【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及树脂纤维缠绕成型，尤其是涉及一种基于激光辅助加热的纤维增强预浸带含预应力缠绕成型结构及成型工艺。
技术介绍
1、高速永磁电机不仅有着高效特性，还有着高功率密度等优点。在电动汽车、飞轮储能、氢燃料电池空压机等方面得到了广泛的应用。高速永磁电机主要由铁芯、高速电机转子、永磁体、护套等部分组成。对于电机永磁体的保护，一般会采用保护套，传统的保护套为金属材料。金属材料的电机护套不仅质量重，自身的离心力较大，影响其预紧强度。且金属材料电机护套因其导电性，在转动的过程中涡流损耗较多，能量消耗致使电机转速上不去，功率无法提升，且涡流损耗会产生大量的热量，高温会使得磁体的磁性减弱，影响电机的性能，降低电机效率。
2、碳纤维复合材料具有高比强度、高比模量、质量轻、耐腐蚀的特点，因此采用碳纤维复合材料制作电机护套，一方面降低了电机的重量，另一方面碳纤维复合材料护套具有较好的绝缘性，相较于金属护套其涡流损耗基本为零，从而减小了电机运行中的发热量，有效的控制了温度对于电机永磁体的影响。复合材料的高强高模特性，增大了对永磁体的预紧强度，使电机能突破更高的转速和功率密度。热塑性碳纤维复合材料由于环保、耐腐蚀、环境适应性强、易于保存、经反复加热冷却后可以反复的软化、硬化，因此，热塑性碳纤维复合材料制备的电机护套在国外得到了更广泛的应用。
3、热塑性复合材料制备的预浸带的缠绕工艺一般采用大张力激光加热绑扎法，根据产品的力学性能要求，对预浸带施加一定的张力，并采用激光对预浸带进行加热，使得后缠绕的预浸带能够与先前缠绕的预浸带
4、现有专利cn 114311742a公开了一种热塑性复合材料的环向缠绕成型方法，包括通过牵引辊组调节张力并朝芯模方向牵引热塑性树脂预浸带，再通过激光加热器加热热塑性树脂预浸带；由热塑性缠绕机按预设的参数将热塑性树脂预浸带环向缠绕于芯模表面，并随缠绕同步由压力辊自上而下对芯模表面的热塑性树脂预浸带进行加压；在芯模缠绕方向相对加压的后程，通过吹风冷却器进行原位固化。采用张力控制、压力辊加压、激光加热并结合原位固结，大幅提高了缠绕成型的力学性能。上述专利中采用激光对预浸带加热仅是对待缠绕的预浸带进行加热，激光加热的升温速度快，但是降温速度也非常快，仅对待缠绕的预浸带加热会影响预浸带层与层之间的粘合效果，影响成型后的抗拉强度。
5、现有专利cn115765346a公开了一种高速永磁电机转子复合材料护套大张力绑扎固结方法，设置张力放大器放大预浸带的张力，设置激光器对压辊和转子的夹点位置的预浸带持续加热，设置冷却装置对激光加热位置处的预浸带进行冷却使得树脂材料的半结晶化固结。通过大张力控制提高纤维预浸带的张力水平，充分发挥纤维预浸带高强度、高模量的优势，配合激光加热原位固化，对结构进行绑扎预紧，绑扎预紧效果大于1000mpa，大大优于现有的热固型碳纤维护套的预紧效果。上述专利中虽然采用激光对压辊和转子的夹点进行持续加热，但是激光加热的温度设置在350-400℃，位于材料的凝胶区域范围内，激光加热的温度只能使得待缠绕的预浸带处于凝胶状态，只能实现待缠绕预紧带与上层缠绕层之间的粘合，虽然成型后的护套强度有所提高，但是仍然无法解决因激光温度波动、预浸带表面树脂分布不均等现实因素影响固化效果而产生的层与层的微小缝隙，从而影响缠绕成品件的结构力学性能，不能获得高强度的护套。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种基于激光辅助加热的纤维增强预浸带含预应力缠绕成型结构及成型工艺，解决现有的纤维增强预浸带缠绕不能获得高强度产品的问题。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于激光辅助加热的纤维增强预浸带含预应力缠绕成型结构，包括水冷压辊，水冷压辊设置在高速永磁电机转子的一侧，水冷压辊将预浸带压紧在高速永磁电机转子上，预浸带位于水冷压辊的中部；待缠绕的预浸带与高速永磁电机转子上已缠绕部分之间设置有光斑尺寸可调节的激光辅助加热装置，激光辅助加热装置发射矩形光斑，矩形光斑横向长度不小于预浸带的宽度，矩形光斑横向中心线与水冷压辊、高速永磁电机转子之间的切线重合；水冷压辊的两端分别设置有对水冷压辊进行冷却的第一冷却喷嘴和第二冷却喷嘴。
