南通周边发卡电机焊接原理

电机作为新能源汽车三电之一，是新能源汽车驱动系统的关键，能直接影响新能源汽车的整车动力性能。随着新能源车用电机的生产工艺及设备不断成熟，高功率、小体积、高转矩（高功率密度、高转矩密度）成为新能源汽车电机的发展方向，电机绕组也逐渐形成由圆铜线设计向扁铜线绕组设计过渡的趋势。

发卡电机，因其定子绕组的形状像“发卡”而得名。定子制造过程中，绕组被做成像发卡一样的形状，一端穿进定子槽内，另外一端按设计把发卡的端部焊接起来。发卡的端部焊接是发卡电机生产中为关键的工序之一，焊接质量与产品的终性能密切相关。发卡电机端部焊接的传统焊接方法一般为TIG焊，因其效率低，热影响大等缘故，近年来也有厂家尝试采用高功率光纤激光焊接的方式来替代TIG焊。高功率光纤激光的运用，使得焊接效率得到大幅提升，但同时伴有设备成本增加等问题。光纤激光波段属于近红外，对于铜材焊接吸收率较低，焊接过程极易产生飞溅，并附于产品内部，导致产品性能下降。

发卡定子的制造工艺流程：插槽纸→制造发卡→穿发卡→端环定型→端环焊接→接星点→焊接处结缘处理。工序多，每一步精度要求高，容错性小。为了减小每槽导体数，一般槽数比较多，雷米电机60槽，增加了绕组制造的难度。

驱动电机是新能源汽车的核心部件之一。为了实现更高的电机效率，目前新能源车驱动电机的设计多倾向于使用一种扁线来替代传统圆线充当绕组。这种硬质不易弯曲的铜线，因“U”型外观而被称为“发卡”（Hairpin）。

在组装过程中，会将各个铜制发卡绕组装载到定子槽中。然后，将相邻铜制发卡绕组的末端焊接在一起，实现电路连接。在焊接完整个电机后，像传统电机的绕组一样，所有发卡将形成一条较长的绞合导线。

Hairpin 接头焊接难点



◆接头焊接质量包括了焊接表面质量、焊接深度、焊接一致性等评价标准，不同的焊接质量对电导率的影响都是的，而电导率跟电机冷却及性能是直接相关的；



◆焊接节拍指的是一个未焊接的电机放入工位到焊接完成所需要花费的时间，过低的生产节拍对制造商来说将是的成本投入，在一定生产时间内获得越多的产品，才能获得越多的利润；



◆焊接稳定性包括焊接质量的稳定性，产品一致性及设备稳定性等指标，良好的焊接稳定性是一致性的；



◆接头电阻是评价整个焊接工艺的一个决定性指标，接头电阻越高，发热越严重，电导率越低，所以控制接头电阻的数值在一定范围内并维持稳定是整个焊接过程的终目标；



◆夹具定位精度指的是Hairpin装夹以后的重复位置精度，如果每次装夹的位置出入较大，则容易出现很大的焊接缺陷，对于焊接灵活性较差的设备，成品率可能大大降低；



◆焊接飞溅过大容易形成焊接缺陷，同时也表示焊接过程不稳定；



◆生产复杂度指的是整个生产流程的复杂程度，复杂程度越高，生产出错的风险也随之升高，维修和工人上手的难度也是成正相关；



◆焊接热输入是需要控制的一个重要因素，因为Hairpin铜条上除了接头区域，其他区域都覆盖了一层绝缘涂层，过高的热输入将会烧损绝缘层，从而影响电机的性能。

在灵活性方面，弧焊需要设计不同的焊接设备来适应不同的电机尺寸，而激光焊接可以用视觉识别的方法，只需要更改识别程序即可；其次，激光焊接比弧焊的稳定性更强，弧焊焊接铜材料2mm深度左右工艺稳定性很强，但是超过2mm以后，焊接不稳定且热输入量大，激光可以比弧焊焊接的更深且热输入量更少。

激光焊接在铜材焊接上，考虑到的是材料对激光的吸收率问题。在1060nm（CO2激光器）激光波长下，铜材对激光的吸收率只有10%左右，在激光波长为500nm的绿光波段范围内，铜材对激光的吸收率较高，目前的技术尚达不到很深的熔深。但是铜在熔化状态下，对激光的吸收率能够达到较高的水平，于是使用高功率固体激光器来达到破孔效应，能够使得激光焊接铜材成为可能。

激光焊接目前比较常见的方案是使用激光头匹配相应的视觉识别系统。激光头部分是带X，Y两个维度的振镜系统，能够在焊接平面上实现多种图形的焊接轨迹。另外也需要具有比较高频的振荡功能，在焊接过程中能够对熔池进行搅拌，有利于熔池中的气体排出同时优化焊接质量。视觉识别系统，需要能够识别出各种Hairpin接头的形状，同时也需要有一定的误差容许范围。