CN109671989A - 一种直驱卷绕换位装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及锂电池自动化卷绕设备技术领域，尤其是一种直驱卷绕换位装置，其由卷针组件、卷绕装置本体、设置于上述卷绕装置本体的第一随动盘以及第二随动盘等几部分构成。第一随动盘直接由直驱电机进行驱动，进而带动第二随动盘作同步旋转运动。这样一来，改变了传统的电机偏置、齿轮驱动的方式，从而使得整个卷绕装置受力平衡，且大大降低了工作噪音。另外，还可以通过控制直驱电机直接实现第一随动盘及第二随动盘的“随停”动作，具有较高的控制精度，且无须额外设置控制旋转角度的限位装置。

Description

一种直驱卷绕换位装置

技术领域

本发明涉及锂电池自动化卷绕设备技术领域，尤其是一种直驱卷绕换位装置。

背景技术

在锂电池电芯的制作过程中，通过卷针的旋转运动卷绕料带以形成电芯。为了提高卷绕效率，出现了双针或三针卷绕结构形式。以三针卷绕装置为例，其上装有三对卷针，正负极片和隔离膜由机械手送到卷针上，一工位实现卷绕，二工位贴终止防松胶带，三工位自动拔针下料，三根卷针分别在三个工位中循环，分别实现卷绕，贴终止防松胶带，拔针下料，循环工作，以实现功能。其中，第一随动盘和第二随动盘分别设置于卷绕装置本体的两端部，且在两者中间设置有连接件以实现两者旋转的同步性。常规驱动方式如图1中所示，在第一随动盘的圆周外壁上开设齿轮槽，并借用电机实现齿轮驱动方式。上述结构设计简单，且便于进行后期维护，然而，其在实际运行中存在以下问题：1)电机布置于第一随动盘的外侧(即偏离于卷绕装置的中心)，在实际驱动过程中，啮合力会反作用于卷绕装置，从而影响其整体稳定性；2)齿轮驱动的噪音较大，影响工作环境；3)齿轮驱动方式不能做到精确停位，影响卷芯质量，须借助于限位装置来精确限定随动盘的旋转角度，在一定程度上增加了结构复杂性，提高了制造成本。因而，亟待技术人员解决上述问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种结构设计简单，运行噪音小，且传动精度及平稳性较高的直驱卷绕换位装置。

为了解决上述技术问题，本发明涉及了一种直驱卷绕换位装置，其包括：

卷针组件，通过其自身的旋转运动来卷绕电池料带以形成电芯；

卷绕装置本体；

相对于卷绕装置本体作旋转运动、且运动同步的第一随动盘以及第二随动盘，其分别设置于卷绕装置本体的两端部；

还包括驱动第一随动盘以及第二随动盘作同步旋转的直驱电机；该直驱电机设置于所述第一随动盘的后端，其动力输出端与第一随动盘直接进行连接。

进一步的，在第一随动盘上设置有联接过渡件，用来实现与直驱电机转子的联接。

更进一步的，联接过渡件由法兰盘以及与法兰盘一体成型的联接凸起构成。在上述联接凸起的中心孔内壁上开设有周向凹槽。

更进一步的，卷针组件由电机进行驱动发生旋转运动，且其相对于电机不发生轴向位移。第二随动盘开设有穿越孔，以供卷针组件穿过，且在动力源的作用下电机以及卷针组件相对于卷绕装置本体整体作同步轴向往复运动，进而完成电芯的下料。

更进一步的，第一随动盘与第二随动盘的距离设定为D，直驱电机与第一随动盘的距离设定为d，则d≤1/2D。

更进一步的，卷针组件包括卷针、对该卷针进行固定的卷针座以及为上述卷针座提供旋转动力的过渡传力轴。过渡传力轴由电机转子进行驱动。

更进一步的，上述直驱卷绕换位装置还包括锁紧套。在过渡传力轴上设置有轴肩和位于其尾端的、用来适配锁紧套的螺纹段。锁紧套相对于轴肩发生相向运动，直至过渡传力轴与转子锁紧，进行同步旋转。

更进一步的，上述直驱卷绕换位装置还包括套设于过渡传力轴、且间隔设置的第一轴承组和第二轴承组以及对上述第一轴承组和第二轴承组进行支撑的第一支撑座和第二支撑座。第一支撑座以及第二支撑座分别固定于电机本体的两端部。

