基于磁力驱动导轮的四轴主驱动紧凑型螺旋卷绕装置

技术领域

本发明涉及第二代高温超导材料生产技术领域，尤其是指一种基于磁力驱动导轮的四轴主驱动紧凑型螺旋卷绕装置。

背景技术

在第二代高温超导带材加工工艺的过程中，四轴螺旋卷绕装置成为提升生产效能的最佳方案，但现有结构均采用一边放卷一边控制速度，中间辅助运动，还是采用中间螺旋卷绕结构主驱动，两侧做张力控制，均成为制约走带质量的关键。

上述两种螺旋卷绕结构分别存在不足之处，具体如下：

1、当采用中间螺旋卷绕结构做辅助运动方案，则导轮全是灵活的轴承导轮结构，因会在放卷侧做张力恒定控制，收卷侧做恒定速度控制，导致会在收卷侧叠加其它摩檫力，导致收卷侧张力较大，放卷侧较小的问题，所以不利于选择薄基带进行工艺生产(容易卷边)，从而无法实现超导带材工程电流密度提升。

2、当采用中间螺旋卷绕结构做主驱动运动方案，则中间螺旋卷绕结构做主驱动，则基带的速度由螺旋卷绕结构决定,收卷和放卷侧均作恒张力控制，张力的大小两侧可以做到一致的小，这样就不易产生卷边。而要做到中间做主驱动，必须采用驱动导轮和轴基本同步，所以需要导轮和轴之间产生摩檫力或磁力或固定结构，否则不能产生驱动力，而采用固定结构因导轮加工外径不可能完全相同，导致如果采用固定结构，则稍长时运动后会导致基带积累释放，导致基带较大抖动和张力异常，从而损伤基带甚至影响工艺连续运行。

而且，在导轮传动中导轮的线速度取决于角速度和轮半径乘积V＝ω×R(在足够或一定压力之下产生足够的摩擦力)，但导轮加工肯定会有误差，例如第一道导轮直径大于第二道导轮大则会出现期间带子松则第一道导轮和基带放松，则减少第一道输运速度，带子会松，这样以第二道主驱稍小导轮速度匹配为主，反之第一道导轮小于第二导轮，如果没有磁力驱动导轮释放，则积累到一定时间则导轮会大于特定张力会突然释放，甚至崩坏基带，因为螺旋卷绕角度会变，如果突然释放，则可能基带产生侧向力太大，导致基带塑性变形，导致钢带不适用后续工艺运行，有荷叶边。

另外，在二代高温带材生产过程中，如何提升工艺效率成为带材产能提升必由之路，如果单道带材运行，则要达到工艺厚度，则系统的速度特别慢，工艺效率特别低，增加带材沉积面积，在对螺旋卷绕基带间隙要求不高的场合，同时需要张力比较均衡的场合，特别适用四轴螺旋卷绕张力驱动控制结构。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明公开了一种基于磁力驱动导轮的四轴主驱动紧凑型螺旋卷绕装置。

本发明所采用的技术方案如下：

一种四轴主驱动紧凑型螺旋卷绕装置，包括多个螺旋卷绕机构，多个螺旋卷绕机构按照环形结构布局，且所述环形结构设有四个拐点，其中四个所述螺旋卷绕机构设置在所述拐点处；

所述螺旋卷绕机构包括传动轴，所述传动轴上设置多个磁力驱动导轮，所述磁力驱动导轮包括同心设置的内圈和外圈，所述内圈和所述外圈之间径向设置多个的磁珠；所述磁珠为圆柱状，其一侧面为平面，其另一侧面圆弧状，所述磁珠的平面和所述外圈的内径贴合；

基带进入第一拐点处的磁力驱动导轮，再依次进入第二拐点处的对应的磁力驱动导轮、第三拐点处的对应的磁力驱动导轮和第四拐点处对应第一拐点处的磁力驱动导轮外侧的磁力驱动导轮，实现基带在所述环形结构的下方变轨。

其进一步的技术特征在于：所述螺旋卷绕机构的数量为四个，四个所述螺旋卷绕机构分别为第一螺旋卷绕机构、第二螺旋卷绕机构、第三螺旋卷绕机构和第四螺旋卷绕机构，所述第一螺旋卷绕机构和所述第三螺旋机构设置在同一水平面，所述第二螺旋卷绕机构和所述第四螺旋卷绕机构设置在同一水平面，所述第一螺旋卷绕机构和所述第二螺旋卷绕机构设置在同一垂直面，所述第三螺旋卷绕机构和所述第四螺旋卷绕机构设置在同一垂直面。

