfície da circunferência interna do núcleo do estator 10 é dotada com dentes 11 que se projetam para um lado da circunferência interna e se estendem na direção axial do estator 1 e fendas 12 que são ranhuras formadas entre os dentes adjacentes 11. As bobinas segmentadas 20 são respectivamente montadas nas fendas 12.

[040] A bobina segmentada 20 é um fio elétrico com uma forma de seção transversal retangular, isto é, um fio chato. A bobina segmentada 20 é tipicamente feita de cobre puro, mas pode ser feita, no lugar disso, de um material de metal tendo alta condutividade elétrica, tal como alumínio ou uma liga composta principalmente de cobre e alumínio.

[041] Cada bobina segmentada 20 é formada substancialmente em uma forma de U. Como mostrado na figura 1, as extremidades das bobinas segmentadas 20 (extremidades da bobina) se projetam individualmente de uma superfície da extremidade superior do núcleo do estator 10. Uma parte de junta 25 é uma parte onde as extremidades das bobinas segmentadas 20 adjacentes entre si em uma direção radial são soldadas. Uma pluralidade de partes de junta 25 é ordenada no sentido anular em uma direção da circunferência do núcleo do estator 10. No exemplo da figura 1, 48 partes de junta 25 são ordenadas no sentido anular. Quatro fileiras das partes de junta 25 assim ordenadas no sentido anular são dispostas na direção radial.

[042] A seguir, o método de soldagem a laser para fios chatos de acordo com essa modalidade será descrito com referência a figura 2 a figura 5. A figura 2, a figura 3 e a figura 5 são vistas planas mostrando o método de soldagem a laser para fios chatos de acordo com a primeira modalidade. A figura 4 é uma vista lateral da figura 3. O método de soldagem a laser para fios chatos de acordo com essa modalidade é usado para soldar a laser as partes de junta 25 das bobinas segmentadas 20 mostradas na figura 1. Deve ser entendido que as coordenadas xyz no lado direito mostradas na figura 2 a figura 5 são para a conveniência de descrição das relações posicionais entre os componentes. A direção do eixo geométrico z na figura 1 e as direções do eixo geométrico z na figura 2 a figura 5 coincidem mutuamente. Normalmente, uma direção positiva do eixo geométrico z é uma direção verticalmente ascendente e um plano xy é um plano horizontal.

[043] Primeiro, como mostrado na figura 2, uma primeira superfície lateral 23a em uma primeira extremidade de um primeiro fio chato (bobina segmentada) 20a que é separada de uma primeira película isolante 21a e uma segunda superfície lateral 23b em uma segunda extremidade de um segundo fio chato (bobina segmentada) 20b que é separada de uma segunda película isolante 21b são unidas na parte de junta 25. Depois, um feixe de laser é aplicado em uma primeira superfície de extremidade 24a do primeiro fio chato 20a em uma direção verticalmente descendente (uma direção negativa do eixo geométrico z). Esse feixe de laser é aplicado em uma forma de arco dentro da primeira superfície de extremidade 24a do primeiro fio chato 20a para formar uma poça derretida 30. A forma de arco significa uma forma anular (arco fechado) ou uma forma espiral (arco aberto). No exemplo mostrado, a trajetória de aplicação do feixe de laser tem uma forma elíptica.

[044] Aqui, se a trajetória de aplicação do feixe de laser não tem uma forma de arco, a poça derretida 30 formada não pode crescer. Sendo feita de um material de metal tendo alta condutividade elétrica, a primeira e a segunda seções do condutor 22a, 22b do primeiro e do segundo fios chatos 20a, 20b são também excelentes na condutividade do calor. Dessa forma, as porções derretidas pela aplicação do feixe de laser rapidamente solidificam. Pela mesma razão, a poça derretida 30 não pode ser formada se o diâmetro da trajetória de aplicação em forma de arco é muito grande. Portanto, a poça derretida 30 é formada com um diâmetro um tanto quanto reduzido da trajetória de aplicação em forma de arco.

[045] Como mostrado na figura 2, no método de soldagem a laser para fios chatos de acordo com essa modalidade, primeiro o feixe de laser é aplicado em uma forma de arco dentro da primeira superfície de extremidade 24a do primeiro fio chato 20a para formar a poça derretida 30. Assim, nenhum feixe de laser é aplicado na primeira e na segunda superfícies laterais 23a, 23b. Nesse estágio, portanto, o feixe de laser é impedido de entrar no espaço livre entre a primeira superfície lateral 23a e a segunda superfície lateral 23b.

