CN101719561B - 一种卷绕装置及卷绕方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种卷绕装置和卷绕方法，装置包括卷绕头2和安装于卷绕头2上、并随所述卷绕头2一起自转以供带料3卷绕的卷针1，还包括用于控制所述带料3或卷绕头2进行线速度补偿运动、使所述带料3的线速度稳定在一定范围内的卷绕驱动机构。本发明提供的技术方案能够控制卷绕装置中的带料或卷绕头进行线速度补偿运动，使卷针自转带动带料进行卷绕的线速度与卷针或者带料进行线速度补偿运动产生的线速度形成互补，保持稳定的卷绕张力，有效防止了卷绕产品变形。

Description

一种卷绕装置及卷绕方法
技术领域
本发明涉及一种卷绕装置及一种卷绕方法。
背景技术
如图1，现有的一种卷绕装置中，安装在卷绕头2上的扁平状卷针1围绕其转轴11匀速自转，使来自卷针1上方或一侧的带料3卷绕在卷针1上，然而，由于卷针1在不同运动状态下拉动带料3的线速度不同，导致带料3在卷绕过程中的张力大小不均，容易使带料3卷绕形成的产品发生变形。
例如图1用于方形锂离子电池的电芯卷绕时，带料3为极片，来自卷针1正上方的极片在卷针1的带动下逐步沿卷针1的入芯点12的运动轨迹进行卷绕形成电芯。
用于方形锂离子电池的卷针1一般为扁平状，因此卷针1在不同卷绕状态下带动极片运动的线速度并不一致。尤其是卷针1在垂直方向和水平方向自转相同的角度时，极片被拉动的长度差距很大，例如当卷针1从状态A自转至水平的状态B时转动角度为20°，从竖直的状态C转动至状态D的转动角度也为20°，借助于辅助圆O1和辅助圆O2，能够明显看出：卷针1从状态A转动至状态B时极片的长度变化较大，而从状态C转动至状态D时极片的长度变化很小。当卷针1具有恒定的自转速度时，极片在卷针1位于水平位置时的线速度要比竖直位置时大得多，极片的线速度大小变化规律实际上类似于半波形的正弦函数。正是因为这种线速度的差异，导致卷针1带动极片的拉力也在不同状态下具有差异：即卷针1位于水平状态时极片的卷绕张力较大，卷针1位于竖直状态时极片的卷绕张力较小，因此，极片卷绕在卷针1上的松紧程度不均，容易使极片卷绕而成的电芯等卷绕产品发生变形，难以保证锂离子电池具有规则的形状。
发明内容
本发明要解决的主要技术问题是，提供一种防止卷绕产品变形的卷绕装置及一种卷绕方法。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种卷绕装置，包括卷绕头和安装于卷绕头上、并随所述卷绕头一起自转以供带料卷绕的卷针，还包括用于控制所述带料或卷绕头进行线速度补偿运动、使所述带料的线速度稳定在一定范围内的卷绕驱动机构。
所述卷绕驱动机构包括基座、活动安装在所述基座上的补偿控制件和用于驱动所述补偿控制件的电机，所述带料或卷绕头与所述补偿控制件联动。
所述补偿控制件包括摆杆以及由所述电机驱动的驱动机构；所述摆杆的中部与所述基座转动连接，所述摆杆的一端由所述驱动机构驱动，另一端与所述带料或卷绕头联动。
所述补偿控制件还包括用于安装所述卷绕头的卷绕头安装件，所述基座与所述卷绕头安装件形成纵向移动副；
所述驱动机构包括用于驱动所述卷绕头进行纵向线速度补偿运动的第一驱动机构，所述摆杆包括第一摆杆；
所述第一摆杆的一端由所述第一驱动机构驱动，另一端与所述卷绕头安装件活动连接。
所述第一摆杆与所述卷绕头安装件通过滑块活动连接。
进一步地，所述基座还与所述卷绕头安装件形成横向移动副；
所述驱动机构还包括用于驱动所述卷绕头进行横向线速度补偿运动的第二驱动机构，所述摆杆还包括第二摆杆；
