CN113458602B

CN113458602B - 一种电机定子绕组激光焊接方法、定子绕组及电机

Info

Publication number: CN113458602B
Application number: CN202110754707.1A
Authority: CN
Inventors: 吴彪
Original assignee: Suzhou Huichuan United Power System Co Ltd
Current assignee: Suzhou Huichuan United Power System Co Ltd
Priority date: 2021-07-02
Filing date: 2021-07-02
Publication date: 2023-03-14
Anticipated expiration: 2041-07-02
Also published as: CN113458602A

Abstract

本发明公开一种电机定子绕组激光焊接方法、定子绕组及电机，包括如下步骤：在待焊工件上端面确定温区分布，基于温区分布得出激光束扫描的第一轨迹、第二轨迹；对待焊工件进行装夹，识别待焊工件之间的位置关系；基于位置关系，所述第一轨迹、第二轨迹进行旋转得到第三轨迹、第四轨迹；激光束按所述第三轨迹、第四轨迹在待焊工件上端面进行重复多次交替照射，使待焊工件受热融合。本发明的技术方案无需要求工件焊接时完全贴合，其通过合理的温区分布得出第三、第四轨迹，激光束沿第三、第四轨迹重复加热升温，其扫描轨迹始终保持在工件的上端面，可避免激光束从工件之间的间隙或边缘穿透烧伤下层绝缘漆层。

Description

一种电机定子绕组激光焊接方法、定子绕组及电机

技术领域

本发明涉及焊接技术领域，特别涉及一种电机定子绕组激光焊接方法、定子绕组及电机。

背景技术

驱动电机主要由定子组件、转子组件、端盖和辅助标准件组成，如图1以及图2所示，定子绕组中又包括铁芯13、扁铜线绕组11、绝缘材料12等组成。扁线电机又称发卡电机，其定子绕组中采用扁线21，先把绕组做成类似发卡一样的形状，从一端穿进定子槽，再将定子另一端的发卡出线扭转到固定位置后进行裁切，最后通过焊接实现绕组的电气连接。

现有的绕组主要通过氩弧焊及激光进行焊接。如图3，当采用激光束从扁线21的贴合面22进行照射焊接时，对扁线21焊接端装配间隙要求很高，扁线焊接端面一般均会存在毛刺和变形，扁线贴合后形成无法避免的间隙，在焊接过程激光会从间隙中穿透烧伤下层绝缘漆层；如图4，当采用激光束从扁线21端面以环状照射，并通过逐渐增大激光束环状轨迹23直径的方式焊接时，对两根扁线装夹的左右错边要求很高，当两根扁线左右错开没有对齐时，会出现激光从扁线21边缘穿透击穿下方绝缘漆层的现象。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种电机定子绕组激光焊接方法、定子绕组及电机，旨在解决激光焊接的过程中激光束从工件之间的间隙或边缘穿透且击穿下方绝缘漆层的技术问题。

为实现上述目的，本发明提出一种电机定子绕组激光焊接方法，包括如下步骤：

在待焊工件上端面确定温区分布，基于温区分布得出激光束扫描的第一轨迹、第二轨迹；

对待焊工件进行装夹，识别待焊工件之间的位置关系；

基于位置关系，所述第一轨迹、第二轨迹进行旋转得到第三轨迹、第四轨迹；

激光束按所述第三轨迹、第四轨迹在待焊工件上端面进行重复多次交替照射，使待焊工件受热融合；

待焊工件冷却成型，得到目标工件。

进一步地，所述温区包括无光区、低温区、中温区、高温区，所述高温区设置于靠近待焊工件之间的贴合面的一侧；

所述中温区邻接所述高温区的远离待焊工件之间的贴合面的一侧；

所述低温区邻接所述中温区的两侧；以及

所述无光区设置于靠近待焊工件之间的贴合面且邻接高温区的两侧。

进一步地，所述第一轨迹由多段设置于低温区、中温区、高温区的扫描轨迹所形成。

进一步地，所述高温区的输入能量高于中温区的输入能量，所述中温区的输入能量高于低温区的输入能量，所述输入能量为激光功率、扫描轨迹长度及扫描轨迹速度其中的一种或多种，其中，

所述激光功率与所述输入能量成正相关；

所述扫描轨迹长度与所述输入能量成正相关；

所述扫描速度与所述输入能量成负相关。

进一步地，所述扫描轨迹采用直线、波浪线、折线、Wobbing其中的一种或多种行进运动方式。

进一步地，所述第二轨迹由第一轨迹旋转180度所形成。

进一步地，所述对待焊工件进行装夹，识别待焊工件之间的位置关系的步骤包括：

对待焊工件去除其端部四面的绝缘漆膜，随后对待焊工件左右至少一侧进行约束，再对其前后两侧进行夹紧，激光扫描振镜头上配备同轴视觉相机，通过扁线边缘的明暗色差分别抓取识别两根扁线的四边。

