1.本发明涉及一种激光焊接方法和使用了该激光焊接方法的旋转电机的制造方法。
背景技术：2.使用激光进行焊接的焊接方法广为人知。例如，在专利文献1中公开了如下方案：沿着材料的焊接预定线照射第一激光进行预热，并一边向该预热部分供给填料丝一边照射第二激光进行焊接。
3.现有技术文献
4.专利文献
5.专利文献1：日本公开专利公报特开2009－269036号公报
技术实现要素：6.－发明要解决的技术问题－
7.电动机或发电机等旋转电机中存在如下的旋转电机：在形成于定子铁芯的多个插槽的每个插槽中都插入有多个导体段，被插入各插槽中的多个导体段的端部被焊接在一起。
8.在利用电弧焊来对这些多个导体段的端部进行焊接的情况下，由于热输入很大，因此为了防止将导体段间绝缘的绝缘涂层熔融，需要使到导体段的端部为止的外部露出的导体部变长。正因为如此，而难以实现线圈端部的小型化。另外，电弧焊需要接地。
9.如果使用激光，由于能量密度高而能够进行热影响较小的焊接，但是导体段一般是由铜形成的，该铜在用于焊接的激光的波长域能量吸收率低，因此难以使用激光进行焊接。
10.本公开的目的在于：提供一种使用激光对含铜作为主要成分的材料进行焊接的激光焊接方法。
11.－用于解决技术问题的技术方案－
12.本公开的第一方面以一种激光焊接方法为对象，对含铜作为主要成分的材料10进行焊接。将第一激光l1照射在所述材料10上进行加热，并且将第二激光l2照射在所述材料10的所述第一激光l1的照射区域内进行焊接，所述第二激光l2是所述材料10中所含有的铜对所述第二激光l2的能量吸收率伴随着所述材料10的温度上升而提高的激光。
13.在第一方面中，将第一激光l1照射在含铜作为主要成分的材料10上进行加热。另外，将第二激光l2照射在材料10的第一激光l1的照射区域内。该第二激光l2是材料10中所含有的铜对该第二激光l2的能量吸收率伴随着材料10的温度上升而提高的激光。因此，当将第二激光l2照射在被加热而温度上升了的第一激光l1的照射区域内时，第二激光l2会被材料10中所含有的铜以较高的能量吸收率吸收，并且材料10被赋予高密度能量，材料10由此而发生熔融，从而能够进行焊接。因此，通过将第一激光l1和第二激光l2组合起来使用，
能够对含铜作为主要成分的材料10进行焊接。
14.本公开的第二方面是在第一方面的基础上，所述第一激光l1的波长为584nm以下。在第二方面中，能够高效地使材料10的温度上升。
15.本公开的第三方面是在第二方面的基础上，所述第一激光l1的波长为470nm以下。在第三方面中，由于铜的能量吸收率提高，因此能够使材料10的温度稳定地上升。
16.本公开的第四方面是在第一到第三方面中任一方面的基础上，所述第一激光l1的光源为半导体激光。在第四方面中，能够容易地得到第一激光l1。
17.本公开的第五方面是在第一到第四方面中任一方面的基础上，所述第二激光l2的波长为800nm以上。在第五方面中，能够高效地使材料10成为能够进行焊接的熔融状态。
18.本公开的第六方面是在第一到第五方面中任一方面的基础上，所述第二激光l2的光源为红外线激光。在第六方面中，能够容易地得到第二激光l2。
19.本公开的第七方面是在第一到第六方面中任一方面的基础上，相对于一束所述第一激光l1，所述第二激光l2的光束数为一束以上。在第七方面中，相对于一束第一激光l1，第二激光l2的光束数最少为一束，如果第二激光l2相对于一束第一激光l1为两束以上，则能够使材料10更均匀地熔融。
20.本公开的第八方面是在第一到第七方面中任一方面的基础上，将两组以上的所述第一激光l1和所述第二激光l2照射在所述材料10上。在第八方面中，能够减小焊接的偏差。
