無(wú)焊接漆包線快速連接端子為電機(jī)生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量低成本靈活連接

1、無(wú)焊接漆包線快速連接端子為電機(jī)生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量低成本靈活連接作者： Sean Sun，TE 家用電器事業(yè)部產(chǎn)品經(jīng)理Jain Liu，TE 家用電器事業(yè)部技術(shù)經(jīng)理在現(xiàn)代社會(huì)，電機(jī)的應(yīng)用幾乎無(wú)處不在。然而，其廣泛應(yīng)用所帶來(lái)的能源消耗問(wèn)題也不容小覷。據(jù)歐美委員會(huì)和美國(guó)能源部的調(diào)查報(bào)告顯示：2010年利用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)能耗已占到全世界能耗的20%左右，因此，電機(jī)節(jié)能已成為節(jié)能和環(huán)保的重要課題之一。而作為電機(jī)重要組成部分的漆包線，其連接過(guò)程也隨著節(jié)能型電機(jī)的應(yīng)用出現(xiàn)了一些變化。本文將首先結(jié)合電機(jī)的發(fā)展以及對(duì)成本及漆包線材料的考量，介紹傳統(tǒng)漆包線接線方式與 TE Connectivity（TE）公司方案的

2、對(duì)比；其次介紹 TE 新推出的包括 MAG-MATE、Siameze、AMPLIVAR、Crimpband和Cluster Block 在內(nèi)的無(wú)焊接漆包線快速連接端子的優(yōu)點(diǎn)及典型應(yīng)用，以及漆包線快速導(dǎo)通技術(shù)的最新進(jìn)展；最后結(jié)合客戶案例來(lái)體現(xiàn)TE無(wú)焊接漆包線快速連接端子的成本優(yōu)勢(shì)。電機(jī)的發(fā)展及成本考量電機(jī)的節(jié)能主要體現(xiàn)在對(duì)于電機(jī)速度的控制。在不同的環(huán)境采用不同的電機(jī)轉(zhuǎn)速是電機(jī)是否節(jié)能的一個(gè)重要體現(xiàn)。以目前家電行業(yè)最為普遍的交流感應(yīng)電機(jī)為例，這種電機(jī)通常只有一個(gè)轉(zhuǎn)速，稱為定速電機(jī)。如果在應(yīng)用過(guò)程中需要電機(jī)以不同的速度運(yùn)轉(zhuǎn)，通常是通過(guò)連接不同圈數(shù)的線圈或者對(duì)電機(jī)施加不同的電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)的。這種控制電機(jī)轉(zhuǎn)

3、速的方式有時(shí)候是以犧牲電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)效率來(lái)實(shí)現(xiàn)的，因此電機(jī)本身的能效極低。另一種在家電行業(yè)經(jīng)常使用的串激電機(jī)雖然可以通過(guò)改變電壓的方法來(lái)輕松地控制轉(zhuǎn)速，但是由于必須采用碳刷對(duì)電流進(jìn)行換向，電機(jī)的壽命和噪聲水平存在很大的問(wèn)題。目前最理想的控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的方式是以直流電機(jī)配合電子換向作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)，雖然其綜合成本較傳統(tǒng)的感應(yīng)電機(jī)增加了不少，但是隨著采用電子換向的成本越來(lái)越低，同時(shí)其又具有高效節(jié)能、噪聲低、壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)，相信將逐漸成為電機(jī)發(fā)展的方向之一。環(huán)保是另一個(gè)各行各業(yè)都在討論的話題，電機(jī)行業(yè)也不例外。過(guò)去，電機(jī)生產(chǎn)均采用有鉛焊接，這種焊接方式不僅威脅生產(chǎn)工人的健康，而且對(duì)環(huán)境造成污染。隨著歐盟等機(jī)構(gòu)對(duì)

