CN114523200A - 铜基板之间的平头对接接头的激光焊接 - Google Patents

铜基板之间的平头对接接头的激光焊接 Download PDF

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Abstract

本公开提供了“铜基板之间的平头对接接头的激光焊接”。一种将电气连接件接合在一起的方法包括评估至少两个基板之间的至少一个焊接接头、确定所述至少两个基板之间的不匹配，以及用多步焊接过程将所述至少两个基板焊接在一起。所述多步焊接过程包括通过用第一焊接步骤在所述至少两个基板之间的接合线的两侧上但不与所述接合线重叠地焊接来补偿所述至少两个基板之间的所述不匹配以及用第二焊接步骤增加所述至少两个基板之间的焊缝的熔体体积和渗透深度。

Description

铜基板之间的平头对接接头的激光焊接
技术领域
本公开涉及电动马达定子的发卡线和连接器的焊接并且特别是激光焊接。
背景技术
本部分中的陈述仅提供了与本公开相关的背景信息，并且可能不构成现有技术。
高性能电动马达具有增加的导体封装密度和均匀的铜绕组分布，以与传统的随机缠绕的圆线绕组相比减少操作期间的损耗，改善NVH并且改善封装空间。而且，均匀分布的矩形绕组用于形成这样增加导体封装密度的定子绕组。
矩形绕组可由接合在一起以形成连续电气路径的单独线段形成。例如，将涂覆有保护性聚合物层的卷绕的铜线拉直、切割成段，并且将这些段弯曲成U形部段，所述U形部段通常被称为“发卡”部段或发卡线。发卡在被馈送通过钢质定子芯中的狭槽之前在接合位置(例如，发卡的端部)处去除涂层，并且然后接合在一起以形成连续的电气路径，即，定子绕组。另外，包括诸如中性连接器、端子连接器和/或跨接连接器的连接器，并且所述连接器接合到发卡线，使得提供期望的定子绕组。
本公开解决了与接合发卡线和连接器相关的问题，以及与电动马达定子的制造相关的其他问题。
发明内容
本部分提供了对本公开的总体概述，而不是其全部范围或其所有特征的全面公开。
在本公开的一种形式中，一种将电气连接件接合在一起的方法包括评估至少两个基板(substrate)之间的至少一个焊接接头；确定所述至少两个基板之间的不匹配；以及用多步焊接过程将所述至少两个基板焊接在一起。所述多步焊接过程包括通过用第一焊接步骤在所述至少两个基板之间的接合线的两侧上但不与所述接合线重叠地焊接来补偿所述至少两个基板之间的所述不匹配以及用第二焊接步骤增加所述至少两个基板之间的焊缝的熔体体积(melt volume)和渗透深度。
在一些变型中，评估所述至少一个焊接接头包括识别所述至少两个基板的边缘和中心点、所述至少两个基板相对于彼此的角度对准、所述至少两个基板之间的间隙，以及所述至少两个基板之间的竖直偏移。
在至少一个变型中，所述第一焊接步骤包括焊接朝向所述至少两个基板之间的所述接合线偏置但不与所述接合线重叠的线性焊接段，并且所述第二焊接步骤包括沿着所述至少两个基板之间的所述接合线振荡焊接。
在一些变型中，所述至少两个基板包括线和连接器，例如，发卡线和连接器。在至少一个变型中，所述至少两个基板包括发卡线的端部和连接器。而且，在一些变型中，所述至少两个基板包括多个发卡线和连接器对，并且将所述至少两个基板焊接在一起包括通过在所述多个发卡线和连接器对中的每一者上执行所述第一焊接步骤和所述第二焊接步骤来将所述多个发卡线和连接器对焊接在一起。在至少一个变型中，所述方法还包括经由将所述多个焊接发卡线和连接器对焊接在一起来组装电动马达定子。在一些变型中，以50mm/s和300mm/s之间的焊接行进速度将所述多个发卡和连接器对激光焊接在一起。
在至少一个变型中，所述至少两个基板彼此竖直地未对准，并且所述第一焊接步骤在所述第二焊接步骤之前减少竖直不匹配。
在一些变型中，用电子视觉系统评估所述至少两个基板之间的所述至少一个焊接接头。在此类变型中，所述电子视觉系统识别所述至少两个基板各自的至少一个位置、所述至少两个基板各自的大小、所述至少两个基板各自的一个或多个边缘、所述至少两个基板之间的间隙、所述至少两个基板之间的角度，以及/或者所述至少两个基板之间的竖直偏移。在至少一个变型中，所述电子视觉系统与将所述至少两个基板焊接在一起的激光束同轴。而且，在一些变型中，所述电子视觉系统是数字相机、扫描光学相干断层成像系统、激光扫描系统和它们的组合中的至少一者。