21.本公开的第九方面以旋转电机30的制造方法为对象，在所述旋转电机30中，在形成于定子铁芯31的多个插槽的每个插槽中插入有多个导体段32，已插入各插槽中的多个所述导体段32的端部由含铜作为主要成分的材料10形成。利用第一到第九方面中任一方面的激光焊接方法来将多个所述导体段32的端部与端部焊接在一起。
22.在第九方面中，通过将第一激光l1和第二激光l2加以组合，能够将由含铜作为主要成分的材料10形成的导体段32的端部与端部焊接在一起。另外，由于导体段32被赋予高密度能量，因此不需要使到导体段32的端部为止的外部露出的导体部很长，因而能够实现线圈端部的小型化。此外，由于能够进行导体段32的端部与端部的高速焊接，因此能够得到高生产能力，并且由于不需要为了得到高生产能力而增设设备，因此能够减少设备投资。
23.第十方面的公开是在第九方面的基础上，对多个所述导体段32中的每个所述导体段32的端部照射一组以上的所述第一激光l1和所述第二激光l2。第十方面中，能够减小导体段32的端部间的焊接偏差。
附图说明
24.图1是示出实施方式所涉及的激光焊接方法的剖视图；
25.图2是示出在300k下的、激光的波长与包括铜在内的各种金属的能量吸收率之间的关系的曲线图；
26.图3是示出第一激光l1和第二激光l2的光束位置的俯视图；
27.图4是示出第一激光l1和第二激光l2的光束位置的变形例的俯视图；
28.图5是旋转电机30的立体图；
29.图6是示出旋转电机30的多个导体段32的端部与端部的激光焊接方法的立体图；
30.图7是示出旋转电机30的多个导体段32的焊接后的端部的立体图；
31.图8是示出旋转电机30的多个导体段32的端部与端部的激光焊接方法的变形例的立体图；
32.图9是导体段32的焊接后的端部的主视图；
33.图10是示出向导体段32的端部照射第一激光l1和第二激光l2的照射方法的立体图；
34.图11是示出向导体段32的端部照射第一激光l1和第二激光l2的照射方法的变形例的立体图。
具体实施方式
35.下面，对实施方式进行详细说明。
36.实施方式所涉及的激光焊接方法是使激光照射在含铜作为主要成分的材料10上来将材料10焊接在被覆金属件20上的焊接方法。此时，如图1所示，将第一激光l1照射在材料10的表面上进行加热，并且将第二激光l2照射在该材料10的位于第一激光l1的照射区域内的已加热了的表面上，从而将材料10焊接在被覆金属件20上，该第二激光l2是材料10中所含有的铜对该第二激光l2的能量吸收率伴随着材料10的温度上升而提高的激光。
37.在该实施方式所涉及的激光焊接方法中，将第一激光l1照射在含铜作为主要成分的材料10上进行加热。另外，将第二激光l2照射在材料10上的第一激光l1的照射区域内。该第二激光l2是材料10中所含有的铜对该第二激光l2的能量吸收率伴随着材料10的温度上升而提高的激光。因此，当将第二激光l2照射在被加热而温度上升了的第一激光l1的照射区域内时，第二激光l2会被材料10中所含有的铜以较高的能量吸收率吸收，并且材料10被赋予高密度能量，由此材料10发生熔融，从而能够往被覆金属件20上进行焊接。因此，通过将第一激光l1和第二激光l2组合起来使用，能够将含铜作为主要成分的材料10焊接在被覆金属件20上。
38.例如，如图2所示，就在500nm附近的波长域的激光而言，虽然铜对它的能量吸收率很高，但是很难获得能够足以用于焊接的高密度能量。另一方面，就在1000nm附近的波长域的激光而言，虽然能够得到适合焊接的高密度能量，但铜的能量吸收率很低。此处，铜具有以下性质：当铜的温度上升时，铜对在1000nm附近的波长域的激光的能量吸收率提高。根据这些因素，前者非常适合作第一激光l1用，而后者非常适合作第二激光l2用。