4、電器生產(chǎn)中鉛含量的嚴(yán)格限制，國(guó)內(nèi)的大部分廠商已經(jīng)過(guò)渡到了無(wú)鉛焊接。但一方面，有鉛和無(wú)鉛焊接同時(shí)存在容易造成生產(chǎn)管理上的風(fēng)險(xiǎn)；另一方面，即使是無(wú)鉛焊接，如果生產(chǎn)過(guò)程中處理不當(dāng)，由助焊劑所產(chǎn)生的異味甚至有害氣體仍然會(huì)對(duì)從事生產(chǎn)的工人的健康產(chǎn)生影響。除了節(jié)能環(huán)保，成本問(wèn)題也是近年來(lái)電機(jī)產(chǎn)業(yè)的主要關(guān)注點(diǎn)。隨著電機(jī)生產(chǎn)技術(shù)門(mén)檻越來(lái)越低，成本競(jìng)爭(zhēng)也越來(lái)越激烈。不少電機(jī)生產(chǎn)商以改用成本更低的材料做為降低電機(jī)生產(chǎn)最方便快捷的手段：傳統(tǒng)的電機(jī)生產(chǎn)以使用銅漆包線為主，但是隨著銅價(jià)近年來(lái)的巨幅波動(dòng)，越來(lái)越多的生產(chǎn)廠家把目光投向了價(jià)格相對(duì)穩(wěn)定，導(dǎo)電能力相對(duì)不差的鋁漆包線。以期貨市場(chǎng)的銅鋁價(jià)格比較為例，銅的價(jià)格在每噸

5、50,000 元上下，而同時(shí)期鋁的價(jià)格只有每噸15,000元左右，且浮動(dòng)范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于銅。此外，有同樣導(dǎo)電性能的鋁的重量只有銅的1/3，所以使用鋁線替代銅線的成本相當(dāng)可觀。因此，如果銅價(jià)繼續(xù)維持高位震蕩，使用鋁線替代銅線在未來(lái)幾年仍將是一個(gè)主要趨勢(shì)。此外，減少生產(chǎn)的人工成本也是越來(lái)越多的電機(jī)生產(chǎn)商關(guān)注的一個(gè)重要方面。一線工人工資以每年20%左右的速度增長(zhǎng)，以及90后成為生產(chǎn)線主力所造成的招工難、培訓(xùn)難等一系列問(wèn)題，越來(lái)越多地困擾著電機(jī)生產(chǎn)企業(yè)。因此，很多企業(yè)開(kāi)始著手大規(guī)模使用自動(dòng)化的生產(chǎn)設(shè)備，以減少生產(chǎn)過(guò)程中的員工問(wèn)題。綜上所述，綠色節(jié)能、鋁線替代銅線、提高自動(dòng)化水平、減少人工將在未來(lái)幾年內(nèi)主導(dǎo)

6、電機(jī)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。TE無(wú)焊接漆包線快速連接端子解決方案雖然目前國(guó)內(nèi)的電機(jī)生產(chǎn)仍然是以使用銅漆包線為主，而且工藝非常成熟，許多廠家缺乏嘗試新的生產(chǎn)工藝的動(dòng)力，但已經(jīng)有一部分迫于成本壓力，開(kāi)始轉(zhuǎn)而采用鋁漆包線。然而，鋁漆包線的采用使焊接變得困難和不可靠，因?yàn)殇X極易氧化并在表面產(chǎn)生氧化膜阻礙焊錫和鋁導(dǎo)體的接觸，俗稱不沾錫。另外，傳統(tǒng)的焊接工藝中還包括剝漆皮、理線、焊接導(dǎo)通、清洗焊頭等輔助工藝，耗費(fèi)大量人工，同時(shí)又很難保證由于人為操作產(chǎn)生的潛在質(zhì)量問(wèn)題。在此前提下，TE所提供一系列適用于各種漆包線的無(wú)焊接快速連接端子解決方案逐漸走入電機(jī)生 產(chǎn)廠商的視野這種工藝俗稱刺破式端子，主要分為兩種：插入式刺破技術(shù)

