CN110382384A - 卷绕装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种卷绕装置，用于围绕平坦形状的芯而卷绕材料，其中所述平坦形状的芯围绕由曲柄承载的旋转轴线进行旋转，而所述曲柄又由另一曲柄承载，所述芯和所述两个曲柄的三个旋转轴线通过三种不同的运动定律由相应的电凸轮独立进行机动，以消除进入芯的材料的位置上和速度上的变化。卷绕装置用于电能存储装置的制造。

Description

卷绕装置和方法

背景技术

本发明涉及一种卷绕装置和方法，特别是用于卷绕至少部分以带或条或片的形式的材料。

具体地但非排他地，本发明可以应用于电能存储装置的制造。

现有技术包括用于制造电能存储装置的各种卷绕装置。在这些装置中，卷芯通常为椭圆形、非圆形，因此待卷绕的材料的运动可能是非恒定的或不均匀的。已经提出了一些补偿系统，用于使提供给卷芯的材料的运动更加恒定且均匀。

专利公开US 5,312,064公开了将片材卷绕在旋转的卷轴上，其中辊被驱动以执行往复运动从而保持片材压靠于卷轴。

专利公开EP 2595233A2公开了一种装置，其具有卷芯，沿Y轴的补偿单元以补偿进入的带的垂直移位和沿X轴的补偿单元以补偿由于卷绕引起的带的速度的变化，从而在带上保持均匀的张力。

专利公开KR 20140015994A公开了一种卷绕装置，其具有椭圆形的旋转芯和张力调节系统，该张力调节系统通过线性交替运动补偿由卷芯的形状产生的张力变化，其带有辅助调节单元，该辅助调节单元配有摆臂，张力辊固定在摆臂上。

专利公开JP 6168736A公开了一种方法和卷绕装置，用于产生沿着圆形轨迹来移动板的旋转中心的电极。

专利公开US 2006/0123622A1公开了一种用于制造电能存储元件的装置，其具有用于层压片材的层压辊，其中层压材料通过卷绕工具被卷绕，该卷绕工具包括具有成形轮廓的心轴(spindle)和接触于心轴的压辊。

专利公开JP 2001243971A公开了一种卷绕装置，其防止片材的卷绕速度的振荡，具有：具有非圆形截面的卷芯，围绕旋转轴线进行旋转的辊，以及根据卷芯的旋转来移动辊的中心的位置的移位工具。

专利公开JP 2001233511A公开了一种卷绕机，其具有围绕转动绕轴线Z旋转的卷绕构件，其中旋转工具设置为用于使卷绕轴线Z移位，机构用于调节卷绕构件的角速度，并且调节机构用于调节旋转工具的角速度，用于根据均匀的线性运动、保持均匀的张力并避免卷绕速度的振荡来移动卷绕构件。

专利公开JP 2003146538A公开了一种方法和卷绕装置，其中，平坦的卷芯由在平坦表面上的可移动的板支撑，该平坦表面根据水平和垂直方向而垂直于卷芯的旋转轴线。

专利公开JP 2012051725A公开了一种卷绕装置，其具有用于卷绕材料的非圆形的芯，旋转该芯的马达和从马达到芯的运动传动机构，其包括齿轮，并配置为使得由齿轮传递的旋转运动的速度可以根据芯的角度而变化。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种卷绕装置，其允许定期地并均匀地推进待卷绕的材料。

其中一个优点是提供一种具有补偿系统的卷绕装置，使得即使卷绕的材料的可旋转芯具有非圆形形状，该补偿系统也均匀地卷绕材料。

其中一个优点是制造一种能够减少加工材料的振荡和/或加速度的卷绕装置。

其中一个优点是确保供应至卷绕装置的材料的恒定且均匀的张力。

其中一个优点是提供一种适于制造电能存储装置的卷绕装置。

其中一个优点是提供一种用于制造高质量和高性能电能存储装置的方法。

其中一个优点是制造一种卷绕装置，该卷绕装置在结构上简单且便宜并且易于适应形式变化，特别是卷芯的尺寸和/或形状的变化。

其中一个优点是在卷芯上，特别是具有非圆形截面的卷芯上以精确和可靠的方式卷绕材料。

其中一个优点是使材料能够卷绕在非圆形芯上，正如，如果需要，卷绕在圆形芯上那样。

通过根据下面阐述的一个或多个权利要求的装置和/或方法实现这些目的和优点以及其他。

在一个实施例中，一种用于对材料进行卷绕的装置包括由旋转轴线进行旋转的卷芯，该旋转轴线由第一旋转元件(曲柄)承载，第一旋转元件(曲柄)由随之又由第二旋转元件(曲柄)承载的旋转轴线进行旋转。上述三个旋转轴线(芯和两个旋转元件的旋转轴线)由各自的电凸轮独立驱动，具有三个(不同的)运动定律，一个用于绕芯运动，另两个用于旋转元件的两个补偿运动。

