一种电芯卷绕装置的制作方法

本实用新型涉及电池生产设备技术领域，具体为一种电芯卷绕装置。

背景技术：

在电池生产过程中，需要卷绕电芯，电芯在卷针上卷绕完成后，需要下料。下料时，卷针需要从电芯中拔出，方便下料机构取下电芯。传统设备中，卷绕电芯时，驱动部件驱动同步带轮，通过同步带轮传动，带动卷针自转。同步带轮响应速度慢、波动影响高。

另外，卷针插拔是通过拨叉锁住卷针处的拨叉接头带动卷针完成插、拔动作。由于拨叉需要气缸推动下降，其结构复杂、控制繁琐，从而进一步影响响应速度。尤其是在多卷针环境下，每个卷针对应一个工位，相应地需要完成卷绕、贴胶、下料等工作，为配合各个工位的工作节拍，提高工作效率，传统机构会在下料工位设置一个拔针拨叉，负责拔出卷绕好的电芯内的卷针，而在起始工位设置一个插针拨叉，负责把卷针插回卷绕位置。完成拔、插动作后，拨叉还需要回到原位，步骤多、流程复杂。

技术实现要素：

本实用新型针对现有技术中存在的不足，提供一种电机直驱卷针自转、独立驱动卷针插拔的新型电芯卷绕装置，结构简单、响应速度快。

为了实现上述技术目的，本实用新型的技术方案具体如下：

一种电芯卷绕装置，包括至少一个卷针,以及与卷针配套设置的卷针自转机构和卷针插拔机构；

所述卷针自转机构包括花键轴和自转驱动部件；所述花键轴一端通过卷针轴套与卷针相连，另一端连接自转驱动部件；所述自转驱动部件驱动花键轴带动卷针自转；

所述卷针插拔机构包括连接杆和插拔驱动部件；所述连接杆通过轴承座与卷针相连；所述轴承座套设在卷针轴套上；所述插拔驱动部件连接并驱动连接杆带动卷针做插拔运动。

进一步地，所述花键轴为高扭矩型滚珠花键轴。

进一步地，所述自转驱动部件为直驱电机；所述直驱电机为中空电机，其转子内部是中空的；所述花键轴插设在中空转子中；所述直驱电机驱动花键轴旋转，且花键轴能在中空转子中沿自身轴向运动。

进一步地，所述插拔驱动部件为气缸。

进一步地，所述插拔驱动部件为伺服电机；所述连接杆为滚珠丝杆。

进一步地，所述卷针插拔机构还包括分别设于伺服电机输出端和连接杆靠近伺服电机的一端的两个齿轮；两个所述齿轮啮合，伺服电机通过齿轮传动，带动连接杆运动。

进一步地，所述卷针插拔机构还包括导向部件；所述导向部件平行于花键轴，能够给花键轴做插拔运动时提供更稳定的导向。

进一步地，所述卷针插拔机构还包括限位组件；所述限位组件包括与花键轴平行设置的固定杆、固定设置在固定杆两端的上连杆和下连杆、以及数个光电传感器；数个所述光电传感器分别设于上连杆下端和下连杆上端。

进一步地，所述卷针数量多于一个时，还包括卷针公转机构；所述卷针公转机构包括第一转盘、数根公转支撑杆、第二转盘、公转从动齿轮、公转底板和公转驱动部件；数根所述公转支撑杆沿第一转盘和第二转盘边缘均匀排布，连接第一转盘和第二转盘；所述第二转盘远离第一转盘的一面安装有公转从动齿轮；所述公转从动齿轮通过垫块连接公转底板；所述公转驱动部件输出端安装有公转驱动齿轮；所述公转驱动齿轮与公转从动齿轮啮合。

进一步地，所述自转驱动部件和插拔驱动部件安装在公转底板上；与自转驱动部件相连的花键轴、以及与插拔驱动部件相连的连接杆穿过公转底板、公转从动齿轮和第二转盘；所述第一转盘上对应地开设有供卷针插拔时穿过的穿孔。