7、 IDC（Insulation Displace Connection）和壓接式刺破技術(shù)。IDC 技術(shù)是通過(guò)將端子插入預(yù)置在電機(jī)上的腔體的同時(shí)剔除漆包線絕緣層并擠壓導(dǎo)體使之變形產(chǎn)生彈力以增加其與端子的接觸力而實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通的技術(shù)，這種腔體可以預(yù)先設(shè)計(jì)在電機(jī)的絕緣骨架上，通過(guò)注塑工藝一次成型，也可以設(shè)計(jì)成獨(dú)立單元并設(shè)法固定在電機(jī)上；壓接式刺破技術(shù)是指利用端子上經(jīng)過(guò)特殊工藝加工而成的具有一定硬度的刺，通過(guò)機(jī)器壓接刺破絕緣漆皮，并刺入導(dǎo)體內(nèi)部實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通的技術(shù)。這兩種技術(shù)已經(jīng)在歐美經(jīng)過(guò)多年的實(shí)際應(yīng)用檢驗(yàn)，不僅在生產(chǎn)過(guò)程中完全避免了應(yīng)用焊錫生產(chǎn)所造成的高溫、異味等污染問(wèn)題，而且生產(chǎn)效率極高。因?yàn)榇唐剖竭B接只需一

8、步操作就可以取代焊接中如剝漆皮、理線、焊接導(dǎo)通、清洗焊頭等操作，整個(gè)過(guò)程避免了潛在的人工失誤，確保質(zhì)量可靠。這兩種技術(shù)的區(qū)別在于，IDC 技術(shù)可以集成到全自動(dòng)生產(chǎn)線中，完全實(shí)現(xiàn)無(wú)人生產(chǎn)，但是需要預(yù)先設(shè)計(jì)好的卡位插槽；相對(duì)來(lái)講，壓接式刺破技術(shù)屬于半自動(dòng)操作，但無(wú)需特殊的設(shè)計(jì)，可短時(shí)間內(nèi)完全取代焊錫。IDC技術(shù)的產(chǎn)品主要包括MAG-MATE和Siameze，而壓接式刺破技術(shù)主要包括AMPLIVAR和Crimpband。圖 1:TE 刺破式端子l IDC技術(shù)圖 2：標(biāo)準(zhǔn) MAG-MATE 端接步驟使用 MAG-MATE 產(chǎn)品的時(shí)候，選擇合適尺寸的插槽是能否成功應(yīng)用該產(chǎn)品的關(guān)鍵，不同的線徑需要使用不同

9、槽寬的產(chǎn)品。同時(shí)還要注意銅線和鋁線的區(qū)別，因?yàn)殂~線質(zhì)地較硬，受到擠壓后更容易產(chǎn)生彈性應(yīng)力，并且產(chǎn)生所需應(yīng)力的形變量比鋁線要小很多，而彈性應(yīng)力是保證端子和導(dǎo)線之間具有合適的接觸電阻的重要條件之一，即同樣的槽寬，在應(yīng)用于鋁線的時(shí)候需要的線徑要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于銅線的線徑。此外，MAG-MATE在底腳附近有由特殊工藝制成的剝線用的“刀鋒”，這個(gè)看似不起眼的設(shè)計(jì)是TE采用獨(dú)特的工藝制作而成的。許多模仿TE的 MAG-MATE 設(shè)計(jì)的端子生產(chǎn)者只是采用普通的沖壓工藝來(lái)制作這個(gè)部位，這種方法在模具初期有可能會(huì)形成鋒利的刀鋒，但是隨著模具的磨損，這個(gè)部位會(huì)很快變得圓滑而無(wú)法剔除漆皮，從而極易造成導(dǎo)通不良。而TE的生產(chǎn)

