熱電池單體電池的自動製備系統的製作方法
2023-12-06 09:40:11 3
專利名稱：熱電池單體電池的自動製備系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種自動控制技術領域的裝置，具體是一種熱電池單體電池的 自動製備系統。
背景技術：
在熱電池單體電池的生產過程中，必須對製備電池的四種粉末精確稱量， 同時對每片單體電池的重量精度、厚度精度、完整性、絕緣性等都有嚴格要求。 目前我國在熱電池單體電池生產中仍然採用手工操作，勞動強度大，效率低， 人力成本高，電池產品成型合格率低，單體電池之間的重量誤差比較大，且電 池粉末具有腐蝕性，手工操作對操作人員健康有損害。
經對現有技術的文獻檢索發現，專利申請號為20070180691的美國專利，
專禾U名稱為《Automated tracking and storage system for use with an
automated thermal battery manufacturing system》)(《用於自動熱電池制
造系統的自動傳輸與存儲系統》)，該專利提出了一種應用壓制、分層和包裝方
法進行熱電池製造的系統，應用傳輸、存儲和取回系統來傳輸各種成分以提高
電池的製造質量。但該發明針對的材料是小球型顆粒，而不是粉末型材料。
經檢索還發現，劉志堅等在《材料科學與工程》2002年20巻2期263至
250頁發表了文章《新型熱電池陽極Li-B合金的製備、性能與應用》，該文中介
紹了Li-B合金的合成機制、製備方法、顯微組織結構和物理化學性能，以及應
用情況的歷史與最新研究動態，側重於微觀顆粒的分析，但關於熱電池單體電
池的自動製備方法沒有任何描述。
發明內容
本發明的目的在於針對上述現有技術的不足，提出了一種熱電池單體電池 的自動製備系統，採用自動控制技術，實現對熱電池單體電池的自動攤片、自 動成型、自動脫模等操作，使單體電池重量誤差、厚度誤差、成品合格率等指 標限制在一定的範圍內，提高效率，降低成本，不僅可以用於熱電池單體電池
的製備，還可以推廣到其它粉末狀單體成型體的製備領域。
本發明是通過如下技術方案實現的，本發明包括控制系統、壓機系統、 檢測系統、自動攤粉系統、自動壓平系統、石棉圈上料系統、機械手、大轉臺、 滾珠絲槓模具、滾珠絲槓模具的固定裝置，其中
大轉臺的邊緣設有若干個滾珠絲槓模具的固定裝置，滾珠絲槓模具的固定 裝置上部由機械手放置滾珠絲杆模具，自動攤粉系統、自動壓平系統、石棉圈 上料系統、滾珠絲槓模具的固定裝置均在機械手所能抓取的範圍內，自動攤粉 系統的數目與所需添加電池粉末的種類數相同，在大轉臺的周圍分別依次設有 初始工位、攤粉工位，壓平工位、加石棉圈工位，其中，在攤粉工位、壓平工 位、加石棉圈工位上，分別放置自動攤粉系統、自動壓平系統、石棉圈上料系 統，轉臺在控制系統控制下的旋轉過程中，大轉臺上的滾珠絲槓模具依次經過 上述工位，依次完成攤粉、壓平、加石棉圈等一系列工序；
控制系統分別與自動攤粉系統、自動壓平系統、石棉圈上料系統、檢測系 統、壓機系統、機械手、大轉臺相連，控制系統負責控制這些裝置的運行。
所述自動攤粉系統，包括粉末計量系統和餵料口，粉末計量系統根據控制 系統的控制指令稱取設定重量的粉末，並由餵料口將粉末均勻倒在滾珠絲槓模 員巾。
所述滾珠絲槓模具的固定裝置，包括小轉臺、直線位移臺、自動脫模系 統，直線位移臺沿徑向設置在大轉臺的邊緣，直線位移臺上設有小轉臺，小轉 臺上面設有自動脫模系統，滾珠絲槓模具放置在自動脫模系統上端。在自動攤 粉系統將粉末勻速注入滾珠絲槓模具時，小轉臺勻速轉動，直線位移臺同時勻 速直線前後移動，二者的同時運動使滾珠絲槓模具邊移動邊轉動，使得電池粉 末以近似螺旋形軌跡覆蓋在滾珠絲槓模具的型腔底面，保證粉末的平整。
