天文式太陽(yáng)跟蹤器的制造方法
【專(zhuān)利摘要】一種天文式太陽(yáng)跟蹤器，由控制器、兩自由度三維機(jī)械旋轉(zhuǎn)平臺(tái)、電機(jī)、減速機(jī)構(gòu)成。其特征在于：還包含一個(gè)方位角傳感器（6）、一個(gè)高度角傳感器（3）、一臺(tái)能自行計(jì)算太陽(yáng)方位角和高度角并能與方位角傳感器和高度角傳感器一起構(gòu)成閉環(huán)控制的控制器（7）、一組牽拉式非定比傳動(dòng)的高度角調(diào)整牽引裝置（9）、一個(gè)鋼絲繩收緊裝置（4）、一對(duì)非定比傳動(dòng)的驅(qū)動(dòng)輪（11）、一個(gè)水平機(jī)械旋轉(zhuǎn)平臺(tái)（16）、一個(gè)由高度角調(diào)整牽引裝置（9）驅(qū)動(dòng)的可自由調(diào)整傾角的機(jī)械承物平臺(tái)（2）、一組固接在水平機(jī)械旋轉(zhuǎn)平臺(tái)之上并能支承機(jī)械承物平臺(tái)的支承腳架（8），構(gòu)成一個(gè)閉環(huán)控制的天文式太陽(yáng)跟蹤器。
【專(zhuān)利說(shuō)明】天文式太陽(yáng)跟蹤器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明為一種天文式太陽(yáng)跟蹤器，屬于太陽(yáng)能應(yīng)用領(lǐng)域，能對(duì)太陽(yáng)作三維跟蹤；其 三維旋轉(zhuǎn)平臺(tái)上可裝太陽(yáng)能采集設(shè)備(如光伏設(shè)備或光熱接收設(shè)備）對(duì)太陽(yáng)進(jìn)行跟蹤運(yùn)行， 使得接收設(shè)備的接收平面始終與太陽(yáng)入射光線(xiàn)垂直，以獲得最大的太陽(yáng)幅射采集量。。

【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)有技術(shù)中，若以跟蹤方法作區(qū)分，有以下兩種方法，優(yōu)缺點(diǎn)如下： 1、光跟蹤法：用一組光傳感器，適時(shí)檢測(cè)入射太陽(yáng)光與設(shè)備的差角，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)執(zhí)行設(shè)備 作姿態(tài)調(diào)整，直至差角為零，從而進(jìn)入一個(gè)短暫的設(shè)備角與光入射角匹配的狀態(tài)，并等待下 一個(gè)差角的產(chǎn)生和調(diào)整，周而復(fù)始以達(dá)到跟蹤太陽(yáng)的目的；這種方法稱(chēng)作"光跟蹤法"，屬 "被動(dòng)跟蹤"范疇，其邏輯構(gòu)架如圖18所示。由于光跟蹤法簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、易于實(shí)現(xiàn)，因此被人 們最早采用。其優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡(jiǎn)單，不需配用復(fù)雜、精密的伺服系統(tǒng)，精度可做得很高，但其致 命缺點(diǎn)是僅適用于全天晴朗無(wú)云的氣候，若在復(fù)雜的氣候條件下，哪怕只有些許浮云，設(shè)備 就會(huì)不聽(tīng)使喚，誤動(dòng)作頻發(fā)，原地重復(fù)多圈旋轉(zhuǎn)，最終導(dǎo)致配線(xiàn)與配管系統(tǒng)的毀壞；靈敏度 越高的設(shè)備這個(gè)問(wèn)題越趨嚴(yán)重。而當(dāng)陽(yáng)光一旦從云縫里射出，由于機(jī)構(gòu)反應(yīng)速度差的存在， 跟蹤器卻不在預(yù)定位置上，此時(shí)，接收設(shè)備若為高倍聚光的組中，則高溫光斑不投射在接收 元件上，而會(huì)投射在不耐溫的(諸如電纜、管線(xiàn)、構(gòu)架等）部件上，從而燒壞設(shè)備。此外，高分 辨率的傳感器大多由兩組共四個(gè)光信號(hào)檢測(cè)元件構(gòu)成，它們彼此按不同的朝向工作，在戶(hù) 外環(huán)境中，朝上的那個(gè)元件極易受飄塵和鳥(niǎo)類(lèi)的污染，朝下的元件易受雨水浸潤(rùn)等污染，而 造成檢測(cè)誤差；同理，空中的飛機(jī)、飛禽活動(dòng)、周邊建筑、相鄰的太陽(yáng)能接收設(shè)備等等反射過(guò) 來(lái)的哪怕很微弱的光，都將嚴(yán)重干擾著設(shè)備的正常運(yùn)行，使之誤判而燒壞設(shè)備。這就是國(guó)際 太陽(yáng)能產(chǎn)品市場(chǎng)上至今未能買(mǎi)到合適的此類(lèi)型太陽(yáng)跟蹤器的原因。
[0003] 2、天文跟蹤法：先根據(jù)地球與太陽(yáng)之間的天文運(yùn)行規(guī)律，計(jì)算出地球表面上任一 點(diǎn)太陽(yáng)的高度角與方位角隨季節(jié)和時(shí)間變化的規(guī)律，再設(shè)計(jì)一套數(shù)控的機(jī)械設(shè)備，按其規(guī) 律對(duì)設(shè)備進(jìn)行預(yù)調(diào)整，以達(dá)到跟蹤之目的；這種方法被稱(chēng)作"天文跟蹤法"屬"主動(dòng)跟蹤"范 疇，其邏輯構(gòu)架如圖19所示。天文跟蹤法首先要理清地球與太陽(yáng)之間的天文運(yùn)行規(guī)律。由 于地球自轉(zhuǎn)與繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)之間的黃道面/赤道面夾角（23° 27')的存在，以及地球上"恒 星年"（365. 25636日?365日6時(shí)9分10秒）、"回歸年"（365. 24219879日?365日5小 時(shí)48分45. 5秒）和"歷法年"（365?366天/年，4年一閏、百年不閏、400年再閏）之間 的差異，三者的公倍數(shù)無(wú)限大，使得太陽(yáng)在天空中的位置隨著時(shí)間和地理位置的不同而在 不斷變化著，不但每日不同、每季不同，而且每年的同一日也不同，國(guó)際天文學(xué)界以及太陽(yáng) 能界的先驅(qū)們數(shù)百年來(lái)作了許多探索，發(fā)表了許多論文，公布了許多算法。在天文算法中規(guī) 定：水平方向以正南為零度，南偏東為負(fù)值、南偏西為正值，稱(chēng)為方位角；垂直方向以地平 線(xiàn)為零度，低于地平線(xiàn)為負(fù)值、高于地平線(xiàn)為正值，稱(chēng)作高度角。對(duì)聚光太陽(yáng)能接收設(shè)備而 言，其聚光比越大，在預(yù)定焦平面上得到的光強(qiáng)越大，要求的算法精度就越高，其接收效率 也越高；反之，設(shè)備的聚光比越小，對(duì)算法精度的要求也愈低；因此，對(duì)于不同系統(tǒng)，只要采 用與其精度要求相適應(yīng)的算法就行。這種跟蹤器在國(guó)際上有人銷(xiāo)售，價(jià)格昂貴。
