本申請?jiān)?015年5月29日作為PCT國際專利申請?zhí)峤?，并且要?014年12月4日提交的美國專利申請序列號(hào)62/087,281的優(yōu)先權(quán)，要求2014年8月29日提交的美國專利申請序列號(hào)62/043,525的優(yōu)先權(quán)，要求2014年5月30日提交的美國專利申請序列號(hào)62/005,357的優(yōu)先權(quán)。申請62/087,281；62/043,525；和62/005,357的全部內(nèi)容通過引用整體并入本文。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及旋轉(zhuǎn)部件以及由可用于旋轉(zhuǎn)設(shè)備應(yīng)用(例如體積膨脹，壓縮裝置，齒輪系，泵和攪拌裝置)中的旋轉(zhuǎn)部件構(gòu)造的組件。

背景技術(shù)：

轉(zhuǎn)子通常用于期望壓縮或移動(dòng)流體和期望從流體去除能量的應(yīng)用中。在一個(gè)示例中，壓縮機(jī)或增壓器利用一對轉(zhuǎn)子來增加進(jìn)入內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣口的氣流。在另一個(gè)示例中，體積流體膨脹器包括一對轉(zhuǎn)子，其使工作流體膨脹以在輸出軸處產(chǎn)生有用功。旋轉(zhuǎn)部件還用于其它應(yīng)用中，例如在齒輪系、泵和攪拌裝置中。在許多這樣的應(yīng)用中，已知提供具有實(shí)心橫截面積的整體結(jié)構(gòu)的機(jī)加工或鑄造旋轉(zhuǎn)部件。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本教導(dǎo)總的包括一種轉(zhuǎn)子組件，該轉(zhuǎn)子組件包括安裝到一軸上的多個(gè)轉(zhuǎn)子片或多個(gè)轉(zhuǎn)子層。在一個(gè)方面，轉(zhuǎn)子片或?qū)又械拿恳粋€(gè)可以具有由第一厚度分隔開的第一側(cè)面和第二相對側(cè)面。每個(gè)轉(zhuǎn)子片或?qū)舆€可以設(shè)置有在第一和第二側(cè)面之間延伸的中央開口，所述軸穿過該中央開口延伸。在另一方面，轉(zhuǎn)子片或?qū)涌梢栽O(shè)置有遠(yuǎn)離中央開口延伸的多個(gè)凸角/葉瓣，并且每個(gè)凸角具有在第一和第二側(cè)面之間延伸的凸角開口。多個(gè)轉(zhuǎn)子片或?qū)涌梢远询B并固定在一起以形成轉(zhuǎn)子組件，使得一個(gè)轉(zhuǎn)子片的第一和第二側(cè)面中的至少一個(gè)與另一個(gè)轉(zhuǎn)子片的第一和第二側(cè)面中的至少一個(gè)相鄰并接觸。在一個(gè)示例中，轉(zhuǎn)子片或?qū)涌梢灾苯佣询B在彼此上，使得一個(gè)轉(zhuǎn)子片的整個(gè)一側(cè)面被相鄰的轉(zhuǎn)子片或?qū)油耆采w。在一個(gè)示例中，轉(zhuǎn)子片或?qū)涌梢孕D(zhuǎn)地堆疊以形成螺旋轉(zhuǎn)子，使得一個(gè)轉(zhuǎn)子片或?qū)硬煌耆采w相鄰的轉(zhuǎn)子片或?qū)印１窘虒?dǎo)還包括體積流體膨脹器和包括一對上述轉(zhuǎn)子的壓縮機(jī)或增壓器。在一個(gè)示例中，多個(gè)轉(zhuǎn)子片或?qū)邮怯煽p合在一起以限定多個(gè)凸角、根部段和/或中央開口的單個(gè)連續(xù)纖維束形成的轉(zhuǎn)子層片。

在本教導(dǎo)的一個(gè)方面中，旋轉(zhuǎn)部件或轉(zhuǎn)子層各自由一捆絲狀材料形成的絲束形成，例如碳纖維絲束。連續(xù)纖維絲束可以用縫合材料縫合在一起以形成轉(zhuǎn)子的形狀。例如，可以通過布置具有大致圓形中心段的絲束來限定中央開口，并且可以通過布置具有至少第一凸角段和第二凸角段的絲束來限定每個(gè)凸角。每個(gè)凸角之間的根段也可以由絲束形成。在一個(gè)示例中，每個(gè)根段被縫合到中心段。在一個(gè)示例中，第一和第二凸角段中的纖維通常從中心段朝向每個(gè)凸角的尖端部分延伸，中心段中的纖維大致圍繞中央開口沿周向延伸，并且根段中的纖維的至少一部分大致平行于中心段中的相鄰纖維的一部分延伸。第一和第二凸角段也可以布置成在每個(gè)凸角內(nèi)形成凸角開口。絲束還可以布置成形成具有任何數(shù)量的期望的凸角或齒的轉(zhuǎn)子或旋轉(zhuǎn)部件，例如三個(gè)凸角或齒或者四個(gè)凸角或齒。

本教導(dǎo)還包括用于制造層疊轉(zhuǎn)子組件的方法。在該方法的一個(gè)步驟中，提供多個(gè)轉(zhuǎn)子片。在一個(gè)示例中，轉(zhuǎn)子片可以是包括纖維基底和聚合材料的預(yù)固化的復(fù)合轉(zhuǎn)子片。在一個(gè)示例中，轉(zhuǎn)子片可以是包括纖維基底和聚合材料的未固化的復(fù)合轉(zhuǎn)子片。在一個(gè)示例中，轉(zhuǎn)子片包括纖維基底而沒有聚合材料。在一個(gè)示例中，提供多個(gè)轉(zhuǎn)子層或?qū)悠?，其由連續(xù)絲狀材料的絲束形成。在一個(gè)步驟中，轉(zhuǎn)子片或?qū)涌梢远询B在一起以形成直轉(zhuǎn)子或螺旋轉(zhuǎn)子。該方法可包括在片或?qū)颖舜硕询B時(shí)在每個(gè)轉(zhuǎn)子片或?qū)又g施加粘合劑，使得一旦粘合劑固化，轉(zhuǎn)子片或?qū)泳凸潭ㄔ谝黄?。粘合劑可以是聚合材料。該方法還可包括加熱和/或壓緊轉(zhuǎn)子疊層以固化聚合材料和/或粘合劑。該方法還可以包括將片、層或?qū)悠胖玫侥Ｇ恢?，并將樹脂材料注入到模腔中以限定轉(zhuǎn)子或旋轉(zhuǎn)部件。在一個(gè)步驟中，轉(zhuǎn)子安裝到軸以形成層疊轉(zhuǎn)子組件。軸可以被打磨以使軸與堆疊的轉(zhuǎn)子片更好地接合。該方法還可以包括將可磨耗的涂層施加到轉(zhuǎn)子上。

本教導(dǎo)的上述特征和優(yōu)點(diǎn)以及其他特征和優(yōu)點(diǎn)將從下面結(jié)合附圖對用于執(zhí)行本教導(dǎo)的最佳模式的詳細(xì)描述顯而易見。

