CN101841067A - 一种卷绕头机构及一种卷绕机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种卷绕头机构和卷绕机，卷绕头机构包括转轴组件100和卷绕驱动组件400，所述转轴组件100包括相互配合形成卷针的第一半针101和第二半针102，所述转轴组件100还包括用于安装所述第一半针101的第一卷针座3、用于安装所述第二半针102的第二卷针座14以及在所述卷绕驱动组件400的驱动下带动所述卷针旋转的转动套筒4；所述第一卷针座3和第二卷针座14设在同一转动套筒4内，并能在所述转动套筒4内同向滑动；所述第一半针101和第二半针102从所述转动套筒4的前端伸出。本发明将两个半针都固定在同一转动套筒中，实现了单面插针、拔针，能够将两个半针的同心度以及卷针的圆跳动控制在合理范围内，显著提高了卷绕质量。

Description

一种卷绕头机构及一种卷绕机

技术领域

本发明涉及一种卷绕设备，尤其涉及一种卷绕头机构及一种卷绕机。

背景技术

如图1至图3所示，用于加工圆柱形锂电池电芯或其他产品的卷绕设备中，通常采用两面插针、拔针的卷绕头机构。

连续的电芯卷绕工艺中，卷绕头机构通常按照卷绕-拔针-插针的工序加工电芯。图1所示的电芯卷绕示意图中，第一半针201固定在第一固定座22上，第二半针202固定在第二固定座23上，第一固定座22和第二固定座23分别设置在电芯200的两侧，第一半针201和第二半针202的固定处都套有起导向作用的卷针套筒29，两个半针合成的卷针在电机24的驱动下旋转，使套在卷针上的电芯200逐步卷绕成型。图2所示的拔针示意图中，第一气缸25和第二气缸26分别带动第一半针201和第二半针202反向运动并相互分开，将第一半针201和第二半针202同时从完成卷绕的电芯200中拔出，第一固定座22与第一滑块27随动，第二固定座23与第二滑块28随动，两个滑块都起导向作用。图3所示的插针示意图中，第一气缸25和第二气缸26分别带动第一半针201和第二半针202同时从两边对插并合拢，第一滑块27和第二滑块28分别与第一固定座22和第二固定座23随动起导向作用。

由于电芯卷绕工艺对卷针的同心度和圆跳动的要求很高，现有的这种卷绕头机构分别通过两个独立的固定座固定两个半针，而两个固定座又分别固定在两个滑块上，这些零件都存在一定的尺寸偏差及装配误差，而且每次拔针和插针过程中都可能导致第一半针201或第二半针202的位置发生偏移，很难保证两个半针较高的同心度，也很难使每次合成的卷针都满足一定的圆跳动要求。如果卷针的同心度较低或圆跳动较大，必然会影响电芯或其他卷绕产品的卷绕质量。

发明内容

本发明要解决的主要技术问题是，提供一种提高卷绕质量的卷绕头机构及一种卷绕机。

为解决上述技术问题，本发明提供一种卷绕头机构，包括转轴组件和卷绕驱动组件，所述转轴组件包括相互配合形成卷针的第一半针和第二半针，所述转轴组件还包括用于安装所述第一半针的第一卷针座、用于安装所述第二半针的第二卷针座以及在所述卷绕驱动组件的驱动下带动所述卷针旋转的转动套筒；所述第一卷针座和第二卷针座设在同一转动套筒内，并能在所述转动套筒内同向滑动；所述第一半针和第二半针从所述转动套筒的前端伸出。

所述转轴组件还包括用于定位第一半针和第二半针的卷针套筒，所述卷针套筒固定在所述转动套筒的前端。

进一步地，所述转轴组件还包括用于使所述转动套筒带动所述第一卷针座和第二卷针座同步旋转的随动件。

所述转轴组件还包括设置在所述转动套筒中且沿所述转动套筒的轴线方向滑动的滑动套筒、设置在所述滑动套筒中的抽针轴、以及露出所述转动套筒后端的第一拔针环和第二拔针环；所述抽针轴的前端连接所述第一卷针座，后端连接所述第一拔针环；所述滑动套筒的前端连接所述第二卷针座，后端连接所述第二拔针环。