所述自動壓平系統，其與自動攤粉系統的數量相同，均等於電池粉末的種 類數，自動壓平系統和粉末計量系統相互間隔設置，粉末計量系統向模具中添 加電池粉末，自動攤粉系統攤平電池粉末，自動壓平系統壓平電池粉末。
所述自動壓平系統，包括壓平直線位移臺、壓平電機、壓平零件，壓平 直線位移臺帶動壓平零件向下移動，壓平電機帶動壓平零件轉動，壓平零件邊
直線移動邊轉動，使粉末壓平。
所述石棉圈上料系統，包括石棉圈、石棉圈託盤、直線軸承、直線軸、
滾珠絲槓、滾珠絲槓副、步進電機、底座，其中，底座和滾珠絲槓通過軸承相
連，電機和滾珠絲槓相連，絲槓和絲杆副相連，石棉圈託盤和絲槓副相連。石
棉圈放在石棉圈託盤上，步進電機帶動絲槓轉動，絲槓副帶動石棉圈託盤向上
移動，使石棉圈上移一定距離，便於機械手定位抓取。
所述自動脫模系統，包括凸模、轉臺電機、轉臺、定位槽、外側電磁鐵、
轉盤、中心電磁鐵，其中，定位槽和轉臺固連，定位槽為環形結構，定位槽的
內側設有轉盤，轉盤也為環形結構，轉盤內側設有中心電磁鐵，轉盤與中心電
磁鐵固定連接，定位槽的邊緣設有外側電磁鐵，中心電磁鐵通電後和模具支撐
零件相連，外側電磁鐵通電後和模具定位零件相連，轉臺電機帶動轉盤轉動，
轉盤帶動模具支撐零件、絲槓、凹模底部零件一起轉動，凹模邊緣零件沿直線
軸向下移動，使得凹模型腔邊小，凸模和電池片先後從型腔中脫出，轉臺電機、
中心電磁鐵、外側電磁鐵均和控制系統相連接，並由其控制。
所述滾珠絲槓模具，包括直線軸承、直線軸、凹模邊緣零件、絲槓副、
絲槓、模具支撐零件、模具定位零件、凹模底部零件，其中，絲槓和模具支撐
零件以及凹模底部零件固定連接，絲杆副和絲杆螺紋連接，凹模邊緣零件和絲
槓副之間固定連接，凹模邊緣零件上設有兩個直線軸承，直線軸承與直線軸的
一端滑動連接，直線軸的另一端和模具定位零件固定連接，模具支撐零件通過
中心電磁鐵與轉盤相連，模具定位零件通過外側電磁鐵與定位槽相連。
本發明工作時，當大轉臺旋轉到初始工位時，由於該工位離機械手距離較 近，因此可用於機械手抓取滾珠絲槓模具，並放置在滾珠絲槓模具的固定裝置 中的自動脫模系統上，同時當大轉臺旋轉一周，分別經過將經過自動攤粉系統、 自動壓平系統、石棉圈上料系統，完成了攤粉、壓平、石棉圈上料工序，回到 了初始工位後，大轉臺不動，由機械手搬運滾珠絲槓模具到壓機系統上完成粉 末的壓製成型，壓制完畢後，機械手搬運壓制好的模具到滾珠絲槓模具的固定 裝置中的自動脫模系統上，由自動脫模系統完成自動脫模操作。
與現有技術相比，本發明具有如下有益效果
本發明取代了現有對電池片製備的手工操作，避免了電池粉末具有腐蝕性 介質對人身健康的損害；
本發明採用伺服控制，使得電池成型片的厚度、重量、外形、絕緣性、成 品率等指標都得到滿足，如採用精確度為20 ixm / 300咖左右的直線位移臺， 粉末攤平時間可小於10秒，使效率提高。如採用重複定位精度為士5 nm左右 的壓平直線位移臺，粉末壓平時間可小於8秒，使效率提高。如採用旋轉速度 為900° /sec左右的轉臺電機，脫模的時間可小於3秒，使效率提高。如採用 高精密級滾珠絲槓製作模具，電池片成品合格率將進一步提高。
本發明不僅可應用於電池粉末成型的製備工藝，還可推廣到其他粉末成型 產品的自動製備領域。
圖1為本發明的整體結構示意圖； 圖2為本發明中自動攤粉系統的結構示意圖； 圖3為本發明中自動壓平系統的結構示意圖； 圖4為本發明中石棉圈上料系統的結構示意圖； 圖5為本發明中自動脫模系統的結構示意圖一； 圖6為本發明中自動脫模系統的結構示意圖二； 圖7為本發明中滾珠絲槓模具的結構示意圖。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發明的實施例作詳細說明本實施例在以本發明技術方 案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的 保護範圍不限於下述的實施例。
