CN102990214B - 用于铜导体的反应冶金结合的自动化 - Google Patents

Abstract

铜导体构件或其它铜基工件使用能与铜构件的结合表面反应的合适铜合金材料焊接。反应性金属材料可以作为薄金属箔条应用于组装的面对面结合表面之间。所述构件抵靠反应性材料加压在一起且被电阻加热，从而形成焊接部。实践适合于在例如组装在车辆牵引马达的定子槽中的导体条或线的面对面端部对中形成许多这种焊接部。公开了用于成形和自动放置合适尺寸和旋转的反应性金属箔的实践。还公开了使用电阻焊接工具来对齐和加热要焊接的许多导体对的实践。

Description

用于铜导体的反应冶金结合的自动化

本申请要求基于2011年9月7日提交的题为“Automation of Reaction Metallurgical Joining for Copper Conductors”的临时申请61/531,648的优先权，该临时申请通过参考引入本文。

技术领域

本发明涉及在铜工件的面对面表面之间形成强焊接部的相对低温方法。焊接部通过在工件之间留下低电阻铜-铜焊接部的冶金反应结合过程形成。当在电动马达中的铜导体对之间形成时，这种得到的焊接接头是非常希望的。在焊接这种铜导体对时，薄金属合金箔放置在导体的面对面表面之间且导体使用例如电阻焊接电极抵靠箔压到一起，所述电阻焊接电极然后将焊接电流引导通过导体和箔，从而形成焊接部。本发明的实践提供使得薄金属箔的形式和形状适合于将反应性材料放置在导体的面对面表面之间的方法。还提供使得焊接电极的使用适合于结合例如电动马达的定子中的许多导体对的实践。

背景技术

虽然存在用于结合许多金属成分的工件的许多焊接实践，但是仍需要在最小变形的情况下在两个铜工件之间形成完好的低电阻焊接接头的方法。特别是需要用于在车辆的电牵引马达的定子构件中、在许多这种铜导体对的组件中、在铜导体条的独立对之间形成焊接连接的这种结合方法。还需要线结合过程，所述线结合过程要求产生最少的热量，从而接头附近的聚合物线绝缘不会受到热暴露而降级。

发明内容

作为进一步的背景技术，本发明使用冶金反应结合过程在组装铜工件的面对面表面之间形成完好的低电阻强焊接部。在本发明的一个实施例的说明中，具有小矩形截面的线或条形式和类似面对面表面的两个铜导体构件放置且加压在一起且在焊接界面处结合。因而，在本发明的该实施例中，铜工件是基本上纯的高导电率铜金属。在冶金反应过程中，反应性金属或合金薄层放置在铜工件的面对面表面之间，且用于清洁表面，以允许在宽区域上的紧密接触和形成固态焊接部。

反应性金属或金属合金被选择以提供作为焊接过程的一部分的重要功能。这种冶金反应性金属成分必须通过在施加的热量的影响下与来自于面对面铜工件表面中的每个的少量材料反应而形成可流动液相。液相必须具有比工件金属的熔点更低的固相线温度。所形成的可流动相必须能够去除在要结合的铜工件表面上初始存在的氧化物膜。在反应过程期间实现表面氧化物去除，即，通过溶解铜工件的一部分和在压力下驱出已反应金属相结合，消除每个工件表面上的层。

在本发明的优选实施例中，按重量计大约7％的磷和其余部分是铜的合金薄金属条是结合基本上纯的铜工件的合适反应性金属。铜具有1084 ℃的熔点，而铜-7wt.％磷合金具有710 ℃的熔点。该铜-磷合金能够溶解或熔化在铜-铜工件界面或结合界面处存在的表面氧化物以及与铜工件的一部分反应并溶解铜工件的一部分。用于焊接铜的另一种合适反应性金属成分是铜与按重量计6％的磷、6％的锡和0.4％的硅的合金。该过程通过将薄（例如，50至250微米厚）反应性金属段放置在要结合的铜工件的面对面表面之间进行。夹层接头然后被压缩且加热至远高于金属/反应性金属合金系统的固相线温度（即，在使用铜-7％磷合金时，高于710 ℃）但是远低于铜的熔点（即，低于1084 ℃）的温度。有益地，这种降低的温度有效地最小化接头附近的聚合物线绝缘的降级。

在加热时压缩的常规方法使用电阻加热，这通过将面对面工件的外表面与商业点焊机的相对电极接合来提供。在一些情况下，电极表面可具有带有局部特征的表面几何形状，所述局部特征接合或凹压（indent）工件的外表面且趋于防止它们在施加焊接电流期间横向滑动，即，垂直于夹持方向。在电阻加热电流传送至电极之间且通过工件和薄反应性金属条的界面时，点焊机的夹持力提供所需压力。一旦充分加热，冶金反应就开始且反应性金属将液化并去除结合界面处的基体金属铜表面上的任何自然氧化物，且进一步与铜反应以形成含液体的相。电极施加的增加压力还将可流动液体驱出到铜-铜接头之外。在一些情况下，将存在具有足够低有效粘度的半固相，其可以从接头驱出，如纯液体的情况下那样。该被驱出的该材料随之夹带任何熔化的氧化物或其它先前表面杂质，以留下清洁的铜表面。通过该过程形成非常清洁的铜-铜焊接部。所形成的接头不主要是钎焊接头。这样形成的接头部段的详细显微照片表明，几乎所有的反应性金属从最终的铜工件-铜工件焊接接头驱出。该方法是相对低能量的方法和相对低温度的方法，这可以使得结合过程对铜工件或其它附近物品上的任何附近绝缘的影响最小化。

少量的所需热量由于两个原因。第一，在含P合金中形成液体所需的温度比铜基合金的熔点低很多。第二，含P合金具有非常高的电阻率，从而在电流通过系统时，反应性材料快速加热，同时周围的铜仅仅经受非常微小的电阻加热。因而，可以在不加热大体积的铜线的情况下形成接头。

