CN105312737A - 大功率电机扁铜线绕组与换向器焊接方法及所用工装 - Google Patents

Abstract

<b>本发明公开了一种大功率电机扁铜线绕组与换向器的焊接方法及所用工装。其方法采用氩弧焊将每个绕组两端的扁铜线分层与对应换向器上的嵌线槽焊接；焊接时通过转子支撑限制转子轴向移动，允许转子转动；通过焊枪支架将氩弧焊枪固定以确保氩弧焊枪上的钨极与焊点之间的距离始终保持在允许范围内以提高焊接质量；在焊接过程中，通过冲水冷却的方式防止焊接高温破坏换向器的片间绝缘。本发明通过简单的方法和工装，很好的解决了换向器电焊接技术中的难点。采用本发明的方法和工装焊接后的换向器焊点均匀一致，无变色，焊点表面光滑，无气泡等缺陷，各焊点之间无粘连。换向器表面颜色正常。</b>

Description

大功率电机扁铜线绕组与换向器焊接方法及所用工装

技术领域

本发明涉及一种大功率电机扁铜线绕组与换向器氩弧焊接方法及所用工装，属于电机制造技术领域。

背景技术

传统电机的换向器结构换向片与换向片之间及两端采用云母片绝缘，换向器两端与护套连接，护套与换向器两端的云母片之间设有橡胶垫圈。传统电机的换向器结构制造工艺麻烦，体积大，已逐渐被淘汰。目前常用的换向器结构换向片与换向片之间仍采用云母片绝缘，换向片与轴套之间及两端采用电木粉填充，现有的换向器制造工艺简单，体积小，性能可靠，在国内已大量使用。

传统电机和现有电机的绕组与换向器的连接通常采用锡焊，具体方法是将绕组的导线嵌入换向器的嵌线槽内，然后用电烙铁将熔化的焊锡填入换向器的嵌线槽内将导线与换向器焊接在一起，焊接时熔化的焊锡容易滴入绕组造成电机工作时出现短路故障，影响电机的正常工作甚至烧坏电机，焊接后还容易出现虚焊或假焊。电机运行过程中，由于温度的升高，焊锡容易熔化，在电机的旋转下将焊锡从换向器的嵌线槽内甩出而造成脱焊。因此传统的锡焊方法只适用于导线较细的小功率电机，而不适用于导线较粗，特别是截面较大的扁铜线大功率电机。

为了克服上述不足，目前有些大功率电机已经开始尝试采用电焊技术将导线与换向器焊接在一起。电焊连接技术属于本领域的一种新技术，现有方法主要还是依靠手工操作，还存在一些不尽人意之处：一是焊点大小不易控制，二是焊点表面有气孔，三是焊点表面光亮度差表面发黑，四是焊后导线与换向器易脱离，五是由于换向器的上下两层焊点之间距离较近，焊接时上下两层焊点容易粘连，六是由于电焊焊接温度远高于锡焊温度，所以在焊接过程中经常会烧坏换向片之间的云母片和换向器上的电木粉绝缘。

由于目前的换向器片间绝缘采用云母片，具有受热受压不变形的特点，而换向器其余的绝缘采用电木粉填充，而构成绕组的扁铜线的热膨胀系数远高于电木粉，而且电木粉受热的同时受到铜片的挤压会产生变形，所以目前的换向器焊接难度更高于传统换向器仍为本领域的技术难点。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种大功率电机扁铜线绕组与换向器焊接方法及所用工装，以解决现有电焊工艺焊接质量和绝缘方面存在的技术难点。

本发明的技术方案：

大功率电机扁铜线绕组与换向器的焊接方法，该方法采用氩弧焊将每个绕组两端的扁铜线分层与对应换向器上的嵌线槽焊接；焊接时通过转子支撑限制转子轴向移动，允许转子转动；通过焊枪支架将氩弧焊枪固定以确保氩弧焊枪上的钨极与焊点之间的距离始终保持在允许范围内以提高焊接质量；在焊接过程中，通过冲水冷却的方式防止焊接高温破坏换向器的片间绝缘。

前述换向器的焊接方法中，所述嵌线槽的轴向剖面为阶梯状，分为上层嵌线槽和下层嵌线槽；通过延长下层嵌线槽的长度以避免氩弧焊枪在焊接下层焊点时，氩弧焊枪端部的钨极与上层焊点之间产生电弧而发生上下层焊点粘连。

