專利名稱：一種直線驅(qū)動裝置及其用于太陽能跟蹤的控制及使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于太陽能跟蹤技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用于太陽能跟蹤器的直線驅(qū)動裝置及其控制和使用方法。
背景技術(shù)：
如圖I所示，為現(xiàn)有的直線驅(qū)動裝置15在太陽能跟蹤器中的具體應(yīng)用，其主要用于太陽能雙軸跟蹤器高度角(也可用于方位角)跟蹤驅(qū)動及單軸跟蹤器驅(qū)動?，F(xiàn)有的直線驅(qū)動裝置主要存在以下問題
I、太陽能跟蹤器(雙軸及單軸)設(shè)計時，運動部件均將重心設(shè)計至與轉(zhuǎn)動軸重合(接近)，從而減小跟蹤時所需驅(qū)動力矩進(jìn)而達(dá)到跟蹤器本聲低能耗的要求。在實際工程應(yīng)用中，由于跟蹤器的特殊結(jié)構(gòu)限制，此類驅(qū)動器除了提供驅(qū)動力之外，還起支撐、穩(wěn)定運動部件的作用，在大風(fēng)、雪的影響下，對驅(qū)動器的剛度(抗撓度)要求很高，即需要此類驅(qū)動器在提供足夠驅(qū)動力的同時具有較高的抗載荷能力及足夠的剛度(抗撓度)保證跟蹤器能準(zhǔn)確跟蹤并穩(wěn)定運行?，F(xiàn)有用于太陽能跟蹤器的此類驅(qū)動器與所需驅(qū)動力為設(shè)計依據(jù)，將傳動絲桿長徑比設(shè)計為30 40，傳動螺母長徑比設(shè)計為I. 5 2，在絲桿轉(zhuǎn)動部分使用深溝球軸承；雖然能滿足驅(qū)動力要求，但是驅(qū)動器剛度及抗載荷能力有限。另外，現(xiàn)有此類驅(qū)動器伸縮桿與外管之間采用大間隙配合，在工程應(yīng)用中，驅(qū)動器在受到跟蹤器轉(zhuǎn)動部件推、壓力時，此間隙增加了絲桿的撓度，使跟蹤器出現(xiàn)晃動，不能精準(zhǔn)跟蹤。2、在太陽能跟蹤器實際應(yīng)用中，跟蹤器常年在戶外各種極端條件下運行，作為跟蹤器的關(guān)鍵部件，此類驅(qū)動器必須具有很高的防護(hù)等級，且必須保證潤滑系統(tǒng)在壽命期內(nèi)良好運行。現(xiàn)有此類驅(qū)動裝置伸縮桿與外管為大間隙配合，在實際使用過程中水，沙塵及雜物很將直接進(jìn)如驅(qū)動器內(nèi)部，直接影響驅(qū)動器的傳動系統(tǒng)(齒輪及絲桿傳動螺母)，甚至電路系統(tǒng)，嚴(yán)重影響跟蹤器的正常運行。即使有些裝置設(shè)置了防塵罩，但是由于裝置本身的工作環(huán)境，防塵罩很容易老化損壞，一旦損壞則同樣會面臨上述問題。3、在太陽能跟蹤器實際應(yīng)用中，驅(qū)動器件的信號反饋是跟蹤器準(zhǔn)確跟蹤的靈魂，準(zhǔn)確可靠的信號反饋系統(tǒng)是跟蹤器正常運行的必要條件?，F(xiàn)有此類驅(qū)動器電機(jī)與絲桿之間傳動采用普通齒輪變速器，變速器集成信號反饋系統(tǒng)與絲桿接口處無密封處理，在實際使用過程中，通過伸縮桿滲入的雨水能直接到達(dá)變速器內(nèi)部，使齒輪銹蝕、信號反饋系統(tǒng)短路；在低溫環(huán)境下還會產(chǎn)生結(jié)冰，使驅(qū)動器不能工作。另外，現(xiàn)有此類驅(qū)動器信號反饋系統(tǒng)與變速器設(shè)計為一體并關(guān)聯(lián)，增加了維修、更換的難度。4、現(xiàn)有此類驅(qū)動器采用電機(jī)電流監(jiān)測來實現(xiàn)保護(hù)，需配置復(fù)雜的外部電路且要求系統(tǒng)硬件必須含有A/D轉(zhuǎn)換模塊，占用大量系統(tǒng)資源。傳統(tǒng)方法對電機(jī)電流監(jiān)測主要是通過外部采樣電阻電流變化后影響采樣電阻上的電壓變化，控制系統(tǒng)通過判斷采樣電阻的電壓實現(xiàn)對電機(jī)電流的監(jiān)測，該方法還有誤差較大，反應(yīng)不及時等缺點。