本发明的方法可例如在用于驱动机动车辆的一个或多个车轮的电牵引马达的定子的组装和制造期间焊接铜线或条的许多对端部中的每一对时使用。铜线可例如在其表面上具有薄氧化物涂层。在制造牵引马达定子时，从盘绕物切割的导体线部段成形为“U”或开口环形（且有时称为发夹），用于放置和组装在叠片含铁金属定子芯板的环状堆叠体的内周边上的槽中。线或条可以例如具有矩形截面且具有大约2至大约6毫米（更典型地，范围大约2至4毫米左右）的平坦侧面。环形线，通常在所形成定子形状的同一侧处具有切割端部，装配到定子叠片的环形堆叠体的整个内周边上和周围的衬有绝缘体的槽中。导体形状的大多数（如果不是全部的话）端部位于定子本体的同一端以利于焊接。定子导体线的每端焊接到另一个导体线的紧密隔开端部，以提供例如封闭电路，用于在铁磁定子芯中产生电磁场，以在牵引马达的操作时驱动位于最终定子内的转子构件。

但是不管使用结合过程的组件如何，铜工件的面对面表面都被压靠反应性金属材料薄层，例如厚度高达大约250微米且通常完全覆盖结合表面。如上所述，组件通过任何合适手段加热以熔融要结合的面对面表面之间的反应性材料。流体反应性材料用于冶金地清洁面对面的铜表面。当压力施加到已加热界面时，可流动液化已反应材料和反应产物（也包括在反应期间溶解的少部分铜工件）从清洁铜表面之间基本上完全挤出。界面处的压力和热量在铜表面之间产生强的清洁低电阻焊接部。

现在提供用于在已经成形和组装在电牵引马达的环状定子的铁磁芯上的铜导体线对上形成许多这种焊接部的实践。如上所述，这种导体线有点为U形，用于放置到沿定子芯的内周边轴向（例如）形成且围绕其周边紧密地规则地隔开的槽中。多个导体线的弯曲（环）部分通常围绕环状定子的一端隔开和定位，线的端部成对地聚集且定位在环状定子的另一端处。通常，要结合的导体端部对位于定子组件的一端处的同心圆形带中。在完成定子中的预期电路时，许多对相邻导体线端部通过我们的反应冶金结合（RMJ）过程焊接。为了利于在定子组件中形成这种焊接部的标记，我们已经设计用于成形和将反应性金属薄层放置在许多对导体之间的实践，且我们已经设计用于成形和使用焊接电极来形成焊接部的实践。

在本发明的各个实施例中，反应性金属层制备为长的薄箔或条的卷筒物，其包括规则隔开和一定大小的反应性金属部分以给要焊接的每对导体供应和提供焊接材料薄层。例如，隔开部分定尺寸为在置于每对导体端部的面对面表面之间时提供期望数量的焊接材料。在这样供应条上的一定大小的反应性金属部分可以通过穿孔或者通过小型分离部分分开，所述小型分离部分可在一定大小的反应性金属部分从条适当地按顺序去除且置于RMJ操作时废弃。反应性材料的放置可以通过自动机器（例如，机器人）完成。这种自动机器可与合适的电阻焊接电极结合使用，用以定位和分开每个焊接部中使用的反应性金属的部分。在本发明的其它实施例中，反应性材料的各个薄箔部分可以例如通过弯曲（例如，“C”形）成形，以便从供应容器取回且容易用机器人的手放置到要焊接的每对导体线上。成形和柔性箔部分可用于帮助在紧密隔开的导体之间保持箔，直到导体被压靠箔，以便焊接。在其它实施例中，反应性金属材料可制备为箔环，用于放置在转子组件中以圆形路径平躺的许多对导体端部之间。在本发明的另外实施例中，一定大小的成形箔部分可以在合适的可处置非金属载体条中隔开地传送，以便去除且置于焊接。

在本发明的其它实施例中，电阻电极可与相对电极夹钳上或附近的引导件或其它互补通常不导电构件一起成形，用于改进面对面的导体条对与夹置的反应性材料对齐。电阻加热工具可成形用于一次焊接两对或更多对导体条；例如通过将导电垫圈构件插入到要焊接的已对齐对之间。在其它实施例中，滚动焊接工具可用于在定子端部的周边周围的导体对之间逐渐形成焊接部。

在这些实施例中的每个中，定子可适当地支撑在用于定位和辅助放置反应性金属条的机构中且与电阻焊接工具接触。

方案1. 一种在组装在电动马达的定子芯上的多对相邻铜导体的表面之间形成固态焊接部的方法，导体对从相邻导体对隔开，其中，每个铜导体对的一个构件具有的第一结合表面区域面向第二铜导体的类似形状第二结合表面区域，且已组装铜导体的表面形成区域能在定子芯的表面处通达；所述方法包括：

将反应性金属插入到多于一对相邻铜导体的结合表面区域之间；

使用相对的电极工具来将压力施加到铜导体对中的每一对上，以使得每对铜导体的面对面结合表面区域与它们之间的反应性金属同时或者按顺序接合；

将电流传送通过接合的导体-反应性金属-导体组，以加热和熔融反应性金属以便与铜导体表面反应，从而形成反应副产物；

从每个铜导体对的面对面的接触结合表面区域驱出反应副产物以形成固态焊接部；以及

停止传送电流。

方案2. 根据方案1所述的形成固态焊接部的方法，其中，一定长度的反应性金属箔插入在定子芯的圆形带中组装的多对铜导体之间。

方案3. 根据方案2所述的形成固态焊接部的方法，其中，反应性金属箔的长度被选择，使得其能够插入在定子芯的圆形带中组装的所有铜导体对之间。

方案4. 根据方案1所述的形成固态焊接部的方法，其中，反应性金属的多个隔开箔部分沿较少反应性材料的牺牲性部分的预制长度定位且由所述牺牲性部分隔开，所述牺牲性部分的间距大致等于导体对的间距，所述箔部分定位成使得每个反应性金属箔部分插入在相邻铜导体的结合表面之间。

方案5. 根据方案1所述的形成固态焊接部的方法，其中，具有的间距大致等于导体对间距的多个隔开的反应性金属部段组装在不导电载体条上，所述条插入在与反应性金属部段的数量相等的多个导体对之间，所述反应性金属部段定位成使得每个部段位于相邻铜导体的结合表面之间。