[046] A seguir, como mostrado na figura 3, o diâmetro da trajetória de aplicação do feixe de laser, isto é, o diâmetro da elipse, é aumentado dentro da primeira superfície de extremidade 24a do primeiro fio chato 20a para permitir que a poça derretida 30 alcance a primeira e a segunda superfícies laterais 23a, 23b. Especificamente, toda vez que o feixe de laser retorna para uma posição de partida de aplicação (PARTIDA indicada pela seta na figura 3), o diâmetro da elipse sendo a trajetória de aplicação aumenta. Assim, o diâmetro da poça derretida 30 também aumenta de forma estável, de modo que, no estágio onde o feixe de laser é aplicado dentro da primeira superfície de extremidade 24a do primeiro fio chato 20a, a poça derretida 30 alcança a primeira e a segunda superfícies laterais 23a, 23b. Aqui, o eixo geométrico maior da trajetória de aplicação elíptica é paralelo à primeira e à segunda superfícies laterais 23a, 23b (para os lados longos do primeiro e segundo fios chatos 20a, 20b no exemplo mostrado). Isso pode permitir que a poça derretida 30 alcance uma ampla área do espaço livre entre a primeira superfície lateral 23a e a segunda superfície lateral 23b em um curto tempo.

[047] Como resultado, como mostrado na vista lateral da figura 4, o espaço livre entre a primeira superfície lateral 23a e a segunda superfície lateral 23b é cheio com a poça derretida 30. Isto é, nesse estágio, como mostrado na figura 4, o feixe de laser LB não é aplicado na primeira e na segunda superfícies laterais 23a, 23b e o espaço livre entre a primeira superfície lateral 23a e a segunda superfície lateral 23b fica cheio com a poça derretida 30. Assim, o feixe de laser LB é impedido de entrar no espaço livre entre a primeira superfície lateral 23a e a segunda superfície lateral 23b.

[048] A seguir, como mostrado na figura 5, o diâmetro da trajetória de aplicação do feixe de laser, isto é, o diâmetro da elipse, aumenta através da primeira superfície de extremidade 24a do primeiro fio chato 20a e da segunda superfície de extremidade 24b do segundo fio chato 20b, até que a poça derretida 30 cresce para um tamanho desejado. Especificamente, toda vez que o feixe de laser retorna para a posição de partida de aplicação (PARTIDA indicada pela seta na figura 5), o diâmetro da elipse sendo a trajetória da aplicação aumenta. Quando o diâmetro da elipse alcança um valor predeterminado, a aplicação do feixe de laser termina na posição de partida de aplicação (FIM indicado pela seta na figura 5).

[049] Nesse estágio, como mostrado na figura 5, o feixe de laser passa sobre a primeira e a segunda superfícies laterais 23a, 23b, mas o espaço livre entre a primeira superfície lateral 23a e a segunda superfície lateral 23b já foi preenchido com a poça derretida 30. Assim, o feixe de laser é impedido de entrar no espaço livre entre a primeira superfície lateral 23a e a segunda superfície lateral 23b.

[050] Como foi descrito acima, no método de soldagem a laser para fios chatos de acordo com essa modalidade, primeiro o feixe de laser é aplicado em uma forma de arco dentro da primeira superfície de extremidade 24a do primeiro fio chato 20a para formar a poça derretida 30. A seguir, o diâmetro da trajetória de aplicação do feixe de laser, isto é, o diâmetro da elipse, aumenta dentro da primeira superfície de extremidade 24a do primeiro fio chato 20a para permitir que a poça derretida 30 alcance a primeira e a segunda superfícies laterais 23a, 23b.

[051] Em outras palavras, o espaço livre entre a primeira superfície lateral 23a e a segunda superfície lateral 23b é preenchido com a poça derretida 30 sem o feixe de laser ser aplicado na primeira e na segunda superfícies laterais 23a, 23b. Assim, o feixe de laser pode ser impedido de entrar no espaço livre entre a primeira superfície lateral 23a e a segunda superfície lateral 23b. Como resultado, os efeitos adversos causados pelo feixe de laser entrando no espaço livre entre as superfícies laterais podem ser reduzidos.

[052] Assim, no método de soldagem a laser para fios chatos de acordo com essa modalidade, a poça derretida 30 é formada dentro da superfície de extremidade de um fio chato e a poça derretida 30 cresce de modo a alcançar o espaço livre entre a primeira superfície lateral 23a e a segunda superfície lateral 23b. Foi confirmado que esse método poderia impedir a entrada de um feixe de laser em um espaço livre de até 0,15 mm.