在一些变型中，所述焊缝具有等于或大于所述基板的原始横截面积的横截面积。而且，在至少一个变型中，所述基板具有5平方毫米(mm2)的横截面积，并且所述焊缝具有至少5mm2的横截面积。
在本公开的另一种形式中，一种将电气布线接合在一起的方法包括：评估发卡线与连接器之间的焊接接头；确定所述发卡线与所述连接器之间的不匹配；在第一焊接步骤期间焊接朝向所述发卡线与所述连接器之间的接合线偏置但不与所述接合线重叠的至少两个焊接段；以及在第二焊接步骤期间沿着所述发卡线与所述连接器之间的所述接合线振荡焊接。
在一些变型中，在焊接之前用电子视觉系统评估所述焊接接头，并且所述焊接前评估包括识别所述发卡线和所述连接器的边缘和中心点、所述发卡线和所述连接器相对于彼此的角度对准、所述发卡线与所述连接器之间的一个或多个间隙，以及所述发卡线与所述连接器之间的竖直偏移。
在至少一个变型中，所述方法还包括经由用所述第一焊接步骤和所述第二焊接步骤将多个发卡线的端部和多个连接器焊接在一起来组装电动马达定子。
在本公开的又一种形式中，一种接合电动马达定子布线的方法包括：用电子视觉系统来评估定子绕组的发卡段-连接器对之间的焊接接头；用所述电子视觉系统来确定所述发卡段-连接器对之间的不匹配并且将至少一个不匹配参数传输到激光焊接系统；在第一焊接步骤期间激光焊接朝向发卡段和连接器对中的每一者之间的接合线偏置但不与所述接合线重叠的线性焊接段并且根据所述至少一个不匹配参数跨所述接合线形成焊缝；以及在第二焊接步骤期间沿着所述发卡段和连接器对中的每一者之间的接合线振荡焊接。在一些变型中，所述方法还包括经由用所述第一焊接步骤和所述第二焊接步骤将所述发卡段和连接器对焊接在一起来组装电动马达定子。
根据本文中提供的描述，另外的适用领域将变得显而易见。应理解，描述和具体示例仅意图用于说明目的，而非意图限制本公开的范围。
附图说明
为了可很好地理解本公开，现在将参考附图通过举例的方式描述本公开的各种形式，在附图中：
图1是电动马达定子的一部分的透视图，该电动马达定子具有发卡线和连接器以形成电动马达的定子绕组；
图2A是根据本公开的一个变型的发卡线-连接器对的透视图；
图2B是根据本公开的另一个变型的发卡线-连接器对的透视图；
图2C是根据本公开的又一个变型的发卡线-连接器对的透视图；
图2D是根据本公开的再一个变型的发卡线-连接器对的透视图；
图3A是发卡线与连接器之间的一种类型的不匹配的透视图；
图3B是发卡线与连接器之间的另一种类型的不匹配的透视图；
图3C是发卡线与连接器之间的又一种类型的不匹配的透视图；
图3D是发卡线与连接器之间的再一种类型的不匹配的透视图；
图3E是发卡线与连接器之间的又一种类型的不匹配的透视图；
图3F是发卡线与连接器之间的另一种类型的不匹配的透视图；
图3G是发卡线与连接器之间的又一种类型的不匹配的顶视图；
图4是根据本公开的教导的具有激光焊接系统的组装线的侧视图；
图5A是根据本公开的一个变型的用第一焊接步骤接合在一起的发卡线-连接器对的顶视图；
图5B是通过图5A中的第一焊接步骤形成的焊缝的侧视图；
图5C是根据本公开的另一个变型的用第一焊接步骤接合在一起的发卡线-连接器对的顶视图；
图5D是根据本公开的又一个变型的用第一焊接步骤接合在一起的发卡线-连接器对的顶视图；
图5E是根据本公开的再一个变型的用第一焊接步骤接合在一起的发卡线-连接器对的顶视图；
图6A是根据本公开的教导的在第二焊接步骤期间焊接的图5E中的发卡线-连接器对的顶视图；
图6B是通过图6A中的第二焊接步骤形成的焊缝的侧视图；并且
图7是根据本公开的教导的方法的流程图。
本文中描述的附图仅用于说明目的，而非意图以任何方式限制本公开的范围。
具体实施方式
以下描述本质上仅仅是示例性的，而非意图限制本公开、应用或用途。应当理解，贯穿附图，对应的附图标记指示相似或对应的零件和特征。
参考图1，示出了电动马达定子10(在本文中简称为“定子10”)的一部分的透视图。定子10包括定子绕组100和定子芯170。在一些变型中，定子绕组100由铜或铜合金线制成，并且定子芯170由金属或合金(诸如钢)制成。定子绕组100由彼此电气连接(例如，焊接)并电气连接到连接器120的多个发卡线部段110(在本文中简称为“发卡线”或“线”)形成。发卡线110中的每一者在插入并穿过定子芯170之后弯曲或形成为期望的形状，并且具有保护性搪瓷涂层“EC”(例如，多层PI、聚酯、PAI或PEEK涂层)，以使发卡线110与定子芯170电绝缘。而且，发卡线110被弯曲并布置成使得发卡线对114或发卡线-连接器对130可接合(例如，焊接)在一起，以形成用于电动马达的期望的定子绕组和定子。虽然图1所示的发卡线110是矩形发卡线110(即，例如在图1中的x-y平面中具有矩形横截面)，但是应当理解，具有其他横截面形状的发卡线包括在本公开的范围内。