方案6. 根据方案1所述的形成固态焊接部的方法，其中，独立的反应性金属部分放置在多于一对的铜导体中的每一对之间。

方案7. 根据方案6所述的形成固态焊接部的方法，其中，独立的反应性金属部分从反应性金属的预制长度连续地去除，包括利于去除大致恒定形状和尺寸的反应性金属部分的特征。

方案8. 根据方案6所述的形成固态焊接部的方法，其中，独立的反应性金属部分从一定长度的非金属载体材料逐渐去除，反应性金属部分可拆卸地附连到非金属载体材料。

方案9. 根据方案6所述的形成固态焊接部的方法，其中，反应性金属的粘附涂层沉积在面对面的导体结合表面上。

方案10. 根据方案6所述的形成固态焊接部的方法，其中，独立反应性金属部分定形用于由自动机器夹持并从这种部分的贮存器去除且放置在一对铜导体之间。

方案11. 根据方案10所述的形成固态焊接部的方法，其中，每个独立反应性金属部分弯曲成不平坦形状，用于在导体结合表面与电极接合以便加热和焊接之前在紧密隔开的面对面导体结合表面之间临时压缩配合下插入。

方案12. 根据方案1所述的形成固态焊接部的方法，其中，反应性金属作为箔部分插入在铜导体的面对面表面之间，所述箔部分具有的厚度不大于大约250微米。

方案13. 根据方案1所述的形成固态焊接部的方法，其中，相对的电阻加热电极构件具有引导表面，用于与相邻铜导体接触且将其抵靠反应性金属对齐。

方案14. 根据方案1所述的形成固态焊接部的方法，其中，相对的电阻加热电极与两对对齐的铜导体的外部不相邻导体接合，反应性金属的箔部分仅仅放置在要焊接的导体的结合表面之间以允许两个导体对的同时但分开的焊接。

方案15. 根据方案14所述的形成固态焊接部的方法，还包括：将不反应导电本体放置在两个导体对之间，以促进两个导体对分开；以及在焊接完成之后去除不反应本体，以确保两个导体对的电绝缘。

方案16. 根据方案1所述的形成固态焊接部的方法，其中，相邻铜导体对组装在具有中心轴线的环状定子芯上，铜导体以与定子的轴线同轴的圆形带的形式设置，使用围绕带的相对侧周向地滚动且相对于圆形带径向地作用的一对相对的圆形电极轮，以将导体对的面对面结合表面区域逐渐接合且加热每个已接合对以用于焊接。

方案17. 根据方案16所述的形成固态焊接部的方法，其中，加热通过使得电流从该对电极中的一个通过铜导体和夹置的反应性金属传送到电极对中的第二电极来实现，电流传送与电极旋转同步以允许仅仅在导体对的面对面表面区域接合时的时间段期间传送电流。

方案18. 根据方案1所述的形成固态焊接部的方法，其中，相邻铜导体对的两个径向组以与定子轴线同轴的圆形带的形式组装在环形定子芯上，与定子轴线同轴的箔部分的第一圆形环放置在同轴圆形带中的径向内部铜导体对之间，与定子轴线同轴的箔部分的第二圆形环放置在同轴圆形带中的径向外部铜导体对之间；以及

使用围绕导体对周向移动且相对于圆形带径向作用的相对电极以逐渐使得径向内部和径向外部导体对的面对面结合表面区域接合且同时加热每个已接合对以用于焊接。

方案19. 根据方案18所述的形成固态焊接部的方法，其中，相对电极包括一对隔开的反向旋转圆形电极轮，每个轮具有中心，且每个轮围绕其中心旋转，轮间距被选择以使得每个导体对的面对面结合表面区域大致完全接触。

方案20. 根据方案1所述的形成固态焊接部的方法，在以圆形带的形式组装在定子芯上的一组径向铜导体对中，所述定子具有轴线，圆形带与定子轴线同轴，箔部分插入在同轴圆形带中的铜导体对之间；

定子具有在圆形带径向内部且与圆柱轴线同轴的成形开口，定子芯支撑在成形开口上；以及

使用围绕导体对周向移动且相对于圆形带径向作用的相对电极以逐渐使得导体对的面对面结合表面区域接合且同时加热每个已接合对以用于焊接。

方案21. 根据方案17所述的形成固态焊接部的方法，其中，电极的导体接触表面包括引导和对齐电极的特征。

方案22. 一种在组装在电动马达的定子芯上的多对相邻铜导体的表面之间形成固态焊接部的方法，所述导体对从相邻导体对隔开，其中，每个铜导体对的一个构件具有的第一结合表面区域面向第二铜导体的第二结合表面区域，且已组装铜导体的面对面表面区域能在定子芯的表面处通达；所述方法包括：

将安装在支撑件上的多个隔开反应性金属部分定位在多对相邻铜导体的结合表面区域之间；

使用相对的电极工具来将压力施加到铜导体对上，且使得每对铜导体的面对面结合表面区域与它们之间的箔部分接合；

将电流传送通过接合的导体-反应性金属-导体组，以加热和熔融夹置的反应性金属箔以便与铜导体表面反应，从而形成反应副产物；

从每个铜导体对的面对面的接触结合表面区域驱出反应副产物以形成固态焊接部；

停止传送电流；以及

从定子去除反应性金属支撑件。

方案23. 根据方案22所述的在组装在电动马达的定子芯上的多对相邻类似形状铜导体的表面之间形成固态焊接部的方法，其中，反应性金属支撑件是不导电的。

本发明实践的其它目的和优势从本发明的说明性实施例的以下描述显而易见。在这些描述中的一些中，参考附图，其在该说明书的以下部分描述。

附图说明

图1是具有已组装但是未焊接的开口环导体线段导体的定子的透视图。

图2更详细地示出了图1的定子的一部分。

图3是两个铜导体的端部放置成侧表面处于面对面位置的部分示意图，合适的反应性金属合金薄条置于它们之间。反应性金属条定尺寸和形状为与要清洁和焊接的导体线的面对面表面相互作用。

