CN111354982A - 一种四工位卷绕机构 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种四工位卷绕机构，包括转动座、传动装置和四根卷针，转动座上设置有四个工位孔，四个工位孔均匀分布在转动座的转动轴线的周向上，每一个工位孔均沿转动轴线的延伸方向贯穿转动座，一根卷针嵌装在一个工位孔内，每一根卷针均可绕自身的轴线转动，传动装置的输出端分别与四根卷针联动，并分别控制每一根卷针绕自身的轴线转动。该四工位卷绕机构的第三个工位和第四个工位能够对传统三工位卷绕机构的第三个工位的动作进行分解，从而消除第一个工位和第二个工位完成工作后的等待时间，使得四工位卷绕机构能够适用第一个工位上更快的电芯卷绕速度和第二个工位上更快的贴胶速度，在最大程度上提高四工位卷绕机构的工作效率。

Description

一种四工位卷绕机构

技术领域

本发明涉及电池生产设备技术领域，具体地说，是涉及一种四工位卷绕机构。

背景技术

圆柱形锂电池的电芯是由正极片、负极片和隔膜卷绕制成，而现有电芯的卷绕大都由电芯卷绕设备执行，实现电芯的自动化生产，且提高了电芯的生产效率。然而，随着锂电池制造行业的发展，使得现有的电芯卷绕设备渐渐变得无法满足生产效率的要求，并开始陷入技术创新的瓶颈期。因为电芯卷绕设备的生产效率主要取决于卷绕装置，而目前卷绕装置的卷绕头普遍为三工位卷绕头，其中第一个工位进行电芯的卷绕，第二个工位进行电芯的贴，第三个工位进行电芯的下料，且三个工位的加工相互独立。

但是，目前三工位卷绕头工作过程中存在的问题是：卷绕头的第三个工位加工过程中需要执行卷针的第一针体、第二针体的抽针，以及卷针的第一针体的出针等步骤，而由于三个工位的加工是相互独立的，且第三个工位在执行完卷针的第一针体、第二针体的抽针后还需要再执行卷针的第一针体的出针，从而增加了第三个工位动作的复杂程度和工作量，导致随着第一个工位电芯卷绕速度的提升和第二个工位贴胶速度的提升，第三个工位的完成工作的速度远远滞后于第一个工位和第二个工位，使得需要等待第三个工位完成工作后，卷绕头才能进行转动，对三个工位上的电芯的位置进行切换，从而大大限制了卷绕装置的生产效率。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的主要目的是提供一种稳定性好且生产效率高的四工位卷绕机构。

为了实现本发明的主要目的，本发明提供一种四工位卷绕机构，其中，包括转动座、传动装置和四根卷针，转动座上设置有四个工位孔，在转动座的横截面上，四个工位孔的中心在同一圆周上，且该圆周的圆心在转动座的转动轴线，每一个工位孔均沿转动轴线的延伸方向贯穿转动座，一根卷针嵌装在一个工位孔内，每一根卷针均可绕自身的轴线转动，传动装置的输出端分别与四根卷针联动，并分别控制每一根卷针绕自身的轴线转动。

由上可见，通过对四工位卷绕机构的结构设计，使得四工位卷绕机构具有四个加工工位，其中，第一个工位用于进行卷针的第一针体出针、穿隔膜、卷绕、切隔膜；第二个工位用于进行电芯的贴胶操作；第三个工位用于进行卷针的第一针体、第二针体的抽针，实现电芯的下料；第四个工位用于卷针的第二针体的出针。该四工位卷绕机构的性能更优于传统的三工位卷绕机构，通过设置第四个工位，该四工位卷绕机构的第三个工位和第四个工位能够对传统三工位卷绕机构的第三个工位的动作进行分解，从而消除第一个工位和第二个工位完成工作后的等待时间，使得四工位卷绕机构能够适用第一个工位上更快的电芯卷绕速度和第二个工位上更快的贴胶速度，在最大程度上提高四工位卷绕机构的工作效率。

进一步的方案是，四工位卷绕机构还包括连接架和四个顶针机构，连接架安装在转动座上，每一个顶针机构包括顶针座和顶针，顶针座与连接架固定连接，顶针安装在顶针座上，顶针朝向卷针的出针口设置，且一个顶针座的顶针与一根卷针共轴设置。