根据本公开的教导，发卡线对114和发卡线-连接器对130的接合不会对保护性搪瓷涂层EC产生过度损坏，不会产生飞溅或零落的铜碎屑，或者不会产生接触另一个电气连接件或为在隔离的绕组之间形成电弧提供位置的不均匀形状。还应当理解，根据本公开的教导接合的每个发卡线对114和每个发卡线-连接器对130产生具有低电阻率、期望的静态强度、抗疲劳应力(振动和热两者)以及一致的低不连续性冶金性质的连接(即，焊缝)。
因此，并且考虑到对于每个定子10，超过150个相邻的发卡线对114和发卡线-连接器对130通常需要电气连接件，以及时且成本有效的方式焊接相邻的发卡线对114和发卡-连接器对130是复杂的制造挑战。
参考图2A至图2D，示出了发卡线110与连接器120a至120d之间的发卡线-连接器对130a至130d以及焊接接头140a至140d的示例。例如，图2A示出了具有发卡线110和连接器120a的发卡线-连接器对130a，以及在发卡线110与连接器120a之间的具有单个接合线141a的焊接接头140a。而且，焊接接头140a是简单的对接焊接接头，在发卡线110与连接器120a之间具有单个接合线141a。虽然接合线141a在图2A中被示出为线性接合线，但是在一些变型中，接合线141a可以是非线性的。还应当理解，将发卡线110电气性连接到连接器120a的焊缝通常沿着接合线141a和本文中讨论的其他接合线形成。
参考图2B，示出了具有焊接接头140b的发卡线-连接器对130b，该焊接接头具有在发卡线110与连接器120b之间的第一接合线141b和第二接合线142b。连接器120b具有用于放置或定位发卡线110的拐角部段(未标记)，使得发卡线110的两个侧110a、110b可焊接到连接器120b。
图2C示出了具有焊接接头140c的发卡线-连接器对130c，该焊接接头具有在发卡线110与连接器120c之间的第一接合线141c、第二接合线142c和第三接合线143c。连接器120c具有用于放置或定位发卡线110的狭槽部段(未标记)，使得发卡线110的三个侧110a、110b、110c可焊接到连接器120b。
图2D示出了发卡线-连接器对130d，其中两个发卡线110放置或定位在连接器120d的狭槽(未标记)内。发卡线-连接器对130d具有类似于图2C所示的焊接接头140c的焊接接头140d，该焊接接头具有第一接合线141d、第二接合线142d和第三接合线143d。然而，焊接接头140d还包括在两个发卡线110之间的第四接合线144d。如图2A至图2D所示，在定子10的制造中包括不同类型和/或配置的焊接接头。
现在参考图3A至图3G，在本公开的一些变型中，发卡线-连接器对130具有在发卡导110与连接器120之间的不匹配。如本文所使用，术语“不匹配”是指形成发卡线-连接器对130的发卡线110的接合表面或边缘与连接器130的接合表面或边缘之间的物理、几何或化学差异。例如，图3A示出了具有由于发卡线110的上表面(+z方向)与连接器120c之间的反射率差异造成的物理不匹配的发卡线-连接器对130c，并且图3B示出了由于发卡线110的不平坦上表面造成的几何不匹配。而且，图3C示出了由于连接器120c上的涂层127(例如，薄金属涂层)造成的化学不匹配，图3D示出了由发卡线110的上表面110d与连接器120c的上表面121之间的竖直差异“Δz”造成的几何不匹配，并且图3E示出了由发卡线110的边缘112与连接器120c的边缘122之间的横向间隙“Δy”造成的几何不匹配。图3F示出了由发卡线110的另一个边缘112与连接器120c的另一个边缘122之间的插入间隙“Δx”造成的另一个几何不匹配，并且图3G示出了由发卡线110与连接器120c之间的如通过发卡线110的边缘112与连接器120c的边缘122之间的角度测量到的角度未对准“Δθ”造成的又一个几何不匹配。因此，在形成给定的发卡线-连接器对130的发卡线110与连接器120之间可存在不同类型的不匹配。