前述换向器的焊接方法中，所述扁铜线嵌入上层嵌线槽或下层嵌线槽时，扁铜线的顶平面与上层嵌线槽或下层嵌线槽的槽口平齐，焊接时电弧能直接作用于扁铜线和嵌线槽的槽口，确保换向片上的嵌线槽与扁铜线能可靠熔合，防止出现虚焊和脱焊。

前述换向器的焊接方法中，所述转子转动时，换向器表面跳动量不大于0.1mm，确保焊点大于的均匀性。

前述换向器的焊接方法中，所述冲水冷却时，通过挡水圈防止冷却水渗进焊接熔池。

前述换向器的焊接方法中，所述冲水冷却时，通过紧贴挡水圈相对于焊接处的外侧缠绕在换向器及绕组上5～6圈浸湿的石棉绳，均匀吸收换向器及绕组的热量。

前述焊接方法所用的工装，包括工作平台、挡水圈和石棉绳，工作平台上设有一对转子支撑、焊枪支架和冷却支架；冷却支架上设有冷却喷头，冷却喷头经冷水阀与冷水管连接；挡水圈位于换向器嵌线槽两侧；石棉绳紧贴挡水圈外侧缠绕在换向器及绕组上。

前述工装中，所述工作平台底部设有接水盘，接水盘一侧的下部设有排水管。

前述工装中，所述转子支撑上设有顶尖，顶尖与转子支撑螺纹连接，其中一个转子支撑顶部设有锁紧螺钉。

与现有技术相比，本发明通过简单的方法和工装，很好的解决了换向器在进行电焊接尝试过程中，焊接质量和绝缘强度不尽人意的问题，解决了换向器电焊接技术中的难点。采用本发明的方法和工装焊接后的换向器焊点均匀一致，无变色，焊点表面光滑，无气泡等缺陷，各焊点之间无粘连。换向器表面颜色正常。

焊后换向器与轴的绝缘电阻大于500MΩ。满足设计要求。焊后换向器与轴经受500V，50Hz，历时1min的耐压试验，漏电电流值不大于按GJB2821-97的3.17条规定的5mA，耐压检查合格。焊后换向片间电阻均匀，电阻值变化不超过平均值的±5%，并经受了按GJB150.5A-2009《军用装备实验室环境试验方法第5部分：温度冲击试验》的规定，高温+70℃，低温-55℃，保温1h，循环次数3次的温度冲击试验。测试结果分析报告见附表1。

由上述测试结果可见，采用本发明的方法和工装焊接的换向器片间电阻值变化不超过平均值的±5%。

附图说明

图1是本发明的方法示意图；

图2是图1的局部放大图；

图3是传统换向器的结构示意图；

图4是目前常用换向器的结构示意图。

附图中的标记为：1-工作平台，2-挡水圈，3-石棉绳，4-转子支撑，5-焊枪支架，6-冷却支架，7-冷却喷头，8-冷水阀，9-冷水管，10-换向器，11-绕组，12-接水盘，13-排水管，14-顶尖，15-锁紧螺钉，16-换向器嵌线槽，17-氩弧焊枪，18-下层嵌线槽，19-下层焊点，20-上层焊点，21-上层嵌线槽，22-换向片，23-云母片，24-护套，25-橡胶垫圈，26-轴套，27-电木粉填充。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明，但不作为对本发明的任何限制。

大功率电机扁铜线绕组与换向器的焊接方法，如图1-3所示：该方法采用氩弧焊将每个绕组两端的扁铜线分层与对应换向器上的嵌线槽焊接；焊接时通过转子支撑4限制转子轴向移动，允许转子转动；通过焊枪支架5将氩弧焊枪17固定以确保氩弧焊枪上的钨极与焊点之间的距离始终保持在允许范围内以提高焊接质量；在焊接过程中，通过冲水冷却的方式防止焊接高温破坏换向器11的片间绝缘。所述嵌线槽的轴向剖面为阶梯状，分为上层嵌线槽21和下层嵌线槽18；通过延长下层嵌线槽18的长度以避免氩弧焊枪在焊接下层焊点19时，氩弧焊枪端部的钨极与上层焊点20之间产生电弧而发生上下层焊点粘连。所述扁铜线嵌入上层嵌线槽21或下层嵌线槽18时，扁铜线的顶平面与上层嵌线槽21或下层嵌线槽18的槽口平齐，焊接时电弧能直接作用于扁铜线和嵌线槽的槽口，确保换向片22上的嵌线槽与扁铜线能可靠熔合，防止出现虚焊和脱焊。转子转动时，换向器表面跳动量不大于0.1mm，确保焊点大于的均匀性。冲水冷却时，通过挡水圈2防止冷却水进入焊接熔池。冲水冷却时，通过紧贴挡水圈2相对于焊接处的外侧缠绕在换向器10及绕组11上5～6圈浸湿的石棉绳3，均匀吸收换向器10及绕组11的热量。

