CN116352920B - 纤维输送装置和纤维缠绕设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种纤维输送装置和纤维缠绕设备，纤维输送装置用于输送预制的纤维条材，所述装置包括整平辊，所述整平辊用于使所述纤维条材部分地绕过，所述整平辊的用于与所述纤维条材接触的区域的横截面外轮廓形成有凸部，所述整平辊能够主动转动，使得所述纤维条材在输送过程中能周期性地撞击所述凸部。根据本发明的纤维输送装置能在输送过程中将纤维条材整理平整均匀。根据本发明的纤维缠绕设备能使纤维缠绕均匀。

Description

纤维输送装置和纤维缠绕设备
技术领域
本发明涉及输送领域，更具体地涉及一种纤维输送装置和一种纤维缠绕设备。
背景技术
以碳纤维的缠绕为例，在新能源汽车领域，为了提高电机转子的结构强度，一种可能的方案是在转子外周缠绕碳纤维以形成碳纤维护套。例如，专利申请WO2021225902A1公开了一种使用碳纤维缠绕的电机转子。
碳纤维护套是碳纤维与树脂复合型材料。碳纤维可以是以丝束状或条带状的形式缠绕到转子表面，也可以以碳纤维预浸料布的形式成片地缠绕到转子表面，最终形成套筒状结构。以下将丝束状、或条带状或预浸料布状的碳纤维简称为纤维条材。
为了使碳纤维在转子表面得到固定，通常使用树脂来对碳纤维进行固化。根据缠绕过程中固化工艺的不同，又可以将缠绕工艺分为湿法缠绕和干法缠绕。湿法缠绕是在缠绕过程中，在碳纤维上加液态的树脂，缠绕完成后整体进行固化。干法缠绕是使用碳纤维预浸料（预浸丝或预浸带或预浸布），预浸料上附着有固态的树脂，缠绕过程中对预浸料加热，使树脂软化；之后再对缠绕有碳纤维的转子进行整体固化。
纤维条材在缠绕前存在以下三个问题：
第一，纤维条材的原料通常是成卷设置的。从原料放卷到缠绕之前，由于原料的问题，或是放卷工艺的问题（例如放卷过程使边缘的条材发生不期望的折叠），到达缠绕工位的条材可能是不平整的。
第二，对于干法缠绕中使用的碳纤维预浸料，附着在碳纤维表面的预浸树脂可能是不均匀的。
第三，对于湿法缠绕，缠绕前附着到碳纤维表面的液态树脂可能因为浸胶工艺的问题而不均匀。
以上问题都是本领域亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于克服或至少减轻上述现有技术存在的不足，提供一种能使输送的纤维平整的纤维输送装置，以及提供一种能使纤维缠绕均匀的纤维缠绕设备。
根据本发明的第一方面，提供一种纤维输送装置，所述装置用于输送预制的纤维条材，其中，所述装置包括整平辊，所述整平辊用于使所述纤维条材部分地绕过，
所述整平辊的用于与所述纤维条材接触的区域的横截面外轮廓形成有凸部，所述整平辊能够主动转动，使得所述纤维条材在输送过程中能周期性地撞击所述凸部。
在至少一个实施方式中，所述整平辊包括辊主体和随动辊子，所述随动辊子能相对于所述辊主体随动地转动，所述随动辊子部分地凸出于所述辊主体而形成所述凸部。
在至少一个实施方式中，所述装置还包括第一张紧轮组和第二张紧轮组，所述第一张紧轮组设置在所述整平辊的上游，所述第二张紧轮组设置在所述整平辊的下游，所述第一张紧轮组和所述第二张紧轮组能将设置在所述第一张紧轮组和所述第二张紧轮组之间的所述纤维条材张紧。
在至少一个实施方式中，所述第一张紧轮组和/或所述第二张紧轮组的位置能实时调整，以使得输送至所述第二张紧轮组下游的所述纤维条材的张力保持恒定。
在至少一个实施方式中，所述装置还包括第三张紧轮组，所述第三张紧轮组位于所述第二张紧轮组的下游，所述第三张紧轮组的位置能实时调整，以使得输送至所述第三张紧轮组下游的所述纤维条材的张力保持恒定。
在至少一个实施方式中，所述装置包括多个整平辊，所述多个整平辊位于所述纤维条材的同侧或不同侧。
在至少一个实施方式中，所述纤维条材为碳纤维。