考虑到发卡线110与连接器120之间可能存在的各种类型的焊接接头和不匹配范围，应当理解，以成本和时间有效的方式焊接发卡线-连接器对130是复杂的制造过程。因此，并且参考图4，示出了用于考虑各种类型的焊接接头并补偿上述不匹配范围的激光焊接系统22。在一些变型中，组装线20包括传送带“C”，该传送带将具有多个发卡线-连接器对130(尚未焊接在一起)的定子10输送通过激光焊接系统22所在的激光焊接站“S”。
激光焊接系统22包括具有光纤212的激光源210和电子视觉系统220。激光源210的一个非限制性示例是具有Trumpf PFO-33光学器件的6kW Trumpf TruDisk激光器(1035nm)，并且芯环光纤212的一个非限制性示例是Trumpf Brightline 50/200um芯环光纤。电子视觉系统220的非限制性示例包括数字相机、扫描光学相干断层成像系统和激光扫描系统。在一些变型中，电子视觉系统220包括用于分析所获取的图像的控制器222。替代地或另外，电子视觉系统220使用外部控制器(未示出)来分析所获取的图像。
激光焊接系统22将发卡线对114和发卡线-连接器对130焊接在一起，以形成具有通过定子绕组100的连续电气路径的定子10a。在本公开的一些变型中，激光焊接系统22执行由多步焊接过程实施的特定焊接路径形状。例如，在一些变型中，多步过程是两步过程，而在其他变型中，多步过程包括多于两个步骤。而且，激光焊接系统22由电子视觉系统220引导以在两个或更多个基板(例如，铜发卡线和铜连接器)之间形成稳健的接头，同时抑制飞溅产生和热损坏并且减轻制造噪声源，如下所述。
参考图5A至图5B，在图5A中示出了焊接前评估和用于将发卡线110接合到连接器120c的第一焊接步骤，并且在图5B中示出了由第一焊接步骤产生的第一焊缝215。在焊接前评估期间，电子视觉系统220获取图5A所示的焊接接头140c和/或发卡线-连接器对130c的图像。而且，控制器222分析图像并且确定发卡线110的边缘112、连接器120c的边缘122、每个边缘112的中心点113、每个边缘122的中心点123以及发卡线110与连接器120c之间的任何不匹配。换句话说，在焊接发卡线-连接器对130c之前，电子视觉系统220和控制器222识别发卡线110相对于连接器120c的位置、大小、零件到零件放置以及发卡线110相对于连接器120c之间的任何不匹配。
在分析焊接接头140c的图像之后，控制器222确定(例如，计算)焊接接头140c的焊接路径、焊接接头长度、至少一个不匹配参数和/或一个或多个焊接部段原点(在本文中统称为“焊接输入参数”)。应当理解，焊接路径可包括发卡线-连接器对130的哪些边缘112、122将被焊接在一起。在一些变型中，焊接路径包括将单对边缘112、122焊接在一起，而在其他变型中，焊接路径包括将两对边缘112、122焊接在一起(图5C至图5D)，并且在至少一个变型中，焊接路径包括将三对边缘112、122焊接在一起(图5E)。而且，至少一个不匹配参数的非限制性示例包括发卡线110的上表面与连接器120c的上表面之间的反射差值、金属涂层检测值、至少一个几何Δx、Δy和/或Δz值以及几何Δθ值等。
焊接输入参数被传输到激光焊接系统22，并且响应于此，激光焊接系统22沿着包括多个成形的激光焊接段的激光图案引导芯环光纤212(和激光束B)。例如，并且基于焊接输入参数，激光焊接系统22执行第一焊接步骤，该第一焊接步骤包括在焊接接头140c的接合线213的两侧(+x方向和-x方向)上但不与该接合线重叠的焊接。在本公开的至少一个变型中，激光焊接系统22在接合线213的一侧(+x方向)上但不与该接合线重叠地执行第一焊接段214a，并且在接合线213的相对侧(-x方向)上但不与该接合线重叠地执行第二焊接段214b。在一些变型中，第一焊接段214a和第二焊接段214b朝向发卡线110与连接器120c之间的接合线213偏置，但不与该接合线重叠。应当理解，图5A中的虚线椭圆表示从芯环光纤212传播到发卡线110和连接器120c的激光束B(图4)的边缘，并且实线箭头214a、214b表示激光束B的中心穿过的路径。
在一些变型中，激光焊接系统22执行单程(即，单程激光束)以形成第一焊接段214a和/或第二焊接段214b，而在其他变型中，激光焊接系统22执行多于单程(例如，快速重复)以形成第一焊接段214a和/或第二焊接段214b。也就是说，根据发卡线110与连接器120c之间的不匹配的类型和程度(幅度)，可执行多程激光束以减小不匹配程度。另外，第一焊接段214a的长度“A1”、第二焊接段214b的长度“A2”以及本文中讨论的其他焊接段的长度可针对给定类型的发卡线-连接器预定义和/或根据焊接输入参数、过程参数以及设备公差、正在焊接的给定/特定发卡线的大小等来确定。