10、工藝能確保模具在整個(gè)使用壽命過(guò)程中都能生產(chǎn)出整齊劃一的刀鋒并保證客戶的漆包線的漆皮能夠被安全剝離，實(shí)現(xiàn)與導(dǎo)線的導(dǎo)通。另外，有些客戶對(duì)于MAG-MATE導(dǎo)通后承載電流的能力提出過(guò)質(zhì)疑。事實(shí)上，對(duì)于正確使用漆包線的端子來(lái)說(shuō)，其電流承載能力的局限永遠(yuǎn)是漆包線的電流承載能力，因?yàn)槭褂谜_的MAG-MATE在剔除絕緣漆皮之后，會(huì)進(jìn)一步擠壓裸露的導(dǎo)線并使之產(chǎn)生形變（注意是形變，而不是切掉任何導(dǎo)體）。因此，在插入之后MAG- MATE端子和導(dǎo)體的接觸面積一定會(huì)大于導(dǎo)線本身的截面積，再加上端子和導(dǎo)線之間互相作用產(chǎn)生的彈性應(yīng)力和接觸過(guò)程中產(chǎn)生的原子級(jí)的金屬表面接觸，都保證了接觸面承載電流的能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于導(dǎo)體本身的

11、承載能力。另外，客戶還要注意“后”鍍錫與“預(yù)”鍍錫的產(chǎn)品及其在應(yīng)用中的區(qū)別。后鍍錫的產(chǎn)品所有加工部分的切口都會(huì)被鍍層覆蓋，而預(yù)鍍錫的產(chǎn)品在切口的部位能明顯看到裸露在外面的銅材。這一點(diǎn)在鋁漆包線的導(dǎo)通中至關(guān)重要，因?yàn)椴煌慕饘僮鳛閷?dǎo)體具有不同的陽(yáng)極指數(shù)（Anodic Index），而在一定的環(huán)境條件下，陽(yáng)極指數(shù)差值過(guò)大的兩種金屬接觸會(huì)產(chǎn)生電池效應(yīng)或稱之為電化學(xué)腐蝕。一般認(rèn)為，為避免產(chǎn)生嚴(yán)重的電化學(xué)腐蝕導(dǎo)致導(dǎo)通失效或其它嚴(yán)重的后果，在通常環(huán)境條件下（如室內(nèi)），兩種不同導(dǎo)體間的陽(yáng)極指數(shù)差值應(yīng)當(dāng)小于 0.25V；在惡劣環(huán)境條件下（如室外或潮濕含鹽環(huán)境），陽(yáng)極指數(shù)應(yīng)當(dāng)小于 0.15V；而在濕度等條件可控

12、的環(huán)境中，陽(yáng)極指數(shù)不應(yīng)大于 0.5V。銅的陽(yáng)極指數(shù)為 0.35V，鋁的陽(yáng)極指數(shù)為 0.75V，差值為 0.4V，在某些環(huán)境中能夠發(fā)生嚴(yán)重的電化學(xué)腐蝕。所以作為導(dǎo)體的銅和鋁通常 不能直接接觸導(dǎo)通。采用鍍層可以避免陽(yáng)極指數(shù)差過(guò)大的問(wèn)題。銅表面鍍錫的陽(yáng)極指數(shù)為 0.60V，與鋁接觸后差值為 0.15V，原則上可以避免多數(shù)應(yīng)用環(huán)境產(chǎn)生的電化學(xué)腐蝕，所以在導(dǎo)通鋁漆包線的時(shí)候， 一定要使用后鍍錫的產(chǎn)品，以避免銅和鋁的直接接觸。錫也是極易被氧化的金屬，而且氧化后的形成的氧化錫也是電的不良導(dǎo)體。但錫和氧化錫的質(zhì)地很軟，這一特性使氧化錫可以在一定摩擦力的作用下被輕松的移除，裸露出覆蓋在底下的純錫。IDC 技術(shù)在

13、插入端子的過(guò)程中也正是依靠導(dǎo)體和端子相對(duì)移動(dòng)所產(chǎn)生的摩擦力，移除掉端子表面的氧化錫，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)體和端子之間的原子級(jí)接觸。鍍層的厚度在導(dǎo)通一根以上的漆包線時(shí)就顯得尤為重要（某些端子可以 同時(shí)導(dǎo)通兩根漆包線）。足夠厚的鍍層可以保證即使插入兩根漆包線，端子的表面也留有鍍錫層。錫作 為銅和鋁導(dǎo)通的介質(zhì)，能避免產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕。對(duì)于不同應(yīng)用，TE 提供了各種可供選擇的解決方案：用于高振動(dòng)條件下的帶應(yīng)力松弛結(jié)構(gòu)的四點(diǎn)連 接標(biāo)準(zhǔn) MAG-MATE；用于緊湊結(jié)構(gòu)的兩點(diǎn)連接的細(xì)窄型 MAG-MATE；以及帶有各種形狀和連接片的 MAG- MATE 等。Siameze 的作用原理近似于 MAG-MATE，其特點(diǎn)是由于采

