一种制备磁性齿轮调制环的方法与流程

1.本技术涉及磁性齿轮及复合电机技术领域，尤其涉及一种制备磁性齿轮调制环的方法。


背景技术：

2.调制型磁性齿轮是一种新型齿轮技术，可以达到与机械齿轮相当的转矩密度，同时避免了机械齿轮固有的缺陷，特别是轮齿接触导致的振动、噪声和疲劳以及过载等问题。
3.调制型磁性齿轮由三个部分组成，由永磁体组成的内环和外环，以及由软磁体与绝缘材料交替组成的调制环。三个环之间互相不接触，留有毫米或亚毫米的间隙，磁场强度达到1.0t以上。
4.在工作过程中，调制环承受较高的沿圆周切向应力，以及一定的径向交替应力。为了达到高的比转矩密度，调制环不能太厚，因此必须具有高强度的承力结构和抑制磁场感应涡流的功能。
5.高强度结构可以采用高强度合金材料或高分子复合材料，为了防止感应涡流，一般采用树脂基碳纤维复合材料制备。树脂同时具有绝缘特性，和软磁合金材料在轴向圆柱面形成交替结构，起到内、外环磁场的调制作用，实现内外磁场的耦合，将磁力转换为转矩。软磁材料内部必然会产生涡流损耗，因此采用多薄片轴向叠层的方式，层和层之间采用绝缘胶隔开，使涡流局域在单层薄片的横截面内，大幅降低了整体涡流效应。
6.调制环一般由几十件绝缘柱和几百片软磁叠片整合而成，要求有一定的同轴度、圆度，经常发生叠片脱落和整体变形的问题，因此其整合制备工艺具有非常高的难度。为了实现磁性齿轮的运转，往往会采用不完备的方法，比如用钢、钛合金整体机加的方法制备调制环，牺牲了绝缘性，无法抑制涡流；或者加厚绝缘柱和叠片提高强度，这样导致磁场部分屏蔽，且重量、体积均增大，因此目前绝大多数的磁性齿轮无法同时实现高强度和极间绝缘降涡流的功能，导致其比转矩密度无法进一步提高，效率很难提高至95％以上。
7.因此，新型磁性齿轮制备过程中，最重要的技术之一就是实现超薄调制环的最终精密成型。


