[发明专利]用于超声波接头中的表面预处理的方法和装置

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2008年10月24日递交的美国临时专利申请 No.61/108,176的优先权。

技术领域

本发明总体上涉及诸如电动机的电力设备，更具体地说， 涉及在这些部件的制造中采用的接合方法。

背景技术

混合动力汽车和电动汽车经常采用电牵引的电动机，其 与传统的电动机相同，通常包括定子和转子。定子通常是静止的，而 转子相对于定子旋转。在交流(“AC”)电动机中，定子容纳电流承 载部件，该电流承载部件产生与转子相互作用的磁场。

某种高功率电动机(如图1中所示)可包括介于铜线绕 组之间的大量焊接接头。铜线绕组传统上通过熔焊工艺被接合，例如 金属惰性气体(MIG)焊接、等离子电弧焊接(PAW)、或者激光焊接。 由于其特定属性，MIG焊接工艺需要一定时间来熔化高传导性的铜，而 其结果是，可导致对相邻的铜线上的搪瓷涂层造成潜在的热损伤。飞 溅(spatters)和铜线之间的装配和对准的敏感性也是常见的缺点。 PAW可不需要焊丝，因此不存在飞溅问题；但是，其仍然具有很多与 MIG工艺相同的缺点。并且，激光焊接在对准和装配方面比较敏感，且 其设备和操作都很昂贵。

发明内容

因此，期望提供一种在铜线绕组等之间形成接头的改进 的方法。并且，在结合附图和前述技术领域及背景技术的情况下，本 发明的其它期望的特征和特性将通过后续的详细描述和所附权利要求 而变得清楚。

附图说明

图1示出根据一个实施方式的具有铜线绕组的电动机定 子；

图2为超声焊接工具和部件的示意图；

图3示出不同负载状态下的两个固体铜线之间的超声焊 接接头的示意图；

图4-6示出用于超声焊接的铜线结合面状态的示意图；

图7示出根据本发明的两个绕线端的联结的示意图。

具体实施方式

本发明总体上涉及在电动机部件中形成超声焊接的改进 的方法。在这方面，下面的详细说明仅为说明性的，而并非旨在限制 该发明或其应用，也不限制该发明的用途。并且，之前的技术领域、 背景技术、发明内容或下面的详细说明中出现的任何明示或暗示的理 论的目的都不在于限制本发明。为了简明起见，与焊接及电动机的结 构和操作相关的传统技术在本文不再描述。在实际的实施方式中可具 有很多可替换的或附加的功能性关系或实体连接。

总体上，本发明提供一种方法，该方法用于通过下述方 式接合电动机定子等的绕线的端部：即预处理每个端部处的表面(例 如通过移除任何搪瓷涂层)、使预处理过的表面变形以产生压花、条 纹或任何其它三维特征、然后将这两个表面超声联结在一起以在绕线 之间产生改进的联结。因为所得到的三维特征明显大于典型的超声焊 接的焊接深度，因此提高了所得到的接头强度，特别是相对于张开型 应力条件(opening mode stress conditions)的。

如本领域所知的那样，如图2所示的超声焊接为固体状 态焊接工艺，其中通过施加力和高频振动能量，固体状态联结的薄层 在工件的结合(接合)面处产生。与之前提到的MIG焊接工艺相比， 超声焊接相对较快、较“冷”且较“清洁”。并且，其在采用诸如铜 的软材料的情况下能很好地工作，并且不需要损耗件。另外，其对对 准条件也不敏感。

尽管超声焊接是批量生产电动机时接合铜线的有利工 艺，但是当通过超声焊接工艺接合粗铜线(例如具有3mm×4mm横截面 的线)时，存在一个问题。具体而言，所得到的超声焊接接头通常具 有足够的剪切强度(图3(a))，但在张开模式(图3(b))下强度 不足。这是因为，在张开模式的负载下，应力不是分布在整个接头区 域，而是集中在两个铜线之间的“凹口”的尖端上。

根据本发明，提高了在这种张开模式负载下的粗规格铜 线之间的超声焊接接头的强度。参见图4-6，根据本发明的方法在超声 焊接之前在结合面(即待联结的表面)上故意形成条纹或压花痕迹。 通过这种结合面预处理，超声焊接强度可通过多种方式被提高。

图4示出绕线10的端部。如图所示，通过移除任何可能 出现在线10上的搪瓷或其它绝缘层12，暴露出基本平坦的表面15。 绝缘层12可以通过化学方式、机械方式或通过任何适合的过程被移除。