包含铜的部件的焊接方法以及旋转电机的制造方法

文档序号:53842 发布日期:2021-09-28 浏览:23次 >En<

阅读说明:本技术 包含铜的部件的焊接方法以及旋转电机的制造方法 (Method for welding copper-containing members and method for manufacturing rotating electric machine ) 是由 坂井哲男 黄川田昌和 于 2019-02-22 设计创作,主要内容包括:实施方式的包含铜的部件的焊接方法,具备对包含铜的第一部件与包含铜并与所述第一部件相邻地设置的第二部件进行激光焊接的工序。在对所述第一部件的焊接面及所述第二部件的焊接面照射激光时,使激光的照射位置以随着螺旋状旋转而接近螺旋的中心的方式移动,而使所述第一部件的焊接面及所述第二部件的焊接面熔融。(The method for welding a member including copper according to an embodiment includes a step of laser welding a first member including copper and a second member including copper and provided adjacent to the first member. When the welding surface of the first member and the welding surface of the second member are irradiated with the laser, the irradiation position of the laser is moved so as to approach the center of the spiral as the spiral rotates, and the welding surface of the first member and the welding surface of the second member are melted.)

包含铜的部件的焊接方法以及旋转电机的制造方法

技术领域

本发明的实施方式涉及包含铜的部件的焊接方法以及旋转电机的制造方法。

背景技术

有时对包含铜的部件彼此进行激光焊接。例如,在电动机、发电机等旋转电机中设置有卷绕于定子的线圈。线圈是将铜线卷绕多次而形成的,因此缺乏灵活性,若向狭缝插入已形成的线圈,则作业性显著变差。因此,将线圈分割成多个部件,在将多个部件插入到狭缝中后,对多个部件的端部彼此进行激光焊接,形成卷绕于定子的线圈。

在此,铜是导热率比铝等高、且熔点较高的材料。若导热率高,则焊接部的热容易释放,因此焊接变得困难。另外,若熔点高,则焊接变得更加困难。

另外,铜的具有容易形成高输出的红外区域的波长的激光的吸收率较低。另外,激光的吸收率根据包含铜的部件的成分比、包含铜的部件中的激光的照射位置的性状等而变动。

因此,在利用激光对包含铜的部件彼此进行焊接的情况下,难以使焊接部的品质稳定。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本特开2018-20340号公报

发明内容

发明解决的技术问题

本发明所要解决的技术问题在于,提供一种能够使焊接部的品质稳定的包含铜的部件的焊接方法、以及旋转电机的制造方法。

用于解决技术问题的手段

实施方式的包含铜的部件的焊接方法,具备对包含铜的第一部件与包含铜并和所述第一部件相邻地设置的第二部件进行激光焊接的工序。在对所述第一部件的焊接面以及所述第二部件的焊接面照射激光时,以随着螺旋状旋转而接近螺旋的中心的方式使激光的照射位置移动,使所述第一部件的焊接面以及所述第二部件的焊接面熔融。

附图说明

图1是用于例示本实施方式的定子的示意立体图。

图2是用于例示安装于定子铁芯之前的分段导体的示意图。

图3是用于例示分段导体的端部的折弯加工、以及分段导体的端面的焊接加工的示意图。

图4是用于例示激光的扫描的示意图。

图5的(a)是用于例示使激光的照射位置以直线状往复移动的情况的示意图。(b)是用于例示进行了(a)所示的照射的情况下的照射面的温度分布的示意图。

图6的(a)是用于例示使激光的照射位置从内侧朝向外侧呈螺旋状移动的情况的示意图。(b)是用于例示进行了(a)所示的照射的情况下的照射面的温度分布的示意图。

图7的(a)是用于例示使激光的照射位置从外侧朝向内侧呈螺旋状移动的情况的示意图。(b)是用于例示进行了(a)所示的照射的情况下的照射面的温度分布的示意图。

图8是比较例的焊接部的截面图片。

图9是使激光的照射位置从外侧朝向内侧呈螺旋状移动的情况下的焊接部的截面图片。

图10的(a)是用于例示使激光的照射位置从外侧朝向内侧呈螺旋状移动的情况的示意图。(b)是在螺旋的中心不使激光的扫描停止而直接继续从内侧朝向外侧使激光的照射位置呈螺旋状移动的情况。