进一步地，所述基于位置关系，所述第一轨迹、第二轨迹进行旋转得到第三轨迹、第四轨迹的步骤包括：

所述位置关系包括偏转角度，所述两根待焊工件完全对齐时两者中心点形成的中心点连线为第一中心线；

所述两根待焊工件左右交错时两者中心点形成的中心点连线为第二中心线；

所述偏转角度为所述第一中心线、第二中心线的夹角，所述第一轨迹、第二轨迹按偏转角度进行旋转得到第三轨迹、第四轨迹。

本发明还提出一种定子绕组，采用上述所述电机定子绕组激光焊接方法制造而成。

本发明还提出一种电机，包括所述定子绕组，所述定子绕组采用上述电机定子绕组激光焊接方法制造而成。

本发明的技术方案通过合理的温区分布得出激光束的第三、第四轨迹，使激光束在照射过程中，其扫描轨迹始终保持在工件的上端面，从而避免激光束从工件之间的间隙穿透烧伤下层绝缘漆层；此外，本焊接方法无需强制要求两个工件焊接时完全贴合，其装配间隙容许量可以达到工件母材厚度的30％，对工件的平整度要求极低，焊接适用范围更广；

此外，本发明的激光加热方式为激光束沿扫描轨迹重复加热升温，属于热传焊加热，不会出现局部温度陡升现象，可避免焊接过程中出现严重飞溅现象，继而大福降低扫描振镜的保护镜片的损耗；

此外，本发明在两个工件左右错位的情况下，通过激光束的第三轨迹、第四轨迹偏转设置，使激光束始终照射在工件的上端面，从而避免激光束从工件的边缘穿透击穿下方绝缘漆层，并且两个工件交叉错开的装配容许量达到焊缝长度的40％以上，即使在装配条件很恶劣的情况下也能焊接出合格焊点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为定子的结构示意图；

图2为扁线焊接结构示意图；

图3为扁线之间焊接示意图；

图4为扁线左右错开焊接示意图；

图5为实施例所涉及的激光焊接方法流程示意图；

图6为实施例所涉及的温区划分示意图；

图7为实施例所涉及的第一轨迹、第二轨迹示意图；

图8为实施例所涉及的其他类型激光轨迹图表；

图9为实施例所涉及的偏转夹角α示意图；

图10为实施例所涉及的旋转前后的激光轨迹示意图；

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				11	扁铜线绕组	12	绝缘材料
13	铁芯	21	扁线
				22	贴合面	23	环状轨迹
31	扫描轨迹	32	第一轨迹
				33	第二轨迹	41	第一中心线
42	第二中心线	51	第三轨迹
				52	第四轨迹

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，若全文中出现的“和/或”或者“及/或”，其含义包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案、或B方案、或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明提供一种电机定子绕组激光焊接方法，该方法应用于对绕组中扁线进行焊接，其中，扁线的形状包括但不限于长方形或正方形，通过采用本焊接方法，可避免焊接过程中激光束穿透扁线之间的间隙或边缘继而击穿下层绝缘漆层；同时，采用本激光焊接方法，可获取其他焊接工艺上的有益效果，现通过如下实施例具体详述。

请参照图5，图5为本发明电机定子绕组激光焊接方法流程示意图。

在本发明一实施例中，该电机定子绕组激光焊接方法包括如下步骤：

S10：在待焊工件上端面确定温区分布，基于温区分布得出激光束扫描的第一轨迹、第二轨迹。

具体的，在本实施例中，待焊工件为绕组的扁线。

进一步地，在本实施例中，温区建立于扁线的上端面，并且将扁线分为8个温区，包括无光区、低温区、中温区、高温区。

具体的，请参阅图6，图6所示为温区划分示意图，其中：

⑥与⑦为高温区，由于该区域需要高热输入量使材料熔化，热容量高，因此，高温区设置于靠近两根扁线之间的贴合面22的一侧；

②与③为中温区，由于该区域热输入量需求比高温区低，但比低温区的需求高，因此，中温区设置于远离两根扁线之间的贴合面22的一侧且邻接高温区的一侧；

①与④为低温区，由于该区域热容量低，只需要较低的热输入量就能使材料熔化，因此低温区设置于邻接所述中温区的两侧；

⑤与⑧号为无光区，为了避免扫描轨迹旋转后烧伤下方漆皮，激光束应该避开此区域，因此，无光区设置于靠近两根扁线之间的贴合面22且邻接高温区的两侧。

可以理解的是，上述温区的分布是根据材料熔化的需求而设定，温区代表该区域内的焊接输入能量的分布，高温区的输入能量高于中温区的输入能量，中温区的输入能量高于低温区的输入能量。

