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。
在蓝光复合焊接过程中,红外激光和蓝光激光同时作用于材料,由于材料对蓝光的吸收率高,能使温度迅速上升进而形成液态熔池,红外激光的吸收率也因为材料状态改变而进一步提高,在达到焊接效果同时,大幅降低光纤激光的功率,减少成本。蓝光激光因其持续作用于熔池表面,能维持匙孔及熔池的稳定性,大幅减少焊接飞溅的产生,从而使产品性能达到更优效果。
发卡电机也是扁铜线电机,扁铜线电机很多行业都有应用,比如:大功率异步电机、矿山电机、直流电机、风力发电机、火力发电机、大功率的牵引机电机、8000磅以上的绞盘电机、机车电机等等,国内也做了很多年了,说起来也挺成熟的。
发卡电机有效铜的面积可以提高20%以上,传统电机有效铜槽满率只有45%左右,发卡电机能做到70%左右。永磁电机损耗由绕组铜耗、铁耗、风磨杂散、磁钢涡流损耗,其中绕组铜耗占比50%以上,铜耗大小又和绕组电阻成正比,减小绕组电阻能直接降低铜耗、提升电机效率和功率密度。
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。
随着技术发展,目前扁线电机已在各个领域适用有;新能源汽车电机、风力发电机、火力发电机、机车电机等。其中新能源汽车电机追求高功率、小体积、高转矩、高转速等性能。也由以前的圆铜线设计转变为扁铜线设计,扁线电机有效铜的面积可以提高20%以上,传统电机有效铜槽满率只有45%左右,扁线电机能做到70%左右;绕组表面积大,散热面积大;绕组每匝之间空隙小,热传导更好。
激光聚焦在两个相邻的铜线上。在这种情况下,光束无需振荡或“摆动”。两条光束可同时开启。铜的温度越低,能够吸收的激光就越少。因此,初只有中心点区域的铜才能熔化(即使中心光束和环形光束的功率相同,但较小中心光束的功率密度要高得多)。初始熔池形成后,周围材料的温度升高,环形光束的功率也因此被更强烈地吸收。
激光在焊接Hairpin接头时,容易出现如图6中的五种缺陷,分别是:焊缝不规则,焊缝凹陷,焊缝咬边,焊瘤,气孔及缺陷。这五种缺陷属于第三步没有控制好的缺陷,可以通过改善焊接的功率、速度、振荡频率来改善工艺参数匹配,能够得到良好的焊接结果。如果当前的激光头不能焊接出较好的焊缝,则可以通过选择光束质量更好的激光器,或者传输光束质量更稳定的激光头来进行焊接,例如,有时激光头冷却不稳定也容易影响焊接质量。
目前,激光焊接是焊接Hairpin电机的具有发展潜力的方案,但是受限于成本原因,激光焊接的推广还是需要时间。激光焊接相对于其他焊接方式有的优势,但是也有其自身的一些焊接难点,大部分的焊接参数缺陷是可以解决的,只需要克服一些难点。