[0004] 此外，天文跟蹤法是一種數(shù)字式跟蹤器，設(shè)備易于組成需作姿態(tài)群控的接收器陣 列，比如"避風(fēng)"（設(shè)備拉平，高度角=90° )、"避雪"（設(shè)備堅(jiān)直，高度角=0° )、"避塵"（設(shè) 備堅(jiān)直，高度角=0° )、"防凍"（內(nèi)部液體排空)、"防系統(tǒng)熱溢出"（與太陽(yáng)光保持一定夾角） "跟蹤"、"休眠"等定量的遠(yuǎn)程姿態(tài)群控指令，可通過(guò)總線(xiàn)式"RS485"接口或以太網(wǎng)的"TPC/ IP"接口得以發(fā)出和接收，通過(guò)服務(wù)器還能進(jìn)行各種數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程采集以及設(shè)備的初始化和自 動(dòng)化管理。
[0005] 現(xiàn)有技術(shù)中，若以系統(tǒng)的控制方式作區(qū)分，也有以下兩種，優(yōu)缺點(diǎn)如下： 1、閉環(huán)控制：在光跟蹤法中，光傳感器發(fā)出的是模擬信號(hào)，不能用于控制步進(jìn)電機(jī)作定 量傳動(dòng)，因而系統(tǒng)不能進(jìn)行"目標(biāo)運(yùn)算、定比傳動(dòng)、定量到位"的開(kāi)環(huán)控制，只能用常規(guī)電機(jī) 進(jìn)行"開(kāi)關(guān)"控制，并經(jīng)由被控設(shè)備帶動(dòng)的傳感器，使之逐步逼近、并最終抵達(dá)目標(biāo)而完成一 次閉環(huán)控制；具體的工作過(guò)程是：由光傳感器發(fā)出的糾偏信號(hào)經(jīng)放大后，控制電機(jī)工作，電 機(jī)經(jīng)減速后推動(dòng)機(jī)械構(gòu)架轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行糾偏；光傳感器安裝在機(jī)械構(gòu)架中與其隨動(dòng)，逐步逼近 目標(biāo)，設(shè)備角度越接近目標(biāo)，光傳感器的糾偏信號(hào)越小，直至與目標(biāo)完全重合后糾偏信號(hào)消 失，完成一次閉環(huán)控制。這種閉環(huán)控制系統(tǒng)的缺點(diǎn)是：無(wú)法預(yù)先得到目標(biāo)的準(zhǔn)確位置并發(fā)出 定量的目標(biāo)坐標(biāo)指令；其優(yōu)點(diǎn)是：設(shè)備簡(jiǎn)單，對(duì)電機(jī)、減速機(jī)和傳動(dòng)系統(tǒng)沒(méi)什么要求，機(jī)械 傳動(dòng)中偶發(fā)的"打滑"、"跳齒"不會(huì)影響系統(tǒng)的準(zhǔn)確跟蹤，因此，跟蹤設(shè)備水平方向的方位角 調(diào)整可用簡(jiǎn)單的"滾輪/路軌"方式實(shí)現(xiàn)，垂直方向的高度角調(diào)整可用更簡(jiǎn)單的連桿、皮帶 傳動(dòng)等方法實(shí)現(xiàn)。取材方便、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，設(shè)備的造價(jià)低。
[0006] 2、開(kāi)環(huán)控制：在天文跟蹤法中，常規(guī)的做法是采用開(kāi)環(huán)控制，S卩：由計(jì)算機(jī)給出即 時(shí)的目標(biāo)座標(biāo)，并根據(jù)機(jī)械定比傳動(dòng)的匹配數(shù)據(jù)算出步進(jìn)電機(jī)所需的"步數(shù)"，進(jìn)而向步進(jìn) 電機(jī)發(fā)出定量的工作指令，只要電機(jī)完成工作指令、轉(zhuǎn)過(guò)一定的"步數(shù)"，系統(tǒng)即默認(rèn)為"已 對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)"。在此過(guò)程中，沒(méi)有位置信號(hào)傳感器反饋設(shè)備在糾偏過(guò)程和糾偏結(jié)束時(shí)的姿態(tài)信 息，設(shè)備的運(yùn)行精確度依賴(lài)于機(jī)械傳動(dòng)中各環(huán)節(jié)的傳動(dòng)精度。
[0007] 當(dāng)然，系統(tǒng)若采用伺服電機(jī)(步進(jìn)電機(jī)+旋轉(zhuǎn)編碼器)，能有利于監(jiān)控電機(jī)對(duì)指令 執(zhí)行的結(jié)果，能避免步進(jìn)電機(jī)的電氣"失步"，但設(shè)備整體還是屬于開(kāi)環(huán)控制的范疇，無(wú)法防 止機(jī)械傳輸系統(tǒng)的打滑、跳齒帶來(lái)的永久性傳動(dòng)誤差。
[0008] 此外，還有《華中科技大學(xué)》的陳應(yīng)天教授提出的《用簡(jiǎn)單編碼器提高普通直流電 機(jī)驅(qū)動(dòng)精度和可靠性的方法》(中國(guó)專(zhuān)利號(hào)200610200317. 5)，其方法的優(yōu)勢(shì)是：用普通直流 電機(jī)搭成"準(zhǔn)步進(jìn)電機(jī)"，優(yōu)點(diǎn)是a、可省去價(jià)格昂貴的步進(jìn)電機(jī)；b、直流電機(jī)的供電方式與 太陽(yáng)能接收設(shè)備易于匹配；但其缺點(diǎn)是易"失步"，無(wú)法保證受控設(shè)備準(zhǔn)確的定量糾偏，還需 要一套精確的機(jī)械定比傳動(dòng)系統(tǒng)與其匹配；此例也屬于開(kāi)環(huán)控制糾偏法。
[0009] 開(kāi)環(huán)控制糾偏法雖在許多天文跟蹤設(shè)備(如大型天文望遠(yuǎn)鏡、太陽(yáng)跟蹤器)、衛(wèi)星 接收設(shè)備中廣為采用，但其需要一套精密可靠的定比傳動(dòng)的機(jī)械設(shè)備與其匹配運(yùn)行，它控 制的是"過(guò)程"而不是"目標(biāo)"，是用精確的傳動(dòng)過(guò)程來(lái)保證目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)；因此，其機(jī)械設(shè)備 相當(dāng)昂貴并且難以伺候，每個(gè)環(huán)節(jié)均需使用齒輪、鏈輪或同步帶輪傳動(dòng)，這在小型設(shè)備上易 于實(shí)現(xiàn)，在大至數(shù)米至數(shù)十米的大型設(shè)備上就很難實(shí)施；若在戶(hù)外環(huán)境中用于大型太陽(yáng)跟 蹤器，一旦傳動(dòng)過(guò)程中由于風(fēng)載或"熱脹冷縮"等外界原因產(chǎn)生"跳齒"、"打滑"都會(huì)產(chǎn)生永 久性的誤差，使其偏離預(yù)定方向。
[0010] 總結(jié)：在戶(hù)外大型太陽(yáng)跟蹤器中，現(xiàn)有技術(shù)常用的有以下二種控制方法： 1、閉環(huán)控制：是一種目標(biāo)控制，有反饋環(huán)節(jié)，通過(guò)反饋系統(tǒng)使系統(tǒng)的精確度提高，它能 保證不達(dá)目標(biāo)絕不罷休，并且設(shè)備成本低，易于實(shí)現(xiàn)，是大型太陽(yáng)跟蹤器理想的控制方式。
[0011] 2、開(kāi)環(huán)控制：是一種過(guò)程控制，無(wú)反饋環(huán)節(jié)，系統(tǒng)的輸出量不會(huì)對(duì)系統(tǒng)的控制作用 發(fā)生影響，沒(méi)有自動(dòng)修正或補(bǔ)償?shù)哪芰λ还芄ぷ髁鞒潭还墚a(chǎn)生效果，"官僚"且高成本， 用于大型太陽(yáng)跟蹤器太過(guò)奢侈，一旦發(fā)生偏差無(wú)法感知。