14、用了活動(dòng)懸臂梁作為產(chǎn)生接觸力的機(jī)構(gòu)，同一端子適用的線徑范圍更為寬泛，更適合于安裝空間有限、線徑較細(xì)的漆包線，并且它可以通過(guò)鎖片直 接連接引出線。l 壓接式刺破技術(shù)AMPLIVAR 技術(shù)產(chǎn)生于 20 世紀(jì) 50 年代，至今已有 60 多年的歷史?？蛻粼谑褂?AMPLIVAR 的時(shí)候，需要根據(jù)所要連接的漆包線或者漆包線與引出線組合的截面積來(lái)選擇合適的型號(hào)。圖 3： AMPLIVAR 導(dǎo)通方案舉例說(shuō)明：假設(shè)客戶需要連接0.35mm銅漆包線1根，0.68mm鋁漆包線1根，0.82 引出線1根，19 股，每股 0.233mm：1. 首先計(jì)算所有導(dǎo)線的 CMA 值（Circular Mil Area，以

15、Mil 為單位的截面積） 公式=（直徑mm/25.4）2×106 （0.35/25.4）2×106=190 （0.68/25.4）2×106=717 （0.233/25.4）2×106×19=1599 2. 計(jì)算所有 CMA 的總和 190+717+1599=2506 3. 根據(jù)計(jì)算出來(lái)的值選擇合適的端子 這個(gè)例子可以選擇的是 62305-2。此外還有幾個(gè)步驟可以進(jìn)一步驗(yàn)證 62305-2 是否合適，具體可參考 TE 網(wǎng)站或 TE 所提供的產(chǎn)品樣本中的詳細(xì)介紹。AMPLIVAR 端子導(dǎo)通采用壓入式刺破原理，端子壓線槽內(nèi)有由特殊生產(chǎn)工藝加工而成的

16、鋒利鋸齒， 可以刺破漆包線絕緣層刺入導(dǎo)體來(lái)實(shí)現(xiàn)連接，同時(shí)也增大了與導(dǎo)體的接觸面積，保證了連接的可靠性。 AMPLIVAR 技術(shù)的關(guān)鍵就在于用來(lái)刺破漆皮的鋸齒。TE 特殊的制成工藝確保每一個(gè)出廠的端子都有足夠 鋒利的鋸齒，并且具有足夠的硬度，因此無(wú)論是銅漆包線還是鋁漆包線，都能夠?qū)⑵溆行У卮唐撇?dǎo) 通，并將導(dǎo)通后的電阻值保持在一定范圍以下，從而保證連接的可靠性。而目前市場(chǎng)上同類型的產(chǎn)品通 常是以沖壓工藝制成的，同樣，在模具新的時(shí)候，會(huì)形成尖銳邊緣，但是隨著模具的磨損，這些邊緣就 變成了圓角，進(jìn)行壓接的時(shí)候就不能保證有效的刺破。從放大鏡下看，TE 的 AMPLIVAR 邊緣的鋸齒明 顯，而市場(chǎng)上其