尽管第一焊接段214a和第二焊接段214b朝向发卡线110与连接器120c之间的接合线213偏置但不与该接合线重叠，但是在本公开的一些变型中，来自接合线213的一侧或两侧(即，来自发卡线110和/或连接器120c)的熔融材料与接合线213重叠并且形成第一焊缝215，如图5B所示。也就是说，应当理解，焊接段可具有大于形成焊接段的激光束的直径的熔池。因此，第一焊接步骤跨焊接接头140c形成焊缝，而没有激光束B在发卡线110与连接器120c之间传播。
应当理解，使用第一焊接步骤形成焊缝215减少对搪瓷涂层EC(图1)的热损坏、焊接飞溅和/或焊接污染。另外，第一焊接步骤产生光滑的均匀表面以在下面描述的第二焊接步骤期间进行焊接，但没有产生显著的焊接体积。还应当理解，由线性段214a、214b产生的熔融物消除或减少由于不一致的表面反射率、表面轮廓或表面污染而引起的变化，并且熔融或移除连接器120c上可能存在的薄涂层(例如，锡)。
虽然图5A示出了沿着发卡线110与连接器120c之间的单对边缘112、122(即，一侧)的焊缝的示例，但是在图5C至图5D中示出了沿着两对边缘(即，两侧)的焊缝的示例，并且在图5E中示出了沿着三对边缘(即，三侧)的焊缝的示例。特别地，并且参考图5C，发卡线110在连接器120c的狭槽(未标记)内朝向上(+y方向)边缘122横向偏移，使得在发卡线110的下(-y方向)边缘112与连接器120c的下边缘122之间存在横向间隙Δy。电子视觉系统220检测并分析图5C所示的发卡线-连接器对130c之间的几何不匹配，并且确定焊接输入参数。而且，激光焊接系统22沿着如图5C所示的发卡线110的两个边缘112且根据焊接输入参数执行第一焊接段214a并且沿着连接器120c的相对边缘122执行第二焊接段214b。也就是说，激光焊接系统22在接合线213的一侧(+x方向)上执行第一焊接段214a，并且在接合线213的相对侧(-x方向)上执行第二焊接段214b，使得第一焊接段214a和第二焊接段214b朝向发卡线110与连接器120c之间的接合线213偏置但不与该接合线重叠。在一些变型中，激光焊接系统22执行单程(即，单程激光束)以形成第一焊接段214a和/或第二焊接段214b，而在其他变型中，激光焊接系统22执行多于单程(例如，快速重复)以形成第一焊接段214a和/或第二焊接段214b。
参考图5D，发卡线110横向地定位在连接器120c的狭槽(未标记)中，使得在发卡线110的上边缘和下边缘112(图5C)与连接器120c的对应的上边缘和下边缘122(图5C)之间存在横向间隙Δy1和Δy2。而且，发卡线110定位在连接器120c的狭槽中，使得在发卡线110的边缘112与连接器120c的边缘122之间存在插入间隙Δx，如图5D所示。因此，电子视觉系统220检测并分析图5D所示的发卡线-连接器对130c之间的不匹配，并且确定焊接输入参数。然后，激光焊接系统22沿着图5D所示的发卡线110的两个边缘112且根据焊接输入参数执行第一焊接段214a并且沿着连接器120c的相对的两个边缘122执行第二焊接段。也就是说，激光焊接系统22在接合线213的发卡线侧上执行第一焊接段214a，并且在接合线213的连接器侧上执行第二焊接段214b，使得第一焊接段214a和第二焊接段214b朝向发卡线110与连接器120c之间的接合线213偏置但不与该接合线重叠。在一些变型中，激光焊接系统22执行单程(即，单程激光束)以形成第一焊接段214a和/或第二焊接段214b，而在其他变型中，激光焊接系统22执行多于单程(例如，快速重复)以形成第一焊接段214a和/或第二焊接段214b。