[0012] 由此可見(jiàn)，在現(xiàn)有技術(shù)中，無(wú)論是光跟蹤法還是天文跟蹤法，都有其不可避免的技 術(shù)缺陷：光跟蹤法信號(hào)來(lái)源不穩(wěn)定，但易于實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制；天文跟蹤法能給出準(zhǔn)確的目標(biāo) 坐標(biāo)，但沒(méi)有合適的姿態(tài)傳感器，系統(tǒng)僅能采用開(kāi)環(huán)控制。若能擇二者之優(yōu)點(diǎn)而棄其缺點(diǎn)， 用閉環(huán)控制法實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能設(shè)備的天文跟蹤，也即：用天文法的跟蹤數(shù)據(jù)作為目標(biāo)指令，指揮 閉環(huán)跟蹤設(shè)備無(wú)限逼近目標(biāo)，則以上問(wèn)題就能得以完美解決。但問(wèn)題是閉環(huán)控制中還需要 一組姿態(tài)傳感器，系統(tǒng)用其感知的當(dāng)前設(shè)備姿態(tài)數(shù)據(jù)與目標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，以達(dá)到"不達(dá)目 標(biāo)絕不罷休"之效。
[0013] 此外，傳統(tǒng)的三維跟蹤器用的是"單柱撐板式"（有如"金雞獨(dú)立"）的機(jī)械結(jié)構(gòu)，采 用"樞軸式驅(qū)動(dòng)"方案，其力學(xué)上的承重節(jié)點(diǎn)與動(dòng)力節(jié)點(diǎn)重合在一起，造成節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力大，需 配用笨重的電機(jī)、減速機(jī)和機(jī)械支承和驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器，這種結(jié)構(gòu)的唯一優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備造型美觀(guān)， 而缺點(diǎn)多多：1、抗風(fēng)能力差，需澆灌大型水泥基座；2、所需驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)功率大；3、傳動(dòng) 間隙大、跟蹤精度低；4、安裝不便，需動(dòng)用吊車(chē)；5、承載能力差，僅能用于較輕的光伏設(shè)備 的跟蹤；6、無(wú)法在高臺(tái)、樓頂安裝使用；7、構(gòu)件大而笨重，用材多，造價(jià)昂貴；8、維護(hù)不便、 維護(hù)成本高。
[0014] 由于現(xiàn)有技術(shù)中以上諸多問(wèn)題的存在，嚴(yán)重影響了太陽(yáng)跟蹤器在太陽(yáng)能應(yīng)用領(lǐng)域 的推廣和使用，成為一個(gè)有待突破的技術(shù)障礙；當(dāng)今，在國(guó)際上無(wú)論是光伏還是光熱采集設(shè) 備，絕大部份還是采取低效的固定式安裝，便是實(shí)例。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0015] 本發(fā)明目的：克服現(xiàn)有技術(shù)中"光跟蹤法"與"天文跟蹤法"中的不足，集"開(kāi)環(huán)控 制"和"閉環(huán)控制"之優(yōu)點(diǎn)，在控制方法上，用一對(duì)"方位角傳感器"和"高度角傳感器"作為 設(shè)備的姿態(tài)信息反饋給控制器，以達(dá)到用"閉環(huán)控制"方式實(shí)現(xiàn)"天文跟蹤法"的目的；在機(jī) 械構(gòu)架上，使用一臺(tái)離軸驅(qū)動(dòng)式三維機(jī)械旋轉(zhuǎn)平臺(tái)作為執(zhí)行器，使得太陽(yáng)跟蹤器準(zhǔn)確可靠、 簡(jiǎn)單易行、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，便于在太陽(yáng)能應(yīng)用領(lǐng)域廣泛使用。
[0016] 技術(shù)方案：本發(fā)明的目的是通過(guò)如下措施予以實(shí)現(xiàn)：一種天文式太陽(yáng)跟蹤器，由控制 器、兩自由度三維機(jī)械旋轉(zhuǎn)平臺(tái)、電機(jī)、減速機(jī)構(gòu)成，其特征在于：還包含一個(gè)方位角傳感器 (6)、一個(gè)高度角傳感器（3)、一臺(tái)能自行計(jì)算太陽(yáng)方位角和高度角并能與方位角傳感器和 高度角傳感器一起構(gòu)成閉環(huán)控制的控制器（7)、一組牽拉式非定比傳動(dòng)的高度角調(diào)整牽引 裝置（9)、一個(gè)鋼絲繩收緊裝置（4)、一對(duì)非定比傳動(dòng)的驅(qū)動(dòng)輪（11)、一個(gè)水平機(jī)械旋轉(zhuǎn)平 臺(tái)（16)、一個(gè)由高度角調(diào)整牽引裝置（9)驅(qū)動(dòng)的可自由調(diào)整傾角的機(jī)械承物平臺(tái)（2)、一組 固接在水平機(jī)械旋轉(zhuǎn)平臺(tái)之上并能支承機(jī)械承物平臺(tái)的支承腳架（8)，構(gòu)成一個(gè)閉環(huán)控制 的天文式太陽(yáng)跟蹤器。
[0017] 所謂"定比傳動(dòng)"系指從原動(dòng)件（電機(jī)）通過(guò)減速環(huán)節(jié)再到終端驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)所構(gòu)成的 整個(gè)傳動(dòng)"鏈"的各個(gè)環(huán)節(jié)中，每一級(jí)的傳動(dòng)比都是確定的、恒定的，比如齒輪、鏈輪傳動(dòng)；而 "非定比傳動(dòng)"系指上述的各個(gè)環(huán)節(jié)中，至少有一級(jí)或多于一級(jí)以上的環(huán)節(jié)的傳動(dòng)比是不恒 定的、無(wú)法確定的，比如靠摩擦力傳遞的皮帶傳動(dòng)、光滑滾輪對(duì)地面或軌道的傳動(dòng)。上述牽 引裝置（9)對(duì)鋼絲繩（5)的牽拉、以及驅(qū)動(dòng)輪（11)之滾輪對(duì)光滑地面或軌道的滾動(dòng)就是靠 摩擦力的傳動(dòng)，即為非定比傳動(dòng)。在戶(hù)外的大型太陽(yáng)跟蹤器中采用非定比傳動(dòng)最為簡(jiǎn)單、經(jīng) 濟(jì)，但傳動(dòng)的準(zhǔn)確性需靠下述的方位角傳感器（6)和高度角傳感器（3)與控制器（7)構(gòu)成閉 環(huán)控制系統(tǒng)予以保證。
