專利名稱：陣列式一體化兩自由度太陽跟蹤器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于太陽能應(yīng)用領(lǐng)域，具體涉及陣列式一體化兩自由度太陽跟蹤器。
背景技術(shù)：
化石燃料的有限儲(chǔ)備及其燃燒產(chǎn)物對(duì)環(huán)境的污染，使得人類面臨化石燃料短缺和環(huán)境惡化的雙重壓力。為了減少環(huán)境污染和溫室效應(yīng)，也為了緩解化石燃料短缺的壓力，人類必須逐步放棄以煤炭和石油為主的能源結(jié)構(gòu)。因此，可再生能源的研究和開發(fā)日益迫切。 在中國(guó)，隨著《可再生能源法》的出臺(tái)、《京都議定書》的簽署，以太陽能發(fā)電為代表的新能源技術(shù)得到重視，會(huì)在近期得到很大的發(fā)展。與其他可再生能源相比，太陽能具有儲(chǔ)量無限、存在普遍、清潔、無噪音等優(yōu)勢(shì)。然而，太陽能也存在密度低、間歇性強(qiáng)、空間分布不斷變化等不利因素。為了提高光的利用效率，人們采用了各種各樣的太陽能跟蹤設(shè)備，用于提高太陽能光熱發(fā)電系統(tǒng)和光伏發(fā)電系統(tǒng)的效率，同時(shí)，跟蹤器也能夠有效地提高太陽灶、太陽能熱水器等民用設(shè)施的光熱利用效率，甚至用于氣象臺(tái)。太陽能跟蹤器分平單軸、斜單軸、以及雙軸跟蹤三種方式。因?yàn)?，雙軸跟蹤器能同時(shí)跟蹤太陽的方位角與仰角，所以，它能夠更有效的將太陽能利用起來。例如光伏發(fā)電系統(tǒng)的雙軸跟蹤可以提高光電轉(zhuǎn)換效率40%左右，而平單軸僅提高光電轉(zhuǎn)換效率10-20%。雙軸跟蹤器通常采用獨(dú)立的控制系統(tǒng)和與其相配套的電機(jī)，還需要進(jìn)一步改進(jìn)。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，設(shè)計(jì)陣列式一體化兩自由度太陽跟蹤器。陣列式一體化兩自由度太陽跟蹤器包括底座、電機(jī)傳動(dòng)部分和多個(gè)獨(dú)立的雙軸跟蹤器，多個(gè)獨(dú)立的雙軸跟蹤器呈陣列形式排列。每個(gè)獨(dú)立的雙軸跟蹤器包括內(nèi)軸芯、外軸芯、軸套、滑塊、推桿、第一軸銷、封蓋、PV/CPV組件支架、第二軸銷和底座法蘭盤；底座用于安裝獨(dú)立雙軸跟蹤器。PV/CPV組件支架包括軸向垂直的橫梁和縱梁，兩根縱梁對(duì)稱設(shè)置在橫梁的中部；軸套為圓筒形，滑塊設(shè)置在軸套內(nèi)，滑塊可沿軸套內(nèi)壁滑動(dòng)，軸套的側(cè)壁對(duì)應(yīng)推桿的位置開有長(zhǎng)條形通槽，推桿可沿該通槽移動(dòng)；外軸芯為筒形，頭部設(shè)置有法蘭，軸套的一端與外軸芯的一端通過該法蘭連接；內(nèi)軸芯的一端穿過外軸芯以及軸套的一端設(shè)置，并與滑塊固定連接，內(nèi)軸芯與外軸芯通過螺紋連接；外軸芯穿過底座法蘭盤設(shè)置，并與底座法蘭盤滑動(dòng)配合，外軸芯可沿底座法蘭盤平面轉(zhuǎn)動(dòng)，底座法蘭盤固定在底座上方；推桿的一端與滑塊鉸鏈連接，軸銷貫穿推桿的另一端，推桿的軸向與軸銷的軸向垂直，第一軸銷的兩端分別與PV/CPV組件支架中的兩根縱梁連接；第二軸銷貫穿軸套的另一端，第二軸銷的軸向與軸套的軸向垂直，第二軸銷的兩端與PV/CPV組件支架中的兩根縱梁連接。所述的底座為殼體，電機(jī)傳動(dòng)部分設(shè)置在底座內(nèi)。[0012]電機(jī)傳動(dòng)部分包括仰角控制電機(jī)、仰角驅(qū)動(dòng)齒輪、仰角減速齒輪和方位角控制電機(jī)、方位角驅(qū)動(dòng)齒輪、方位角減速齒輪，仰角控制電機(jī)的動(dòng)力輸出端與仰角驅(qū)動(dòng)齒輪連接，仰角驅(qū)動(dòng)齒輪與仰角減速齒輪嚙合；方位角控制電機(jī)的動(dòng)力輸出端與方位角驅(qū)動(dòng)齒輪連接，方位角驅(qū)動(dòng)齒輪與方位角減速齒輪嚙合。