焊接设备的制作方法

本发明涉及焊接设备。本发明特别地涉及适合用于将第三导体接合至第一导体的焊接设备，第三导体定位在第一导体与第二导体之间，第一导体和第二导体以狭小的间隔平行于彼此延伸。

背景技术：

日本未经审查的专利申请公报no.2017-73920(jp2017-73920a)公开了一种层压单元，在层压单元中，汇流条与层压的多个电源卡中的每个电源卡连接。端子从电源卡中的每个电源卡沿相同的方向延伸，并且端子排列成行。端子之间的间隔是狭小的。在狭小的间隔中，汇流条接合至端子中的每个端子。

技术实现要素：

具有使用激光(焊接激光)将端子与汇流条焊接至彼此的实例。当相邻的端子之间的间隔是狭小的并且汇流条在该间隔中被焊接至端子中的一个端子时，焊接激光必须沿相对于端子和汇流条的排列方向的斜线方向照射汇流条或端子。在这种情况下，由汇流条或端子反射的反射激光可以照射与端子连接的装置。这不仅应用在端子和汇流条上，而且应用在第三导体被焊接至第一导体的情况，第三导体定位在平行于彼此延伸的第一导体与第二导体之间。本说明书提供了一种适合用于将第三导体接合至第一导体的焊接设备，第三导体定位在以狭小的间隔平行于彼此延伸的第一导体与第二导体之间。

本说明书中公开的焊接设备包括夹具和激光照射设备。夹具包括第一抓持器和第二抓持器，并且第一抓持器和第二抓持器中的至少一者能够移动。夹具能够将第一导体和第三导体夹持在抓持器之间。激光照射设备构造成沿相对于第一导体、第二导体和第三导体的排列方向的斜线方向朝向第三导体发出焊接激光。激光照射设备能够改变焊接激光的照射点使得照射点在第三导体的给定范围内移动。第一抓持器包括接触表面和面向接触表面的面对部分，接触表面与第一导体接触。面对部分在第一抓持器中设置成使得面对部分在夹具夹持第一导体和第三导体的状态下定位在第二导体与第三导体之间。然后，在夹具夹持第一导体和第三导体的状态中，面对部分和第二抓持器定位成阻挡焊接激光的在第三导体的给定范围内反射的反射激光的光学路径。换句话说，本说明书中公开的焊接设备的两个构件阻挡焊接激光的反射激光，所述两个构件为第二抓持器和面对部分。

夹具的第一抓持器和第二抓持器相对于彼此移动。当第一抓持器和第二抓持器彼此相距甚远时，第二抓持器移动靠近面对部分。因此，第二抓持器和面对部分两者容易插入在第二导体与第三导体之间。当第一抓持器和第二抓持器夹持第一导体和第三导体时，第二抓持器与第三导体接触。与此同时，照射第三导体的焊接激光的照射点在焊接范围内移动。反射激光的光学路径也改变。在焊接设备中，第二抓持器阻挡靠近第二导体的一侧的反射激光的光学路径，并且面对部分阻挡远离第二导体的一侧的反射激光的光学路径。当第三导体焊接在以狭小的间隔平行于彼此延伸的第一导体与第二导体之间时，焊接设备能够阻挡焊接激光的反射激光，由此防止了焊接激光的反射激光照射与第一导体等连接的装置。而且，夹具的相对移动的第一抓持器设置有阻挡反射激光的面对部分。因此，第二抓持器和面对部分容易插入在第一导体与第二导体之间的狭小间隔中。

当平行于第一导体延伸的第二导体比计划位置靠近第一导体时，以斜线的方式发出的焊接激光可能被第二导体阻挡。因此，在本说明书中公开的焊接设备中，面对部分的第一表面与第一抓持器的接触表面之间的距离可以和第一导体与第二导体之间的距离相等。此处面对部分的第一表面位于面对部分的与面向第一抓持器的接触表面的一侧相反的一侧。在具有以上构型的夹具中，当第一抓持器和第二抓持器夹持第一导体和第三导体时，面对部分与第二导体接触。当第二导体比计划位置靠近第一导体时，第一抓持器的面对部分使第二导体远离第一导体移动。因此，防止了沿斜线方向发出的焊接激光被第二导体阻挡。“面对部分的表面与第一抓持器的接触表面之间的距离，该面对部分的表面位于面对部分的与面向第一抓持器的接触表面的一侧相反的一侧”仅需要和第一导体与第二导体之间的距离几乎相等。