优选地，所述卷绕头机构还包括用于从所述转动套筒中拔出所述第一拔针环和/或第二拔针环的拔针组件、用于将所述第一拔针环和/或第二拔针环***所述转动套筒的插针组件、以及用于控制所述卷绕驱动组件、拔针组件和插针组件的控制器。

进一步地，所述滑动套筒与所述抽针轴通过直线轴承连接。

所述卷绕头机构还包括前支撑组件，所述前支撑组件包括用于定位所述第一半针和第二半针的自由端的支撑套。

所述卷绕头机构还包括转轴支撑组件和多个转轴组件，所述转轴支撑组件包括多个转轴安装位，以及用于变换所述转轴组件的工位的换位驱动装置。

所述换位驱动装置包括设有多个转轴安装位的换位盘，以及用于驱动所述换位盘旋转、将所述转轴组件转动至相应工位的换位驱动轮。

本发明还保护了一种卷绕机，包括以上所述的卷绕头机构。

本发明的有益效果是：本发明将合成卷针的两个半针都固定在同一转动套筒内，实现了单片插针、拔针，使两个半针具有较高的同心度且卷针具有较小的圆跳动，因此改善了产品的卷绕质量，提高了产品的尺寸精度和使用性能。

进一步地，本发明将卷针套筒固定在转动套筒的前端，卷针拆卸过程中卷针套筒不会同时拆卸，能够保证对于卷针的定位作用。

进一步地，本发明采用多工位加工机制，显著提高了加工效率。

附图说明

图1为现有技术的卷绕头机构的卷绕过程示意图；

图2为现有技术的卷绕头机构的拔针过程示意图；

图3为现有技术的卷绕头机构的插针过程示意图；

图4为本发明一种实施例的卷绕头机构立体图；

图5为本发明一种实施例的卷绕头机构中转轴组件的剖面图；

图6为本发明一种实施例的卷绕头机构中转轴组件的拔针示意图；

图7为本发明一种实施例的卷绕头机构中转轴组件的取针示意图；

图8为本发明一种实施例的卷绕头机构中转轴组件的换针示意图；

图9为本发明一种实施例的卷绕头机构中前支撑组件的剖面图；

图10为本发明一种实施例的卷绕头机构中卷绕驱动组件的立体图；

图11为本发明一种实施例的卷绕头机构中转轴支撑组件的立体图；

图12为本发明一种实施例的卷绕头机构中拔针组件及插针组件的装配立体图；

图13为本发明一种实施例的卷绕头机构中拔针组件的立体图；

图14为本发明一种实施例的卷绕头机构中插针组件的立体图。

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。

第一实施例：

请参考图4，本实施方式的卷绕头机构包括转轴组件100、前支撑组件300、卷绕驱动组件400、转轴支撑组件500、插针组件600、拔针组件700和控制器等部件，能够应用于电池电芯200、电容或者其他产品的卷绕加工工艺。与现有的卷绕头机构中合成卷针的两个半针相对设置、且插针和拔针过程中两个半针的运动方向相反的双面插针方式不同，本实施方式的卷绕头机构将两个半针设置在同一侧，插针或拔针过程中，两个半针的运动方向保持一致，因此实现了单面插针、拔针的技术方案。

如图5所示，转轴组件100为卷绕头机构的核心部件，主要用于提供第一半针101和第二半针102使其相互配合形成卷针，还用于带动卷针旋转，可将正、负极片、隔在两个极片之间的隔膜卷绕成圆柱形或者其他形状的锂电池电芯200。转轴组件100还包括转动套筒4、卷针套筒2、第一卷针座3、第二卷针座14，轴承座12、随动件13、滑动套筒5、第一拔针环10、第二拔针环11、抽针轴6等零件。