[053] No método de soldagem a laser para fios chatos de acordo com essa modalidade, a trajetória de aplicação do feixe de laser tem uma forma de arco, de modo que o feixe de laser pode ser aplicado ao longo de uma trajetória suave. Assim, o calor é menos provável de se concentrar e a geração do respingo pode ser impedida. Por exemplo, se a trajetória de aplicação do feixe de laser segue uma trajetória com curvas fechadas, o calor concentra nos pontos de retorno e o respingo tende a ocorrer. Além disso, o crescimento da poça derretida 30 pode aumentar o diâmetro da poça derretida 30 em relação à profundidade de penetração da poça derretida 30. Assim, a geração do respingo pode ser suprimida, à medida que a tensão de superfície da poça derretida 30 aumenta.

[054] A seguir, um aparelho de soldagem a laser usado no método de soldagem a laser para fios chatos de acordo com essa modalidade será descrito com referência à figura 6. A figura 6 é um diagrama de blocos mostrando a configuração do aparelho de soldagem a laser usado no método de soldagem a laser para fios chatos de acordo com a primeira modalidade. Como mostrado na figura 6, o aparelho de soldagem a laser usado no método de soldagem a laser para fios chatos de acordo com a primeira modalidade inclui um oscilador a laser 101, uma cabeça de laser LH, filtros de faixa de passagem BPF1, BPF2, circuitos de conversão fotoelétricos PEC1, PEC2 e uma unidade de determinação de respingo 102.

[055] O oscilador a laser 101 é um oscilador a laser de alto grau de foco que pode oscilar um feixe de laser de fibra de modo único com um diâmetro de feixe de 100 μm ou menor, por exemplo. A cabeça de laser LH é uma cabeça de laser de galvano-escanerização que pode aplicar um feixe de laser em uma taxa de 500 mm/s ou mais alta, por exemplo. A cabeça de laser LH inclui lentes L1 a L3, um espelho semitransparente HM e espelhos M1, M2. O feixe de laser LB liberado do oscilador de laser 101 e inserido na cabeça de laser LH passa através da lente L1, do espelho semitransparente HM, da lente L2, dos espelhos M1, M2 e da lente L3 nessa ordem, e é aplicado na poça derretida 30.

[056] A luz refletida do feixe de laser LB refletida para fora da poça derretida 30 passa através da lente L3, do espelho M2, do espelho M1, da lente L2 e do espelho semitransparente HM da cabeça de laser LH nessa ordem e é selecionada pelo filtro de faixa de passagem BPF1. Depois, a luz refletida selecionada pelo filtro de faixa de passagem BPF1 é convertida em um sinal elétrico pelo circuito de conversão fotoelétrico PEC1 e inserida na unidade de determinação de respingo 102.

[057] Enquanto isso, o plasma (por exemplo, com um comprimento de onda de 400 a 600 nm) gerado na poça derretida 30 passa através da lente L3, do espelho M2, do espelho M1, da lente L2, e do espelho semitransparente HM da cabeça de laser LH nessa ordem e é selecionado pelo filtro de faixa de passagem BPF2. Depois, o plasma selecionado pelo filtro de faixa de passagem BPF2 é convertido em um sinal elétrico pelo circuito de conversão fotoelétrico PEC2 e inserido na unidade de determinação de respingo 102.

[058] A unidade de determinação de respingo 102 determina se o respingo é gerado na poça derretida 30 com base nas flutuações observadas de pelo menos um entre o plasma e a luz refletida. A figura 7 é um gráfico mostrando as flutuações do plasma e da luz refletida. Na figura 7, o eixo geométrico horizontal e o eixo geométrico vertical representam o tempo e a intensidade, respectivamente. Como mostrado na figura 7, a geração do respingo pode ser detectada a partir das flutuações do plasma e da luz refletida. Assim, é possível detectar o respingo em tempo real durante a soldagem, ao invés do que depois da soldagem. Além do mais, por exemplo, quando a extensão ou o número de vezes de geração do respingo excede um valor de referência predeterminado, a unidade de determinação de respingo 102 determina que uma falha na solda ocorreu e para o oscilador a laser 101. Depois, um produto atual é trocado para um próximo. A determinação de uma falha da solda assim em tempo real durante a soldagem, ao invés de depois da soldagem, pode melhorar a produtividade mais do que é possível pela técnica relacionada.

(Exemplo modificado da primeira modalidade)

[059] Um exemplo modificado da primeira modalidade será descrito com referência à figura 8. A figura 8 é uma vista lateral mostrando um exemplo modificado da parte de junta 25 do primeiro e do segundo fios chatos 20a, 20b no método de soldagem a laser para fios chatos de acordo com a primeira modalidade. As coordenadas xyz no lado direito mostradas na figura 8 coincidem com essas na figura 2 a figura 5.

