图1：焊合后的发夹式绕组

电动汽车制造商靠近的压力越来越大，他们需要在不断优化运营、削减本钱的同期，提高产物性量。这些勤奋关于电动汽车阛阓份额的必要膨胀至关艰辛，尤其是在对总体领有本钱(TCO)高度敏锐、且燃油车仍然多半存在的大限度阛阓中。

关于电动汽车的电机坐蓐优化而言，其中一个艰辛的契机在于发夹式绕组的焊合，这一工艺对电机的可靠性和性能至关艰辛。传统的机械剥除绝缘层的款式常常存在不及，会导致诸如名义损害、刀具磨损以及坐蓐延误等工艺效劳低下的问题，从而增多本钱并影响工艺的可靠性。

激光剥除和清洁提供了一种变革性的替代决议，它不错克服机械剥除的局限性，同期能以更低的总体本钱收场超卓的效劳。本文将先容Coherent立异的两步式工艺，该工艺将CO2激光器和紫外(UV)激光器合并使用，以坐蓐出洁净且可径直用于焊合的发夹式绕组。实质展示的数据标明，这种款式为电动汽车制造商收场更高质地的发夹电机焊合，提供了一种经济高效的新道路。

发夹式绕组的难题

电动汽车电机中的绕组广泛由单根铜线制成。这些铜线被障碍成“U”形(因此得名“发夹式绕组”)，然后舍弃到一个组件中。接下来，需要将相邻的发夹式绕组的端部焊合在一说念，以收场电气贯穿，酿成一个单一的连气儿绕组。此外，一些替代筹办使用连气儿的扁平线，将其制成波澜状图案(称为波澜绕组或S形绕组)，然后在焊合之前插入定子槽中。

图2：使用Coherent的 ARM 光纤激光器搭配 HIGHmotion 2D 扫描仪，对发夹式绕组对进行激光焊合

统统电动机的绕组齐带有绝缘层。在发夹式绕组电机中，绝缘层需要更厚且更坚固，以恰当其紧凑的筹办以及电动汽车广泛所需的高电压条目。

在焊合之前，必须从每个发夹式绕组的两头去除一丝的绝缘层。这关于确保高质地的电气和机械贯穿至关艰辛。

传统上，这项任务主要使用机械款式来完成，也有使用红外(1μm)脉冲激光器的单步激光工艺。机械剥除波及使用切割器用径直斗殴电线名义以刮掉绝缘层。尽管这些款式多年来一直是法子作念法，但在快节律的电动汽车坐蓐中，它们靠近着紧要挑战。

举例，机械剥除所需的物理斗殴，会从发夹式绕组上刮掉一层铜，留住有纹理的名义，从而导致绕组之间出现粗放和部件装置问题，损害了焊合的齐全性和一致性。此外，机械器用会出现磨损，导致工艺不一致、深广爱戴、研究外停机以及潜在的坐蓐中断。这些问题因该工艺速率较慢而愈加严重，难以兴隆电动汽车大限度坐蓐的高产量需求。

激光剥除技高一筹

激光可平庸应用于材料去除，包括绝缘层剥除。在绝缘层剥除应用中，激光剥除具有以下上风：

更好的焊合质地：在十足去除绝缘层且不损害铜线的情况下，确保了名义洁净，收场最好焊合质地。

减少爱戴和诞生停机期间：不存在器用磨损，况兼摒除了机器卡住的任何可能性，从而保证了坐蓐经由的不拆开。

提高产量：在送线的同期进行连气儿剥除，提高了坐蓐效劳。

　增强一致性：由于莫得磨损或斗殴，激光加工过程踏实且可重迭。

很彰着，激光加工不错带来工艺矫正。但信得过的问题是“使用哪种激光最好?”换句话说，在宽绰可能用于施行此工艺的激光源和实施决议中，哪一种大略在高质地、高速率与低本钱之间收场最好均衡，以兴隆大限度电动汽车电机坐蓐应用的需求呢?