附圖說明

圖1是根據(jù)本發(fā)明的原理的復(fù)合轉(zhuǎn)子片的第一示例的前視圖。

圖2是圖1所示的轉(zhuǎn)子片的側(cè)視圖。

圖3是根據(jù)本發(fā)明的原理的復(fù)合轉(zhuǎn)子片的第二示例的前視圖。

圖4是圖2所示的轉(zhuǎn)子片的側(cè)視圖。

圖5是圖1-4所示的轉(zhuǎn)子片的第一堆疊構(gòu)造的示意性側(cè)視圖。

圖6是圖1-4所示的轉(zhuǎn)子片的第二堆疊構(gòu)造的示意性側(cè)視圖。

圖7是可安裝圖1-4的轉(zhuǎn)子片的軸的透視圖。

圖8是利用多個(gè)圖1-2的轉(zhuǎn)子片和圖7的軸的組裝轉(zhuǎn)子的透視圖。

圖9是利用多個(gè)圖3-4的轉(zhuǎn)子片和圖7的軸的組裝轉(zhuǎn)子的透視圖。

圖10是具有流體膨脹器和壓縮機(jī)的車輛的示意圖，其中可包括圖8和9所示類型的轉(zhuǎn)子組件。

圖11是描述用于制造圖8和圖9的轉(zhuǎn)子的第一過程的流程圖。

圖12是描述用于生產(chǎn)層疊轉(zhuǎn)子的第二過程的流程圖。

圖13是可安裝圖1-4的轉(zhuǎn)子板的軸的示意性透視圖。

圖14是圖13所示的軸在模具成型過程中的示意性端視圖。

圖15是根據(jù)本發(fā)明原理的由連續(xù)絲狀材料絲束形成的轉(zhuǎn)子層片的透視圖。

圖16是圖15所示的轉(zhuǎn)子層片的一部分的俯視圖。

圖17是由圖15所示的多個(gè)轉(zhuǎn)子層片形成的轉(zhuǎn)子的透視圖。

圖18是描述用于生產(chǎn)轉(zhuǎn)子的第三過程的流程圖。

具體實(shí)施方式

下面將參照附圖詳細(xì)描述各種示例，其中在所有附圖中相同的附圖標(biāo)記表示相同的部件和組件。參考各種示例并不限制所附權(quán)利要求的范圍。另外，本說明書中闡述的任何示例并非旨在限制，而是僅僅闡述了所附權(quán)利要求的許多可能示例中的一些示例。參考附圖，其中在所有附圖中相同的附圖標(biāo)記對應(yīng)于相同或相似的部件。

轉(zhuǎn)子構(gòu)造

本教導(dǎo)的第一示例包括可以用于形成圖1-2所示的轉(zhuǎn)子30的復(fù)合轉(zhuǎn)子片100。如圖所示，轉(zhuǎn)子片100可以具有四個(gè)徑向間隔開的凸角102-1、102-2、102-3、102-4(統(tǒng)稱為凸角102)，所述凸角沿著縱向軸線105-1、105-2、105-3、105-4遠(yuǎn)離中心軸線X延伸到相應(yīng)的末端部分103-1、103-2、103-3、103-4(統(tǒng)稱為末端103)。在圖1-2的示例中，縱向軸線105-1和105-3是同軸的，而縱向軸線105-2和105-4也是同軸的。

如圖所示，凸角102以第一分離角a1等距間隔開。在所示的示例中，分離角a1為大約90度，使得軸105-1/105-3與軸105-2/105-4正交。雖然示出了四個(gè)凸角，但是根據(jù)本發(fā)明應(yīng)當(dāng)理解，可以提供具有相應(yīng)的分離角度的更少或更多的凸角，例如，具有180度分離角度的兩個(gè)凸角、如圖3-4(稍后討論)所示的具有120度分離角度的三個(gè)凸角、具有72度的分離角的五個(gè)凸角，以及分離60度的六個(gè)凸角。當(dāng)堆疊在一起以形成轉(zhuǎn)子30時(shí)，每個(gè)轉(zhuǎn)子片100的中心軸線X可以與軸線X1或轉(zhuǎn)子30同軸。

如圖所示，凸角102通過相鄰的根部部分104-1、104-2、104-3、104-4(統(tǒng)稱為根部部分104)連結(jié)在一起。在所示的特定示例中，凸角102可以具有或限定最接近末端103的凸輪廓或周邊，并且根部部分104具有或限定凹輪廓或周邊。總之，凸角102和根部部分104可以限定轉(zhuǎn)子片100的外周邊106。應(yīng)當(dāng)注意，凸角102不限于被限定為凸形，并且可以具有由直線或凹線限定的形狀。同樣，根部部分104不限于被限定為凹形，并且可以具有由直線或凸線限定的形狀。在一個(gè)示例中，在凸角104處的轉(zhuǎn)子片100、200的外周邊106被限定為漸開線形狀的形式，使得相鄰的旋轉(zhuǎn)部件30可以作為協(xié)同作用的齒輪操作。

參考圖2，每個(gè)轉(zhuǎn)子片100還具有由第一厚度t1分隔開的第一側(cè)面108和第二側(cè)面110。在一個(gè)示例中，厚度t1為約0.25毫米(mm)。然而，應(yīng)當(dāng)注意，可以使用其它厚度；例如，厚度在約0.15mm和約1mm之間。每個(gè)片100還示出為設(shè)置有在第一和第二側(cè)面108、110之間延伸的中央開口112。中央開口112可以在中心軸線X上居中。

在該示例中，復(fù)合轉(zhuǎn)子片100可以由纖維增強(qiáng)復(fù)合材料形成，該纖維增強(qiáng)復(fù)合材料包括具有多個(gè)纖維(即絲狀材料)的纖維基底114和聚合材料116，例如熱固性或熱塑性材料。合適的纖維/長絲的非限制性示例是碳纖維(低、中和高模量)、硼纖維、玻璃絲纖維、芳綸纖維(例如)及其組合。在一個(gè)示例中，聚合材料116可以是復(fù)合轉(zhuǎn)子片100的重量的約百分之50。

也可以使用其它類型的材料，例如金屬纖維(例如鋼，鋁，鈦等)。纖維基底114還可以包括不同材料類型或全部相同類型的纖維。在復(fù)合轉(zhuǎn)子片100內(nèi)使用不同的材料類型可以優(yōu)選地是用復(fù)合轉(zhuǎn)子片100與非復(fù)合轉(zhuǎn)子板(例如，全部金屬轉(zhuǎn)子板)交替，因?yàn)樵谇罢咧锌梢愿菀椎乜刂婆蛎浡省Ｈ欢?，在某些?yīng)用中，包括堆疊在復(fù)合轉(zhuǎn)子片100之間的金屬轉(zhuǎn)子板能夠表現(xiàn)出是有利的。在這種應(yīng)用中，塑料樹脂116可以被引導(dǎo)，使得非復(fù)合轉(zhuǎn)子板或片被聚合材料116封裝。

合適的聚合材料116的一個(gè)實(shí)例是塑料樹脂，例如環(huán)氧樹脂。可用于聚合材料116的熱固性材料的一些示例是乙烯基酯、酚醛樹脂和雙馬來酰亞胺(BMI)材料?？捎糜诰酆喜牧系臒崴苄圆牧系囊恍┦纠蔷埘０?例如聚鄰苯二甲酰胺)、聚芳醚酮和尼龍?？梢允褂媚芴峁┳銐虻臒岱€(wěn)定性和足夠的強(qiáng)度的其它材料。在涉及操作溫度的某些應(yīng)用中，可以選擇具有至少與操作溫度一樣高或比操作溫度更高的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的聚合材料116。在一個(gè)示例中，聚合材料116可以是玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為160℃的環(huán)氧樹脂。在一個(gè)示例中，聚合材料116可以預(yù)浸漬在纖維基底中以形成“預(yù)浸漬”片，可以從該“預(yù)浸漬”片中切割出單獨(dú)的轉(zhuǎn)子片。在一個(gè)示例中，聚合材料116可以以熱塑性纖維的形式提供，該熱塑性纖維與纖維基底114編織在一起或編織到纖維基底114中以形成預(yù)浸漬片，轉(zhuǎn)子片可從該預(yù)浸漬片中切出或形成。替代地，熱塑性纖維可以以非預(yù)浸漬方式的短切纖維提供。