所述第二摆杆的一端由所述第二驱动机构驱动、另一端与所述卷绕头安装件活动连接。
第一驱动机构和第二驱动机构都为凸轮。
所述驱动机构还包括用于使所述第一驱动机构和第二驱动机构随动的补偿随动件。
另一种实施方式中，所述补偿控制件还包括用于控制所述带料进行横向线速度补偿运动的带料控制杆；所述带料控制杆的一端与所述摆杆铰接，另一端与所述基板形成横向移动副。
本发明还保护了一种卷绕方法，包括以下步骤：卷绕驱动机构控制带料或卷绕头进行线速度补偿运动，使所述带料通过稳定在一定的范围内的线速度卷绕在安装于所述卷绕头上、随所述卷绕头一起自转的卷针上。
本发明的有益效果是：本发明通过卷绕驱动机构控制卷绕装置中的带料或卷绕头进行线速度补偿运动，使卷针自转带动带料进行卷绕的线速度与卷针或者带料进行线速度补偿运动产生的线速度形成互补，最终使带料的线速度稳定在一定的范围内，尤其是形成恒定的线速度，使带料的卷绕张力保持稳定，在卷针上进行卷绕的松紧程度均衡，有效防止了卷绕产品变形。
本发明的卷绕驱动机构使卷绕头同时进行纵向线速度补偿运动和横向线速度补偿运动，进一步提高了带料的线速度和卷绕张力的补偿调节精度。
附图说明
图1为现有卷绕装置的卷绕运动示意图；
图2为本发明的控制卷绕头运动的卷绕装置立体图；
图3为控制卷绕头运动的卷绕驱动机构立体图；
图4为卷绕驱动机构作纵向线速度补偿的示意图；
图5为卷绕驱动机构作横向线速度补偿的示意图；
图6为的控制卷绕头运动的卷绕装置的卷绕运动示意图；
图7为控制卷绕头运动的卷绕装置中带料的线速度大小变化曲线；
图8为本发明的控制带料运动的卷绕装置示意图；
图9为控制带料运动的卷绕装置中带料的线速度大小变化曲线。
具体实施方式
下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。
本发明提供了一种卷绕装置，该卷绕装置包括卷绕头2和卷针1，卷针1为图1所示的扁平状结构，卷针1安装在卷绕头2上并随卷绕头2一起自转使带料3逐步卷绕在卷针1上。例如在锂离子电池制造过程中，将正、负极片作为带料3，带料3逐步卷绕在匀速自转的卷针1上，形成锂离子电池的电芯。
本发明的卷绕装置还包括用于控制带料3或卷绕头2进行线速度补偿运动的卷绕驱动机构。
如图2所示，卷绕驱动机构包括基座4、活动安装在基座4上的补偿控制件，以及用于驱动补偿控制件的电机6，补偿控制件用于控制带料3或卷绕头2进行线速度补偿运动。例如补偿控制件可控制带料3在卷绕过程中沿一定的轨迹作横向线速度补偿运动，其线速度与卷针1自转带动带料3进行卷绕的线速度大小互补，最终使带料3的线速度保持在一定范围内，保持了稳定的卷绕张力。或者补偿驱动件可控制卷绕头2带动卷针1沿一定的轨迹进行线速度补偿运动，其线速度与卷针1自转带动带料3进行卷绕的线速度形成互补，最终使带料3的线速度保持在一定范围内。
如图3和图8所示，补偿控制件包括由电机6驱动的驱动机构51、摆杆52，驱动机构51与电机6的驱动轴61配合，驱动机构51可选用刚性好、寿命长的凸轮，也可选用偏心连杆等构件，或者还可采用伺服电机中的电子凸轮。摆杆52的中部与基座4转动连接，例如基座4上设有轴承座53，摆杆通过轴承座53与基座4转动连接，摆杆52的一端由驱动机构51驱动，另一端与带料3或卷绕头2联动，以控制带料3或卷绕头2按照一定的运动轨迹进行线速度补偿运动。