面对部分的第二表面的在靠近第一抓持器的接触表面的一侧的部分可以与焊接激光的光学路径平行，面对部分的第二表面面向焊接激光的光学路径。通过这种形状，可以将面对部分设置成靠近焊接激光的光学路径。

给定范围可以是第三导体焊接至第一导体的焊接范围。将在下面“具体实施方式”中对本说明书中公开的技术的细节和其他改进进行描述。

附图说明

下面将参照附图对本发明的示例性实施方式的特征、优点以及技术和工业意义进行描述，在附图中，相同的标记指代相同的元件，并且其中：

图1是包括具有由根据示例的焊接设备焊接的导体的装置(层压单元)的电力转换器的立体图；

图2是包括层压单元的电力转换器的分解图；

图3是夹具(第一抓持器和第二抓持器)的远端部的立体图；

图4是夹具(第一抓持器和第二抓持器)的远端部的平面图；

图5是(在夹持之前)设置有层压单元的焊接设备的截面图；

图6是(在夹持之后)设置有层压单元的焊接设备的截面图；以及

图7是(当右端子6b弯曲时)设置有层压单元的焊接设备的截面图。

具体实施方式

在根据示例描述焊接设备之前，给出关于要被焊接的对象的一个示例的描述。要被焊接的对象是层压单元中的端子，在该层压单元中多个电源卡中的每个电源卡以及多个冷却器中的每个冷却器以交替的方式层压。图1是包括层压单元9的电力转换器2的立体图，以及图2是电力转换器2的分解立体图。

电力转换器2包括层压单元9、电容器模块40、正极汇流条20以及负极汇流条30。在层压单元9中，多个电源卡3中的每个电源卡以及多个冷却器4中的每个冷却器以交替的方式层压。正极汇流条20和负极汇流条30将层压单元9与电容器模块40电连接。电力转换器2是包括电压转换器和逆变器的装置。电压转换器和逆变器两者使用多个功率晶体管。功率晶体管产生大量热。为了集中地冷却功率晶体管，在电力转换器2中，电压转换器和逆变器的功率晶体管被合并在层压单元9中。此外，电力转换器2包括大电容器以使大电流平滑化。大电容器元件容置在电容器模块40中。为了连接电源卡3内侧的功率晶体管与电容器元件，具有低内阻抗的汇流条20、30被使用。

在每个电源卡3中，包括串联连接的两个功率晶体管。两个功率晶体管的串联连接中的位于高电位侧的端子(正电极端子6)、位于低电位侧的端子(负电极端子7)以及中点端子(中点端子8)从电源卡3的上表面延伸。冷却器4被层压成夹持电源卡3中的每个电源卡。在图1和图2中，附图标记3仅给予附图中的最左边的电源卡，并且省略了剩余的电源卡的附图标记。另外，在图1和图2中，附图标记4仅给予最左边的两个冷却器和最右边的冷却器，并且省略了剩余的冷却器的附图标记。经由电源卡3彼此相邻的冷却器4通过两个连接管5来连接。电容器模块40是其中电容器元件41用树脂来密封的模块。

正极汇流条20由单个金属板(通常为铜)制成。正极汇流条20包括宽的板状本体部分21、电极部分25以及多个分支部分22。电极部分25从本体部分21的边缘延伸并且与电容器元件41的正电极41a连接。分支部分22中的每个分支部分从本体部分21几乎竖向地延伸。本体部分21设置有排列成行的多个孔24，并且除了附图中最左边的分支部分22以外所有的分支部分22分别从孔24的边缘延伸。当正极汇流条20组装至层压单元9时，电源卡3的正电极端子6分别穿过孔24。正电极端子6具有平坦的板形状，并且正极汇流条20的分支部分22也具有平坦的板形状。正电极端子6的沿x轴的负方向的表面与分支部分22的沿x轴的正方向的表面通过焊接激光彼此接合。分支部分22的沿x轴的正方向的表面与接合至正电极端子6的接合表面22a对应。