纖維基底114可以由多個(gè)纖維形成，這些纖維可以以各種各樣的取向布置以向轉(zhuǎn)子提供足夠的環(huán)向強(qiáng)度。在一個(gè)示例中，多個(gè)纖維中的每一個(gè)可以沿單個(gè)取向軸線延伸以形成單向基底(即“0”基底)。在一個(gè)示例中，一些纖維可以與剩余的纖維正交地定向以形成雙向基底(即“0/90”基底)。纖維還可以沿著三個(gè)不同的軸線對齊以形成三軸編織物(即“0/+45/-45”基底)，并且也可以沿著四個(gè)不同的軸對齊以形成四軸編織物“0/+45/-45/90”編織物)。根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)可以理解，在不脫離本教導(dǎo)的情況下，許多其它取向是可能的。

纖維基底114中的多個(gè)纖維也可以是編織或非編織的(例如，短切纖維和單向纖維)。可用于纖維基底114的一些類型的織物的非限制性示例是平紋織物、斜紋織物、對角線織物和緞紋織物。纖維基底114還可以設(shè)置有均勻分布的纖維，或者可以構(gòu)造成使得纖維被策略性地定位和定向，使得其可以被示出為在高應(yīng)力區(qū)域(例如根部部分104)中加強(qiáng)轉(zhuǎn)子片100。此外，單個(gè)轉(zhuǎn)子片100、200可以通過從較大的基底材料片沖壓、模切、激光切割或水射流切割所述片100、200而形成。

如圖1中示意性地示出，纖維基底114可以由多個(gè)纖維形成，所述多個(gè)纖維以雙向布置編織在一起以導(dǎo)致至少一些纖維沿著第一取向軸線114-1延伸，并且至少一些纖維沿著第二取向軸線114-2延伸。在一個(gè)示例中，第一取向軸線114-1平行于軸105-1/105-3并且第二取向軸線114-2平行于軸105-2/105-4，使得至少一些纖維沿著每一個(gè)凸角102的縱向軸線105延伸。這樣的布置可以顯示出在縱向105增加凸角102的強(qiáng)度，這是期望的，因?yàn)楫?dāng)轉(zhuǎn)子片100作為完全成形的轉(zhuǎn)子30的一部分繞中心軸線X旋轉(zhuǎn)時(shí)在這個(gè)方向上存在相當(dāng)大的力。

纖維也可以被定向以通過降低期望的方向上的樹脂泄漏而控制沿特定方向上的生長，因?yàn)橥ǔＱ乩w維的取向方向的熱膨脹更少。例如，0/90織物控制在0和90兩個(gè)方向上的膨脹，而單向帶將只控制在0方向的膨脹。

參考圖1所示的轉(zhuǎn)子片100，可以看到，凸角102可被材料完全覆蓋，使得穿過轉(zhuǎn)子的厚度t1延伸的唯一開口是中央開口112。這種類型的凸角可被稱為實(shí)心凸角并且具有這種凸角102的轉(zhuǎn)子片100可被稱為實(shí)心凸角轉(zhuǎn)子片。然而，轉(zhuǎn)子片100可在每一個(gè)凸角內(nèi)設(shè)置有一個(gè)或多個(gè)開口。這種類型的凸角可被稱為空心凸角并且具有這種凸角的轉(zhuǎn)子片可被稱為空心凸角轉(zhuǎn)子片100。

參考圖3-4，其示出了復(fù)合轉(zhuǎn)子片200的第二個(gè)示例。在第一和第二示例100、200之間存在許多相似之處并且用于第一示例100的描述因而適用于第二示例200。在存在相似特征時(shí)，使用相似的參考標(biāo)號(hào)。然而，第二示例的相應(yīng)特征被指定用200系列參考標(biāo)號(hào)而不是用于第一示例100的100系列參考標(biāo)號(hào)。因此，這部分將被限制在第一和第二示例之間的差異。

轉(zhuǎn)子片200在兩個(gè)主要方面與轉(zhuǎn)子片100不同。首先，如前面所討論的，轉(zhuǎn)子片200可以設(shè)置有三個(gè)凸角202，而不是四個(gè)凸角。因此，在轉(zhuǎn)子片200中的凸角之間的分離角a1可以是120度，而不是90度。還如圖3中可見，每個(gè)單獨(dú)的凸角202和根部部分204的形狀和幾何特征可以與第一示例所示的不同。

第二個(gè)主要區(qū)別在于，轉(zhuǎn)子片200被示意性地示出為設(shè)置有編織的三軸纖維基底214，該纖維基底具有可定向在0度、+60度和-60度的纖維，使得基底214中的至少一些纖維與每個(gè)凸角202的長度大致對齊。因此，至少一些纖維沿第一取向軸線214-1(0度)延伸，一些纖維沿第二取向軸線214-2延伸，并且一些纖維沿第三取向軸線延伸。在一個(gè)示例中，第一取向軸線214-1可以平行于縱向軸線205-1，第二取向軸線214-2可以平行于縱向軸線205-2，且第三取向軸線214-3可以平行于縱向軸線205-3，使得至少一些纖維可沿著每個(gè)凸角202的縱向軸線205延伸。如同第一示例，這種布置可以顯示出在縱向205上增加凸角202的強(qiáng)度，這是期望的，因?yàn)楫?dāng)轉(zhuǎn)子片200繞中心軸線X旋轉(zhuǎn)時(shí)在這個(gè)方向上存在相當(dāng)大的力。

在一個(gè)示例中，基底214設(shè)置有沿至少一個(gè)取向軸線方向延伸的纖維并且轉(zhuǎn)子片200被堆疊并相對于彼此旋轉(zhuǎn)，使得取向軸線交替地與旋轉(zhuǎn)部件30所形成的凸角中的至少一個(gè)的縱向軸線205對齊。例如，第一轉(zhuǎn)子片200的纖維取向軸線可與第一凸角202-1對齊，第二相鄰轉(zhuǎn)子片200的纖維取向軸線可與第二凸角202-2對齊，第三相鄰轉(zhuǎn)子片200的纖維取向軸線可與第三凸角202-3對齊，等等。根據(jù)本教導(dǎo)，應(yīng)理解的是，單獨(dú)的轉(zhuǎn)子片200(或100)可以同樣地形成并且在被堆疊到相鄰的轉(zhuǎn)子片之前簡單地轉(zhuǎn)動(dòng)。