根据运动轨迹的不同设定方式，卷绕头2或带料3的线速度补偿运动包括纵向线速度补偿运动和/或横向线速度补偿运动，为了对具体实施方式进行清楚、详细的描述，当带料3从卷绕头2的上方或下方供料时，卷绕头2或带料3的上、下运动为纵向线速度补偿运动，卷绕头2或带料3的左、右运动为横向线速度补偿运动；相应地，如果带料3从卷绕头2的一侧供料，则线速度补偿运动的方向相反，也就是说，纵向线速度补偿运动使卷绕头2或带料3靠近或远离带料供料位置，而横向线速度补偿运动与纵向线速度补偿运动在同平面内垂直。
第一种具体实施方式：
如图3和图4所示，控制卷绕头2进行线速度补偿运动的补偿控制件还包括卷绕头安装件54，卷绕头2安装在卷绕头安装件54的安装面543上随卷绕头安装件54一起运动，卷绕头2还可与卷绕头安装件54连为一体。
基座4与卷绕头安装件54形成纵向移动副，例如本实施方式中，基座4包括纵向设置的第一导轨41，卷绕头安装件54可沿第一导轨41上下滑动。
驱动机构51包括第一驱动机构511，摆杆52包括第一摆杆521，轴承座53包括第一轴承座531。第一摆杆521的中部与第一轴承座531转动连接，第一摆杆521的一端由第一驱动机构511驱动，另一端与卷绕头安装件54活动连接。具体地，第一摆杆521与卷绕头安装件54通过滑块连接，卷绕头安装件54包括横向设置的第一滑槽541，第一摆杆521与卷绕头安装件54连接的一端包括第一滑块，第一滑块可在第一滑槽541内左右滑动从而带动卷绕头安装件54沿第一导轨41上下滑动。
第一驱动机构511驱动卷绕头2进行纵向线速度补偿运动时，第一摆杆521在第一驱动机构511的驱动下发生转动，例如第一摆杆521从图4的实线位置沿弧形箭头方向转动至虚线位置时，第一摆杆521与卷绕头安装件54活动连接的一端向上运动，带动卷绕头安装件54和卷绕头2沿直线箭头方向向上运动，即沿基座4上的第一导轨41向上运动。
本实施方式实现了带料3卷绕过程中，卷绕头2在卷绕驱动机构的控制下进行上、下方向的线速度补偿运动的方式，使卷针1整体具有向上或者向下的线速度，该线速度与卷针1自转带动带料3进行卷绕的线速度互补，对带料3所受到的卷绕张力进行有效调节。例如当卷针1自转至水平状态时(即状态A至状态B)，卷绕头2带动卷针1向上运动，使带料3的线速度减小，张力变小；当卷针1自转至竖直状态时(即状态C至状态D)，卷绕头2带动卷针1向下运动，带料3的线速度增大，张力增大。如图7所示，控制卷绕头2运动的卷绕装置中，卷针1自转带动带料3时，带料3的线速度大小变化曲线L1类似于半波形的正弦函数，卷针1在卷绕驱动机构的控制下进行纵向补偿运动时，线速度大小变化曲线L2为半波形的余弦函数，由于L1与L2方向相反，大小基本互补，最终使带料3合成的线速度大小保持在一定范围内。
第二具体实施方式：
如图3和图5所示，类似地，基座4还可与卷绕头安装件54形成横向移动副，例如基座4包括横向设置的第二导轨42，卷绕头安装件54还可沿第二导轨42左右移动。为了顺利实现卷绕头安装件54分别沿第一导轨41和第二导轨42同时作纵向和横向滑动，还可在基座4上增加交叉移位板43，例如可将第一导轨41设置在交叉移位板43上，且该交叉移位板43与第二导轨42形成横向移动副。
本实施方式的驱动机构51还包括第二驱动机构512，摆杆还包括第二摆杆522，轴承座53还包括第二轴承座532。第二摆杆522的中部与第二轴承座532转动连接，第二摆杆522的一端由第二驱动机构512驱动、另一端与卷绕头安装件54活动连接，具体地，第二摆杆522与卷绕头安装件54也通过滑块连接，卷绕头安装件54包括纵向设置的第二滑槽542，第二摆杆522与卷绕头安装件54连接的一端包括第二滑块，第二滑块可在第二滑槽542内上下滑动从而带动卷绕头安装件54沿第二导轨41左右滑动。