卷芯的旋转轴线可以通过单向旋转运动来驱动，例如以具有波状(正弦)图案的旋转速度驱动，特别是具有零速度(nil speed)的最小值。第一旋转元件的旋转轴线可以以单向(连续)旋转运动来驱动。第二旋转元件的旋转轴线可以以单向(连续)旋转运动来驱动。

特别地，卷绕装置可以用于制造电能存储装置。

三个电凸轮可以用三个运动定律编程，一个用于卷绕运动，另外两个用于两个补偿运动，其被配置用于抵消(或至少显著减少)在芯的入口处的材料位置的变化以及用于取消(或至少显著减小)在芯的入口处的材料速度的变化。

附图说明

参考附图，可以通过非限制性示例的方式更好地理解和实现本发明。

图1示出了根据本发明制造的卷绕装置的一个实施例的图。

图2是根据本发明制造的卷绕装置的一个实施例的示意性侧视图。

图3示出了图1中角度θ、α、β的角偏移和角速度随时间变化的图。

具体实施方式

已经采用1总地指出了卷绕装置，特别是用于围绕卷芯的带、条、片等形式的卷绕材料。

特别地，卷绕装置1可以用于电能存储装置的制造，例如用于卷绕包括电极工具(例如至少一个电极膜)和/或分离工具(例如至少一个用于电极的分离元件，特别是至少部分地呈缎带状的分离元件)的材料M。

特别地，卷绕装置1可以包括供应工具(未示出，例如已知类型)，以至少沿一个(水平)供应平面来供应材料M。该供应工具可以包括例如至少一种材料退绕卷轴。

特别地，卷绕装置1可以包括至少一个框架F。特别地，卷绕装置1可以包括至少一个第一旋转元件，其可旋转地与框架F联接。特别地，卷绕装置可以包括至少一个第二旋转元件，其可旋转地与第一旋转元件联接。特别地，卷绕装置1可以包括至少一个材料的卷芯S，其可旋转地与第二旋转元件联接。第一旋转元件可以通过马达工具而旋转。第二旋转元件可以通过马达工具而旋转。卷芯S可以通过马达工具而旋转。第一旋转元件、第二旋转元件和卷芯S可以通过彼此独立的驱动器(通过彼此区分且彼此独立的三个驱动工具)而旋转。

特别地，第一旋转元件可以包括由框架F承载的第一(水平)机动轴线h进行旋转的第一曲柄工具R1。特别地，第一曲柄工具R1可以包括安装在框架F上的至少一个第一曲柄。特别地，第一轴线h可以从第一马达M1接收旋转运动。特别地，第一轴线h可以与第一马达M1的驱动轴同轴线。

特别地，第二旋转元件可以包括由第一曲柄工具R1承载的第二机动(水平)轴线j旋转的第二曲柄工具R2。特别地，第二曲柄工具R2可以包括安装在第一曲柄上的至少一个第二曲柄。特别地，第二轴线j可以从第二马达M2接收旋转运动。特别地，第二轴线j可以与第二马达M2的驱动轴同轴线。第二马达M2可以由第一曲柄工具R1支撑。特别地，第二轴线j可以平行于第一轴线h。在未示出的其他示例中，第二马达M2可以安装在框架F上并且通过运动传动机构连接到第二轴线j，运动传动机构可以包括例如齿轮，特别是行星齿轮(行星或卫星齿轮系统)。

特别地，卷芯S可以包括具有非圆形的截面(直截面)的芯，在该芯上卷绕(膜)材料。芯S可以具有例如平坦形状的截面(直截面)。芯S可以具有例如矩形的截面(直截面)。芯S可以是例如层状的。芯S可以具有例如椭圆形、卵形、长菱形、长方形等形状的截面(直截面)。然而，芯S可以具有圆形的截面(直截面)。