對(duì)應(yīng)每個(gè)雙軸跟蹤器的位置設(shè)置有仰角從動(dòng)齒輪和方位角從動(dòng)齒輪，仰角從動(dòng)齒輪與方位角從動(dòng)齒輪同軸設(shè)置；仰角從動(dòng)齒輪與內(nèi)軸芯的另一端固定連接，內(nèi)軸芯與仰角從動(dòng)齒輪同步轉(zhuǎn)動(dòng)；方位角從動(dòng)齒輪與外軸芯的另一端固定連接，外軸芯與方位角從動(dòng)齒輪同步轉(zhuǎn)動(dòng)。所有仰角從動(dòng)齒輪通過傳動(dòng)鏈條連接，實(shí)現(xiàn)同步轉(zhuǎn)動(dòng)，其中一個(gè)仰角從動(dòng)齒輪與仰角減速齒輪連接；所有方位角從動(dòng)齒輪通過傳動(dòng)鏈條連接，實(shí)現(xiàn)同步轉(zhuǎn)動(dòng)，其中一個(gè)方位角從動(dòng)齒輪與方位角減速齒輪連接。綜上所述，本實(shí)用新型的有益效果有如下(1)機(jī)械結(jié)構(gòu)和傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)合理、 工作可靠；(2)陣列中，每個(gè)獨(dú)立的機(jī)械結(jié)構(gòu)都可以實(shí)現(xiàn)兩自由度跟蹤的效果；(3)機(jī)械結(jié)構(gòu)和傳動(dòng)結(jié)構(gòu)采用簡(jiǎn)單零件的組合裝配，容易實(shí)現(xiàn)批量化生產(chǎn)，安裝方便；(4)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中采用了減速齒輪機(jī)構(gòu)，降低了對(duì)電機(jī)功率和大扭矩的要求；(5)每個(gè)陣列式雙軸跟蹤系統(tǒng)僅采用一套電機(jī)驅(qū)動(dòng)和控制電路，大大地節(jié)約了系統(tǒng)成本。

圖1是一個(gè)獨(dú)立的雙軸跟蹤系統(tǒng)的機(jī)械部件裝配示意圖；圖2是一個(gè)陣列式雙軸跟蹤系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是一個(gè)陣列式雙軸跟蹤系統(tǒng)的電機(jī)傳動(dòng)部分實(shí)例。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。如圖1、圖2所示，陣列式一體化兩自由度太陽跟蹤器包括底座、電機(jī)傳動(dòng)部分和多個(gè)獨(dú)立的雙軸跟蹤器，多個(gè)獨(dú)立的雙軸跟蹤器呈陣列形式排列。每個(gè)獨(dú)立的雙軸跟蹤器包括內(nèi)軸芯1、外軸芯2、軸套3、滑塊4、推桿5、第一軸銷6、封蓋7、PV/CPV組件支架8、第二軸銷9和底座法蘭盤10 ；底座11用于安裝獨(dú)立雙軸跟蹤器。PV/CPV組件支架包括軸向垂直的橫梁和縱梁，兩根縱梁對(duì)稱設(shè)置在橫梁的中部；軸套3為圓筒形，滑塊4設(shè)置在軸套3內(nèi)，滑塊4可沿軸套3內(nèi)壁滑動(dòng)，軸套3的側(cè)壁對(duì)應(yīng)推桿5的位置開有長(zhǎng)條形通槽，推桿5可沿該通槽移動(dòng)；外軸芯2為筒形，頭部設(shè)置有法蘭，軸套3的一端與外軸芯2的一端通過該法蘭連接；內(nèi)軸芯1的一端穿過外軸芯2以及軸套3的一端設(shè)置，并與滑塊4固定連接，內(nèi)軸芯1 與外軸芯2通過螺紋連接；外軸芯2穿過底座法蘭盤10設(shè)置，并與底座法蘭盤10滑動(dòng)配合，外軸芯2可沿底座法蘭盤10平面轉(zhuǎn)動(dòng)，底座法蘭盤10固定在底座11上方；推桿5的一端與滑塊4鉸鏈連接，軸銷6貫穿推桿5的另一端，推桿5的軸向與軸銷6的軸向垂直，第一軸銷6的兩端分別與PV/CPV組件支架中的兩根縱梁連接；第二軸銷9貫穿軸套3的另一端，第二軸銷9的軸向與軸套3的軸向垂直，第二軸銷9的兩端與PV/CPV組件支架中的兩根縱梁連接。