进一步的，在卷针座上开设有通孔，用来穿插周向限位销。在卷针座上设置有缩颈部，用来供锁紧螺栓顶靠，相应地，在过渡传力轴上开设有用来适配周向限位销的U形开口，且在其上开设有与上述锁紧螺栓相适配的螺纹孔；缩颈部的底面倾斜设置，且沿着卷针的卷绕功能部至卷针座的方向其截面面积逐渐增大。

进一步的，上述直驱卷绕换位装置还包括夹持部，其与电机相固定，相应在，动力源包括与上述夹持部相适配的、沿着轴向方向往复运动的夹紧装置。夹紧装置包括夹紧固定部、夹紧活动部以及驱动该夹紧活动部进行转动的气缸，进而带动电机以及卷针组件整体进行轴向运动。卷绕装置还包括导向柱。该导向柱的两端部分别与第一随动盘和第二随动盘相固定。在电机本体的两侧设置有与导向柱相适配的导向套。

通过采用上述技术方案进行设置使得第一随动盘以及第二随动盘的同步旋转运动由直驱电机进行驱动，改变了传统的电机偏置、齿轮驱动的方式，从而使得整个卷绕装置受力平衡，且大大降低了工作噪音。另外，还可以通过控制直驱电机直接实现第一随动盘及第二随动盘的“随停”，具有较高的控制精度，且无须额外设置控制旋转角度的限位装置。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有技术中第一随动盘的驱动方式的示意图。

图2是本发明中直驱卷绕换位装置的结构示意图。

图3是本发明直驱卷绕换位装置中直驱电机对第一随动盘进行驱动一种实施方式的示意图。

图4是图3的主视图。

图5是本发明直驱卷绕换位装置中联接过渡件的结构示意图。

图6是本发明直驱卷绕换位装置中卷针组件与电机的装配示意图。

图7是本发明直驱卷绕换位装置中卷针组件的装配示意图。

图8是本发明卷针组件中卷针座的结构示意图。

图9是本发明卷针组件中过渡传力轴的结构示意图。

图10是本发明直驱卷绕换位装置中过渡传力轴与电机的装配示意图。

图11是本发明卷针组件中电机的轴向运动导向示意图。

图12是本发明卷针组件中动力源的结构示意图。

图13是本发明卷针组件中动力源驱动电机及卷针组件整体进行运动的示意图。

1-卷绕装置本体；2-第一随动盘；3-第二随动盘；31-穿越孔；4-卷针组件；41-卷针；42-卷针座；421-通孔；422-缩颈部；43-过渡传力轴；431-轴肩；432-螺纹段；433-U形开口；434-螺纹孔；5-直驱电机；6-联接过渡件；61-法兰盘；62-联接凸起；621-自断槽；7-电机；71-电机本体；72-电机转子；73-电机定子；8-动力源；81-夹紧装置；811-夹紧固定部；812-夹紧活动部；813-气缸；9-锁紧套；10-第一轴承组；11-第二轴承组；12-第一支撑座；13-第二支撑座；14-夹持部；15-导向柱；16-导向套。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

下面结合附图对本发明作出详细的说明，图2示出了本发明中直驱卷绕换位装置的结构示意图，其由卷绕装置本体1、第一随动盘2、第二随动盘3、卷针组件4、直驱电机5等几部分构成，其中，卷绕装置本体1包括左底板、右底板以及设置于两者之间、起支撑作用的支撑柱(如图3中所示)。第一随动盘2和第二随动盘3进行同步转动，且分别通过轴承可自由转动地与上述左底板、右底板进行装配；卷针组件4通过其自身的旋转运动来卷绕电池料带以形成电芯。该直驱卷绕换位装置相较于传统，其第一随动盘2以及第二随动盘3的同步旋转由直驱电机5进行驱动，省去了减速箱、齿轮等传力部，大大简化了结构设计形式，再者，直驱电机5的动力输出端连接于第一随动盘2的中心位置，从而使得整个卷绕装置受力平衡，且大大降低了工作噪音。另外，还可以通过控制直驱电机5直接实现第一随动盘2及第二随动盘3的“随停”动作，具有较高的控制精度，且无须额外设置控制旋转角度的限位装置。

直驱电机5与第一随动盘2的连接方式推荐如下：直驱电机5设置于所述第一随动盘2的后端，其转子与第一随动盘2直接通过螺栓进行联接。当然，也可以在直驱电机5和第一随动盘2之间设置联接过渡件6(如图3中所示)，进而实现两者的联接。