进一步地，所述导向部件和固定杆设于第一转盘和第二转盘之间，并连接着第一转盘和第二转盘。

本实用新型的有益效果是：

(1)电机直驱卷针自转完成电芯卷绕，响应速度快，并且能够减小速度对极片产生的波动；

(2)通过卷针插拔机构驱动卷针完成插、拔动作，控制更精准、响应速度快，能够简化动作，从而有效减少卷绕过程中的辅助时间。

附图说明

图1是本实用新型一个实施例的结构示意图；

图2是本实用新型一个实施例的限位组件结构示意图；

图3是本实用新型另一个实施例的结构示意图。

以上附图的附图标记为：1-卷针、10-卷针自转机构、11-花键轴、12-自转驱动部件、13-卷针轴套、14-电机座、15-编码器、16-感应棒、17-套筒、18-光电感应片、20-卷针插拔机构、21-连接杆、22-插拔驱动组件、23-轴承座、231-挡块、232-感应板、24-导向部件、25-齿轮、26-限位组件、261-固定杆、262-上连杆、263-下连杆、264-光电传感器、30-卷针公转机构、31-第一转盘、32-第二转盘、33-公转支撑杆、34-公转从动齿轮、35-公转底板、36-公转驱动部件、37-公转驱动齿轮。

具体实施方式

为了进一步说明本实用新型的原理和结构，现结合附图对本实用新型的实施方式作详细说明。此外，下文中的优选实施方式仅仅是本实用新型的部分实施例，并不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，都属于本实用新型的保护范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、左、右、上、下”、“横向、竖向、垂直、竖直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本实用新型的范围。

如图1所示，在本实用新型的一个实施例中，提供了一种电芯卷绕装置，它包括至少一个卷针1，以及与卷针1配套设置的卷针自转机构10和卷针插拔机构20。卷针自转机构10用于驱动卷针1自转，在卷针1上完成电芯的卷绕。电芯卷绕结束后，卷针插拔机构20驱动卷针1从电芯中拔出，方便下料机构取下电芯并将之输送到下一个工序的设备中。电芯取下后，卷针插拔机构20会再驱动卷针1回到初始工位，开始新一轮的电芯卷绕。

其中，卷针自转机构10包括花键轴11和自转驱动部件12。花键轴11一端通过卷针轴套13与卷针1相连，另一端连接自转驱动部件12。自转驱动部件12驱动花键轴11旋转，从而带动卷针1自转。

优选地，本实用新型使用的自转驱动部件12为直驱电机，且该直驱电机为中空电机，其转子内部是中空的，花键轴11就插设在中空转子中。使用时，直驱电机直接驱动花键轴11旋转。同时，花键轴11能在中空转子中沿自身轴向活动，也就是说，当花键轴11同卷针1做插拔运动时，花键轴11能够在中空转子中进出，从而实现卷针1的插拔。

进一步地，本实用新型使用的花键轴11为高扭矩型滚珠花键轴，一根轴就能够承受扭矩方向和径向方向的负荷，刚性高、定位精度好，既能够起到连接作用，又能辅助卷针插拔机构20，起到导向作用。为了配合该花键轴11，自转驱动部件12所采用的中空电机，其中空转子的孔径和内花键槽与花键轴11对应设置，以方便花键轴11活动。

另外，卷针插拔机构20包括连接杆21和插拔驱动部件22。连接杆21通过轴承座23与卷针1相连，轴承座23套设在卷针轴套13上。通过轴承座23，卷针1自转时，不会影响到卷针插拔机构20。插拔驱动部件22的输出端与连接杆21相连，能够驱动连接杆21带动卷针1做插拔运动。

进一步地，为了提供更稳定的导向，卷针插拔机构20还包括导向部件24。导向部件24平行于花键轴11设置，能够给卷针1做插拔运动时提供导向。可选的，导向部件24可以是导轨，也可以是导向杆。导向部件24为导轨时，卷针轴套13上配套设置有滑块，该滑块与导轨轨道连接。为了简化结构，如图1所示，导向部件24优选为导向杆，导向杆通过轴套穿设在轴承座23一端。使用时，插拔驱动部件22驱动连接杆21，从而带动卷针1沿导向杆做插拔运动。