[0026]所述的底座11為殼體，電機(jī)傳動(dòng)部分設(shè)置在底座11內(nèi)。電機(jī)傳動(dòng)部分包括仰角控制電機(jī)15、仰角驅(qū)動(dòng)齒輪16、仰角減速齒輪12和方位角控制電機(jī)17、方位角驅(qū)動(dòng)齒輪18、方位角減速齒輪19，仰角控制電機(jī)15的動(dòng)力輸出端與仰角驅(qū)動(dòng)齒輪16連接，仰角驅(qū)動(dòng)齒輪16與仰角減速齒輪12嚙合；方位角控制電機(jī)17的動(dòng)力輸出端與方位角驅(qū)動(dòng)齒輪18連接，方位角驅(qū)動(dòng)齒輪18與方位角減速齒輪19嚙合。對(duì)應(yīng)每個(gè)雙軸跟蹤器的位置設(shè)置有仰角從動(dòng)齒輪和方位角從動(dòng)齒輪，仰角從動(dòng)齒輪與方位角從動(dòng)齒輪同軸設(shè)置；仰角從動(dòng)齒輪與內(nèi)軸芯1的另一端固定連接，內(nèi)軸芯1與仰角從動(dòng)齒輪同步轉(zhuǎn)動(dòng)；方位角從動(dòng)齒輪與外軸芯2的另一端固定連接，外軸芯2與方位角從動(dòng)齒輪同步轉(zhuǎn)動(dòng)。所有仰角從動(dòng)齒輪通過傳動(dòng)鏈條連接，實(shí)現(xiàn)同步轉(zhuǎn)動(dòng)，其中一個(gè)仰角從動(dòng)齒輪與仰角減速齒輪12連接；所有方位角從動(dòng)齒輪通過傳動(dòng)鏈條連接，實(shí)現(xiàn)同步轉(zhuǎn)動(dòng)，其中一個(gè)方位角從動(dòng)齒輪與方位角減速齒輪19連接。如圖3所示為一個(gè)陣列式雙軸跟蹤系統(tǒng)的電機(jī)傳動(dòng)部分實(shí)例，仰角驅(qū)動(dòng)齒輪16 的上端固定仰角控制電機(jī)15，仰角驅(qū)動(dòng)齒輪16和仰角減速齒輪12相嚙合，第一仰角從動(dòng)齒輪14固定于仰角減速齒輪12上方，并與仰角減速齒輪12同步旋轉(zhuǎn)，第一方位角從動(dòng)齒輪 13位于第一仰角從動(dòng)齒輪14上方，獨(dú)立于仰角減速齒輪12的旋轉(zhuǎn)，仰角減速齒輪12、第一仰角從動(dòng)齒輪14和第一方位角從動(dòng)齒輪13的軸線重合；方位角驅(qū)動(dòng)齒輪18的上端固定方位角控制電機(jī)17，方位角驅(qū)動(dòng)齒輪18和方位角減速齒輪19相嚙合，第二方位角從動(dòng)齒輪20固定于方位角減速齒輪19上方，并與方位角減速齒輪19同步旋轉(zhuǎn)，第二仰角從動(dòng)齒輪21位于方位角減速齒輪19和第二方位角從動(dòng)齒輪20中間，獨(dú)立于方位角減速齒輪19的旋轉(zhuǎn)，仰角減速齒輪19、第二仰角從動(dòng)齒輪21和第二方位角從動(dòng)齒輪20的軸線重合；第三方位角從動(dòng)齒輪M位于第三仰角從動(dòng)齒輪25上方，第三方位角從動(dòng)齒輪M 獨(dú)立于第三仰角從動(dòng)齒輪25的旋轉(zhuǎn)，第三方位角從動(dòng)齒輪M和第三仰角從動(dòng)齒輪25的軸
線重合；第四方位角從動(dòng)齒輪沈位于第四仰角從動(dòng)齒輪27上方，第四方位角從動(dòng)齒輪沈獨(dú)立于第四仰角從動(dòng)齒輪27的旋轉(zhuǎn)，第四方位角從動(dòng)齒輪沈和第四仰角從動(dòng)齒輪27的軸