前述的焊接方法所用的工装，如图1-3所示：包括工作平台1、挡水圈2和石棉绳3，工作平台1上设有一对转子支撑4、焊枪支架5和冷却支架6；冷却支架6上设有冷却喷头7，冷却喷头7经冷水阀8与冷水管9连接；挡水圈2位于换向器嵌线槽16两侧；石棉绳3紧贴挡水圈2外侧缠绕在换向器10及绕组11上。工作平台1底部设有接水盘12，接水盘12一侧的下部设有排水管13。转子支撑4上设有顶尖14，顶尖14与转子支撑4螺纹连接，其中一个转子支撑4顶部设有锁紧螺钉15。

实施例

本例是对现有技术的改进：传统电机的换向器结构如图3所示，换向片与换向片之间及两端采用云母片23绝缘，换向器两端与护套24连接，护套与换向器两端的云母片之间设有橡胶垫圈25。传统电机的换向器结构制造工艺麻烦，体积大，已逐渐被淘汰。目前常用的换向器如图4所示，换向片与换向片之间仍采用云母片23绝缘，换向片22与轴套26之间及换向器两端采用电木粉填充27，现有的换向器制造工艺简单，体积小，性能可靠，在国内已大量使用。

传统电机和现有电机的绕组与换向器的连接通常采用锡焊，具体方法是将绕组的导线嵌入换向器的嵌线槽内，然后用电烙铁将熔化的焊锡填入换向器的嵌线槽内将导线与换向器焊接在一起，焊接时熔化的焊锡容易滴入绕组造成电机工作时出现短路故障，影响电机的正常工作甚至烧坏电机，焊接后还容易出现虚焊或假焊。电机运行过程中，由于温度的升高，焊锡容易熔化，在电机的旋转下将焊锡从换向器的嵌线槽内甩出而造成脱焊。因此传统的锡焊方法只适用于导线较细的小功率电机，而不适用于导线较粗，特别是截面较大的扁铜线大功率电机。

为了提高焊接质量，本发明采用如图1和2所示的工装进行焊接，焊接工装主要起两个作用，一是固定氩弧焊枪17，使焊枪在焊接过程中保持不动，有效的稳定电弧和熔池，从而控制焊接质量。二是固定冷却喷头7，通过冷却水的降温作用以解决换向器10和绕组11焊后变形、片间绝缘烧损导致绝缘下降的问题。

利用电机转子两端的顶尖孔进行定位，通过工作平台1上的两个顶尖14将电机转子固定在工作平台1上，限制电机转子的轴向移动，同时电机转子可以两端的顶尖连线为轴心旋转。顶尖14是通过螺纹与工作平台1上的一对转子支撑4连接的，所以通过螺纹可以调节两个顶尖之间的距离，以适应不同规格转子。通过控制转子支撑4和两个顶尖之间的机械加工精度可以确保转子在转动过程中换向器表面跳动不大于0.10（约为电弧长度的3～10%），该跳动值不会使焊接质量产生大的波动。从而有效的保证焊接质量。焊枪的高度可以进行调节，以获得最佳焊接质量。

冷却喷头7的喷水流量可以通过冷水阀8进行控制，以满足冷却需要。冷却喷头7的喷水位置也可进行调节，可根据实际需要将冷却水喷到需要冷却的部位。工作平台1底部的接水盘12可以收集冷却水，避免污染工作环境。接水盘12上的排水管13可以将废水排出。为了防止冷却水溅在焊接部位，换向器嵌线槽两侧设有挡水圈2，挡水圈使用耐高温橡胶做挡水圈，同时挡水圈内孔的孔径略小于换向器外圆，这样在装到换向器上时可紧紧的贴合换向器表面，防止水渗进焊接部位的熔池。

另外，为了解决焊接时上下层焊点的粘连问题，本发明还对换向片22的结构进行了调整，一是对换向器上嵌线槽深度和长度进行了调整，现有嵌线槽深度较深，虽然有利干锡焊，但在电焊时，电弧不能同时作用于嵌线槽和扁铜线上，造成嵌线槽熔化后扁铜线还未完全熔化，影响焊接质量容易造成扁铜线与嵌线槽分离脱焊。因此将嵌线槽深度减小，使扁铜线嵌入嵌线槽后扁铜线的上平面与嵌线槽上口平齐，焊接时电弧可以同时作用于嵌线槽和扁铜线上，提高焊接质量。二是将换向片下层嵌线槽的长度延长，避免焊接下层焊点时，由于焊枪上的钨极离上层焊点太近，而造成上下层焊点的粘连。