3、优选的，所述第一冷却喷嘴、第二冷却喷嘴分别位于预浸带的左上方、右下方。
4、优选的，所述激光辅助加热装置的下方一侧设置有对激光辅助加热装置的镜片进行防护的吹气口。
5、优选的，所述激光辅助加热装置的内部设置有控制水冷压辊与高速永磁电机转子夹点处矩形光斑温度的激光功率控制器。
6、一种基于上述基于激光辅助加热的纤维增强预浸带含预应力缠绕成型结构的成型工艺，包括以下步骤：
7、s1、经过张力调节的预浸带通过水冷压辊后缠绕在旋转的高速永磁电机转子外表面上，预浸带位于水冷压辊的中部；
8、s2、启动第一冷却喷嘴、第二冷却喷嘴，第一冷却喷嘴、第二冷却喷嘴分别对水冷压辊的两端进行冷却；
9、s3、启动激光辅助加热装置，调节矩形光斑尺寸，矩形光斑横向长度完全覆盖水冷压辊与高速永磁电机转子之间待缠绕预浸带的宽度，同时矩形光斑横向中心线与水冷压辊、高速永磁电机转子之间的切线重合，对待缠绕的预浸带和已缠绕部分进行同步加热，并对高速永磁电机转子上已缠绕层的预浸带进行再加热渗透；
10、s4、水冷压辊沿着高速永磁电机转子的轴线方向往复移动，实现在旋转的高速永磁电机转子外表面上预浸带的缠绕。
11、优选的，所述s1中，高速永磁电机转子的表面线速度为10mm/s-200mm/s，水冷压辊气压为0.2mpa-0.3mpa，预浸带上预应力为100mpa-1500mpa。
12、优选的，所述s2中，水冷压辊表面温度不高于80℃。
13、优选的，所述s3中，矩形光斑的长×宽为5mm×5mm-30mm×30mm，矩形光斑的纵向宽度为5mm-10mm，矩形光斑的纵向宽度随着高速永磁电机转子直径的增大而减小。
14、优选的，所述s3中，矩形光斑的能量分布为平顶波分布，矩形光斑的温差不大于5℃，扫描线速度为10mm/s-200mm/s。
15、优选的，所述s3中，矩形光斑的温度为预浸带树脂熔点之上30℃-60℃。缠绕首层预浸带时不开激光；缠绕第二层预浸带时打开激光加热，矩形光斑温度为预浸带树脂熔点；缠绕第三层预浸带时矩形光斑温度为预浸带树脂熔点之上30℃-40℃；缠绕第四层及以上预浸带时矩形光斑温度为预浸带树脂熔点之上50℃-60℃。
16、上述基于激光辅助加热的纤维增强预浸带含预应力缠绕成型结构的成型工艺在高速永磁电机转子护套中应用。
17、本专利技术所述的一种基于激光辅助加热的纤维增强预浸带含预应力缠绕成型结构及成型工艺的优点和积极效果是：
18、1、本专利技术将矩形光斑的温度设置在预浸带树脂熔点之上30℃-60℃，采用较高的加热温度能够将已缠绕部分的预浸带进行重熔，使得待缠绕预浸带与已缠绕部分的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于激光辅助加热的纤维增强预浸带含预应力缠绕成型结构，其特征在于：包括水冷压辊，水冷压辊设置在高速永磁电机转子的一侧，水冷压辊将预浸带压紧在高速永磁电机转子上，预浸带位于水冷压辊的中部；待缠绕的预浸带与高速永磁电机转子上已缠绕部分之间设置有光斑尺寸可调节的激光辅助加热装置，激光辅助加热装置发射矩形光斑，矩形光斑横向长度不小于预浸带的宽度，矩形光斑横向中心线与水冷压辊、高速永磁电机转子之间的切线重合；水冷压辊的两端分别设置有对水冷压辊进行冷却的第一冷却喷嘴和第二冷却喷嘴。
2.根据权利要求1所述的一种基于激光辅助加热的纤维增强预浸带含预应力缠绕成型结构，其特征在于：所述第一冷却喷嘴、第二冷却喷嘴分别位于预浸带的左上方、右下方。