参考图5E，发卡线110横向地定位在连接器120c的狭槽(未标记)中，使得在发卡线110的上边缘和下边缘112(图5C)与连接器120c的对应的上边缘和下边缘122(图5C)之间存在横向间隙Δy1和Δy2。而且，发卡线110定位在连接器120c的狭槽中，使得在发卡线110的边缘112与连接器120c的边缘122之间存在插入间隙Δx，在图5E中示出。因此，电子视觉系统220检测并分析图5E所示的发卡线-连接器对130c之间的不匹配，并且确定焊接输入参数。然后，激光焊接系统22根据焊接输入参数沿着如图5E所示的发卡线110的三个边缘112执行第一焊接段214a并且沿着连接器120c的三个相对的边缘122执行第二焊接段214b。也就是说，激光焊接系统22在接合线213的发卡线侧上执行第一焊接段214a，并且在接合线213的连接器侧上执行第二焊接段214b，使得第一焊接段214a和第二焊接段214b朝向发卡线110与连接器120c之间的接合线213偏置但不与该接合线重叠。在一些变型中，激光焊接系统22执行单程(即，单程激光束)以形成第一焊接段214a和/或第二焊接段214b，而在其他变型中，激光焊接系统22执行多于单程(例如，快速重复)以形成第一焊接段214a和/或第二焊接段214b。
应当理解，在本公开的一些变型中，第一焊接段214a是连续焊接段，并且/或者第二焊接段214b是连续焊接段。还应当理解，在一些变型中，以上关于图5C至图5E描述的第一焊接段214a和第二焊接段214b跨接合线213形成第一焊缝215，如上所述且在图5B中示出。
现在参考图6A至图6B，激光焊接系统22在图5E所示的接合线213上方执行第二焊接步骤，使得第一焊缝215的熔体体积和渗透深度的增加造成发卡线110与连接器120c之间的最终焊缝217。特别地，激光焊接系统22在接合线213上方执行第二焊缝216，并且在至少一个变型中，激光焊接系统22在接合线213上方执行至少一个连续振荡焊缝216，如图6A所描绘。在一些变型中，能量输入、焊接速度和/或振荡模式的数量是由电子视觉系统220确定的至少一个不匹配参数的函数。
在一些变型中，图5E和/或图6A中所示的段长度“A”、“B”和“C”是测量到的发卡线尺寸(WD)、激光束直径(BD)和电子视觉系统220的视觉容差(VT)的函数。例如，并且假设发卡线110的y方向尺寸为3毫米(mm)、x方向尺寸为2mm，激光束B的直径为680微米(μm)，并且电子视觉系统220的视觉容差为50μm，则段长度B被计算为WD–BD–2VT＝3mm–680um–100um＝2.22mm。另外，对于发卡线110的原始横截面积(x-y平面)为6mm2并且发卡线110与连接器120c之间期望6mm2的焊接横截面积，以130mm/s的向前行进速度在三个侧上焊接发卡线110。而且，对于在两侧上焊接(即，其中一侧未焊接)的相同发卡线110，使用70mm/s的向前行进速度来形成更深且更大的焊缝，以便维持发卡线110与连接器120c之间的至少6mm2的横截面积。另外，在焊接迹线的端部附近降低激光束B的功率水平和/或增加行进速度，以减少在边缘附近和在弧坑位置处熔化的影响。应当理解，沿着发卡线与连接器之间的一个或多个平面测量焊接横截面积。例如，在图6A中，沿着发卡线110与连接器120c之间的y-z平面和两个x-z平面测量焊接横截面积。
应当理解，使用跟踪接合线213的连续振荡激光束导致维持小孔稳定性，同时增强从熔池中吸收的气体、空隙或气孔的脱气。而且，与仅使用线性段的相同焊接体积所需的循环时间相比，焊接的快速生长阶段减少了循环时间量。由于用IR波长激光器焊接铜的不稳定性，路径的振荡形状允许实现足够的光束速度，从而维持深透焊接的稳定性，并且焊池的快速生长使总热量输入以及由此对发卡线110和连接器120c的热影响最小化。
现在参考图7，示出了将电气连接件接合在一起的方法30。方法30包括：在300处评估两个基板之间的焊接接头；在310处确定两个基板之间的任何不匹配；以及在320处用第一焊接步骤焊接第一焊接段，该第一焊接段朝向两个基板之间的接合线偏置但不与该接合线重叠。该方法还包括在330处用第二焊接步骤在两个基板之间的接合线上方焊接第二焊接段。以这种方式，提供通过定子绕组100的连续电气路径，其中每个发卡线-连接器对114与焊缝连接，该焊缝具有低电阻率、期望的静态强度、抗疲劳应力(振动和热两者)以及一致的低不连续性冶金性质。
鉴于本公开的教导，应当理解，提供了一种将基板焊接在一起的激光焊接系统和方法。而且，该激光焊接系统和方法使线和或连接器的表面状况标准化，适应由横向间隙、插入间隙和竖直偏移引起的未对准状况，适应不同的线大小、尺寸和位置，并且防止在焊接过程期间由通过接合线的激光造成的搪瓷和工具损坏。另外，该激光焊接系统和方法向所有部件提供平衡的热量输入，同时保持低循环时间并且在实现稳健的机械和电气连接时防止飞溅产生。