负极汇流条30也由单个金属板(通常为铜)制成。负极汇流条30包括宽的板状本体部分31、电极部分35以及多个分支部分32。电极部分35从本体部分31的边缘延伸并且与电容器元件41的负电极41b连接。分支部分32中的每个分支部分从本体部分31几乎竖向地延伸。本体部分31设置有排列成行的多个孔34，并且除了附图中最左边的分支部分32以外所有的分支部分32分别从孔34的边缘延伸。此外，另外的多个孔39紧邻排列成行的孔34的行排列成行。当负极汇流条30组装至层压单元9时，电源卡3的负电极端子7分别穿过孔34，并且正电极端子6分别穿过孔39。正电极端子6不与孔34的边缘接触，而因此正电极端子6与负极汇流条30保持彼此绝缘。

负电极端子7具有平坦的板形状，并且负极汇流条30的分支部分32也具有平坦的板形状。负电极端子7的沿x轴的负方向的表面与分支部分32的沿x轴的正方向的表面通过焊接激光彼此接合。分支部分32的沿x轴的正方向的表面与接合至负电极端子7的接合表面32a对应。另一汇流条(未示出)接合至中点端子8。

如图1中所示，电源卡3的正电极端子6是平坦的金属板并且沿x方向排列成行使得平坦板的宽表面面向彼此。相邻的正电极端子6之间的间隔是狭小的。正极汇流条20的分支部分22中的每个分支部分在狭小的间隔中的一侧接合至正电极端子6。分支部分22也是平坦的板，并且分支部分22的宽表面分别接合至正电极端子6的宽表面。类似地，负电极端子7沿x方向排列成行使得其宽表面面向彼此，并且相邻的负电极端子7之间的间隔是狭小的。负极汇流条30的分支部分32中的每个分支部分在狭小的间隔中的一侧接合至负电极端子7。分支部分32也是平坦的板，并且分支部分32中的每个分支部分的宽表面在一侧接合至负电极端子7的宽表面。

根据该示例的焊接设备100被描述。此处，给出关于使用示例情况的焊接设备的描述，在该示例情况中，正极汇流条20的分支部分22中的每个分支部分焊接至电源卡3的正电极端子6中的每个正电极端子。焊接设备100包括夹具10和激光照射设备18。首先，图3示出了夹具10的远端部的立体图。夹具10包括第一抓持器17和第二抓持器14。第一抓持器17和第二抓持器14夹持正电极端子6和分支部分22。在图3中，正电极端子6和分支部分22用虚线示出。

在第一抓持器17中，其基部部分(第一抓持器基部部分11)附接至摆动支撑部分15的远端部。在第二抓持器14中，其基部部分(第二抓持器基部部分13)附接至固定支撑部分16的远端部。摆动支撑部分15通过致动器(未示出)移动。摆动支撑部分15——换句话说，第一抓持器17——能够沿正电极端子6和分支部分22的排列方向(附图中的x方向)移动。摆动支撑部分15使得第一抓持器17能够沿靠近第二抓持器14的方向以及与第二抓持器14分离的方向移动。

“第一抓持器17”指与要被夹持的对象(正电极端子6)接触的部分。因此，与第一抓持器17连续但是不与对象接触的部分被称为第一抓持器基部部分11。类似地，“第二抓持器14”指与要被夹持的对象(分支部分22)接触的部分。因此，与第二抓持器14连续但是不与对象接触的部分被称为第二抓持器基部部分13。

第一抓持器17包括面向正电极端子6的宽表面的平坦接触表面17a。而且，第一抓持器17经由第一抓持器基部部分11设置有面对部分12。面对部分12定位成面向接触表面17a。如稍后所描述的，面对部分12设置在第一抓持器17中使得当夹具10的第一抓持器17和第二抓持器14夹持正电极端子(左端子6a)和分支部分22时，面对部分12定位在另一侧的正电极端子(右端子6b)与分支部分22之间。