具体的，在本实施例中，以激光束的轨迹长度代表输入能量。激光束的轨迹越长，代表输入能量越大，因此，高温区的激光轨迹的长度应比中温区的扫描轨迹的长度要长，中温区的激光轨迹的长度应比低温区的激光轨迹的长度要长，激光轨迹的长度与输入能量成正相关。

基于上述温区分布及激光轨迹限定，现设计得出如图6所示的激光束扫描的第一轨迹32。

在本实施例中，第一轨迹32由多段设置于低温区、中温区、高温区的扫描轨迹31所形成，具体为两侧的扫描轨迹31呈曲线设置，中间部分的扫描轨迹31呈折线设置。

当然，在其他实施例中，还可以以激光功率代表输入能量，激光功率与输入能量成正相关，该区域激光功率越大，输入能量越大；还可以以扫描轨迹速度来代表输入能量，扫描轨迹速度与输入能量成负相关，扫描轨迹速度越小，输入能量越大。

由上述可得，贴合处的扁线散热体积最大，需要较高输入能量使得贴合处的材料熔化到一起，因此，高温区⑥与⑦的激光束的扫描轨迹的面积约占高温区面积1/2；中温区②与③输入能量比高温区需求低，因此，该区域的激光束的扫描轨迹的面积约占中温区面积1/4，并且中温区的扫描轨迹应靠近高温区；低温区①与④热容量低，只需要较低的输入能量就能使材料熔化，因此，该区域的激光束的扫描轨迹的面积约占低温区面积1/8，并且低温区的扫描轨迹应靠近扁线中心的位置。

更优地，在其他实施例中，高温区⑥与⑦区域内的输入能量可以不完全一致，可以形成一侧高一侧低的能量分布，也可以两侧区域能量分分布一致。

进一步地，在本实施例中，如图7所示，还包括第二轨迹33。所述第二轨迹33由第一轨迹旋转32进行180度旋转所形成，第二轨迹33设置于另一根扁线的上端面上。

可以理解的是，由于第二轨迹33通过旋转所形成，轨迹旋转后另一根扁线的高温区会始终保持靠近扁线的贴合面22，高温区两侧的区域的扫描轨迹在旋转后仍然落在扁线的上端面，避免发生激光向下烧伤漆皮的现象。

本实施例的技术方案通过合理的温区分布得出激光束的第一轨迹32、第二轨迹33，使激光束在照射过程中，其扫描轨迹始终保持在扁线的上端面，从而避免激光束从扁线之间的间隙穿透烧伤下层绝缘漆层；此外，本焊接方法无需强制要求两个工件焊接时完全贴合，其装配间隙容许量可以达到扁线母材厚度的30％，对扁线的平整度要求极低，焊接适用范围更广。

此外，第一轨迹形状不应局限于本实施例(如图6所示)的样例，在其他实施例中，第一轨迹的形状还可以是采用图8所示的图表中各激光轨迹中任意的一种，该图表中的激光轨迹均能满足上述温区的设计。

值得注意的是，图8所示的其他类型激光轨迹图表中，最后三种激光轨迹由于无光区⑤与⑧有少量光束，所以焊接效果比其他激光轨迹类型效果差，左右错边容错量会低一些，但也能完成焊接。

因此，根据图8其他类型激光轨迹图表所示，在其他实施例中，扫描轨迹还可以是椭圆形、矩形以及其他多边形状，只要满足温区分布设计即可。

更优地，在其他实施例中，扫描轨迹还可以采用波浪线、折线、Wobbing其中的一种或多种作为激光轨迹的行进运动方式。激光束通过该类行进运动方式进行扫描可降低焊渣飞溅的严重程度。其中Wobbing是一种摇摆焊接行进运动方式，其行进时激光束绕着轨迹上的每个点做微小摆动。行进运动方式的设置作为激光焊接领域的常规技术手段，本领域技术人员可通过技术手册以获知。

本实施例电机定子绕组激光焊接方法还包括如下步骤：

S20：对扁线进行装夹，识别扁线之间的位置关系。

进一步地，在步骤S20中，所述对扁线进行装夹具体为：对扁线21去除其端部四面的绝缘漆膜，随后通过焊接夹爪对扁线21左右至少一侧进行约束，再对其前后两侧进行夹紧。

进一步地，在步骤S20中，如图9所示，所述位置关系包括偏转角度，所述偏转角度为两根扁线之间的第一中心线41、第二中心线42的夹角α。

在本实施例中，采用视觉识别方法对扁线进行位置关系的识别。其步骤具体为：激光扫描振镜头上配备同轴视觉相机，通过扁线边缘的明暗色差分别抓取识别两根扁线的四边,得出两根扁线的中心点形成的中心点连线，分别为第一中心线41、第二中心线42。