[060] No exemplo mostrado na figura 1, a parte de junta 25 permanece verticalmente (na direção do eixo geométrico z) como indicado pela linha tracejada de dois pontos na figura 8. Nesse exemplo modificado, essa parte indicada pela linha tracejada de dois pontos é omitida. Especificamente, um ângulo θ que a primeira superfície de extremidade 24a do primeiro fio chato 20a forma com uma linha de extensão de uma superfície externa é menor do que 90°, de modo que a extremidade dianteira do primeiro fio chato 20a tem uma forma pontuda. Além disso, a primeira superfície de extremidade 24a e a superfície externa são conectadas entre si por uma superfície curvada em forma de arco. De acordo com essa configuração, a quantidade do primeiro e do segundo fios chatos 20a, 20b usados pode ser reduzida e o estator 1 pode ser diminuído.

[061] Por outro lado, no caso dessa configuração, como mostrado na figura 8, a primeira superfície lateral 23a tem uma forma substancialmente triangular e é mais estreita do que a primeira superfície lateral 23a retangular mostrada na figura 4. Assim, a produção de faísca tende a ocorrer durante a soldagem em ambas as extremidades do primeiro fio chato 20a na direção da largura (a direção do eixo geométrico x). Entretanto, no método de soldagem a laser para fios chatos de acordo com essa modalidade, a poça derretida 30 cresce em uma parte central do primeiro fio chato 20a na direção da largura (a direção do eixo geométrico x) enquanto o feixe de laser é aplicado suavemente em uma forma de arco. Assim, tal produção de faísca em ambas as extremidades pode ser suprimida.

[062] A seguir, exemplos modificados da primeira modalidade serão descritos com referência à figura 9 a figura 11. A figura 9 a figura 11 são vistas planas mostrando os exemplos modificados da trajetória de aplicação do feixe de laser no método de soldagem a laser para fios chatos de acordo com a primeira modalidade. As coordenadas xyz no lado direito mostradas na figura 9 a figura 11 coincidem com essas na figura 2 a figura 5.

[063] Como mostrado na figura 9, a trajetória de aplicação do feixe de laser em forma de arco pode ter uma forma de arco retangular. No caso de uma trajetória retangular, entretanto, a trajetória do feixe de laser precisa ter curvas fechadas nos cantos em contraste com uma trajetória circular. Especificamente, no caso de uma trajetória retangular, o feixe de laser não pode ser aplicado suavemente nos cantos, de modo que o calor tende a se concentrar nos cantos e o respingo tende a ocorrer comparado com se a trajetória tivesse uma forma elíptica ou uma forma circular. Em outras palavras, no caso onde a trajetória de aplicação do feixe de laser tem uma forma elíptica ou uma forma circular, o feixe de laser pode ser aplicado constantemente ao longo de uma trajetória suave. Assim, a geração do respingo pode ser suprimida.

[064] Como mostrado na figura 10, a trajetória de aplicação do feixe de laser em forma de arco pode ter uma forma de arco circular. Como mostrado na figura 10, depois que uma poça derretida circular cresce através da primeira superfície de extremidade 24a do primeiro fio chato 20a e da segunda superfície de extremidade 24b do segundo fio chato 20b, essa poça derretida pode ser movida na direção da largura do primeiro e do segundo fios chatos 20a, 20b (uma direção positiva do eixo geométrico x no exemplo mostrado). A trajetória de aplicação do feixe de laser em forma de arco não tem que ser um arco fechado como mostrado na figura 10 e pode ser, ao invés disso, um arco aberto (forma espiral) como mostrado na figura 11.

[065] Com as trajetórias de aplicação do feixe de laser em forma de arco mostradas na figura 9 a figura 11, também, é possível formar a poça derretida 30 dentro da superfície de extremidade de um fio chato e aumentar a poça derretida 30 de modo a alcançar o espaço livre entre a primeira superfície lateral 23a e a segunda superfície lateral 23b.

[066] Isto é, é possível encher o espaço livre entre a primeira superfície lateral 23a e a segunda superfície lateral 23b com a poça derretida 30 antes que o feixe de laser passe sobre a primeira e a segunda superfícies laterais 23a, 23b. Assim, o feixe de laser pode ser impedido de entrar no espaço livre entre a primeira superfície lateral 23a e a segunda superfície lateral 23b. Como resultado, os efeitos adversos causados pela entrada do feixe de laser no espaço livre entre as superfícies laterais podem ser reduzidos.