图11是进行了图10的(a)、(b)中例示的激光的扫描的情况下的焊接部的截面图片。

图12是用于例示在使分段导体倾斜的状态下照射激光的情况的示意图。

图13是用于例示其他实施方式的激光的扫描的示意图。

图14是用于例示照射激光时的分段导体的配置的示意图。

图15是用于例示焊接前的分段导体的端部的图片。

图16的(a)、(b)是进行了图4所例示的激光的扫描的情况。

图17的(a)、(b)是进行了图9所例示的激光的扫描的情况。

具体实施方式

本发明例如能够应用于通过激光对包含铜的部件彼此进行对接焊接的技术。包含铜的部件的形态没有特别限定。例如,包含铜的部件的形态能够设为板状、棒状、线状等。

作为通过激光对包含铜的部件彼此进行对接焊接的装置,例如能够例示出马达、发电机等旋转电机中设置的线圈。因此,以下,作为一例,例示定子的制造方法,并且对包含铜的部件的焊接方法进行说明。另外,例示定子的制造方法,但本发明也能够应用于转子的制造方法。即,本发明能够应用于旋转电机的制造方法。

以下,参照附图对实施方式进行例示。另外,在各附图中,对相同的构成要素标注相同的附图标记,详细的说明适当省略。

图1是用于例示本实施方式的定子1的示意立体图。

如图1所示,在定子1中设置有定子铁芯2及线圈3。

定子铁芯2能够设为在定子1的轴向(图1中的Z方向)上层叠有多个环状的磁性体部件而成的结构。磁性体部件例如能够由电磁钢板(硅钢板)形成。定子铁芯2具有磁轭21和多个齿22。磁轭21呈筒状,位于定子铁心2的外周侧。多个齿22等间隔地设置于磁轭21的内周面。多个齿22分别具有从磁轭21的内周面朝向定子铁芯2的中心突出并且沿定子1的轴向延伸的形态。另外,设置于齿22与齿22之间的槽成为狭缝23。另外,齿22的形状、数量、大小并不限定于例示,能够根据设置有定子1的旋转电机的用途、大小、规格等而适当变更。

线圈3包括多个分段导体31。分段导体31的外观形状能够设为大致U字状。分段导体31设置于狭缝23的内部。分段导体31的端部从定子铁芯2的一个端面突出。分段导体31能够由截面为四边形的扁线(flat wire)形成。

一个分段导体31(相当于第一分段导体的一例)的端部和与其对应的分段导体31(相当于第二分段导体的一例)的端部被焊接。在图1中例示的情况下,一个分段导体31的端部和在定子铁芯2的径向上相邻的分段导体31的端部被焊接。因此,例如,一个分段导体31经由焊接部31a而与在定子铁芯2的径向上相邻的分段导体31的端部电连接。多个分段导体31被串联连接,从而形成1个线圈3。在该情况下,能够使多个线圈3在定子铁芯2的内侧环绕多圈。例如,如图1所例示的那样,U相、V相以及W相这3个线圈3能够在定子铁芯2的内侧绕3周。另外,线圈3和分段导体31的外观形状、数量、大小、环绕数等并不限定于例示,能够根据设置有定子1的旋转电机的用途、大小、规格等而适当变更。

分段导体31能够由导电率高的材料形成。分段导体31能够采用包含铜的导体。即,在本实施方式中,分段导体31成为“包含铜的部件”。分段导体31例如能够由所谓的纯铜、以铜为主成分的材料形成。

接着,对本实施方式的定子的制造方法进行说明。

首先,形成定子铁芯2。例如,形成多个具有磁轭21和成为多个齿22的部分的板状的磁性体部件。例如,磁性体部件能够通过利用冲裁加工对厚度为0.05mm~1.0mm左右的电磁钢板进行加工而形成。然后,层叠多个磁性体部件,例如对多个磁性体部件进行焊接或铆接而形成定子铁芯2。另外,定子铁芯2也能够通过对磁性材料粉末和树脂粘合剂进行加压成形而形成。

