一種電機定子疊片的旋轉自動焊接系統(tǒng)及焊接方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種電機定子疊片的旋轉自動焊接系統(tǒng)及焊接方法，其中，焊接系統(tǒng)包括承載及旋轉模塊、壓緊模塊、焊接模塊和中央控制模塊，承載及旋轉模塊包括電機單元、第一聯(lián)軸器、定子承載單元和導針，定子承載單元、第一聯(lián)軸器、電機單元依次連接，導針插入待焊接的定子疊片中；壓緊模塊包括依次連接的定子壓緊機構、第二聯(lián)軸器和動力單元，定子壓緊機構上設有壓力傳感器和位移傳感器，動力單元、壓力傳感器和位移傳感器分別與中央控制模塊連接，定子壓緊機構壓設在待焊接的定子疊片上；焊接模塊包括兩個焊接單元，對稱設置在承載及旋轉模塊兩側。與現有技術相比，本發(fā)明具有設備成本低，焊接得到的定子質量高，兼容性好等優(yōu)點。
【專利說明】—種電機定子疊片的旋轉自動焊接系統(tǒng)及焊接方法

【技術領域】
[0001〕 本發(fā)明涉及電機定子焊接【技術領域】，尤其是涉及一種電機定子疊片的旋轉自動焊接系統(tǒng)及焊接方法。

【背景技術】
[0002]隨著技術的不斷創(chuàng)新與突破，油價振蕩和日益嚴峻的節(jié)能減排壓力，新能源汽車越來越受到大家的重視。從技術層面看，各大汽車公司紛紛開展新能源汽車核心技術公關研發(fā)，推動新能源汽車的產業(yè)化進程。驅動電機是新能源汽車的核心部件。
[0003]新能源汽車用驅動電機須達到低轉速時具有高扭矩，高恒值功率范圍，高能量密度，高效率等技術指標。驅動電機主要由定子、轉子、附件三大部分組成。定子主要由定子鐵芯和線圈組成，其中定子鐵芯的材料是硅鋼片。轉子由永磁材料，轉子鐵芯，固定鐵芯的轉子籠組成，轉子鐵芯的材料也是硅鋼片。附件包括冷卻系統(tǒng)，電驅動系統(tǒng)，和位置傳感器。定子鐵芯的制造過程包括硅鋼片沖裁，焊接疊裝的定子片，插入線圈，把線圈壓入電機框中等工序。
[0004]在電機制造過程中，定子疊片連接方式有機械式連接，焊接，膠粘等。機械連接包括扣片式連接，鉚接和螺栓連接等方式，接頭長期使用后易出現松動，產生大變形，電機工作時噪音增大，熱量高，電機的效率低。采用膠粘方式連接定子片，連接強度高，片與片之間的連接均勻；對定子片的磁路沒有影響，定子鐵損低。但是，膠粘的方式對粘接用膠的性能提出了非常高的要求，要求膠層具有耐高溫性能，抗疲勞性能和較長的工作壽命，這導致膠層的開發(fā)難度大，成本高。
[0005]采用焊接技術連接定子片是一種有效的連接方法。相對于膠粘，焊接技術成本低，焊后質量穩(wěn)定，具有較長的壽命；相對于機械式連接，焊接技術具有更小的變形，更低的鐵損，能獲得優(yōu)異的電磁性能。
[0006]定子疊片經過多條焊縫焊接固定，形成定子。傳統(tǒng)的焊接多條焊縫的工藝有兩類。第一類采用單把焊槍焊接多條焊縫，在完成一道焊縫的焊接后，采用手工的方式，將焊槍旋轉一個特定的角度，焊接下一條焊縫，直到實現多條焊縫的焊接。由于一次只焊接一條焊縫，不對稱的熱輸入容易導致較大的焊接變形，焊接質量差；同時，手工焊接效率低，質量不穩(wěn)定，難以滿足工廠高性能大批量生產的要求。第二類采用多把焊槍焊接電機定子，焊槍的數目與焊縫數目相同，同時焊接定子上的多條焊縫，這種焊接方式由于采用了多把焊槍，設備成本高；并且電機定子的焊縫數目必須與焊槍數目保持一致，當定子的焊縫數發(fā)生變化時，需要對設備進行重新設計，進一步增加了設備成本。