由上可见，顶针机构用于对卷针进行支撑，避免卷针由于承压过大而发生变形，并保证卷针在进行电芯的卷制过程中的电芯的卷制精度以及电芯贴胶过程中的贴胶精度。

更进一步的方案是，传动装置包括第一轴体、第二轴体、第三轴体和第四轴体，第一轴体的第一端固定连接有第一带轮，第一轴体的第二端固定连接有第一齿轮，第一带轮与第一轴体共轴设置，第一齿轮与第一轴体共轴设置，第二轴体的第一端固定连接有第二带轮，第二轴体的第二端固定连接有第二齿轮，第二带轮与第二轴体共轴设置，第二齿轮与第二轴体共轴设置，第二轴体套装在第一轴体上，第二轴体的长度小于第一轴体的长度，第三轴体的第一端固定连接有第三带轮，第三轴体的第二端固定连接有第三齿轮，第三带轮与第三轴体共轴设置，第三齿轮与第三轴体共轴设置，第三轴体套装在第二轴体上，第三轴体的长度小于第二轴体的长度，第四轴体的第一端固定连接有第四带轮，第四轴体的第二端固定连接有第四齿轮，第四带轮与第四轴体共轴设置，第四齿轮与第四轴体共轴设置，第四轴体套装在第三轴体上，第四轴体的长度小于第三轴体的长度，卷针上固定套装有第五齿轮，第一齿轮与第一根卷针上的第五齿轮啮合，第二齿轮与第二根卷针上的第五齿轮啮合，第三齿轮与第三根卷针上的第五齿轮啮合，第四齿轮与第四根卷针上的第五齿轮啮合。

更进一步的方案是，四工位卷绕机构还包括驱动装置，驱动装置包括第一电机、第二电机、第三电机和第四电机，第一电机的电机轴设置有第五带轮，第五带轮与第一带轮通过第一传动带连接，第二电机的电机轴设置有第六带轮，第六带轮与第二带轮通过第二传动带连接，第三电机的电机轴设置有第七带轮，第七带轮与第三带轮通过第三传动带连接，第四电机的电机轴设置有第八带轮，第八带轮与第四带轮通过第四传动带连接。

由上可见，通过对传动装置和驱动装置的结构设计，避免需要将驱动装置安装在转动座上，有效的降低四工位卷绕机构的负载，避免四工位卷绕机构的惯性过大，并使得当电芯卷绕设备的驱动设备驱动四工位卷绕机构转动时，四工位卷绕机构能够进行更快的响应。

更进一步的方案是，第一带轮、第二带轮、第三带轮、第四带轮、第五带轮、第六带轮、第七带轮、第八带轮均为同步带轮，第一传动带、第二传动带、第三传动带、第四传动带均为同步带。

由上可见，同步带轮和同步带能够提高驱动装置对传动装置的驱动精度，保证卷针的卷绕精度。

更进一步的方案是，第一电机、第二电机、第三电机、第四电机均为步进电机；或第一电机、第二电机、第三电机、第四电机均为伺服电机。

由上可见，采用步进电机或伺服电机作为驱动装置驱动源能够有效的提高卷针的卷绕精度。

更进一步的方案是，卷针包括筒体、第一针体和第二针体，筒体绕轴线可转动地安装在工位孔内，第一针体沿轴线可滑动地安装在筒体内，第一针体的第一端朝向筒体外设置有第一插针，第二针体沿轴线可滑动地安装在筒体内，第二针体的第一端朝向筒体外设置有第二插针。

更进一步的方案是，第一针体的第二端设置有第一卡环，第二针体的第二端设置有第二卡环。

由上可见，第一卡环、第二卡环能够便于卷针的第一针体和第二针体与四工位卷绕机构外部的驱动设备进行连接，从而对卷针的出针和抽针进行控制。

附图说明

图1是本发明四工位卷绕机构实施例的省略部分组件后的第一视角下的结构图。

图2是本发明四工位卷绕机构实施例的卷针的结构图。

图3是本发明四工位卷绕机构实施例的省略部分组件后的第二视角下的结构图。

图4是本发明四工位卷绕机构实施例的省略部分组件后的第三视角下的结构图。

以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

具体实施方式

如图1至图4所示，四工位卷绕机构100包括转动座1、四根卷针2、连接架31、四个顶针机构32和传动装置4。

四工位卷绕机构100主要用于对电芯进行卷制、对卷制出的电芯进行贴胶以及对完成卷制、贴胶后的电芯进行下料，四工位卷绕机构100可转动地安装在电芯卷绕设备的机架上，并与电芯卷绕设备上的其他装置相配合，以完成上述的对电芯进行卷制、对卷制出的电芯进行贴胶以及对完成卷制、贴胶后的电芯进行下料。例如，与电芯卷绕设备上的极片插入裁切装置、隔膜放卷装置、切隔膜装置相配合，以完成对电芯的卷制；与电芯卷绕设备上的贴胶装置相配合，以完成对卷制出的电芯进行贴胶处理；与电芯卷绕设备上的下料装置相配合，以完成对电芯的下料等。