接着,形成线圈3。

首先,形成多个成为线圈3的构成要素的分段导体31。

图2是用于例示安装于定子铁芯2之前的分段导体31的示意图。

如图2所示,分段导体31例如能够通过将截面为四边形的扁线折弯而形成。分段导体31例如能够通过将扁线折弯成大致U字状而形成。扁线的截面尺寸例如能够设为3mm-4mm左右。扁线例如既可以是所谓的纯铜线,也可以是含有铜作为主成分的线。

接着,将多个分段导体31中的每一个安装于定子铁芯2的规定的狭缝23。例如,将多个分段导体31分别从定子铁芯2的轴向(图1中的Z方向)插入到规定的狭缝23。在该情况下,1个分段导体31跨越多个狭缝23而插入。本实施方式的线圈3可以是所谓的分布卷绕的线圈。另外,本实施方式的线圈3能够设为所谓的波状卷绕的线圈。

接着,将多个分段导体31的端部折弯,将相邻的分段导体31的端面31d彼此焊接。

图3是用于例示分段导体31的端部的折弯加工以及分段导体31的端面31d的焊接加工的示意图。

如图3所示,将分段导体31的端部31b向接近相邻的分段导体31的方向折弯。然后,进一步将分段导体31的前端部31c向定子铁芯2的轴向(图1中及图3中的Z方向)折弯。在定子铁芯2的径向上,分段导体31的前端部31c能够与相邻的分段导体31的前端部31c重叠。另外,在分段导体31的外表面被绝缘体覆盖的情况下,能够将覆盖分段导体31的前端部31c及端面31d的绝缘体剥离。

能够将如以上那样的折弯加工以使狭缝23一个一个错开的方式进行多组。例如,在形成U相、V相以及W相这3个线圈3的情况下,能够将安装的狭缝23一个一个错开而进行3组折弯加工。另外,为了避免变得复杂,在图3中,描绘了1组折弯加工及焊接加工。

另外,例示了在将多个分段导体31安装于狭缝23之后进行折弯加工的情况,但并不限定于此。例如,也能够对多个分段导体31实施折弯加工,并将实施了折弯加工的多个分段导体31分别安装于规定的狭缝23。在该情况下,能够将实施了折弯加工的分段导体31从定子铁芯2的内侧朝向外侧地进行安装。

接着,如图3所示,将相邻的分段导体31的端面31d彼此焊接。

焊接能够通过激光进行。焊接例如能够通过将具有红外区域的波长的激光照射至分段导体31的端面31d来进行。如果采用具有红外区域的波长的激光,则容易照射比较高的输出的激光。例如,激光的波长可以设为1040nm-1070nm左右。例如,激光的输出能够设为4kW左右。

例如,激光可以是光纤激光器(Fiber law)、盘激光器(Disk lab)等。另外,激光焊接机优选为能够连续射出激光的CW激光(Continuous wave laser)。另外,激光焊接机优选采用能够扫描激光的激光焊接机、例如采用具备电流镜等的焊接机。

通过将相邻的分段导体31的端面31d彼此焊接而形成焊接部31a。另外,多个分段导体31串联连接,从而形成1个线圈3。在该情况下,能够使狭缝23一个一个错开而形成多个线圈3。例如,能够使狭缝23一个一个错开,形成U相、V相以及W相这3个线圈3。

另外,关于分段导体31的端面31d的焊接的详细内容后述。

接着,将线圈3固定于定子铁芯2。例如,从线圈3的铅垂方向滴下清漆(varnish),将清漆向狭缝23的内部供给。接着,通过使清漆固化,将线圈3固定于定子铁心2。

如以上那样能够制造出定子1。

接着,进一步对分段导体31的端面31d的焊接进行说明。

如上所述,分段导体31包含铜。铜与铝等相比导热率高。因此,即使对分段导体31的端面31d照射激光,产生的热也在分段导体31传递并被散热,因此端面31d的温度不易上升。

另外,铜比铝等相比熔点高。因此,即使对分段导体31的端面31d照射激光,也难以使分段导体31的端面31d熔融。

在该情况下,如果增大激光的输出,则使分段导体31的端面31d熔融变得容易。为了增大激光的输出,只要采用具有红外区域的波长的激光即可。但是,具有红外区域的波长的激光难以被熔融前的铜吸收。另外,激光的吸收率根据分段导体31的材料的成分比、端面31d的性状(例如表面粗糙度等)而变动。