如圖1所示，本實施例包括控制系統l、檢測系統2、壓機系統3、自動 攤粉系統4、滾珠絲槓模具的固定裝置5、大轉臺6、機械手7、石棉圈上料系 統8、自動壓平系統ll、滾珠絲槓模具12，其中
大轉臺6的邊緣設有若干個滾珠絲槓模具的固定裝置5，滾珠絲槓模具的固 定裝置5上部由機械手7放置滾珠絲杆模具12，自動攤粉系統4、自動壓平系 統11、石棉圈上料系統8、滾珠絲槓模具的固定裝置5均在機械手7所能抓取的
範圍內，自動攤粉系統4的數目與所需添加電池粉末的種類數相同，在大轉臺6 的周圍分別依次設有初始工位、攤粉工位，壓平工位、加石棉圈工位，其中， 在攤粉工位、壓平工位、加石棉圈工位上，分別放置自動攤粉系統4、自動壓平 系統11、石棉圈上料系統8，大轉臺6在控制系統1控制下的旋轉過程中，大 轉臺6上的滾珠絲槓模具12依次經過上述工位，依次完成攤粉、壓平、加石棉 圈等一系列工序；
控制系統1分別與自動攤粉系統4、自動壓平系統ll、石棉圈上料系統8、 檢測系統2、壓機系統3、機械手7、大轉臺6相連，控制系統l負責控制這些 裝置的運行。
所述機械手l，其一側設有模具區9，用於放置滾珠絲槓模具12。 所述自動攤粉系統4，包括粉末計量系統和餵料口，粉末計量系統根據控制
系統的控制指令稱取設定重量的粉末，並由餵料口將粉末均勻倒在滾珠絲槓模
具12中。
如圖2所示，所述滾珠絲槓模具的固定裝置5，包括小轉臺13、直線位 移臺14、自動脫模系統41，直線位移臺14沿徑向設置在大轉臺6的邊緣，直 線位移臺14上設有小轉臺13，小轉臺上面設有自動脫模系統41，滾珠絲槓模 具12放置在自動脫模系統41上端。在自動攤粉系統4將粉末勻速注入滾珠絲 槓模具12時，小轉臺13勻速轉動，直線位移臺14同時勻速直線前後移動，二 者的同時運動使滾珠絲槓模具12邊移動邊轉動，使得電池粉末以近似螺旋形軌 跡覆蓋在滾珠絲槓模具12的型腔底面，保證粉末的平整。
如圖3所示，所述自動壓平系統ll，包括壓平直線位移臺15、壓平電機 16、壓平零件17，其中，壓平直線位移臺15帶動壓平電機16和壓平零件17沿 直線移動，壓平電機16帶動壓平零件17轉動，壓平零件17邊直線移動邊轉動， 使粉末壓平。
如圖4所示，所述石棉圈上料系統8，包括石棉圈18、石棉圈託盤19、 直線軸承20、直線軸21、滾珠絲槓22、滾珠絲槓副23、步進電機24、底座25， 其中，步進電機24的軸與滾珠絲槓22固連，滾珠絲槓副23與直線軸21以及 石棉圈託盤19固連，步進電機24帶動滾珠絲槓22轉動，滾珠絲槓副23帶動
石棉圈託盤19向上直線移動，石棉圈託盤19推動石棉圈18向上直線移動，石
棉圈18移動到一定距離便於機械手7的定位抓取。
如圖5、圖6所示，所述自動脫模系統，包括凸模、轉臺電機34、轉臺
35、定位槽36、外側電磁鐵37、轉盤38、中心電磁鐵39,其中，定位槽36和
轉臺35固連，定位槽36為環形結構，定位槽36的內側設有轉盤38，轉盤38
也為環形結構，轉盤38內側設有中心電磁鐵39，轉盤38與中心電磁鐵39固定
連接，定位槽36的邊緣設有外側電磁鐵37，中心電磁鐵39通電後和模具支撐
零件32相連，外側電磁鐵37通電後和模具定位零件33相連，轉臺電機34帶
動轉盤38轉動，轉盤38帶動模具支撐零件32、絲槓31、凹模底部零件40 —
起轉動，凹模邊緣零件29沿直線軸28向下移動，使得凹模型腔邊小，凸模26
和電池片先後從型腔中脫出，轉臺電機34、中心電磁鐵39、外側電磁鐵37均