图4是用于将压力施加到图3的铜导体线且将其加热从而使得夹置的反应性金属条熔融、清洁面对面的铜表面且从界面挤出以允许在铜导体之间形成焊接部的设备（电阻焊枪臂）的示意图。

图5是图3和4的铜导体线段的端部的放大示意图。图5图示了铜-铜焊接界面，在焊接部边缘处具有驱出的反应性材料和副产物。

图6图示了适合于机器人或自动拾取的RMJ合金的分立部分的实施例。

图7图示了适合于机器人或自动拾取且包含柔性弯曲特征以在安装在导体对之间之后将RMJ摩擦地保持到位的RMJ合金的分立部分的另一个实施例。

图8图示了适合于机器人或自动拾取且形成为具有与导体接合的特征的夹具以在安装在导体对之间之后将RMJ保持到位的RMJ合金的分立部分的另一个实施例。

图9图示了用于在焊接许多对铜导体线时重复使用的RMJ合金的穿孔带的一部分。

图10以透视图的方式示出了多个已组装导体对，连续长度的RMJ合金放置在类似导体对之间。

图11示出了在带槽带或载体上组装的RMJ的一系列分立部分。

图12以透视图的方式示出了已组装导体对的示意图，连续长度的RMJ合金放置在选定导体对之间，如图10那样，且示意性地图示了一对滚轮电极可如何用于围绕定子生产许多RMJ焊接部。

图13以透视图的方式示出了一对焊接电极，包含在焊接之前增强导体对对齐的特征。

图14示出了一对滚轮焊接电极，包含在焊接之前增强导体对对齐的特征。

图15示出了可展开的基于夹头的焊接电极的示意性截面图。

具体实施方式

本发明的实践可应用于在组装和制造高功率电动马达（例如，可用于驱动或推进电动车辆或混合动力车辆）的定子构件时焊接多个高导电率铜导体条。但是本发明可适合于焊接其它铜工件。

这种牵引或驱动马达与车辆上使用的其它马达相比相对大，且通常需要更大和更复杂的部件和制造方法。例如，图1图示了用于电牵引马达的代表性部分组装定子10的总体图。在图2的放大部分图中更清楚地示出了开口环线导体的细节。

定子10由铁磁金属叠片13（在图2中进一步示出）的环形堆叠体12形成。在图1中，所述组件定位成使得定子10的一个端表面15和堆叠体的内部周向表面17可见。许多紧密和规则隔开的槽22形成以从内部周向表面17径向向外延伸且部分穿过叠片堆叠体12。槽22通常围绕定子10的整个内部周边形成。槽22与定子的轴线且与组装马达中的封装转子的旋转轴线同轴对齐。槽22通常衬有独立绝缘材料膜24，在图2中最佳地看出。在图1和2所示的示例中，每个槽22用四个商业铜导体（例如，开口环线导体19）填充，但是可以使用（通常成对）更多或更少的导体，而不受限制。如图2所示，导体条19具有矩形截面，且沿其长度定形为使得在置于定子10的槽22中时，四个导体条的端部部分（例如，代表性端部部分14，16，18和20）处于选择性成对邻接关系，从而端部部分14邻接端部部分16且端部部分18邻接端部部分20，而端部部分16从发夹18隔开。

许多导体条19中的每个的导体端部部分14和16以及端部部分18和20被压紧到一起且在其接合面对面表面处焊接。因而，围绕定子10的整个端表面15在相邻开口环线导体端部上形成许多焊接部。

图3、4和5图示了RMJ焊接过程及其应用于焊接这种导体开口环线导体的端部。图3是导体端部部分14和16的局部图。在该示例中，紧密隔开的导体端部部分14和16终止于端表面21，23，且具有类似形状和面积的平坦面对面表面部分114，116，导体端部部分如此对齐和定向，使得表面部分114和116如果接触将共同延伸（coextensive，具有相同范围）。RMJ合金薄片材段26放置成例如叠置面对面表面部分114，116。导体端部部分14和16由大致纯铜形成。RMJ合金片材段26合适地为按重量计93％的铜和按重量计7％的磷的合金，且具有大约100微米的厚度。RMJ合金段26具有的形状适当地对应于要焊接的导体端部部分14和16的面对面表面114，116，以在它们之间完成电路。

如图4所示，一对相对的焊接电极夹钳28，30在通常在150和400磅之间的负载P下抵靠导体端部部分14和16的相对侧面加压，以通过电阻加热来加热其面对面表面114，116（图3）和夹置的反应性铜合金片材26。在所示实施例中，焊接电极夹钳28，30优选设置有带纹路铜表面32，用于提供与导体14，16的良好电接触以及整个夹持组件的机械稳定性。在图4中，焊接电极夹钳28，30以适合于清楚地示出接头的方式示出。但是可以采用其它电极配置和设计。许多可选电极设计，例如图13中以96和110所示，更稳固且更适合于施加夹持负载P。合适的DC或AC电流传输通过焊接电极夹钳28，30且通过导体端部部分14和16的面对面表面114，116和RMJ合金26。电流通过产生的热量使得RMJ合金26液化且反应（不必以该顺序）以从面对面表面114，116处的基本铜材料的表面分解和融化氧化物和其它非铜成分。如图5所示，连续施加压力P到被加热面对面表面114，116从界面驱出反应副产物，其作为副产物本体34积聚在此时固态已焊接面对面表面114，116的边缘处。副产物本体34在焊接电流停止且已焊接导体工件冷却之后固化。

在组装如图1那样的电动马达的定子时，图3，4和5所示的许多这种焊接部在类似形状的开口环铜导体工件的相邻对之间形成且定子的最大可行生产速率很大程度上由所述多个焊接部可以形成的快速性决定。因而，在可自动化结合这些工件所需的至少一些步骤以促进更高生产速率的实践和技术方面感兴趣。

可有效地促进提高的生产速率的一些方法和实施例概述如下且在随后部分中更详细描述：

将RMJ合金的分立体积放置在导体对的结合表面之间且使用改进的电阻焊接过程加热和独立地熔融每个RMJ体积，通常仅仅使用单个焊接头。

从盘绕物、带或其它预期材料体积供应RMJ合金，将RMJ合金放置在导体对的结合表面之间且断开或熔融掉所需的RMJ体积。加热和熔融使用改进的电阻焊接过程使用单个或多个焊接头完成。