根据本发明的第一方面，提供一种纤维缠绕设备，其中，所述设备包括至少一个根据本发明的第一方面提供的纤维输送装置，所述设备用于将输送至所述纤维输送装置下游的所述纤维条材缠绕至待缠绕件的外周。
在至少一个实施方式中，所述设备用于使用干法缠绕工艺对所述待缠绕件进行缠绕，所述纤维条材为干的预浸料，所述设备包括一个所述纤维输送装置，或者
所述设备用于使用湿法缠绕工艺对所述待缠绕件进行缠绕，所述设备包括两个所述纤维输送装置以及浸胶区，所述浸胶区用于使树脂附着到所述纤维条材，两个所述纤维输送装置分别位于所述浸胶区的上游和下游。
在至少一个实施方式中，所述待缠绕件为电机的转子。
根据本发明的纤维输送装置能在输送过程中将纤维条材整理平整均匀。
根据本发明的纤维缠绕设备能使纤维缠绕均匀。
附图说明
图1是根据本申请的第一实施方式的纤维输送装置的部分结构的示意图。
图2是纤维条材受整平辊周期性拍打产生振动的示意图。
图3至图6是根据本申请的第一实施方式的纤维输送装置的变型方式的部分结构的示意图。
图7是根据本申请的第二实施方式的纤维输送装置的部分结构的示意图。
图8是根据本申请的第三实施方式的纤维输送装置的部分结构的示意图。
附图标记说明：
Z 纤维输送装置；F 纤维条材；10 整平辊；11 凸部；10a 辊主体；10b随动辊子；20张紧轮组；21 第一张紧轮组；22 第二张紧轮组；J 浸胶区。
具体实施方式
下面参照附图描述本发明的示例性实施方式。应当理解，这些具体的说明仅用于示教本领域技术人员如何实施本发明，而不用于穷举本发明的所有可行的方式，也不用于限制本发明的范围。
以应用于电机转子的碳纤维护套为例，介绍根据本申请的纤维输送装置和纤维缠绕设备。
碳纤维护套由碳纤维缠绕到电机转子的外周而形成。碳纤维可以是以丝束状或条带状或布匹状的形式缠绕到转子表面，最终形成套筒状结构。以下将丝束状、或条带状或预浸料布状的碳纤维简称为纤维条材。
纤维条材通常是以成卷的卷材的形式作为原料放置到纤维输送装置Z。然后通过放卷工序被展开，以条材的形式在纤维输送装置Z上进行输送，直到输送至纤维缠绕设备的缠绕工位。
第一实施方式
参照图1至图6，介绍根据本申请的第一实施方式的纤维输送装置Z。
本实施方式的纤维输送装置Z用于湿法缠绕工艺。图中的空心直箭头示出了纤维的传输方向，按照从上游到下游的顺序，纤维输送装置Z依次包括第一张紧轮组21、整平辊10、浸胶区J和第二张紧轮组22。
作为纤维缠绕设备的一部分，纤维输送装置Z起到了将纤维条材F从放卷工位（图中未示出）传输到缠绕工位（图中未示出）的作用。值得说明的是，在整个放卷、传输和缠绕的工艺路径上，驱使纤维条材F向下游输送的力通常是由缠绕辊（现有技术中的夹持转子的主动辊，图中未示出）提供的。本实施方式中，纤维条材F在输送装置Z上的输送速度为10-20cm/s。
第一张紧轮组21和第二张紧轮组22分别设置在整平辊10的上游和下游。
纤维条材F部分地绕过整平辊10。整平辊10的用于与纤维条材F接触的部分形成有凸部11，整平辊10在该区域的横截面的外轮廓呈现出非圆形。
整平辊10是主动辊，对于整平辊10的转动速度，本申请提出两种转动方案。
方案一，整平辊10转动时，其用于与纤维条材F接触的部分的转动线速度等于或大致等于纤维条材F在输送装置Z上的输送速度。使得整平辊10与纤维条材F虽然存在接触，但是不产生相对滑动的摩擦，纤维条材F不容易发生磨损。
方案二，整平辊10能够以较高的转速转动，转速例如为500rpm/min或更高。这种方案可以使整平辊10的凸部11以较高的频率拍打纤维条材F。为了避免凸部11与纤维条材F之间发生摩擦而损坏纤维条材F，优选地，整平辊10至少在凸部11的表面附着有粗糙度非常小的涂层（以下简称光滑涂层）。
应当理解，凸部11的表面附着光滑涂层的方案即使在前述方案一中，也是适用的。