和控制系統l相連接，並由其控制。
如圖7所示，所述滾珠絲槓模具，包括直線軸承27、直線軸28、凹模邊 緣零件29、絲槓副30、絲槓31、模具支撐零件32、模具定位零件33、凹模底 部零件40。其中，絲槓31和模具支撐零件32以及凹模底部零件40固定連接， 絲杆副30和絲杆31螺紋連接，凹模邊緣零件29和絲槓副30之間固定連接， 凹模邊緣零件29上設有兩個直線軸承27，直線軸承27與直線軸28的一端直 線滑動連接，直線軸28的另一端和模具定位零件33固定連接，模具支撐零件 32通過中心電磁鐵39通電與轉盤38相連，模具定位零件33通過外側電磁鐵 37通電與定位槽36相連。
本發明自動製備方法的工作過程如下(以含有四種電池粉末的情況為例) 控制系統1控制機械手7從模具區9將滾珠絲槓模具12抓取並定位到大轉 臺6的初始工位，大轉臺6轉動到第一種電池粉末注入工位，粉末計量系統勻 速注入第一種電池粉末，小轉臺13勻速轉動，攤粉直線位移臺14同時勻速直 線移動，二者的同時運動使滾珠絲槓模具邊移動邊轉動，使得電池粉末以近似 螺旋形軌跡覆蓋在滾珠絲槓模具12的型腔底面，從而基本保證粉末的平整。攤 平後，大轉臺6轉到第一種粉末壓平工位，壓平直線位移臺15向下移動，壓平 電機16帶動壓平零件17轉動，壓平零件17與電池粉末接觸，壓平零件17邊
壓邊轉使電池粉末平整一致。壓平後，大轉臺6轉到第二種電池粉末注入工位， 同樣方法完成電池粉末的注入，攤平，壓平，大轉臺6轉到加石棉圈工位，機 械手7從石棉圈上料機處抓取石棉圈18，放置到滾珠絲槓模具12的第三層粉末 上，加完石棉圈後。大轉臺6轉到第四種粉末注入位置，同樣方法完成粉末注 入，攤平，壓平，大轉臺6轉到最終工位，機械手7從模具區9抓取凸模26放 置在滾珠絲槓模具12的型腔內，然後抓取整個模具到壓機系統3，壓機系統3 將電池粉末壓製成型，機械手7將整個模具抓取到大轉臺6的初始位置進行自 動脫模，機械手7將從滾珠絲槓模具12中脫出的凸模26放置到凸模的初始位 置，然後機械手7將從滾珠絲槓模具12中脫出的電池片放置到檢測系統2，進 行自動檢測，機械手7將電池片合格品放置到成品區，循環以上工步，可完成 多個電池片的自動製備，以上製備過程不限於四種電池粉末。
本實施例中，採用伺服控制，使得電池成型片的厚度、重量、外形、絕緣 性、成品率等指標都得到滿足，如採用精確度為20 um / 300腿左右的直線 位移臺，粉末攤平時間可小於10秒，使效率提高；如採用重複定位精度為士5 ym 左右的壓平直線位移臺，粉末壓平時間可小於8秒，使效率提高；如採用旋轉 速度為90(T /sec左右的轉臺電機，脫模的時間可小於3秒，使效率提高；如 採用高精密級滾珠絲槓製作模具，電池片成品合格率將進一步提高。
權利要求
1、一種熱電池單體電池的自動製備系統，其特徵在於，包括控制系統、壓機系統、檢測系統、自動攤粉系統、自動壓平系統、石棉圈上料系統、機械手、大轉臺、滾珠絲槓模具、滾珠絲槓模具的固定裝置，其中大轉臺的邊緣設有若干個滾珠絲槓模具的固定裝置，滾珠絲槓模具的固定裝置上部由機械手放置滾珠絲杆模具，自動攤粉系統、自動壓平系統、石棉圈上料系統、滾珠絲槓模具的固定裝置均在機械手所能抓取的範圍內，自動攤粉系統的數目與所需添加電池粉末的種類數相同，在大轉臺的周圍分別依次設有初始工位、攤粉工位，壓平工位、加石棉圈工位，其中，在攤粉工位、壓平工位、加石棉圈工位上，分別放置自動攤粉系統、自動壓平系統、石棉圈上料系統，轉臺在控制系統控制下的旋轉過程中，大轉臺上的滾珠絲槓模具依次經過上述工位，依次完成攤粉、壓平、加石棉圈等一系列工序；控制系統分別與自動攤粉系統、自動壓平系統、石棉圈上料系統、檢測系統、壓機系統、機械手、大轉臺相連，控制系統負責控制這些裝置的運行。
