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      縱橫聯(lián)動式太陽能斜軸跟蹤支架機構(gòu)的制作方法

      文檔序號:7439805閱讀:146來源:國知局
      專利名稱:縱橫聯(lián)動式太陽能斜軸跟蹤支架機構(gòu)的制作方法
      技術(shù)領(lǐng)域
      本發(fā)明涉及太陽能利用技術(shù)領(lǐng)域,特別是涉及一種對太陽能進行跟蹤的光伏發(fā)電 陣列的聯(lián)動支架機構(gòu)。
      背景技術(shù)
      太陽能是一種清潔無污染的可再生能源,取之不盡,用之不竭,充分開發(fā)利用太陽 能不僅可以節(jié)約日益枯竭的常規(guī)能源,緩解嚴峻的資源短缺問題,而且還可以減少污染,保 護人類賴以生存的生態(tài)環(huán)境。在眾多的太陽能利用技術(shù)中,太陽能光伏發(fā)電技術(shù)實現(xiàn)了直接將太陽能轉(zhuǎn)化為電 能,是一種最方便的利用方式,它具有運行安全可靠、無需燃料、無噪聲、無污染、可就地利 用、使用維護簡便、規(guī)??纱罂尚〉葍?yōu)點,因而受到了世界各國的重視。雖然太陽能光伏發(fā)電具有很多優(yōu)點,但在光伏發(fā)電的發(fā)展過程中,使用成本過高 一直是制約其迅速推廣應(yīng)用的關(guān)鍵因素。其重要原因之一是用于生產(chǎn)太陽能電池的半導 體材料價格昂貴,消耗大量的常規(guī)能源,導致以太陽能電池為核心的光伏發(fā)電系統(tǒng)的成本 難以大幅度降低。常規(guī)的光伏發(fā)電系統(tǒng)一般是將太陽能電池固定安裝,價格居高不下,難以迅速推 廣應(yīng)用。根據(jù)太陽能電池在一定條件下輸出的電流與接受的光照強度成正比增加而又不至 于影響光伏電池壽命的特征,人們開始研究采用聚光和跟蹤技術(shù),希望在獲得同樣電能的 情況下減少太陽能電池的用量,而增加的跟蹤聚光的成本遠低于所節(jié)約的太陽能電池的成 本相當于用普通的金屬玻璃等材料代替昂貴的半導體材料。德國、美國、西班牙、澳大利亞等國都分別開發(fā)了菲涅爾透鏡聚光、反射聚光等各 種聚光光伏發(fā)電系統(tǒng),現(xiàn)有折射聚光的缺點是光強均勻性較差,透過率難以提高,制造成 本較高,大型拋物面反射聚光的缺點是拋物面反射鏡制造難度大,成本較高,反射鏡容易破 碎,機構(gòu)整體防風性能差。這些均導致整套系統(tǒng)性價比提高不明顯,使得聚光光伏發(fā)電系統(tǒng) 的優(yōu)勢難以體現(xiàn)。到目前為止,僅有少量試驗、示范性質(zhì)的聚光光伏發(fā)電系統(tǒng)投入運行。我國太陽能光伏組件產(chǎn)量幾乎以每年翻番的速度增長,但太陽能光伏技術(shù)開發(fā)和 利用的水平不僅遠低于發(fā)達國家,也落后于印度、巴西等發(fā)展中國家。盡管我國有著很好 的太陽能資源和光伏電池制造能力,但是太陽能光伏產(chǎn)業(yè)的整體水平與發(fā)達國家還有很大 的差距,是太陽能電池所使用的晶體硅原料的生產(chǎn)依賴進口,原料緊缺,目前乃至今后很 長——段時期,成本下降的空間較小。近幾年來,國內(nèi)外聚光光伏發(fā)電技術(shù)一般采用單立柱、軌道式二維跟蹤和斜軸一 維跟蹤太陽運行。采用單立柱跟蹤形式,其單機功率小,自身能耗高,功率稍大時,結(jié)構(gòu)就會 變得非常復雜,抗風性能很差,不適合大范圍規(guī)模推廣。采用軌道式的二維跟蹤機構(gòu),與單立柱結(jié)構(gòu)一樣,由于太陽光在方位與高度兩個 方向的運動是變化的速率,必須采用單片機或PLC等硬件控制,還要運行專門編寫控制程 序,可靠性不高,維護量上升,使得整體擁有成本迅速變大而不能推廣。
