JP3234600U - ダイレクトドライブ巻回転置装置 - Google Patents

Abstract

【課題】構造設計が簡単で、運転騒音が小さく、かつ伝動精度及び安定性の高いダイレクトドライブ巻回転置装置を提供する。
【解決手段】ダイレクトドライブ巻回転置装置は、巻回装置本体１、第１従動ディスク、第２従動ディスク、ニードルアセンブリ４、モーター５などからなる。巻回装置本体１は、左底板、右底板、及び両者の間に設置され、支持作用を有する支持柱を含む。第１従動ディスク及び第２従動ディスクは同期回転し、かつベアリングを介して自由に回転可能に左底板、右底板に装着することができる。ニードルアセンブリ４は自らの回転運動により、電池材料シートを巻回してセルを形成する。従来と比較し、その第１従動ディスク及び第２従動ディスクの同期回転はダイレクトドライブモーター５により駆動され、ギアボックスや、ギア等の動力伝達装置が省かれ、構造の設計方式を大きく簡略化した。
【選択図】図２

Description

本考案は、リチウム電池自動巻回設備の技術分野に関し、特に、ダイレクトドライブ巻回転置装置に関する。

リチウム電池の製造過程では、ニードルの回転運動により材料シートを巻回してセルを形成する。巻回の効率を向上させるべく、ダブルニードル又はトリプルニードル巻回構造方式が現れている。例えば、トリプルニードル巻回装置では、３対のニードルが設けられ、正極、負極シート及びセパレータフィルムがロボットアームによりニードルに送られ、第１ステーションでは巻回を行い、第２ステーションでは端止めテープを貼り、第３ステーションでは自動的にニードルを抜いて脱着する。３本のニードルはそれぞれ３つのステーションを循環し、それぞれが巻回を行い、端止めテープを貼り、ニードルを抜いて脱着し、周期的な作業により機能を実現する。ここで、第１従動ディスク及び第１従動ディスクはそれぞれ巻回装置本体の両端部に設置され、また両者の間には、両者回転の同期性を実現するための連結部が設置される。通常の駆動方式は図１に示ように、第１従動ディスクの円周外壁上にギア溝を設け、かつモーターによりギアの駆動を実現する方式である。上記構造の設計が簡単により、メンテナンスもしやすい。しかし、実際の運転において、以下の問題が存在する。（１）モーターが第１従動ディスクの外側に（すなわち、巻回装置の中心から離れて）設けられており、実際の駆動過程では、係合力が逆に巻回装置に働き、したがって全体の安定性に影響する。（２）ギア駆動による騒音が大きく、作業環境に影響する。（３）ギア駆動方式では正確な位置で停止できず、巻回品質に影響するので、位置決め治具により従動ディスクの回転角度を正確に制限する必要があり、一定程度構造の複雑さを増し、製造コストを増加させる。したがって、技術者による上記問題の解決が希求される。

本考案が解決しようとする課題は、構造設計が簡単であり、運転騒音が小さく、かつ伝動精度及び安定性の高い、ダイレクトドライブ巻回転置装置を提供することである。

上記課題を解決するため、本考案はダイレクトドライブ巻回転置装置に関し、
自らの回転運動により電池材料シートを巻回してセルを形成するニードルアセンブリと、
巻回装置本体と、
巻回装置本体の両端部に設置され、巻回装置本体に対し回転運動し、かつ運動が同期される第１従動ディスク及び第２従動ディスクと
を含み、
さらに、第１従動ディスク及び第２従動ディスクの同期回転を駆動するダイレクトドライブモーターを含み、
当該ダイレクトドライブモーターが前記第１従動ディスクの後端に設置され、その動力取出部が第１従動ディスクに直接連結される。