例如，可以為每個(gè)轉(zhuǎn)子片200提供單向纖維(0取向)基底214并且這些基底214被交替地堆疊(即每個(gè)片相對于相鄰的片旋轉(zhuǎn)120度)，使得疊層中的片200的三分之一的纖維沿軸線205-1對齊，疊層中的片200的三分之一的纖維沿軸線205-2對齊，并且疊層中的片200的三分之一的纖維沿軸線205-3對齊。相對于圖1的四個(gè)凸角的轉(zhuǎn)子片100的示例，單向纖維(0取向)基底114可為每個(gè)轉(zhuǎn)子片100提供并交替堆疊(即每個(gè)片相對于相鄰的片旋轉(zhuǎn)90度)，使得疊層中的片100的一半纖維沿軸線105-1/105-3對齊并且疊層中的片100的另一半纖維沿軸105-2/105-4對齊。根據(jù)本發(fā)明應(yīng)理解的是，其他纖維取向和堆疊構(gòu)造也是可能的，而不偏離本文提出的教導(dǎo)。

參考圖15-17，示出了復(fù)合轉(zhuǎn)子片400的第三個(gè)示例。在本教導(dǎo)的第三示例中，復(fù)合轉(zhuǎn)子片400可以被稱為轉(zhuǎn)子層和/或轉(zhuǎn)子層片。在第一和第三示例100、400之間存在許多相似之處，并且用于第一示例100中的描述因而適用于第三示例400。存在相似的特征時(shí)，使用相似的參考標(biāo)號(hào)。然而，第二示例的相應(yīng)特征被指定以400系列參考標(biāo)號(hào)，而不是用于第一示例100的100系列參考標(biāo)號(hào)。因此，這部分將被限制在第一和第三示例之間的差異。

轉(zhuǎn)子片400與轉(zhuǎn)子片100的區(qū)別主要在于，轉(zhuǎn)子層或?qū)悠?00由纖維414的絲束形成，所述纖維通過縫合415以限定多個(gè)凸角402(402-1,402-2,402-3,402-4)、末端段403(403-1,403-2,403-3,403-4)、根部段404(404-1,404-2,404-3,404-4)和中央開口412而結(jié)合。如圖所示，層片400包括由纖維414的單一連續(xù)絲束形成的四個(gè)凸角402，但也可以使用任何其它數(shù)量的凸角，如本教導(dǎo)的其它方面所述。存在許多適合的材料用于纖維束414，例如碳纖維、玻璃纖維(例如，S-2玻璃，E玻璃等)、熱塑性纖維，金屬纖維和芳綸纖維(例如，KEVLAR)。在一個(gè)方面中，絲束414包括多個(gè)單獨(dú)的纖維，數(shù)量在大約12,000(12K)和大約610,000(610K)個(gè)纖維之間，但是可以使用更少或更多的纖維。在一個(gè)優(yōu)選示例中，絲束414包括60,000(60K)個(gè)單獨(dú)的碳纖維。

如圖15可見，縫合過程在第一凸角402-1處開始和停止，在該處可見，絲束的第一端414a和絲束的第二端414b縫合在一起。在第一和第二端414a、414b之間，絲束414可根據(jù)需要來定向以限定凸角402、根部404和中央開口412。如圖所示，中央開口412通過使絲束414布置有一個(gè)或多個(gè)大致圓弧形或圓形的中心段417來限定。在一個(gè)示例中，中心段417的纖維通常圍繞中央開口412周向延伸。中央開口412可通過圍繞整個(gè)開口412的連續(xù)的段來限定，或者可以通過多個(gè)中心段417來限定，所述多個(gè)中心段共同限定中央開口412。

在一個(gè)示例中，凸角402通過使絲束414布置有凸角段418來限定，凸角段418大致從中心段朝向每個(gè)凸角402的末端部分403(403-1,403-2,403-3,403-4)延伸。在所示的示例中，每個(gè)凸角402設(shè)置有四個(gè)凸角段418。凸角段418可以成對縫合在一起以限定每個(gè)凸角402內(nèi)的凸角開口407(407-1,407-2,407-3,407-4)。為了適應(yīng)縫合過程，每個(gè)凸角402可以形成有尾部405(405-1,405-2,405-3,405-4)以允許絲束被雙倍折回以形成下一個(gè)凸角段418?？p合可以在末端部403和凸角段418的交界處增加，使得尾部405可在縫合過程后切掉，而留下末端部405全面完整。

絲束414也可定向成限定在每一個(gè)凸角402之間延伸的根段420。在所示的示例中，根段404被縫合到中心段417并且根段420的至少一部分纖維可以大致平行于相鄰的中心段417的一部分纖維延伸。在一個(gè)示例中，提供單個(gè)連續(xù)絲束414，其中，中心段417、凸角段418、尾部405和根段420是相同的絲束414的一部分。在一個(gè)示例中，轉(zhuǎn)子層片400通過使絲束400定向成在所述段和部分405、417、418和420之間交替而形成。例如，絲束414的一部分可以包括凸角段418，凸角段418鄰接根部420，根部420進(jìn)而鄰接另一凸角402的凸角段。

在一個(gè)示例中，絲束414可通過縫合材料515縫合到基底422上?；?22可以是載體膜、織物或有助于將絲束414縫合成所需形狀的任何其它類型的材料。在一個(gè)示例中，基底422是具有低熔融溫度的背襯膜，該膜可在轉(zhuǎn)子模制過程中熔掉。在一個(gè)示例中，基底422是可以顯示增加額外的強(qiáng)度和剛度的結(jié)構(gòu)性織物。結(jié)構(gòu)性織物的示例是已經(jīng)為轉(zhuǎn)子片材料討論過的類型的織造或非織造的碳纖維和玻璃纖維織物。形成轉(zhuǎn)子之后在轉(zhuǎn)子中仍存在的纖維還可以用于增加每個(gè)單獨(dú)層片400的膨脹(loft)或體積(bulk)以便減少所需層片400的總數(shù)量?？p合后，基底422可以修剪成轉(zhuǎn)子層片400的形狀。

縫合材料515也可以選擇成在模制過程中熔到整體結(jié)構(gòu)內(nèi)的低熔點(diǎn)材料。在一個(gè)方面，控制縫合的間距/密度和位置以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子層片400在模制過程之前的期望剛度。在特定位置增加縫合通常將導(dǎo)致在該位置增大剛度并降低層片順從另一形狀的能力(即，更高的縫合密度降低“懸垂性”)。在轉(zhuǎn)子凸角端403和尾部408的交點(diǎn)處，提供附加的縫合，使得當(dāng)尾部408從凸角端部403切離時(shí)，形成端部403的凸角段418保持由縫合部415連結(jié)。

有利地，轉(zhuǎn)子片100、200(并且因此組裝轉(zhuǎn)子30)的慣量或轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與實(shí)心材料金屬轉(zhuǎn)子相比可大大減小。在所示的示例中，轉(zhuǎn)子片100、200在由碳纖維制成時(shí)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可以比具有相同的幾何構(gòu)造的由鋁制成的實(shí)心轉(zhuǎn)子少約35％。轉(zhuǎn)子片100、200的這種減小了的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可以有多個(gè)好處。例如，由片100、200形成的轉(zhuǎn)子、齒輪或其它類型的旋轉(zhuǎn)部件可以表現(xiàn)出更迅速地加速，并且對互連部件如離合器引起的磨損更少。另外，所公開的轉(zhuǎn)子片100、200可構(gòu)造成表現(xiàn)出具有足夠的環(huán)箍強(qiáng)度以承受其中轉(zhuǎn)子30以每分鐘20,000轉(zhuǎn)或更高的速度旋轉(zhuǎn)的應(yīng)用。