其进一步的技术特征在于：多个所述螺旋卷绕机构的磁力驱动导轮的数量相同。

其进一步的技术特征在于：所述内圈通过键槽固定于所述传动轴上。

其进一步的技术特征在于：所述内圈沿其周向均布开设圆柱状径向孔，所述径向孔用于安装所述磁珠。

其进一步的技术特征在于：所述磁力驱动导轮还包括盖板，所述盖板设置在所述磁珠之上，且所述盖板设置在所述内圈和所述外圈之间，所述盖板用于保护所述磁珠。

其进一步的技术特征在于：所述盖板通过紧固元件固定在所述内圈和所述外圈之间。

其进一步的技术特征在于：所述紧固元件为固定螺栓。

其进一步的技术特征在于：所述传动轴的一端设置同步带轮。

一种高温带材生产系统，包括放卷模块和收卷模块，在所述放卷机构和所述收卷机构之间设置上述所述的四轴主驱动紧凑型螺旋卷绕装置；所述放卷机构用于放卷基带，所述四轴主驱动紧凑型螺旋卷绕装置用于变轨卷绕基带，所述收卷机构用于收卷基带。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

本发明解决四轴螺旋卷绕驱动力及基带螺旋卷绕不同道基带张力均衡问题。

本发明中放卷侧有放卷盘、张力检测轴和前后导轮成固定夹角运行；中间采用螺旋卷绕轴，其中左侧上下两轴为主驱动轴，磁力驱动导轮采用具有驱动能力的导轮，右侧的上下轴为从动轴。

磁力驱动导轮全部采用灵活导轮，用于改变基带走向，同时转轴速度与主驱动轮转速一致，这样才能确保运行稳定，各传动导轮之间预留较小的间隙，确保在运转的过程中不相互有碰撞和摩擦情况，收卷侧包含收卷盘、张力检测轴、速度检测轴和前后导轮成固定夹角，以上基带通过放卷、螺旋卷绕、收卷构成一个基带运行系统。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明的基于磁力驱动导轮的四轴主驱动紧凑型螺旋卷绕装置的第一视角的结构示意图。

图2是本发明的基于磁力驱动导轮的四轴主驱动紧凑型螺旋卷绕装置的第二视角的结构示意图。

图3是本发明的螺旋卷绕机构的第一视角的结构示意图。

图4是本发明的螺旋卷绕机构的第二视角的结构示意图。

图5是本发明的螺旋卷绕机构的主视图。

图6是图5中A-A处的剖面图。

图7是本发明的磁力驱动导轮的结构示意图。

图8是本发明的磁力驱动导轮的爆炸图。

图9是本发明的磁力驱动导轮的主视图。

图10是图9中B-B处的剖面图。

图11是本发明的高温带材生产系统的第一视角的结构示意图。

图12是本发明的高温带材生产系统的第二视角的结构示意图。

图13是本发明的高温带材生产系统的主视图。

说明书附图标记说明：1、第一张力检测模块；2、第一导轮；3、放卷盘；4、第一螺旋卷绕机构；5、第二螺旋卷绕机构；6、第三螺旋卷绕机构；7、第四螺旋卷绕机构；8、收卷盘；9、第二张力检测模块；10、第二导轮；11、基带；12、固定板；13、磁力驱动导轮；1301、内圈；1302、磁珠；1303、盖板；1304、紧固元件；1305、外圈。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图对实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明，此外，在全部实施例中，相同的附图标号表示相同的元件。

实施例1：

结合图1-图10，一种四轴主驱动紧凑型螺旋卷绕装置，包括多个螺旋卷绕机构，多个螺旋卷绕机构按照环形结构布局，且环形结构设有四个拐点，其中四个螺旋卷绕机构设置在拐点处；

螺旋卷绕机构包括传动轴，传动轴上设置多个磁力驱动导轮13，磁力驱动导轮13包括同心设置的内圈1301和外圈1305，内圈1301和外圈1305之间径向设置多个的磁珠1302；磁珠1302为圆柱状，其一侧面为平面，其另一侧面圆弧状，磁珠1302的平面和外圈1305的内径贴合；

基带11进入第一拐点处的磁力驱动导轮13，再依次进入第二拐点处的对应的磁力驱动导轮13、第三拐点处的对应的磁力驱动导轮13和第四拐点处对应第一拐点处的磁力驱动导轮13外侧的磁力驱动导轮13，实现基带11在环形结构的下方变轨。