作为更进一步的优化，可以在联接过渡件6上设置有自断槽621，即当其自身受到的扭矩超过一定值时，联接过渡件6自身发生断裂，从而确保直驱电机5的使用寿命及电芯卷绕过程的安全性。具体可参照如下方式进行设置：联接过渡件6包括法兰盘62以及联接凸起62两部分，一体成型方式进行制造。在联接凸起62的中心孔内壁上开设有周向凹槽，即上述的自断槽621(如图5中所示)。在此需要说明的是，周向凹槽具体深度值的确定需综合考虑直驱电机5的最大输出扭矩值、制造联接凸起62材料的抗扭模量等因素。

作为上述直驱卷绕换位装置的进一步优化，卷针组件4可由电机7进行驱动发生旋转运动，且其相对于电机7不发生轴向位移(如图6中所示)。在第二随动盘3开设有穿越孔31，以供卷针组件4穿越，且在动力源8的作用下上述电机7以及卷针组件4相对于卷绕装置本体1整体作同步轴向往复运动，从而完成电芯的下料(如图13中所示)。在此需要着重说明的是，通过采用上述方式进行设置，在实际卷芯过程中，卷针组件4始终未越过第一随动盘2(即第一随动盘2未开设穿越孔)，从而缩短了直驱电机5与第一随动盘2的相间距离，减小了直驱卷绕换位装置的总体长度。

再者，第一随动盘2与第二随动盘3的距离设定为D，将直驱电机5与第一随动盘2的距离设定为d(如图3、图4中所示)，从设计结构紧凑性考虑，d≤1/2D。另外，电机7相对于第二随动盘3可沿其轴向方向进行自由运动，且通过动力源8直接驱动电机7以及卷针组件4整体作同步轴向往复运动，提高了卷针组件4自身运动的平稳性及旋转精度，进而提高了卷芯质量及抽芯精度。

上述动力源8可以优选由电机进行驱动的螺杆传动机构，当然也可选用直线电机或气压缸等。

上述电机7可以优选直驱电机，其由电机本体71、电机转子72以及电机定子73等几部分构成。当然，也可以选择其他不同类型的电机，如无刷电机等。

再者，卷针组件4由卷针41、卷针座42以及过渡传力轴43等几部分构成(如图6中所示)，其中，过渡传力轴43由电机转子72进行驱动，进而驱动卷针座42作旋转运动。过渡传力轴43与卷针座42的装配可以参照如下方式进行：在过渡传力轴43上开设有用来适配周向限位销的U形开口433，相应地，在卷针座42上开设有通孔421，通过插入限位销实现过渡传力轴43与卷针座42的周向限位；相距上述U形开口433一定距离，在过渡传力轴43上开设螺纹孔，相应地，在卷针座42上设置有缩颈部422，螺栓旋入上述螺纹孔，且该螺栓的端部顶紧缩颈部422，从而实现卷针座42相对于过渡传力轴43的轴向限位(如图7中所示)。

需要特别说明的是，在实际装配过程中，需根据工艺精度要求适当选配限位销与U形开口433之间的单边间隙，以防止周向可活动量超差。缩颈部422的底面倾斜设置，且沿着卷针41的卷绕功能部至卷针座42的方向其截面面积逐渐增大，从而使得缩颈部422相对于螺栓具有自锁紧作用，进而保证卷针座42相对于过渡传力轴43具有可靠的轴向定位。根据具体实施结果可知，上述缩颈部422的底面倾斜度不小于1∶10。

再者，为了实现过渡传力轴43与电机转子72的运动同步性，可以参照如下方式进行设置：如图7、图8中所示，在过渡传力轴43上设置有轴肩431，用来顶靠电机转子72的左端面；在过渡传力轴43的尾部设置有螺纹段432，锁紧套9套设于该螺纹段432，通过旋紧锁紧套9来实现过渡传力轴43的可靠固定(如图10中所示)。更进一步的，为了提高过渡传力轴43旋转的平衡性，防止偏摆现象发生，在靠近过渡传力轴43左、右端部的位置均设置有轴承组，为了便于进行区分，分别命名为第一轴承组10和第二轴承组11。第一轴承组10由设置于电机本体71左侧的第一支撑座12进行支撑，第二轴承组11由设置于电机本体71右侧的第二支撑座13进行支撑。

再者，为了便于抽芯操作，还在电机7上固定有驱使其以及卷针组件4整体进行轴向运动的夹持部14，相应在，在动力源8上设置有与上述夹持部14相适配的夹紧装置81。夹紧装置81包括夹紧固定部811、夹紧活动部812，其中夹紧活动部812由气缸813进行驱动(如图12、图13中所示)。