線重合；仰角傳動(dòng)鏈條22與第一仰角從動(dòng)齒輪14、第二仰角從動(dòng)齒輪21、第三仰角從動(dòng)齒輪25和第四仰角從動(dòng)齒輪27相嚙合，帶動(dòng)第一仰角從動(dòng)齒輪14、第二仰角從動(dòng)齒輪21、第三仰角從動(dòng)齒輪25和第四仰角從動(dòng)齒輪27同步旋轉(zhuǎn)；方位角傳動(dòng)鏈條23與第一方位角從動(dòng)齒輪13、第二方位角從動(dòng)齒輪20、第三方位角從動(dòng)齒輪對(duì)和第四方位角從動(dòng)齒輪26相嚙合，帶動(dòng)第一方位角從動(dòng)齒輪13、第二方位角從動(dòng)齒輪20、第三方位角從動(dòng)齒輪M和第四方位角從動(dòng)齒輪沈同步旋轉(zhuǎn)；仰角控制電機(jī)帶動(dòng)仰角驅(qū)動(dòng)齒輪16，仰角驅(qū)動(dòng)齒輪16帶動(dòng)仰角減速齒輪12，仰角減速齒輪12和第一仰角從動(dòng)齒輪14同步旋轉(zhuǎn)，同時(shí)仰角傳動(dòng)鏈條22帶動(dòng)第二仰角從動(dòng)齒輪21、第三仰角從動(dòng)齒輪25和第四仰角從動(dòng)齒輪27同步旋轉(zhuǎn)，并帶動(dòng)內(nèi)軸芯與外軸芯產(chǎn)生相對(duì)的旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)時(shí)內(nèi)軸芯將推動(dòng)滑塊在軸套內(nèi)上下移動(dòng)，滑塊會(huì)帶動(dòng)與其鉸鏈連接的推桿的一端上下移動(dòng)，軸銷貫穿推桿的另一端，進(jìn)一步控制PV/CPV組件支架的仰角；軸銷的兩端分別與PV/CPV組件支架中的兩根縱梁連接，外軸芯的轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)帶動(dòng)軸套和封蓋同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)一步控制PV/CPV組件支架與隨外軸芯按方位角同步旋轉(zhuǎn)；分別控制內(nèi)軸芯和外軸芯的旋轉(zhuǎn)就可以控制PV/CPV組件支架的仰角與方位角。為了準(zhǔn)確執(zhí)行控制任務(wù)，方位角和仰角的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)耦合在一起，控制方位角的時(shí)候，仰角保持不變，仰角電機(jī)不工作，隨方位角的轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)，反之亦然。所述的陣列式一體化兩自由度太陽跟蹤器的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)采用2套電機(jī)與1套控制電路系統(tǒng)即可實(shí)現(xiàn)對(duì)η套獨(dú)立的雙軸跟蹤器的控制；仰角控制電機(jī)可以同時(shí)控制多個(gè)雙軸跟蹤器中PV/CPV組件支架的仰角；方位角控制電機(jī)可以同時(shí)控制多個(gè)雙軸跟蹤器中PV/CPV 組件支架的方位角。假設(shè)陣列中獨(dú)立雙軸跟蹤結(jié)構(gòu)有η套。它們僅僅采用2套電機(jī)與控制電路系統(tǒng)。 與獨(dú)立的η套太陽雙軸跟蹤器相比，它節(jié)約了 η-2套電機(jī)與η-1套控制電路系統(tǒng)，具有明顯的優(yōu)越性。在實(shí)際工程系統(tǒng)中，可以采用分體式底座，傳動(dòng)鏈條貫穿各個(gè)底座中，保證了底座的低成本實(shí)施。