[0018] 因此，在本發(fā)明中，還有一個(gè)方位角傳感器（6)和一個(gè)高度角傳感器（3);方位角傳 感器（6)安裝在水平機(jī)械旋轉(zhuǎn)平臺(tái)（16)或支承腳架（8)之上，與設(shè)備的水平方向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 相關(guān)聯(lián)，與之隨動(dòng)；其核心由一組三坐標(biāo)地球磁場(chǎng)方向矢量感知器（圖16)和一組A/D轉(zhuǎn)換 器構(gòu)成，分布在X軸、Y軸、Z軸上的地球磁場(chǎng)方向矢量感知器感知的微弱磁場(chǎng)信號(hào)經(jīng)"磁/ 電"轉(zhuǎn)換后再經(jīng)內(nèi)部放大器放大，再由A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后傳輸給控制器（7)，由 控制器（7)內(nèi)部計(jì)算出此時(shí)設(shè)備的實(shí)際方位角。高度角傳感器（3)安裝在機(jī)械承物平臺(tái)（2) 之上，與設(shè)備的垂直方向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)相關(guān)聯(lián)，與之隨動(dòng)；其核心由一組三坐標(biāo)地球重力方向矢 量感知器（圖17)和一組A/D轉(zhuǎn)換器構(gòu)成；分布在X軸、Y軸、Z軸上的地球重力方向矢量感 知器感知的微弱重力場(chǎng)信號(hào)經(jīng)內(nèi)部放大器放大，再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后傳輸給 控制器（7)，由控制器（7)內(nèi)部計(jì)算出此時(shí)設(shè)備的實(shí)際高度角。
[0019] 控制器（7)內(nèi)部由電源、計(jì)算器、傳感器接口、比較器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成；計(jì)算器 根據(jù)設(shè)備所在的位置和時(shí)間計(jì)算出即時(shí)的太陽(yáng)方位角與高度角的理論數(shù)據(jù)，同時(shí)將由傳感 器接口輸入的方位角傳感器（6)和高度角傳感器（3)感知的設(shè)備姿態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算 結(jié)果與理論數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，比較后，定時(shí)或定差向電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路發(fā)出姿態(tài)調(diào)整信號(hào)；所謂 "定時(shí)調(diào)整"是指設(shè)備按一定的時(shí)間間隔（比如每隔30秒或60秒一次）對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較后 發(fā)出姿態(tài)調(diào)整指令；所謂"定差調(diào)整"是指當(dāng)設(shè)備姿態(tài)與理論值相差一定數(shù)值（比如0. 5° 或Γ )時(shí)，設(shè)備自動(dòng)進(jìn)行一次姿態(tài)調(diào)整。設(shè)備的姿態(tài)改變后，與設(shè)備隨動(dòng)的方位角傳感器 和高度角傳感器感知的新的數(shù)據(jù)再行與理論數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，直至分別相同為止，以此實(shí)現(xiàn) 設(shè)備的方位角和高度角的閉環(huán)控制，其邏輯構(gòu)架如圖20所示。
[0020] 水平機(jī)械旋轉(zhuǎn)平臺(tái)（16)是一個(gè)能在水平平面上或圓形軌道上作360°圓周旋轉(zhuǎn) 運(yùn)動(dòng)裝置；其下方至少安裝有一對(duì)驅(qū)動(dòng)輪（11)和一對(duì)隨動(dòng)輪（17)，驅(qū)動(dòng)輪（11)和隨動(dòng)輪 (17)安裝在遠(yuǎn)離設(shè)備回轉(zhuǎn)中心的最外緣位置(離軸位置)，當(dāng)電機(jī)得電時(shí)，驅(qū)動(dòng)輪（11)將推 動(dòng)整個(gè)設(shè)備在水平面或圓形軌道上作360°的旋轉(zhuǎn)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)方位角的跟蹤；這種布 局較之于傳統(tǒng)的樞軸式傳動(dòng)方式，獲得了以下極積效果：其一、只需用很小的動(dòng)力就能獲得 很大的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，使得設(shè)備的功耗??；其二、力學(xué)上的承重節(jié)點(diǎn)和動(dòng)力節(jié)點(diǎn)相對(duì)分離并分散 分布，為外緣多點(diǎn)式承重結(jié)構(gòu)，使得設(shè)備更加穩(wěn)定，抗風(fēng)能力強(qiáng)，不需澆灌水泥基礎(chǔ)；其三、 傳動(dòng)間隙極小、跟蹤精度高，運(yùn)行極其穩(wěn)定；其四、全拼裝式結(jié)構(gòu)，安裝方便，不需動(dòng)用吊車(chē)； 其五、承載能力強(qiáng)，能用于較重的光熱采集設(shè)備；其六、方便在高臺(tái)、樓頂安裝使用；其七、 構(gòu)件用材少，自重輕，造價(jià)低廉；其八、維護(hù)方便。
[0021] 兩個(gè)支承腳架（8)分別固接在水平機(jī)械旋轉(zhuǎn)平臺(tái)（16)的左右兩側(cè)邊之上，并與其 隨動(dòng)；在兩副支承腳架（8)的上部，分別裝有一個(gè)軸承座（13)，水平芯軸（12) -端插入軸承 座（13)內(nèi)的軸承內(nèi)孔之中，另一端與機(jī)械承物平臺(tái)（2)中部的橫向重心連線(xiàn)固接；在平衡 狀態(tài)下，機(jī)械承物平臺(tái)（2)在牽引裝置（9)和鋼絲繩（5)的牽引下，可繞其橫向重心連線(xiàn)所 固接的水平芯軸（12)作立面方向上的旋轉(zhuǎn)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)高度角的跟蹤。
[0022] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)： 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在：在跟蹤方法上，集傳統(tǒng)跟蹤器的諸多優(yōu)勢(shì)，如天文跟蹤法中數(shù)據(jù) 的準(zhǔn)確性、光跟蹤法中閉環(huán)控制的可靠性，用一組方位角傳感器、一組高度角傳感器構(gòu)成本 設(shè)備的姿態(tài)傳感器，用閉環(huán)控制法實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能設(shè)備的天文跟蹤，改變了傳統(tǒng)技術(shù)中天文式 跟蹤器只能使用開(kāi)環(huán)控制的狀況，使得控制系統(tǒng)的構(gòu)架更加嚴(yán)謹(jǐn)，對(duì)配套的電機(jī)和后續(xù)的 機(jī)械執(zhí)行設(shè)備的要求更低，省卻了傳統(tǒng)天文跟蹤器必不可少的步進(jìn)電機(jī)和精確的機(jī)械定比 傳動(dòng)系統(tǒng)，并使得設(shè)備運(yùn)行更加準(zhǔn)確、可靠，造價(jià)更加低廉。在機(jī)械構(gòu)架上，使用一臺(tái)離軸驅(qū) 動(dòng)式三維機(jī)械旋轉(zhuǎn)平臺(tái)作為執(zhí)行器，使得太陽(yáng)跟蹤器準(zhǔn)確可靠、簡(jiǎn)單易行、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，便于 在太陽(yáng)能應(yīng)用領(lǐng)域廣泛使用。這無(wú)論對(duì)于太陽(yáng)能的光電接收還是聚光光熱接收，其推廣和 應(yīng)用都具有極其重大的意義。