可以意識(shí)到利用轉(zhuǎn)子層400形成組裝轉(zhuǎn)子430的更多優(yōu)點(diǎn)。例如，可以產(chǎn)生較少的廢料，因?yàn)榻z束414可設(shè)置成轉(zhuǎn)子層400的各部分的具體形狀。與那些需要將轉(zhuǎn)子片切割成期望的形狀的方法相比，這減少了總體材料成本。成本節(jié)約還體現(xiàn)在纖維束通常比織物片式產(chǎn)品的成本更低。由于切斷纖維可以顯著降低材料的強(qiáng)度(在某些情況下高達(dá)百分之五十)，避免進(jìn)一步切割增強(qiáng)了轉(zhuǎn)子層400和進(jìn)而轉(zhuǎn)子430的強(qiáng)度。甚至當(dāng)凸角段417定向成限定每個(gè)凸角402中的開口407時(shí)，性能沒有發(fā)生顯著變化，因?yàn)橥菇嵌?17的纖維保持未切割并完好無損。實(shí)現(xiàn)了附加強(qiáng)度優(yōu)勢，因?yàn)榻z束414的纖維策略性地定向以在轉(zhuǎn)子周邊提供增大的根部強(qiáng)度和環(huán)箍強(qiáng)度。利用縫合的絲束414來形成轉(zhuǎn)子層400導(dǎo)致相對成本較低且較輕的轉(zhuǎn)子430，其幾乎沒有收縮并且轉(zhuǎn)子430的內(nèi)徑和外徑具有良好的尺寸穩(wěn)定性。

參考圖7，根據(jù)本教導(dǎo)示出轉(zhuǎn)子軸300。根據(jù)應(yīng)用，轉(zhuǎn)子軸可以由復(fù)合材料、鋁或鋼(例如低碳熱處理鋼，不銹鋼等)制成。軸300可以通過轉(zhuǎn)子片的中央開口112、212延伸，并且一旦轉(zhuǎn)子片100、200堆疊并固定到軸300，則能夠在堆疊的轉(zhuǎn)子片和輸入或輸出裝置之間傳輸動(dòng)力。如圖所示，轉(zhuǎn)子軸300包括第一端302和第二端304。軸300可設(shè)置有安裝部段306，其用作待安裝的轉(zhuǎn)子片100、200的位置。

轉(zhuǎn)子軸300還可以設(shè)置有一個(gè)或多個(gè)固定特征，其可以用于將轉(zhuǎn)子片100、200固定在轉(zhuǎn)子軸300上。例如，滾花308可以設(shè)置在安裝部段306的表面上以增加轉(zhuǎn)子片100、200的塑料樹脂116、206和轉(zhuǎn)子軸300之間的結(jié)合。在所示的示例中，滾花308設(shè)置成安裝部段306的表面上的多個(gè)縱向凹槽，該縱向凹槽使轉(zhuǎn)子片在徑向鎖定到轉(zhuǎn)子軸300上?？梢蕴峁┑牧硪粋€(gè)固定特征是位于安裝部段306的一端的臺(tái)階部312。如圖所示，臺(tái)階部具有比所述安裝部段306更大的直徑，從而阻止轉(zhuǎn)子片100、200在轉(zhuǎn)子軸上朝向第一端302縱向滑動(dòng)。

安裝部段306也可以設(shè)置有一個(gè)或多個(gè)周向溝槽310，塑料樹脂116、206可流入周向溝槽中，從而將轉(zhuǎn)子片100、200在軸向方向上鎖定到轉(zhuǎn)子軸300。根據(jù)本發(fā)明應(yīng)理解的是，周向溝槽310的位置可以選擇成允許轉(zhuǎn)子片100、200和軸300之間發(fā)生熱膨脹。適當(dāng)位置的一個(gè)示例是鄰近臺(tái)階部312。軸300還可以設(shè)置有與轉(zhuǎn)子片100、200的鍵槽特征113、213接合接合的花鍵。軸300上的花鍵可設(shè)置有與鍵槽特征113數(shù)量相同并且具有相同形狀的花鍵?；ㄦI也可以沿安裝部段306的全長延伸。

參考圖8和9，分別示出了使用堆疊的轉(zhuǎn)子片100和200的組裝的轉(zhuǎn)子30。參考圖7，層壓轉(zhuǎn)子30通過堆疊轉(zhuǎn)子片100使得相鄰的片100完全相互覆蓋而設(shè)置成直堆疊轉(zhuǎn)子。圖17示出了其中轉(zhuǎn)子層片400被用于形成轉(zhuǎn)子430的相似的示例。參考圖8，層壓轉(zhuǎn)子30包括多個(gè)可安裝在共同的軸300上的堆疊的轉(zhuǎn)子片200。在所示的示例中，堆疊的轉(zhuǎn)子片200旋轉(zhuǎn)地堆疊，使得轉(zhuǎn)子組件30可具有包括恒定的螺旋角或著可變螺旋角的螺旋轉(zhuǎn)子(例如相鄰的片之間的旋轉(zhuǎn)偏移程度沿著轉(zhuǎn)子的長度增加大/或減小)。使用術(shù)語“旋轉(zhuǎn)地堆疊”是指片材關(guān)于彼此旋轉(zhuǎn)地偏移，使得一個(gè)轉(zhuǎn)子片不完全覆蓋相鄰的轉(zhuǎn)子片。應(yīng)注意的是，片100和層400可以設(shè)置成旋轉(zhuǎn)堆疊結(jié)構(gòu)，并且轉(zhuǎn)子片200也可以設(shè)置成直堆疊結(jié)構(gòu)。

轉(zhuǎn)子組件方法1000

參考圖11，其示出了根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)和過程1000的示例。應(yīng)注意的是，雖然圖中示意性地示出特定的順序下的步驟，所描述的方法并不旨在限于以所示順序執(zhí)行。而所示步驟的至少一部分可以以重復(fù)的方式、以不同的順序和/或同時(shí)執(zhí)行。另外，圖11所示的過程在本質(zhì)上是示例性的，可以結(jié)合其它步驟或步驟的組合或者變型而不脫離本文公開的本教導(dǎo)的各方面。

在步驟1002中，提供了根據(jù)本教導(dǎo)的多個(gè)轉(zhuǎn)子片100或200。在一個(gè)示例中，轉(zhuǎn)子片100、200可以是預(yù)浸漬的碳纖維片。在一個(gè)示例中，轉(zhuǎn)子片100、200可以最初設(shè)置成僅有基底片114、214并且可將聚合材料116、216注入到濕的基底片114、214中。在步驟1004中，所提供的轉(zhuǎn)子片100、200中的每一個(gè)都可以被堆疊到軸300上，使得轉(zhuǎn)子片側(cè)面208、210中的一個(gè)的至少一部分與轉(zhuǎn)子片側(cè)面208、210中的另一個(gè)相鄰并接觸。在所示的示例中，每個(gè)轉(zhuǎn)子片200的側(cè)面208、210可以是完全平坦的，使得在被堆疊時(shí)，相鄰的轉(zhuǎn)子片之間不存在間隙。參考圖5和圖8所示的示例，每個(gè)轉(zhuǎn)子片100可以直接堆疊在相鄰的轉(zhuǎn)子片100或200的頂部上以形成一個(gè)直的轉(zhuǎn)子30。參考圖9所示的示例，每個(gè)轉(zhuǎn)子片200可從圍繞中心軸線X的相鄰轉(zhuǎn)子片200稍微偏移以形成螺旋轉(zhuǎn)子30。步驟1002可替代地包括將轉(zhuǎn)子片100、200堆疊到空心的轂上，該轂然后可被安裝到軸300。步驟1002還可以包括轉(zhuǎn)子片100、200被圍繞預(yù)成形的插件、例如泡沫芯堆疊或成形，該插件可在聚合材料116、216部分或完全固化之后移除。

