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。
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。