电芯卷绕成型装置及方法
【专利摘要】本发明公开了一种电芯卷绕成型装置及方法，其通过在转塔上设置三个转臂，转臂上设置芯轴，负极带，第二隔膜、正极带和第一隔膜依次被送至一个芯轴上卷绕形成电芯，并通过转塔的转动实现在依次在三个转臂的芯轴上连续卷绕电芯。本发明使得电芯生产的工序较简单，生产效率较高，设备成本较低。
【专利说明】电芯卷绕成型装置及方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种超级电容器电芯卷绕成型装置及方法。
【背景技术】
[0002]目前，超级电容器的电芯成型工艺一般采用叠片式，其需要先将电极切片，然后通过机械手将切片后的电极和隔膜依次层叠，这种加工方式工序较复杂，生产效率较低，而且由于需要电极切片设备，使得设备成本较高。
【发明内容】
[0003]本发明所要解决的技术问题是，提供使得电芯生产的工序较简单，生产效率较高，设备成本较低的电芯卷绕成型装置。
[0004]为解决上述技术问题，本发明提供的电芯卷绕成型装置，它包括转塔，其包括三个转臂和用于驱动三个转臂转动的第一驱动装置，每个转臂上均设有转轴、套设在转轴上并由转轴带动而转动的芯轴、用于驱动转轴转动的第二驱动装置；正极放料机构，正极带通过正极放料机构被放出；正极送料机构，其用于将从正极放料机构获取的正极带送至芯轴；负极放料机构，负极带通过负极放料机构被放出；负极送料机构，其用于将从负极放料机构获取的负极带送至芯轴；第一隔膜放料机构，第一隔膜通过第一隔膜放料机构被放出并卷绕在芯轴上；第二隔膜放料机构，第二隔膜通过第二隔膜放料机构被放出并卷绕在芯轴上，通过芯轴的转动使得负极带、第二隔膜、正极带和第一隔膜依此层叠并卷绕在芯轴上形成电芯；胶带放料机构，胶带通过胶带放料机构被放出；胶带送料机构，其用于将从胶带放料机构获取的胶带送至卷绕成型的电芯上；切刀，其用于切断正极带、负极带、第一隔膜、第二隔膜和胶带；和至少一个压辊，其用于将第一隔膜和第二隔膜压在芯轴上。
[0005]作为优选，所述的正极放料机构和负极放料机构均包括两个放料卷、一个自动换卷机构和分别用于调整从两个放料卷放出的正极带或负极带的位置的两个纠偏器，自动换卷机构包括第一固定件和第二固定件，第一固定件和第二固定件之间设有间隙，第一固定件上设有贴胶装置，其中一个放料卷上的正极带或负极带穿过第一固定件和第二固定件之间的间隙，并且设有用于检测该放料卷的直径的检测装置，其中另一个放料卷上的正极带或负极带连接在贴胶装置上。
[0006]作为优选，所述的电芯卷绕成型装置还包括称重托盘、可自动翻转倒料的接料盘、用于带动接料盘在称重托盘上方和转塔下方来回移动的第三驱动装置，每个转臂上均设有用于驱动转轴伸缩的第四驱动装置。
[0007]作为优选，所述的电芯卷绕成型装置还包括传送带，间隔设置在传送带上的若干个放料槽、用于将称重托盘上的电芯抓取到放料槽内的机械手，传送带的上方沿着传送带的运行方向依次设有短路测试装置和自动打标装置，短路测试装置包括万用表和用于驱动万用表的正表笔和负表笔上下移动的第五驱动装置。
[0008]本发明还提供了一种电芯卷绕成型方法，它包括以下步骤: (1)、设定转塔上的三个芯轴依次为第一芯轴、第二芯轴和第三芯轴，将正极放料机构上的正极带依次绕过若干个导向辊后固定在正极送料机构上，将负极放料机构上的负极带依次绕过若干个导向辊后固定在负极送料机构上，将第一隔膜和第二隔膜分别依次绕过若干个导向辊后卷绕在第一芯轴上并通过压辊压住；
(2)、控制第一隔膜和第二隔膜在第一芯轴卷绕X圈；