根據(jù)本發(fā)明應(yīng)理解的是，堆疊的轉(zhuǎn)子片100、200的許多構(gòu)造是可能的。例如，疊層可以完全由空心凸角轉(zhuǎn)子片、完全由實(shí)心凸角轉(zhuǎn)子片或由其組合制成。疊層還可以是：大多數(shù)片材為復(fù)合片，其中非復(fù)合轉(zhuǎn)子板(例如鋁板)被逐漸插入整個(gè)疊層，例如，每第十片可以是非復(fù)合轉(zhuǎn)子片，其余的片材是復(fù)合轉(zhuǎn)子片。疊層還可以是：轉(zhuǎn)子片100的一部分具有短切纖維用于纖維基底114，轉(zhuǎn)子片的另一部分具有連續(xù)纖維、例如單向或編織纖維用于纖維基底114。疊層還可以是：轉(zhuǎn)子片100的一部分具有第一取向模式(例如0/90)的纖維用于纖維基底114，轉(zhuǎn)子片100的具有不同的第二纖維取向(0/+45/-45)的另一部分用于纖維基底114。在一個(gè)示例中，單獨(dú)的轉(zhuǎn)子片100、200可以在堆疊在一起之后縫合或縫紉在一起。

在步驟1006中，轉(zhuǎn)子片100、200可被壓緊，并且可以被加熱到使轉(zhuǎn)子片變成彼此緊密接觸，并導(dǎo)致樹脂116、206在整個(gè)轉(zhuǎn)子片100、200之間流動(dòng)并進(jìn)入滾花308和周向溝槽310。在一個(gè)示例中，堆疊的片100、200和軸300被放置在具有筒形件的模制工具中并由柱塞壓緊。模制工具可設(shè)置有凹槽，該凹槽可以使軸300穿過該工具延伸以使堆疊的片100、200的兩端可以在工具和柱塞之間直接壓緊。當(dāng)需要螺旋轉(zhuǎn)子時(shí)，柱塞可構(gòu)造成隨著壓緊轉(zhuǎn)子片100、200而旋轉(zhuǎn)，這表現(xiàn)為輔助保持所需的形狀。在一個(gè)示例中，堆疊的轉(zhuǎn)子片100、200可被施加壓緊模制過程，其中約8至12噸的壓緊壓力被施加到轉(zhuǎn)子片疊層，并且其中所述轉(zhuǎn)子片疊層暴露至大約320至325華氏溫度的空氣中約10分鐘。

在步驟1008中，允許樹脂116、206固化。此步驟可以包括從所述模制工具移除堆疊的片100、200和軸300并且在部分或完全固化后從組件中除去壓力和/或熱。在一個(gè)示例中，部分固化之后，堆疊的片100、200與軸一起從模制工具移除并移動(dòng)到向組件施加熱以用于最終固化的烘箱。

在過程1000的一個(gè)示例中，使用網(wǎng)形或近似網(wǎng)形模制方法意味著聚合材料固化之后幾乎不需要或完全不需要精加工來獲得最終轉(zhuǎn)子形狀。例如，利用預(yù)浸漬的碳纖維時(shí)，完全固化的堆疊片100、200的外表面可以是大致光滑的，因此不需要向表面施用精加工技術(shù)。也可以使用注射模制方法。然而，在一些示例中，可能希望以某種方式修整表面。例如，可能需要施用耐磨涂層以允許一對相鄰的轉(zhuǎn)子30之間的間隙更緊密。

在步驟1010中，轉(zhuǎn)子30可以被平衡。在一個(gè)示例中，可以通過從轉(zhuǎn)子片100、200的一個(gè)或多個(gè)凸角去除材料來進(jìn)行平衡。一種平衡方法是使用鉆頭去除預(yù)定位置的材料的預(yù)選的量。

轉(zhuǎn)子組件方法2000

參考圖12，示出了根據(jù)本教導(dǎo)的轉(zhuǎn)子組件2000的第二示例。應(yīng)注意的是，雖然圖中示意性地示出特定順序下的步驟，所描述的方法并不旨在限于以所示順序執(zhí)行。而所示步驟的至少一部分可以以重復(fù)的方式、以不同的順序和/或同時(shí)執(zhí)行。另外，圖12所示的過程在本質(zhì)上是示例性的，可以結(jié)合其它步驟或步驟的組合或者變型而不脫離本文公開的本教導(dǎo)的各方面。

應(yīng)注意的是，在第一和第二方法1000、2000之間存在許多相似性，對于第一方法1000的描述因此適用于第二方法2000。因此，這部分將主要限于第一和第二方法1000、2000之間的差異。第二方法2000和第一方法1000之間的主要區(qū)別是第二方法2000中使用了分別施加的粘合劑101、201(見圖6)以使轉(zhuǎn)子片100、200粘結(jié)在一起，而不是依賴用于復(fù)合轉(zhuǎn)子片本身的聚合材料。這種方法允許使用預(yù)固化的轉(zhuǎn)子片，這可以減少和/或消除模型和生產(chǎn)所需的專用工具并且還通過減少周期時(shí)間而增加產(chǎn)量。

在第二方法2000的步驟2002中，可以提供多個(gè)預(yù)固化的復(fù)合轉(zhuǎn)子片。使用術(shù)語“預(yù)固化”意味著包括復(fù)合結(jié)構(gòu)，其中聚合材料大致固化或完全固化。在一個(gè)示例中，步驟2002可包括提供預(yù)固化的復(fù)合片，從該復(fù)合片例如通過激光切割、水射流切割\和高速?zèng)_壓切出多個(gè)轉(zhuǎn)子片。

在步驟2004中，向轉(zhuǎn)子片施加粘合劑。粘合劑可以單獨(dú)地施加到轉(zhuǎn)子片或者可以施加到轉(zhuǎn)子片的組。也可以在從預(yù)固化的復(fù)合片切出轉(zhuǎn)子片之前例如通過噴霧將粘合劑施加到預(yù)固化的復(fù)合片。粘合劑也可以作為預(yù)固化的復(fù)合片的一側(cè)或兩側(cè)上的涂層提供。在一個(gè)示例中，粘合劑是聚合材料，例如具有與已經(jīng)描述的聚合材料116相同的性質(zhì)的聚合材料。粘合劑的非限制性示例是丙烯酸、環(huán)氧樹脂、氨基甲酸乙酯和紫外線固化性粘合劑。由于具有用于復(fù)合轉(zhuǎn)子片的聚合材料，可基于匹配將要使用層壓轉(zhuǎn)子的操作環(huán)境的適當(dāng)玻璃化轉(zhuǎn)變溫度選擇粘合劑。