第一半针101安装在第一卷针座3上、第二半针102安装在第二卷针座14上。第一卷针座3和第二卷针座14安装在同一转动套筒4内，第一半针101和第二半针102从转动套筒4的前端伸出，第一卷针座3和第二卷针座14还能在转动套筒4内同向滑动，例如两个卷针座可与转动套筒4直接配合形成滑动副，或者在滑动套筒5等其他零部件的驱动下沿转动套筒4的轴线方向滑动。

转动套筒4能够在卷绕驱动组件400的驱动下带动卷针旋转。具体地，轴承座12套住转动套筒4且与其轴承连接，转动套筒4的后端还设有卷绕齿轮7，轴承座12安装在转轴支撑组件500上的转轴安装位后，卷绕齿轮7与卷绕组件400上的卷绕主动轮啮合，能够在卷绕主动轮的驱动下带动整个转动套筒4旋转。

本实施方式中，由于合成卷针的两个半针都固定在同一转动套筒4内，实现了单面插针、拔针，只需保证转动套筒4的加工精度，即可保证两个半针的旋转轴线与转动套筒4的旋转轴线重合，即便多次插针和拔针，仍能使两个半针具有较高的同心度且使卷针具有较小的圆跳动，能够改善产品的卷绕质量，提高产品的尺寸精度和使用性能；而且本实施方式在设备安装的过程中节省了大量的调试时间，提高了加工效率。

本实施方式中，随动件3可为凸轮随动件或者连接键，用于使转动套筒4带动第一卷针座3和第二卷针座14同步旋转。凸轮随动件固定在第二卷针座14上，当转动套筒4旋转时，在凸轮随动件的带动下，第二卷针座14连同第二半针102旋转，同时带动第一卷针座3连同第一半针101旋转，从而实现了套在卷针上的电芯200的卷绕加工。

第一拔针环10和第二拔针环11都露出转动套筒4的后端，拔针或插针过程中，第一拔针环10和第二拔针环11分别用于驱动第一半针101和第二半针102。抽针轴6设置在转动套筒4中，抽针轴6的前端与第一卷针座3销连接，后端通过螺钉与第一拔针环10相连；滑动套筒5设置在转动套筒4中且套在第一卷针座3和第二卷针座14外部，能够沿转动套筒4的轴线方向滑动。滑动套筒5的前端通过螺钉连接第二卷针座14，后端通过螺钉连接第二拔针环11。优选地，第一拔针环10位于第二拔针环11后方，为了保证拔针和插针的顺畅，滑动套筒5与抽针轴6通过直线轴承8连接，第一拔针环10和第二拔针环11之间还设有挡圈9。

根据以上所述的转轴组件100的结构，卷绕头机构在卷绕过程中，设置于轴承座12中的转动套筒4带动卷针套筒2、第一卷针座3、第二卷针座14，随动件13、滑动套筒5、第一拔针环10、第二拔针环11、抽针轴6等零件同步旋转。

如图6所示，电芯卷绕完成后拔针时，拔针组件700首先通过第一拔针环10向后拉拔抽针轴6和第一卷针座3，使第一半针101缩回转动套筒4；接着拔针组件700再通过第二拔针环11向后拉拔滑动套筒5和第二卷针座14，使第二半针102也缩回转动套筒4以便完成电芯的下料。下料完成后再次插针时，插针组件600首先通过第二拔针环11向前推动滑动套筒5和第二卷针座14，使第二半针102伸出转动套筒4(该动作也可由拔针组件700驱动)；接着插针组件600再通过第一拔针环11向前推动抽针轴6和第一卷针座3，使第一半针101也缩回转动套筒4以便与第二半针102配合形成卷针。

卷针套筒2固定在转动套筒4的前端，包括用于对第一半针101和第二半针102进行定位的定位槽，与现有技术中卷针套筒2固定在半针上，更换卷针时卷针套筒2随两个半针一同拆卸的方式不同，本实施方式的卷针套筒4始终固定在转动套筒4上，不会与两个卷针一同拆卸，能够对两个半针进行导向和定位，避免其在安装以及旋转过程中发生偏移。如图7所示，取出半针进行更换的过程中，将第一拔针环10、第二拔针环11、滑动套筒5、抽针轴6、凸轮随动器13、第一卷针座3、第二卷针座14、第一半针101和第二半针102作为一个整体从转动套筒4的后端拉出；如图8所示，再将更换后的以上零部件作为一个整体推进转动套筒4，完成卷针的更换；整个过程中，卷针套筒4的位置不会发生变动，因此保证了对于卷针的定位效果。

