CN115365651A - 激光焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明所涉及的激光焊接方法是通过在使第一线圈及第二线圈(部件)对接的状态下照射激光，从而对第一线圈及第二线圈进行焊接的激光焊接方法。该激光焊接方法包含：第一工序，其中向第一线圈照射激光而形成熔池；以及第二工序，其中持续激光对第一线圈的照射，直至通过使熔池生长并附着在第二线圈而在第一线圈及第二线圈之间形成的桥的宽度变得比激光的宽度更宽为止。

Description

激光焊接方法

技术领域

本发明涉及一种激光焊接方法。

背景技术

作为定子线圈的焊接方法，已知激光焊接。在使用了激光焊接的情况下，与使用了以往的TIG焊接的情况相比，能够使焊接部的尺寸紧凑，能够实现产品尺寸整体的小型化。

作为相关的技术，日本特开2019-140839公开了一种在焊接旋转电机的线圈线与中性线的情况下能够防止或抑制绝缘覆膜的损伤的旋转电机的制造方法。日本特开2019-140839所公开的制造方法包含配置工序和焊接工序，在配置工序中，使在绝缘包覆的线圈线的端部的包覆剥离部设定的连接部位与在中性线设定的连接部位接触配置，在焊接工序中，针对接触部分，以靠近绝缘包覆的一侧为起点、远离的一侧为终点进行激光焊接。激光焊接的起点是接触部分中的靠近绝缘包覆的端部，此外，激光焊接的终点是接触部分中的远离绝缘包覆的端部。在靠近绝缘包覆的一侧，与远离一侧相比，能够相对地减小基于焊接的投入的热量。

发明内容

使用图9A、图9B、图9C，说明本发明的课题。图9A是表示相关的其他技术所涉及的定子101的概要结构的图。定子101具备定子芯102、以及多个线圈110。定子芯102是将环状的电磁钢板沿定子101的轴向(图9A中的z轴方向)层叠而成的。多个线圈110安装于设置在定子芯102的内周面的槽，各个线圈110的端部(线圈端)从定子芯102的上端面突出。

图9B是沿图9A中的线圈110的轴向的截面A10的端部附近的放大图。如图9B所示，多个线圈110以定子101的径向(图9B中的x轴方向)上相邻的线圈110彼此成对。使成对的线圈110的端部彼此对接，并从上方照射激光，由此能够使线圈110彼此接合。

图9C是进一步放大图9B中的部分区域A20的图。在图9C中，线圈110a和110b在径向(图9C中的x轴方向)上相邻。在使线圈110a和110b的端部彼此对接的状态下，从上方照射激光L，由此能够接合线圈110a及110b。

在此，如图9C所示的例子那样，在线圈110a及110b的下方，有时配置了包含线圈110c及110d的其他部件。在此，线圈110a及110b是实施焊接的对象，但在它们下方配置的线圈110c及110d等不是实施焊接的对象。作为焊接对象的线圈110a及110b为了焊接而在各自的端部露出了金属材料。另一方面，如图9C所示，非焊接对象的线圈110c及110d分别被绝缘覆膜包覆。

例如，使用光斑直径为0.1mm的单模激光作为激光L。单模激光的能量密度高，能够在形成深的键孔的同时将线圈彼此焊接。因此，擅长以少的热就能高效率地熔化难以熔化的铜等。但是，在线圈110a与线圈110b之间的焊接的接合面上存在0.05mm以上的间隙的情况下，有可能激光L贯通该接合面，烧损下侧的线圈110c及线圈110d的绝缘覆膜。这样的绝缘覆膜的烧损有可能成为与绝缘不良直接相关的重大的品质不良。

为了解决这样的问题，考虑使用为了在焊接的接合面上不产生0.05mm以上的间隙而高精度地夹紧线圈的夹具。但是，在设置这样的夹具的情况下，由于夹具的空间的限制而不能够提高产品的生产率，并且制造成本增加。

本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于，提供一种能够降低激光贯通焊接对象的部件间的可能性的激光焊接方法。

本发明所涉及的激光焊接方法是通过在使第一部件及第二部件对接的状态下照射激光，从而对所述第一部件及所述第二部件进行焊接的激光焊接方法，所述激光焊接方法具有：

第一工序，其中向所述第一部件照射所述激光而形成熔池；以及

第二工序，其中持续所述激光对所述第一部件的照射，直至通过使所述熔池生长并附着在所述第二部件而在所述第一部件及第二部件之间形成的桥的宽度变得比所述激光的宽度更宽为止。