上述提供一种四轴主驱动紧凑型螺旋卷绕装置，解决基带沉积工艺的效率底、运行效率低和稳定性差的技术问题。

在本实施例中，螺旋卷绕机构的数量为四个，四个螺旋卷绕机构分别为第一螺旋卷绕机构4、第二螺旋卷绕机构5、第三螺旋卷绕机构6和第四螺旋卷绕机构7，且第一螺旋卷绕机构4设置在第一拐点处，第二螺旋卷绕机构5设置在第四拐点处，第三螺旋卷绕机构6设置在第二拐点处，第四螺旋卷绕机构7设置在第三拐点处。第一螺旋卷绕机构4和第三螺旋机构6设置在同一水平面，第二螺旋卷绕机构5和第四螺旋卷绕机构7设置在同一水平面，第一螺旋卷绕机构4和第二螺旋卷绕机构5设置在同一垂直面，第三螺旋卷绕机构6和第四螺旋卷绕机构7设置在同一垂直面。

在本实施例中，第一螺旋卷绕机构4的磁力驱动导轮13、第二螺旋卷绕机构5的磁力驱动导轮13、第三螺旋卷绕机构6的磁力驱动导轮13和第四螺旋卷绕机构7的磁力驱动导轮13的数量均相同。具体地，磁力驱动导轮13的数量为七个，为便于描述，分别定义为第一磁力驱动导轮、第二磁力驱动导轮、第三磁力驱动导轮、第四磁力驱动导轮、第五磁力驱动导轮、第六磁力驱动导轮和第七磁力驱动导轮。

在本实施例中，内圈1301通过键槽固定于传动轴上。

在本实施例中，内圈1301沿其周向均布开设圆柱状径向孔，径向孔用于安装磁珠1302。

在本实施例中，磁力驱动导轮13还包括盖板1303，盖板1303设置在磁珠1302之上，且盖板1303设置在内圈1301和外圈1305之间，盖板1303用于保护磁珠1302。

在本实施例中，盖板1303通过紧固元件1304固定在内圈1301和外圈1305之间。优选地，紧固元件1304为固定螺栓。

磁力驱动导轮13的工作原理如下：内圈1301通过键槽固定于传动轴上，材质采用304不锈钢等无磁材料，同时内圈1301预留均布在圆周上圆柱状径向孔，径向孔内装有多直径稍小于径向孔的磁珠1302，磁珠1302为圆柱状，磁珠1302的一侧面为平面，磁珠1302的另一侧面为圆弧状，可与外圈1305的内径贴合，外圈1305的内径稍大于磁力驱动导轮13的外径，受限于由内圈1301和盖板1303在紧固元件1304锁合后产生的空间内活动，在没有装磁珠1302的空间内可灵活转动，装上磁珠1302后，在一定作用力下才能转动，这样就能在基带螺旋卷绕运动的结构中解决不同道数张力不均匀问题，张力偏大则会打滑，从而释放张力。

在本实施例中，传动轴的一端设置同步带轮，即第一螺旋卷绕机构4的传动轴、第二螺旋卷绕机构5的传动轴、第三螺旋卷绕机构6的传动轴和第四螺旋卷绕机构7的传动轴的一端均设置同步带轮，闭合的同步带张紧于第一螺旋卷绕机构4的同步带轮、第二螺旋卷绕机构5的同步带轮、第三螺旋卷绕机构6的同步带轮和第四螺旋卷绕机构7的同步带轮，设置同步带和同步带轮可以提供更高效的传输功率输出，辅助基带11在四轴主驱动紧凑型螺旋卷绕装置进行螺旋卷绕。

本实施例的工作原理如下：

当基带11进入第一螺旋卷绕机构4的第一磁力驱动导轮后，再依次进入第三螺旋卷绕机构6的第一磁力驱动导轮，再进入第四螺旋卷绕机构7的第一磁力驱动导轮，在第四螺旋卷绕机构7的第一磁力驱动导轮进入第二螺旋卷绕机构5的第二磁力驱动导轮，实现基带11在下方变轨，然后再进入第一螺旋卷绕机构4的第二磁力驱动导轮13，依次进入第三螺旋卷绕机构6的第二磁力驱动导轮、第四螺旋卷绕机构7的第二磁力驱动导轮，第四螺旋卷绕机构的第二磁力驱动导轮进入第二螺旋卷绕机构5的第三磁力驱动导轮。