为了便于描述，本文可使用诸如“内”、“外”、“下面”、“下方”、“下”、“上方”、“上”等空间相对术语来描述如图中所示的一个元件或特征与另外的一个或多个元件或特征的关系。除了图中描绘的取向之外，空间相对术语可意图涵盖装置在使用或操作时的不同取向。例如，如果图中的装置被翻转，则被描述为在其他元件或特征“下方”或“下面”的元件将被取向为在其他元件或特征“上方”。因此，示例性术语“下方”可以涵盖上方或下方两种取向。
除非本文另有明确指示，否则指示机械/热性质、组成百分比、尺寸和/或公差或其他特性的所有数值在描述本公开的范围时应理解为由词语“约”或“大约”修饰。出于各种原因(包括工业实践、材料、制造和组装公差以及测试能力)，期望进行这种修饰。
如本文所用，短语A、B和C中的至少一者应被解释为使用非排他性逻辑“或”表示逻辑(A或B或C)，并且不应被解释为意指“A中的至少一者、B中的至少一者以及C中的至少一者”。
本公开的描述本质上仅是示例性的，并且因此不脱离本公开的实质的变型意图在本公开的范围内。不应将此类变型视为脱离本公开的精神和范围。
根据本发明，一种将电气连接件接合在一起的方法包括：评估至少两个基板之间的至少一个焊接接头；确定所述至少两个基板之间的不匹配；以及用多步焊接过程将所述至少两个基板焊接在一起，所述多步焊接过程包括通过用第一焊接步骤在所述至少两个基板之间的接合线的两侧上但不与所述接合线重叠地焊接来补偿所述至少两个基板之间的所述不匹配以及用第二焊接步骤增加所述至少两个基板之间的焊缝的熔体体积和渗透深度。
根据一个实施例，评估所述至少一个焊接接头包括识别所述至少两个基板的边缘和中心点、所述至少两个基板相对于彼此的角度对准、所述至少两个基板之间的间隙，以及所述至少两个基板之间的竖直偏移。
根据一个实施例，所述第一焊接步骤包括焊接朝向所述至少两个基板之间的所述接合线偏置但不与所述接合线重叠的线性焊接段，并且所述第二焊接步骤包括沿着所述至少两个基板之间的所述接合线振荡焊接。
根据一个实施例，所述至少两个基板包括线和连接器。
根据一个实施例，所述至少两个基板包括发卡线和连接器。
根据一个实施例，所述至少两个基板包括发卡线的端部和连接器。
根据一个实施例，所述至少两个基板包括多个发卡线-连接器对，并且将所述至少两个基板焊接在一起包括通过在所述多个发卡线-连接器对中的每一者上执行所述第一焊接步骤和所述第二焊接步骤来将所述多个发卡线-连接器对焊接在一起。
根据一个实施例，上述发明的特征还在于，经由将所述多个发卡线-连接器对焊接在一起来组装电动马达定子。
根据一个实施例，以50mm/s和300mm/s之间的焊接行进速度将所述多个发卡和连接器对激光焊接在一起。
根据一个实施例，所述至少两个基板彼此竖直地未对准，并且所述第一焊接步骤在所述第二焊接步骤之前减少所述竖直未对准。
根据一个实施例，用电子视觉系统评估所述至少两个基板之间的所述至少一个焊接接头。
根据一个实施例，所述电子视觉系统识别以下至少一项：所述至少两个基板各自的位置、所述至少两个基板各自的大小、所述至少两个基板各自的一个或多个边缘、所述至少两个基板之间的间隙、所述至少两个基板之间的角度，以及所述至少两个基板之间的竖直偏移。
根据一个实施例，所述电子视觉系统与将所述至少两个基板焊接在一起的激光束同轴。
根据一个实施例，所述电子视觉系统是数字相机、扫描光学相干断层成像系统、激光扫描系统和它们的组合中的至少一者。
根据一个实施例，所述焊缝具有在所述至少两个基板之间的横截面积，所述横截面积等于或大于所述至少两个基板中的至少一者的原始横截面积。
根据本发明，一种将电气布线接合在一起的方法包括：评估发卡线与连接器之间的焊接接头；确定所述发卡线与所述连接器之间的不匹配；在第一焊接步骤期间焊接朝向所述发卡线与所述连接器之间的接合线偏置但不与所述接合线重叠的至少两个焊接段；以及在第二焊接步骤期间沿着所述发卡线与所述连接器之间的所述接合线振荡焊接。
根据一个实施例，用电子视觉系统评估所述焊接接头，并且所述评估包括识别所述发卡线和所述连接器的边缘和中心点、所述发卡线和所述连接器相对于彼此的角度对准、所述发卡线与所述连接器之间的一个或多个间隙，以及所述发卡线与所述连接器之间的竖直偏移。
根据一个实施例，上述发明的特征还在于，经由用所述第一焊接步骤和所述第二焊接步骤将多个发卡线的端部和多个连接器焊接在一起来组装电动马达定子。