第二驱动机构512用于驱动卷绕头2进行横向线速度补偿运动，第一驱动机构511和第二驱动机构512可都为凸轮。为了通过一个电机6同时驱动第一驱动机构511和第二驱动机构512，二者之间还可通过补偿随动件513实现随动，例如采用销或者其他零件。第二驱动机构512控制卷绕头2进行横向线速度补偿运动时，第二摆杆522在第二驱动机构512的驱动下发生转动，例如第二摆杆521从图5的实线位置沿弧形箭头方向转动至虚线位置时，第二摆杆522与卷绕头安装件54活动连接的一端向左运动，带动卷绕头安装件54沿直线箭头方向向左运动，即沿基座4上的第二导轨42向左运动。
本实施方式还实现了带料3卷绕过程中，卷绕头2还在卷绕驱动机构的控制下进行左、右方向的线速度补偿运动，即使卷针1整体具有向左或者向右的线速度。如图6所示，在水平方向，卷绕驱动机构带动卷针2随其自转的角度水平移动，使带料3一直处于竖直状态。如图7所示，可以通过有限次地实验数据对补偿控制件中第一摆杆521、第二摆杆521等位置关系进行修正调整，使卷针1仅作横向线速度补偿运动时，带料3的线速度大小变化曲线L3形成半波形的正弦函数，与仅作纵向补偿运动的卷针1的线速度变化曲线L2合成后，带料3的线速度大小变化曲线为直线L4，即带料3的线速度大小保持在一定范围内，甚至实现匀速运动，保持了稳定的卷绕张力，与仅控制卷绕头进行纵向线速度补偿运动的方式相比，进一步提高了线速度和卷绕张力补偿调节精度。
还可根据需要，只通过第二驱动机构512和第二摆杆522只进行横向线速度补偿运动，即不需要纵向线速度补偿运动。
第三具体实施方式：
如图8所示的实施方式中，控制带料3进行线速度补偿运动的补偿控制件包括用于控制带料3进行横向线速度补偿运动的带料控制杆55，带料控制杆55的一端与摆杆52铰接，另一端与基板4形成横向移动副。具体地，基板4还包括横向设置的第三导轨43，带料控制杆55还包括第三滑块，第三滑块可沿第三导轨43进行横向滑动，同时控制带料3左右摆动实现横向线速度补偿。
例如当驱动机构51沿弧形箭头方向转动时，摆杆52与带料控制杆55相连的一端向右运动，驱动带料控制杆55带动带料3沿直线箭头向右运动，此时卷针1从状态C自转至状态D，使带料3的线速度大小增加，卷绕张力增大；相应地，当卷针从状态A自转至状态B时，驱动带料控制杆55带动带料3沿直线箭头向左运动，使带料3的线速度减小，卷绕张力减小。
如图9所示，带料3的线速度的大小变化曲线L1类似于半波形的正弦函数，带料3在卷绕驱动机构的控制下进行横向补偿运动时，线速度的大小变化曲线L5类似于半波形的余弦函数，由于L1与L5方向相反，大小互补，最终使带料6合成大小保持在一定范围内、较为恒定的线速度。
本发明还保护了一种卷绕方法，其具体方法为：卷绕驱动机构控制带料或卷绕头2进行线速度补偿运动，使带料3卷绕在安装于卷绕头2上、随卷绕头2一起自转的卷针1上。本方法使卷绕头2带动卷针1进行线速度补偿运动的线速度与卷针1自转带动带料3进行卷绕的线速度互补，或者使带料3进行线速度补偿运动的线速度与卷针1自转带动带料3进行卷绕的线速度互补，使带料3通过稳定在一定的范围内的线速度卷绕在卷针1上，尤其是使带料3合成的线速度大小保持在一定范围内，保证了卷绕张力的稳定性，使带料3在卷针1上进行卷绕的松紧程度均衡，有效防止了卷绕产品变形，可应用在锂离子电池电芯卷绕制造等领域。
以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种卷绕装置，包括卷绕头(2)和安装于卷绕头(2)上、并随所述卷绕头(2)一起自转以供带料(3)卷绕的卷针(1)，其特征在于：还包括用于控制所述带料(3)或卷绕头(2)进行线速度补偿运动、使所述带料(3)的线速度稳定在一定范围内的卷绕驱动机构；