また、第１従動ディスクに、ダイレクトドライブモーターの回転子に接続するための接続トランジションピースが設けられる。

さらにまた、接続トランジションピースは、フランジ及びフランジと一体成型される接続突起により構成される。接続突起の中心穴内壁に周方向溝が設けられる。

さらにまた、ニードルアセンブリは、モーターにより駆動され回転運動し、かつモーターに対し軸方向に変位しない。第２従動ディスクにニードルアセンブリを通過させるための通過孔が設けられ、かつ、動力源の作用により、モーター及びニードルアセンブリが巻回装置本体に対し全体的に軸方向の同期往復運動をし、これによりセルの脱着を完了する。

さらにまた、第１従動ディスクと第２従動ディスクとの距離をＤ、ダイレクトドライブモーターと第１従動ディスクとの距離をｄとするとき、ｄ≦１／２Ｄである。

さらにまた、ニードルアセンブリは、ニードル、当該ニードルを固定するニードル受け、及び上記ニードル受けに回転力を提供する動力伝達シャフトを含む。動力伝達シャフトがモーターの回転子により駆動される。

さらにまた、上記ダイレクトドライブ巻回転置装置はロックスリーブを含む。動力伝達シャフトに、肩部と、後尾に位置してロックスリーブに適合するためのねじ山とが設けられる。動力伝達シャフトと回転子がロックされ同期回転するまで、ロックスリーブが肩部に対して相対運動する。

さらにまた、上記ダイレクトドライブ巻回転置装置は、動力伝達シャフトに外嵌され、かつ離間して設置される第１ベアリングセット及び第２ベアリングセットと、上記第１ベアリングセット及び第２ベアリングセットを支持する第１ブラケット及び第２ブラケットを含む。第１ブラケット及び第２ブラケットがそれぞれモーター本体の両端部に固定される。

さらにまた、ニードル受けに、周方向スペーサーピンを挿入するための貫通孔が設けられる。ニードル受けに、ロックボルトに押さえつけるための首部が設けられ、これらに対応して、動力伝達シャフトに周方向スペーサーピンに適合するためのＵ字型開口部、及び上記ロックボルトに適合するねじ穴が設けられ、首部の底面がテーパー状であり、かつニードルの巻回動作部からニードル受けに向かって断面面積が先太りする。

さらにまた、上記ダイレクトドライブ巻回転置装置は、モーター本体に固定されるクランプ部を含み、これに対応して、動力源が、上記クランプ部に適合し軸方向に沿って往復運動するクランプ装置を含む。クランプ装置が、クランプ固定部、クランプ可動部、及び当該クランプ可動部の回転を駆動するシリンダーを含み、これにより、モーター及びニードルアセンブリの全体的な軸方向運動を発動する。さらに、巻回装置はガイドコラムを含む。ガイドコラムの両端部がそれぞれ第１従動ディスク及び第２従動ディスクに固定される。モーター本体の両側にはガイドコラムに適合するガイドスリーブが設けられる。

上記実施形態を採用して設置することで、第１従動ディスク及び第２従動ディスクの同期回転運動をダイレクトドライブモーターにより駆動させ、従来のモーター偏心設置、ギア駆動方式から変更し、これにより、巻回装置全体が均等に力を受け、また稼働騒音も大きく低減する。また、ダイレクトドライブモーターを制御することにより第１従動ディスク及び第２従動ディスクの「任意停止」を実現することができ、高い制御精度を有し、また回転角度を制御する位置決め治具を追加的に設ける必要はない。