如图9所示，本实施方式的卷绕头机构还包括设置在转轴组件100前方的前支撑组件300，前支撑组件300包括支撑座301以及安装在支撑座301上的支撑套302，支撑套302用于对两个半针的自由端进行定位，避免其在旋转过程中发生位置偏移。

如图10所示，卷绕驱动组件400包括基座401、安装在基座401上的主轴402和卷绕电机403，卷绕电机403可通过皮带轮驱动主轴402上的卷绕主动轮404。

如图11所示，转轴支撑组件500包括底座501、底座501上设有用于安装转轴组件100的转轴安装位505，转轴安装位505可为一个与转轴组件100中的轴承座12配合的通孔。卷绕驱动组件400、插针组件600和拔针组件700也可安装在底座501上。

如图12和图13所示，拔针组件700包括第一拔针汽缸701和第二拔针汽缸702，分别用于从转轴组件4中拔出第一拔针环10和第二拔针环11。插针组件600可包括两个插针汽缸601，分别用于将第二拔针环11和第一拔针环10顺序***转动套筒4。实际上，插针组件600和拔针组件700对于第一半针101和第二半针102的控制方式可以根据需要灵活设定，例如可以控制第一半针101和第二半针102同时插针或拔针，也可以仅控制一个半针插针或者拔针。如图12和图14所示的实施方式中，为了简化结构，也可由第二拔针汽缸702拔出第二拔针环11完成下料后，直接驱动第二拔针环11完成插针，接着再由插针汽缸601驱动第一拔针环10完成插针。

本实施方式还包括用于控制卷绕驱动组件400、拔针组件700和插针组件600的控制器，可以采用PLC(可编程控制器)或单片机等。例如一种高效的控制方式中，控制器首先启动卷绕驱动组件400中的卷绕电机403驱动卷绕组件100旋转，卷绕完成后，控制器依次启动拔针组件700中的第一拔针汽缸701和第二拔针汽缸702实现拔针，下料后，控制器再启动插针组件600中的插针汽缸601实现插针。

第二实施例：

本实施方式中提供了具有双工位或三个以上工位的卷绕头机构，能够显著提高卷绕头机构的工作效率。

如图11所示，本实施方式的卷绕头机构包括多个转轴组件100，转轴支撑组件500包括换位驱动装置以及多个转轴安装位505，每个转轴安装位505上对应安装一个转轴组件100，换位驱动装置用于变换各个转轴组件100的工位。例如本实施方式的换位驱动装置采用齿轮驱动，多个转轴安装位505设置在圆形的换位盘504上，换位盘504与换位驱动轮503啮合，换位电机502通过换位驱动轮503驱动换位盘504旋转，从而使各个转轴组件100转动至相应的工位完成相应的加工工序。

例如图4所示的双工位工作状态中，转轴组件100位于卷绕工位进行电池电芯200的卷绕，与其结构相同的备用转轴组件110正位于下料工位。当转轴组件100完成卷绕后，控制器启动换位电机502驱动换位盘504旋转，转轴组件100与备用转轴组件110变换工位，使转轴组件100位于下料工位并与拔针组件700对应；接着控制器顺序启动第一拔针汽缸701和第二拔针汽缸702，分别从转动套筒4中拔出第一拔针环10和第二拔针环11并完成电芯200下料，同时，控制器还控制卷绕驱动组件400带动备用转轴组件110旋转从而完成另一电芯200的卷绕；转轴组件100上的电芯200下料后，控制器驱动拔针组件700中的第二拔针汽缸702驱动第二拔针环11完成插针，接着控制器再次启动换位电机502驱动换位盘504旋转，将转轴组件100转动至卷绕工位并与插针组件600对应，控制器启动插针组件600中的插针汽缸601驱动第一拔针环10完成插针，接着控制卷绕驱动组件400带动转轴组件100旋转从而完成下一电芯200的卷绕，此时备用转轴组件100完成下料。