图4是沿附图中的坐标系的x方向从第二抓持器14侧观察到的夹具10的远端部的平面图。附图中的坐标系的x方向对应于第一抓持器17的摆动方向。为了便于理解，第二抓持器14和第二抓持器基部部分13用灰色填充。从第一抓持器17的摆动方向观察时，第二抓持器14定位成与第一抓持器17的接触表面17a重叠，并且不与面对部分12重叠。这意味着当第一抓持器17移动时，面对部分12不干涉第二抓持器14，并且面对部分12与第二抓持器14穿过彼此。

图5和图6是设置有层压单元9的焊接设备100的截面图。图5和图6是夹具10的周边的截面图。在图5和图6中，示出了层压单元9的一部分(一对电源卡3a、3b的部分以及位于电源卡3a、3b之间的冷却器4的一部分)。图5和图6是沿着穿过第一抓持器17、第二抓持器14、正电极端子6以及正极汇流条20的分支部分22的平面截取的截面图。在图5和图6的每个图中，描绘了一对正电极端子6。为了便于描述，附图中左边的正电极端子被称为左端子6a，并且右边的正电极端子被称为右端子6b。图5是在夹具10夹持左端子6a和正极汇流条20的分支部分22之前的侧视图，以及图6是在夹具10夹持左端子6a和分支部分22之后的侧视图。

左端子6a和右端子6b平行于彼此延伸，并且正极汇流条20的分支部分22定位在左端子6a与右端子6b之间。在图5和图6中，分支部分22焊接至左端子6a。当夹具10夹持左端子6a和分支部分22时，面向第一抓持器17的接触表面17a的面对部分12定位在分支部分22与右端子6b之间。此时，第二抓持器14与面对部分12的大部分在正电极端子6的延伸方向(z方向)上彼此重叠。

为了便于描述，面对部分12的位于面对部分12的与面向接触表面17a的一侧相反的一侧的表面被称为后表面12a。而且，第二抓持器14的与分支部分22接触的表面被称为接触表面14a。在图5所示的状态中，第二抓持器14与面对部分12的大部分在正电极端子6的延伸方向(z方向)上彼此重叠，并且后表面12a与接触表面14a之间的距离是w1。当第一抓持器17和第二抓持器14夹持左端子6a和分支部分22时，后表面12a与接触表面14a之间的距离变为w2(图6)。由于后表面12a与接触表面14a之间的距离w1在左端子6a和分支部分22被夹持之前是短的，因此面对部分12和第二抓持器14容易插入在正电极端子6之间(左端子6a和右端子6b)。

焊接设备100包括发出焊接激光的激光照射设备18。激光照射设备18被支撑部19支撑。激光照射设备18包括激光振荡器、射束扩展器、x轴旋转检流计镜、y轴旋转检流计镜、透镜等。x轴旋转检流计镜和y轴旋转检流计镜能够绕着彼此正交的轴线旋转。由激光振荡器发出的焊接激光穿过射束扩展器，并且被两个检流计镜反射。此后，焊接激光通过透镜被聚焦，并且然后从激光照射设备18发出。通过改变两个检流计镜的角度，可以改变焊接激光的照射点。在示例中，给出假设激光照射设备能够使照射点绕附图中的坐标系的y轴移动的描述。由于能够改变照射点的激光照射设备是众所周知的，因此部件比如检流计镜的详细的描述被省略。激光照射设备18通过改变照射方向而移动照射点，并且能够用焊接激光照射具有给定区域的整个接合范围。

图6示出了第一抓持器17和第二抓持器14夹持左端子6a和分支部分22的状态。图6中的范围s(焊接范围s)示出了焊接激光的照射范围。为了用焊接激光照射焊接范围s的每一处，激光照射设备18改变焊接激光的照射方向(图6)。粗箭头a1示出了照射焊接范围s的下端部的焊接激光，并且粗箭头a2示出了它的反射激光。虚线箭头b1示出了照射焊接范围s的上端部的焊接激光，并且虚线箭头b2示出了它的反射激光。反射激光的光学路径在粗箭头a2与虚线箭头b2之间的范围内改变。