因此,即使仅将具有红外区域的波长的激光照射到分段导体31的端面31d,也难以使焊接部的品质稳定。

因此,在本实施方式的定子的制造方法中,如以下那样进行焊接。

图4是用于例示激光的扫描的示意图。

如图4所示,也可以在端面31d1与相邻的端面31d2之间设置有间隙。另外,也可以使端面31d1与相邻的端面31d2接触。

首先,对端面31d1照射激光。照射的开始位置100能够设为端面31d1的、端面31d2侧的边的附近。

接着,扫描激光的照射位置,使照射位置的轨迹成为螺旋状(螺旋状)。螺旋的形状可以为圆状或椭圆状。例如,在端面31d1、31d2的形状为正方形或长边与短边之差较小的长方形的情况下,螺旋的形状可以为圆状。例如,在端面31d1、31d2的形状为长边与短边之差较大的长方形的情况下,螺旋的形状能够设为具有与端面31d1、31d2的长边大致平行的长轴的椭圆状。

另外,激光的照射位置能够从螺旋的外侧向内侧移动。即,随着旋转而以朝向端面31d1、31d2的内侧的螺旋状来照射激光,使端面31d1、31d2熔融。

由所照射的激光产生的热以照射位置为中心呈放射状地传递。在该情况下,若使照射位置从螺旋的外侧朝向内侧移动,则使更多的热向螺旋的中心110侧传递变得容易。因此,使激光的照射区域的温度上升变得容易。

另外,螺旋状的照射能够持续多次进行。通过一次螺旋状的照射,有时端面31d1、31d2的温度上升变得不充分。在这样的情况下,只要重复进行螺旋状的照射即可。另外,螺旋状的照射的重复数能够根据端面31d1、31d2的大小等而适当变更。螺旋状的照射的重复数例如可以通过进行实验或模拟来适当决定。

图5的(a)是用于例示使激光的照射位置以直线状往复移动的情况的示意图。

图5的(b)是用于例示进行了图5的(a)所示的照射的情况下的照射面的温度分布的示意图。

图6的(a)是用于例示使激光的照射位置从内侧朝向外侧呈螺旋状移动的情况的示意图。

图6的(b)是用于例示进行了图6的(a)所示的照射的情况下的照射面的温度分布的示意图。

图7的(a)是用于例示使激光的照射位置从外侧朝向内侧呈螺旋状移动的情况的示意图。

图7的(b)是用于例示进行了图7的(a)所示的照射的情况下的照射面的温度分布的示意图。

另外,在图5的(b)、图6的(b)及图7的(b)中,温度分布以单调色的浓淡表示,温度越高则越淡,温度越低则越浓。

如果使照射位置直线状地往复移动,则如根据图5的(b)可知的那样,只能将照射面的一部分加热。

如果使照射位置从螺旋的内侧朝向外侧移动,则如根据图6的(b)可知的那样,能够对照射面的较宽的范围进行加热。但是,在照射面的一部分及其下方形成有温度低的区域。

与此相对,若使照射位置从螺旋的外侧朝向内侧移动,则如图7的(b)可知,能够将照射面整体大致均匀地加热。另外,照射面的下方也能够大致均匀地加热。即,如果使照射位置从螺旋的外侧朝向内侧移动,则使激光的照射区域的温度上升变得容易。因此,使包含导热率高且熔点高的铜的端面31d1、31d2熔融变得容易。另外,熔融后的铜的激光的吸收率高于熔融前的铜的激光的吸收率。因此,若端面31d1、31d2的熔融开始,则使端面31d1、31d2熔融进一步变得容易。

图8是比较例的焊接部的截面图片。图8是使激光的照射位置从内侧朝向外侧以螺旋状移动的情况下的焊接部的截面图片。即,图6的(a)、(b)的情况下的焊接部的截面图片。

图9是使激光的照射位置从外侧朝向内侧呈螺旋状移动的情况下的焊接部的截面图片。即,图7的(a)、(b)的情况下的焊接部的截面图片。

如前所述,由所照射的激光产生的热,以照射位置为中心呈放射状传递。因此,如图6的(a)所示,如果使照射位置从螺旋的内侧朝向外侧移动,则使螺旋的中心110侧的温度升高变得困难。其结果,如图8所示,难以增大焊接部的宽度L1及熔深D1。