[0023]

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0024] 圖1是天文式太陽(yáng)跟蹤器的主視圖； 圖2是圖1的俯視圖； 圖3是高度角為90°時(shí)的天文式太陽(yáng)跟蹤器主視圖； 圖4是圖3拆去機(jī)械承物平臺(tái)后的俯視圖； 圖5是高度角為0°時(shí)的天文式太陽(yáng)跟蹤器主視圖； 圖6是圖5的俯視圖； 圖7是牽引裝置內(nèi)部鋼絲繩拖曳輪工作示意圖； 圖8是圖7的俯視圖； 圖9是鋼絲繩收緊裝置示意圖； 圖10是圖9的側(cè)視圖。
[0025] 圖11是驅(qū)動(dòng)輪內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖； 圖12是隨動(dòng)輪示意圖； 圖13是上導(dǎo)輪或下導(dǎo)輪的主視圖； 圖14是上導(dǎo)輪或下導(dǎo)輪的剖視圖； 圖15是軸套與空心芯軸裝配關(guān)系示意圖； 圖16是方位角傳感器工作原理圖； 圖17是高度角傳感器工作原理圖； 圖18是傳統(tǒng)的光跟蹤式太陽(yáng)跟蹤器的控制邏輯構(gòu)架圖； 圖19是傳統(tǒng)的天文式太陽(yáng)跟蹤器的控制邏輯構(gòu)架圖； 圖20是本發(fā)明的天文式太陽(yáng)跟蹤器的控制邏輯構(gòu)架圖。
[0026] 圖中標(biāo)號(hào)：1上導(dǎo)輪、la導(dǎo)輪支架、lb導(dǎo)輪、lc滑動(dòng)軸承、Id導(dǎo)輪軸、le軸用擋圈、 2機(jī)械承物平臺(tái)、3高度角傳感器、4鋼絲繩收緊裝置、4a固定角鋼、4b穿心螺栓、4c回轉(zhuǎn) 軸、4d扭簧、4e扭簧固定裝置、4f收緊盤(pán)、4g鋼絲繩頭固定裝置、4h扳手、4i抱箍、5鋼 絲繩、6方位角傳感器、7控制器、8支承腳架、9牽引裝置、9a拖曳輪壓緊裝置、9b外殼、9c 壓緊彈簧、9d壓力調(diào)整輪、9e拖曳輪、9f電機(jī)、9g拖曳減速機(jī)、9h同步鏈輪與鏈條、10下 導(dǎo)輪、11驅(qū)動(dòng)輪、11a驅(qū)動(dòng)輪電機(jī)、lib驅(qū)動(dòng)輪減速機(jī)、11c驅(qū)動(dòng)齒輪、lid走輪、lie驅(qū)動(dòng) 輪支架、Ilf輪軸、llg軸承、12水平芯軸、13軸承座、14軸套、15芯軸組件、15a上法蘭、15b 空心芯軸、15c地腳螺栓、15d下法蘭、16水平機(jī)械旋轉(zhuǎn)平臺(tái)、17隨動(dòng)輪、18圓形軌道。
[0027]

【具體實(shí)施方式】
[0028] 下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】做進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0029] 本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理如圖1所示。圖1是太陽(yáng)高度角在大于0°、小于90°之間的 工作狀態(tài)示意圖，此時(shí)，機(jī)械承物平臺(tái)（2)的上平面與地面之間成為一夾角。圖3是太陽(yáng)高 度角等于90°時(shí)的工作狀態(tài)示意圖，此時(shí)，機(jī)械承物平臺(tái)（2)的上平面與地面相平行。圖 5是太陽(yáng)高度角等于0°時(shí)的工作狀態(tài)示意圖，此時(shí)，機(jī)械承物平臺(tái)（2)的上平面垂直于地 面。在實(shí)際工作中，當(dāng)太陽(yáng)初升之時(shí)，高度角為0°，是圖5狀態(tài)；當(dāng)太陽(yáng)在升起之后至12: 00 (真太陽(yáng)時(shí)）之前，是圖1狀態(tài)；地球上南北回歸線(xiàn)之間的不同地區(qū)，在一年中特定的時(shí) 間里，在真太陽(yáng)時(shí)的12 :00之時(shí)，太陽(yáng)的高度角等于90°，此時(shí)跟蹤器的工作狀態(tài)如圖3所 /_J、1 〇
[0030] 在圖1、圖3、圖5中，設(shè)：上導(dǎo)輪（1)至下導(dǎo)輪（10)之間的鋼絲長(zhǎng)度為L(zhǎng)1、下導(dǎo)輪 (10)至牽引裝置（9)之間的鋼絲長(zhǎng)度為L(zhǎng)2、牽引裝置（9)至機(jī)械承物平臺(tái)（2)下邊鋼絲頭 固定端的鋼絲長(zhǎng)度為L(zhǎng)3 ;由于在圖1、圖3、圖5中，機(jī)械承物平臺(tái)（2)與地面之間處于不同 傾角的工作狀態(tài)下，其L1、L2、L3之和并非恒定值，是高度角"hs"的函數(shù)，稱(chēng)為"工作長(zhǎng)度"； 其"工作長(zhǎng)度"圖3最大、圖1次之、圖5最??；因此，跟蹤器在對(duì)日跟蹤工作過(guò)程中，鋼絲繩 (5)的"工作長(zhǎng)度"時(shí)刻在變化著，日出時(shí)最短、午時(shí)最長(zhǎng)，然后又逐漸變短，直至日落時(shí)又是 最短。這樣，就有必要為鋼絲繩（5)的工作長(zhǎng)度設(shè)置一個(gè)自動(dòng)補(bǔ)償裝置，當(dāng)"工作長(zhǎng)度"變短 時(shí)它能將多余部份自動(dòng)收緊并保持足夠預(yù)緊力、當(dāng)"工作長(zhǎng)度"變長(zhǎng)時(shí)它也能將不足部份自 動(dòng)放出并保持足夠預(yù)緊力，以使得機(jī)械承物平臺(tái)（2)的傾角保持良好的受控狀態(tài)；因此，本 發(fā)明設(shè)計(jì)了一套鋼絲繩收緊裝置（4)，以滿(mǎn)足上述要求。
[0031] 本實(shí)施例中，鋼絲繩收緊裝置（4)如圖9所示，主要由扭簧（4d)、回轉(zhuǎn)軸（4c)、收緊 盤(pán)（4f )等零件組成；其中，扭簧（4d)套在回轉(zhuǎn)軸（4c)之外，扭簧鋼絲一頭插入回轉(zhuǎn)軸（4c) 之內(nèi)（如圖10)、另一頭與收緊盤(pán)（4f)上的扭簧固定裝置（4e)緊固并可隨收緊盤(pán)（4f)旋 轉(zhuǎn)；收緊盤(pán)（4f)內(nèi)圈與回轉(zhuǎn)軸（4c)之間通過(guò)滾動(dòng)軸承聯(lián)接并可繞回轉(zhuǎn)軸（4c)旋轉(zhuǎn)；回轉(zhuǎn) 軸（4c)通過(guò)穿心螺栓（4b)、抱箍（4i)與固定角鋼（4a)固接；回轉(zhuǎn)軸（4c)上固接有一付，用 于調(diào)整扭簧預(yù)緊力；鋼絲繩（5)的一頭在收緊盤(pán)（4f)外圈上纏繞數(shù)圈后，通過(guò)鋼絲繩頭固 定裝置（4g)與收緊盤(pán)（4f)的一側(cè)面緊固。當(dāng)撥出穿心螺栓（4b)并松開(kāi)抱箍（4i)時(shí)，拉動(dòng) 扳手（4h)讓回轉(zhuǎn)軸（4c)旋轉(zhuǎn)，就可調(diào)整鋼絲繩的預(yù)緊力；調(diào)畢，插入穿心螺栓（4b)、旋緊抱 箍（4i)，設(shè)備作對(duì)日跟蹤時(shí)鋼絲繩（5)就能收、放自如。鋼絲繩收緊裝置（4)的設(shè)置，還能 對(duì)設(shè)備內(nèi)部偏轉(zhuǎn)動(dòng)力的傳遞和外力（如風(fēng)載）的沖擊起到一定的"消震"作用，使得設(shè)備工作 得更加平穩(wěn)。