按照上述卷绕形式，基带11依次在第四磁力驱动导轮、第五磁力驱动导轮、第六磁力驱动导轮和第七磁力驱动导轮进行卷绕，基带11完成螺旋绕卷。

本实施中通过磁力驱动导轮可以超过一定力量打滑，从而实现基带张力比较均衡，利用磁珠和磁力驱动导轮的外圈产生吸力，从而产生摩檫力，实现既可驱动又可打滑，从而满足张力均衡。

实施例2：

与实施例1不同之处在于，第一螺旋卷绕机构4和第二螺旋卷绕机构5均包括传动轴，传动轴上设置多个磁力驱动导轮13，磁力驱动导轮13包括同心设置的内圈1301和外圈1305，内圈1301和外圈1305之间径向设置多个的磁珠1302；磁珠1302为圆柱状，其一侧面为平面，其另一侧面圆弧状，磁珠1302的平面和外圈1305的内径贴合。第三螺旋卷绕机构6和第四螺旋卷绕机构7均包括传动轴，传动轴上设置多个常规导轮。

因此，第一螺旋卷绕机构4和第二螺旋卷绕机构5为主动卷绕，第三螺旋卷绕机构6和第四螺旋卷绕机构7为从动卷绕。

在本实施例中，第一螺旋卷绕机构4的磁力驱动导轮13、第二螺旋卷绕机构5的磁力驱动导轮13、第三螺旋卷绕机构6的常规导轮和第四螺旋卷绕机构7的常规导轮的数量均相同。具体地，磁力驱动导轮13的数量为七个，为便于描述，第一螺旋卷绕机构4的磁力驱动导轮13和第二螺旋卷绕机构5的磁力驱动导轮13分别定义为第一磁力驱动导轮、第二磁力驱动导轮、第三磁力驱动导轮、第四磁力驱动导轮、第五磁力驱动导轮、第六磁力驱动导轮和第七磁力驱动导轮。第三螺旋卷绕机构6的常规导轮和第四螺旋卷绕机构7的常规导轮分别定义为第一常规导轮、第二常规导轮、第三常规导轮、第四常规导轮、第五常规导轮、第六常规导轮和第七常规导轮。

本实施例的工作原理如下：

当基带11进入第一螺旋卷绕机构4的第一磁力驱动导轮后，再依次进入第三螺旋卷绕机构6的第一常规导轮，再进入第四螺旋卷绕机构7的第一常规导轮，在第四螺旋卷绕机构7的第一常规导轮进入第二螺旋卷绕机构5的第二磁力驱动导轮，实现基带11在下方变轨，然后再进入第一螺旋卷绕机构4的第二磁力驱动导轮13，依次进入第三螺旋卷绕机构6的第二常规导轮、第四螺旋卷绕机构7的第二常规导轮，第四螺旋卷绕机构7的第二常规导轮进入第二螺旋卷绕机构5的第三磁力驱动导轮。

按照上述卷绕形式，基带11依次在第四磁力驱动导轮、第四常规导轮、第五磁力驱动导轮、第五常规导轮、第六磁力驱动导轮、第六常规导轮和第七磁力驱动导轮和第七常规导轮进行卷绕，基带11完成螺旋绕卷。

本实施中通过磁力驱动导轮可以超过一定力量打滑，从而实现基带张力比较均衡，利用磁珠和磁力驱动导轮的外圈产生吸力，从而产生摩檫力，实现既可驱动又可打滑，从而满足张力均衡。

实施例3：

结合图11-图13，一种高温带材生产系统，包括放卷模块和收卷模块，在放卷机构和收卷机构之间设置实施例1的四轴主驱动紧凑型螺旋卷绕装置；放卷机构用于放卷基带11，四轴主驱动紧凑型螺旋卷绕装置用于变轨卷绕基带11，收卷机构用于收卷基带11。

上述提供一种高温带材生产系统，提升二代高温带材生产过程中工艺效率。

在本实施例中，放卷模块包括第一张力检测模块1、第一导轮2和放卷盘3，第一张力检测模块1和放卷盘3呈对角线设置，第一导轮2设置在第一张力检测模块1和放卷盘3之间，且第一导轮2的中心和第一张力检测模块1的中心在同一垂直线上，第一导轮2的中心和放卷盘3的中心连线形成夹角。