将RMJ合金放置在所有导体对中全部或大部分的结合表面之间。例如，对于前述四导体配置，RMJ合金可以是合金的分立体积或连续长度或者支撑在柔性框架或类似载体上的适当隔开的独立合金部段的形式。加热和熔融使用改进的电阻焊接过程使用单个焊接头或多个焊接头完成。

将RMJ合金放置在所有导体对中全部或大部分的结合表面之间。例如，在前述4个开口环导体马达的情况下，这可以包含焊接A-B导体对和/或C-D导体对。RMJ合金可以是合金的分立体积或连续长度或者支撑在柔性框架或类似载体上的适当隔开的独立合金部段的形式。加热和熔融使用改进的电阻焊缝焊接过程使用滚轮电极完成，所述滚轮电极适合于允许仅仅在分立位置焊接且任选地包含确保发夹-发夹对齐的引导特征。

第一实施例的实施，即将RMJ合金的分立体积放置在导体对的结合表面之间且使用改进的电阻焊接过程加热和独立地熔融每个RMJ体积，需要在开始焊接之前放置和保持RMJ。简单方法是从卷筒物或片状RMJ形成如图6中40所示那样的焊接突片，类似长度的两个部段36和38沿弯曲轴线42弯曲，从而每个部段36和38相对于另一个倾斜。这种配置利于机器人末端执行器或类似夹持器自动机的拾取和定向，且允许未被夹持的任一部段36或38精确放置在表面114和116（图3）之间。被夹持的任何一个部段36或38将不在通过工件的电路中，且将在焊接进行时保持固体，而另一部段将在焊接进行时熔融掉。这将使得被夹持部分自由且释放夹持器自动机（如果在焊接期间保持到位）或者允许被夹持部段从定子掉落（如果夹持器自由机在焊接过程开始之前已经释放突片40）。在自由掉落夹持器部段处引导的喷气将有助于确保在随后马达组装和马达维护期间不捕获在定子中。

在该实施例的改良中，RMJ合金可包含特征以更好地允许在夹持器自动机在工件由焊接机夹持之前移开时RMJ合金在导体之间保持到位。将理解的是，导体端部14和16（图3）的面对面表面114和116的配置可以由于正常制造公差而不同。例如，面对面表面114和116可能不平行，和/或可能间隔大于突片40（图6）的厚度的程度。如果这种情况发生，那么将难以将突片40可靠地保持到位，直到施加焊接压力以将突片40紧固到位。

图7示出了RMJ合金体积的可选设计。在该变型中，体积本体44是波状或具有类似非平面特征。在插入该体积时，在插入表面114和116之间时将折曲且试图恢复其初始形状将在表面114，116和体积44之间产生摩擦力，这将更好地将体积44保持到位。如图所示，本体44还包含夹持器突片46，但是如果体积的波状特征本身促进夹持器自动机的可靠拾取和夹持，那么这可以省去。

第三种设计由图8所示的RMJ体积48表示。RMJ体积48旨在夹持到发夹连接器端部14，16中的一个或两者上，其中，内表面50与面对面表面114，116中的一个或两者接触。侧壁52和54弯曲以形成宽的开口58，开口在侧壁52，54的大约中点处渐缩至较窄宽度60，之后在内表面50处再次展开。宽度58定尺寸为接收发夹导体端部14，16的宽度，从而夹具48可容易地插入，同时，宽度60定尺寸为小于发夹导体端部14，16的宽度。夹具48可定位在导体端部14，16上且以箭头62的方向前移，从而导体端部14，16的侧面在开始插入之后将与侧壁52，54的内表面接合，使得其向外折曲且在导体端部和夹具48之间产生摩擦力。同样，夹具48包含突片56以利于由合适自动机夹持夹具。

在该实施例中包括的每个方面和设计中，期望压力通过焊接电极夹钳（jaw）28，30（图4）施加。然而，与常规点焊过程相比，尤其是在铝合金上进行时，RMJ焊接过程的能量需求和施加压力适度。由于发夹导体端部以规则间隔隔开，因而采用适当隔开且并行地机械操作的多个这种电极夹钳是可行的，以同时夹持多于一个导体端部对。一旦夹持，高达4 RMJ焊接部可同时或者快速地连续形成。

应用RMJ合金的可选实施例是从盘绕物、带或其它预期材料体积供应RMJ合金，将RMJ合金放置在发夹对的结合表面之间且断开或熔融掉所需的RMJ体积。同样，加热和熔融可以使用改进的电阻焊接过程使用单个或多个焊接头完成。图9图示了用于焊接图3和4所示的发夹导体14，16的RMJ合金段66的长条64的一部分。在图9的示例中，各个反应性金属段66由弱化线区域68分开，弱化线区域68可以被穿孔或具有减少的厚度或者展现促进相邻RMJ段66之间容易分开的其它合适特征。在制备发夹导体14，16（图3和4）的组件时，条64可以从分配器（未示出）以大约等于弱化线区域68之间的间隔d的增量供应，以前移RMJ合金段66。RMJ合金段然后可以放置在发夹导体端部14，16之间且施加压力P（图3和4）。分配器（未示出）然后可以适当地旋转和/或退回以在弱化线区域68处将段66从条64断开。通过消除拾取、处置和放置分立段的需要，这种方法简化了供应段66的过程。

另一方法是供应箔条。可以使用类似于68但是没有穿孔的固体箔条。当放置在要结合的表面之间且被加热时，位于间隙内的部分将熔融，此时，其余固体条可以从接头退回，以便稍后放置在要结合的下一对表面之间。