具体的，如图9所示，当两件扁线21完全对齐时，两件扁线的中心点形成的连线为第一中心线41；

当所述两件扁线左右交错时，两件扁线21的中心点形成的连线为第二中心线为42，而夹角α为第一中心线41、第二中心线42之间的夹角。

本实施例电机定子绕组激光焊接方法还包括如下步骤：

S30：基于位置关系，所述第一轨迹、第二轨迹进行旋转得到第三轨迹、第四轨迹。

进一步地，在步骤S30中，如图10所示，步骤具体为：对所述第一轨迹32、第二轨迹33按夹角α进行偏转得到第三轨迹51、第四轨迹52。

当两个扁线左右错位的情况下，通过上述步骤对第三轨迹、第四轨迹偏转设置，使激光束始终照射在扁线的上端面，从而避免激光束从扁线的边缘穿透击穿下方绝缘漆层，并且两个扁线交叉错开的装配容许量达到焊缝长度的40％以上，即使在装配条件很恶劣的情况下也能焊接出合格焊点。

本实施例电机定子绕组激光焊接方法还包括如下步骤：

S40：激光束按所述第三轨迹、第四轨迹在扁线上端面进行重复多次交替照射，使扁线受热融合。

进一步地，在步骤S40中，激光束按旋转后的第三轨迹51、第四轨迹52进行重复多次交替扫描扁线上端面，两根扁线的顶端端受热熔化，扁线靠近贴合面22的一侧为高温区，该区域会致使两侧的液态金属融合为一体。

进一步地，本实施例电机定子绕组激光焊接方法还包括如下步骤：

S50:待焊工件冷却成型，得到目标工件。激光束停止扫描后，成型的液态金属焊点冷却形成焊球。

综上所述，由于本实施例的激光加热方式为激光束沿扫描轨迹重复加热升温，属于热传焊加热，不会出现局部温度陡升现象，避免焊接过程中出现严重飞溅现象，继而大福降低扫描振镜的保护镜片的损耗。

本发明还提出一种定子绕组，该主题二采用主题一所述电机定子绕组激光焊接方法制造而成。该主题一的具体结构参照上述实施例，由于本主题二采用了上述主题一所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

本发明还提出一种电机，该主题三包括主题二所述定子绕组，该主题二所述定子绕组采用主题一所述的电机定子绕组激光焊接方法制造而成。该主题一的具体结构参照上述实施例，由于本主题三采用了上述主题一所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

以上所述仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims

1.一种电机定子绕组激光焊接方法，其特征在于，包括如下步骤：

对待焊工件进行装夹，识别待焊工件之间的位置关系；

待焊工件冷却成型，得到目标工件。

2.如权利要求1所述的电机定子绕组激光焊接方法，其特征在于，所述温区包括无光区、低温区、中温区、高温区，所述高温区设置于靠近待焊工件之间的贴合面的一侧；

所述低温区邻接所述中温区的两侧；以及

3.如权利要求2所述的电机定子绕组激光焊接方法，其特征在于，所述高温区的输入能量高于中温区的输入能量，所述中温区的输入能量高于低温区的输入能量。

4.如权利要求2所述的电机定子绕组激光焊接方法，其特征在于，所述第一轨迹由多段设置于低温区、中温区、高温区的扫描轨迹所形成。

5.如权利要求4所述的电机定子绕组激光焊接方法，其特征在于，所述扫描轨迹采用直线、波浪线、折线、Wobbing其中的一种或多种行进运动方式。

6.如权利要求1所述的电机定子绕组激光焊接方法，其特征在于，所述第二轨迹由第一轨迹旋转180度所形成。

7.如权利要求1所述的电机定子绕组激光焊接方法，其特征在于，所述对待焊工件进行装夹，识别待焊工件之间的位置关系的步骤包括：

8.如权利要求1所述的电机定子绕组激光焊接方法，其特征在于，所述基于位置关系，所述第一轨迹、第二轨迹进行旋转得到第三轨迹、第四轨迹的步骤包括：

所述位置关系包括偏转角度，两根待焊工件完全对齐时两者中心点形成的中心点连线为第一中心线；

9.一种定子绕组，其特征在于，采用如权利要求1至8中任一项所述电机定子绕组激光焊接方法制造而成。

10.一种电机，其特征在于，包括如权利要求9所述的定子绕组，所述定子绕组采用如权利要求1至8任一所述电机定子绕组激光焊接方法制造而成。