發(fā)卡電機,因其定子繞組的形狀像“發(fā)卡”而得名。定子制造過程中,繞組被做成像發(fā)卡一樣的形狀,一端穿進定子槽內,另外一端按設計把發(fā)卡的端部焊接起來。發(fā)卡的端部焊接是發(fā)卡電機生產中為關鍵的工序之一,焊接質量與產品的終性能密切相關。發(fā)卡電機端部焊接的傳統(tǒng)焊接方法一般為TIG焊,因其效率低,熱影響大等緣故,近年來也有廠家嘗試采用高功率光纖激光焊接的方式來替代TIG焊。高功率光纖激光的運用,使得焊接效率得到大幅提升,但同時伴有設備成本增加等問題。光纖激光波段屬于近紅外,對于銅材焊接吸收率較低,焊接過程極易產生飛濺,并附于產品內部,導致產品性能下降。
發(fā)卡電機有效銅的面積可以提高20%以上,傳統(tǒng)電機有效銅槽滿率只有45%左右,發(fā)卡電機能做到70%左右。永磁電機損耗由繞組銅耗、鐵耗、風磨雜散、磁鋼渦流損耗,其中繞組銅耗占比50%以上,銅耗大小又和繞組電阻成正比,減小繞組電阻能直接降低銅耗、提升電機效率和功率密度。
在組裝過程中,會將各個銅制發(fā)卡繞組裝載到定子槽中。然后,將相鄰銅制發(fā)卡繞組的末端焊接在一起,實現電路連接。在焊接完整個電機后,像傳統(tǒng)電機的繞組一樣,所有發(fā)卡將形成一條較長的絞合導線。
激光焊接在銅材焊接上,考慮到的是材料對激光的吸收率問題。在1060nm(CO2激光器)激光波長下,銅材對激光的吸收率只有10%左右,在激光波長為500nm的綠光波段范圍內,銅材對激光的吸收率較高,目前的技術尚達不到很深的熔深。但是銅在熔化狀態(tài)下,對激光的吸收率能夠達到較高的水平,于是使用高功率固體激光器來達到破孔效應,能夠使得激光焊接銅材成為可能。
激光焊接目前比較常見的方案是使用激光頭匹配相應的視覺識別系統(tǒng)。激光頭部分是帶X,Y兩個維度的振鏡系統(tǒng),能夠在焊接平面上實現多種圖形的焊接軌跡。另外也需要具有比較高頻的振蕩功能,在焊接過程中能夠對熔池進行攪拌,有利于熔池中的氣體排出同時優(yōu)化焊接質量。視覺識別系統(tǒng),需要能夠識別出各種Hairpin接頭的形狀,同時也需要有一定的誤差容許范圍。
激光在焊接Hairpin接頭時,容易出現如圖6中的五種缺陷,分別是:焊縫不規(guī)則,焊縫凹陷,焊縫咬邊,焊瘤,氣孔及缺陷。這五種缺陷屬于第三步沒有控制好的缺陷,可以通過改善焊接的功率、速度、振蕩頻率來改善工藝參數匹配,能夠得到良好的焊接結果。如果當前的激光頭不能焊接出較好的焊縫,則可以通過選擇光束質量更好的激光器,或者傳輸光束質量更穩(wěn)定的激光頭來進行焊接,例如,有時激光頭冷卻不穩(wěn)定也容易影響焊接質量。