与此相对,如果如图7的(b)所示那样使照射位置从螺旋的外侧朝向内侧移动,则使螺旋的中心110侧的温度升高变得容易。因此,如图9所示,使焊接部的宽度L2及熔深D2增大变得容易。其结果是,能够使焊接部的品质稳定。

但是,判明了如下情况,即,在使照射位置从螺旋的外侧朝向内侧移动的情况下,若在螺旋的中心110侧使激光的照射停止,则如图9所示,有时在焊接部的底部的中心产生空隙120。

空隙120产生的原因未必明确,但考虑若在螺旋的中心110侧使激光的照射停止则会产生急剧的温度降低,位于熔池内部的金属的蒸气被封入于焊接部的内部。

本发明人等进行了研究的结果是,得到如下见解:如果在螺旋的中心110或中心110的附近不使激光的扫描停止,而直接继续从内侧朝向外侧使激光的照射位置呈螺旋状移动,则能够抑制空隙120的产生。能够抑制空隙120的产生的原因未必明确。在该情况下,例如,如果在螺旋的中心110或者中心110的附近不使激光的扫描停止,则激光继续地照射在螺旋的中心110或者中心110的附近,因此能够抑制产生急剧的温度降低这一情况。因此,认为金属的蒸气容易向外部泄漏,空隙120的产生得到抑制。

图10的(a)是用于例示使激光的照射位置从外侧朝向内侧呈螺旋状移动的情况的示意图。

图10的(b)是在螺旋的中心110a不使激光的扫描停止,而直接继续从内侧朝向外侧使激光的照射位置呈螺旋状移动的情况。即,图10的(b)所例示的扫描在图10的(a)所例示的扫描中未中断地继续进行。

另外,在图10的(a)所例示的扫描和图10的(b)所例示的扫描中,由于未中断地继续进行,因此也能够表示为1个附图,但由于会变得繁杂,因此分为2个附图进行记载。

另外,在图10的(b)中,例示了超出了照射的开始位置100而进行照射的情况,但也可以在照射的开始位置100或其近前结束照射。另外,也可以不通过照射的开始位置100而通过照射的开始位置100的附近。在该情况下,如果超出了照射的开始位置100进行照射,则能够实现熔池的保温。照射的结束位置能够根据端面31d1、31d2的大小等而适当变更。照射的结束位置例如能够通过进行实验或模拟来适当决定。

另外,与前述同样地,能够多次连续地进行图10的(a)、(b)所例示的连续的照射。照射的重复数能够根据端面31d1、31d2的大小等而适当变更。照射的重复数例如可以通过进行实验或模拟来适当决定。

图11是进行了图10的(a)、(b)所例示的激光的扫描时的焊接部的截面图片。

从图11可知,如果进行图10的(a)、(b)所例示的激光的扫描,则与图9所示的焊接部同样地,能够增大焊接部的宽度L3以及熔深D3。另外,能够抑制在焊接部的底部的中心产生空隙120这一情况。即,能够使焊接部的品质更稳定。

如以上说明的那样,如果进行本实施方式的激光的照射,则即使是包含难以进行基于激光的焊接的铜的分段导体31,也能够容易地进行焊接,进而容易使焊接部31a的品质稳定。

另外,如图4、图10的(a)、图10的(b)所示,端面31d2的照射位置的轨迹的长度能够比端面31d1处的照射位置的轨迹的长度长。即,端面31d2的加热区域能够比端面31d1的加热区域宽。因此,端面31d2中的熔融金属的量比端面31d1中的熔融金属的量多。在该情况下,端面31d2的熔深比端面31d1的熔深更深。

根据本发明人们得到的见解,优选的使,端面31d2中的照射位置的轨迹的合计长度:端面31d1中的照射位置的轨迹的合计长度为6:4~7:3。这样,能够提高焊接部的品质。

另外,在如后述的图12所示那样使分段导体31倾斜的状态下照射激光L的情况下,优选使照射位置的轨迹的合计长度长的一方的端面比照射位置的轨迹的合计长度短的一方的端面靠上方。