本考案の実施形態又は従来技術における実施形態をより明確にするため、以下、実施形態又は従来技術の説明に使用する必要のある図面につき簡単に説明する。当然であるが、以下の説明における図面は、本考案のいくつかの実施形態に過ぎず、当業者にとって、創造的な労力を払うことなく、これらの図面に基づいて他の図面を得ることができる。
従来技術における第１従動ディスクの駆動方式の概略図である。 本考案のダイレクトドライブ巻回転置装置の構造概略図である。 本考案のダイレクトドライブ巻回転置装置において、ダイレクトドライブモーターが第１従動ディスクを駆動する一つの実施形態の概略図である。 図３の正面図である。 本考案のダイレクトドライブ巻回転置装置における接続トランジションピースの構造概略図である。 本考案のダイレクトドライブ巻回転置装置におけるニードルアセンブリ及びモーターの組立概略図である。 本考案のダイレクトドライブ巻回転置装置におけるニードルアセンブリの組立概略図である。 本考案のニードルアセンブリにおけるニードル受けの構造概略図である。 本考案のニードルアセンブリにおける動力伝達シャフトの構造概略図である。 本考案のダイレクトドライブ巻回転置装置における動力伝達シャフト及びモーターの組立概略図である。 本考案のニードルアセンブリにおけるモーターの軸方向運動のガイドの概略図である。 本考案のニードルアセンブリにおける動力源の構造概略図である。 本考案のニードルアセンブリにおいて、動力源がモーター及びニードルアセンブリの全体的な運動を駆動する概略図である。

本考案の説明において、用語「左」、「右」などが示す向き又は位置関係は、図面に示される向き又は位置関係に基づき、単に本考案の説明を容易にし、説明を簡略化するためであり、言及された装置又は部品が特定の向きを有したり、特定の向きで構成又は操作したりしなければならないことを明示的又は黙示的に規定するものではないことを理解されたい。したがって、本考案を限定するものとして解釈することはできない。

以下、図面を参照して本考案を詳細に説明する。図２には本考案におけるダイレクトドライブ巻回転置装置の構造概略図が示され、巻回装置本体１、第１従動ディスク２、第２従動ディスク３、ニードルアセンブリ４、モーター５などからなる。巻回装置本体１は、左底板、右底板、及び両者の間に設置され、支持作用を有する支持柱を含む（図３参照）。第１従動ディスク２及び第２従動ディスク３は同期回転し、かつベアリングを介して自由に回転可能に上記左底板、右底板に装着することができる。ニードルアセンブリ４は自らの回転運動により、電池材料シートを巻回してセルを形成する。当該ダイレクトドライブ巻回転置装置は、従来と比較し、その第１従動ディスク２及び第２従動ディスク３の同期回転はダイレクトドライブモーター５により駆動され、ギアボックスや、ギア等の動力伝達装置が省かれ、構造の設計方式を大きく簡略化した。さらに、ダイレクトドライブモーター５の動力取出部が第１従動ディスク２の中心位置に連結されるので、巻回装置全体が均等に力を受け、また稼働騒音も大きく低減する。また、ダイレクトドライブモーター５を制御することにより第１従動ディスク２及び第２従動ディスク３の「任意停止」を実現することができ、高い制御精度を有し、また回転角度を制御する位置決め治具を追加的に設ける必要はない。

ダイレクトドライブモーター５と第１従動ディスク２との連結方式として以下を推奨する。ダイレクトドライブモーター５が第１従動ディスク２の後端に設置され、その回転子がボルトを介して第１従動ディスク２に直接接続される。もちろん、ダイレクトドライブモーター５と第１従動ディスク２との間に接続トランジションピース６を設け（図３参照）、両者の接続を実現することもできる。

さらなる最適化として、接続トランジションピース６に自己破断溝６２１を設けることができる。すなわち、接続トランジションピース６自体が一定値を超えるトルクを受けた場合、接続トランジションピース６自体が破断し、これによりダイレクトドライブモーター５の使用寿命及びセル巻回過程の安全性を確保する。具体的には以下の方式を参照して設置することができる。接続トランジションピース６はフランジ６２及び接続突起６２の２部分を有し、一体成型方式により製造される。接続突起６２の中心穴内壁には周方向溝、すなわち上記自己破断溝６２１が設けられる（図５参照）。とりわけ、周方向溝の具体的な深さを決定するにあたり、ダイレクトドライブモーター５の最大出力トルク値、接続突起６２を製造する材料の捻れ弾性率等の要素を考慮すべきである。