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的發(fā)明目的在于針對上述存在的問題，提供一種運行可靠穩(wěn)定、抗撓度及抗載荷能力強(qiáng)且提高太陽能跟蹤器跟蹤精度的直線驅(qū)動裝置及其控制和使用方法。本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的一種直線驅(qū)動裝置，其特征在于包括外管以及設(shè)置在外管端部的密封端蓋，在所述外管內(nèi)設(shè)置有絲桿，所述絲桿一端與驅(qū)動機(jī)構(gòu)連接，在所述絲桿上設(shè)置有與之螺紋配合的傳動螺母，在所述外管與絲桿之間設(shè)置有伸縮桿，所述伸縮桿一端與傳動螺母連接，其另一端穿過密封端蓋，在所述伸縮桿與密封端蓋之間設(shè)置有密封組件，在所述外管上設(shè)置有防水防油透氣塞。本發(fā)明所述的直線驅(qū)動裝置，其所述外管內(nèi)、絲桿與驅(qū)動機(jī)構(gòu)連接端對應(yīng)設(shè)置有單列圓錐滾子軸承，所述單列圓錐滾子軸承的外圈與外管內(nèi)壁連接，其內(nèi)圈與絲桿緊密配合，在所述伸縮桿與密封端蓋之間設(shè)置有滑動軸承。本發(fā)明所述的直線驅(qū)動裝置，其在所述密封端蓋端部、伸縮桿與密封端蓋之間設(shè)置有防塵圈，所述密封組件設(shè)置在防塵圈與滑動軸承之間，所述密封組件由至少一組O型密封圈組成。本發(fā)明所述的直線驅(qū)動裝置，其所述絲桿的長徑比為20 25，所述傳動螺母的長徑比為3 5，在所述伸縮桿表面設(shè)置有耐磨防銹層。本發(fā)明所述的直線驅(qū)動裝置，其所述驅(qū)動機(jī)構(gòu)為帶行星減速器及霍爾信號反饋的直流電機(jī)，所述直流電機(jī)的動力輸出端通過連軸器與絲桿一端連接。本發(fā)明所述的直線驅(qū)動裝置，其所述外管由前、后段兩部分螺紋連接且焊接為一整體結(jié)構(gòu)，所述絲桿前端置于外管的前段部分內(nèi)并通過連軸器與直流電機(jī)驅(qū)動連接，所述密封端蓋設(shè)置在外管的后段部分的端部，所述伸縮桿置于外管的后段部分內(nèi)，在所述密封端蓋與外管后段部分的端部之間設(shè)置有O型密封圈，在所示絲桿與連軸器接口處設(shè)置有密封圈。一種如上述權(quán)利要求所述的直線驅(qū)動裝置用于太陽跟蹤的控制方法，包括以下步 驟
a)、首先通過太陽跟蹤裝置的控制器計算確定太陽的軌跡方位，通過太陽的軌跡方位確定在不同時段太陽當(dāng)前的角度Pl ;
b)、將太陽當(dāng)前的角度Pl與太陽跟蹤裝置初始角度PO進(jìn)行比較，判斷當(dāng)前直線驅(qū)動裝置是否需要動作，其中太陽跟蹤裝置初始角度由結(jié)構(gòu)設(shè)計確定；
C)、若需要直線驅(qū)動裝置動作，由處理器根據(jù)太陽當(dāng)前的角度Pl與太陽跟蹤裝置初始角度PO計算出本次跟蹤的脈沖數(shù)M，再根據(jù)脈沖數(shù)M控制直線驅(qū)動裝置中電機(jī)轉(zhuǎn)動；
d)、處理器將本次跟蹤轉(zhuǎn)動的信號發(fā)送給驅(qū)動器，驅(qū)動器在收到控制命令后驅(qū)動直線驅(qū)動裝置中的電機(jī)動作，驅(qū)動器給電機(jī)輸入電壓的正負(fù)確定了直線驅(qū)動裝置的伸長和縮短；
在所述步驟c)中，具體計算方法是
首先確定直線驅(qū)動裝置中行星減速器的減速比為I :T，編碼器在電機(jī)轉(zhuǎn)動一圈產(chǎn)生N個正交編碼信號，伸縮桿在絲桿轉(zhuǎn)動一周后伸長量為S，其中T根據(jù)采用的行星減速器確定，正交編碼信號產(chǎn)生個數(shù)N由編碼器確定，絲桿轉(zhuǎn)動一周伸縮桿伸長量S為絲桿螺距值，即電機(jī)每當(dāng)輸出T*N個信號時就表不伸長臂伸長了 S暈米,每暈米對應(yīng)T*N/S個脈沖；其次，在初始位置時，直線驅(qū)動裝置的長度為H，伸縮桿端部通過連桿與太陽能帆板轉(zhuǎn)動點連接的長度為B，直線驅(qū)動裝置下部與安裝座的連接點距離為Z，直線驅(qū)動裝置下部與安裝座的連接點到太陽能帆板轉(zhuǎn)動點的長度為A，直線驅(qū)動裝置下部與安裝座的連接點到伸縮桿與連桿的連接點長度為C，在HZC三角形中，H的變化直接影響C的變化，在ABC三角形中，A和B固定，C的變化會直接影響AB之間的夾角，