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      采用一維斜軸機構(gòu)進行跟蹤,目前主要也是采用單機控制策略,也就是每一套斜 軸跟蹤機構(gòu)采用一套獨立的控制系統(tǒng),從而使維護量變得很大。同時,目前已經(jīng)制作出樣機 的例子,或者是進行示范建設(shè)的斜軸跟蹤太陽能電站,均存在高度尺寸較大的缺點。這勢必 會使抗風性能減弱。如果尺寸做得小一些,因為控制成本的上升,仍使其喪失了經(jīng)濟上的優(yōu) 勢而難以推廣。目前,也有采用一套跟蹤機構(gòu)帶動一臺大型聚光器運行的跟蹤機構(gòu)樣機,但 隨著機型尺寸放大,其成本也成倍增加、穩(wěn)定性較差,幾十噸的大型聚光器對使用場所的基 礎(chǔ)要求也很高,尤其是抗風性能差,制造成本與維護成本高。以上各種太陽能光伏跟蹤系統(tǒng) 的各種缺點,也在一定程度上限制了光伏跟蹤發(fā)電技術(shù)的推廣。

      發(fā)明內(nèi)容
      本發(fā)明的目的在于提供一種易于制造、成本低廉、性價比高、具有較高抗風性能、 易于擴展的太陽能光伏發(fā)電陣列的跟蹤聯(lián)動支架機構(gòu)。為實現(xiàn)上述目的,本發(fā)明的技術(shù)解決方案是本發(fā)明是一種縱橫聯(lián)動式太陽能斜軸跟蹤支架機構(gòu),它包括聯(lián)動式支架機構(gòu)和聯(lián) 動式傳動機構(gòu)。聯(lián)動式支架機構(gòu)包括兩個以上的聯(lián)動式斜軸跟蹤支架單元,聯(lián)動式斜軸跟 蹤支架單元按照縱向和橫向兩個方向排列組合而成。所述縱向,是指與所在地與經(jīng)線平行 的方向,偏差夾角<10°。所述橫向是指所在地與緯線平行的方向,偏差夾角< 10°。在 本發(fā)明的縱橫聯(lián)動式太陽能斜軸跟蹤支架機構(gòu)中,所述縱向與橫向之間為垂直關(guān)系,且與 地面平行。聯(lián)動式斜軸跟蹤支架單元包括基礎(chǔ)平臺、斜軸旋轉(zhuǎn)機構(gòu)、縱向傳動機構(gòu)。其中,斜 軸旋轉(zhuǎn)機構(gòu)和縱向傳動機構(gòu)都安裝在基礎(chǔ)平臺上。每個聯(lián)動式斜軸跟蹤支架單元具有的很 簡單的結(jié)構(gòu),從而降低了支架成本。基礎(chǔ)平臺包括固定螺栓、縱向固定支架、橫向固定支架、固定基礎(chǔ)、斜軸旋轉(zhuǎn)基 座、斜軸旋轉(zhuǎn)軸套。固定基礎(chǔ)是固定在地面上的承載基礎(chǔ)。固定基礎(chǔ)上端預(yù)埋或者焊接垂 直向上的固定螺桿??v向固定支架和橫向固定支架相互垂直聯(lián)結(jié)固定,在垂直聯(lián)結(jié)固定節(jié) 點下方,通過固定螺桿緊固在固定基礎(chǔ)上。調(diào)整固定螺桿上的螺帽可以將縱向固定支架和 橫向固定支架調(diào)節(jié)至設(shè)計要求的水平高度上。斜軸旋轉(zhuǎn)軸套以一定角度固定在斜軸旋轉(zhuǎn)基 座上,這個角度與當?shù)鼐暥戎迪嗤蛳嘟P陛S旋轉(zhuǎn)基座固定在縱向固定支架和橫向固定 支架相互聯(lián)接的節(jié)點附近。斜軸旋轉(zhuǎn)機構(gòu)包括旋轉(zhuǎn)斜軸、斜軸扇形錐齒輪、斜軸電池組件支架、太陽能電池 組件。其中,斜軸扇形錐齒輪固定在旋轉(zhuǎn)斜軸下端一側(cè),斜軸電池組件支架固定在旋轉(zhuǎn)斜軸 上端,太陽能電池組件固定在斜軸電池組件支架上。太陽能電池組件要求對稱固定在旋轉(zhuǎn) 斜軸上,并且采用精確的質(zhì)量匹配措施,使斜軸旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的質(zhì)量中心點位于旋轉(zhuǎn)斜軸的旋 轉(zhuǎn)軸上??v向傳動機構(gòu)包括縱向傳動軸、縱向傳動軸軸承座、縱向傳動錐齒輪。其中,縱向 傳動軸兩端安裝有縱向傳動軸端部連接法蘭,起聯(lián)接和聯(lián)軸器的作用。縱向傳動軸上固定 縱向傳動錐齒輪,縱向傳動軸固定在縱向傳動軸軸承座上,縱向傳動軸以縱向傳動軸軸承 座為支撐進行旋轉(zhuǎn)運動。