技术实现要素：

8.为了解决上述技术问题，本技术提出了一种制备磁性齿轮调制环的方法，所述方法包括：
9.基于软磁合金带材制备软磁柱；其中，所述软磁柱具有凹面和预设冗余；
10.将碳纤柱安装在所述凹面，磨去所述预设冗余，完成磁性齿轮调制环的制备。
11.优选地，所述基于软磁合金带材制备软磁柱，包括：
12.将所述软磁合金带材加工至具有所述预设冗余的二维软磁叠片；其中，所述预设冗余用于保持圆周的尺寸及强度。
13.优选地，所述基于软磁合金带材制备软磁柱之后，还包括：
14.基于碳纤维复合材料制备所述碳纤柱；其中，所述碳纤柱的长度大于所述软磁柱的长度。
15.优选地，所述基于碳纤维复合材料制备所述碳纤柱，包括：
16.采用模压成型或3d打印的方法制备所述碳纤柱。
17.优选地，所述将碳纤柱安装在所述凹面，磨去所述预设冗余，完成磁性齿轮调制环的制备，包括：
18.在所述二维软磁叠片和所述碳纤柱上涂覆胶粘剂；
19.在组装夹具中将所述二维软磁叠片和所述碳纤柱进行组合并定位，得到成型调制环；
20.将所述成型调制环固定在预设工装中，磨去所述预设冗余，完成磁性齿轮调制环的制备。
21.优选地，所述凹面包括圆弧面和台阶面；其中，所述圆弧面的直径为1.2mm。
22.优选地，所述磁性齿轮调制环包括交替组装的软磁柱和碳纤柱。
23.优选地，所述磨去所述预设冗余，包括：
24.在内圆磨床上磨去所述预设冗余。
25.本技术具有如下技术效果：
26.本技术能够同时实现调制环承力结构强度和极间绝缘性，并实现超薄调制环的最终精密成型。
附图说明
27.图1为本技术实施例提供的一种磁性齿轮调制环的结构示意图；
28.图2为本技术实施例提供的一种二维软磁叠片加工成型后的结构示意图；
29.其中：1-碳纤柱；2-软磁柱。
具体实施方式
30.下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
31.结合附图1-2与具体实施方式对本技术作进一步详细描述：
32.本技术提供了一种磁性齿轮调制环制备方法，软磁柱采用软磁合金带材叠片制备，承力绝缘柱采用碳纤维复合材料制备，并将两者交替组装安排在圆柱面上，形成整体调制环。
33.在本技术实施例中，本技术提供了一种超薄高强度调制环的制备方法，将具有一定加工余量的软磁部件二维叠片整体加工后，与碳纤维柱整体三维成型，然后在特定工装中磨削去除软磁部件余量，实现超薄调制环的最终精密成型，从而提高磁性齿轮的比转矩密度。
34.在本技术其他实施例中，提供的磁性齿轮调制环制备方法，其制备的超薄调制环由软磁性能的软磁柱以及高强度的承力绝缘柱组，两者沿调制环柱体交替排列，如附图1所示，为了保证两者不发生径向错位，软磁柱和绝缘柱之间的结合界面为弧面或台阶面，而非平直面。
35.其中，软磁柱采用软磁合金带材叠片制备，承力绝缘柱采用树脂基碳纤维增强复合材料制备。采用碳纤维复合材料制备绝缘承力柱(以下简称碳纤柱)，可以采用模压法或3d打印等树脂基碳纤维复合材料成型方法制备，其截面应和最终使用的截面相同，长度应留有一定的余量，制备工艺应最大限度地提高柱体的强度和刚度。
36.其中，软磁合金带材先加工至具有一定余量的二维叠片，所指的余量是在所需的软磁柱截面外沿或内沿圆周保留0.2～5mm的冗余部分，如附图2所示，用于保持圆周的尺寸及后续操作的强度。将二维软磁叠片和碳纤柱涂覆胶粘剂后在夹具中整体组装并定位，胶粘剂根据使用要求选用不同的树脂基，应具有高的强度和韧性。将两者交替组装安排在圆柱面上，软磁柱与碳纤维柱实现整体三维成型，按胶粘剂使用方法固化。
37.进一步，成型后的组合件完全固化后，从夹具中取出，然后固定在特定的加工工装中，除去软磁叠片的冗余部分。加工工装用于磨削加工过程中的部件固定，根据二维软磁叠片冗余部位的不同，可采用內圆或外圆磨削加工。加工过程中应仔细调教设备，防止局部过热或过大进刀量导致强烈振动和变形，使得叠片层的脱开。
38.本技术可以有效解决磁性齿轮调制环的制备难题，提升了其可靠性和加工精度，保证了磁性齿轮的高转矩密度特性，。
39.请参阅图1和图2，在本技术其他实施例中提供的一种具体实施方式为：
40.在本技术其他实施例中，5～10kw传动比为10的磁性齿轮调制环制备方法，调制环厚度2mm，外径150mm，由软磁性能的软磁柱2以及高强度的承力绝缘柱组，两者沿调制环柱体交替排列，如附图1所示，为了保证两者不发生径向错位，软磁柱2和碳纤柱1之间的结合界面为直径为1.2mm的圆弧面。
41.其中，软磁柱采用feco软磁合金带材叠片制备，feco软磁合金是高强度的软磁合金，其饱和磁感应强度达到2.4t，有利于提高气隙磁通密度，提高转矩上限，承力绝缘柱采用热固性环氧树脂基碳纤维增强复合材料制备，碳纤维为t700型，具有较高的比强度，采用模压成型方法制备，其截面应和最终使用的截面相同，长度比软磁柱长度多20mm的余量，用于连接调制环两个端板。feco软磁合金带材坯料为0.35mm厚的冷轧带，先进行二维叠片加工，叠片包含了圆周内所有软磁柱，并在內圆保留1mm宽的冗余部分，如附图2所示，冗余部分用于保持圆周的尺寸及后续操作的强度。
42.其中，将二维软磁叠片和碳纤柱涂覆胶粘剂后在组装夹具中组合并定位，胶粘剂为一种双组份环氧树脂粘接剂，应具有高的粘接强度和一定韧性，在室温至80℃进行固化。将两者交替组装安排在夹具相应的圆柱面上，按胶粘剂使用方法固化，实现软磁柱与碳纤维柱实现整体三维成型。待成型后的组合件完全固化，从夹具中取出，然后固定在特定的加工工装中，在內圆磨床上磨去软磁叠片的冗余部分，得到附图1所示调制环组件。加工选用高速、高精度磨床，加工过程中采用小的进刀量，并且冷却液采用强喷喷头。
43.以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。