进一步地，插拔驱动部件22可以选用气缸。气缸的输出端与连接杆21相连，直接驱动连接杆21，从而带动卷针1做插拔运动。

进一步地，插拔驱动部件22可以选用伺服电机，与伺服电机相连的连接杆21为滚珠丝杆。根据滚珠丝杆的特性，利用螺杆和螺帽的配合，当伺服电机驱动螺杆旋转时，螺帽可沿螺杆做往复直线运动。同时，轴承座23一侧与螺帽固定连接，螺帽运动时，会带动轴承座23，从而联动花键轴11、卷针1沿滚珠丝杆的轴向，也就是导向部件24做插拔运动。

使用时，自转驱动部件12(中空电机)驱动花键轴11旋转，使得卷针1自转完成电芯的卷绕。卷绕好的电芯下料时，插拔驱动部件22驱动连接杆21,带动花键轴11、卷针1从电芯中拔出，与此同时，花键轴11收入中空电机的中空转子中，方便下料机构取下电芯。电芯取下后，插拔驱动部件22驱动花键轴11、带动卷针1回到原工位，开始新一轮的电芯卷绕。

如图2所示，为了提高设备使用的安全性，卷针插拔机构20还包括限位组件26。所述限位组件26包括机械限位组件和电气限位组件。机械限位组件包括与花键轴11平行设置的固定杆261，和固定设置在固定杆261两端的上连杆262和下连杆263；电气限位组件为光电传感器264。一般来说，光电传感器264有三个，分别设于上连杆262下端和下连杆263上端，代表上限位、下限位和原点。为了配合限位组件26，在轴承座23下端设有挡块231。挡块231向外突出，作为与上连杆262和下连杆263配合硬限位。当卷针1做插拔运动时，若走出极限位置，挡块231会被上连杆262或下连杆263挡住，使得整个卷针1无法继续前进。同时，在挡块231末端设有感应板232，感应板232能与光电传感器264感应端感应接触。

如图3所示，为了提高工作效率，在本实用新型另一个实施例中，卷针1的数量多于一个。每一个卷针1都处于一个不同的工位，在不同的工位上完成电芯的卷绕、贴胶和下料等工序。为了变换工位，以完成不同的工序，本实用新型还包括卷针公转机构30。数套卷针1、以及分别与卷针1配套的卷针自转机构10和卷针插拔机构20设置在卷针公转机构30上。卷针公转机构30旋转一次变换一个工位，带动数套卷针1依次走过各个工位完成电芯的卷绕收尾，最终下料。

卷针公转机构30包括第一转盘31、数根公转支撑杆33、第二转盘32、公转从动齿轮34、公转底板35和公转驱动部件36。

为了连接第一转盘31和第二转盘32，数根公转支撑杆33沿第一转盘31和第二转盘32的边缘均匀排布。相较于在第一转盘31和第二转盘32中间设置一根主连接轴，多根公转支撑杆33连接在边缘能够提高连接的刚性。在第二转盘32远离第一转盘31的一面安装有公转从动齿轮34，公转从动齿轮34通过垫块连接公转底板35。公转底板35用作基板，用以安装卷针自转机构10和卷针插拔机构20，而垫块能够起到减震、缓冲作用，提高整套设备的稳定性。公转驱动部件36的输出端安装有公转驱动齿轮37，公转驱动齿轮37与公转从动齿轮34啮合。转动变换工位时，公转驱动部件36通过啮合的公转驱动齿轮37和公转从动齿轮34传动，带动公转底板35、第二转盘32和第一转盘31转动。

具体地，公转驱动部位36为电机驱动减速器，进而驱动公转驱动齿轮37转动。

具体地，自转驱动部件12和插拔驱动部件22安装在公转底板35上，而与自转驱动部件12相连的花键轴11、以及与插拔驱动部件22相连的连接杆21穿过公转底板35、公转从动齿轮34和第二转盘32。