在整平辊10转动过程中，凸部11将周期性地拍打纤维条材F。又由于第一张紧轮组21和第二张紧轮组22在两头将纤维条材F夹紧，位于第一张紧轮组21和第二张紧轮组22之间的纤维条材F在短时间内（例如0.1s内）将呈现出类似于驻波的振动。图2中的虚线示意性地示出了纤维条材F在第一张紧轮组21和第二张紧轮组22之间的振动（图中省略浸胶区）。
纤维条材F在第一张紧轮组21和第二张紧轮组22之间的振动有如下好处：
第一，对于原料卷材存在的、或是由于输送过程产生的条材不平整，例如纤维条材F的边缘或者中部产生褶皱，周期性的拍打振动有利于纤维条材F恢复平整。
第二，对于湿法缠绕工艺，在浸胶（或者说树脂涂覆）后，树脂在纤维条材F的表面分布可能不均匀，高频的拍打振动有利于树脂在纤维条材F的表面均匀分布。并且，周期性的拍打还有利于将多余的树脂去除，因为浸胶的目标是在纤维条材F的表面设置均匀的、少量的树脂。
图3示出了在浸胶区J的下游也设置整平辊10的输送装置。在这种情况下，两个整平辊10之间可以仅设置一个张紧轮组20，当然，也可以根据实际需要设置多个张紧轮组。这种情况下的两个张紧轮组20的转速可以是不同的。
可选地，张紧轮组（包括第一张紧轮组21、第二张紧轮组22和张紧轮组20）的张紧力是实时可调的，这种调整例如通过张力反馈系统而实现。张紧轮组的张力调整能够保证输送至下游缠绕工位的纤维条材F的张力是恒定的。
此外，图4至图6还示出了整平辊10的设置位置的几种变型。
例如，参照图4，纤维条材F的两侧均可以设置整平辊10，以增加对纤维条材F的拍打频率，使得纤维和/或树脂的分布更均匀。
又例如，参照图5，在纤维条材F的同侧的第一张紧轮组21和第二张紧轮组22之间，可以设置多个整平辊10。并且，本申请并不限制整平辊10设置在纤维条材F的哪一侧，例如参照图6。
值得说明的是，对于干法缠绕中使用的碳纤维预浸料，整平辊10的设置还有利于使附着在碳纤维表面的、可能附着不均匀的预浸树脂随着纤维条材F被拍打分散而趋于均匀。
第二实施方式
参照图7，介绍根据本申请的第二实施方式的纤维输送装置Z。第二实施方式是第一实施方式的变型，对于与第一实施方式中的部件结构或功能相同或相似的部件标注相同的附图标记，并省略对这些部件的具体说明。
本实施方式与第一实施方式的区别主要在于，整平辊10包括辊主体10a和多个随动辊子10b。随动辊子10b和辊主体10a之间设有轴承，使得随动辊子10b能相对于辊主体10a作为惰轮而随动地转动。随动辊子10b部分地凸出于辊主体10a而形成凸部11。
辊主体10a受驱动地主动转动。
随动辊子10b能绕自身轴线转动，使得当凸部11的转动线速度不等于纤维条材F的输送速度时，凸部11与纤维条材F之间不产生滑动摩擦，纤维条材F不容易发生磨损。
第三实施方式
参照图8，介绍根据本申请的第三实施方式的纤维输送装置Z。第三实施方式是第一实施方式的变型，对于与第一实施方式中的部件结构或功能相同或相似的部件标注相同的附图标记，并省略对这些部件的具体说明。
本实施方式与第一实施方式的区别主要在于整平辊10的形状和设置位置。
在本实施方式中，整平辊10的用于与纤维条材F接触的区域的横截面外轮廓呈带圆角的六边形状。凸部11为圆角六边形的圆角处。
应当理解，在其它可能的实施方式中，整平辊10的用于与纤维条材F接触的区域的横截面外轮廓还可以是其它非圆形，例如椭圆（椭圆的长轴所对应的两端为凸部）。
在图5示出的方式中，整平辊10转动过程中的某些时段，整平辊10与纤维条材F是不接触的（如图中实线示出的整平辊横截面外轮廓），另一些时段，整平辊10与纤维条材F是接触的（如图中虚线示出的整平辊横截面外轮廓）。
应当理解，本文所称的纤维条材F部分地绕过整平辊10，包括整平辊10的上述几种设置位置，只要保证在整平辊10转动过程中，凸部11能与纤维条材F产生周期性的接触即可。