權(quán)利要求1.陣列式一體化兩自由度太陽跟蹤器，包括底座、電機(jī)傳動(dòng)部分和多個(gè)獨(dú)立的雙軸跟蹤器，其特征在于多個(gè)獨(dú)立的雙軸跟蹤器呈陣列形式排列；每個(gè)獨(dú)立的雙軸跟蹤器包括 內(nèi)軸芯、外軸芯、軸套、滑塊、推桿、第一軸銷、封蓋、PV/CPV組件支架、第二軸銷和底座法蘭盤；底座用于安裝獨(dú)立雙軸跟蹤器；PV/CPV組件支架包括軸向垂直的橫梁和縱梁，兩根縱梁對(duì)稱設(shè)置在橫梁的中部； 軸套為圓筒形，滑塊設(shè)置在軸套內(nèi)，滑塊可沿軸套內(nèi)壁滑動(dòng)，軸套的側(cè)壁對(duì)應(yīng)推桿的位置開有長(zhǎng)條形通槽，推桿可沿該通槽移動(dòng)；外軸芯為筒形，頭部設(shè)置有法蘭，軸套的一端與外軸芯的一端通過該法蘭連接；內(nèi)軸芯的一端穿過外軸芯以及軸套的一端設(shè)置，并與滑塊固定連接，內(nèi)軸芯與外軸芯通過螺紋連接；外軸芯穿過底座法蘭盤設(shè)置，并與底座法蘭盤滑動(dòng)配合，外軸芯可沿底座法蘭盤平面轉(zhuǎn)動(dòng)，底座法蘭盤固定在底座上方；推桿的一端與滑塊鉸鏈連接，軸銷貫穿推桿的另一端，推桿的軸向與軸銷的軸向垂直， 第一軸銷的兩端分別與PV/CPV組件支架中的兩根縱梁連接；第二軸銷貫穿軸套的另一端，第二軸銷的軸向與軸套的軸向垂直，第二軸銷的兩端與 PV/CPV組件支架中的兩根縱梁連接；所述的底座為殼體，電機(jī)傳動(dòng)部分設(shè)置在底座內(nèi)；電機(jī)傳動(dòng)部分包括仰角控制電機(jī)、仰角驅(qū)動(dòng)齒輪、仰角減速齒輪和方位角控制電機(jī)、 方位角驅(qū)動(dòng)齒輪、方位角減速齒輪，仰角控制電機(jī)的動(dòng)力輸出端與仰角驅(qū)動(dòng)齒輪連接，仰角驅(qū)動(dòng)齒輪與仰角減速齒輪嚙合；方位角控制電機(jī)的動(dòng)力輸出端與方位角驅(qū)動(dòng)齒輪連接，方位角驅(qū)動(dòng)齒輪與方位角減速齒輪嚙合；對(duì)應(yīng)每個(gè)雙軸跟蹤器的位置設(shè)置有仰角從動(dòng)齒輪和方位角從動(dòng)齒輪，仰角從動(dòng)齒輪與方位角從動(dòng)齒輪同軸設(shè)置；仰角從動(dòng)齒輪與內(nèi)軸芯的另一端固定連接，內(nèi)軸芯與仰角從動(dòng)齒輪同步轉(zhuǎn)動(dòng)；方位角從動(dòng)齒輪與外軸芯的另一端固定連接，外軸芯與方位角從動(dòng)齒輪同步轉(zhuǎn)動(dòng)；所有仰角從動(dòng)齒輪通過傳動(dòng)鏈條連接，實(shí)現(xiàn)同步轉(zhuǎn)動(dòng)，其中一個(gè)仰角從動(dòng)齒輪與仰角減速齒輪連接；所有方位角從動(dòng)齒輪通過傳動(dòng)鏈條連接，實(shí)現(xiàn)同步轉(zhuǎn)動(dòng)，其中一個(gè)方位角從動(dòng)齒輪與方位角減速齒輪連接。
專利摘要本實(shí)用新型公開了陣列式一體化兩自由度太陽跟蹤器?，F(xiàn)有技術(shù)化石燃料儲(chǔ)備有限，其燃燒產(chǎn)物污染環(huán)境。本實(shí)用新型包括底座、電機(jī)傳動(dòng)部分和多個(gè)獨(dú)立的雙軸跟蹤器，具體包括內(nèi)軸芯、外軸芯、軸套、滑塊、推桿、第一軸銷、封蓋、PV/CPV組件支架、第二軸銷、底座法蘭盤、仰角控制電機(jī)、仰角驅(qū)動(dòng)齒輪、仰角減速齒輪、方位角控制電機(jī)、方位角驅(qū)動(dòng)齒輪和方位角減速齒輪，多個(gè)獨(dú)立的雙軸跟蹤器呈陣列形式排列。本實(shí)用新型的雙軸跟蹤器和傳動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理、工作可靠，每個(gè)獨(dú)立的雙軸跟蹤器都可以實(shí)現(xiàn)兩自由度跟蹤的效果，且僅采用一套電機(jī)驅(qū)動(dòng)和控制電路，大大地節(jié)約了系統(tǒng)成本。
文檔編號(hào)G05D3/12GK202177827SQ20112030604
公開日2012年3月28日 申請(qǐng)日期2011年8月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月22日
發(fā)明者劉光宇, 王建中, 薛安克, 賴小平, 鄒洪波 申請(qǐng)人:杭州電子科技大學(xué)