[0032] 圖7、圖8所示，高度角調(diào)整牽引裝置（9)是一種牽拉式非定比傳動(dòng)的電動(dòng)裝置，由 拖曳輪壓緊裝置（9a)、外殼（％)、一組拖曳輪（9e)、一個(gè)壓力調(diào)整輪（9d)、電機(jī)（9f)、減速 機(jī)（9g)、同步鏈輪與鏈條（9h)構(gòu)成；由至少兩組導(dǎo)輪（1)與（10)、一條鋼絲繩（5)構(gòu)成牽引 裝置；牽引裝置（9)固接在水平機(jī)械旋轉(zhuǎn)平臺(tái)（16)之上，收緊裝置（4)固接在機(jī)械承物平 臺(tái)（2)腹部，一組導(dǎo)輪（1)固接在機(jī)械承物平臺(tái)的一條邊緣之下方，另一組導(dǎo)輪（10)固接 在水平機(jī)械旋轉(zhuǎn)平臺(tái)（16)的外側(cè)；鋼絲繩（5)穿過(guò)牽引裝置（9)內(nèi)的拖曳輪（9e)和壓緊輪 (9d)之間的空間并受拖曳輪（9e)驅(qū)動(dòng)，一頭穿過(guò)上述所有導(dǎo)輪并與收緊裝置（4)上的收緊 盤(pán)（4f)固接，另一頭與機(jī)械承物平臺(tái)（2)的另一側(cè)邊相固接；當(dāng)電機(jī)（9f)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，驅(qū)動(dòng)減速 機(jī)（9g)、拖曳輪（9e)并帶動(dòng)鋼絲繩（5)向一側(cè)運(yùn)動(dòng)，從而牽動(dòng)機(jī)械承物平臺(tái)（2)繞其水平軸 心（12)作垂直方向上的傾角調(diào)整。
[0033] 圖11所示，驅(qū)動(dòng)輪（11)由滾輪（lid)、支承架（lie)、輪軸（Ilf)、軸承（llg)、齒輪 (11c)、電機(jī)（11a)、減速機(jī)（lib)構(gòu)成；齒輪（11c)固接于滾輪（lid)之一側(cè)或與滾輪（lid) 同體，電機(jī)（11a)輸出的轉(zhuǎn)矩通過(guò)減速機(jī)（lib)減速后由其齒輪軸傳遞給齒輪（11c)，再由 齒輪（11c)帶動(dòng)滾輪（lid)轉(zhuǎn)動(dòng)；輪軸（Ilf)與支承架（lie)緊配合，相互之間不轉(zhuǎn)動(dòng)；滾輪 (1 Id)為輪軌式剛性金屬輪或輪胎式金屬芯外包膠輪；當(dāng)設(shè)備在不平地面上使用時(shí)，可采用 圖2所示使用圓形軌道（18)作為驅(qū)動(dòng)輪（11)和隨動(dòng)輪（17)的共用軌道，此時(shí)滾輪（lid) 和滾輪（17d)可采用輪軌式剛性金屬輪；當(dāng)設(shè)備在平坦的水泥地面上使用時(shí)，可省去圓形 軌道（18)，驅(qū)動(dòng)輪（11)和隨動(dòng)輪（17)直接在水泥地面上滾動(dòng)，此時(shí)滾輪（1 Id)和滾輪（17d) 可采用輪胎式金屬芯外包膠輪。
[0034] 圖4、圖15所示，水平機(jī)械旋轉(zhuǎn)平臺(tái)（16)與軸套（14)、驅(qū)動(dòng)輪（11)、隨動(dòng)輪（17)、 支承腳架（8)固接；空心芯軸（15b)與上法蘭（15a)、下法蘭（15d)、固接；下法蘭（15d)通 過(guò)地腳螺栓（15c)與基礎(chǔ)固接；驅(qū)動(dòng)輪（11)、隨動(dòng)輪（17)各自?xún)蓛膳鋵?duì)安裝在水平機(jī)械旋 轉(zhuǎn)平臺(tái)（16)下方，行走在同一圈圓形軌道（18)或基礎(chǔ)平臺(tái)面之上；上法蘭（15a)限制了軸 套（14)從空心芯軸（15b)中沿軸向滑出；軸套（14)之內(nèi)圈套入空心芯軸（15b)并與之動(dòng)配 合，空心芯軸（15b)是設(shè)備的回轉(zhuǎn)、定位中心，其中心孔又作為管線(xiàn)、電纜的外接通道。
[0035] 機(jī)械承物平臺(tái)（2)的立面中部有一承重橫梁，橫梁兩端各有一根水平芯軸（12)， 水平芯軸（12)設(shè)在整個(gè)機(jī)械承物平臺(tái)的重心位置，水平芯軸（12)的兩個(gè)軸承座（13)分別 固接在左右支承腳架（8)的頂部；在鋼絲繩的牽引之下，機(jī)械承物平臺(tái)繞其芯軸旋轉(zhuǎn)以實(shí) 現(xiàn)傾角調(diào)整；在機(jī)械承物平臺(tái)的腹部固接有一套鋼絲繩收緊裝置。
[0036] 空心芯軸（15b)與上法蘭（15a)、下法蘭（15d)、固接；下法蘭（15d)通過(guò)地腳螺栓 (15c)與基礎(chǔ)固接；驅(qū)動(dòng)輪（11 )、隨動(dòng)輪（17)各自?xún)蓛膳鋵?duì)安裝在水平機(jī)械旋轉(zhuǎn)平臺(tái)（16) 下方，行走在同一圈圓形軌道（18)或基礎(chǔ)平臺(tái)面之上；上法蘭（15a)限制了軸套（14)從空 心芯軸（15b)中沿軸向滑出；軸套（14)之內(nèi)圈套入空心芯軸（15b)并與之動(dòng)配合，空心芯軸 (15b)是設(shè)備的回轉(zhuǎn)、定位中心，其中心孔又作為管線(xiàn)、電纜的外接通道。
[0037] 圖13是上導(dǎo)輪或下導(dǎo)輪的主視圖、圖14是上導(dǎo)輪或下導(dǎo)輪的剖視圖；上導(dǎo)輪（1) 是用于改變鋼絲繩牽拉的方向，使得鋼絲繩收緊裝置（4)能裝在空間較為充裕之處，并配合 鋼絲繩收緊裝置（4)的工作，使得鋼絲繩（1)便于收放。下導(dǎo)輪（10)也是用于改變鋼絲繩 牽拉的方向，但其更重要的作用是將牽引裝置（9)對(duì)與機(jī)械承物平臺(tái)（2)偏轉(zhuǎn)的施力作用 點(diǎn)從本設(shè)備的中部外移到設(shè)備的外緣，其原理如下：在圖5中，鋼絲繩收緊裝置（4)、上導(dǎo)輪 (1)的連線(xiàn)與上導(dǎo)輪（1)、下導(dǎo)輪（10)的連線(xiàn)之間的夾角，稱(chēng)之為"牽引角";"牽引角"越大 (如圖3)則設(shè)備對(duì)機(jī)械承物平臺(tái)（2)的偏轉(zhuǎn)角（高度角）的調(diào)整越有利；"牽引角"越小(如圖 5)則設(shè)備對(duì)機(jī)械承物平臺(tái)（2)的偏轉(zhuǎn)角（高度角）的調(diào)整越不利；若"牽引角"為零，則設(shè)備 無(wú)法對(duì)機(jī)械承物平臺(tái)（2)的偏轉(zhuǎn)角（高度角）進(jìn)行調(diào)整，鋼絲繩（5)對(duì)機(jī)械承物平臺(tái)（2)的 偏轉(zhuǎn)作用將進(jìn)入"死角"，此時(shí)不但設(shè)備的高度角無(wú)法調(diào)整，而且機(jī)械承物平臺(tái)（2)繞水平芯 軸（12)旋轉(zhuǎn)的約束力將消失，設(shè)備的高度角調(diào)整進(jìn)入失控狀態(tài)；因此，設(shè)置下導(dǎo)輪（10)的 目的，就是用于避開(kāi)這種工作"死角"的產(chǎn)生；下導(dǎo)輪（10)離設(shè)備水平方向的回轉(zhuǎn)中心芯軸 (15)越遠(yuǎn)，則"牽引角"越大，對(duì)設(shè)備的正常工作越有利。