根据本发明，提供一种能够降低激光贯通焊接对象的部件间的可能性的激光焊接方法。

附图说明

以下，将参照附图，说明本发明的示例性实施例的特征、优点以及技术和工业重要性，附图中相同的符号表示相同的元件。

图1是表示定子的概要结构的立体图。

图2是概要地表示线圈的端部的图。

图3是表示实施方式所涉及的激光焊接方法的接合部的侧视图。

图4是表示实施方式所涉及的激光焊接方法的接合部的侧视图。

图5是表示实施方式所涉及的激光焊接方法的接合部的侧视图。

图6是表示实施方式所涉及的激光焊接方法的接合部的侧视图。

图7是表示实施方式所涉及的激光焊接方法的接合部的俯视图。

图8是表示实施方式所涉及的激光焊接方法的接合部的外观照片。

图9A是表示相关技术所涉及的激光焊接方法的说明图。

图9B是表示相关技术所涉及的激光焊接方法的说明图。

图9C是表示相关技术所涉及的激光焊接方法的说明图。

具体实施方式

以下，参照附图，详细说明应用了本发明的具体实施方式。然而，本发明不限于以下实施例。此外，为了明确说明，以下的记载和附图被适当地简化。

首先，使用图1来说明具备使用本实施方式所涉及的激光焊接方法焊接的线圈10的定子100的结构。图1是表示定子100的概要结构的立体图。如图1所示，作为电机的固定子的定子100具备定子芯15和多个线圈10。

定子芯15是将环状的电磁钢板沿定子100的轴向(图1中的z轴方向)层叠而成的，作为整体具有大致圆筒形状。在定子芯15的内周面，设置了向内周侧突出并且沿定子100的轴向延伸设置的齿13、以及作为在相邻的齿13之间形成的槽部的槽14。在各槽14中安装了线圈10。各线圈10被成形为大致U字形状，线圈10的端部均从定子芯15的上端面突出。

线圈10例如可以是截面为矩形的电线，即扁平线。此外，通常线圈10为纯铜制，但不限于此。线圈10也可以由以铝、铜或铝为主成分的合金等具有高导电率的金属材料构成。

图1所示的右手系统xyz坐标是用于便于说明构成要素的位置关系的坐标。通常，z轴正方向是竖直向上，xy平面是水平面，在附图之间是相通的。x轴表示定子100的径向。在此，将从定子100的中心朝向外侧的方向设为x轴正方向。此外，y轴表示定子100的周向。在图1中的沿线圈10的轴向的截面A1中，将从纸面跟前朝向里侧的方向设为y轴正方向。然后，z轴表示定子100的轴向。将定子100中的竖直方向从下向上的方向设为z轴正方向。

在本实施方式中，在径向(x轴方向)上相邻的线圈10的端部彼此通过激光L而被焊接，并形成后述的接合部20。相邻的线圈10成对地形成一个接合部20，在定子100整体上形成多个接合部20。多个接合部20也可以在定子芯15的周向上排列为圆环状。此外，该排列为圆环状的接合部20也可以沿径向配置多列。

图2是将图1中的线圈10的截面A1附近放大并概要地表示线圈10的端部的图。多个线圈10与在径向上相邻的其他线圈10分别成对。例如，在图2中，示出了四个线圈10的组。通过使相邻的线圈10的端部彼此对接，向对接的部分照射激光L，由此在线圈10之间形成接合部20。由此，能够将相邻的线圈10彼此焊接。

在此，在使图2所示的线圈10a(第一部件)及线圈10b(第二部件)对接的状态下，通过从上方照射激光L而焊接线圈10a及10b，以此情况为例进行说明。

如该图所示，线圈10a及10b分别被绝缘覆膜12a和12b包覆。绝缘覆膜12a和12b例如可以是通过搪瓷材料的烘烤、基于氯乙烯系树脂等的包覆等而形成的绝缘覆膜。此外，在线圈10a及10b的端部11a及11b，绝缘覆膜12a及12b被剥离而露出金属材料(例如，铜)。以激光L照射该端部11a和11b而形成接合部20，由此焊接线圈10a及10b。

通过将在径向上相邻的线圈10的端部彼此焊接而形成多个接合部20，它们在定子芯15的周向上排列为圆环状。此外，该排列为圆环状的接合部20沿径向配置多列。

线圈10a和10b可以配置在如下位置：在激光L贯通了线圈10a和10b的情况下，激光L能够照射到线圈10a和10b以外的部件。在此，在线圈10a及10b的下方(z轴负方向)侧，配置了多个非焊接对象的其他线圈10。多个非焊接对象的线圈10包含其端部、整体地被绝缘覆膜12包覆。因此，在向配置在上方的线圈10a及10b照射了激光L时，在激光L从线圈10a及10b之间的间隙贯通的情况下，有可能烧损多个非焊接对象的线圈10。