(Segunda modalidade)

[067] A seguir, um método de soldagem a laser para fios chatos de acordo com essa modalidade será descrito com referência à figura 12 a figura 14. A figura 12 a figura 14 são vistas planas mostrando o método de soldagem a laser para fios chatos de acordo com a segunda modalidade. As coordenadas xyz no lado direito mostradas na figura 12 a figura 14 coincidem com essas na figura 2 a figura 5.

[068] Primeiro, como mostrado na figura 12, a primeira superfície lateral 23a do primeiro fio chato 20a que é separada da primeira película isolante 21a e a segunda superfície lateral 23b do segundo fio chato 20b que é separada da segunda película isolante 21b são unidas na parte de junta 25. Depois, um feixe de laser é aplicado em uma forma de arco dentro da primeira superfície de extremidade 24a do primeiro fio chato 20a para formar uma primeira poça derretida 30a. Ao mesmo tempo, um feixe de laser é aplicado em uma forma de arco dentro da segunda superfície de extremidade 24b do segundo fio chato 20b para formar uma segunda poça derretida 30b. É possível aplicar um feixe de laser na primeira e na segunda superfícies de extremidade 24a, 24b ao mesmo tempo dividindo o feixe de laser.

[069] Como mostrado na figura 12, no método de soldagem a laser para fios chatos de acordo com essa modalidade, primeiro o feixe de laser é aplicado em uma forma de arco dentro da primeira superfície de extremidade 24a do primeiro fio chato 20a para formar a primeira poça derretida 30a. Ao mesmo tempo, outro feixe de laser é aplicado em uma forma de arco dentro da segunda superfície de extremidade 24b do segundo fio chato 20b para formar a segunda poça derretida 30b. Assim, o feixe de laser não é aplicado na primeira e na segunda superfícies laterais 23a, 23b. Nesse estágio, portanto, o feixe de laser é impedido de entrar no espaço livre entre a primeira superfície lateral 23a e a segunda superfície lateral 23b.

[070] A seguir, como mostrado na figura 13, o diâmetro da trajetória de aplicação do feixe de laser, isto é, o diâmetro da elipse, é aumentado dentro da primeira superfície de extremidade 24a do primeiro fio chato 20a para permitir que a primeira poça derretida 30a alcance a primeira e a segunda superfícies laterais 23a, 23b. Ao mesmo tempo, o diâmetro da trajetória de aplicação do feixe de laser, isto é, o diâmetro da elipse, é aumentado dentro da segunda superfície de extremidade 24b do segundo fio chato 20b para fundir a segunda poça derretida 30b com a primeira poça derretida 30a. Especificamente, toda vez que os feixes de laser retornam para suas posições de partida de aplicação respectivas (PARTIDA indicada pelas setas na figura 13), os diâmetros da elipse sendo as trajetórias de aplicação aumentam. Assim, os diâmetros da primeira e da segunda poças derretidas 30a, 30b também aumentam, de modo que, no estágio onde os feixes de laser são respectivamente aplicados dentro da primeira superfície de extremidade 24a do primeiro fio chato 20a e na segunda superfície de extremidade 24b do segundo fio chato 20b, a primeira poça derretida 30a e a segunda poça derretida 30b são fundidas na proximidade da primeira e da segunda superfícies laterais 23a, 23b.

[071] Como resultado, o espaço livre entre a primeira superfície lateral 23a e a segunda superfície lateral 23b é cheio com a primeira e a segunda poças derretidas fundidas 30a, 30b. Isto é, nesse estágio, o feixe de laser não é aplicado na primeira e na segunda superfícies laterais 23a, 23b e o espaço livre entre a primeira superfície lateral 23a e a segunda superfície lateral 23b é cheio com a primeira e a segunda poças derretidas fundidas 30a, 30b. Assim, o feixe de laser é impedido de entrar no espaço livre entre a primeira superfície lateral 23a e a segunda superfície lateral 23b.

[072] A seguir, como mostrado na figura 14, os diâmetros das trajetórias de aplicação do feixe de laser, isto é, os diâmetros das elipses, são aumentados dentro da primeira superfície de extremidade 24a do primeiro fio chato 20a e da segunda superfície de extremidade 24b do segundo fio chato 20b, até que a poça derretida fundida 30 cresce para um tamanho desejado. Especificamente, toda vez que os feixes de laser retornam para as suas posições de partida de aplicação respectivas (PARTIDA indicada pelas setas na figura 14), os diâmetros das elipses sendo as trajetórias de aplicação são aumentados. Quando os diâmetros das elipses alcançam um valor predeterminado, a aplicação dos feixes de laser termina nas suas posições de partida de aplicação respectivas (FIM indicado pelas setas na figura 14).