所述卷绕驱动机构包括基座(4)、活动安装在所述基座(4)上的补偿控制件和用于驱动所述补偿控制件的电机(6)，所述带料(3)或卷绕头(2)与所述补偿控制件联动；
所述补偿控制件包括摆杆(52)以及由所述电机(6)驱动的驱动机构(51)；所述摆杆(52)的中部与所述基座(4)转动连接，所述摆杆(52)的一端由所述驱动机构(51)驱动，另一端与所述带料(3)或卷绕头(2)联动从而控制所述带料(3)摆动或控制所述卷绕头(2)移动。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述补偿控制件还包括用于安装所述卷绕头(2)的卷绕头安装件(54)，所述基座(4)与所述卷绕头安装件(54)形成纵向移动副使所述卷绕头安装件(5)沿基座(4)上纵向设置的第一导轨(41)上下滑动；
所述驱动机构(51)包括用于驱动所述卷绕头(2)进行纵向线速度补偿运动的第一驱动机构(511)，所述摆杆(52)包括第一摆杆(521)；
所述第一摆杆(521)的一端由所述第一驱动机构(511)驱动，另一端与所述卷绕头安装件(54)活动连接。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于：所述第一摆杆(521)与所述卷绕头安装件(54)通过滑块活动连接。
4.如权利要求2或3所述的装置，其特征在于：所述基座(4)还与所述卷绕头安装件(54)形成横向移动副使所述卷绕头安装件(5)沿基座(4)上横向设置的第二导轨(42)左右滑动；
所述驱动机构(51)还包括用于驱动所述卷绕头(2)进行横向线速度补偿运动的第二驱动机构(512)，所述摆杆还包括第二摆杆(522)；
所述第二摆杆(522)的一端由所述第二驱动机构(512)驱动、另一端与所述卷绕头安装件(54)活动连接。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于：所述第一驱动机构(51)和第二驱动机构(52)都为凸轮。
6.如权利要求4所述的装置，其特征在于：所述驱动机构还包括用 于使所述第一驱动机构(511)和第二驱动机构(512)随动的补偿随动件(513)。
7.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述补偿控制件还包括用于控制所述带料(3)进行横向线速度补偿运动的带料控制杆(55)；所述带料控制杆(55)的一端与所述摆杆(52)铰接，另一端与所述基座(4)形成横向移动副，而使所述带料控制杆(55)上的第三滑块沿所述基座(4)上横向设置的第三导轨(43)左右滑动。
8.一种卷绕方法，其特征在于，包括以下步骤：
卷绕驱动机构控制带料(3)或卷绕头(2)进行线速度补偿运动，使所述带料(3)通过稳定在一定的范围内的线速度卷绕在安装于所述卷绕头(3)上、随所述卷绕头(3)一起自转的卷针(1)上；
其中，所述卷绕驱动机构包括基座(4)、活动安装在所述基座(4)上的补偿控制件和用于驱动所述补偿控制件的电机(6)，所述带料(3)或卷绕头(2)与所述补偿控制件联动；所述补偿控制件包括摆杆(52)以及由所述电机(6)驱动的驱动机构(51)；所述摆杆(52)的中部与所述基座(4)转动连接，所述摆杆(52)的一端由所述驱动机构(51)驱动，另一端与所述带料(3)或卷绕头(2)联动从而控制所述带料(3)摆动或控制所述卷绕头(2)移动。 
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