(3)、第一芯轴停止转动,通过正极送料机构和负极送料机构将正极带和负极带送至第一芯轴，并且使得负极带、第二隔膜、正极带和第一隔膜从内到外依次层叠在第一芯轴上，然后第一芯轴开始转动，通过第一芯轴的转动使得负极带、第二隔膜、正极带和第一隔膜依此层叠并卷绕在第一芯轴上形成第一电芯，当第一电芯直径达到要求时，第一芯轴停止转动；
(4 )、通过切刀切断正极带和负极带，正极送料机构和负极送料机构分别将正极带和负极带固定；
(5)、转塔转动120度，通过切刀切断两个隔膜；
(6)、通过胶带送料机构将胶带放料机构上的胶带送至第一电芯，第一芯轴开始转动，第一芯轴转动时胶带对第一电芯进行贴胶，胶带卷绕电芯Y圈后，通过切刀切断胶带，并且此时胶带送料机构将胶带固定；
(7)、转塔转动120度，对在第一电芯上卷绕成型的电芯进行取料，并重新放置芯轴；
(8)、当步骤(5)中转塔转动120度时，第二芯轴到达步骤(I)中第一芯轴的位置，压辊将两个隔膜压在第二芯轴上，第二芯轴按照步骤(2)到步骤(7)进行电芯卷绕成型；当步骤
(7)中转塔转动120度时，第三芯轴到达步骤(I)中第一芯轴的位置，压辊将两个隔膜压在第三芯轴上，第三芯轴按照步骤(2)到步骤(7)进行电芯卷绕成型。
[0009]作为优选，对加工完成的电芯进行取料时，通过第三驱动装置带动接料盘到达转塔下方，然后通过第四驱动装置控制转轴回缩，使得转轴脱离芯轴，使得电芯掉落到接料盘上，然后通过第三驱动装置带动接料盘到达称重托盘上，接料盘翻转将电芯倒入称重托盘内，通过称重托盘对电芯进行称重。
[0010]作为优选，在称重托盘对电芯进行称重后，通过机械手将称重托盘内的电芯取出并放入传送带上的放料槽内，依次通过短路测试装置和自动打标装置对电芯进行短路测试和打标。
[0011]采用以上结构和方法后，本发明与现有技术相比，具有以下的优点:
通过本发明电芯卷绕成型装置及采用该装置的电芯卷绕成型方法，可以通过转塔实现在第一芯轴、第二芯轴和第三芯轴上连续卷绕电芯成型，使得不需要电极切片的工序，使得电芯生产的工序简化，使得电芯生产效率较高，而且不再需要电极切片设备，降低了电芯成型的设备成本。
[0012]而且，由于正极放料机构和负极放料机构均可通过换卷机构实现自动换卷，进一步提闻了生广效率。
[0013]而且，由于正极放料机构和负极放料机构均带有纠偏器，可以保证卷绕成型的电芯端面的对齐度和平行度。
[0014]而且，可以通过接料盘自动将卷绕成型的电芯放入称重托盘进行称重，然后可以通过机械手将称重完成的电芯放到传送带上，通过短路测试装置和自动打标装置自动对电芯进行短路测试和打标，使得可以对电芯进行自动称重、短路测试、打标，不需要人工操作，使得生产效率较高。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1是本发明电芯卷绕成型装置的结构示意图。
[0016]其中，1、正极放料机构；2、负极放料机构；3、第二隔膜放料机构；4、第一隔膜放料机构；5、胶带放料机构；6、转塔；601、转臂；602、芯轴；7、切刀；8、压辊；9、称重托盘；10、接料盘；11、传送带；1101、放料槽；12、短路测试装置；13、自动打标装置；14、放料卷；15、自动换卷机构；1501、第一固定件；1502、第二固定件；1503、贴胶装置；16、纠偏器；17、正极送料机构；18、负极送料机构；19、胶带送料机构；20、机械手；21、第一料盘；22、第二料盘；23、第三料盘；24、第四料盘；25、第五料盘；26、第六料盘；27、第七料盘；28、第八料盘。