根据本发明，一种接合电动马达定子布线的方法包括：用电子视觉系统来评估定子绕组的发卡线-连接器对之间的焊接接头；用所述电子视觉系统来确定所述发卡线-连接器对之间的不匹配并且将至少一个不匹配参数传输到激光焊接系统；在第一焊接步骤期间激光焊接朝向所述发卡线-连接器对中的每一者之间的接合线偏置但不与所述接合线重叠的线性焊接段并且根据所述至少一个不匹配参数跨所述接合线形成焊缝；以及在第二焊接步骤期间沿着所述发卡线-连接器对中的每一者之间的所述接合线振荡焊接。
根据一个实施例，上述发明的特征还在于，经由用所述第一焊接步骤和所述第二焊接步骤将所述多个发卡线-连接器对焊接在一起来组装电动马达定子。

Claims (15)

1.一种将电气连接件接合在一起的方法，所述方法包括：
评估至少两个基板之间的至少一个焊接接头；
确定所述至少两个基板之间的不匹配；以及
用多步焊接过程将所述至少两个基板焊接在一起，所述多步焊接过程包括通过用第一焊接步骤在所述至少两个基板之间的接合线的两侧上但不与所述接合线重叠地焊接来补偿所述至少两个基板之间的所述不匹配以及用第二焊接步骤增加所述至少两个基板之间的焊缝的熔体体积和渗透深度。
2.根据权利要求1所述的方法，其中评估所述至少一个焊接接头包括识别所述至少两个基板的边缘和中心点、所述至少两个基板相对于彼此的角度对准、所述至少两个基板之间的间隙，以及所述至少两个基板之间的竖直偏移。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一焊接步骤包括焊接朝向所述至少两个基板之间的所述接合线偏置但不与所述接合线重叠的线性焊接段，并且所述第二焊接步骤包括沿着所述至少两个基板之间的所述接合线振荡焊接。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少两个基板包括线和连接器。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少两个基板包括发卡线和连接器。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少两个基板包括发卡线的端部和连接器。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述至少两个基板包括多个发卡线-连接器对，并且将所述至少两个基板焊接在一起包括通过在所述多个发卡线-连接器对中的每一者上执行所述第一焊接步骤和所述第二焊接步骤来将所述多个发卡线-连接器对焊接在一起。
8.根据权利要求7所述的方法，所述方法还包括经由将所述多个发卡线-连接器对焊接在一起来组装电动马达定子。
9.根据权利要求8所述的方法，其中以50mm/s和300mm/s之间的焊接行进速度将所述多个发卡线-连接器对激光焊接在一起。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少两个基板彼此竖直地未对准，并且所述第一焊接步骤在所述第二焊接步骤之前减少所述竖直未对准。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其中用电子视觉系统评估所述至少两个基板之间的所述至少一个焊接接头。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述电子视觉系统识别以下至少一项：所述至少两个基板各自的位置、所述至少两个基板各自的大小、所述至少两个基板各自的一个或多个边缘、所述至少两个基板之间的间隙、所述至少两个基板之间的角度，以及所述至少两个基板之间的竖直偏移。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述电子视觉系统与将所述至少两个基板焊接在一起的激光束同轴。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述电子视觉系统是数字相机、扫描光学相干断层成像系统、激光扫描系统和它们的组合中的至少一者。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述焊缝具有在所述至少两个基板之间的横截面积，所述横截面积等于或大于所述至少两个基板中的至少一者的原始横截面积。
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