17、它產(chǎn)品的槽型一般為梯形。一個(gè) AMPLIVAR 端子可以同時(shí)導(dǎo)通多達(dá)三根漆包線，并且可應(yīng)用于銅或鋁漆包線，或是兩者的組合，也適用于銅或鋁漆包線與標(biāo)準(zhǔn)、預(yù)剝離的引出線的組合。采用 TE 半自動(dòng)壓接機(jī)進(jìn)行 AMPLIVAR 端子壓接可提高單位小時(shí)的生產(chǎn)效率。精確控制的壓接過(guò)程可減少人為誤差，提高可靠性。使用者只需一步操作，即可將鋸齒壓入漆包線，同時(shí)剝離漆包線的絕緣層，產(chǎn)生耐腐蝕，拉伸強(qiáng)度高的氣密性連接。TE 的半自動(dòng)壓接機(jī)可自動(dòng)進(jìn)行壓接高度的學(xué)習(xí)，并帶有編程功能，可以按照設(shè)定的順序進(jìn)行不同高度的壓接。（不同 CMA 值的導(dǎo)線組合，壓接高度不同）。同時(shí)，機(jī)器還帶有 CQM（Crimp Quality

18、 Monitor），可對(duì)每次壓接高度做機(jī)械測(cè)量，以確保壓接高度在允許的誤差范圍內(nèi)。Crimpband 作用原理與 AMPLIVAR 類似，但壓接時(shí)是從一條長(zhǎng)料帶上切下一小片并且折彎成型，再對(duì)導(dǎo)線進(jìn)行壓接，其產(chǎn)品的穩(wěn)定性不如已經(jīng)預(yù)成型的 AMPLIVAR，所以目前僅應(yīng)用于某些 AMPLIVAR 無(wú)法應(yīng) 用的領(lǐng)域，如緊貼電機(jī)定子沖片的橫穿式連接。圖 4：Crimpband 端接方案l Cluster Block在漆包線連接器家族中，還有一類主要應(yīng)用于壓縮機(jī)的比較特殊的連接器，稱之為 Cluster Block （集束端子連接器）。這類端子為 2 至 5 位，應(yīng)用時(shí)首先將端子與導(dǎo)線連接，然后插入塑殼

19、中，再與壓 縮機(jī)上的接線頭進(jìn)行連接。針對(duì)不同的壓縮機(jī)需要，集束端子電子連接器有適用直徑 2.29mm（.090） 或 3.18mm（.125）的接線柱兩種，支持正向或反向連接。該類型連接器可用于壓縮機(jī)內(nèi)部和外部，線 徑范圍涵蓋 AWG（American wire gauge）#10 （2.588mm）至#22 （0.644mm） 多股線范圍，可使用于 400 至 8500 CMA 范圍的漆包線；塑殼高度防沖擊，適合多種方式壓接（K-Press、G-Press、APT、CLS IV+）。 圖 5：Cluster Block 端接方案漆包線快速導(dǎo)通技術(shù)的最新發(fā)展把各種技術(shù)組合，可以衍生出適用于不同

20、應(yīng)用的產(chǎn)品：把 MAG-MATE 和 Multispring 技術(shù)組合，就可以衍生出下端使用 IDC 技術(shù)用于導(dǎo)通漆包線，而上端導(dǎo)通電路板的新型端子。這種端子適用于目前正在蓬勃發(fā)展的控制板和電機(jī)集成于一體的直流或變頻節(jié)能型電機(jī)。圖 6：MAG-MATE 和 Multispring 的組合把 AMPLIVAR 和 FASTON 技術(shù)組合，就可以產(chǎn)生可用于直接壓接漆包線的旗型端子，可以幫助壓縮機(jī)生產(chǎn)廠商節(jié)省線束的成本。圖 7：AMPLIVAR 和 FASTON 組合把 AMPLIVAR 和 Cluster Block Terminal 組合，可以使集束端子連接器直接連接漆包線，同樣幫助生產(chǎn)廠家節(jié)省線束的成本。圖 8：AMPLIVAR 和 Cluster Block Terminal 組合TE 無(wú)焊接漆包線快速連接端子廣泛適用于風(fēng)扇電機(jī)、自動(dòng)變速器閥單元、照明單元、最大 180°C快速連接端子的成本的高溫應(yīng)用、汽車尾氣反饋系統(tǒng)和燃油器觸點(diǎn)等應(yīng)用。凡是應(yīng)用漆包線的領(lǐng)域都可以嘗試采用無(wú)焊接漆包