【發(fā)明內容】

[0007]本發(fā)明為了克服上述現有技術缺陷而提供一種低成本、高質量、良好兼容性的電機定子疊片旋轉自動焊接系統(tǒng)及焊接方法。
[0008]本發(fā)明的目的可以通過以下技術方案來實現:
[0009]一種電機定子疊片的旋轉自動焊接系統(tǒng)，包括承載及旋轉模塊、壓緊模塊、焊接模塊和中央控制模塊(8),所述中央控制模塊(8)分別連接承載及旋轉模塊、壓緊模塊、焊接模塊，所述承載及旋轉模塊包括電機單元(11第一聯(lián)軸器(2)、定子承載單元(3)和導針
(19),所述定子承載單元(3).第一聯(lián)軸器口)、電機單元(1)依次連接，所述電機單元(1)與中央控制模塊(8)連接，所述導針(19)插入待焊接的定子疊片齒槽中，用于實現對定子疊片的周向定位，所述定子疊片放置在定子承載單元(3)上；
[0010]所述壓緊模塊包括依次連接的定子壓緊機構(5)、第二聯(lián)軸器(6)和動力單元
(7),所述定子壓緊機構(5)上設有壓力傳感器和位移傳感器，所述動力單元(7)、壓力傳感器和位移傳感器分別與中央控制模塊(8)連接，所述定子壓緊機構(5)壓置在待焊接的定子疊片上；
[0011〕 所述焊接模塊包括兩個焊接單元，對稱設置在承載及旋轉模塊兩側。
[0012]所述定子承載單元(3)包括用于放置定子疊片的承載板(12)，該承載板(12) —面設有用于實現對定子疊片軸向定位的定位軸(11),另一面設有與電機單元(1)連接的第一連接軸(13)。
[0013]所述電機單元(1)為伺服電機或由普通電機與旋轉式編碼器組合而成。
[0014]所述導針(19)為與定子片的定子齒槽形狀相匹配的金屬棒。
[0015]所述定子壓緊機構(5)包括依次連接的第二連接軸(14)、上頂板(15)和壓緊圓筒
[16],所述第二連接軸(14)與動力單元(7)連接，所述壓力傳感器設在壓緊圓筒(16)與定子疊片接觸的端面上，所述位移傳感器設在壓緊圓筒(16)上。
[0016]所述動力單元(7)包括液壓缸或電動缸。
[0017]所述焊接單元包括相連接的焊機(9)和焊槍(10)，所述焊機(9)與中央控制模塊
(8)連接。
[0018]所述焊機(9)包括激光焊機、等離子弧焊機或焊機。
[0019]一種電機定子疊片的旋轉自動焊接方法包括以下步驟:
[0020]初始參數的設定，所述初始參數包括焊接速度、焊接電流、焊接壓裝力、焊縫數目和定子疊片高度，并根據設定的焊縫數計算電機單元的旋轉角度；
[0021]幻定子疊片的限位裝夾:根據焊接初始參數，將多個定子片疊裝，通過導針實現對定子片的周向定位，并將疊裝后的定子疊片套入承載板上的定位軸中，實現對定子疊片的軸向定位；
[0022]0)定子疊片的壓裝:中央控制模塊控制動力單元啟動，帶動定子壓緊機構下行，對定子疊片施加壓緊力，壓力傳感器檢測所述壓緊力并傳輸給中央控制模塊，中央控制模塊根據設定的焊接壓裝力與反饋的壓緊力實時調整對動力單元的控制信號，壓力控制過程在焊接階段會持續(xù)進行，保證焊接過程中壓裝力恒定，消除焊接內應力的影響；
[0023](1)定子疊片的高度控制:位移傳感器檢測所述定子壓緊機構的下行位移并傳輸給中央控制模塊，中央控制模塊根據設定的定子疊片高度和反饋的下行位移調整定子片的片數；
