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。
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。
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。
Hairpin电机相对于传统的铜线绕线组电机有三个主要优势。,Hairpin电机的槽满率高,在同样的插槽空间中,使用铜条会比使用铜线填充的面积更多,使得插槽的填充铜导体更多,从而提升了电机的效率。第二,Hairpin电机因为槽满率更高,铜条之间充分接触,能够更有效的冷却。而铜线电机,由于铜线之间还有空气,空气的冷却效率比直接接触的冷却效率更低,不利于电机的散热。第三,Hairpin电机的体积比铜线电机更小,性价比更高,更有助于车身轻量化。
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。