在端面31d2中的照射位置的轨迹的长度比端面31d1中的照射位置的轨迹的长度长的情况下,能够在使分段导体31相对于重力方向(铅垂方向)倾斜的状态下照射激光。

在使分段导体31倾斜的情况下,能够使照射位置的轨迹的长度较长(加热区域较宽)的端面31d2与端面31d1相比在重力方向上位于靠上方的位置。这样,能够从熔融金属的量多的端面31d2侧朝向端面31d1侧供给熔融金属。在该情况下,端面31d1也被加热,因此在表面有熔融金属。因此,在端面31d1中熔融金属彼此混合而形成焊接部31a。若熔融金属彼此混合,则能够抑制界面产生等,因此能够抑制焊接强度降低,进而能够使焊接部31a的品质稳定。

图12是用于例示在使分段导体31倾斜的状态下照射激光L的情况的示意图。

如图12所示,将重力方向G与分段导体31的侧面31e所成的角度设为θ。在该情况下,若角度θ过大,则从端面31d2侧朝向端面31d1侧供给的熔融金属有可能从端面31d1排出。

根据本发明人们得到的见解,若将角度θ设为15°以下,则熔融金属停留在端面31d1上变得容易。

在该情况下,激光如图12所示,L能够从重力方向G照射。另外,激光L也能够从相对于重力方向G倾斜的方向照射。

如果进行本实施方式的激光的照射,则即使是包含难以进行基于激光的焊接的铜的分段导体31,也能够容易地进行焊接,进而容易使焊接部31a的品质稳定。

在此,如前所述,有时在端面31d1与端面31d2之间设置间隙S。若激光照射于间隙S,则激光会透过间隙S而对在分段导体31的下方设置的部件照射激光。因此,有时在分段导体31的下方设置的部件被激光损伤。如上所述,铜的激光吸收率较低,但当在分段导体31的下方设置的部件包含激光的吸收率高的材料的情况下,损伤的可能性变高。

因此,在端面31d1与端面31d2之间设置间隙S的情况下,优选在使分段导体31倾斜的状态下照射激光。若在使分段导体31倾斜的状态下照射激光,则照射到间隙S的激光容易入射到分段导体31的侧面31e,因此能够抑制激光照射到在分段导体31的下方设置的部件。

在该情况下,重力方向G与焊接的对象物的侧面(分段导体31的侧面31e)所成的角度θ,只要设为在从激光的照射方向观察时在间隙能够看到焊接的对象物的一部分(分段导体31的侧面31e)那样的角度即可。

图13是用于例示其他实施方式的激光的扫描的示意图。

图14是用于例示照射激光L时的分段导体31的配置的示意图。

如图13所示,照射的开始位置100能够设为端面31d1与端面31d2之间。另外,对激光的照射位置进行扫描,使照射位置的轨迹成为螺旋状。螺旋的形状能够设为与前述相同。激光的照射位置能够从螺旋的外侧向内侧移动。

在该情况下,端面31d2中的照射位置的轨迹的长度能够与端面31d1中的照射位置的轨迹的长度大致相同。即,端面31d2中的加热区域能够设为与端面31d1中的加热区域大致相同。因此,端面31d2中的熔融金属的量与端面31d1中的熔融金属的量大致相同。端面31d2中的熔深与端面31d1中的熔深大致相同。

在进行这样的激光L的扫描的情况下,如图14所示,能够使分段导体31的侧面31e与重力方向(铅垂方向)大致平行。例如,能够使前述的角度θ大致为0°。即,上述的角度θ能够设为“0°≤θ≤15°”。在该情况下,激光L能够如图14所示,从重力方向G照射。另外,激光L也能够从相对于重力方向G倾斜的方向照射。

如前所述,若在端面31d1与端面31d2之间设置有间隙S,则在分段导体31的下方设置的部件有可能损伤。因此,在角度θ为0°或较小的情况下,优选使端面31d1与端面31d2接触,或使间隙S尽量变小。

如果进行本实施方式的激光的照射,则即使是包含难以进行基于激光的焊接的铜的分段导体31,也能够容易地进行焊接,进而容易使焊接部31a的品质稳定。

另外,以上,例示了端面31d1和端面31d2处于大致同一平面的情况(端面31d1与端面31d2之间没有阶差的情况),但也可以一方的端面比另一方的端面突出。即,也可以在端面31d1与端面31d2之间存在阶差。但是,若阶差过大,则有可能抑制熔融金属的移动。因此,阶差优选为0mm以上且1mm以下。