根據(jù)上述三角關(guān)系可以得到如下關(guān)系
在三角形ABC中，公式I C2= A2+B2-2ABC0S (P)，其中P為AB的夾角，在三角形HCZ中，公式2 C2= H2+Z2，
公式 3 H2=A2+B2-Z2-2ABC0S (P)，
跟蹤起始角度由結(jié)構(gòu)設(shè)計確定，根據(jù)初始角度PO，可以得到初始HO ；
設(shè)伸長量為y，太陽能帆板轉(zhuǎn)動角度為X，那么可以得到如下關(guān)系 公式 4 y=H-H0=A2+B2-Z2-2ABC0S (X) -HO,
在公式4中，A、B、Z、HO都是確定的，任意給定的X將會直接確定I的值，I的正負(fù)決定了跟蹤方向；
根據(jù)控制器得到太陽當(dāng)前角度為P1，跟蹤器當(dāng)前的角度為PO，那么根據(jù)公式4:y (pl)-y (pO)=d, d為此次直線驅(qū)動裝置的驅(qū)動量；
最后M=d*T*N/S就是本次驅(qū)動的脈沖數(shù)，根據(jù)本次驅(qū)動的脈沖數(shù)得到電機(jī)轉(zhuǎn)動的圈數(shù)，從而由驅(qū)動器控制電機(jī)轉(zhuǎn)動，使直線驅(qū)動裝置的伸縮桿伸長或縮短到所需量。本發(fā)明所述的直線驅(qū)動裝置用于太陽跟蹤的控制方法，其在所述直線驅(qū)動裝置內(nèi)設(shè)置有驅(qū)動控制系統(tǒng)，所述驅(qū)動控制系統(tǒng)在直線驅(qū)動裝置運行過程中，根據(jù)直流電機(jī)負(fù)載變化時轉(zhuǎn)速也隨之變化的性質(zhì)，對反饋脈沖信號頻率進(jìn)行實時監(jiān)控，并根據(jù)反饋脈沖信號數(shù)對伸縮桿的直線行程進(jìn)行控制。本發(fā)明所述的直線驅(qū)動裝置用于太陽跟蹤的控制方法，其在所述步驟d)中，控制器在驅(qū)動驅(qū)動器的同時會啟動監(jiān)測模塊，當(dāng)控制器探查到電機(jī)轉(zhuǎn)動過程中由霍爾元件產(chǎn)生的脈沖信號頻率降低時，表明電機(jī)轉(zhuǎn)速正在降低，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速低于額定值，控制器將啟動保護(hù)模塊，預(yù)防驅(qū)動器超負(fù)荷運行而損壞，實現(xiàn)對驅(qū)動器及時有效的保護(hù)。一種如上述權(quán)利要求所述的直線驅(qū)動裝置用于太陽跟蹤的使用方法，其特征在于所述直線驅(qū)動裝置在使用時，直線驅(qū)動裝置對應(yīng)太陽能跟蹤器轉(zhuǎn)動部件位置為重心偏離轉(zhuǎn)軸，由于重力作用，太陽能跟蹤器轉(zhuǎn)動部件在整個跟蹤過程中始終對直線驅(qū)動裝置保持拉力或壓力。本發(fā)明根據(jù)太陽跟蹤器的使用環(huán)境，針對裝置本身的抗撓度、抗載荷以及防護(hù)方面作了相應(yīng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計，使本裝置在太陽跟蹤器的應(yīng)用中，運行可靠穩(wěn)定、抗撓度及抗載荷能力強(qiáng)，從而有效提聞太陽能跟蹤器的跟蹤精度。由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是