3.根据权利要求1所述的一种基于激光辅助加热的纤维增强预浸带含预应力缠绕成型结构，其特征在于：所述激光辅助加热装置的下方一侧设置有对激光辅助加热装置的镜片进行防护的吹气口。
4.根据权利要求1所述的一种基于激光辅助加热的纤维增强预浸带含预应力缠绕成型结构，其特征在于：所述激光辅助加热装置的内部设置有控制水冷压辊与高
5.一种基于权利要求1-4任一项所述的一种基于激光辅助加热的纤维增强预浸带含预应力缠绕成型结构的成型工艺，其特征在于，包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的一种基于激光辅助加热的纤维增强预浸带含预应力缠绕成型结构的成型工艺，其特征在于：所述S1中，高速永磁电机转子的表面线速度为10mm/s-200mm/s，水冷压辊气压为0.2MPa-0.3MPa，预浸带上预应力为100MPa-1500MPa。
7.根据权利要求5所述的一种基于激光辅助加热的纤维增强预浸带含预应力缠绕成型结构的成型工艺，其特征在于：所述S2中，水冷压辊表面温度不高于80℃。
8.根据权利要求5所述的一种基于激光辅助加热的纤维增强预浸带含预应力缠绕成型结构的成型工艺，其特征在于：所述S3中，矩形光斑的长×宽为5mm×5mm-30mm×30mm，矩形光斑的纵向宽度为5mm-10mm，矩形光斑的纵向宽度随着高速永磁电机转子直径的增大而减小；矩形光斑的能量分布为平顶波分布，矩形光斑的温差不大于5℃，扫描线速度为10mm/s-200mm/s。
9.根据权利要求5所述的一种基于激光辅助加热的纤维增强预浸带含预应力缠绕成型结构的成型工艺，其特征在于：所述S3中，矩形光斑的温度为预浸带树脂熔点之上30℃-60℃；缠绕首层预浸带时不开激光；缠绕第二层预浸带时打开激光加热，矩形光斑温度为预浸带树脂熔点；缠绕第三层预浸带时矩形光斑温度为预浸带树脂熔点之上30℃-40℃；缠绕第四层及以上预浸带时矩形光斑温度为预浸带树脂熔点之上50℃-60℃。
10.一种基于激光辅助加热的纤维增强预浸带含预应力缠绕成型结构的成型工艺在高速永磁电机转子碳纤维复合材料护套中应用。
...【技术特征摘要】
1.一种基于激光辅助加热的纤维增强预浸带含预应力缠绕成型结构，其特征在于：包括水冷压辊，水冷压辊设置在高速永磁电机转子的一侧，水冷压辊将预浸带压紧在高速永磁电机转子上，预浸带位于水冷压辊的中部；待缠绕的预浸带与高速永磁电机转子上已缠绕部分之间设置有光斑尺寸可调节的激光辅助加热装置，激光辅助加热装置发射矩形光斑，矩形光斑横向长度不小于预浸带的宽度，矩形光斑横向中心线与水冷压辊、高速永磁电机转子之间的切线重合；水冷压辊的两端分别设置有对水冷压辊进行冷却的第一冷却喷嘴和第二冷却喷嘴。
2.根据权利要求1所述的一种基于激光辅助加热的纤维增强预浸带含预应力缠绕成型结构，其特征在于：所述第一冷却喷嘴、第二冷却喷嘴分别位于预浸带的左上方、右下方。
3.根据权利要求1所述的一种基于激光辅助加热的纤维增强预浸带含预应力缠绕成型结构，其特征在于：所述激光辅助加热装置的下方一侧设置有对激光辅助加热装置的镜片进行防护的吹气口。
4.根据权利要求1所述的一种基于激光辅助加热的纤维增强预浸带含预应力缠绕成型结构，其特征在于：所述激光辅助加热装置的内部设置有控制水冷压辊与高速永磁电机转子夹点处矩形光斑温度的激光功率控制器。
5.一种基于权利要求1-4任一项所述的一种基于激光辅助加热的纤维增强预浸带含预应力缠绕成型结构的成型工艺，其特征在于，包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的一种基于激光辅助加热的纤维增强预浸带含预应力...
【专利技术属性】
技术研发人员：邢玮，刘明瑞，刘铭宇，
申请(专利权)人：南京炬锋动力科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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