上記ダイレクトドライブ巻回転置装置のさらなる最適化として、ニードルアセンブリ４は、モーター７により駆動され回転運動し、かつ前記モーター７に対し軸方向に変位しない（図６参照）。第２従動ディスク３には、ニードルアセンブリ４を通過させるための通過孔３１が設けられ、かつ、動力源８の作用により、上記モーター７及びニードルアセンブリ４が巻回装置本体１に対し全体的に軸方向の同期往復運動をし、これによりセルの脱着を完了する（図１３参照）。とりわけ、上記方式を採用して設置することで、実際の巻回工程では、ニードルアセンブリ４は終始第１従動ディスク２を越えることなく（すなわち、第１従動ディスク２に通過孔が設けられない）、これにより、ダイレクトドライブモーター５と第１従動ディスク２との間の距離が短縮され、ダイレクトドライブ巻回転置装置の全体的な長さが減少される。

さらに、第１従動ディスク２と第２従動ディスク３との距離をＤ、ダイレクトドライブモーター５と第１従動ディスク２との距離をｄとするとき（図３、４参照）、設計構造のコンパクトさの観点から、ｄ≦１／２Ｄである。また、モーター７が第２従動ディスク３に対して軸方向に自由に運動でき、かつ動力源８により直接にモーター７及びニードルアセンブリ４の全体を軸方向の同期往復運動を駆動し、ニードルアセンブリ４自体の運動の安定性及び回転精度が向上され、さらに巻回品質及び芯抜きの精度が向上される。

上記動力源８は、モーターにより駆動されるスクリュー駆動機構であることが好ましく、もちろんリニアモーターや空気圧シリンダーを用いてもよい。

上記モーター７は、モーター本体７１、モーター回転子７２、及びモーター固定子７３などからなるダイレクトドライブモーターであることが好ましい。もちろん、ブラシレスモーターなどの他種のモーターを選択することもできる。

さらに、ニードルアセンブリ４はニードル４１、ニードル受け４２、及び動力伝達シャフト４３などからなる（図６参照）。動力伝達シャフト４３はモーター回転子７２により駆動され、さらにニードル受け４２の回転運動を駆動する。動力伝達シャフト４３とニードル受け４２は以下の方式を参照して装着することができる。動力伝達シャフト４３に、周方向スペーサーピンに適合するためのＵ字型開口部４３３を設け、これに対応して、ニードル受け４２に貫通孔４２１を設け、スペーサーピンを挿入することにより動力伝達シャフト４３及びニードル受け４２の周方向位置止めを実現する。上記Ｕ字型開口部４３３から一定距離を置いて、動力伝達シャフト４３上にねじ穴を設け、これに対応して、ニードル受け４２に首部４２２を設け、上記ねじ穴にボルトを締め、かつ当該ボルトの端部を首部４２２に押さえつけることで、ニードル受け４２の動力伝達シャフト４３に対する軸方向の位置止めを実現する（図７参照）。

とりわけ、実際の装着過程では、プロセス精度の要求に応じて、スペーサーピンとＵ字型開口部４３３との間の片側クリアランスを選択し、周方向可動量が許容値を超えないようにする必要がある。首部４２２の底面がテーパー状であり、かつニードル４１の巻回動作部からニードル受け４２に向かってその断面面積が先太りする。これにより、首部４２２がボルトに対して自動ロック機能を持ち、これによりニードル受け４２の動力伝達シャフト４３に対する確かな軸方向位置決めを確保する。実際の実施結果によると、上記首部４２の底面傾斜度が１：１０以上である。

さらに、動力伝達シャフト４３とモーター回転子７２との運動同期性を実現するため、以下の方式に従い配置することができる。図７、８に示されるように、動力伝達シャフト４３には、モーター回転子７２の左端面に押し付けるための肩部４３１が設けられる。動力伝達シャフト４３の尾部にはねじ山４３２が設けられ、ロックスリープ９は当該ねじ山４３２に嵌設され、ロックスリーブ９を締めることにより動力伝達シャフト４３の確かな固定を実現する（図１０参照）。さらにまた、動力伝達シャフト４３の回転のバランスを向上させ、芯ずれ現状を防止するため、動力伝達シャフト４３の左端部及び右端部いずれの位置にもベアリングセットが設けられており、区別の便宜上、それぞれ第１ベアリングセット１０と第２ベアリングセット１１と称する。第１ベアリングセット１０は、モーター本体７１左側に設置される第１ブラケット１２により支持され、第２ベアリングセット１１は、モーター本体７１右側に設置される第２ブラケット１３により支持される。