I、本發(fā)明設(shè)計時充分考慮跟蹤器在大風(fēng)、雪極端天氣下驅(qū)動器所承受載荷，通過計算將絲桿長徑比確定為20 25，傳動螺母長徑比確定為3 5，材質(zhì)采用QT500，在絲桿轉(zhuǎn)動部分采用一組單列圓錐滾子軸承，與現(xiàn)有結(jié)構(gòu)中的深溝球軸承相比，能提供更大的軸向載荷即提高驅(qū)動器的抗載荷能力；另外通過提高伸縮桿外徑加工精度、增加伸縮桿鍍層耐磨性，在外管與伸縮桿之間增加滑動軸承，消除間隙，消除了由于間隙導(dǎo)致的晃動，極大的提高了驅(qū)動器的抗撓度及抗載荷能力，使驅(qū)動器推力與承受載荷力比達(dá)到I :6，提高了跟蹤精度，使跟蹤器能更穩(wěn)定地運行。2、本發(fā)明設(shè)計著重考慮了密封性，將絲桿、傳動螺母傳動副整體與外管實現(xiàn)完全密封，同時為解決完全密封導(dǎo)致伸縮桿運動時造成的外管內(nèi)外氣壓差對密封圈及密封效果的影響，本發(fā)明在外管上設(shè)置了具有防油、防水作用的透氣塞，使外管內(nèi)外氣壓差隨時保持完全平衡，由于實現(xiàn)了完全密封，在現(xiàn)有此類驅(qū)動器只能采用潤滑脂潤滑的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還能使用潤滑油潤滑，極大的改善了驅(qū)動器的潤滑效果及潤滑系統(tǒng)的可靠性。而且本驅(qū)動器將防塵圈及密封圈集成為組件，在密封圈及防塵圈老化后可輕易更換。3、本發(fā)明的驅(qū)動機(jī)構(gòu)部分采用了帶行星減速器及霍爾信號反饋的電機(jī)。電機(jī)、行星減速器、型號反饋系統(tǒng)三者獨立，裝配后集成為驅(qū)動及信號反饋模塊，防護(hù)等級達(dá)到IP65，完全能在各種環(huán)境下可靠、穩(wěn)定運行。且在出現(xiàn)故障時能夠快速更換，減小電站因跟蹤器故障帶來的發(fā)電量損失。


圖I是現(xiàn)有直線驅(qū)動裝置在太陽跟蹤器上的應(yīng)用示意圖。圖2是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是圖2中A部放大圖。圖4是圖2中B部放大圖。圖5是本發(fā)明直線驅(qū)動裝置在太陽跟蹤器上的應(yīng)用示意圖。圖6是本發(fā)明直線驅(qū)動裝置的連接關(guān)系圖。圖中標(biāo)記1為外管,2為密封端蓋,3為絲桿,4為傳動螺母,5為伸縮桿,6為防水防油透氣塞，7為圓錐滾子軸承，8為滑動軸承，9為防塵圈，10為直流電機(jī)，11為連軸器，12為O型密封圈，13為密封圈，14為安裝支耳，15為現(xiàn)有直線驅(qū)動裝置，16為連桿，17為太陽能帆板，18為安裝座。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明作詳細(xì)的說明。為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。如圖1、2所示，一種直線驅(qū)動裝置，包括外管I以及設(shè)置在外管I端部的密封端蓋2，在外管上設(shè)置有安裝支耳14，在所述外管I內(nèi)設(shè)置有絲桿3，所述絲桿3的長徑比為20 25，所述絲桿3 —端與驅(qū)動機(jī)構(gòu)連接，所述外管I內(nèi)、絲桿3與驅(qū)動機(jī)構(gòu)連接端對應(yīng)設(shè)置有單列圓錐滾子軸承7，所述單列圓錐滾子軸承7的外圈與外管I內(nèi)壁連接，其內(nèi)圈與絲桿3緊密配合，所述驅(qū)動機(jī)構(gòu)為帶行星減速器及霍爾信號反饋的直流電機(jī)10，所述直流電機(jī)10的動力輸出端通過連軸器11與絲桿3 —端連接，在所示絲桿3與連軸器11接口處設(shè)置有密封圈13。
在所述絲桿3上設(shè)置有與之螺紋配合的傳動螺母4，在所述外管I與絲桿3之間設(shè)置有伸縮桿5，在所述伸縮桿5表面設(shè)置有耐磨防銹層，所述伸縮桿5 —端與傳動螺母4連接，其另一端穿過密封端蓋2，在所述伸縮桿5與密封端蓋2之間設(shè)置有密封組件及滑動軸承8，在所述密封端蓋2端部、伸縮桿5與密封端蓋2之間設(shè)置有防塵圈9，所述密封組件設(shè)置在防塵圈9與滑動軸承8之間，所述密封組件由兩組O型密封圈12組成。其中，所述外管I由前、后段兩部分螺紋連接且焊接為一整體結(jié)構(gòu)，在所述外管I的后段部分上設(shè)置有防水防油透氣塞6，所述絲桿3前端置于外管I的前段部分內(nèi)并通過連軸器11與直流電機(jī)10驅(qū)動連接，所述密封端蓋2設(shè)置在外管I的后段部分的端部，所述伸縮桿5置于外管I的后段部分內(nèi)，在所述密封端蓋2與外管I后段部分的端部之間設(shè)置有O型密封圈12。一種上述直線驅(qū)動裝置用于太陽跟蹤的控制方法，包括以下步驟 a)、首先通過太陽跟蹤裝置的控制器計算確定太陽的軌跡方位，通過太陽的軌跡方位確定在不同時段太陽當(dāng)前的角度Pl ;