在另一个实施例中，该方法可以扩展为将RMJ合金放置在多个导体对中。在图10中，连续长度的RMJ合金64’已经定位在一系列发夹导体端部14和16之间，从而在焊接时，将形成A-B连接部。在该示例性图示中，示出了连续长度的一致厚的RMJ合金。虽然RMJ合金的连续带生产便宜，但是由于在焊接期间合金熔融，居中部段70将从马达分开且必须消除，因而以这种形式使用浪费合金。为了改进RMJ合金使用，RMJ合金长度64’可以制造有比位于发夹导体之间的部段72薄很多的区域70。可选地，如图11所示，RMJ合金可以制造为矩形“钮”78且例如在其边缘处（未示出）使用粘结剂安装在由纸或类似不导电低成本可处置载体制成的边缘带凹口带76中的隔开的凹口74中，凹口74通过相邻导体对14，16之间的间距S隔开。另一个这样的低成本可处置载体可以是薄热塑性带，可以在加热过程中早期容易地熔融且从接头挤出。这种配置具有优点：载体可以保持连续且因而更容易捕获且在焊接操作结束时从定子去除。同样，由于载体是不导电的，因而，偶然未去除的任何载体部分不会促进组装马达中的任何短路。边缘带凹口带76具有优点：没有载体带将捕获在导体14，16之间，但是如果这不是问题，例如由于载体带可以烧掉或者由于带太薄而不能干扰RMJ焊接，那么也可以采用具有安装在每个窗口中的RMJ钮的带窗口带。

图12示出了导电反向旋转滚轮电极80，82用于输送焊接电流和将压力施加到导体14，16，18和20的实施例。如图所示，接头在导体14和16之间以及导体18和20之间通过电极80和82单次通过形成。电极80和82可以称为圆形电极轮或滚轮电极。连续长度RMJ合金64’位于导体14和16之间，同时，第二连续RMJ导体164位于导体18和20之间。电极轮80以箭头84的方向旋转，在弓形D中与导体20接触，同时电极轮82以箭头86的方向旋转，在弓形A中与导体14接触。电流将在轮电极80，82之间通过，继而通过导体14，16，18，20且通过位于它们之间的RMJ合金部段（例如在72处）。然而，焊接将仅仅在导体14和16之间以及导体18和20之间发生，因为仅仅在那里可以形成由添加的RMJ合金促进的低温接头。没有RMJ应用于导体16和18之间，从而通过轮电极80和82施加的压力接触的这些导体将在其结合表面处形成低电阻接触。这将充分地减少结合界面处的加热以将温度保持低于导体的熔点，从而没有接头在导体16和18之间形成，尽管其与形成接头的导体对14和16以及18和20（电）串联且从而传送相同电流。在过程结束时，通过将弓形B和C之间的楔形部驱动取决于楔角的指定量，可建立导体16和18（弓形B和C）之间的优选间隙。可选方案可包括导体16和18（弓形B和C）之间的薄的不反应但是导电构件环。反应过程的低温将防止所述环焊接到导体16和18中的任一个，且在焊接操作期间将增强它们之间的分开。在焊接完成之后，去除环将在导体16和18之间形成间隙，以防止它们之间产生任何电短路。在去除之后，环可以废弃或者适当地再次使用。

在另一个变型中，滚轮或轮电极80和82的旋转运动可以与电流控制装置同步，从而在每对线与电极80，82适当地对齐时，电极80，82停止转动且施加焊接电流。借助于该方法，由于均可以独立地控制，因而不需要在电极旋转速度和形成完好焊接部所需的时间之间折衷。

圆形电极轮80，82可以制造为具有支撑在较小直径柄部88，92上的盘状帽90，94的单件。该设计限制了在使用期间在工件接触盘90，94上发生过多磨损或磨圆时给电极重修表面所需的机加工范围。

电极28，30（图4）和导体80，82（图12）用于传送电流且施加压力到接头。这种配置适合于发夹连接器端部14，16（图3）的表面114，116共同延伸的接头。但是在实践中，表面114和116可能不对齐且不共同延伸。表面114和116可相对于彼此移位，或者相对于彼此旋转，或者可以既移位又旋转上不对齐。将理解的是，在该情况下，表面114的全部范围将不焊接到表面116的全部表面，这减少焊接接头强度，同时增加焊接接头电阻，导致在维护中产生更多热量。通过固定可最小化任何不对齐，但是即使简单的固定装置，例如旨在推动连接器对齐的U形或V形装置，给过程增加附加步骤以及使得工作空间更拥挤。

图13和14中示出了用于最小化不对齐的可选方法、电极设计和配置。图13示出了适合于有助于如14和16的发夹导体端部对齐的改进的渐缩电阻点焊电极帽。由导电和导热的高铜合金制成的帽96具有内部结构，例如凹渐缩体（未示出），从而其可以可释放地附连到焊枪且由其内部中的水循环冷却。从表面98到大约由周向线106标记的渐缩帽部段108的端部，帽是实心的。槽100机加工到帽96中，且定尺寸为在微小间隙的情况下容纳导体14，16的宽度W（图3）。槽100，在其趋近帽表面98时，变宽且由倾斜壁102，104界定。倾斜壁102，104可任选地涂层或处理，以增强抗磨损性（例如镀铬）或减少摩擦（例如，Teflon™处理）。帽96和直接位于其上方的匹配对齐帽110（以虚线示出）将用于使得任何不对齐导体条彼此对齐。如果导体条彼此对齐且与槽100对齐，那么导体条将在其与RMJ合金接触以及彼此接触时保持对齐。然而，如果任何电极或导体条不对齐，导体条将首先与倾斜壁102，104中的一个接触，其在电极96，110继续到一起时将推动且引导导体条与槽100对齐，从而它们在焊接之前对齐。电极结构可以定尺寸和定形为使得对于一组给定导体条，在电极彼此接近时没有发生电极-电极接触，从而确保电流仅仅传输通过占据电极96的槽100中的导体（未示出）和位于电极110的槽中的相应导体。