[073] No método de soldagem a laser para fios chatos de acordo com a segunda modalidade, ao contrário do método de soldagem a laser para fios chatos de acordo com a primeira modalidade, os feixes de laser não são aplicados na primeira e na segunda superfícies laterais 23a, 23b mesmo no estágio onde a aplicação dos feixes de laser termina. Além do mais, o espaço livre entre a primeira superfície lateral 23a e a segunda superfície lateral 23b está cheio com a poça derretida fundida 30. Assim, os feixes de laser podem ser impedidos de entrar no espaço livre entre a primeira superfície lateral 23a e a segunda superfície lateral 23b.

[074] Como foi descrito acima, no método de soldagem a laser para fios chatos de acordo com essa modalidade, primeiro os feixes de laser são aplicados em uma forma de arco respectivamente dentro da primeira superfície de extremidade 24a do primeiro fio chato 20a e da segunda superfície de extremidade 24b do segundo fio chato 20b para formar a primeira e a segunda poças derretidas 30a, 30b. A seguir, os diâmetros das trajetórias de aplicação do feixe de laser, isto é, os diâmetros das elipses, são aumentados dentro da primeira superfície de extremidade 24a do primeiro fio chato 20a e da segunda superfície de extremidade 24b do segundo fio chato 20b para fundir a primeira poça derretida 30a e a segunda poça derretida 30b.

[075] Assim, no método de soldagem a laser para fios chatos de acordo com essa modalidade, nenhum feixe de laser é aplicado na primeira e na segunda superfícies laterais 23a, 23b por todo o decorrer da soldagem. Além do mais, o espaço livre entre a primeira superfície lateral 23a e a segunda superfície lateral 23b está cheio com a poça derretida 30 (a poça derretida dentro da qual a primeira e a segunda poças derretidas 30a, 30b são fundidas). Comparado com o método de soldagem a laser para fios chatos de acordo com a primeira modalidade, é possível ainda impedir que o feixe de laser entre no espaço livre entre a primeira superfície lateral 23a e a segunda superfície lateral 23b fundindo a primeira e a segunda poças derretidas 30a, 30b. Como resultado, os efeitos adversos causados pela entrada do feixe de laser no espaço livre entre as superfícies laterais podem ser reduzidos mais.

[076] Assim, no método de soldagem a laser para fios chatos de acordo com essa modalidade, a primeira e a segunda poças derretidas 30a, 30b são formadas dentro das superfícies de extremidade de ambos os fios chatos e a primeira poça derretida 30a e a segunda poça derretida 30b crescem de modo a fundir. Depois, o espaço livre entre a primeira superfície lateral 23a e a segunda superfície lateral 23b é cheio com a poça derretida 30 (a poça derretida dentro da qual a primeira e a segunda poças derretidas 30a, 30b são fundidas). Foi confirmado que esse método poderia impedir a entrada do feixe de laser em um espaço livre de até 0,30 mm. Um espaço livre desse valor é duas vezes mais do que no método de soldagem a laser para fios chatos de acordo com a primeira modalidade, o que significa que a segunda modalidade é mais efetiva na prevenção da entrada de um feixe de laser no espaço livre entre as superfícies laterais.

[077] Um exemplo e exemplos comparativos da presente invenção serão descritos abaixo. Entretanto, a presente invenção não é limitada ao exemplo seguinte. A figura 15 é uma tabela mostrando as condições de teste e resultados do exemplo 1 e exemplos comparativos 1 e 2. Em cada um do exemplo 1 e exemplos comparativos 1 e 2, fios chatos (com uma espessura de 2,147 mm e uma largura da superfície de extremidade de 4,0 mm) tendo a forma de extremidade como mostrado na figura 8 foram soldados a laser. Um feixe de laser de fibra de modo único com força de laser de 2,0 kW e um diâmetro de feixe de 60 μm foi usado. A taxa de movimento do feixe de laser ao longo da trajetória de aplicação foi de 750 mm/s. Com somente o método de aplicação variado entre o exemplo 1 e os exemplos comparativos 1 e 2, esses exemplos foram comparados em termos de aparência da gota, geração do respingo, aparência das superfícies da junta e dispersão do feixe de laser através do espaço livre entre as superfícies da junta (danos nas películas isolantes).