旋轉(zhuǎn)斜軸下端一側(cè)部分安裝在斜軸旋轉(zhuǎn)軸套內(nèi)??v向傳動軸帶動 縱向傳動錐齒輪,以縱向傳動軸軸承座為支撐點進行旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動,縱向傳動軸軸承座安裝固定在縱向固定支架上。旋轉(zhuǎn)斜軸安裝在斜軸旋轉(zhuǎn)軸套上,并可在斜軸旋轉(zhuǎn)軸套內(nèi)做旋轉(zhuǎn)運 動??v向傳動錐齒輪和斜軸扇形錐齒輪分別固定在縱向傳動軸和旋轉(zhuǎn)斜軸的適當位置上, 實現(xiàn)錐齒輪傳動嚙合。當縱向傳動軸旋轉(zhuǎn)時,通過縱向傳動錐齒輪帶動斜軸扇形錐齒輪轉(zhuǎn) 動,從而實現(xiàn)利用水平轉(zhuǎn)動帶動旋轉(zhuǎn)斜軸轉(zhuǎn)動傳動的目的。根據(jù)力學知識可知,由于斜軸旋轉(zhuǎn)機構(gòu)采用了精確的質(zhì)量匹配措施,當縱向傳動 軸通過錐齒輪嚙合傳動使斜軸旋轉(zhuǎn)機構(gòu)沿旋轉(zhuǎn)斜軸轉(zhuǎn)動時,在縱向傳動軸施加的轉(zhuǎn)動力矩 是一個定值,這個力矩是為了克服斜軸旋轉(zhuǎn)機構(gòu)和縱向傳動機構(gòu)在旋轉(zhuǎn)時的摩擦阻力。也 就是說,這個力矩也是使斜軸旋轉(zhuǎn)機構(gòu)產(chǎn)生轉(zhuǎn)動的最小力矩。當這個力矩達到最小值時,就 可以使整個縱橫聯(lián)動式太陽能斜軸跟蹤支架機構(gòu)在進行斜軸跟蹤轉(zhuǎn)動時的耗能達到最小 值。同時,這個轉(zhuǎn)動力矩只是為了克服轉(zhuǎn)動時的摩擦阻力,因此,施加在縱向傳動軸上的力 矩也非常小。選取合適的材料做傳動軸,可以使傳動力矩的傳送更遠的距離。因此在本發(fā) 明縱橫聯(lián)動式太陽能斜軸跟蹤支架機構(gòu)中,動力傳送遠且機構(gòu)形式簡單的優(yōu)點。當多個聯(lián)動式斜軸跟蹤支架單元組成縱橫聯(lián)動式支架機構(gòu)時,縱向固定支架和橫 向固定支架通過聯(lián)接的方式,形成平面方格網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。在縱向固定支架和橫向固定支架聯(lián) 接的節(jié)點下方,是固定基礎(chǔ),每個聯(lián)動式斜軸跟蹤支架單元的整體重量都施加在每個對應(yīng) 的固定基礎(chǔ)上。每個聯(lián)動式斜軸跟蹤支架單元的前后左右的平衡通過縱向固定支架和橫向 固定支架聯(lián)接形成的平面方格網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)來保證。由于每個聯(lián)動式斜軸跟蹤支架單元因安裝 了少量的太陽能電池組件,且整體高度較低,風阻小,從而使整個縱橫聯(lián)動式太陽能斜軸跟 蹤支架機構(gòu)的抗風性能得到了提高。聯(lián)動式斜軸跟蹤支架單元是模塊化結(jié)構(gòu),可以沿縱向 進行擴展聯(lián)接,共用一個轉(zhuǎn)動力矩。當聯(lián)動式斜軸跟蹤支架單元按縱橫方向排列為不規(guī)則 聯(lián)接結(jié)構(gòu)時,共用的轉(zhuǎn)動力矩仍可使每一個聯(lián)動式斜軸跟蹤支架單元實現(xiàn)對太陽能的跟蹤 轉(zhuǎn)動。也就是說,縱橫聯(lián)動式太陽能斜軸跟蹤支架機構(gòu)可以充分利用不規(guī)則的地塊。聯(lián)動式傳動機構(gòu)包括電動機、減速機、減速機固定板、橫向傳動軸、固定基礎(chǔ)。減 速機固定板固定在固定基礎(chǔ)上。電動機固定在減速機的輸入端。減速機固定在減速機固定 板上。減速機的輸入端有減速機輸入端法蘭,輸出端有減速機輸出端法蘭。橫向傳動軸兩 端有橫向傳動軸端部法蘭。當電動機轉(zhuǎn)動輸入到減速機的輸入端時,通過減速機的減速,將 動力從減速機輸出端法蘭輸出。再通過橫向傳動軸及其橫向傳動軸端部法蘭將動力送入下 一級減速機。再通過減速機輸出端法蘭實現(xiàn)將轉(zhuǎn)動減速,并實現(xiàn)動力在水平面上的90°變 送。