图14示出了应用于圆形电极轮80，82（图12）的类似构思。在该实施例中，工件接触盘90’，94’的周边分段且设置成使得盘90’的突起114与盘94’的开口或凹部116接合且部分地延伸到盘94’的开口或凹部116中，且盘94’的突起118部分地延伸到盘90’的开口或凹部120中。工件接触表面隔开，从而在滚轮电极完全接合的情况下，一对导体（例如，14，16（图3））可刚好容纳在突起和凹部之间形成的间隙中。盘90’的每个突起114最初由两个线性向外延伸径向部段113界定，其包括突起的高度h的大约70－80％。高度h的其余10－20％包括终止于表面115以形成截头楔形的相对倾斜部段112。轮电极90’的凹部120由相邻突起的径向部段113形成，且定尺寸为在微小间隙的情况下容纳导体14，16的宽度W（图3）。轮电极94’的突起118是由径向部段19界定的平坦顶部部段，其适当地隔开以在微小间隙的情况下容纳电极90’的突起114。

该轮电极对90’，94’的操作可以通过考虑导体旋转时导体14，16的行为最佳地理解。示出了一对不对齐和分开的导体14，16，其中，导体14位于导体90’的凹部200中，导体16从导体14分开且与界定凹部220的一个突起114的倾斜部段112接触。导体90’，94’分别以箭头86’，84’所示的方向旋转将使得突起226的端表面224与导体16接触，将其推动到凹部220中，由于倾斜部段112的推动，与导体14对齐。在过程结束时，导体214和216将在凹部222中对齐且通过突起230的表面228和凹部222的表面223的作用被强制彼此亲密接触。一旦实现该配置，焊接电流就可以通过以熔融RMJ合金（在该图中未示出）且开始焊接。

为了避免或最小化将减少焊接电流的分流，突起114阵列可以由至少欠佳电导体（优选为非导体）制成，从而电流从表面228传送通过导体对214，216且然后通过凹部222的底表面223传送到轮电极90’。对于一些几何形状，114可以由高导电率材料制成且仍获得可接受性能，因为施加的电流将自然地跟随具有最小电阻的路径。可优选将在电极90’，94’或电极90，94（图12）之间施加电压电势与电极的旋转同步，从而施加电压电势且电流仅仅在导体与将电极的旋转中心连接的线对齐时通过。这种方法还可以最小化分流。可选地，马达和电极的尺寸可允许在所有时间保持电极之间的电势，且依赖于系统几何形状来确保电流将仅仅在导体处于焊接位置时在导体之间流动。在另一个变型中，电极90’和94’可使得其旋转运动用电流控制装置同步，从而在每对线214，216合适地与电极90’，94’对齐时，如图14所示，电极90’，94’停止转动且施加焊接电流。借助于该方法，由于均可以独立地控制，因而不需要在电极旋转速度和形成完好焊接部所需的时间之间折衷。

用于支撑和对齐定子的一个简单装置是圆柱形可展开夹头，定尺寸为在致动之前可滑动地配合在定子10（图1）的内部周向表面17中。这种夹头通常包括多个纵向槽和附连到用于增强夹头的可逆径向展开的装置上的拉杆。当拉杆被致动时，夹头展开，使得其周边与定子的内部周向表面接合，以将定子对中和紧固。去致动拉杆使得夹头恢复其初始直径，从而释放定子。这种装置是本领域技术人员熟知的且在此不需要其它考虑。

然而，该构思的变型可用于开发夹头电极且允许仅仅使用单个移动电极来焊接。图15示出了由夹头260构成的夹头电极，具有包含多个槽234的薄壁232，槽234从表面246沿夹头的长度延伸到中途。拉杆236操作锥形端塞238，锥形端塞238的壁240干涉配合到腔244中，从而在腔的壁242上施加径向向外的压力且展开夹头直径。在端部246处，夹头260具有合适电极材料的套筒245，例如高导电率铜，类似地带槽从而能与夹头本体一起展开。每个电极材料部段将具有高电流连接，以传送焊接电流且完成电路。为了清楚起见，仅仅单个这种连接以248表示。夹头本体260由合适材料制成，从而夹头展开在从腔244移开端塞238时完全可逆。因而，通过前移和退回拉杆236，电极材料的外直径可以在夹头的动作范围内随意调节。

通过定尺寸电极材料的放松直径（拉杆处于图15所示的位置）稍微小于最内或A导体的直径，夹头电极260可以插入到由上推导体端部限定的圆柱形容积中。因而，展开夹头将使之在导体上对中且使之同时与所有电极接触。有效地，夹头电极将同时对所有行A导体（参见图12）起作用，如图4的电极28那样。因而，仅仅需要单个移动电极（例如，图4中的30或图12中的80）。如果要同时形成多个焊接部，使得移动电极对相对地设置可能是有利的，以限制夹头电极承受的反应负载。将理解的是，夹头电极260中的槽可以形成为对称的和/或定子可定位成确保没有导体对与夹头中的槽对齐。

如结合图12讨论的那样所述，在该过程期间要结合的特定导体对将取决于RMJ合金的放置，因为将不焊接在它们之间没有RMJ合金的任何邻接导体对。

本发明的实践已经在一些优选实施例的实践中说明。但是，本发明的范围并不限于所述说明。

Claims (23)

1.一种在组装在电动马达的定子芯上的多对相邻铜导体的表面之间形成固态焊接部的方法，导体对从相邻导体对隔开，其中，每个铜导体对的一个构件具有的第一结合表面区域面向第二铜导体的类似形状第二结合表面区域，且已组装铜导体的表面形成区域能在定子芯的表面处通达；所述方法包括：

将反应性金属插入到多于一对相邻铜导体的结合表面区域之间；

使用相对的电极工具来将压力施加到铜导体对中的每一对上，以使得每对铜导体的面对面结合表面区域与它们之间的反应性金属同时或者按顺序接合；

将电流传送通过接合的导体-反应性金属-导体组，以加热和熔融反应性金属以便与铜导体表面反应，从而形成反应副产物；

从每个铜导体对的面对面的接触结合表面区域驱出反应副产物以形成固态焊接部；以及

停止传送电流。

2.根据权利要求1所述的形成固态焊接部的方法，其中，一定长度的反应性金属箔插入在定子芯的圆形带中组装的多对铜导体之间。

3.根据权利要求2所述的形成固态焊接部的方法，其中，反应性金属箔的长度被选择，使得其能够插入在定子芯的圆形带中组装的所有铜导体对之间。

4.根据权利要求1所述的形成固态焊接部的方法，其中，反应性金属的多个隔开箔部分沿较少反应性材料的牺牲性部分的预制长度定位且由所述牺牲性部分隔开，所述牺牲性部分的间距大致等于导体对的间距，所述箔部分定位成使得每个反应性金属箔部分插入在相邻铜导体的结合表面之间。