如图4和图9所示，本实施方式的前支撑组件300包括与转轴组件100的数量对应的多个支撑套302，每个支撑套302对应于一个工位，且工位变换过程中，前支撑组件300与换位盘504同步旋转，能够在各个工位对转轴组件100中卷针的自由端进行定位，避免其发生位置偏移。

本发明还保护了一种卷绕机，包括以上实施例一和实施例二的卷绕头机构，例如一种电芯卷绕机中，还可包括与卷绕头机构配合使用的放料机构、纠偏机构、极片夹紧机构、贴胶机构等，这些机构的结构和控制方式采用现有技术。本发明的卷绕头机构和卷绕机能够广泛应用于电池、电容以及各类卷绕产品的加工领域。

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 (10)

1.一种卷绕头机构，包括转轴组件(100)和卷绕驱动组件(400)，所述转轴组件(100)包括相互配合形成卷针的第一半针(101)和第二半针(102)，其特征在于，所述转轴组件(100)还包括用于安装所述第一半针(101)的第一卷针座(3)、用于安装所述第二半针(102)的第二卷针座(14)以及在所述卷绕驱动组件(400)的驱动下带动所述卷针旋转的转动套筒(4)；所述第一卷针座(3)和第二卷针座(14)设在同一转动套筒(4)内，并能在所述转动套筒(4)内同向滑动；所述第一半针(101)和第二半针(102)从所述转动套筒(4)的前端伸出。

2.如权利要求1所述的卷绕头机构，其特征在于，所述转轴组件(100)还包括用于定位第一半针(101)和第二半针(102)的卷针套筒(2)，所述卷针套筒(2)固定在所述转动套筒(4)的前端。

3.如权利要求1所述的卷绕头机构，其特征在于，所述转轴组件(100)还包括用于使所述转动套筒(4)带动所述第一卷针座(3)和第二卷针座(14)同步旋转的随动件(13)。

4.如权利要求3所述的卷绕头机构，其特征在于，所述转轴组件(100)还包括设置在所述转动套筒(4)中且沿所述转动套筒(4)的轴线方向滑动的滑动套筒(5)、设置在所述滑动套筒(5)中的抽针轴(6)、以及露出所述转动套筒(4)后端的第一拔针环(10)和第二拔针环(11)；所述抽针轴(6)的前端连接所述第一卷针座(3)，后端连接所述第一拔针环(10)；所述滑动套筒(5)的前端连接所述第二卷针座(14)，后端连接所述第二拔针环(11)。

5.如权利要求4所述的卷绕头机构，其特征在于，所述卷绕头机构还包括用于从所述转动套筒(4)中拔出所述第一拔针环(10)和/或第二拔针环(11)的拔针组件(700)、用于将所述第一拔针环(10)和/或第二拔针环(11)***所述转动套筒(4)的插针组件(600)、以及用于控制所述卷绕驱动组件(400)、拔针组件(700)和插针组件(600)的控制器。

6.如权利要求5所述的卷绕头机构，其特征在于，所述滑动套筒(5)与所述抽针轴(6)通过直线轴承(8)连接。

7.如权利要求1所述的卷绕头机构，其特征在于，所述卷绕头机构还包括前支撑组件(300)，所述前支撑组件(300)包括用于定位所述两个半针的自由端的支撑套(302)。

8.如权利要求1所述的卷绕头机构，其特征在于，所述卷绕头机构还包括转轴支撑组件(500)和多个转轴组件(100)，所述转轴支撑组件(500)包括多个转轴安装位(505)，以及用于变换所述转轴组件(100)的工位的换位驱动装置。

9.如权利要求8所述的卷绕头机构，所述换位驱动装置包括设有多个转轴安装位(505)的换位盘(504)，以及用于驱动所述换位盘(504)旋转、将所述转轴组件(100)转动至相应工位的换位驱动轮(503)。

10.一种卷绕机，其特征在于，包括权利要求1至9中任一项所述的卷绕头机构。

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