具体地，四工位卷绕机构100通过转动座1与电芯卷绕设备的机架可转动地连接，转动座1上设置有四个工位孔11，在转动座1的横截面上，四个工位孔11的中心在同一圆周上，且该圆周的圆心在转动座1的转动轴线上。每一个工位孔11均沿该转动轴线的延伸方向贯穿转动座1，通过在转动座1上设置四个工位孔11，使得四工位卷绕机构100能够具有四个加工工位。

一个工位孔11内嵌装有一根卷针2，并且，每一根卷针2均可沿自身的轴线在工位孔11内转动，且四根卷针2之间的转动相互独立。其中，卷针2包括筒体21、第一针体22和第二针体23，筒体21绕卷针2的轴线可转动安装在工位孔11内，也即是筒体21绕自身的轴线可转动地安装在工位孔11内，筒体21的外周壁上还套装有第五齿轮211。而为了降低筒体21与工位孔11之间的转动摩擦力，保证卷转的转动精度，可在筒体21和工位孔11之间设置转动轴承。第一针体22沿筒体21的轴线可滑动地安装在筒体21内，且第一针体22的第一端朝向筒体21外延伸地设置有第一插针221，第二针体23沿筒体21的轴线可滑动地安装在筒体21内，且第二针体23的第一端朝向筒体21外延伸地设置有第二插针231，第一插针221与第二插针231相配以对正极片、负极片和隔膜进行夹紧、卷绕。

此外，第一针体22的第二端设置有第一卡环222，通过设置第一卡环222使得第一针体在与电芯卷绕设备的驱动装置进行连接时更加的方便、快捷，并保证电芯卷绕设备的驱动装置驱动第一针体22移动的可靠性。第二针体23的第二端设置有第二卡环232，通过设置第二卡环232使得第二针体在与电芯卷绕设备的驱动装置进行连接时更加的方便、快捷，并保证电芯卷绕设备的驱动装置驱动第二针体23移动的可靠性。

连接架31安装在转动座1上的，四个顶针机构32均安装在连接架32上。每一个顶针机构32均包括顶针座321和顶针322，其中，顶针座321与连接架31固定连接，顶针322安装在顶针座321上顶针322朝向卷针2的出针口设置，顶针322朝向卷针2的一端的端部设置有槽部，且一个顶针机构32的顶针322与一根卷针2共轴设置，使得当第一针体22、第二针体23从卷针2的筒部伸出时，第一针体22和第二针体23均能够伸入并插接到顶针322的槽部内。顶针机构32用于对卷针2的第一针体22的第一插针221、第二针体23的第二插针231进行支撑，避免第一插针221、第二插针231由于承压过大而发生变形，并保证卷针2在进行电芯的卷制过程中的电芯的卷制精度以及电芯贴胶过程中的贴胶精度。

传动装置4的输出端分别与四根卷针2联动，并分别控制每一根卷针2绕卷针2的轴线在工位孔11内转动。传动装置4与四根卷针2之间的联动结构具体为：

传动装置4为一传动轴结构，传动装置4的轴线与转动座1的轴线共线，传动装置4包括第一轴体、第二轴体、第三轴体和第四轴体，其中，第一轴体的第一端固定连接有第一带轮41、第一轴体的第二端固定连接有第一齿轮42，第一带轮41与第一轴体共轴设置，第一齿轮42与第一轴体共轴设置，第一齿轮42与第一根卷针2上的第五齿轮211啮合。第二轴体的第一端固定连接有第二带轮43，第二轴体的第二端固定连接有第二齿轮44，第二带轮43与第二轴体共轴设置，第二齿轮44与第二轴体共轴设置，第二齿轮44与第二根卷针2上的第五齿轮211啮合，第二轴体套装在第一轴体上，且第二轴体的长度小于第一轴体的长度。第三轴体的第一端固定连接有第三带轮45，第三轴体的第二端固定连接有第三齿轮46，第三带轮45与第三轴体共轴设置，第三齿轮46与第三轴体共轴设置，第三齿轮46与第三根卷针2上的第五齿轮211啮合，第三轴体套装在第二轴体上，且第三轴体的长度小于第二轴体的长度。第四轴体的第一端固定连接有第四带轮47，第四轴体的第二端固定连接有第四齿轮48，第四带轮47与第四轴体共轴设置，第四齿轮48与第四轴体共轴设置，第四齿轮48与第四根卷针2上的第五齿轮211啮合，第四轴体套装在第三轴体上，且第四轴体的长度小于第三轴体的长度。需要说明的是，为了保证传动装置4能够分别控制每一根卷针2进行转动，每一根卷针2上的第五齿轮211相对于筒体21的位置均不相同，即第五齿轮211可根据与传动装置4相啮合的一个齿轮的位置进行相适应的调整。