如图6中所理解的，在焊接范围s的下端部处的反射激光a2被第二抓持器14阻挡。在焊接范围s的上端部处的反射激光b2被面对部分12阻挡。在沿着反射激光的光学路径观察时，在第二抓持器14与面对部分12之间没有间隙。因此，在焊接范围s中反射的所有反射激光或者被第二抓持器14阻挡或者被面对部分12阻挡。换句话说，面对部分12和第二抓持器14定位成阻挡在分支部分22的焊接范围s内反射的反射激光的光学路径。由于所有的反射激光被阻挡，因此防止了反射激光照射其他装置(例如，电源卡3或冷却器4)。特别地，阻挡反射激光的第二抓持器14和面对部分12沿正电极端子(左端子6a和右端子6b)的排列方向移动。如前所述，在第二抓持器14和面对部分12被插入在分支部分22与右端子6b之间之前，第二抓持器14和面对部分12彼此靠近，并且因此容易被插入。当夹具10夹持左端子6a和分支部分22时，面对部分12和第二抓持器14相对于彼此移动，并且因此能够阻挡所有反射激光。焊接设备100适合用于将导体(分支部分22)焊接在以狭小的间隔平行于彼此延伸的其他两个导体(左端子6a和右端子6b)之间。

如图6中所示，面对部分12的面向焊接激光的光学路径(粗箭头a1)的表面(远端部上表面12b)平行于光学路径(粗箭头a1)，其中，该表面也是靠近接触表面17a的一部分。因此，在不阻挡焊接激光的情况下可以将面对部分12定位成靠近焊接激光的光学路径。

图7与图6相同，并且示出了右端子6b(右端子6b1)的初始位置比计划位置靠近左端子6a的情况。如图7中所示，在焊接范围s的下端部处的焊接激光的光学路径(粗箭头a1)靠近右端子6b穿过。当右端子6b(右端子6b1)是弯曲的并且比计划位置靠近左端子6a时，右端子6b1可能阻挡光学路径(见图7中的点p)。从第一抓持器17的接触表面17a至后表面12a的长度l1与正电极端子(左端子6a和右端子6b)之间的距离l2相等。因此，当夹具10夹持左端子6a和分支部分22时，面对部分12与弯曲的右端子6b1接触，因此使右端子返回至正确的位置6b2。因此，可以防止右端子6b阻挡光学路径。接触表面17a与后表面12a之间的距离l1仅需要和左端子6a与右端子6b之间的距离l2几乎相等。

应该给出关于在该示例中描述的技术。左端子6a对应于第一导体的示例，右端子6b对应于第二导体的示例。正极汇流条20的分支部分22对应于第三导体的示例。

该示例描述了分支部分22定位在相邻的左端子6a与右端子6b之间、并且用焊接激光照射分支部分22的示例情况。前面的描述对于用焊接激光照射左端子6a的情况也是适用的。如图1和图2中所示，分支部分22排列成行，并且正电极端子6在相邻的分支部分22之间被焊接至分支部分22中的一个分支部分。因此，当用焊接激光照射分支部分22时，相邻的分支部分22分别对应于第一导体和第二导体，并且定位在分支部分22之间的正电极端子6对应于第三导体。这同样适用于负极汇流条30的分支部分32中的一个分支部分焊接至负电极端子7的情况。

在本说明书中公开的技术不限于图1和图2中所示的将端子和汇流条焊接在层压单元9中的焊接设备。

激光照射设备可以摆动或移动激光振荡器。替代性地，激光照射设备可以通过移动照射目标(在该示例的情况中为包括汇流条的电力转换器2)来改变照射点。例如，激光照射设备可以通过固定激光振荡器、将照射目标固定至可移动台并且移动该台来改变激光的照射点。

本发明的具体示例已经被详细地描述。然而，它们仅是示例并且不限制权利要求。权利要求中描述的技术包括添加至上述具体示例的各种变形和变化。在说明书和附图中描述的每个技术要素单独地或以各种组合实现了技术用途，并且不限于在申请时的权利要求中描述的组合。此外，在该说明书和附图中描述的技术作为示例同时实现了多个目标，并且通过实现这些目标中的一个目标而具有技术有用性。