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细地说明。
[0018]由图1所示，本发明电芯卷绕成型装置，它包括转塔6、正极放料机构1、正极送料机构17、负极放料机构2、负极送料机构18、第一隔膜放料机构4、第二隔膜放料机构3、胶带放料机构5、胶带送料机构19、切刀7和至少一个压辊8，可以理解的，电芯卷绕成型装置还包括必要的控制设备来控制其工作。
[0019]转塔包括三个转臂601和用于驱动三个转臂601转动的第一驱动装置，第一驱动装置为第一电机，三个转臂601的一端均与第一电机的输出轴垂直固定，第一电机用于带动三个转臂601转动，每个转臂601上均设有转轴、套设在转轴上并由转轴带动而转动的芯轴602、用于驱动转轴转动的第二驱动装置，第二驱动装置为第二电机，第二电机的输出轴与对应的转轴传动连接，也就是说各自转臂601上的第二电机的输出轴与转轴传动连接，第二电机带动转轴转动，转轴转动时带动套设在该转轴上的芯轴602转动。
[0020]正极放料机构I包括可转动连接于机座上的第一料盘21，第一料盘21用于装载卷绕成盘状的正极带，正极带通过第一料盘21的转动被放出。
[0021]正极送料机构17为用于夹持正极带并将正极带拉向芯轴602的对辊牵引机构。
[0022]负极放料机构2包括可转动连接于机座上的第二料盘22，第二料盘22用于装载卷绕成盘状的负极带，负极带通过第二料盘22的转动被放出。
[0023]负极送料机构18为用于夹持负极带并将负极带拉向芯轴602的对辊牵引机构。
[0024]第一隔膜放料机构4包括可转动连接于机座上的第三料盘23，第三料盘23用于装载卷绕成盘状的第一隔膜，第一隔膜通过第三料盘23的转动被放出并卷绕在芯轴602上。
[0025]第二隔膜放料机构3包括可转动连接于机座上的第四料盘24，第四料盘24用于装载卷绕成盘状的第二隔膜，第二隔膜通过第四料盘24的转动被放出并卷绕在芯轴602上，负极带、第二隔膜、正极带和第一隔膜依序放置，通过芯轴602的转动使得负极带、第二隔膜、正极带和第一隔膜依此层叠并卷绕在芯轴602上形成电芯。
[0026]胶带放料机构5包括可转动连接于机座上的第五料盘25和第六料盘26，第五料盘25和第六料盘26均用于装载卷绕成盘状的两卷胶带，两卷胶带分别通过第五料盘25和第六料盘26的转动被放出。[0027]胶带送料机构19为用于夹持两条胶带并将两条胶带拉向卷绕成型的电芯的对辊牵引机构，两条胶带分别将电芯的正极和负极固定。
[0028]切刀7用于切断正极带、负极带、第一隔膜、第二隔膜和胶带，切刀7安装在机座上，机座上还设有用于驱动切刀移动的驱动机构。
[0029]压辊8用于将第一隔膜和第二隔膜压在芯轴602上，当切断第一隔膜和第二隔膜后，压辊8将第一隔膜和第二隔膜压在下一个芯轴602上，在该芯轴602上继续卷绕。
[0030]所述的正极放料机构I还包括第七料盘27，所述的正极放料机构I包括两个放料卷14、一个自动换卷机构15和分别用于调整从两个放料卷14放出的正极带的位置的两个纠偏器16，也就是说第一料盘21和第七料盘27分别用于装载卷绕成盘状的两卷正极带即两个放料卷14，自动换卷机构15包括第一固定件1501和第二固定件1502，第一固定件1501和第二固定件1502之间设有间隙，第一固定件1501上设有贴胶装置1503，贴胶装置1503包括胶带纸、用于固定胶带纸的固定板和用于驱动固定板移动的气缸，气缸推动固定板移动，以使得胶带移动，其中一个放料卷14上的正极带穿过第一固定件1501和第二固定件1502之间的间隙，并且相应的