39.此处，含铜作为主要成分的材料10可以是纯铜，也可以是所含铜的质量百分比为50％以上的铜合金。另外，被覆金属件20可以由以含有与材料10相同的铜作为主要成分的金属形成，也可以由不同的金属形成。
40.从高效地提高材料10的温度的观点出发，第一激光l1的波长优选为584nm以下，在此基础上，从铜的能量吸收率高且使材料10的温度稳定地上升的观点出发，第一激光l1的波长更优选为470nm以下。从实用的观点出发，第一激光l1的波长优选为400nm以上。第一激光l1可以由单一波长的激光组成，也可以由多种波长的激光叠加组成。
41.从高效地使材料10的温度上升的观点出发，材料10中所含有的铜在300k下对第一激光l1的能量吸收率优选为60％以上，更优选为80％以上。
42.从高效地提高材料10的温度的观点出发，第一激光l1的功率密度优选为125000w/cm2以上，更优选为500000w/cm2以上，另外，优选为5100000w/cm2以下。
43.第一激光l1的光源优选为半导体激光，更优选为振荡波长范围在上述记载的400nm以上且470nm以下的激光。
44.从提高第二激光l2的能量吸收率的观点出发，通过第一激光l1的照射而被加热后的材料10的温度优选为200℃以上，更优选为400℃以上，另外，优选为1083℃以下。
45.从高效地使材料10成为能够进行焊接的熔融状态的观点出发，第二激光l2的波长优选为800nm以上，更优选为1030nm以上，另外，优选为1500nm以下。从实用的观点出发，第二激光l2的波长优选为1200nm以下。第二激光l2可以由单一波长的激光组成，也可以由多种波长的激光叠加组成。
46.从使加热后的材料10成为能够进行焊接的熔融状态的观点出发，材料10中所含有的铜在温度上升后对第二激光l2的能量吸收率优选为30％以上，更优选为60％以上。材料10中所含有的铜在温度上升前的300k下对第二激光l2的能量吸收率例如为0.9％以上且8.0％以下。
47.从高效地使材料10成为能够进行焊接的熔融状态的观点出发，第二激光l2的功率密度优选为6250000w/cm2以上，更优选为20000000w/cm2以上，另外，优选为200000000w/cm2以下。
48.第二激光l2的光源优选为红外线激光。
49.关于第一激光l1和第二l2向材料10的照射，如图3到图5所示，优选以第二激光l2的光束被包含在第一激光l1的光束内的方式进行照射。相对于一束第一激光l1，第二激光l2的光束数为一束以上，如图3所示，相对于一束第一激光l1第二激光l2最少为一束，如图4所示，如果相对于一束第一激光l1第二激光l2为两束以上，则能够使材料10更均匀地熔融。
50.接下来，对采用了实施方式所涉及的激光焊接方法的电动机或发电机等旋转电机30的制造方法进行说明。
51.如图5所示，在旋转电机30中，在形成于定子铁芯31的多个插槽(未图示)的各插槽中插入有多个导体段32，被插入各插槽中的多个导体段32的端部由上述含铜作为主要成分的材料10形成。在其制造过程中，采用实施方式所涉及的激光焊接方法，如图6所示，将第一激光l1和第二激光l2点照射在多个导体段32的端部中的每个端部上，由此如图7所示，通过焊接将多个导体段32的端部与端部焊接在一起。另外，如图8所示，此时也可以将第一激光l1和第二激光l2扫过地照射在多个导体段32的端部。
52.通过这样采用实施方式所涉及的激光焊接方法，将第一激光l1和第二激光l2加以组合，就能够将由上述含铜作为主要成分的材料10形成的导体段32的端部与端部焊接在一起。此时，由于能量密度较低的第一激光l1和能量密度较高的第二激光l2叠加，因此在导体段32的端部与端部之间，如图9所示，形成有以跨过导体段32的端面部分的方式焊接而成的热传导型焊接部分33、以及材料10浸润到导体段32的端部与端部之间而焊接得到的钥匙孔型焊接部分34，由此而能够得到很高的焊接强度。