具体实施时，可按以下步骤施工：

1、将挡水圈2套入换向器焊接部位两端，距焊接处距离约4～7mm，然后将浸湿的石棉绳3紧贴挡水圈相对于焊接处的外侧缠绕在换向器10及绕组11上，缠绕5～6圈；

2、将转子固定在工装上，通过螺纹将顶尖14顶紧；

3、按照工艺规定设置好工艺参数，然后接通焊机电源、气源；

4、接通水源，使冷却水浇于换向器10与绕组11外圆的石棉绳3上，注意不要溅湿焊接处，石棉绳3要充分浸湿，水流量适当，保持焊接时石棉绳3湿润；

5、开始焊接，焊接过程中如果有水浸入熔池，应立即停止焊接，待焊接处干燥后重新开始焊接。

本发明的工作原理

焊点质量与换向片焊接处结构有关，也与操作者熟练度有关，通过合理的换向片结构与提供样件给加工者进行试焊，同时摸索最佳参数，实现焊点形状统一，表面质量良好，焊接参数固定。有效的固定焊枪与换向器，保证在焊接过程中电弧稳定，使焊接质量得到保证。有效的冷却措施与方法，使换向片在焊接过程中及时冷却，避免了换向片受热变形与片间绝缘烧损。

Claims (9)

1.大功率电机扁铜线绕组与换向器的焊接方法，其特征在于：该方法采用氩弧焊将每个绕组两端的扁铜线分层与对应换向器上的嵌线槽焊接；焊接时通过转子支撑限制转子轴向移动，允许转子转动；通过焊枪支架将氩弧焊枪固定以确保氩弧焊枪上的钨极与焊点之间的距离始终保持在允许范围内以提高焊接质量；在焊接过程中，通过冲水冷却的方式防止焊接高温破坏换向器的片间绝缘。

2.根据权利要求1所述换向器的焊接方法，其特征在于：所述嵌线槽的轴向剖面为阶梯状，分为上层嵌线槽和下层嵌线槽；通过延长下层嵌线槽的长度以避免氩弧焊枪在焊接下层焊点时，氩弧焊枪端部的钨极与上层焊点之间产生电弧而发生上下层焊点粘连。

3.根据权利要求1所述换向器的焊接方法，其特征在于：所述扁铜线嵌入上层嵌线槽或下层嵌线槽时，扁铜线的顶平面与上层嵌线槽或下层嵌线槽的槽口平齐，焊接时电弧能直接作用于扁铜线和嵌线槽的槽口，确保换向片上的嵌线槽与扁铜线能可靠熔合，防止出现虚焊和脱焊。

4.根据权利要求1所述换向器的焊接方法，其特征在于：所述转子转动时，换向器表面跳动量不大于0.1mm，确保焊点大于的均匀性。

5.根据权利要求1所述换向器的焊接方法，其特征在于：所述冲水冷却时，通过挡水圈防止冷却水渗进焊接熔池。

6.根据权利要求1所述换向器的焊接方法，其特征在于：所述冲水冷却时，通过紧贴挡水圈相对于焊接处的外侧缠绕在换向器及绕组上5～6圈浸湿的石棉绳，均匀吸收换向器及绕组的热量。

7.根据权利要求1～6任一权利要求所述的焊接方法所用的工装，其特征在于：包括工作平台（1）、挡水圈（2）和石棉绳（3），工作平台（1）上设有一对转子支撑（4）、焊枪支架（5）和冷却支架（6）；冷却支架（6）上设有冷却喷头（7），冷却喷头（7）经冷水阀（8）与冷水管（9）连接；挡水圈（2）位于换向器嵌线槽（16）两侧；石棉绳（3）紧贴挡水圈（2）外侧缠绕在换向器（10）及绕组（11）上。

8.根据权利要求7所述工装，其特征在于：所述工作平台（1）底部设有接水盘（12），接水盘（12）一侧的下部设有排水管（13）。

9.根据权利要求7所述工装，其特征在于：所述转子支撑（4）上设有顶尖（14），顶尖（14）与转子支撑（4）螺纹连接，其中一个转子支撑（4）顶部设有锁紧螺钉（15）。