设有用于检测该放料卷14的直径的光感器，其中另一个放料卷14上的正极带连接在贴胶装置1503的胶带纸上，在正极放料机构I使用时，当光感器检测到其中一个放料卷14的直径减小到一定值，此时表明该放料卷14上的正极带马上将用完，此时贴胶装置1503将胶带纸推出，胶带纸将其中一个放料卷14上的正极带的末端和其中另一个放料卷14上正极带的前端连接在一起，此时其中另一个放料卷14继续放出正极带，可以保证该正极放料机构I继续工作，两个纠偏器16可以分别用于纠正从两个放料卷放出的正极带的位置，保证正极带的位置始终不偏斜；负极放料机构2还包括第八料盘28，负极放料机构2的结构、工作原理与上述正极放料机构I完全相同，不作详述。
[0031]所述的电芯卷绕成型装置还包括称重托盘9、可自动翻转倒料的接料盘10、用于带动接料盘10在称重托盘9上方和转塔6下方来回移动的旋转气缸，每个转臂601上均设有用于驱动转轴伸缩的伸缩气缸，当需要取下卷绕成型的电芯时，通过旋转气缸将接料盘10移动到电芯下方，然后通过伸缩气缸带动转轴回缩，此时原本套设在该转轴上的电芯掉落到接料盘10内，然后通过旋转气缸将接料盘10移动到称重托盘9上方，再使接料盘10翻转，接料盘10内的电芯被倒入称重托盘9内进行称重。
[0032]所述的电芯卷绕成型装置还包括传送带11，间隔设置在传送带11上的若干个放料槽1101、用于将称重托盘9上的电芯抓取到放料槽1101内的机械手20，传送带11的上方沿着传送带11的运行方向依次设有短路测试装置12和自动打标装置13，短路测试装置12包括万用表和用于驱动万用表的正表笔和负表笔上下移动的气缸，自动打标装置为市面上常见的打标机，其由一个单体作用气缸构成，标头安装钢字模，通过气缸高速运动将钢字模冲击到电芯表面，在称重完成后，通过机械手将电芯从称重托盘9内抓取到放料槽1101内，通过传动带的移动带动电芯移动，当电芯移动到短路测试装置下方时，气缸推动正表笔和负表笔向下移动对电芯进行短路测试，当电芯移动到自动打标装置下方时，自动打标装置对电芯进行打标操作。
[0033]基于上述电芯卷绕成型装置，本发明还提供了一种电芯卷绕成型方法，它包括以下步骤:
(I)、设定转塔上的三个芯轴依次为第一芯轴、第二芯轴和第三芯轴，将正极放料机构上的正极带依次绕过若干个导向辊后夹持固定在正极送料机构上，将负极放料机构上的负极带依次绕过若干个导向辊后夹持固定在负极送料机构上，将第一隔膜和第二隔膜分别依次绕过若干个导向辊后卷绕在第一芯轴上并通过压辊压住，第一隔膜和第二隔膜层叠设置在电芯上并通过电芯的转动使得第一隔膜和第二隔膜层叠卷绕在电芯上；
(2)、控制第一隔膜和第二隔膜在第一芯轴卷绕5圈，也就是说当第一隔膜和第二隔膜固定在第一芯轴上后，控制第一芯轴转动5圈；
(3)、第一芯轴停止转动,通过正极送料机构和负极送料机构将正极带和负极带送至第一芯轴，也就是说正极送料机构将正极带拉向第一芯轴，负极送料机构将负极带拉向第一芯轴，并且使得负极带、第二隔膜、正极带和第一隔膜从内到外依次层叠在第一芯轴上，然后控制第一芯轴开始转动，通过第一芯轴的转动使得负极带、第二隔膜、正极带和第一隔膜依此层叠并卷绕在第一芯轴上形成第一电芯，当第一电芯直径达到要求时，第一芯轴停止转动，第一电芯的直径可以通过设置光感器来检测；
(4)、驱动切刀移动，通过切刀切断正极带和负极带，正极带和负极带被切断后，正极送料机构和负极送料机构分别将正极带和负极带的端部夹持并固定；
(5)、转塔转动120度，转塔转动到位后，驱动切刀移动，通过切刀切断两个隔膜；