[0024]6)定子疊片上對稱焊縫的焊接:中央控制模塊控制焊機啟動，兩把對稱布置的焊槍同步移動，由上至下焊出對稱焊縫，完成后，焊機關閉，焊槍回程，定子壓緊機構松開；
[0025]定子疊片上多條焊縫的焊接:中央控制模塊根據步驟4計算的旋轉角度控制電機單元帶動定子疊片旋轉，并依次執(zhí)行步驟0、6)、0，直至完成所有焊縫的焊接。
[0026]所述步驟(1)中，調整定子片的片數具體為:根據定子壓緊機構的下行位移以及獲取定子壓緊機構與承載板上表面的初始距離，計算當前定子疊片高度，根據當前定子疊片高度與設定的定子疊片高度的比較結果，通過增加或減少定子片數目使得當前定子疊片高度與設定定子疊片高度一致。
[0027]與現有技術相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
[0028]1、本發(fā)明采用由對稱布置的兩把焊槍組成的焊接模塊和承載及旋轉模塊的組合，實現對多焊縫定子的焊接。相對于單焊槍手工焊的方式，對稱分布的熱輸入能減少焊接后定子的變形。相對于多焊槍同時焊的方式，所需的焊槍數目減少，設備的成本降低；同時，本系統(tǒng)能針對不同焊縫數目的定子開展焊接，設備的兼容性得到顯著提高。
[0029]2、本發(fā)明通過設置壓力傳感器，對焊接過程中施加于定子上的壓裝力進行精確控制，降低焊接后定子疊片中的內應力，從而減少由于內應力增加而導致的定子磁性能劣化，提升焊接后的電磁性能。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]圖1為本發(fā)明的結構示意圖；
[0031]圖2為本發(fā)明定子承載單元的結構示意圖；
[0032]圖3為本發(fā)明壓緊模塊的結構示意圖；
[0033]圖4為本發(fā)明導針在定子片中的安裝方式示意圖；
[0034]圖5為本發(fā)明焊接過程的流程示意圖。
[0035]圖中，1、電機單元，2、第一聯(lián)軸器，3、定子承載單元，4、定子疊片，5、定子壓緊機構，6、第二聯(lián)軸器，7、動力單元，8、中央控制模塊，9、焊機，10、焊槍，11、定位軸，12、承載板，13、第一連接軸，14、第二連接軸，15、上頂板，16、壓緊圓筒，17、定子片，18、定子齒槽，19、導針。

【具體實施方式】
[0036]下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。本實施例以本發(fā)明技術方案為前提進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。
[0037]如圖1所示，一種電機定子疊片的旋轉自動焊接系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用兩把對稱布置的焊槍，同時在定子疊片上焊接兩道對稱焊縫，通過電機單元帶動定子疊片的轉動，實現用兩把焊槍在定子上焊接多條焊縫。該系統(tǒng)包括承載及旋轉模塊、壓緊模塊、焊接模塊和中央控制模塊8，中央控制模塊8分別連接承載及旋轉模塊、壓緊模塊、焊接模塊。