さらに、芯抜き操作を容易にするために、モーター７には、モーター７及びニードルアセンブリ４の全体的な軸方向運動をもたらすクランプ部１４が固定され、これに対応して、動力源８には上記クランプ部１４に適合するクランプ装置８１が設けられる。クランプ装置８１は固定部８１１、クランプ可動部８１２を含み、クランプ可動部８１２はシリンダー８１３により駆動される（図１２、１３参照）。

最後に、第１従動ディスク２と第２従動ディスク３との回転同期性を実現し、かつニードルアセンブリ４及びモーター７に安定で確かな軸方向運動性を持たせるため、第１従動ディスク２と第２従動ディスク３との間にガイドコラム１５を固定して設置し、これに対応して、モーター本体７１の両側に上記ガイドコラム１５に適合するガイドスリーブ１６を設けることもできる（図９参照）。さらにまた、ガイドコラム１５及びガイドスリーブ１６同士の摩耗量を減らし、両者の使用寿命を延ばすため、ガイドスリーブ１６の側壁に、複数のグラファイトストリップを周方向に均等に取り付けることができ（未図示）、またグラファイトストリップを側壁からわずかに突出させ、０．２ｍｍ以内とすることが望ましい。また、上記ガイドスリーブ１６は実情に応じてリニアベアリングに置き換えることもできる。

開示された実施形態の上記説明により、当業者が本考案を実施又は使用することが可能になる。これらの実施形態に対する様々な変更は当業者には明らかであり、本明細書で定義される一般的な原理は、本考案の精神又は範囲から逸脱することなく、他の実施形態で実現することができる。したがって、本考案は、本明細書に示される実施形態に限定されず、本明細書に開示される原理及び新規の特徴と合致する最も広い範囲に符合すべきである。

１ 巻回装置本体
２ 第１従動ディスク
３ 第２従動ディスク
３１ 通過孔
４ ニードルアセンブリ
４１ ニードル
４２ ニードル受け
４２１ 貫通孔
４２２ 首部
４３ 動力伝達シャフト
４３１ 肩部
４３２ ねじ山
４３３ Ｕ字型開口部
４３４ ねじ穴
５ ダイレクトドライブモーター
６ 接続トランジションピース
６１ フランジ
６２ 接続突起
６２１ 自己破断溝
６ モーター
７１ モーター本体
７２ モーター回転子
７３ モーター固定子
８ 動力源
８１ クランプ装置
８１１ クランプ固定部
８１２ クランプ可動部
８１３ シリンダー
９ ロックスリーブ
１０ 第１ベアリングセット
１１ 第２ベアリングセット
１２ 第１ブラケット
１３ 第２ブラケット
１４ クランプ部
１５ ガイドコラム
１６ ガイドスリーブ。

Claims (10)

