专利名称：用于超声波接头中的表面预处理的方法和装置的制作方法
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。
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。
具体实施例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3mmX4mm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。图5和图6示出通过变形工艺已经形成在暴露表面上的三维特征。例如，在图5 中，一系列大致为“V”形的条纹被形成为平行于绕线的轴线。在图6中，三维特征包括多个 压花，即诸如棱锥或类似的突起结构。这些有压花和条纹的表面只是作为示例，而并非旨在 进行限制。上面所述的用于产生三维特征的变形工艺可从很多已知的制造技术中选择，这些 制造技术例如包括磨蚀或刮削工艺、冲压工艺等。条纹或压花痕迹的深度和实体尺寸例如约为毫米级的，其比固体状态联结的厚度 大很多(其通常在微米级范围内)。因此，在具有这些特征的情况下，固体状态联结的总接 触面积被增大很多倍。在具有诸如所产生的波浪状或不平坦的表面的情况下，通过张开模 式载荷“打开”接头的路径变得更曲折，因此更能抵抗失效。并且，在张开模式载荷下，条纹和压花痕迹的超声焊接在与两根线之间的凹口不 在相同平面上的平面之间形成联结。因此，可形成更期望的剪切强度，该剪切强度增大了总 的接头强度。所产生的机械互锁不仅仅在固体状态联结水平处，而且还潜在地存在于条纹 和压花痕迹的更大的实体尺寸处。以此方式，连接的强度被增大。绕线10的材料、尺寸和横截面形状可以改变，但在各种不同的实施方式中都为相对较粗的铜线，例如在每一侧具有一毫米或以上尺寸的矩形横截面。并且，应该认识到，上 面描述的方法可用于联结多种线型或不同的接头，例如线/板的组合，而不仅仅是用于电 动机等的连接中的绕线。 应该认识到，本文描述的示例性实施方式或多个实施方式并非旨在以任何方式限 制本发明的范围、其应用或构造。总体而言，前面的详细描述将向本领域技术人员提供用于 实施所述实施方式或多个实施方式的便捷和启示性的途径。应该理解的是，在不脱离本发 明范围的情况下可对各种元件的功能和布置进行各种改型。
权利要求
一种将第一绕线接合到第二绕线的方法，包括如下步骤暴露出所述第一绕线的一个端部上的基本平坦的第一表面；暴露出所述第二绕线的一个端部上的基本平坦的第二表面；通过变形工艺在所述基本平坦的第一表面上形成第一多个三维特征，从而产生第一预处理表面；通过所述变形工艺在所述基本平坦的第二表面上形成第一多个三维特征，从而产生第二预处理表面；将所述第一预处理表面超声焊接到所述第二预处理表面。
2.如权利要求1所述的方法，其中，暴露出所述基本平坦的第一和第二表面包括从所 述第一绕线的所述端部和所述第二绕线的所述端部移除搪瓷层。
3.如权利要求1所述的方法，其中，所述第一多个三维特征包括线性条纹。
4.如权利要求3所述的方法，其中，所述线性条纹包括基本为“V”形的槽。
5.如权利要求1所述的方法，其中，所述第一多个三维特征为压花结构。
6.如权利要求5所述的方法，其中，所述压花结构包括大致为棱锥形的结构。
7.如权利要求1所述的方法，其中，所述变形工艺包括磨蚀工艺。
8.如权利要求1所述的方法，其中，所述变形工艺包括冲压工艺。
9.如权利要求1所述的方法，其中，所述第一多个三维结构具有平均深度，其中，所述 平均深度大于通过所述超声焊接步骤产生的焊接部的平均厚度。
10.一种制造电动机定子的方法，包括如下步骤 提供具有多个定子沟槽的定子主体；提供多个绕线；暴露出所述绕线的端部上的基本平坦的表面；通过变形工艺在所述基本平坦的表面上形成多个三维特征，从而在所述绕线的所述端 部上产生预处理表面；将所述绕线插入到所述定子沟槽内，使得匹配的一对预处理表面彼此面对； 将所述匹配的一对预处理表面彼此超声焊接到一起。
11.如权利要求10所述的方法，其中，暴露出所述基本平坦的表面包括从所述绕线的 所述端部移除搪瓷层。
12.如权利要求10所述的方法，其中，所述多个三维特征包括线性条纹。
13.如权利要求12所述的方法，其中，所述线性条纹包括基本为“V”形的槽。
14.如权利要求10所述的方法，其中，所述多个三维特征为压花结构。
15.如权利要求14所述的方法，其中，所述压花结构包括大致为棱锥形的结构。
16.如权利要求10所述的方法，其中，所述变形工艺包括磨蚀工艺。
17.如权利要求10所述的方法，其中，所述变形工艺包括冲压工艺。
18.如权利要求10所述的方法，其中，所述多个三维结构具有平均深度，其中，所述平 均深度大于通过所述超声焊接步骤产生的焊接部的平均厚度。
19.一种电动机定子，包括多个绕线，每个所述绕线具有相应的端部；和介于所述绕线的相应的端部之间的多个焊接接头，所述焊接接头为超声焊接的预处理表面，其中，所述预处理表面的特征在于具有多个三维特征。
20.如权利要求19所述的电动机定子，其中，所述多个三维特征选自压花和条纹组成 的集合。
全文摘要
本发明涉及用于超声波接头中的表面预处理的方法和装置。用于接合电动机定子等的绕线端部的方法包括预处理每个端部处的表面(例如通过移除任何搪瓷涂层)，使所述表面变形以产生压花、条纹等，然后将这两个表面超声联结以在绕线之间形成联结，从而提供强度提高的接头。
文档编号H02K15/04GK101820206SQ20091020733
公开日2010年9月1日 申请日期2009年10月26日 优先权日2008年10月24日
发明者C·-C·陈, M·J·布兰德, S·R·史密斯 申请人:通用汽车环球科技运作公司