新能源汽車電機(jī)定子并頭熱熔焊接工藝

李曉峰，徐衛(wèi)東，李 武，楊迅雷

(湘電萊特電氣有限公司，湘潭 411101)

0 前言

新能源汽車電機(jī)功率密度高，結(jié)構(gòu)緊湊，因此對(duì)定子端部尺寸提出了更高的要求[1].傳統(tǒng)電機(jī)常采用如下并頭工藝[2]：漆包線去漆→與電纜連接→火焰釬焊→包扎絕緣→電纜接頭冷壓.該工藝存在以下問題：(1)焊接效率低.焊接前需要去除漆包線表面漆膜，并用防護(hù)材料保護(hù)非焊接區(qū)域，費(fèi)時(shí)費(fèi)力；(2)焊接質(zhì)量可控性差，操作技術(shù)要求高，焊接質(zhì)量主要取決于操作者的技能水平；(3)電纜外徑較粗，不利于保證端部尺寸；(4)能耗、焊接成本高，工作環(huán)境差，不環(huán)保.

國(guó)內(nèi)外主流汽車電機(jī)廠家定子并頭多采用漆包線本線引出的方式[3](如圖1所示)，星點(diǎn)及接頭焊接越來越多的廠家采用熱熔焊接工藝，而不采用漆包線冷壓連接[4]，主要因?yàn)槠岚€直徑較電纜導(dǎo)體線大，壓接后與端子結(jié)合強(qiáng)度差，常常造成端子拉脫力難以滿足標(biāo)準(zhǔn)[5]要求.

為此進(jìn)行了相關(guān)驗(yàn)證，試件材料44-Φ0.63漆包線(壓接位置去漆)及 SC16-8端子，壓接工具為德國(guó)Klauke EK 60/22-L，試件數(shù)量為5件，拉脫力測(cè)試數(shù)據(jù)如表1所示.

圖1 豐田Prius 2004(左)及2010(右)永磁電機(jī)

表1 漆包線冷壓端子拉力測(cè)試數(shù)據(jù)

1 熱熔焊接介紹

熱焊熔接是把電極產(chǎn)生的電阻熱傳到端子上，利用其熱量以及加壓力進(jìn)行壓接.是利用電阻熱能保證首先剝離導(dǎo)線的鍍層，然后依靠端子的夾力來確保結(jié)合強(qiáng)度的熱壓工藝手段.

熱熔接過程一般按下列方式進(jìn)行：

(1)施加壓力，將端子及漆包線固定；

(2)通電加熱，將漆包線的導(dǎo)體及漆膜加熱；進(jìn)一步的加熱，漆膜氣化后，為銅線和銅線連接在一起提供條件；

(3)熱態(tài)下保持壓力，潔凈后的銅線之間以及銅線和端子之間形成緊密連接；

(4)斷電，壓力需要繼續(xù)保持一定時(shí)間；

(5)卸壓，完成熱熔焊接.

2 結(jié)構(gòu)改進(jìn)

2.1 原結(jié)構(gòu)示例

該電機(jī)額定功率為30 kW，水冷結(jié)構(gòu)，定子為4路并聯(lián)，匯聚1個(gè)星點(diǎn)，每1路由3組漆包線(每組8根)并聯(lián)而成，整個(gè)星點(diǎn)采用12組漆包線并聯(lián)而成，共12×8=96根漆包線，絞緊后星點(diǎn)直徑可達(dá)11 mm左右(如圖2所示)；出線采用電纜一端與漆包線焊接，另一端與電纜接頭冷壓連接的方式.存在以下問題：(1)星點(diǎn)直徑大，焊機(jī)功率也相應(yīng)增大，設(shè)備投入高；(2)不利于后續(xù)的整形及保證端部尺寸；(3)漆包線盤整至星點(diǎn)距離較長(zhǎng)，相應(yīng)的絕緣套管及漆包線消耗較大.

圖2 改進(jìn)前1個(gè)星點(diǎn)

2.2 改進(jìn)結(jié)構(gòu)示例

改進(jìn)后，拆成4個(gè)星點(diǎn)，每個(gè)星點(diǎn)直徑3 mm左右(如圖3所示)，方便整形操作，每個(gè)星點(diǎn)采用適配銅管，套入每一支路星點(diǎn)，以滿足后續(xù)熱熔焊接的要求；出線采用漆包線本線引出的方式.