芯S可以由第二曲柄工具R2承载的第三(机动)水平轴线k进行旋转。特别地，第三轴线k可以从第三马达M3接收旋转运动。特别地，第三轴线k可以与第三马达M3的驱动轴同轴线。第三马达M3可以由第二曲柄工具R2支撑。特别地，第三轴线k可以平行于第一轴线h和/或第二轴线j。

如在该实施例中，第一轴线h、第二轴线j和第三轴线k可以彼此独立地机动化。

特别地，第一旋转元件(第一曲柄工具R1)可以通过第一滚动支撑工具10的插入而可旋转地与框架F联接。特别地，第二旋转元件(第二曲柄工具R2)可以通过由第一旋转元件承载的第二滚动支撑工具20的插入而可旋转地与第一旋转元件联接。通过由第二旋转元件承载的第三滚动支撑装置30的插入，特别地，卷芯S可以与第二旋转元件可旋转地联接。

特别地，卷绕装置1可以包括可编程电子控制工具(CPU)，其配备有用于通过第一运动定律，第二运动定律和第三运动定律来控制第一轴线h和/或第二轴线j和/或第三轴线k的计算机程序指令。

第一运动定律可以与第二运动定律不同。第二运动定律可以与第三运动定律不同。第一运动定律可以与第三运动定律不同。特别地，第一运动定律可以包括第一轴线h的非恒定的旋转速度。特别地，第二运动定律可以包括第二轴线j的非恒定的旋转速度。特别地，第三运动定律可以包括第三轴线k的非恒定的旋转速度。

可以通过将至少两个参数设置为约束来生成第一运动定律、第二运动定律和第三运动定律，所述至少两个参数包括芯S的一部分或材料M的一部分的至少一个位置，以及芯S的一部分或材料M的一部分的至少一个速度。具体地，可以通过设置以下约束来生成第一运动定律、第二运动定律和第三运动定律：即，在芯S的入口处的材料M的位置不变，并且在芯S的入口处的材料M的速度不变。

图3示出了三个运动定律随时间变化的图案的一个实施例，特别是在顶部图形中示出了第一轴线h、第二轴线j和第三轴线k的角度偏移α(alpha)、β(beta)，θ(theta)的图案(分别以六十度表示)，并且在底部图形中，示出了相应的角速度α'、β'、θ'(rpm)。角度α(alpha)、β(beta)、θ(theta)可以通过将水平线作为参考(零)来测量，如在该实施例中那样。

基于第三运动定律，如在该实施例中，芯S可以围绕其自身的轴线(第三轴线k)以旋转速度θ'旋转，旋转速度θ'例如以正弦曲线图案而发生周期性地变化，在芯S绕其自身的轴线(第三轴线k)完整回转的过程中达到两个最大速度值和两个最小速度值θ'。如在该实施例中，两个最小速度值θ'可以是等于零的两个值。

基于第一、第二和第三运动定律，如在该实施例中，芯S的一个完整旋转回转可以对应于第一曲柄工具R1的两个完整旋转回转和第二曲柄工具R2的两个完整旋转回转。

可以基于材料M的至少一个厚度值来设置第一运动定律和/或第二运动定律和/或第三运动定律，以便补偿由于卷绕材料M在芯上的累积而在每个卷绕回转时发生的芯S的尺寸的增加。

两个旋转元件(第一曲柄工具R1和第二曲柄工具R2)以这样的方式配置，即分别执行第一(轨道)补偿运动和第二(轨道)补偿运动，特别是分别围绕第一旋转轴线h和第二旋转轴线j。特别地，可以调节补偿运动，以便在卷芯S的入口处使材料M(至少部分以薄膜形式)的位置保持为恒定，和/或在芯S的入口处使材料M的前进速度(在前进方向A上)保持为恒定。

在未示出的一个实施例中，第一机动轴线h可以通过运动传送工具(例如齿轮工具)而连接到驱动工具(第一马达M1)。在未示出的一个实施例中，第二机动轴线j可以通过运动传送工具(例如齿轮工具)而连接到驱动工具(第二马达M2)。在未示出的一个实施例中，第三机动轴线k可以通过运动传送工具(例如齿轮工具)而连接到驱动工具(第三马达M3)。