具体地，该实施例选用的连接杆21为滚珠丝杆，由于滚珠丝杆由伺服电机驱动旋转，为了提高设备的稳定性，滚珠丝杆不与伺服电机相连的一端通过轴承设置在第一转盘31上。也就是说，滚珠丝杆转动支撑着第一转盘31。同时，为了方便卷针1的插拔，第一转盘31上对应地开设有供卷针1插拔时穿过的穿孔，卷针1可以从穿孔中穿过。

进一步地，在多工位情况下，为了优化空间，合理安排公转底板35上自转驱动部件12(直驱电机)和插拔驱动部件22(伺服电机)的排布，在伺服电机输出端和连接杆21靠近伺服电机的一端的两个齿轮25。这两个齿轮25啮合，伺服电机通过齿轮25传动，带动连接杆21活动。这样，就不需要顾虑直驱电机和伺服电机的大小，使得卷针1和卷针插拔机构20的位置相距过远，影响响应速度和质量。通过两个齿轮25的啮合连接，可以根据设备空间，合理安排卷针1和卷针插拔机构20，减小整机的空间占比、稳固设备结构、提高卷针1的响应速度。

进一步地，为了保护自转驱动部件12(直驱电机)，卷针自转机构10还包括电机座14。电机座14套设在直驱电机外，并固定设置在公转底板35上，从而固定直驱电机的位置。同时，卷针自转机构10还包括编码器15，用以监控、记录设备的运行，实现精确控制。编码器15设于直驱电机与花键轴11的连接处。在电机座14上设有编码器法兰，电机座14通过编码器法兰固定连接编码器15。

具体地，限位组件26设于第一转盘31和第二转盘32之间，其中，固定杆261两端抵接第一转盘31和第二转盘32，而上连杆262设于第一转盘31下方，下连杆263设于第二转盘上方。

具体地，导向部件24为导向杆。导向杆与连接杆21平行设于花键轴11两侧，并通过轴承座23与花键轴11相连，给花键轴11连动卷针1做插拔动作时提供导向。同时，在轴承座23与导向杆穿套的孔内设有导套，一方面能够方便轴承座23沿导向杆活动，另一方面，还能减小摩擦，延长设备使用寿命。同样的，导向杆也设于第一转盘31和第二转盘32之间，其两端抵接第一转盘31和第二转盘32。

为了进一步提高限位精度，在花键轴11与自转驱动部件12(直驱电机)相连一端的终端设有感应棒16，而在自转驱动部件12(直驱电机)远离花键轴11的一端设有套筒17，在套筒17另一端设有光电感应片18。当花键轴11做插拔运动时，花键轴11可以深入中空电机中，进而深入套筒17中，若到达极限位置，感应棒16会与光电感应片18接触，触发警报。

本实用新型实施例的具体应用情况如下：

处于初始卷绕工位的自转驱动部件12(直驱电机)启动，驱动花键轴11旋转，带动卷针1自转，完成电芯的卷绕。电芯卷绕成型后，公转驱动部位36驱动第一转盘31转动，将处于初始卷绕工位的组件转至下一个工位(贴收尾胶)，该工位附近的其他机构对卷针1上的电芯进行贴胶。电芯贴胶后，公转驱动部位36驱动第一转盘31转动，将处于贴胶工位的组件转至下一个工位(下料)，该工位附近的下料机构夹住电芯，插拔驱动部件22(伺服电机)驱动卷针1从电芯中拔出，下料机构取下电芯。电芯取下后，公转驱动部位36驱动第一转盘31转动，将处于下料工位的组件转至下一个工位，插拔驱动部件22(伺服电机)再驱动卷针1伸回工位，一个流程结束，准备开始新一轮的电芯卷绕。在一套卷针1运作时，另外的卷针1分别在其他工位进行其各自流程的步骤，卷绕效率高。

尽管上面结合附图对本实用新型的优选实例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的。本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求保护的范围情况下，还可以作出很多形式的具体变换。故凡根据本实用新型精神实质所做的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。