新能源汽车电机定子并头热熔焊接工艺

李晓峰，徐卫东，李 武，杨迅雷

(湘电莱特电气有限公司，湘潭 411101)

0 前言

新能源汽车电机功率密度高，结构紧凑，因此对定子端部尺寸提出了更高的要求[1].传统电机常采用如下并头工艺[2]：漆包线去漆→与电缆连接→火焰钎焊→包扎绝缘→电缆接头冷压.该工艺存在以下问题：(1)焊接效率低.焊接前需要去除漆包线表面漆膜，并用防护材料保护非焊接区域，费时费力；(2)焊接质量可控性差，操作技术要求高，焊接质量主要取决于操作者的技能水平；(3)电缆外径较粗，不利于保证端部尺寸；(4)能耗、焊接成本高，工作环境差，不环保.

国内外主流汽车电机厂家定子并头多采用漆包线本线引出的方式[3](如图1所示)，星点及接头焊接越来越多的厂家采用热熔焊接工艺，而不采用漆包线冷压连接[4]，主要因为漆包线直径较电缆导体线大，压接后与端子结合强度差，常常造成端子拉脱力难以满足标准[5]要求.

为此进行了相关验证，试件材料44-Φ0.63漆包线(压接位置去漆)及 SC16-8端子，压接工具为德国Klauke EK 60/22-L，试件数量为5件，拉脱力测试数据如表1所示.

图1 丰田Prius 2004(左)及2010(右)永磁电机

表1 漆包线冷压端子拉力测试数据

1 热熔焊接介绍

热焊熔接是把电极产生的电阻热传到端子上，利用其热量以及加压力进行压接.是利用电阻热能保证首先剥离导线的镀层，然后依靠端子的夹力来确保结合强度的热压工艺手段.

热熔接过程一般按下列方式进行：

(1)施加压力，将端子及漆包线固定；

(2)通电加热，将漆包线的导体及漆膜加热；进一步的加热，漆膜气化后，为铜线和铜线连接在一起提供条件；

(3)热态下保持压力，洁净后的铜线之间以及铜线和端子之间形成紧密连接；

(4)断电，压力需要继续保持一定时间；

(5)卸压，完成热熔焊接.

2 结构改进

2.1 原结构示例

该电机额定功率为30 kW，水冷结构，定子为4路并联，汇聚1个星点，每1路由3组漆包线(每组8根)并联而成，整个星点采用12组漆包线并联而成，共12×8=96根漆包线，绞紧后星点直径可达11 mm左右(如图2所示)；出线采用电缆一端与漆包线焊接，另一端与电缆接头冷压连接的方式.存在以下问题：(1)星点直径大，焊机功率也相应增大，设备投入高；(2)不利于后续的整形及保证端部尺寸；(3)漆包线盘整至星点距离较长，相应的绝缘套管及漆包线消耗较大.

图2 改进前1个星点

2.2 改进结构示例

改进后，拆成4个星点，每个星点直径3 mm左右(如图3所示)，方便整形操作，每个星点采用适配铜管，套入每一支路星点，以满足后续热熔焊接的要求；出线采用漆包线本线引出的方式.

图3 改进后4个星点

3 热熔焊接工艺试验

采用LN-RRJ65热熔焊接机进行星点与接头焊接.

设备需设定的工艺参数有：气压、焊接脉冲、焊接周波数及焊接电流，初步拟定气压0.3 MPa、焊接脉冲15、焊接周波数35.焊接电流决定了铜线漆膜气化洁净度和整个端子拉脱力，根据接头大小，厂家推荐焊接电流不小于35%，不高于40%，需选择不同的参数进行工艺验证，以确定合适的参数值.

3.1 星点焊接工艺参数的选择

星点焊接为24-ø0.63漆包线QP-2/200套入ø7.5×1.25×12铜管，再进行焊接.要求漆包线表面漆膜能全部气化，铜线表面洁净度好，无明显变形弯曲等现象.设定气压0.3 MPa、焊接脉冲15、焊接周波数35，制作3组样品，分析焊接电流35%、38%、40%的区别，其结果如表2所示.

表2 不同电流值星点焊接对比结果

切开端子观察(如图4所示)，1组和2组铜线表面漆膜已气化完全，铜线表面光亮，3组铜线表面有发暗现象，说明焊接电流过大.综合比较，确定星点焊接电流工艺参数为35%.

图4 不同电流值星点焊接切开对比图(从左至右为1、2、3)

3.2 接头焊接工艺参数的选择

接头焊接为32-ø0.63漆包线QP-2/200套入LN16-8接头，再进行焊接.设定气压0.3 MPa、焊接脉冲15、焊接周波数35；分析焊接电流35%、38%、40%的区别，结果如表3所示.

表3 不同电流值接头焊接对比结果

切开端子观察，1组和2组铜线表面漆膜已气化完全，铜线表面光亮，3组铜线表面有发暗现象，说明焊接电流过大.综合比较，确定接头焊接电流工艺参数为38%.

4 样品制作及对比验证

将工艺试验确定的工艺参数：气压0.3 MPa、焊接脉冲15、焊接周波数35、星点焊接电流35%、接头部位焊接电流38%输入设备中，制作4台汽车电机定子(如图5所示)，并抽取4台原采用气焊工艺[6]的同型号定子，测量三相电阻值，将数据进行对比如表4所示.

图5 热熔焊接汽车电机定子图

表4 热熔焊接与气焊制作定子三相电阻数据对比

分析上表可知，热熔焊接样品其电阻值及电阻不平衡率均优于气焊样品，且不平衡率在原有基础上降低约30%，能更好地保证电机的运行性能.

5 结语

采用热熔焊接漆包线本线引出工艺技术，可节省引出电缆，去掉噪音粉尘大的去漆工序.经过测算，以30 kW汽车电机为例，单台可节约材料成本24元，工时成本4元；按年产量10000台计算，每年可节约28万元，经济效益十分可观.另焊接工序采用设定的工艺参数精确控制，对操作者技能要求大大降低，焊接质量得到可靠保证.

本文分析了冷压连接、火焰钎焊在新能源汽车电机定子并头工艺中的不足，应用了一种热熔焊接工艺，并对工艺参数进行了摸索验证.通过对比及分析，热熔焊接定子性能优于火焰钎焊定子，且降低了制造成本，有效提升了定子并头焊接质量.