b)、將太陽當(dāng)前的角度Pl與太陽跟蹤裝置初始角度PO進(jìn)行比較，判斷當(dāng)前直線驅(qū)動裝置是否需要動作，其中太陽跟蹤裝置初始角度由結(jié)構(gòu)設(shè)計確定；
C)、若需要直線驅(qū)動裝置動作，由處理器根據(jù)太陽當(dāng)前的角度Pl與太陽跟蹤裝置初始角度PO計算出本次跟蹤的脈沖數(shù)M，再根據(jù)脈沖數(shù)M控制直線驅(qū)動裝置中電機(jī)轉(zhuǎn)動；
d)、處理器將本次跟蹤轉(zhuǎn)動的信號發(fā)送給驅(qū)動器，驅(qū)動器在收到控制命令后驅(qū)動直線驅(qū)動裝置中的電機(jī)動作，驅(qū)動器給電機(jī)輸入電壓的正負(fù)確定了直線驅(qū)動裝置的伸長和縮短。在所述步驟c )中，具體計算方法是
首先確定直線驅(qū)動裝置中行星減速器的減速比為I :T，編碼器在電機(jī)轉(zhuǎn)動一圈產(chǎn)生N個正交編碼信號，伸縮桿在絲桿轉(zhuǎn)動一周后伸長量為S，其中T根據(jù)采用的行星減速器確定，正交編碼信號產(chǎn)生個數(shù)N由編碼器確定，絲桿轉(zhuǎn)動一周伸縮桿伸長量S為絲桿螺距值，即電機(jī)每當(dāng)輸出Τ*Ν個信號時就表不伸長臂伸長了 S暈米,每暈米對應(yīng)T*N/S個脈沖。假如直線驅(qū)動裝置中行星減速器的減速比為I :135，電機(jī)轉(zhuǎn)動一圈產(chǎn)生2個正交編碼信號，伸縮管每周5暈米伸長,那么直流電機(jī)每當(dāng)輸出135*2個信號時就表不伸縮管伸長了 5暈米，每毫米對應(yīng)54個脈沖。其次，如圖5和6所示，在初始位置時，直線驅(qū)動裝置的長度為H，伸縮桿端部通過連桿16與太陽能帆板17轉(zhuǎn)動點連接的長度為B，直線驅(qū)動裝置下部與安裝座18的連接點距離為Z，直線驅(qū)動裝置下部與安裝座18的連接點到太陽能帆板17轉(zhuǎn)動點的長度為A，直線驅(qū)動裝置下部與安裝座18的連接點到伸縮桿與連桿16的連接點長度為C，在HZC三角形中，H的變化直接影響C的變化，在ABC三角形中，A和B固定，C的變化會直接影響AB之間的夾角，
根據(jù)上述三角關(guān)系可以得到如下關(guān)系
在三角形ABC中，公式I C2= A2+B2-2ABC0S(P)，其中P為AB的夾角，
在三角形HCZ中，公式2 C2= H2+Z2，
公式 3 H2=A2+B2-Z2-2ABC0S (P)，
跟蹤起始角度由結(jié)構(gòu)設(shè)計確定，根據(jù)初始角度PO，可以得到初始HO ；設(shè)伸長量為y，太陽能帆板轉(zhuǎn)動角度為X，那么可以得到如下關(guān)系 公式 4 y=H-H0=A2+B2-Z2-2ABC0S (X) -HO,
在公式4中，A、B、Z、HO都是確定的，任意給定的X將會直接確定I的值，I的正負(fù)決定了跟蹤方向；
根據(jù)控制器得到太陽當(dāng)前角度為P1，跟蹤器當(dāng)前的角度為PO，那么根據(jù)公式4:y (pl)-y (pO)=d, d為此次直線驅(qū)動裝置的驅(qū)動量；
最后M=d*T*N/S就是本次驅(qū)動的脈沖數(shù)，根據(jù)本次驅(qū)動的脈沖數(shù)得到電機(jī)轉(zhuǎn)動的圈數(shù)，從而由驅(qū)動器控制電機(jī)轉(zhuǎn)動，使直線驅(qū)動裝置的伸縮桿伸長或縮短到所需量。當(dāng)控制器通知驅(qū)動器輸出驅(qū)動電壓后便開始對直線驅(qū)動裝置的電機(jī)反饋信號進(jìn)行計數(shù)，當(dāng)計數(shù)達(dá)到本次驅(qū)動的脈沖數(shù)時，控制器就會讓驅(qū)動器停止輸出驅(qū)動電壓，完成本 次跟蹤任務(wù)。