最后，为了实现第一随动盘2与第二随动盘3的旋转同步性，且使得卷针组件4及电机7具有稳定、可靠的轴向运动性，还可以在第一随动盘2和第二随动盘3之间固定设置导向柱15，相应地，在电机本体71的两侧设置有与上述导向柱15相适配的导向套16(如图11中所示)。更进一步的，为了降低导向柱15与导向套16的相对磨损量，提高两者的使用寿命，可以在导向套16的侧壁上周向均匀镶嵌有多条石墨条(图中未示出)，且石墨条略微超出侧壁，控制在0.2mm以内为宜。另外，上述导向套16也可以根据实际情况使用直线轴承进行替换。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是需要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽范围。

Claims (10)

1.一种直驱卷绕换位装置，包括：

卷针组件，通过其自身的旋转运动来卷绕电池料带以形成电芯；

卷绕装置本体；

相对于所述卷绕装置本体作旋转运动、且运动同步的第一随动盘以及第二随动盘，其分别设置于所述卷绕装置本体的两端部；

其特征在于，还包括驱动所述第一随动盘以及所述第二随动盘作同步旋转的直驱电机；所述直驱电机设置于所述第一随动盘的后端，其动力输出端与所述第一随动盘直接进行连接。

2.根据权利要求1所述的直驱卷绕换位装置，其特征在于，在所述第一随动盘上设置有联接过渡件，用来实现与所述直驱电机转子的联接。

3.根据权利要求2所述的直驱卷绕换位装置，其特征在于，所述联接过渡件由法兰盘以及与所述法兰盘一体成型的联接凸起构成；在所述联接凸起的中心孔内壁上开设有周向凹槽。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的直驱卷绕换位装置，其特征在于，所述卷针组件由电机进行驱动发生旋转运动，且其相对于所述电机不发生轴向位移；所述第二随动盘开设有穿越孔，以供所述卷针组件穿过，且在动力源的作用下所述电机以及所述卷针组件整体相对于所述卷绕装置本体作同步轴向往复运动，进而完成所述电芯的下料。

5.根据权利要求4所述的直驱卷绕换位装置，其特征在于，所述第一随动盘与所述第二随动盘的距离设定为D，所述直驱电机与所述第一随动盘的距离设定为d，则d≤1/2D。

6.根据权利要求4所述的直驱卷绕换位装置，其特征在于，所述卷针组件包括卷针、对所述卷针进行固定的卷针座以及为所述卷针座提供旋转动力的过渡传力轴；所述过渡传力轴由所述电机转子进行驱动。

7.根据权利要求6所述的直驱卷绕换位装置，其特征在于，还包括锁紧套；在所述过渡传力轴上设置有轴肩和位于其尾端的、用来适配所述锁紧套的螺纹段；所述锁紧套相对于所述轴肩发生相向运动，直至所述过渡传力轴与所述转子锁紧，进行同步旋转。

8.根据权利要求7所述的直驱卷绕换位装置，其特征在于，还包括套设于所述过渡传力轴、且间隔设置的第一轴承组和第二轴承组以及对所述第一轴承组和所述第二轴承组进行支撑的第一支撑座和第二支撑座；所述第一支撑座以及第二支撑座分别固定于所述电机本体的两端部。

9.根据权利要求4所述的直驱卷绕换位装置，其特征在于，在所述卷针座上开设有通孔，用来穿插周向限位销；在所述卷针座上设置有缩颈部，用来供锁紧螺栓顶靠；相应地，在所述过渡传力轴上开设有用来适配所述周向限位销的U形开口，且再其上开设有与所述锁紧螺栓相适配的螺纹孔；所述缩颈部的底面倾斜设置，且沿着所述卷针的卷绕功能部至所述卷针座的方向其截面面积逐渐增大。

10.根据权利要求4所述的直驱卷绕换位装置，其特征在于，在所述电机本体上固定有驱使其进行轴向运动的夹持部，相应在，所述动力源包括与所述夹持部相适配的、沿着轴向方向进行往复运动的夹紧装置；所述夹紧装置包括夹紧固定部、夹紧活动部以及驱动所述夹紧活动部进行转动的气缸；所述卷绕装置还包括导向柱，所述导向柱的两端部分别与所述第一随动盘和所述第二随动盘相固定；在所述电机本体的两侧设置有与所述导向柱相适配的导向套。