[0038]承載及旋轉模塊的主要功能是承載定子疊片，并實現帶動定子疊片及其承載板的轉動，包括電機單元1、第一聯(lián)軸器2、定子承載單元3和導針19，定子承載單元3、第一聯(lián)軸器2、電機單元1依次連接，電機單元1與中央控制模塊8連接，導針19插入待焊接的定子疊片4的齒槽中，用于實現對定子疊片的周向定位，定子疊片放置在定子承載單元3上。電機單元1可為伺服電機，也可由普通電機與旋轉式編碼器組合而成。如圖2所示，定子承載單元3包括用于放置定子疊片的承載板12，該承載板12—面設有用于實現對定子疊片軸向定位的定位軸11，另一面設有與電機單元1連接的第一連接軸13。導針19為與定子片的定子齒槽形狀相匹配的金屬棒，其主要功能是對疊裝好的定子片進行周向限位。導針的數量由定子齒槽的形狀和數量決定。
[0039]壓緊模塊的主要功能是壓緊定子疊片，保證焊接好的定子疊片具有較高的疊片系數，包括依次連接的定子壓緊機構5、第二聯(lián)軸器6和動力單元7，定子壓緊機構5上設有壓力傳感器和位移傳感器，動力單元7、壓力傳感器和位移傳感器分別與中央控制模塊8連接，定子壓緊機構5壓設在待焊接的定子疊片4上。如圖3所示，定子壓緊機構5包括依次連接的第二連接軸14、上頂板15和壓緊圓筒16，第二連接軸14與動力單元7連接，壓力傳感器設在壓緊圓筒16與定子疊片接觸的端面上，位移傳感器設在壓緊圓筒16上。動力單元7包括液壓缸或電動缸，主要功能是帶動壓緊機構上下運動及提供對定子疊片的壓緊力。
[0040]焊接模塊包括兩個焊接單元，對稱設置在承載及旋轉模塊兩側。每個焊接單元均包括通過信號線相連接的焊機9和焊槍10，焊機9與中央控制模塊8連接，焊機9控制焊槍10的移動及焊接工作。焊機9包括激光焊機、等離子弧焊機或焊機等可用于縫焊的焊機。
[0041]中央控制模塊8主要由核心處理單元及信號線組成，核心處理單元通過信號線分別連接承載及旋轉模塊、壓緊模塊和焊接模塊。
[0042]本實例中所焊接的電機定子尺寸如下:定子外徑200111111，定子內徑100111111，軸向長度70111111，定子齒槽數目為24個，需要焊接八條焊縫。定子片的材料為厚度為0.30111111厚的無取向電工鋼片。采用兩把對稱布置的等離子弧焊槍來焊接定子。如圖1?圖5所示，采用上述電機定子疊片的旋轉自動焊接裝置進行焊接時，主要包括以下工藝步驟:
[0043]^啟動焊接系統(tǒng)，使系統(tǒng)初始化。中央控制模塊8設定好焊接速度、焊接電流、噴嘴離工件的距離、等離子氣及流量、焊接壓裝力、焊縫數目、定子疊片高度等參數，并根據設定的焊縫數目計算電機單元的旋轉角度。
[0044]I根據預設的定子疊片高度及每個定子片的厚度，估算定子片數目。選取計算得到的定子片的數目，疊裝定子片，用一定數量的導針19插入定子片17的定子齒槽18中，進行周向限位，如圖4所示。
[0045]0、將疊裝好的定子片套在定子承載系統(tǒng)的定位軸11上，實現對定子疊片的軸向定位。
[0046]么中央控制模塊8通過信號線給動力單元7發(fā)送運動指令，動力單元7帶動定子壓緊機構5往下運動，壓緊定子疊片，實現對疊片的軸向限位，轉入下一工序。
[0047]6、壓力傳感器檢測定子壓緊機構5對定子疊片施加的壓緊力，并將壓力值通過信號線傳輸到中央控制模塊8，當中央控制模塊8檢測到壓力值達到了設定的焊接壓裝力時，控制動力單元7保持當前壓力值，轉入下一工序。壓力控制過程在焊接階段會持續(xù)進行，保證焊接過程中壓裝力恒定，消除焊接內應力的影響。