53.另外，由于导体段32被赋予高密度能量，因此不需要使到导体段32的端部为止的外部露出的导体部很长。其结果是，能够实现线圈端部的小型化。此外，由于能够进行导体段32的端部与端部的高速焊接，因此能够得到高生产能力，并且由于不需要为了得到高生产能力而增设设备。其结果是，能够减少设备投资。
54.在旋转电机30的制造过程中，对多个导体段32中每个导体段32的端部照射一组以
上的第一激光l1和第二激光l2。如图10所示，对多个导体段32中每个导体段32的端部，照射最少一组的第一激光l1和第二激光l2，但如果如图11所示，照射两组以上的第一激光l1和第二激光l2，就能够减小导体段32的端部间的焊接偏差。
55.－产业实用性－
56.本发明对于激光焊接方法和采用该激光焊接方法的技术领域是有用的。
57.－符号说明－
58.l1第一激光
59.l2第二激光
60.10材料
61.30旋转电机
62.31定子铁芯
63.32导体段
技术特征：1.一种激光焊接方法，对含铜作为主要成分的材料(10)进行焊接，其特征在于：将第一激光(l1)照射在所述材料(10)上进行加热，并且将第二激光(l2)照射在所述材料(10)的所述第一激光(l1)的照射区域内进行焊接，所述第二激光(l2)是所述材料(10)中所含有的铜对所述第二激光(l2)的能量吸收率伴随着所述材料(10)的温度上升而提高的激光。2.根据权利要求1所述的激光焊接方法，其特征在于：所述第一激光(l1)的波长为584nm以下。3.根据权利要求2所述的激光焊接方法，其特征在于：所述第一激光(l1)的波长为470nm以下。4.根据权利要求1到3中任一项权利要求所述的激光焊接方法，其特征在于：所述第一激光(l1)的光源为半导体激光。5.根据权利要求1到4中任一项权利要求所述的激光焊接方法，其特征在于：所述第二激光(l2)的波长为800nm以上。6.根据权利要求1到5中任一项权利要求所述的激光焊接方法，其特征在于：所述第二激光(l2)的光源为红外线激光。7.根据权利要求1到6中任一项权利要求所述的激光焊接方法，其特征在于：相对于一束所述第一激光(l1)，所述第二激光(l2)的光束数为一束以上。8.根据权利要求1到7中任一项权利要求所述的激光焊接方法，其特征在于：将两组以上的所述第一激光(l1)和所述第二激光(l2)照射在所述材料(10)上。9.一种旋转电机(30)的制造方法，在所述旋转电机(30)中，在形成于定子铁芯(31)的多个插槽的每个插槽中插入有多个导体段(32)，已插入各插槽中的多个所述导体段(32)的端部由含铜作为主要成分的材料(10)形成，其特征在于：利用权利要求1到8中任一项权利要求所述的激光焊接方法将多个所述导体段(32)的端部与端部焊接在一起。10.根据权利要求9所述的旋转电机(30)的制造方法，其特征在于：对多个所述导体段(32)中的每个所述导体段(32)的端部照射一组以上的所述第一激光(l1)和所述第二激光(l2)。
技术总结本发明公开了一种激光焊接方法，将第一激光(L1)照射在含铜作为主要成分的材料(10)上来进行加热，并且将第二激光(L2)照射在材料(10)的第一激光(L1)的照射区域内来进行焊接，该第二激光(L2)是材料(10)中所含有的铜对该第二激光(L2)的能量吸收率伴随着材料(10)的温度上升而提高的激光。温度上升而提高的激光。温度上升而提高的激光。
技术研发人员：伊藤正敏 西河尚志 塚本雅裕 佐藤雄二 菅哲男
受保护的技术使用者：国立大学法人大阪大学
技术研发日：2021.03.22
技术公布日：2022/12/1