(6)、通过胶带送料机构将胶带放料机构上的两条胶带分别送至第一电芯的正极端和负极端，第一芯轴开始转动，第一芯轴转动时胶带对第一电芯进行贴胶，也就是说两条胶带分别将电芯的正极端和负极端固定，胶带卷绕电芯一圈半后，也就是说第一芯轴转动一圈半后，驱动切刀移动，通过切刀切断两条胶带，胶带被切刀切断后，胶带送料机构将胶带夹持并固定；
(7)、转塔转动120度，对在第一电芯上卷绕成型的电芯进行取料，取料完成后，在原来第一芯轴的位置上重新放置新的芯轴；
(8)、当步骤(5)中转塔转动120度时，第二芯轴到达步骤(I)中第一芯轴的位置，压辊将第一隔膜和第二隔膜压在第二芯轴上(此时如果第二芯轴转动，就可以将第一隔膜和第二隔膜卷绕在第二芯轴上)，第二芯轴按照步骤(2)到步骤(7)进行电芯卷绕成型；当步骤
(7)中转塔转动120度时，第三芯轴到达步骤(I)中第一芯轴的位置，压辊将两个隔膜压在第三芯轴上(此时如果第三芯轴转动，就可以将第一隔膜和第二隔膜卷绕在第三芯轴上)，第三芯轴按照步骤(2)到步骤(7)进行电芯卷绕成型，也就是说通过上述方法，可以实现在转塔的三个转臂上电芯的连续卷绕。
[0034]对加工完成的电芯进行取料时，通过第三驱动装置带动接料盘到达转塔下方，然后通过第四驱动装置控制转轴回缩，使得转轴脱离芯轴，使得电芯掉落到接料盘上，然后通过第三驱动装置带动接料盘到达称重托盘上，接料盘翻转将电芯倒入称重托盘内，通过称重托盘对电芯进行称重。
[0035]在称重托盘对电芯进行称重后，通过机械手将称重托盘内的电芯取出并放入传送带上的放料槽内，依次通过短路测试装置和自动打标装置对电芯进行短路测试和打标。
【权利要求】
1.一种电芯卷绕成型装置，其特征在于，它包括: 转塔(6)，其包括三个转臂(601)和用于驱动三个转臂(601)转动的第一驱动装置，每个转臂(601)上均设有转轴、套设在转轴上并由转轴带动而转动的芯轴(602 )、用于驱动转轴转动的第二驱动装置； 正极放料机构(I )，正极带通过正极放料机构(I)被放出； 正极送料机构(17)，其用于将从正极放料机构(I)获取的正极带送至芯轴(602)； 负极放料机构(2),负极带通过负极放料机构(2)被放出； 负极送料机构(18)，其用于将从负极放料机构(2)获取的负极带送至芯轴(602)； 第一隔膜放料机构(4)，第一隔膜通过第一隔膜放料机构(4)被放出并卷绕在芯轴(602)上； 第二隔膜放料机构(3)，第二隔膜通过第二隔膜放料机构(3)被放出并卷绕在芯轴(602)上，通过芯轴(602)的转动使得负极带、第二隔膜、正极带和第一隔膜依此层叠并卷绕在芯轴(602)上形成电芯； 胶带放料机构(5 ),胶带通过胶带放料机构(5 )被放出； 胶带送料机构(19)，其用于将从胶带放料机构(5)获取的胶带送至卷绕成型的电芯上； 切刀(7)，其用于切断正极带、负极带、第一隔膜、第二隔膜和胶带； 和至少一个压辊(8)，其用于将`第一隔膜和第二隔膜压在芯轴(602)上。
2.根据权利要求1所述的电芯卷绕成型装置，其特征在于:所述的正极放料机构(I)和负极放料机构(2)均包括两个放料卷(14)、一个自动换卷机构(15)和分别用于调整从两个放料卷(14)放出的正极带或负极带的位置的两个纠偏器(16)，自动换卷机构(15)包括第一固定件(1501)和第二固定件(1502)，第一固定件(1501)和第二固定件(1502)之间设有间隙，第一固定件(1501)上设有贴胶装置(1503)，其中一个放料卷(14)上的正极带或负极带穿过第一固定件(1501)和第二固定件(1502)之间的间隙，并且设有用于检测该放料卷(14)的直径的检测装置，其中另一个放料卷(14)上的正极带或负极带连接在贴胶装置(1503)上。