接着，参照图3～图6，说明本实施方式所涉及的激光焊接方法。图3～图6是线圈10a及10b的接合部20附近的侧视图。激光L例如可以选择激光光源为1.0mm左右的粗激光。激光L例如可以是环形模式激光等。

图3是说明第一工序的图。如该图所示，首先，向线圈10a的端部11a照射激光L，在端部11a形成熔池30(第一工序)。

图4是说明第二工序的图。在端部11a的定点，通过持续照射激光L，从而使熔池30生长。通过熔池30的生长及振动，熔池30附着在端部11b。由此，在端部11a及11b之间形成基于熔池30的桥(覆膜)。在桥的形成之后，持续激光L对端部11a的照射，直到在端部11a和11b之间形成的桥的宽度变得比激光L的宽度W(未图示)更宽为止(第二工序)。

在此，激光L的宽度W表示照射到端部11a和11b的激光L的光斑直径。例如在激光L的形状为圆形的情况下，激光L的宽度W可以是针对端部11a和11b的照射位置处的激光L的直径。此外，在激光L的形状为椭圆形的情况下，激光L的宽度W可以是该照射位置处的激光L的长径或短径。为了使激光L不贯通端部11a和11b之间的间隙，考虑激光L的宽度W、激光L的形状，持续激光L对端部11a的照射而形成桥。由此，在端部11a及11b之间形成宽度比激光L的宽度W更宽的熔池30的桥。

此外，在第二工序中，可以预先设定持续激光L对端部11a的照射的时间。例如，能够通过使用高速摄像机拍摄焊接的状态，并观察焊接中途或焊接后的接合部20的剖视图中的焊接深度等，来预先设定适当的照射时间。通过预先设定照射时间，可以有效地进行焊接。此外，能够抑制不良的发生。

接着，如图5所示，使激光L从端部11a移动到端部11b，以使激光L穿过桥上。由于桥形成为比激光L的宽度W宽，所以能够使激光L移动，而激光L不会贯通端部11a和11b之间。

接着，如图6所示，持续激光L对端部11b的照射，直到在端部11b中线圈的熔深充分深为止。由此，在端部11a及11b之间形成基于熔池30的接合部20。此外，关于激光L向端部11b的照射时间，可以与向端部11a的照射时间相同地使用高速摄像机等来预先设定。

根据欲在端部11a和11b之间填埋的间隙的长度(y轴方向)，反复进行上述处理，由此能够完成线圈10a和10b的焊接。

接着，使用图7和图8，说明从不同方向观察的上述处理。此外，在此，使用重复进行上述处理的情况进行说明。在上述的例子中，在第一工序和第二工序中，自端部11a相对于端部11b进行熔池30及桥的形成，但在此，也自端部11b相对于端部11a进行同样的处理。因此，在以下的说明中，还包含与第一工序和第二工序对应的第三工序和第四工序。

图7是表示本实施方式所涉及的激光焊接方法的接合部20的俯视图。以图7的照射位置(1)～(8)的顺序照射激光L而实施线圈10a及10b的焊接。图8是与图7所示的激光L的照射位置(1)～(8)对应的接合部20的外观照片。

使用图7说明激光L的照射路径。首先，在照射位置(1)，向线圈10a的端部11a照射激光L，在端部11a形成熔池30(第一工序)。

接着，在端部11a的定点，通过持续激光L的照射，使熔池30生长。通过熔池30的生长及振动，熔池30附着在端部11b。由此，在端部11a及11b之间形成基于熔池30的桥。在桥的形成之后，持续激光L对端部11a的照射，直到在端部11a和11b之间形成的桥的宽度变得比激光L的宽度W更宽为止(第二工序)。

由此，在端部11a及11b之间形成比激光L的宽度W(参照图8(1))宽的熔池30的桥。持续激光L对端部11a的照射的时间可以使用高速摄像机等来预先设定。

在上述第二工序之后，如图7的照射位置(2)所示，使激光L移动到端部11b。通过使激光L在第一工序和第二工序中形成的桥上移动，激光L能够从端部11a移动到端部11b，而不贯通端部11a和11b之间。

在向端部11b移动之后，持续激光L对端部11b的照射，直到在端部11b中线圈的熔深充分深为止。以此方式，在端部11a和11b之间形成接合部20。此外，关于激光L向端部11b的照射时间，可以与向端部11a的照射时间相同地使用高速摄像机等来预先设定。

接着，如照射位置(3)所示，使激光L向绝缘覆膜12b侧(y轴负方向)移动。在照射位置(4)，连续地对端部11b照射激光L，形成熔池30(第三工序)。

接着，在照射位置(4)，通过持续激光L的照射，使熔池30生长。通过熔池30的生长和振动，熔池30附着在端部11a。由此，在端部11a及11b之间形成基于熔池30的第二桥。在形成第二个桥之后，持续激光L对端部11b的照射，直到在端部11a和11b之间形成的桥的宽度变得比激光L的宽度W更宽为止(第四工序)。