[078] A fileira superior da figura 15 mostra os métodos de aplicação do exemplo 1 e exemplos comparativos 1 e 2. No exemplo comparativo 1, a trajetória de aplicação do feixe de laser seguiu uma trajetória com curvas fechadas em uma direção substancialmente perpendicular às superfícies da junta (superfícies laterais) em uma parte central do par de fios chatos unidos. A região de aplicação do exemplo comparativo 1 indicada pela hachura na figura 15 era de 2,0 mm de largura na direção da largura dos fios chatos e 1,0 mm de espessura na direção da espessura dos fios chatos. O feixe de laser foi aplicado a partir de uma extremidade esquerda superior para uma extremidade direita da região de aplicação mostrada na figura 15 e depois retornado para a extremidade esquerda superior para terminar a aplicação (PARTIDA/FIM na figura 15).

[079] No exemplo comparativo 2, a trajetória de aplicação do feixe de laser seguiu uma trajetória com curvas fechadas em uma direção substancialmente paralela às superfícies da junta (superfícies laterais) em uma parte central do par de fios chatos unidos. Como no exemplo comparativo 1, a região de aplicação do exemplo comparativo 2 indicada pela hachura na figura 15 era de 2,0 mm de largura na direção da largura dos fios chatos e 1,0 mm de espessura na direção da espessura dos fios chatos. O feixe de laser foi aplicado a partir de um ponto central em uma extremidade superior para uma extremidade inferior da região de aplicação mostrada na figura 15 e depois retornado para o ponto central na extremidade superior para terminar a aplicação (PARTIDA/FIM na figura 15).

[080] A trajetória de aplicação do feixe de laser no exemplo 1 era a trajetória elíptica da primeira modalidade que foi descrita em detalhes usando a figura 2 a figura 5. Como mostrado na figura 15, na região de aplicação indicada pela hachura na figura 15, o diâmetro maior da maior trajetória elíptica foi de 2,0 mm na direção da largura dos fios chatos e o diâmetro menor da maior trajetória elíptica foi de 1,0 mm na direção da espessura dos fios chatos. O feixe de laser foi aplicado de um ponto central em uma extremidade superior da região de aplicação mostrada na figura 15 e toda vez que o feixe de laser retornava para o ponto central na extremidade superior, o diâmetro da elipse foi gradualmente aumentado. Depois que a maior trajetória elíptica foi desenhada, a aplicação foi terminada no ponto central na extremidade superior (PARTIDA/FIM na figura 15).

[081] A fileira média da figura 15 mostra fotografia das aparências das gotas no exemplo 1 e exemplos comparativos 1 e 2. No exemplo comparativo 1, uma perturbação na gota e no respingo ocorreu. No exemplo comparativo 2, uma grande quantidade de respingo foi reconhecida. É considerado que uma perturbação na gota e no respingo tende a ocorrer nos exemplos comparativos 1 e 2 porque a poça derretida é perturbada nos pontos de retorno das trajetórias. No exemplo 1, nenhuma perturbação na gota foi observada e a quantidade de respingo foi significativamente menor do que nos exemplos comparativos 1 e 2. É considerado que uma perturbação na gota e no respingo é menos provável de ocorrer no exemplo 1 porque a trajetória elíptica não tem pontos de retorno e, portanto, o feixe de laser pode ser aplicado de forma constantemente suave. A profundidade da gota foi de 2,0 mm.

[082] A fileira inferior da figura 15 mostra fotografias das aparências das superfícies da junta (superfícies unidas) no exemplo 1 e exemplos comparativos 1 e 2. Nos exemplos comparativos 1 e 2, a produção de faísca foi reconhecida em ambas as extremidades das superfícies da junta triangular. Uma causa possível é a concentração do calor nos pontos de retorno. No exemplo 1, nenhuma produção de faísca foi reconhecida. No exemplo 1, a poça derretida cresce na parte central dos fios chatos na direção da largura enquanto o feixe de laser é aplicado suavemente em uma forma elíptica. Isso aparenta ser o motivo pelo qual a produção de faísca em ambas as extremidades pode ser evitada.

[083] Nos exemplos comparativos 1 e 2, a dispersão do feixe de laser foi reconhecida mesmo quando o espaço livre entre as superfícies da junta era de 0,1 mm. No exemplo 1, em contraste, nenhuma dispersão do feixe de laser foi reconhecida para espaços livres de até 0,15 mm entre as superfícies da junta. Nos exemplos comparativos 1 e 2, não é possível aumentar a poça derretida e encher o espaço livre entre as superfícies da junta com essa poça derretida antes que o feixe de laser passe sobre as superfícies da junta. No exemplo 1, em contraste, é possível encher o espaço livre entre as superfícies da junta com a poça derretida antes que o feixe de laser passe sobre as superfícies da junta. Isso aparenta ser o motivo pelo qual o feixe de laser pode ser impedido de entrar no espaço livre entre as superfícies da junta.