根據(jù)應(yīng)用和轉(zhuǎn)子片位置，粘合劑可被施加到轉(zhuǎn)子片的每一側(cè)面或施加到轉(zhuǎn)子片的單個(gè)側(cè)面。在一個(gè)示例中，在轉(zhuǎn)子的端部的轉(zhuǎn)子片不會(huì)具有施加到其外表面的粘合劑，而具有施加到其內(nèi)表面的粘合劑。在一個(gè)示例中，每個(gè)中間的轉(zhuǎn)子片可以使粘合劑僅施加到單側(cè)。在一個(gè)示例中，每個(gè)中間的轉(zhuǎn)子片可以使粘合劑施加到轉(zhuǎn)子片的兩側(cè)。在一個(gè)示例中，粘合劑可被施加到每隔一個(gè)轉(zhuǎn)子片的兩側(cè)，而它們之間的轉(zhuǎn)子片沒有涂覆粘合劑。如前所述，圖6示出用粘合劑粘結(jié)所述片。

在步驟2006中，轉(zhuǎn)子片被堆疊在一起以形成層壓轉(zhuǎn)子，使得每個(gè)相鄰的轉(zhuǎn)子片之間存在一定量的粘合劑，如圖6所示。如本文中所使用的，術(shù)語“相鄰”包括隔著粘合劑彼此堆疊的轉(zhuǎn)子片。如第一方法1000，轉(zhuǎn)子可具有被堆疊在一起以形成直的轉(zhuǎn)子或具有恒定的或可變的螺旋角的螺旋轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子片，并且可專有復(fù)合轉(zhuǎn)子片或復(fù)合與非復(fù)合(如金屬)轉(zhuǎn)子片的組合。應(yīng)注意的是，步驟2004和2006可以交替執(zhí)行，使得粘合劑被施加到轉(zhuǎn)子片，然后轉(zhuǎn)子片堆疊到轉(zhuǎn)子，然后向下一個(gè)待堆疊的轉(zhuǎn)子片添加粘合劑。替代地，所有轉(zhuǎn)子片可以在堆疊之前施加粘合劑。另一種合適的方法是首先將轉(zhuǎn)子片堆疊到轉(zhuǎn)子上，然后將轉(zhuǎn)子片放置在疊層上，然后向轉(zhuǎn)子片施加粘合劑。

在步驟2008中，允許粘合劑固化。根據(jù)所選擇的粘合劑的類型，步驟2008可包括加熱該堆疊轉(zhuǎn)子和/或壓緊該堆疊轉(zhuǎn)子以促進(jìn)粘合劑的固化。

在步驟2010中，如果需要的話，轉(zhuǎn)子的外表面可被機(jī)加工以提供指定的光潔度。在一個(gè)示例中，通過轉(zhuǎn)子片形成螺旋轉(zhuǎn)子，堆疊的轉(zhuǎn)子片的邊緣被機(jī)加工以消除任何由于偏移的片而可能存在的臺(tái)階特征，從而提供光滑的外表面。此步驟也可與第一種方法1000結(jié)合使用。

在步驟2012中，轉(zhuǎn)子軸被插入并固定到轉(zhuǎn)子，使得軸通過每個(gè)轉(zhuǎn)子片中央開口延伸。在一種方法中，在步驟2010之前，轉(zhuǎn)子片被堆疊以形成轉(zhuǎn)子，軸被插入完全組裝的轉(zhuǎn)子。在另一方法中，轉(zhuǎn)子片被堆疊到軸上，使得步驟2008和2010一起執(zhí)行。在一個(gè)示例中，以及如圖13和14中可見，轉(zhuǎn)子軸38由充壓模具形成，因而在圍繞輸出軸38的90度增量上有多個(gè)痕紋542。痕紋542的高度設(shè)置成當(dāng)軸38插入其中時(shí)與形成轉(zhuǎn)子30的板100、200的中央開口112、212干涉配合。這允許從轉(zhuǎn)子板100、200向軸38傳遞動(dòng)力。轉(zhuǎn)子還可以安裝到花鍵軸和/或通過粘結(jié)介質(zhì)例如粘合劑粘結(jié)到軸。在一個(gè)示例中，轉(zhuǎn)子的一端不是剛性地連接到軸的一端，從而容納軸和轉(zhuǎn)子之間的任何熱膨脹的差異。在一種方法中，在轉(zhuǎn)子的一端提供轉(zhuǎn)子和軸之間的花鍵壓配合，在轉(zhuǎn)子的中心提供一個(gè)浮凸部，在轉(zhuǎn)子的另一端的軸和轉(zhuǎn)子之間提供滑動(dòng)或滑配合。這些方法也可以與第一方法1000結(jié)合使用。當(dāng)與第一方法1000結(jié)合使用時(shí)，轉(zhuǎn)子片可安裝在空心轂上，或者可以堆疊到空心轂而不是軸上。

在步驟2012中，可以向轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子片施加涂層。在一個(gè)示例中，施加了可磨損的涂層。如果轉(zhuǎn)子不是在步驟2010進(jìn)行最終加工，其他類型的適合用于轉(zhuǎn)子的涂層是等離子體或火焰噴涂材料?？蛇x擇地，可以向轉(zhuǎn)子施加導(dǎo)電涂層。

在步驟2014中，轉(zhuǎn)子可以被平衡。在一個(gè)示例中，可以通過從轉(zhuǎn)子片的一個(gè)或多個(gè)凸角去除材料來進(jìn)行平衡。一個(gè)平衡的方法是使用鉆頭在預(yù)先確定的位置(多個(gè))去除預(yù)選的量的材料。

轉(zhuǎn)子組件方法3000

參考圖18，示出了根據(jù)本教導(dǎo)的轉(zhuǎn)子組件3000的第三示例。應(yīng)注意的是，雖然圖中以特定順序示意性地示出步驟，所描述的程序并不旨在限定于以圖示的順序來執(zhí)行。而至少一些所示步驟可以以重復(fù)方式、以不同的順序和/或同時(shí)進(jìn)行。另外，在圖17所示的過程在本質(zhì)上是示例性的，其它步驟或步驟的組合可并入或改變而不脫離本文公開的本教導(dǎo)的方面。

應(yīng)注意的是，在第一和第三方法1000、3000之間存在許多相似性，因此用于第一方法1000的描述適用于第三方法3000。因此，這一部分將主要限于第一和第三方法1000、3000之間的差異。第三方法3000和第一方法1000之間的主要區(qū)別是，每一個(gè)轉(zhuǎn)子層首先由絲狀材料、例如碳纖維的絲束形成，該絲束縫制成轉(zhuǎn)子層的形狀。如前所述，這種方法的優(yōu)點(diǎn)是，當(dāng)形成單獨(dú)的層或?qū)悠瑫r(shí)不產(chǎn)生廢料，并且在該縫合過程允許纖維在轉(zhuǎn)子的每個(gè)位置被最佳地對準(zhǔn)以提高轉(zhuǎn)子的整體強(qiáng)度。