1. ダイレクトドライブ巻回転置装置であって、
   自らの回転運動により電池材料シートを巻回してセルを形成するニードルアセンブリと、
   巻回装置本体と、
   前記巻回装置本体の両端部に設置され、前記巻回装置本体に対し回転運動し、かつ運動が同期される第１従動ディスク及び第２従動ディスクと
   を含み、
   さらに、前記第１従動ディスク及び前記第２従動ディスクの同期回転を駆動するダイレクトドライブモーターを含み、
   前記ダイレクトドライブモーターが前記第１従動ディスクの後端に設置され、その動力取出部が前記第１従動ディスクに直接連結される
   ことを特徴とする、ダイレクトドライブ巻回転置装置。
2. 前記第１従動ディスクに、前記ダイレクトドライブモーターの回転子に接続するための接続トランジションピースが設けられる
   ことを特徴とする請求項１に記載のダイレクトドライブ巻回転置装置。
3. 前記接続トランジションピースは、フランジ及び前記フランジと一体成型される接続突起により構成され、前記接続突起の中心穴内壁に周方向溝が設けられる
   ことを特徴とする請求項２に記載のダイレクトドライブ巻回転置装置。
4. 前記ニードルアセンブリは、モーターにより駆動され回転運動し、かつ前記モーターに対し軸方向に変位せず、
   前記第２従動ディスクに前記ニードルアセンブリを通過させるための通過孔が設けられ、かつ、動力源の作用により、前記モーター及び前記ニードルアセンブリが全体的に前記巻回装置本体に対し軸方向の同期往復運動をし、これにより前記セルの脱着を完了する
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のダイレクトドライブ巻回転置装置。
5. 前記第１従動ディスクと前記第２従動ディスクとの距離をＤ、前記ダイレクトドライブモーターと前記第１従動ディスクとの距離をｄとするとき、ｄ≦１／２Ｄである
   ことを特徴とする請求項４に記載のダイレクトドライブ巻回転置装置。
6. 前記ニードルアセンブリは、ニードル、前記ニードルを固定するニードル受け、及び前記ニードル受けに回転力を提供する動力伝達シャフトを含み、前記動力伝達シャフトが前記モーターの回転子により駆動される
   ことを特徴とする請求項４に記載のダイレクトドライブ巻回転置装置。
7. さらに、ロックスリーブを含み、
   前記動力伝達シャフトに、肩部と、後尾に位置して前記ロックスリーブに適合するためのねじ山とが設けられ、
   前記動力伝達シャフトと前記回転子がロックされ同期回転するまで、前記ロックスリーブが前記肩部に対して相対運動する
   ことを特徴とする請求項６に記載のダイレクトドライブ巻回転置装置。
8. さらに、前記動力伝達シャフトに外嵌され、かつ離間して設置される第１ベアリングセット及び第２ベアリングセットと、前記第１ベアリングセット及び前記第２ベアリングセットを支持する第１ブラケット及び第２ブラケットを含み、
   前記第１ブラケット及び第２ブラケットがそれぞれ前記モーターのモーター本体の両端部に固定される
   ことを特徴とする請求項７に記載のダイレクトドライブ巻回転置装置。
9. 前記ニードルアセンブリは、ニードル、前記ニードルを固定するニードル受け、及び前記ニードル受けに回転力を提供する動力伝達シャフトを含み、
   前記ニードル受けに、周方向スペーサーピンを挿入するための貫通孔が設けられ、
   前記ニードル受けに、ロックボルトに押さえつけるための首部が設けられ、
   これらに対応して、前記動力伝達シャフトに前記周方向スペーサーピンに適合するためのＵ字型開口部、及び前記ロックボルトに適合するねじ穴が設けられ、
   前記首部の底面がテーパー状であり、かつ前記ニードルの巻回動作部から前記ニードル受けに向かって断面面積が先太りする
   ことを特徴とする請求項４に記載のダイレクトドライブ巻回転置装置。
10. さらに、前記モーターのモーター本体に固定され、前記モーター本体を軸方向に運動させるクランプ部を含み、
    これに対応して、前記動力源が、前記クランプ部に適合し軸方向に沿って往復運動するクランプ装置を含み、
    前記クランプ装置が、クランプ固定部、クランプ可動部、及び前記クランプ可動部の回転を駆動するシリンダーを含み、
    さらに、前記巻回装置はガイドコラムを含み、前記ガイドコラムの両端部がそれぞれ前記第１従動ディスク及び前記第２従動ディスクに固定され、
    前記モーター本体の両側に前記ガイドコラムに適合するガイドスリーブが設けられる
    ことを特徴とする請求項４に記載のダイレクトドライブ巻回転置装置。

Images