[084] A presente invenção não é limitada às modalidades acima, mas pode ser apropriadamente alterada dentro do escopo da meta da invenção.

Claims

1. Método de soldagem a laser para fios chatos no qual uma primeira superfície lateral (23a) em uma primeira extremidade de um primeiro fio chato (20a) revestido com uma primeira película isolante (21a), a primeira superfície lateral (23a) sendo separada da primeira película isolante (21a), e uma segunda superfície lateral (23b) em uma segunda extremidade de um segundo fio chato (20b) revestido com uma segunda película isolante (21b), a segunda superfície lateral (23b) sendo separada da segunda película isolante (21b), são unidas, e um feixe de laser é aplicado em uma primeira superfície de extremidade (24a) do primeiro fio chato (20a) e uma segunda superfície de extremidade (24b) do segundo fio chato (20b) para unir por solda a primeira superfície lateral (23a) e a segunda superfície lateral (23b), o método de soldagem a laser CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: aplicar o feixe de laser em uma forma de arco dentro da primeira superfície de extremidade (24a) para formar uma poça derretida (30); e aplicar o feixe de laser dentro da primeira superfície de extremidade (24a) enquanto se aumenta gradualmente um diâmetro de uma trajetória em forma de arco do feixe de laser para permitir que a poça derretida (30) alcance a primeira superfície lateral (23a) e a segunda superfície lateral (23b).

2. Método de soldagem a laser, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a forma de arco é uma forma circular ou uma forma elíptica.

3. Método de soldagem a laser, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a forma de arco é uma forma retangular.

4. Método de soldagem a laser, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a forma de arco é uma forma espiral.

5. Método de soldagem a laser, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a forma de arco é uma forma elíptica, e um eixo geométrico maior da elipse é paralelo à primeira superfície lateral (23a) e à segunda superfície lateral (23b).

6. Método de soldagem a laser, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, CARACTERIZADO pelo fato de que, na primeira superfície de extremidade (24a), o feixe de laser é aplicado a somente uma região da primeira superfície de extremidade (24a) que está localizada em um lado da primeira superfície lateral (23a) em relação a uma posição de partida de aplicação do feixe de laser.

7. Método de soldagem a laser, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, CARACTERIZADO pelo fato de que o feixe de laser é aplicado na segunda superfície de extremidade (24b) à medida que o diâmetro da trajetória em forma de arco do feixe de laser aumenta gradualmente.

8. Método de soldagem a laser, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, CARACTERIZADO pelo fato de que ainda compreende: aplicar outro feixe de laser em uma forma de arco dentro da segunda superfície de extremidade (24b) para formar outra poça derretida; e aplicar o outro feixe de laser dentro da segunda superfície de extremidade (24b) enquanto se aumenta gradualmente um diâmetro de uma trajetória em forma de arco do outro feixe de laser para fundir a poça derretida e a outra poça derretida.

9. Método de soldagem a laser, de acordo com a reivindicação 8, CARACTERIZADO pelo fato de que na primeira superfície de extremidade (24a), o feixe de laser é aplicado a somente uma região da primeira superfície de extremidade (24a) que está localizada em um lado da primeira superfície lateral (23a) em relação a uma posição de partida de aplicação do feixe de laser, e na segunda superfície de extremidade (24b), o outro feixe de laser é aplicado a somente uma região da segunda superfície de extremidade (24b) que fica localizada em um lado da segunda superfície lateral (23b) em relação a uma posição de partida de aplicação do outro feixe de laser.

10. Método de soldagem a laser, de acordo com a reivindicação 8 ou 9, CARACTERIZADO pelo fato de que o feixe de laser é aplicado na segunda superfície de extremidade (24b) à medida que o diâmetro da trajetória em forma de arco do feixe de laser aumenta gradualmente, e o outro feixe de laser é aplicado na primeira superfície de extremidade (24a) à medida que o diâmetro da trajetória em forma de arco do outro feixe de laser aumenta gradualmente.

11. Método de soldagem a laser, de acordo com a reivindicação 8 ou 9, CARACTERIZADO pelo fato de que o feixe de laser é aplicado a somente a primeira superfície de extremidade (24a), e o outro feixe de laser é aplicado a somente a segunda superfície de extremidade (24b).