[0038] 控制器（7)內(nèi)部還設(shè)有遠(yuǎn)程通訊接口、自動(dòng)獲取地理位置坐標(biāo)接口、手動(dòng)輸入地理 位置坐標(biāo)接口；遠(yuǎn)程通訊接口通過(guò)"RS485"總線(xiàn)式接口或"TPC/IP"接口或其它協(xié)議的通訊 接口對(duì)本設(shè)備作"避風(fēng)"、"避雪"、"避塵"、"防凍"、"防系統(tǒng)熱溢出"、"跟蹤"、"休眠"遠(yuǎn)程姿 態(tài)控制，通過(guò)服務(wù)器，還能將多個(gè)跟蹤器組成跟蹤器陣列，并對(duì)其作群控和各種數(shù)據(jù)采集以 及設(shè)備的初始化和自動(dòng)化管理。"自動(dòng)獲取地理位置坐標(biāo)接口"可接入GPS等衛(wèi)星定位信 號(hào)，以自動(dòng)獲得設(shè)備固定安裝位置的地理坐標(biāo)信息、或設(shè)備安裝在移動(dòng)運(yùn)載工具(如車(chē)輛、 輪船）上的瞬時(shí)位置的地理坐標(biāo)信息，以達(dá)到對(duì)日準(zhǔn)確跟蹤之目的。
[0039] 其中，計(jì)算器內(nèi)計(jì)算太陽(yáng)方位角與高度角理論數(shù)據(jù)的太陽(yáng)運(yùn)行天文方程式，參考 《用天文測(cè)量簡(jiǎn)歷精確計(jì)算太陽(yáng)位置的方法》，作者：杜春旭、王普、馬重芳、吳玉庭，（刊登于 《可再生能源》，第28卷第3期，2010年6月，第85頁(yè)）提供的基礎(chǔ)理論方程式，結(jié)合實(shí)際控 制要求，得到以下理論方程式： 一、 太陽(yáng)赤緯S的計(jì)算式： δ =0. 3723+23. 2567sin θ +〇. 1149sin2 θ-〇. 1712sin3 θ-〇. 758cos θ +〇.3656cos2 θ + 0.0201cos3 θ 式中：θ =2 ji t/365. 242 ;t=n-nQ n 為積日 η0=79· 6764+0. 2422 X (年份-1985) -INT [(年份-1985) /4] 二、 太陽(yáng)高度角hs的計(jì)算式： hs=arcsin (sin δ sin Φ +cos δ cos Φ cos ω) 式中：Φ為測(cè)點(diǎn)地理緯度，如福州Φ=26° 05' = 26. 0833° ;ω為太陽(yáng)時(shí)角， ω =(時(shí)間一12) Χ15 -(測(cè)點(diǎn)經(jīng)度一15Χ時(shí)區(qū)）.........（東經(jīng)） ω =(時(shí)間一12) Χ15 + (測(cè)點(diǎn)經(jīng)度一15Χ時(shí)區(qū)）.........（西經(jīng)） ω以當(dāng)?shù)卣鐬?°，上午為負(fù)，每小時(shí)一 15°，下午為正，每小時(shí)+15°，ω在赤道面 上每小時(shí)變化為=15°，ω所表示的是真太陽(yáng)時(shí)，與時(shí)鐘不同。
[0040] 三、太陽(yáng)方位角d s的計(jì)算式： sin (as) =sin ω cos δ / cos (hs) 當(dāng)sin (a s)的計(jì)算值大于1時(shí)，改用下式計(jì)算： cos (as) = (sinhssin Φ - sin δ )/coshscos Φ 式中：ω、δ、hs、Φ分別用上式中得到的結(jié)果代入，即可得出方位角。
[0041] 本發(fā)明中，方位角傳感器和高度角傳感器可分別采用霍尼維爾傳感器公司制造的 99JP2磁場(chǎng)方向傳感器芯片和Α102Κ6重力加速度芯片；當(dāng)然，還能采用其它公司生產(chǎn)的同 類(lèi)型芯片。
[0042] 此外，在實(shí)際應(yīng)用中，本設(shè)備的控制部份與動(dòng)力部份的用電，可由太陽(yáng)能光伏電池 組件提供，以形成獨(dú)立的、無(wú)需外電網(wǎng)供電的自動(dòng)化跟蹤設(shè)備。
[0043] 本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于太陽(yáng)能的光伏接收設(shè)備、光熱接收設(shè)備的對(duì)日跟蹤，由于設(shè) 備優(yōu)異的穩(wěn)定性，其單臺(tái)設(shè)備的接收面積可大至數(shù)十至數(shù)百平方米，并可用多臺(tái)設(shè)備組成 大型太陽(yáng)能接收器陣列，即方便于太陽(yáng)能的分布式采集又有利于太陽(yáng)能的集中采集。
[0044] 根據(jù)本發(fā)明的原理及設(shè)計(jì)構(gòu)思，能設(shè)計(jì)出多種不同形式的太陽(yáng)跟蹤器，因此，不局 限于實(shí)施例所描述的內(nèi)容。
【權(quán)利要求】
1. 一種天文式太陽(yáng)跟蹤器，由控制器、兩自由度三維機(jī)械旋轉(zhuǎn)平臺(tái)、電機(jī)、減速機(jī)構(gòu)成， 其特征在于：還包含一個(gè)方位角傳感器（6)、一個(gè)高度角傳感器（3)、一臺(tái)能自行計(jì)算太陽(yáng) 方位角和高度角并能與方位角傳感器和高度角傳感器一起構(gòu)成閉環(huán)控制的控制器（7)、一 組牽拉式非定比傳動(dòng)的高度角調(diào)整牽引裝置（9)、一個(gè)鋼絲繩收緊裝置（4)、一對(duì)非定比傳 動(dòng)的驅(qū)動(dòng)輪（11)、一個(gè)水平機(jī)械旋轉(zhuǎn)平臺(tái)（16)、一個(gè)由高度角調(diào)整牽引裝置（9)驅(qū)動(dòng)的可 自由調(diào)整傾角的機(jī)械承物平臺(tái)（2)、一組固接在水平機(jī)械旋轉(zhuǎn)平臺(tái)（16)之上并能支承機(jī)械 承物平臺(tái)（2)的支承腳架（8)，構(gòu)成一個(gè)閉環(huán)控制的天文式太陽(yáng)跟蹤器。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的天文式太陽(yáng)跟蹤器，其特征在于：方位角傳感器（6)安裝在水 平機(jī)械旋轉(zhuǎn)平臺(tái)（16)或支承腳架（8)之上，其核心由一組三坐標(biāo)地球磁場(chǎng)方向矢量感知器 和一組A/D轉(zhuǎn)換器構(gòu)成；分布在X軸、Y軸、Z軸上的地球磁場(chǎng)方向矢量感知器感知的微弱 磁場(chǎng)信號(hào)經(jīng)"磁/電"轉(zhuǎn)換后再經(jīng)內(nèi)部放大器放大，再由A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后傳輸 給控制器（7)，由控制器（7)內(nèi)部計(jì)算出此時(shí)設(shè)備的實(shí)際方位角。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的天文式太陽(yáng)跟蹤器，其特征在于：高度角傳感器（3)安裝在機(jī) 械承物平臺(tái)（2)之上，其核心由一組三坐標(biāo)地球重力方向矢量感知器和一組A/D轉(zhuǎn)換器構(gòu) 成；分布在X軸、Y軸、Z軸上的地球重力方向矢量感知器感知的微弱重力場(chǎng)信號(hào)經(jīng)內(nèi)部放 大器放大，再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后傳輸給控制器（7)，由控制器（7)內(nèi)部計(jì)算出 此時(shí)設(shè)備的實(shí)際高度角。