在第二種方法3000的步驟3002中，提供連續(xù)絲狀材料的絲束。在一個(gè)示例中，連續(xù)絲狀材料是碳纖維。在步驟3004中，絲束被縫合成單獨(dú)的轉(zhuǎn)子層片，每個(gè)層片具有多個(gè)遠(yuǎn)離中央開口延伸的凸角。在一個(gè)示例中，所述層片被縫合以限定空心凸角(即具有開口的凸角)。與實(shí)心凸角結(jié)構(gòu)相比，這種方法導(dǎo)致轉(zhuǎn)子的質(zhì)量減小。在一個(gè)示例中，絲束被縫到基底上，過量的絲束都可以隨后修剪掉以匹配轉(zhuǎn)子層片的形狀。在步驟3006中，轉(zhuǎn)子層片在模腔中彼此堆疊，而在步驟3008中，軸通過每個(gè)堆疊的轉(zhuǎn)子層片的對準(zhǔn)的中央開口插入。在步驟3010中，聚合材料被注入模腔以潤濕形成層片的絲狀材料。合適的聚合材料的一個(gè)示例是塑料樹脂，例如，環(huán)氧樹脂。可用于該聚合材料116的熱固性材料的一些示例是乙烯基酯、酚醛樹脂和雙馬來酰亞胺(BMI)材料。樹脂涂敷和模制過程可包括樹脂浸漬技術(shù)，例如樹脂傳遞模塑(RTM)或真空輔助樹脂傳遞模塑(VARTM)。步驟3010可包括壓縮所述層疊轉(zhuǎn)子層400和向模腔施加熱。通常，轉(zhuǎn)子層400可被表征為具有膨松性，這意味著該層400與片100、200相比通常更厚和相對更可壓縮。因此，在模制期間可能期望一些壓縮來鞏固該結(jié)構(gòu)。在步驟3012中，可以使樹脂固化以形成轉(zhuǎn)子，如圖17所示。轉(zhuǎn)子可在完全或部分固化后從腔中移除。

旋轉(zhuǎn)組件應(yīng)用

上述轉(zhuǎn)子組件30、430(統(tǒng)稱為轉(zhuǎn)子組件30)可以在涉及旋轉(zhuǎn)裝置的多種應(yīng)用中使用。兩個(gè)這樣的應(yīng)用可以用于流體膨脹器20和壓縮裝置21(例如增壓器)中，如圖10所示。在一個(gè)示例中，流體膨脹器20和壓縮裝置21是體積裝置，其中膨脹器20和壓縮裝置21內(nèi)的流體橫跨轉(zhuǎn)子30傳輸而體積不變。圖10示出了設(shè)置在具有用于沿著適當(dāng)路面移動(dòng)的車輪12的車輛10中的膨脹器20和增壓器21。車輛10包括接收吸入空氣17并產(chǎn)生廢熱的動(dòng)力設(shè)備16，廢熱的形式為排放15中的高溫排氣。在一個(gè)示例中，動(dòng)力設(shè)備16是燃料電池。轉(zhuǎn)子組件30、430也可以被用作齒輪系中的直齒輪或螺旋齒輪(即旋轉(zhuǎn)部件)，用作傳動(dòng)齒輪，用作其它類型的膨脹和壓縮裝置中的轉(zhuǎn)子，用作泵的葉輪，和用作攪拌裝置的轉(zhuǎn)子。

如圖10所示，膨脹器20可從動(dòng)力設(shè)備排氣15接收熱量，并且可以使熱量轉(zhuǎn)換為可被送回動(dòng)力設(shè)備16(電地和/或機(jī)械地)的有用功，從而增加動(dòng)力設(shè)備的整體運(yùn)行效率。如所配置的，膨脹器20可以包括殼體23，一對轉(zhuǎn)子組件30設(shè)置在殼體23內(nèi)。具有轉(zhuǎn)子組件30的膨脹器20可以配置成從動(dòng)力設(shè)備16直接接收熱量或從排氣間接接收熱量。

從動(dòng)力設(shè)備16直接接收排氣的流體膨脹器20的一個(gè)示例在題為EXHAUST GAS ENERGY RECOVERY SYSTEM的專利合作條約(PCT)國際申請?zhí)朠CT/US2013/078037中公開。PCT/US2013/078037在此通過引用整體并入本文。

經(jīng)由有機(jī)Rankine循環(huán)從動(dòng)力設(shè)備排氣間接接收熱量的流體膨脹器20的一個(gè)示例在題為VOLUMETRIC ENERGY RECOVERY DEVICE AND SYSTEMS的專利合作條約(PCT)國際申請公開號(hào)WO 2013/130774中公開。WO 2013/130774通過引用整體并入本文。

仍然參考圖10，壓縮裝置21可以示出具有殼體25，一對轉(zhuǎn)子組件30被設(shè)置在殼體25內(nèi)。如所配置的，該壓縮裝置可以由動(dòng)力設(shè)備16驅(qū)動(dòng)。如所配置的，壓縮裝置21可以增加輸送到動(dòng)力設(shè)備16的吸入空氣17的量。在一個(gè)示例中，壓縮裝置21可以是在題為OPTIMIZED HELIX ANGLE ROTORS FOR ROOTS-STYLE SUPERCHARGER的美國專利7,488,164中示出和描述的類型的Roots式鼓風(fēng)機(jī)。美國專利7,488,164在此通過引用整體并入本文。

材料選擇

當(dāng)轉(zhuǎn)子30被設(shè)置在殼體、例如殼體23和25中時(shí)，在本發(fā)明的教導(dǎo)下應(yīng)理解的是，必須適當(dāng)考慮對轉(zhuǎn)子和殼體的材料選擇，以便維持轉(zhuǎn)子和殼體之間的期望的間隙。例如，不合適的材料選擇可導(dǎo)致轉(zhuǎn)子在通過工作流體(例如發(fā)動(dòng)機(jī)排氣，乙醇，水，空氣等)加熱時(shí)膨脹到殼體的內(nèi)壁中，從而損壞轉(zhuǎn)子和殼體。在本發(fā)明的教導(dǎo)下應(yīng)理解的是，適當(dāng)選擇具有正確的熱膨脹相對系數(shù)的材料可導(dǎo)致轉(zhuǎn)子在膨脹狀態(tài)下不接觸也膨脹的殼體，并將維持轉(zhuǎn)子與殼體之間的最小間隙，用于在更廣泛的溫度范圍內(nèi)的最高效率。此外，由于轉(zhuǎn)子更直接地暴露至工作流體(例如，排氣或在Rankine循環(huán)中使用的溶劑)并且殼體可輻射熱量到外部，轉(zhuǎn)子可以設(shè)置成膨脹到比殼體更大的程度。通過本示例的方式，用于轉(zhuǎn)子的材料的熱膨脹系數(shù)可以比殼體的熱膨脹系數(shù)低。

由于復(fù)合轉(zhuǎn)子100、200、400可設(shè)置成使用熱膨脹系數(shù)較低的材料，更多材料可以用于殼體23、25，例如鎂和鋁。在一個(gè)示例中，碳纖維轉(zhuǎn)子與鋁殼體一起使用。由于碳纖維比鋁的熱膨脹系數(shù)低，外殼和轉(zhuǎn)子都將膨脹，但膨脹到使得可以顯示每個(gè)部件膨脹達(dá)到允許最大效率的間隙的程度。另外，由于纖維取向?qū)D(zhuǎn)子的生長的作用，可以選擇纖維取向以使間隙進(jìn)一步降到最小，從而提高性能和效率。當(dāng)然，根據(jù)所需的性能標(biāo)準(zhǔn)，轉(zhuǎn)子和殼體的材料存在許多其他的可能性。

在本發(fā)明教導(dǎo)下還應(yīng)理解的是，為轉(zhuǎn)子30、430選擇的塑料樹脂116、206也可以用于具有低溫或高溫的應(yīng)用。例如，標(biāo)準(zhǔn)環(huán)氧樹脂可限制轉(zhuǎn)子30在流體處于約-40℃至約150℃之間的流體處理應(yīng)用中的操作。

盡管已經(jīng)詳細(xì)描述了實(shí)施本教導(dǎo)的許多方面的最佳方式，但是熟悉本教導(dǎo)所涉及的領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到各種替代方面，以在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)實(shí)施本教導(dǎo)。