另外,根据本发明人得到的见解,判明了如下情况:若分段导体31的端面熔融,则会产生具有特有的频率的声音。产生声音的主要原因未必是明确的,但可以如下那样认为。

若分段导体31的端面熔融而形成所谓的熔池,则处于熔池内部的熔融金属进一步被加热而产生金属的蒸汽。若产生金属的蒸气,则处于蒸气周围的熔融金属被推开等而使熔融金属振动。该振动传递到空气,从而产生声音。

产生的声音的频率有时根据分段导体31的材料的成分比、激光焊接的条件、处于熔池内部的熔融金属的温度、熔池的深度等而变动。例如,若熔池的深度变浅,则频率变高。例如,在熔池的深度较浅的情况下,产生具有1.5kHz~3kHz左右的频率的声音。当熔池的深度变深时,产生具有1.5kHz以下的频率的声音。

产生的声音的频率、频率与熔池的深度(熔深)的关系例如能够通过进行实验、模拟而预先知晓。

因此,如果检测出具有预先求出的频率的声音,则例如能够检测出焊接的开始。焊接的结束能够通过时间管理或螺旋状的照射的重复数等来决定。从焊接的开始到结束为止的时间、从焊接的开始到结束为止的螺旋状的照射的重复数例如能够通过进行实验、模拟而预先知晓。

另外,在激光的照射后即使经过规定的时间也未检测出声音的情况下,设为发生了异常,而能够中止激光焊接。

另外,通过检测出频率的变化,从而能够知道熔池的深度、即熔深。

以上,作为一例,说明了将本实施方式的包含铜的部件的焊接方法应用于定子1的制造方法中的情况。

即,本实施方式的包含铜的部件的焊接方法能够具备如下工序:对包含铜的第一部件(例如,分段导体31)和包含铜并与第一部件相邻地设置的第二部件(例如,分段导体31)进行激光焊接。在向第一部件的焊接面(例如,端面31d1)及第二部件的焊接面(例如,端面31d2)照射激光时,能够以随着螺旋状旋转而接近螺旋的中心110、110a的方式使激光的照射位置移动,而使第一部件的焊接面及第二部件的焊接面熔融。

在该情况下,能够以随着螺旋状旋转而接近螺旋的中心的方式使激光的照射位置移动,接着,使激光的照射位置从螺旋的中心或螺旋的中心的附近起、以随着螺旋状旋转而远离螺旋的中心的方式移动。

在该情况下,在照射激光时,能够使第一部件以及第二部件相对于重力方向倾斜。

另外,本实施方式的包含铜的部件的焊接方法也可以是,在照射激光时,使第一部件及第二部件相对于重力方向倾斜,对已倾斜的第一部件的焊接面及已倾斜的第二部件的焊接面以螺旋状照射激光,使已倾斜的第一部件的焊接面及已倾斜的第二部件的焊接面熔融。

在该情况下,在以螺旋状照射激光时,能够使激光的照射位置以随着螺旋状旋转而接近螺旋的中心的方式移动,接着,使激光的照射位置从螺旋的中心或螺旋的中心的附近起、以随着螺旋状旋转而远离螺旋的中心的方式移动。

另外,重力方向与第一部件的侧面所成的角度优选为0°以上且15°以下。重力方向与第二部件的侧面所成的角度优选为0°以上且15°以下。

另外,激光也可以以螺旋状进行多次照射。

另外,在进行激光焊接的工序中,能够检测出在第一部件的焊接面以及第二部件的焊接面中的至少任一个熔融时产生的具有规定的频率的声音,并基于检测出的声音来检测激光焊接的开始。

另外,本实施方式的包含铜的部件的焊接方法,可以是,在对所述第一部件的焊接面及所述第二部件的焊接面照射激光时,以螺旋状照射激光,而使所述第一部件的焊接面及所述第二部件的焊接面熔融,检测在所述第一部件的焊接面及所述第二部件的焊接面中的至少任一个熔融时产生的具有规定频率的声音,基于检测出的所述声音,检测所述激光焊接的开始。

在将本实施方式的包含铜的部件的焊接方法应用于旋转电机的制造方法的情况下,旋转电机的制造方法能够具备在多个狭缝中设置包含铜的线圈的工序。线圈包含多个分段导体,在设置线圈的工序中,多个分段导体的端面通过上述的包含铜的部件的焊接方法来焊接。