當(dāng)驅(qū)動器收到停止信號后驅(qū)動器停止給直線驅(qū)動裝置的直流電機(jī)供電，與此同時驅(qū)動器還會內(nèi)部啟動剎車裝置迅速將直線驅(qū)動裝置的直流電機(jī)停止轉(zhuǎn)動，以免電機(jī)由于慣性而產(chǎn)生的過沖對跟蹤精度造成影響。在太陽能跟蹤器實際應(yīng)用中，由于長期在戶外運行，除了直線驅(qū)動裝置本身需要具有較高的可靠性外，在使用直線驅(qū)動裝置時其控制系統(tǒng)應(yīng)具備必要的保護(hù)功能。在所述直線驅(qū)動裝置內(nèi)設(shè)置有驅(qū)動控制系統(tǒng)，所述驅(qū)動控制系統(tǒng)在直線驅(qū)動裝置運行過程中，根據(jù)直流電機(jī)負(fù)載變化時轉(zhuǎn)速(反饋脈沖信號頻率)也隨之變化的性質(zhì)，對反饋脈沖信號頻率進(jìn)行實時監(jiān)控，并根據(jù)反饋脈沖信號數(shù)對伸縮桿的直線行程進(jìn)行控制。在實際工程應(yīng)用中，控制器在驅(qū)動驅(qū)動器的同時會啟動監(jiān)測模塊，當(dāng)控制器探查到電機(jī)轉(zhuǎn)動過程中由霍爾元件產(chǎn)生的脈沖信號頻率降低時，表明電機(jī)轉(zhuǎn)速正在降低，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速(從脈沖頻率體現(xiàn))低于額定值(該額定值可根據(jù)電機(jī)參數(shù)對比驅(qū)動器在不同負(fù)載下相應(yīng)反饋信號脈沖頻率確定)，控制器將啟動保護(hù)模塊，預(yù)防驅(qū)動器超負(fù)荷運行而損壞，實現(xiàn)對驅(qū)動器及時有效的保護(hù)。此功能完全由控制程序完成，不需要任何外部監(jiān)測電路，且不占用系統(tǒng)硬件資源。另外控制系設(shè)有遠(yuǎn)程監(jiān)測及控制功能，技術(shù)人員及維護(hù)人員可以方便的遠(yuǎn)程或現(xiàn)場隨時監(jiān)測直線驅(qū)動裝置的運行狀態(tài)，對直線驅(qū)動裝置潛在故障進(jìn)行預(yù)判并處理，大大降低了太陽能跟蹤器的故障率。一種上述直線驅(qū)動裝置用于太陽跟蹤的使用方法，所述直線驅(qū)動裝置在使用時，直線驅(qū)動裝置對應(yīng)太陽能跟蹤器轉(zhuǎn)動部件的安裝位置為重心偏離轉(zhuǎn)軸，由于重力作用，太陽能跟蹤器轉(zhuǎn)動部件在整個跟蹤過程中始終對直線驅(qū)動裝置保持拉力或壓力。在跟蹤過程中，當(dāng)直線驅(qū)動裝置進(jìn)行換向驅(qū)動時，此種使用方式完全消除了絲桿傳動螺母傳動副的制造差及由于長期運行產(chǎn)生的磨損對跟蹤精度的影響，降低了絲桿傳動螺母的加工精度要求，并使直線驅(qū)動裝置能夠長期保持較穩(wěn)定的跟蹤精度。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種直線驅(qū)動裝置，其特征在于包括外管(I)以及設(shè)置在外管(I)端部的密封端蓋(2),在所述外管(I)內(nèi)設(shè)置有絲桿(3)，所述絲桿(3)一端與驅(qū)動機(jī)構(gòu)連接，在所述絲桿(3)上設(shè)置有與之螺紋配合的傳動螺母(4)，在所述外管(I)與絲桿(3)之間設(shè)置有伸縮桿(5)，所述伸縮桿(5) —端與傳動螺母(4)連接，其另一端穿過密封端蓋(2)，在所述伸縮桿(5)與密封端蓋(2)之間設(shè)置有密封組件，在所述外管(I)上設(shè)置有防水防油透氣塞(6)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的直線驅(qū)動裝置，其特征在于所述外管(I)內(nèi)、絲桿(3)與驅(qū)動機(jī)構(gòu)連接端對應(yīng)設(shè)置有單列圓錐滾子軸承(7)，所述單列圓錐滾子軸承(7)的外圈與外管(I)內(nèi)壁連接，其內(nèi)圈與絲桿(3)緊密配合，在所述伸縮桿(5)與密封端蓋(2)之間設(shè)置有滑動軸承(8)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的直線驅(qū)動裝置，其特征在于在所述密封端蓋(2)端部、伸縮桿(5)與密封端蓋(2)之間設(shè)置有防塵圈(9)，所述密封組件設(shè)置在防塵圈(9)與滑動軸承(8)之間，所述密封組件由至少一組O型密封圈(12)組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的直線驅(qū)動裝置，其特征在于所述絲桿(3)的長徑比為20 