应当理解，上述实施方式及其部分方面或特征可以适当地组合。
应当理解，本申请还提供一种包括上述纤维输送装置Z的纤维缠绕设备。
本发明至少具有以下优点中的一个优点：
（i）通过设置主动转动的整平辊10，使得纤维条材F在输送过程中能实时调整平整度和均匀度。
（ii）对于湿法缠绕工艺，在浸胶工序后设置整平辊10，能使树脂在纤维条材F的表面分布均匀，且能去除多余的树脂。
（iii）对于干法缠绕工艺，整平辊10还能使预浸料树脂在纤维条材F的表面分布更均匀。
（iv）在第二实施方式中，随动辊子10b的设置，使得纤维条材F被凸部11高频拍打的同时不容易发生磨损。
当然，本发明不限于上述实施方式，本领域技术人员在本发明的教导下可以对本发明的上述实施方式做出各种变型，而不脱离本发明的范围。例如：
（i）纤维套所使用的纤维（或者说纤维输送装置所输送的纤维）除了碳纤维外，还可以是其它纤维，例如玻璃纤维等。
（ii）本申请对整平辊10的具体形状不作限制。对张紧轮组的数量和具体设置方式不作限制。

Claims (9)

1.一种纤维输送装置，所述装置用于输送预制的纤维条材(F)，其特征在于，所述装置包括整平辊(10)，所述整平辊(10)用于使所述纤维条材(F)部分地绕过，所述整平辊(10)的用于与所述纤维条材(F)接触的区域的横截面外轮廓形成有凸部(11)，所述整平辊(10)能够主动转动，使得所述纤维条材(F)在输送过程中能周期性地撞击所述凸部(11)；
所述整平辊(10)包括辊主体(10a)和随动辊子(10b)，所述随动辊子(10b)能相对于所述辊主体(10a)随动地转动，所述随动辊子(10b)部分地凸出于所述辊主体(10a)而形成所述凸部(11)。
2.根据权利要求1所述的纤维输送装置，其特征在于，所述装置还包括第一张紧轮组(21)和第二张紧轮组(22)，所述第一张紧轮组(21)设置在所述整平辊(10)的上游，所述第二张紧轮组(22)设置在所述整平辊(10)的下游，所述第一张紧轮组(21)和所述第二张紧轮组(22)能将设置在所述第一张紧轮组(21)和所述第二张紧轮组(22)之间的所述纤维条材(F)张紧。
3.根据权利要求2所述的纤维输送装置，其特征在于，所述第一张紧轮组(21)和/或所述第二张紧轮组(22)的位置能实时调整，以使得输送至所述第二张紧轮组(22)下游的所述纤维条材(F)的张力保持恒定。
4.根据权利要求2所述的纤维输送装置，其特征在于，所述装置还包括第三张紧轮组，所述第三张紧轮组位于所述第二张紧轮组(22)的下游，所述第三张紧轮组的位置能实时调整，以使得输送至所述第三张紧轮组下游的所述纤维条材(F)的张力保持恒定。
5.根据权利要求1所述的纤维输送装置，其特征在于，所述装置包括多个整平辊(10)，所述多个整平辊(10)位于所述纤维条材(F)的同侧或不同侧。
6.根据权利要求1所述的纤维输送装置，其特征在于，所述纤维条材(F)为碳纤维。
7.一种纤维缠绕设备，其特征在于，所述设备包括至少一个根据权利要求1至6中任一项所述的纤维输送装置(Z)，所述设备用于将输送至所述纤维输送装置(Z)下游的所述纤维条材(F)缠绕至待缠绕件的外周。
8.根据权利要求7所述的纤维缠绕设备，其特征在于，所述设备用于使用干法缠绕工艺对所述待缠绕件进行缠绕，所述纤维条材(F)为干的预浸料，所述设备包括一个所述纤维输送装置(Z)，或者所述设备用于使用湿法缠绕工艺对所述待缠绕件进行缠绕，所述设备包括两个所述纤维输送装置(Z)以及浸胶区(J)，所述浸胶区用于使树脂附着到所述纤维条材(F)，两个所述纤维输送装置(Z)分别位于所述浸胶区(J)的上游和下游。
9.根据权利要求7或8所述的纤维缠绕设备，其特征在于，所述待缠绕件为电机的转子。
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