2、 根據權利要求l所述的熱電池單體電池的自動製備系統，其特徵是，所 述自動攤粉系統，包括粉末計量系統和餵料口，粉末計量系統根據控制系統的 控制指令稱取設定重量的粉末，並由餵料口將粉末均勻倒在滾珠絲槓模具中。
3、 根據權利要求l所述的熱電池單體電池的自動製備系統，其特徵是，所 述自動壓平系統，其與自動攤粉系統的數量相同，均等於電池粉末的種類數， 自動壓平系統和自動攤粉系統相互間隔設置。
4、 根據權利要求1或3所述的熱電池單體電池的自動製備系統，其特徵是， 所述自動壓平系統，包括壓平直線位移臺、壓平電機、壓平零件，壓平直線 位移臺帶動壓平零件向下移動，壓平電機帶動壓平零件轉動。
5、 根據權利要求l所述的熱電池單體電池的自動製備系統，其特徵是，所 述石棉圈上料系統，包括石棉圈、石棉圈託盤、直線軸承、直線軸、滾珠絲 槓、滾珠絲槓副、步進電機、底座，其中，底座和滾珠絲槓通過軸承相連，電 機和滾珠絲槓相連，絲槓和絲杆副相連，石棉圈託盤和絲槓副相連。石棉圈放 在石棉圈託盤上，步進電機帶動絲槓轉動，絲槓副帶動石棉圈託盤向上移動， 使石棉圈上移一定距離，便於機械手定位抓取。
6、 根據權利要求l所述的熱電池單體電池的自動製備系統，其特徵是，所 述滾珠絲槓模具的固定裝置，包括小轉臺、直線位移臺、自動脫模系統，直 線位移臺沿徑向設置在大轉臺的邊緣，直線位移臺上設有小轉臺，小轉臺上面設有自動脫模系統，滾珠絲槓模具放置在自動脫模系統上端。
7、 根據權利要求6所述的熱電池單體電池的自動製備系統，其特徵是，所述自動脫模系統，包括凸模、轉臺電機、轉臺、定位槽、外側電磁鐵、轉盤、 中心電磁鐵，其中，定位槽和轉臺固連，定位槽為環形結構，定位槽的內側設 有轉盤，轉盤也為環形結構，轉盤內側設有中心電磁鐵，轉盤與中心電磁鐵固 定連接，定位槽的邊緣設有外側電磁鐵，中心電磁鐵通電後和模具支撐零件相 連，外側電磁鐵通電後和模具定位零件相連，轉臺電機帶動轉盤轉動，轉盤帶 動模具支撐零件、絲槓、凹模底部零件一起轉動，凹模邊緣零件沿直線軸向下 移動，使得凹模型腔邊小，凸模和電池片先後從型腔中脫出，轉臺電機、中心 電磁鐵、外側電磁鐵均和控制系統相連接，並由其控制。
8、 根據權利要求l所述的熱電池單體電池的自動製備系統，其特徵是，所 述滾珠絲槓模具，包括直線軸承、直線軸、凹模邊緣零件、絲槓副、絲槓、 模具支撐零件、模具定位零件、凹模底部零件，其中，絲槓和模具支撐零件以 及凹模底部零件固定連接，絲杆副和絲杆螺紋連接，凹模邊緣零件和絲槓副之 間固定連接，凹模邊緣零件上設有兩個直線軸承，直線軸承與直線軸的一端滑 動連接，直線軸的另一端和模具定位零件固定連接，模具支撐零件通過中心電 磁鐵與轉盤相連，模具定位零件通過外側電磁鐵與定位槽相連。
全文摘要
一種電池製造技術領域的熱電池單體電池的自動製備系統，大轉臺的邊緣設有若干個滾珠絲槓模具的固定裝置，滾珠絲槓模具的固定裝置上部由機械手放置滾珠絲杆模具，自動攤粉系統、自動壓平系統、石棉圈上料系統、滾珠絲槓模具的固定裝置均在機械手所能抓取的範圍內，自動攤粉系統的數目與所需添加電池粉末的種類數相同，在大轉臺的周圍分別依次設有自動攤粉系統、自動壓平系統、石棉圈上料系統，轉臺在控制系統控制下的旋轉過程中，大轉臺上的滾珠絲槓模具依次經過上述工位，依次完成攤粉、壓平、加石棉圈等一系列工序；本發明採用伺服控制，使得電池成型片的厚度、重量、外形、絕緣性、成品率等指標都得到滿足。
文檔編號H01M10/04GK101383426SQ20081020161
公開日2009年3月11日 申請日期2008年10月23日 優先權日2008年10月23日
發明者莊 付, 嶽勝利, 詹世濤, 趙言正 申請人:上海交通大學