由此，在端部11a及11b之间形成宽度比激光L的宽度W宽的熔池30的第二桥。持续激光L对端部11b的照射的时间可以使用高速摄像机等来预先设定。此外，由于端部11b已经被激光L加热，所以也可以设定比形成第一桥时的针对端部11a的照射时间短的照射时间。

在第四工序之后，如照射位置(5)所示地，使激光L移动到端部11a。通过使激光L在由第三工序及第四工序形成的第二个桥上移动，激光L能够从端部11b移动到11a，而不贯通端部11a和11b之间。

在向端部11a移动之后，持续激光L对端部11a的照射，直到在端部11a中线圈的熔深充分深为止。以此方式，在端部11a和11b之间形成第二接合部20。此外，关于激光L向端部11a的照射时间，可以与向端部11b的照射时间相同地使用高速摄像机等来预先设定。此外，由于端部11a已经被激光L加热，所以也可以设定比形成第一接合部20时针对端部11b的照射时间短的照射时间。

接着，如照射位置(6)所示，使激光L向绝缘覆膜12a侧(y轴正方向)移动。然后，如照射位置(7)及(8)所示，使激光L向x轴正方向及y轴负方向移动，填埋端部11a及11b之间的间隙。以此方式，端部11a和11b之间的接合部20一体化，线圈10a和10b的焊接完成。

此外，在图7中，照射位置(1)～(8)的各箭头表示为不重叠，但不限于此。例如，照射位置(6)的箭头的终点也可以与照射位置(1)重叠。此外，例如照射位置(8)的箭头的终点也可以位于照射位置(5)的箭头的线上。此外，在以激光L不贯通端部11a及11b之间的方式形成桥的情况下，如图7所示，也可以设定各箭头不重叠的照射位置。

此外，激光L的照射位置不限于图7所示的位置。例如，也可以沿着y轴方向以锯齿状照射激光L。

如以上说明，根据本实施方式所涉及的激光焊接方法，能够以包覆端部11a及11b之间的间隙的方式形成基于熔池30的桥。此外，由于持续激光L对端部11a或11b的照射，直到桥的宽度比激光L的宽度W宽为止，所以能够抑制激光L贯通端部11a和11b之间的间隙。

因此，在端部11a和11b之间存在间隙的情况下，也能够抑制激光L照射到位于下方的其他部件。因此，在作为焊接对象的线圈10a及10b的下方配置了非焊接对象的其他线圈10或部件的情况下，也能够降低烧损这些部件的可能性，与此同时能够适当地进行焊接。此外，由此，能够实现夹紧夹具的简化及成本的降低。

进一步地，根据本实施方式所涉及的激光焊接方法，激光L在端部11a及11b之间形成多个桥，能够在两者之间往复地连续照射激光L。因此，能够有效地进行多个线圈10的焊接。

此外，本发明不限于上述实施方式，在不脱离主旨的范围内可以适当改更。例如，在上述说明中使用了一束激光L，但不限于此，也可以使用多束激光L。例如，在使用两束激光L的情况下，也可以将图7所示的照射位置(1)和(4)作为各激光L的照射开始位置，同时地开始照射。

Claims (5)

1.一种激光焊接方法，是通过在使第一部件及第二部件对接的状态下照射激光，从而对所述第一部件及所述第二部件进行焊接的激光焊接方法，所述激光焊接方法包含：

第一工序，其中向所述第一部件照射所述激光而形成熔池；以及

第二工序，其中持续所述激光对所述第一部件的照射，直至通过使所述熔池生长并附着在所述第二部件而在所述第一部件及第二部件之间形成的桥的宽度变得比所述激光的宽度更宽为止。

2.根据权利要求1所述的激光焊接方法，其特征在于，所述第一部件及所述第二部件是具备绝缘覆膜的线圈。

3.根据权利要求1或2所述的激光焊接方法，其特征在于，所述第一部件及所述第二部件配置在如下位置：在所述激光贯通所述第一部件及所述第二部件之间的情况下，所述激光能够照射到所述第一部件及所述第二部件以外的部件。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的激光焊接方法，其特征在于，还包含：

第三工序，其中在所述第二工序之后，使所述激光移动到所述第二部件，并连续地向所述第二部件照射所述激光而形成熔池；以及

第四工序，其中持续所述激光对所述第二部件的照射，直到通过使在所述第二部件形成的熔池生长并附着在所述第一部件而在所述第一部件及所述第二部件之间形成的桥的宽度变得比所述激光的宽度更宽为止。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的激光焊接方法，其特征在于，所述第二工序中的持续所述激光对所述第一部件的照射的时间是预先设定的。

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