25，所述傳動螺母(4)的長徑比為3 5，在所述伸縮桿(5)表面設(shè)置有耐磨防銹層。
5.根據(jù)權(quán)利要求I至4中任意一項所述的直線驅(qū)動裝置，其特征在于所述驅(qū)動機(jī)構(gòu)為帶行星減速器及霍爾信號反饋的直流電機(jī)(10)，所述直流電機(jī)(10)的動力輸出端通過連軸器(11)與絲桿(3 ) —端連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的直線驅(qū)動裝置，其特征在于所述外管(I)由前、后段兩部分螺紋連接且焊接為一整體結(jié)構(gòu)，所述絲桿(3)前端置于外管(I)的前段部分內(nèi)并通過連軸器(11)與直流電機(jī)(10)驅(qū)動連接，所述密封端蓋(2)設(shè)置在外管(I)的后段部分的端部，所述伸縮桿(5 )置于外管(I)的后段部分內(nèi)，在所述密封端蓋(2 )與外管(I)后段部分的端部之間設(shè)置有O型密封圈(12)，在所示絲桿(3)與連軸器(11)接口處設(shè)置有密封圈(13)。
7.—種如上述權(quán)利要求所述的直線驅(qū)動裝置用于太陽跟蹤的控制方法，其特征在于包括以下步驟 a)、首先通過太陽跟蹤裝置的控制器計算確定太陽的軌跡方位，通過太陽的軌跡方位確定在不同時段太陽當(dāng)前的角度Pl ; b)、將太陽當(dāng)前的角度Pl與太陽跟蹤裝置初始角度PO進(jìn)行比較，判斷當(dāng)前直線驅(qū)動裝置是否需要動作，其中太陽跟蹤裝置初始角度由結(jié)構(gòu)設(shè)計確定； C)、若需要直線驅(qū)動裝置動作，由處理器根據(jù)太陽當(dāng)前的角度Pl與太陽跟蹤裝置初始角度PO計算出本次跟蹤的脈沖數(shù)M，再根據(jù)脈沖數(shù)M控制直線驅(qū)動裝置中電機(jī)轉(zhuǎn)動； d)、處理器將本次跟蹤轉(zhuǎn)動的信號發(fā)送給驅(qū)動器，驅(qū)動器在收到控制命令后驅(qū)動直線驅(qū)動裝置中的電機(jī)動作，驅(qū)動器給電機(jī)輸入電壓的正負(fù)確定了直線驅(qū)動裝置的伸長和縮短； 在所述步驟c)中，具體計算方法是 首先確定直線驅(qū)動裝置中行星減速器的減速比為I :T，編碼器在電機(jī)轉(zhuǎn)動一圈產(chǎn)生N個正交編碼信號，伸縮桿在絲桿轉(zhuǎn)動一周后伸長量為S，其中T根據(jù)采用的行星減速器確定，正交編碼信號產(chǎn)生個數(shù)N由編碼器確定，絲桿轉(zhuǎn)動一周伸縮桿伸長量S為絲桿螺距值，即電機(jī)每當(dāng)輸出T*N個信號時就表不伸長臂伸長了 S暈米,每暈米對應(yīng)T*N/S個脈沖； 其次，在初始位置時，直線驅(qū)動裝置的長度為H，伸縮桿端部通過連桿與太陽能帆板轉(zhuǎn)動點連接的長度為B，直線驅(qū)動裝置下部與安裝座的連接點距離為Z，直線驅(qū)動裝置下部與安裝座的連接點到太陽能帆板轉(zhuǎn)動點的長度為A，直線驅(qū)動裝置下部與安裝座的連接點到伸縮桿與連桿的連接點長度為C，在HZC三角形中，H的變化直接影響C的變化，在ABC三角形中，A和B固定，C的變化會直接影響AB之間的夾角， 根據(jù)上述三角關(guān)系可以得到如下關(guān)系 在三角形ABC中，公式I =C2= A2+B2-2ABC0S(P)，其中P為AB的夾角， 在三角形HCZ中，公式2 C2= H2+Z2， 公式 3 H2=A2+B2-Z2-2ABC0S (P)， 