如已经看到的，三个轴线h、j、k可以彼此独立地机动化。特别地，三个轴线h、j、k可以通过彼此不同的三个马达M1、M2、M3而进行旋转。特别地，三个马达M1、M2、M3可以包括已知类型的马达(例如电动马达)。

如上所述，调节三个轴线h、j、k的旋转的电凸轮可以被编程(产生三个相应的运动定律)，其具有至少两个参数作为约束，包括涉及卷绕的至少一个可移动体例如芯S的一部分或材料M的一部分的一个位置和一个速度，以便在材料上施加均匀的运动。

第一参数可以包括，例如，在芯S的一端处的材料M的位置，特别是在芯S的入口处的材料M的端部，即芯S的端部，每次，在卷绕旋转的每半个回转时，接收待卷绕的(沿着供应平面)前进的材料M。约束可以包括，例如，在卷绕期间，芯S的端部始终保持在材料M供应平面上或者在该平面附近。

第二参数可以包括，例如，在芯S的前述端处的材料M的速度(或沿着必须卷绕的材料M的供应平面的速度)。约束可以包括，例如，在卷绕期间，芯S(或布置在所述端部上的材料M)的上述端部的速度在卷绕期间始终具有恒定值(在方向上和/或作为绝对值)或者无论如何为设定变化范围之间的值。

可以涉及，三个旋转轴线h、j、k中的一个或多个被控制，使得执行(例如，在横向于前述供应平面的至少一个方向上的)至少一个恢复运动，以跟随绕芯S而逐渐卷绕的产品(材料M)的体积上的逐渐增加，以便于遵守上述限制。

在卷芯S上卷绕材料M期间，芯S以由第三旋转轴线k周围的电凸轮(控制第三轴线k的第三驱动电机M3)控制的旋转速度θ'旋转，其随之又执行由控制第一轴线h的第一驱动电机M1和第二轴线j的第二驱动电机M2的两个电凸轮所控制的轨迹。三个电凸轮以这样的方式配置，即，使得材料M的入口位置(在芯S的入口处的位置，在每个半回转时接收材料的芯S的端部)是恒定的，并且使得材料M在(水平)前进方向A上的前进速度也是恒定的。

上述公开的系统，其中芯S围绕其自身旋转轴线k的(旋转)卷绕运动和芯S的旋转轴线k的补偿运动(具有两个自由度，在该实施例中通过两个轴h和j的旋转确定)彼此独立地驱动，特别地，由三个不同的机动驱动器来驱动，使得能够获得材料M的位置和入口速度的恒定性。

第一机动轴线h和第二机动轴线j因此可以一起协作以产生补偿运动(具有两个自由度)，即，第一旋转元件(第一曲柄工具R1)的角度α(alpha)的角偏移和第二旋转元件(第二曲柄工具R2)的角度β(beta)的角偏移的组合。第三机动轴线k产生卷绕运动，在该情况下，该卷绕运动包括角度θ(theta)的角偏移，即围绕第三轴线k的芯S在其自身上的旋转。

通过三个机动轴线h、j、k的驱动器的三个电控制凸轮消除了芯S入口处的材料M的位置和前进速度的变化。如上所述，电凸轮的运动定律可以迭代地产生，以材料M的入口位置和前进速度作为过程约束，瞬时计算卷芯S的角位置θ(theta)、第二旋转元件(第二曲柄工具R2)的角位置β(beta)和第一旋转元件(第一曲柄工具R1)的角位置α(alpha)，其适于遵守设定约束。当卷绕材料M积聚在芯S上时，可以施加另外的约束，该约束考虑到在每个卷绕回转时芯S的体积上的逐渐增加。

如上所述，图3的顶部部分示出了用于在一个卷绕过程实施例中的单个卷绕回转(芯S旋转360°)中随时间(以秒为单位)变化的旋转卷芯S(角度θ(theta))、第二旋转元件(补偿角β(beta))和第三旋转元件(补偿角α(alpha))的角位置的图案的一个实践实施例。图3的底部部分所示的示图示出了芯S的旋转速度(卷绕速度θ'(theta'))和具有两个自由度(速度β'(beta')和α'(alpha'))的补偿系统的相应的图形，对于相同卷绕回转，以rpm为单位。

应当注意，对于卷芯S的每个旋转(芯S在其自身上旋转360°del)，在该实施例中，提供第一轴线h的两个补偿回转和第二轴线j的两个补偿回转(第一曲柄工具R1旋转720°，第二曲柄工具R2旋转720°)。