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的天文式太陽(yáng)跟蹤器，其特征在于：控制器（7)內(nèi)部由電源、 計(jì)算器、傳感器接口、比較器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成；計(jì)算器根據(jù)設(shè)備所在的地理位置和時(shí)間 計(jì)算出即時(shí)的太陽(yáng)方位角與高度角的理論數(shù)據(jù)，同時(shí)將由傳感器接口輸入的方位角傳感器 (6)和高度角傳感器（3)感知的設(shè)備姿態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果與理論數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，t匕 較后，定時(shí)或定差向電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路發(fā)出姿態(tài)調(diào)整信號(hào)；設(shè)備的姿態(tài)改變后，與設(shè)備隨動(dòng)的 方位角傳感器和高度角傳感器感知的新的數(shù)據(jù)再行與理論數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，直至分別相同為 止，以此實(shí)現(xiàn)設(shè)備的方位角和高度角的閉環(huán)控制。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的天文式太陽(yáng)跟蹤器，其特征在于：控制器（7)內(nèi)部還設(shè) 有遠(yuǎn)程通訊接口、自動(dòng)獲取地理位置坐標(biāo)接口、手動(dòng)輸入地理位置坐標(biāo)接口；遠(yuǎn)程通訊接口 通過(guò)"RS485"總線(xiàn)式接口或"TPC/IP"接口或其它協(xié)議的通訊接口對(duì)本設(shè)備作"避風(fēng)"、"避 雪"、"避塵"、"防凍"、"防系統(tǒng)熱溢出"、"跟蹤"、"休眠"遠(yuǎn)程姿態(tài)控制，通過(guò)服務(wù)器，還能將 多個(gè)跟蹤器組成跟蹤器陣列，并對(duì)其作群控和各種數(shù)據(jù)采集以及設(shè)備的初始化和自動(dòng)化管 理。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的天文式太陽(yáng)跟蹤器，其特征在于：高度角調(diào)整牽引裝置（9)是 一種牽拉式非定比傳動(dòng)的電動(dòng)裝置，由拖曳輪壓緊裝置（9a)、外殼（％)、一組拖曳輪（9e)、 一個(gè)壓力調(diào)整輪（9d)、電機(jī)（9f)、減速機(jī)（9g)、同步鏈輪與鏈條（9h)構(gòu)成；由至少兩組導(dǎo) 輪（1)與（10)、一條鋼絲繩（5)構(gòu)成牽引裝置；由收緊盤(pán)（4f)、收緊扭簧（4d)、扭簧固定軸 (4c)構(gòu)成鋼絲繩收緊裝置；牽引裝置（9)固接在水平機(jī)械旋轉(zhuǎn)平臺(tái)（16)之上，收緊裝置（4) 固接在機(jī)械承物平臺(tái)（2)腹部；一組導(dǎo)輪（1)固接在機(jī)械承物平臺(tái)的一條邊緣之下方，另一 組導(dǎo)輪（10)固接在水平機(jī)械旋轉(zhuǎn)平臺(tái)（16)的外側(cè)；鋼絲繩（5)穿過(guò)牽引裝置（9)內(nèi)的拖曳 輪（9e)和壓緊輪（9d)之間的空間并受拖曳輪（9e)驅(qū)動(dòng)，一頭穿過(guò)上述所有導(dǎo)輪并與收緊 裝置（4)上的收緊盤(pán)（4f)固接，另一頭與機(jī)械承物平臺(tái)（2)的另一側(cè)邊相固接；當(dāng)電機(jī)（9f) 轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，驅(qū)動(dòng)減速機(jī)（9g)、拖曳輪（9e )并帶動(dòng)鋼絲繩（5 )向一側(cè)運(yùn)動(dòng)，從而牽動(dòng)機(jī)械承物平 臺(tái)（2)繞其水平軸心（12)作垂直方向上的傾角調(diào)整。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的天文式太陽(yáng)跟蹤器，其特征在于：驅(qū)動(dòng)輪（11)由滾輪（lid)、 支承架（lie)、輪軸（Ilf)、軸承（llg)、齒輪（11c)、電機(jī)（11a)、減速機(jī)（lib)構(gòu)成；齒輪 (11c)固接于滾輪（lid)之一側(cè)或與滾輪（lid)同體，電機(jī)（11a)輸出的轉(zhuǎn)矩通過(guò)減速機(jī) (lib)減速后由其齒輪軸傳遞給齒輪（11c)，再由齒輪（11c)帶動(dòng)滾輪（lid)轉(zhuǎn)動(dòng)；輪軸 (Ilf)與支承架（lie)緊配合，相互之間不轉(zhuǎn)動(dòng)；滾輪（lid)為輪軌式剛性金屬輪或輪胎式 金屬芯外包膠輪。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的天文式太陽(yáng)跟蹤器，其特征在于：水平機(jī)械旋轉(zhuǎn)平臺(tái)（16)與 軸套（14)、驅(qū)動(dòng)輪（11)、隨動(dòng)輪（17)、支承腳架（8)固接；空心芯軸（15b)與上法蘭（15a)、 下法蘭（15d)、固接；下法蘭（15d)通過(guò)地腳螺栓（15c)與基礎(chǔ)固接；驅(qū)動(dòng)輪（11)、隨動(dòng)輪 (17)各自?xún)蓛膳鋵?duì)安裝在水平機(jī)械旋轉(zhuǎn)平臺(tái)（16)下方，行走在同一圈圓形軌道（18)或基 礎(chǔ)平臺(tái)面之上；上法蘭（15a)限制了軸套（14)從空心芯軸（15b)中沿軸向滑出；軸套（14) 之內(nèi)圈套入空心芯軸（15b)并與之動(dòng)配合，空心芯軸（15b)是設(shè)備的回轉(zhuǎn)、定位中心，其中 心孔又作為管線(xiàn)、電纜的外接通道。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的天文式太陽(yáng)跟蹤器，其特征在于：機(jī)械承物平臺(tái)（2)的立面中 部有一承重橫梁，橫梁兩端各有一根水平芯軸（12)，水平芯軸（12)設(shè)在整個(gè)機(jī)械承物平臺(tái) 的重心位置，水平芯軸（12)的兩個(gè)軸承座（13)分別固接在左右支承腳架（8)的頂部；在鋼 絲繩的牽引之下，機(jī)械承物平臺(tái)繞其芯軸旋轉(zhuǎn)以實(shí)現(xiàn)傾角調(diào)整；在機(jī)械承物平臺(tái)的腹部固 接有一套鋼絲繩收緊裝置。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的天文式太陽(yáng)跟蹤器，其特征在于：機(jī)械承物平臺(tái)（2)上面至 少安裝有一片足以為本跟蹤器供電的太陽(yáng)能光伏電池組件，其余大面積可安裝太陽(yáng)能光熱 接收裝置或太陽(yáng)能光伏接收裝置。
【文檔編號(hào)】G05D3/00GK104156000SQ201310180466
【公開(kāi)日】2014年11月19日 申請(qǐng)日期:2013年5月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月16日
【發(fā)明者】陳鼎凌 申請(qǐng)人:陳鼎凌