[0048]？、位移傳感器檢測定子壓緊機構5下行的位移，將位移數據通過信號線傳輸到中央控制模塊8，中央控制模塊8根據定子壓緊機構的下行位移以及獲取定子壓緊機構與承載板上表面的初始距離，計算當前定子疊片高度，并根據當前定子疊片高度與設定的定子疊片高度間的偏差，調整定子疊片的片數，如果偏差在允許范圍之內，則進入工序如果偏差超過了允許范圍，則中央控制模塊8通過信號線給動力單元7發(fā)送運動指令，動力單元帶動定子疊片的定子壓緊機構5往上運動，同時，對定子疊片數量進行微調后，返回工序己。
[0049]8、中央控制模塊8通過信號線給焊機9發(fā)送工作指令，焊機啟動，對稱布置的兩把焊槍按照預設的焊機速度、焊機電流、噴嘴離工件的距離、等離子氣及其流量等工藝參數，從上往下運動，實現對定子疊片4的焊接；當焊槍走完預設行程時，等離子弧氣體關閉，焊槍停止運動；隨后，在焊機關閉的狀況下，焊槍從下往上運動，回到初始位置后，焊槍停止運動，轉入下一工序。
[0050]卜、中央控制模塊8通過信號線給動力單元7發(fā)送運動指令，動力單元帶動定子疊片的壓緊機構5上行，松開定子疊片；上行一定距離后，動力單元停止運動，轉入下一工序。
[0051]1、中央控制模塊8根據計算的旋轉角度通過信號線給電機單元1發(fā)送運動控制指令及轉角信息。
[0052]』、電機單元1根據接收到的指令信息，帶動定子承載單元3和定子疊片4轉動相應的角度，為焊接下一條焊縫做準備；完成旋轉后，轉入下一道工序。
[0053]1中央控制模塊8控制動力單元7下行，帶動定子疊片的定子壓緊機構5往下運動，壓緊定子疊片4，并對動力單元的下行位移及壓緊力進行檢測；當下行位移及壓緊力均達到預定值后，中央控制模塊8給焊機系統(tǒng)發(fā)送指令，控制兩把焊槍從上往下運動，在定子疊片上焊接出新的對稱布置的焊縫；焊槍運動到定子疊片的下端后，焊機關閉，焊槍回到焊接前的初始位置；動力單元往上運動，松開定子疊片；此時，中央控制模塊8根據初始的設定，若仍需要在定子疊片上進行焊接，則給電機單元發(fā)送運動控制指令，進入工序1 ；若已經完成了所有焊縫的焊接，則設備停止運作。
【權利要求】
1.一種電機定子疊片的旋轉自動焊接系統(tǒng)，包括承載及旋轉模塊、壓緊模塊、焊接模塊和中央控制模塊(8)，所述中央控制模塊(8)分別連接承載及旋轉模塊、壓緊模塊、焊接模塊，其特征在于: 所述承載及旋轉模塊包括電機單元(1)、第一聯(lián)軸器(2)、定子承載單元(3)和導針(19)，所述定子承載單元(3)、第一聯(lián)軸器(2)、電機單元(1)依次連接，所述電機單元(1)與中央控制模塊(8)連接，所述導針(19)插入待焊接的定子疊片齒槽中，用于實現對定子疊片的周向定位，所述定子疊片放置在定子承載單元(3)上； 所述壓緊模塊包括依次連接的定子壓緊機構(5)、第二聯(lián)軸器(6)和動力單元(7)，所述定子壓緊機構(5)上設有壓力傳感器和位移傳感器，所述動力單元(7)、壓力傳感器和位移傳感器分別與中央控制模塊(8)連接，所述定子壓緊機構(5)壓置在待焊接的定子疊片上； 所述焊接模塊包括兩個焊接單元，對稱設置在承載及旋轉模塊兩側。
2.根據權利要求1所述的一種電機定子疊片的旋轉自動焊接系統(tǒng)，其特征在于:所述定子承載單元(3)包括用于放置定子疊片的承載板(12)，該承載板(12) —面設有用于實現對定子疊片軸向定位的定位軸(11)，另一面設有與電機單元(1)連接的第一連接軸(13)。