跟蹤起始角度由結(jié)構(gòu)設(shè)計確定，根據(jù)初始角度PO，可以得到初始HO ； 設(shè)伸長量為y，太陽能帆板轉(zhuǎn)動角度為X，那么可以得到如下關(guān)系 公式 4 y=H-H0=A2+B2-Z2-2ABC0S (X) -HO, 在公式4中，A、B、Z、HO都是確定的，任意給定的X將會直接確定I的值，I的正負(fù)決定了跟蹤方向； 根據(jù)控制器得到太陽當(dāng)前角度為P1，跟蹤器當(dāng)前的角度為PO，那么根據(jù)公式4:y (pl)-y (pO)=d, d為此次直線驅(qū)動裝置的驅(qū)動量； 最后M=d*T*N/S就是本次驅(qū)動的脈沖數(shù)，根據(jù)本次驅(qū)動的脈沖數(shù)得到電機(jī)轉(zhuǎn)動的圈數(shù)，從而由驅(qū)動器控制電機(jī)轉(zhuǎn)動，使直線驅(qū)動裝置的伸縮桿伸長或縮短到所需量。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的直線驅(qū)動裝置用于太陽跟蹤的控制方法，其特征在于在所述直線驅(qū)動裝置內(nèi)設(shè)置有驅(qū)動控制系統(tǒng)，所述驅(qū)動控制系統(tǒng)在直線驅(qū)動裝置運行過程中，根據(jù)直流電機(jī)負(fù)載變化時轉(zhuǎn)速也隨之變化的性質(zhì)，對反饋脈沖信號頻率進(jìn)行實時監(jiān)控，并根據(jù)反饋脈沖信號數(shù)對伸縮桿的直線行程進(jìn)行控制。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的直線驅(qū)動裝置用于太陽跟蹤的控制方法，其特征在于在所述步驟d)中，控制器在驅(qū)動驅(qū)動器的同時會啟動監(jiān)測模塊，當(dāng)控制器探查到電機(jī)轉(zhuǎn)動過程中由霍爾元件產(chǎn)生的脈沖信號頻率降低時，表明電機(jī)轉(zhuǎn)速正在降低，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速低于額定值，控制器將啟動保護(hù)模塊，預(yù)防驅(qū)動器超負(fù)荷運行而損壞，實現(xiàn)對驅(qū)動器及時有效的保護(hù)。
10.一種如上述權(quán)利要求所述的直線驅(qū)動裝置用于太陽跟蹤的使用方法，其特征在于所述直線驅(qū)動裝置在使用時，直線驅(qū)動裝置對應(yīng)太陽能跟蹤器轉(zhuǎn)動部件的安裝位置為重心偏離轉(zhuǎn)軸，由于重力作用，太陽能跟蹤器轉(zhuǎn)動部件在整個跟蹤過程中始終對直線驅(qū)動裝置保持拉力或壓力。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種直線驅(qū)動裝置及其用于太陽能跟蹤的控制及使用方法，包括外管以及設(shè)置在外管端部的密封端蓋，在所述外管內(nèi)設(shè)置有絲桿，所述絲桿一端與驅(qū)動機(jī)構(gòu)連接，在所述絲桿上設(shè)置有與之螺紋配合的傳動螺母，在所述外管與絲桿之間設(shè)置有伸縮桿，所述伸縮桿一端與傳動螺母連接，其另一端穿過密封端蓋，在所述伸縮桿與密封端蓋之間設(shè)置有密封組件，在所述外管上設(shè)置有防水防油透氣塞。本發(fā)明主要用于太陽能跟蹤器上，其根據(jù)太陽跟蹤器的使用環(huán)境，針對裝置本身的抗撓度、抗載荷以及防護(hù)方面作了相應(yīng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計，使本裝置在太陽跟蹤器的應(yīng)用中，運行可靠穩(wěn)定、抗撓度及抗載荷能力強(qiáng)，從而有效提高太陽能跟蹤器的跟蹤精度。
文檔編號G05D3/12GK102968127SQ20121045272
公開日2013年3月13日 申請日期2012年11月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月13日
發(fā)明者黃忠 申請人:四川鐘順太陽能開發(fā)有限公司