如上所述，可以控制上述公开的补偿系统，以便在第一次之后的回转中用于补偿由于卷绕材料的积聚导致的芯S的尺寸上的逐渐增加。

Claims (20)

1.一种卷绕装置(1)，包括：

-框架(F)；

-第一曲柄工具(R1)，其由所述框架(F)承载的第一机动轴线(h)进行旋转；

-第二曲柄工具(R2)，其由所述第一曲柄工具(R1)承载的第二机动轴线(j)进行旋转；

-芯(S)，在其上卷绕材料(M)，所述芯(S)由所述第二曲柄工具(R2)承载的第三机动轴线(k)进行旋转。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第一轴线(h)、所述第二轴线(j)和所述第三轴线(k)彼此独立地机动。

3.根据权利要求2所述的装置，包括：可编程的电子控制工具，其配置有计算机程序指令，用于分别通过第一运动定律、第二运动定律和第三运动定律来控制所述第一轴线(h)、所述第二轴线(j)和所述第三轴线(k)。

4.根据权利要求3所述的装置，其中，所述第一运动定律不同于所述第二运动定律。

5.根据权利要求3或4所述的装置，其中，所述第二运动定律不同于所述第三运动定律。

6.根据权利要求3至5中任一项所述的装置，其中，所述第一运动定律不同于所述第三运动定律。

7.根据权利要求3至6中任一项所述的装置，其中，所述第一运动定律包括非恒定的旋转速度。

8.根据权利要求3至7中任一项所述的装置，其中，所述第二运动定律包括非恒定的旋转速度。

9.根据权利要求3至8中任一项所述的装置，其中，所述第三运动定律包括非恒定的旋转速度。

10.根据权利要求3至9中任一项所述的装置，其中，通过将至少两个参数设置为约束来生成所述第一运动定律、所述第二运动定律和所述第三运动定律，所述至少两个参数包括所述芯(S)的一部分的至少一个位置或所述材料(M)的一部分的至少一个位置以及所述芯(S)的一部分的至少一个速度或所述材料(M)的一部分的至少一个速度。

11.根据权利要求10所述的装置，其中，所述第一运动定律、所述第二运动定律和所述第三运动定律是通过设定以下作为约束而产生的：所述芯(S)的入口处的所述材料(M)的位置不变并且所述芯(S)的入口处的所述材料(M)的速度不变。

12.根据权利要求3至11中任一项所述的装置，其中，根据所述第三运动定律，所述芯(S)绕其自身的轴线(k)以周期性变化的旋转速度(θ')旋转，以在所述芯(S)绕其自身轴线(k)的一次完整回转期间达到两个最大速度值和两个最小速度值。

13.根据权利要求12所述的装置，其中，所述两个最小速度值是等于零的两个值。

14.根据权利要求3至13中任一项所述的装置，其中，根据所述第一运动定律、所述第二运动定律和所述第三运动定律，所述芯(S)围绕所述第三轴线(k)的一个完整旋转回转(θ)对应于所述第一曲柄工具(R1)围绕所述第一轴线(h)的两个完整旋转回转(α)。

15.根据权利要求3至14中任一项所述的装置，其中，基于所述第一运动定律、所述第二运动定律和所述第三运动定律，所述芯(S)围绕所述第三轴线(k)的一个完整回转(θ)对应于所述第二曲柄工具(R2)围绕所述第二轴线(j)的两个完整旋转回转(β)。

16.根据权利要求3至15中任一项所述的装置，其中，所述第一运动定律和/或所述第二运动定律和/或所述第三运动定律是基于所述材料(M)的尺寸的至少一个值来设定的，特别是所述材料(M)的厚度，以补偿由于卷绕的所述材料(M)的积聚而导致的所述芯(S)的尺寸上的增加。

17.根据权利要求16所述的装置，其中，所述材料(M)的尺寸的值包括所述材料(M)的厚度。

18.根据前述权利要求中任一项所述的装置，包括至少一个运动传动机构，其将所述第二轴线连接到固定于所述框架的马达工具。

19.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述芯(S)是非圆形形状的。

20.一种用于制造电能存储装置的方法，通过使用根据前述权利要求中任一项所述卷绕装置来卷绕电极工具和/或隔离工具。