3.根據權利要求1或2所述的一種電機定子疊片的旋轉自動焊接系統(tǒng)，其特征在于:所述電機單元(1)為伺服電機或由普通電機與旋轉式編碼器組合而成。
4.根據權利要求1所述的一種電機定子疊片的旋轉自動焊接系統(tǒng)，其特征在于:所述導針(19)為與定子片的定子齒槽形狀相匹配的金屬棒。
5.根據權利要求1所述的一種電機定子疊片的旋轉自動焊接系統(tǒng)，其特征在于:所述定子壓緊機構(5)包括依次連接的第二連接軸(14)、上頂板(15)和壓緊圓筒(16)，所述第二連接軸(14)與動力單元(7)連接，所述壓力傳感器設在壓緊圓筒(16)與定子疊片接觸的端面上，所述位移傳感器設在壓緊圓筒(16)上。
6.根據權利要求1或5所述的一種電機定子疊片的旋轉自動焊接系統(tǒng)，其特征在于:所述動力單元(7)包括液壓缸或電動缸。
7.根據權利要求1所述的一種電機定子疊片的旋轉自動焊接系統(tǒng)，其特征在于:所述焊接單元包括相連接的焊機(9)和焊槍(10)，所述焊機(9)與中央控制模塊(8)連接。
8.根據權利要求7所述的一種電機定子疊片的旋轉自動焊接系統(tǒng)，其特征在于:所述焊機(9)包括激光焊機、等離子弧焊機或TIG焊機。
9.一種電機定子疊片的旋轉自動焊接方法，其特征在于:包括以下步驟: a)初始參數的設定，所述初始參數包括焊接速度、焊接電流、焊接壓裝力、焊縫數目和定子疊片高度，并根據設定的焊縫數計算電機單元的旋轉角度； b)定子疊片的限位裝夾:根據焊接初始參數，將多個定子片疊裝，通過導針實現對定子片的周向定位，并將疊裝后的定子疊片套入承載板上的定位軸中，實現對定子疊片的軸向定位; c)定子疊片的壓裝:中央控制模塊控制動力單元啟動，帶動定子壓緊機構下行，對定子疊片施加壓緊力，壓力傳感器檢測所述壓緊力并傳輸給中央控制模塊，中央控制模塊根據設定的焊接壓裝力與反饋的壓緊力實時調整對動力單元的控制信號，壓力控制過程在焊接階段持續(xù)進行； d)定子疊片的高度控制:位移傳感器檢測所述定子壓緊機構的下行位移并傳輸給中央控制模塊，中央控制模塊根據設定的定子疊片高度和反饋的下行位移調整定子片的片數； e)定子疊片上對稱焊縫的焊接:中央控制模塊控制焊機啟動，兩把對稱布置的焊槍同步移動，由上至下焊出對稱焊縫，完成后，焊機關閉，焊槍回程，定子壓緊機構松開； f)定子疊片上多條焊縫的焊接:中央控制模塊根據步驟a)計算的旋轉角度控制電機單元帶動定子疊片旋轉，并依次執(zhí)行步驟c)、e)、f)，直至完成所有焊縫的焊接。
10.根據權利要求9所述的一種電機定子疊片的旋轉自動焊接方法，其特征在于:所述步驟d)中，調整定子片的片數具體為:根據定子壓緊機構的下行位移以及獲取定子壓緊機構與承載板上表面的初始距離，計算當前定子疊片高度，根據當前定子疊片高度與設定的定子疊片高度的比較結果，通過增加或減少定子片數目使得當前定子疊片高度與設定定子疊片高度一致。
【文檔編號】B23K37/00GK104353936SQ201410475974
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年9月17日 優(yōu)先權日:2014年9月17日
【發(fā)明者】王洪澤, 張延松, 來新民, 李淑慧 申請人:上海交通大學