另外,以上说明的本实施方式的定子1的制造方法,是具备具有多个狭缝23的定子芯2和设置于多个狭缝23且包含多个分段导体31的线圈3的定子1的制造方法。在对第一分段导体的端面和第二分段导体的端面进行焊接的工序中,对第一分段导体的端面及第二分段导体的端面,以随着旋转而接近中心的螺旋状照射激光,使第一分段导体的端面及第二分段导体的端面熔融。

在该情况下,在照射激光时,第一分段导体以及第二分段导体相对于重力方向倾斜。

另外,在本实施方式的定子1的制造方法中,在对第一分段导体的端面与第二分段导体的端面进行焊接的工序中,第一分段导体及第二分段导体相对于重力方向倾斜。也可以对已倾斜的第一分段导体的端面及已倾斜的第二分段导体的端面以螺旋状照射激光,使已倾斜的第一分段导体的端面及已倾斜的第二分段导体的端面熔融。

重力方向与第一分段导体的侧面所成的角度能够设为10°以下。

重力方向与第二分段导体的侧面所成的角度能够设为10°以下。

激光能够以螺旋状进行多次照射。

能够检测在第一分段导体的端面以及第二分段导体的端面中的至少任一个熔融时产生的具有规定的频率的声音,并基于检测出的声音来检测焊接的开始。

另外,在本实施方式的定子1的制造方法中,在对第一分段导体的端面与第二分段导体的端面进行焊接的工序中,对第一分段导体的端面以及第二分段导体的端面以螺旋状照射激光,使第一分段导体的端面以及第二分段导体的端面熔融。另外,检测在第一分段导体的端面及第二分段导体的端面中的至少任一个熔融时产生的具有规定频率的声音。然后,基于检测出的声音,检测焊接的开始。

(实施例)

图15是用于例示焊接前的分段导体31的端部的图片。

图16的(a)、(b)是进行了图4所例示的激光的扫描的情况。

在该情况下,图4所例示的端面31d1、31d2的宽度W1为3.0mm,端面31d1、31d2的宽度W2为4.0mm。另外,端面31d1与端面31d2之间的间隙S为0.5mm。螺旋的最大半径为1.4mm。螺旋的间距为0.1mm。激光的波长为1040nm~1070nm。激光的输出为2.9kW。重力方向G与分段导体31的侧面31e所成的角度θ为10°。1次的螺旋状的照射的时间为1秒左右。

另外,图16的(a)是将螺旋状的照射的重复数设为3次的情况。在螺旋状的照射的重复数为3次的情况下,可知焊接部31a的形成不充分。

图16的(b)是将螺旋状的照射的重复数设为4次的情况。可知在螺旋状的照射的重复数为4次的情况下,焊接部31a的形成是充分的。

图17的(a)、(b)是进行了图17所例示的激光的扫描的情况。

在该情况下,图17所例示的端面31d1、31d2的宽度W1为3.0mm,端面31d1、31d2的宽度W2为4.0mm。另外,端面31d1与端面31d2之间的间隙S为0mm。即,在使端面31d1与端面31d2紧贴的状态下进行焊接。螺旋的最大半径为1.4mm。螺旋的间距为0.1mm。激光的波长为1040nm~1070nm。激光的输出设为3.0kW。重力方向G与分段导体31的侧面31e所成的角度θ为0°。1次的螺旋状的照射的时间为1秒左右。

另外,图17的(a)是将螺旋状的照射的重复数设为3次的情况。在螺旋状的照射的重复数为3次的情况下,可知焊接部31a的形成不充分。

图17的(b)是将螺旋状的照射的重复数设为4次的情况。可知在螺旋状的照射的重复数为4次的情况下,焊接部31a的形成是充分的。

以上,例示了本发明的几个实施方式,但这些实施方式是作为例子而提示的,并不意图限定发明的范围。这些新的实施方式能够以其他各种方式实施,在不脱离发明的主旨的范围内,能够进行各种省略、置换、变更等。这些实施方式及其变形例包含在发明的范围或主旨内,并且包含在权利要求书所记载的发明及其等同的范围内。另外,前述的各实施方式能够相互组合来实施。

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