在本实施例中，收卷模块包括收卷盘8、第二张力检测模块9和第二导轮10，第二张力检测模块9和收卷盘8呈对角线设置，第二导轮10设置在收卷盘8和第二张力检测模块9之间，且第二导轮10的中心和第二张力检测模块9的中心在同一垂直线上，第二导轮10的中心和收卷盘8的中心连线形成夹角。第二导轮10用于测量实际速度，基带得运行速度由主驱动导轮外径大小和所给转速决定。

第一张力检测模块1和第二张力检测模块9均包括设有张力检测器的导向轮，张力检测器是张力控制过程中，用于测量卷材张力值大小的仪器。张力检测器为市售产品，本领域的技术人员根据需要选择和调整张力检测器的型号。

优选地，放卷模块和收卷模块关于四轴主驱动紧凑型螺旋卷绕装置对称设置。

在本实施例中，放卷模块、四轴主驱动紧凑型螺旋卷绕装置和收卷模块均设置在固定板12上。优选地，固定板12为三块相互拼接而成且在同一平面的平板，放卷模块、四轴主驱动紧凑型螺旋卷绕装置和收卷模块分别设置在一块平板上，便于操作人员后续维护或拆卸放卷模块、四轴主驱动紧凑型螺旋卷绕装置和收卷模块任意一个模块。

本实施例的工作原理如下：

基带11由放卷盘3放出，进由第一导轮2和第一张力检测模块1接入四轴主驱动紧凑型螺旋卷绕装置中的主驱动轴最内侧导轮，第一张力检测模块1、第一导轮2和主驱动轴最内侧导轮，形成固定夹角检测张力机构，通过获得张力信号和放卷盘驱动装置形成闭环张力控制，当基带11进入第一螺旋卷绕机构4的最内侧的磁力驱动导轮13后，再依次进入第三螺旋卷绕机构6的内侧的磁力驱动导轮13，再进入第四螺旋卷绕机构7的内侧的磁力驱动导轮13，在第四螺旋卷绕机构7的内侧的磁力驱动导轮13进入第二螺旋卷绕机构5的内侧向外的第二个磁力驱动导轮13，实现基带11在下方变轨，然后再进入第一螺旋卷绕机构4的第二磁力驱动导轮13，基带11的变轨主要在下方完成，上面不进行变轨，这样经过多道螺旋绕卷最后从第三螺旋卷绕机构6的最外侧的磁力驱动导轮13进入第二张力检测模块9，再经过第二导轮10，最后进入收卷盘8，其中第三螺旋卷绕机构6的最外侧的磁力驱动导轮13、第二张力检测模块9、第二导轮10形成固定夹角测试张力，通过获得张力信号和收卷盘驱动装置形成闭环张力控制。

实施例4：

和实施例3不同之处在于，一种高温带材生产系统，包括放卷模块和收卷模块，在放卷机构和收卷机构之间设置实施例2的四轴主驱动紧凑型螺旋卷绕装置；放卷机构用于放卷基带11，四轴主驱动紧凑型螺旋卷绕装置用于变轨卷绕基带11，收卷机构用于收卷基带11。

本实施例的工作原理如下：

基带11由放卷盘3放出，进由第一导轮2和第一张力检测模块1接入四轴主驱动紧凑型螺旋卷绕装置中的主驱动轴最内侧导轮，第一张力检测模块1、第一导轮2和主驱动轴最内侧导轮，形成固定夹角检测张力机构，通过获得张力信号和放卷盘驱动装置形成闭环张力控制，当基带11进入第一螺旋卷绕机构4的最内侧的磁力驱动导轮13后，再依次进入第三螺旋卷绕机构6的内侧的常规导轮，再进入第四螺旋卷绕机构7的内侧的常规导轮，在第四螺旋卷绕机构7的常规导轮进入第二螺旋卷绕机构5的内侧向外的第二个磁力驱动导轮13，实现基带11在下方变轨，然后再进入第一螺旋卷绕机构4的第二磁力驱动导轮13，基带11的变轨主要在下方完成，上面不进行变轨，这样经过多道螺旋绕卷最后从第三螺旋卷绕机构6的最外侧的常规导轮进入第二张力检测模块9，再经过第二导轮10，最后进入收卷盘8，其中第三螺旋卷绕机构6的最外侧的磁力驱动导轮13、第二张力检测模块9、第二导轮10形成固定夹角测试张力，通过获得张力信号和收卷盘驱动装置形成闭环张力控制。

在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。