优选地，四工位卷绕机构100还包括驱动装置(未图示)，驱动装置第一电机、第二电机、第三电机和第四电机，其中，第一电机的电机轴设置有第五带轮，第五带轮通过第一传动带与第一带轮41连接。第二电机的电机轴设置有第六带轮，第六带轮通过第二传动带与第二带轮43连接。第三电机的电机轴设置有第七带轮，第七带轮通过第三传动带与第三带轮45连接。第四电机的电机轴设置有第八带轮，第八带轮通过第四传动带与第四带轮47连接。

为了保证卷针2的卷绕精度以及提高驱动装置对传动装置4的驱动精度，第一带轮41、第二带轮43、第三带轮45、第四带轮47、第五带轮、第六带轮、第七带轮和第八带轮均选用同步带轮。此外，第一电机、第二电机、第三电机和第四电机均选用步进电机，或第一电机、第二电机、第三电机和第四电机均选用伺服电机，因为采用步进电机或伺服电机作为驱动装置的驱动源能够有效提高卷针2的卷绕精度。

可见，本发明通过对四工位卷绕机构100的结构设计，使得四工位卷绕机构100具有四个加工工位，其中，第一个工位与常规的三工位卷绕机构一样用于进行卷针2的第一针体22出针、穿隔膜、卷绕、切隔膜；第二个工位与常规的三工位卷绕机构一样用于进行电芯的贴胶操作；而第三个工位仅用于进行卷针2的第一针体22、第二针体23的抽针，实现电芯的下料；第四个工位用于卷针2的第二针体23的出针，使得该四工位卷绕机构100的性能更优于传统的三工位卷绕机构，因为通过设置第四个工位，该四工位卷绕机构100的第三个工位和第四个工位能够对传统三工位卷绕机构的第三个工位的动作进行分解，从而消除第一个工位和第二个工位完成工作后的等待时间，使得四工位卷绕机构100能够适用第一个工位上更快的电芯卷绕速度和第二个工位上更快的贴胶速度，在最大程度上提高四工位卷绕机构100的工作效率。其中，需要说明的是，由于本发明的四工位卷绕机构100具有四个加工工位，使得与四工位卷绕机构100相适配的电芯卷绕设备用于驱动卷针2的第一针体22、第二针体23移动的执行机构的数量也要增加到四个，当然，新增的一个执行机构可沿用现有的执行机构，部分类型执行结构需要根据卷针2的动作时间进行相适应的调整。如，若现有的电芯卷绕设备是采用气缸对卷针2的第一针体22和第二针体23进行驱动，那新增的一个执行机构同样可采用气缸，且只需要根据每一根卷针2的第一针体22、第二针体23的动作时间对原有执行机构和新增执行机构的动作时间进行调整即可。若现有的电芯卷绕设备是采用凸轮机构对卷针2的第一针体22和第二针体23进行驱动，那新增的一个执行机构同样可采用凸轮机构，且只需要根据每一根卷针2的第一针体22、第二针体23的动作时间对原有执行机构的部分或全部凸轮的轮廓线和新增的执行机构的凸轮的轮廓线做常规性修改即可。

综上可见，本发明提供的四工位卷绕机构具有稳定性好且生产效率高的优点。

最后需要强调的是，以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种变化和更改，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种四工位卷绕机构，其特征在于，包括：

转动座，所述转动座上设置有四个工位孔，在所述转动座的横截面上，四个所述工位孔的中心在同一圆周上，且该圆周的圆心在所述转动座的转动轴线上，每一个所述工位孔均沿所述转动轴线的延伸方向贯穿所述转动座；