3.根据权利要求2所述的电芯卷绕成型装置，其特征在于:它还包括称重托盘(9)、可自动翻转倒料的接料盘(10)、用于带动接料盘(10)在称重托盘(9)上方和转塔(6)下方来回移动的第三驱动装置，每个转臂(601)上均设有用于驱动转轴伸缩的第四驱动装置。
4.根据权利要求3所述的电芯卷绕成型装置，其特征在于:它还包括传送带(11)，间隔设置在传送带(11)上的若干个放料槽(1101)、用于将称重托盘(9)上的电芯抓取到放料槽(1101)内的机械手(20)，传送带(11)的上方沿着传送带(11)的运行方向依次设有短路测试装置(12 )和自动打标装置(13)，短路测试装置(12 )包括万用表和用于驱动万用表的正表笔和负表笔上下移动的第五驱动装置。
5.一种电芯卷绕成型方法，其特征在于，它包括以下步骤: (I)、设定转塔上的三个芯轴依次为第一芯轴、第二芯轴和第三芯轴，将正极放料机构上的正极带依次绕过若干个导向辊后固定在正极送料机构上，将负极放料机构上的负极带依次绕过若干个导向辊后固定在负极送料机构上，将第一隔膜和第二隔膜分别依次绕过若干个导向辊后卷绕在第一芯轴上并通过压辊压住；(2)、控制第一隔膜和第二隔膜在第一芯轴卷绕X圈； (3)、第一芯轴停止转动,通过正极送料机构和负极送料机构将正极带和负极带送至第一芯轴，并且使得负极带、第二隔膜、正极带和第一隔膜从内到外依次层叠在第一芯轴上，然后第一芯轴开始转动，通过第一芯轴的转动使得负极带、第二隔膜、正极带和第一隔膜依此层叠并卷绕在第一芯轴上形成第一电芯，当第一电芯直径达到要求时，第一芯轴停止转动； (4)、通过切刀切断正极带和负极带，正极送料机构和负极送料机构分别将正极带和负极带固定； (5)、转塔转动120度，通过切刀切断两个隔膜； (6)、通过胶带送料机构将胶带放料机构上的胶带送至第一电芯，第一芯轴开始转动，第一芯轴转动时胶带对第一电芯进行贴胶，胶带卷绕电芯Y圈后，通过切刀切断胶带，并且此时胶带送料机构将胶带固定； (7)、转塔转动120度，对在第一电芯上卷绕成型的电芯进行取料，并重新放置芯轴； (8)、当步骤(5)中转塔转动120度时，第二芯轴到达步骤(1)中第一芯轴的位置，压辊将两个隔膜压在第二芯轴上，第二芯轴按照步骤(2)到步骤(7)进行电芯卷绕成型；当步骤(7)中转塔转动120度时，第三芯轴到达步骤(1)中第一芯轴的位置，压辊将两个隔膜压在第三芯轴上，第三芯轴按照步骤(2)到步骤(7)进行电芯卷绕成型。
6.根据权利要求5所述的电芯卷绕成型方法，其特征在于:对加工完成的电芯进行取料时，通过第三驱动装置带动接料盘到达转塔下方，然后通过第四驱动装置控制转轴回缩，使得转轴脱离芯轴，使得电芯掉落到接料盘上，然后通过第三驱动装置带动接料盘到达称重托盘上，接料盘翻转将电芯倒入称重托盘内，通过称重托盘对电芯进行称重。
7.根据权利要求6所述的电芯卷绕成型方法，其特征在于:在称重托盘对电芯进行称重后，通过机械手将称重托盘内的电芯取出并放入传送带上的放料槽内，依次通过短路测试装置和自动打标装置对电芯进行短路测试和打标。
【文档编号】H01G13/02GK103762098SQ201410012002
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2014年1月10日 优先权日:2014年1月10日
【发明者】胡浩, 傅冠生, 阮殿波, 张洪权, 陈照平, 吴震寰 申请人:宁波南车新能源科技有限公司