5.根据权利要求1所述的形成固态焊接部的方法，其中，具有的间距大致等于导体对间距的多个隔开的反应性金属部段组装在不导电载体条上，所述条插入在与反应性金属部段的数量相等的多个导体对之间，所述反应性金属部段定位成使得每个部段位于相邻铜导体的结合表面之间。

6.根据权利要求1所述的形成固态焊接部的方法，其中，独立的反应性金属部分放置在多于一对的铜导体中的每一对之间。

7.根据权利要求6所述的形成固态焊接部的方法，其中，独立的反应性金属部分从反应性金属的预制长度连续地去除，包括利于去除大致恒定形状和尺寸的反应性金属部分的特征。

8.根据权利要求6所述的形成固态焊接部的方法，其中，独立的反应性金属部分从一定长度的非金属载体材料逐渐去除，反应性金属部分可拆卸地附连到非金属载体材料。

9.根据权利要求6所述的形成固态焊接部的方法，其中，反应性金属的粘附涂层沉积在面对面的导体结合表面上。

10.根据权利要求6所述的形成固态焊接部的方法，其中，独立反应性金属部分定形用于由自动机器夹持并从这种部分的贮存器去除且放置在一对铜导体之间。

11.根据权利要求10所述的形成固态焊接部的方法，其中，每个独立反应性金属部分弯曲成不平坦形状，用于在导体结合表面与电极接合以便加热和焊接之前在紧密隔开的面对面导体结合表面之间临时压缩配合下插入。

12.根据权利要求1所述的形成固态焊接部的方法，其中，反应性金属作为箔部分插入在铜导体的面对面表面之间，所述箔部分具有的厚度不大于250微米。

13.根据权利要求1所述的形成固态焊接部的方法，其中，相对的电阻加热电极构件具有引导表面，用于与相邻铜导体接触且将其抵靠反应性金属对齐。

14.根据权利要求1所述的形成固态焊接部的方法，其中，相对的电阻加热电极与两对对齐的铜导体的外部不相邻导体接合，反应性金属的箔部分仅仅放置在要焊接的导体的结合表面之间以允许两个导体对的同时但分开的焊接。

15.根据权利要求14所述的形成固态焊接部的方法，还包括：将不反应导电本体放置在两个导体对之间，以促进两个导体对分开；以及在焊接完成之后去除不反应本体，以确保两个导体对的电绝缘。

16.根据权利要求1所述的形成固态焊接部的方法，其中，相邻铜导体对组装在具有中心轴线的环状定子芯上，铜导体以与定子的轴线同轴的圆形带的形式设置，使用围绕带的相对侧周向地滚动且相对于圆形带径向地作用的一对相对的圆形电极轮，以将导体对的面对面结合表面区域逐渐接合且加热每个已接合对以用于焊接。

17.根据权利要求16所述的形成固态焊接部的方法，其中，加热通过使得电流从该对电极中的一个通过铜导体和夹置的反应性金属传送到电极对中的第二电极来实现，电流传送与电极旋转同步以允许仅仅在导体对的面对面表面区域接合时的时间段期间传送电流。

18.根据权利要求1所述的形成固态焊接部的方法，其中，相邻铜导体对的两个径向组以与定子轴线同轴的圆形带的形式组装在环形定子芯上，与定子轴线同轴的箔部分的第一圆形环放置在同轴圆形带中的径向内部铜导体对之间，与定子轴线同轴的箔部分的第二圆形环放置在同轴圆形带中的径向外部铜导体对之间；以及

使用围绕导体对周向移动且相对于圆形带径向作用的相对电极以逐渐使得径向内部和径向外部导体对的面对面结合表面区域接合且同时加热每个已接合对以用于焊接。

19.根据权利要求18所述的形成固态焊接部的方法，其中，相对电极包括一对隔开的反向旋转圆形电极轮，每个轮具有中心，且每个轮围绕其中心旋转，轮间距被选择以使得每个导体对的面对面结合表面区域大致完全接触。

20.根据权利要求1所述的形成固态焊接部的方法，在以圆形带的形式组装在定子芯上的一组径向铜导体对中，所述定子具有轴线，圆形带与定子轴线同轴，箔部分插入在同轴圆形带中的铜导体对之间；

定子具有在圆形带径向内部且与圆柱轴线同轴的成形开口，定子芯支撑在成形开口上；以及

使用围绕导体对周向移动且相对于圆形带径向作用的相对电极以逐渐使得导体对的面对面结合表面区域接合且同时加热每个已接合对以用于焊接。

21.根据权利要求17所述的形成固态焊接部的方法，其中，电极的导体接触表面包括引导和对齐电极的特征。

22.一种在组装在电动马达的定子芯上的多对相邻铜导体的表面之间形成固态焊接部的方法，所述导体对从相邻导体对隔开，其中，每个铜导体对的一个构件具有的第一结合表面区域面向第二铜导体的第二结合表面区域，且已组装铜导体的面对面表面区域能在定子芯的表面处通达；所述方法包括：

将安装在支撑件上的多个隔开反应性金属部分定位在多对相邻铜导体的结合表面区域之间；

使用相对的电极工具来将压力施加到铜导体对上，且使得每对铜导体的面对面结合表面区域与它们之间的箔部分接合；

将电流传送通过接合的导体-反应性金属-导体组，以加热和熔融夹置的反应性金属箔以便与铜导体表面反应，从而形成反应副产物；

从每个铜导体对的面对面的接触结合表面区域驱出反应副产物以形成固态焊接部；

停止传送电流；以及

从定子去除反应性金属支撑件。

23.根据权利要求22所述的在组装在电动马达的定子芯上的多对相邻铜导体的表面之间形成固态焊接部的方法，其中，所述铜导体是类似形状的，反应性金属支撑件是不导电的。