圖3 改進(jìn)后4個(gè)星點(diǎn)

3 熱熔焊接工藝試驗(yàn)

采用LN-RRJ65熱熔焊接機(jī)進(jìn)行星點(diǎn)與接頭焊接.

設(shè)備需設(shè)定的工藝參數(shù)有：氣壓、焊接脈沖、焊接周波數(shù)及焊接電流，初步擬定氣壓0.3 MPa、焊接脈沖15、焊接周波數(shù)35.焊接電流決定了銅線漆膜氣化潔凈度和整個(gè)端子拉脫力，根據(jù)接頭大小，廠家推薦焊接電流不小于35%，不高于40%，需選擇不同的參數(shù)進(jìn)行工藝驗(yàn)證，以確定合適的參數(shù)值.

3.1 星點(diǎn)焊接工藝參數(shù)的選擇

星點(diǎn)焊接為24-?0.63漆包線QP-2/200套入?7.5×1.25×12銅管，再進(jìn)行焊接.要求漆包線表面漆膜能全部氣化，銅線表面潔凈度好，無明顯變形彎曲等現(xiàn)象.設(shè)定氣壓0.3 MPa、焊接脈沖15、焊接周波數(shù)35，制作3組樣品，分析焊接電流35%、38%、40%的區(qū)別，其結(jié)果如表2所示.

表2 不同電流值星點(diǎn)焊接對(duì)比結(jié)果

切開端子觀察(如圖4所示)，1組和2組銅線表面漆膜已氣化完全，銅線表面光亮，3組銅線表面有發(fā)暗現(xiàn)象，說明焊接電流過大.綜合比較，確定星點(diǎn)焊接電流工藝參數(shù)為35%.

圖4 不同電流值星點(diǎn)焊接切開對(duì)比圖(從左至右為1、2、3)

3.2 接頭焊接工藝參數(shù)的選擇

接頭焊接為32-?0.63漆包線QP-2/200套入LN16-8接頭，再進(jìn)行焊接.設(shè)定氣壓0.3 MPa、焊接脈沖15、焊接周波數(shù)35；分析焊接電流35%、38%、40%的區(qū)別，結(jié)果如表3所示.

表3 不同電流值接頭焊接對(duì)比結(jié)果

切開端子觀察，1組和2組銅線表面漆膜已氣化完全，銅線表面光亮，3組銅線表面有發(fā)暗現(xiàn)象，說明焊接電流過大.綜合比較，確定接頭焊接電流工藝參數(shù)為38%.

4 樣品制作及對(duì)比驗(yàn)證

將工藝試驗(yàn)確定的工藝參數(shù)：氣壓0.3 MPa、焊接脈沖15、焊接周波數(shù)35、星點(diǎn)焊接電流35%、接頭部位焊接電流38%輸入設(shè)備中，制作4臺(tái)汽車電機(jī)定子(如圖5所示)，并抽取4臺(tái)原采用氣焊工藝[6]的同型號(hào)定子，測(cè)量三相電阻值，將數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比如表4所示.

圖5 熱熔焊接汽車電機(jī)定子圖

表4 熱熔焊接與氣焊制作定子三相電阻數(shù)據(jù)對(duì)比

分析上表可知，熱熔焊接樣品其電阻值及電阻不平衡率均優(yōu)于氣焊樣品，且不平衡率在原有基礎(chǔ)上降低約30%，能更好地保證電機(jī)的運(yùn)行性能.

5 結(jié)語

采用熱熔焊接漆包線本線引出工藝技術(shù)，可節(jié)省引出電纜，去掉噪音粉塵大的去漆工序.經(jīng)過測(cè)算，以30 kW汽車電機(jī)為例，單臺(tái)可節(jié)約材料成本24元，工時(shí)成本4元；按年產(chǎn)量10000臺(tái)計(jì)算，每年可節(jié)約28萬元，經(jīng)濟(jì)效益十分可觀.另焊接工序采用設(shè)定的工藝參數(shù)精確控制，對(duì)操作者技能要求大大降低，焊接質(zhì)量得到可靠保證.

本文分析了冷壓連接、火焰釬焊在新能源汽車電機(jī)定子并頭工藝中的不足，應(yīng)用了一種熱熔焊接工藝，并對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行了摸索驗(yàn)證.通過對(duì)比及分析，熱熔焊接定子性能優(yōu)于火焰釬焊定子，且降低了制造成本，有效提升了定子并頭焊接質(zhì)量.