四根卷针，一根所述卷针嵌装在一个所述工位孔内，每一根所述卷针均可绕自身的轴线转动；

传动装置，所述传动装置的输出端分别与四根所述卷针联动，并分别控制每一根所述卷针绕自身的所述轴线转动。

2.根据权利要求1所述的四工位卷绕机构，其特征在于：

所述四工位卷绕机构还包括：

连接架，所述连接架安装在所述转动座上；

四个顶针机构，每一个所述顶针机构包括顶针座和顶针，所述顶针座与所述连接架固定连接，所述顶针安装在所述顶针座上，所述顶针朝向所述卷针的出针口设置，且一个所述顶针座的所述顶针与一根所述卷针共轴设置。

3.根据权利要求2所述的四工位卷绕机构，其特征在于：

所述传动装置包括：

第一轴体，所述第一轴体的第一端固定连接有第一带轮，所述第一轴体的第二端固定连接有第一齿轮，所述第一带轮与所述第一轴体共轴设置，所述第一齿轮与所述第一轴体共轴设置；

第二轴体，所述第二轴体的第一端固定连接有第二带轮，所述第二轴体的第二端固定连接有第二齿轮，所述第二带轮与所述第二轴体共轴设置，所述第二齿轮与所述第二轴体共轴设置，所述第二轴体套装在所述第一轴体上，所述第二轴体的长度小于所述第一轴体的长度；

第三轴体，所述第三轴体的第一端固定连接有第三带轮，所述第三轴体的第二端固定连接有第三齿轮，所述第三带轮与所述第三轴体共轴设置，所述第三齿轮与所述第三轴体共轴设置，所述第三轴体套装在所述第二轴体上，所述第三轴体的长度小于所述第二轴体的长度；

第四轴体，所述第四轴体的第一端固定连接有第四带轮，所述第四轴体的第二端固定连接有第四齿轮，所述第四带轮与所述第四轴体共轴设置，所述第四齿轮与所述第四轴体共轴设置，所述第四轴体套装在所述第三轴体上，所述第四轴体的长度小于所述第三轴体的长度；

所述卷针上固定套装有第五齿轮，所述第一齿轮与第一根所述卷针上的所述第五齿轮啮合，所述第二齿轮与第二根所述卷针上的所述第五齿轮啮合，所述第三齿轮与第三根所述卷针上的所述第五齿轮啮合，所述第四齿轮与第四根所述卷针上的所述第五齿轮啮合。

4.根据权利要求3所述的四工位卷绕机构，其特征在于：

所述四工位卷绕机构还包括驱动装置，所述驱动装置包括：

第一电机，所述第一电机的电机轴设置有第五带轮，所述第五带轮与所述第一带轮通过第一传动带连接；

第二电机，所述第二电机的电机轴设置有第六带轮，所述第六带轮与所述第二带轮通过第二传动带连接；

第三电机，所述第三电机的电机轴设置有第七带轮，所述第七带轮与所述第三带轮通过第三传动带连接；

第四电机，所述第四电机的电机轴设置有第八带轮，所述第八带轮与所述第四带轮通过第四传动带连接。

5.根据权利要求4所述的四工位卷绕机构，其特征在于：

所述第一带轮、所述第二带轮、所述第三带轮、第四带轮、所述第五带轮、所述第六带轮、所述第七带轮、所述第八带轮均为同步带轮；

所述第一传动带、所述第二传动带、所述第三传动带、所述第四传动带均为同步带。

6.根据权利要求5所述的四工位卷绕机构，其特征在于：

所述第一电机、所述第二电机、所述第三电机、所述第四电机均为步进电机；或

所述第一电机、所述第二电机、所述第三电机、所述第四电机均为伺服电机。

7.根据权利要求1至6任一项所述的四工位卷绕机构，其特征在于：

所述卷针包括：

筒体，所述筒体绕所述轴线可转动地安装在所述工位孔内；

第一针体，所述第一针体沿所述轴线可滑动地安装在所述筒体内，所述第一针体的第一端朝向所述筒体外设置有第一插针；

第二针体，所述第二针体沿所述轴线可滑动地安装在所述筒体内，所述第二针体的第一端朝向所述筒体外设置有第二插针。

8.根据权利要求7所述的四工位卷绕机构，其特征在于：

所述第一针体的第二端设置有第一卡环，所述第二针体的第二端设置有第二卡环。

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