优化激光工艺

Coherent险些能提供统统类型的工业激光器，不错诈欺多样激光器客不雅地参谋这一应用，而不会对某种技能存在职何固有偏好。

事实上，Coherent并莫得找到一种最恰当发夹式绕组剥除绝缘层的激光器，而是开导出了一种双激光器工艺，来收场优化的剥除效劳。这种款式以最具本钱效益的样貌，为客户提供了现在最好的焊前名义质地。参谋双激光器工艺的主要动机，是为了克服单步激光剥除工艺的问题。

单步激光剥除，是在涂层领受和底层铜领受之间的一种折衷。光纤激光器接近 1μm的红外波长不易被涂层领受，从而导致在界面处产生热量，使涂层剥落并酿成空气中的颗粒。这些颗粒会烦躁入射的激光束，影响发夹式绕组的清洁度，况兼可能会侵入到系统中，导致广泛停机以清洁诞生。此外，光纤激光器的穿透性红外光束，无法十足去除铜名义的团员物残留。它可能会融化铜线名义，并使铜名义自大于绝缘团员物因素，如氢和碳。这会期凌铜名义，进而影响后续的焊合质地。

Coherent基于双激光器的发夹式绕组制备两步工艺包括：

01、批量剥除

使用中功率CO2激光器快速去除大部分绝缘层。这种类型的激光器高出恰当高通量的非金属材料去除。

02、最终清洁

然后使用脉冲式低功率纳秒UV固态激光器，去除任何存在的绝缘残留物。这为焊合提供了洁净的名义。UV固态激光器的短波长在高精度材料加工方面发达出色，尤其能灵验去除包括团员物、其他有机材料和铜在内的多样材料。

关于第一步的批量剥除工艺，Coherent的 J-5-10.6μm激光器被评释是理思光源。天然买球·(中国)APP官方网站发夹式绕组绝缘层使用了多种不同材料(包括聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚酯、聚酯亚胺、聚酰胺、聚醚醚酮、环氧树脂和多样含氟团员物)，但统统这些材料齐激烈领受该激光器 10.6μm的输出波长。而且，关于统统这些材料，在 10.6μm处的领受率齐高于Coherent其他可用的CO2激光波长，如 9.4μm和 10.2μm。

Coherent的 J-5-10.6μm激光器还具有理思的实用特点。它是一种十足密封的脉冲式CO2激光器，平均功率跳跃 400W，这意味着它不错进行高通量的剥除操作。此外，它收受颓败且紧凑的封装，高出恰当集成到自动化诞生中。

关于第二步的最终清洁工艺，Coherent的Avia LX 355-30-60 HE 展示了恰到克己的输出参数组合。这是一种三倍频、二极管泵浦的固态激光器，在 355nm处输出 30W的平均功率。最艰辛的是，它撑合手高达 300kHz的重迭频率初始，脉冲能量高达 500μJ。这使得它大略以该应用所需的速率进行高精度烧蚀。

Avia LX 355-30-60 HE也筹办得易于集成。而且，它集成了Coherent的 PureUV™有源激光清洁引擎，不错收场超长的使用寿命和免爱戴初始。

焊合效劳

Coherent应用实验室在详情上述两步式组合工艺之前，参谋了很多不同的工艺。对多样激光器进行了单独和组合参谋，包括CO2激光器、纳秒脉冲红外光纤激光器和纳秒UV激光器。对搞定后的绝缘发夹式绕组的罢了进行了细巧分析，一朝详情了最有出息的激光源，就对特定的工艺参数进行了优化。

行为测试的一部分，使用X射线光电子能谱(XPS)来分析名义化学性质，以便对期凌物进行表征和量化。恰是在这个要领，Coherent发现两步式激光剥除工艺(CO2激光器与UV激光器相合并)，是在激光焊合前从铜名义去除统统残留物的最灵验款式。

图3：CO2激光器、CO2激光器+纳秒红外光纤(FL)激光器和CO2激光器+纳秒UV固态激光器三种绝缘层去除工艺的效劳相比

图3中的一系列相片相比了使用CO2激光器、纳秒红外光纤(FL)激光器和纳秒UV固态激光器的多样去除技能。在相片的上排，绝缘材料是聚酰胺(PA)，下排的绝缘材料是聚醚醚酮(PEEK)。即使仅通过肉眼不雅察也不错看出，在这两种情况下，CO2激光器与UV激光器的组合效劳齐是最好的。实质焊合覆按也证据了这一丝。

图4：使用三种绝缘层去除款式的焊缝X射线图像。CO2激光器 + UV固态激光器的组合，彰着呈现出了最高的焊合质地(最少的气孔含量)

天然，最艰辛的主张是在去除绝缘层工艺之后取得的焊合质地。图4展示了一系列焊合后的发夹式绕组的 X 射线图像。这标明两步式(CO2激光器 + UV激光器)工艺最终大略收场更优质的焊合。两步式CO2激光器 + UV激光器剥除工艺，通过在焊合赶赴革职义的团员物残留物，最大贬抑地减少了焊合气孔。尽人皆知，团员物残留物中含有氢、碳和其他有机元素，这些元素在液态时可能会参加熔池，然后在焊合凝固过程中酿成气孔，而气孔会影响焊合的机械和电气性能。