通過聯(lián)動式傳動機構(gòu)中的電動機與減速機的配合傳動,將電動機的動力傳送到縱橫聯(lián) 動式太陽能斜軸跟蹤支架機構(gòu)中每一個聯(lián)動式斜軸跟蹤支架單元。選擇合適減速比的減速 機組合,可以使用普通電動機,并使最終轉(zhuǎn)動速率與地球自轉(zhuǎn)速率相同的水平。也就是說, 本發(fā)明的縱橫聯(lián)動式太陽能斜軸跟蹤支架機構(gòu)的整體轉(zhuǎn)動是勻速轉(zhuǎn)動,其動力源可以采用 普通電動機,而不采用昂貴的步進電機或伺服電動機。又因為采用了多級減速機,減速比很 大,因此動力源的功率可以很小。這兩方面因素可使跟蹤動力源的成本大大降低。又因為采 用了多級減速機組合,尤其是采用蝸輪桿減速機時,輸出端具自鎖功能,也就是說,當有風、 雪等擾動干擾時,蝸輪桿減速機的自鎖功能使機構(gòu)跟蹤的穩(wěn)定性得到提高。聯(lián)動式傳動機構(gòu)聯(lián)接在聯(lián)動式支架機構(gòu)上。在聯(lián)動式傳動機構(gòu)中,通過減速機的 減速機輸出端法蘭與縱向傳動軸相聯(lián)接。與縱向傳動軸相聯(lián)接的減速機采用相同型號和減 速比,使每一個縱向傳動軸具有相同的轉(zhuǎn)動方向和轉(zhuǎn)動力矩,從而實現(xiàn)聯(lián)動式支架機構(gòu)的同步跟蹤運轉(zhuǎn)。橫向傳動軸將動力傳遞至每一級減速機,從而實現(xiàn)整個聯(lián)動式支架機構(gòu)利 用一個電動機驅(qū)動的目的。通過減速機的減速機輸出端法蘭的級聯(lián)輸出,可以以電動機為 中心,在縱向和橫向兩個方向進行擴展。除電機需要電力驅(qū)動以外的所有結(jié)構(gòu)不需要電力驅(qū)動的,而只需要聯(lián)動的機械傳 動。當天氣寒冷時,縱橫聯(lián)動式太陽能斜軸跟蹤支架機構(gòu)中依靠機械傳動實現(xiàn)跟蹤運動的 絕大部分結(jié)構(gòu)是不會因為低溫而發(fā)生停機的,具有極高的可靠性。本發(fā)明的關(guān)鍵點在于1、聯(lián)動式支架機構(gòu)包括兩個以上的聯(lián)動式斜軸跟蹤支架單元,聯(lián)動式斜軸跟蹤支 架單元按照縱向和橫向兩個方向排列組合而成,所述縱向與橫向之間為垂直關(guān)系,且與地 面平行。2、每個聯(lián)動式斜軸跟蹤支架單元具有的很簡單的結(jié)構(gòu),從而降低了整體支架結(jié)構(gòu) 的成本。3、斜軸旋轉(zhuǎn)機構(gòu)中,斜軸扇形錐齒輪固定在旋轉(zhuǎn)斜軸下端一側(cè),斜軸電池組件支 架以及太陽能電池組件固定在旋轉(zhuǎn)斜軸上端一側(cè)。太陽能電池組件要求對稱固定在旋轉(zhuǎn)斜 軸上,并且采用精確的質(zhì)量匹配措施,使斜軸旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的質(zhì)量中心點位于旋轉(zhuǎn)斜軸的中心 旋轉(zhuǎn)軸上。通過施加在縱向傳動軸上的較小的恒定大小的力矩選取合適的材料做傳動軸, 可以使傳動力矩的傳送到很遠的距離。4、縱向傳動錐齒輪和斜軸扇形錐齒輪分別固定在縱向傳動軸和旋轉(zhuǎn)斜軸的適當 位置上,實現(xiàn)錐齒輪傳動嚙合。當縱向傳動軸旋轉(zhuǎn)時,通過縱向傳動錐齒輪帶動斜軸扇形錐 齒輪轉(zhuǎn)動,從而實現(xiàn)利用水平轉(zhuǎn)動帶動旋轉(zhuǎn)斜軸轉(zhuǎn)動傳動的目的。5、多個聯(lián)動式斜軸跟蹤支架單元,通過縱向固定支架和橫向固定支架的聯(lián)接形成 平面方格網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。由于每個聯(lián)動式斜軸跟蹤支架單元因安裝了少量的太陽能電池組件, 且整體高度較低,風阻小,從而使整個縱橫聯(lián)動式太陽能斜軸跟蹤支架機構(gòu)的抗風性能得 到了提高。聯(lián)動式斜軸跟蹤支架單元是模塊化結(jié)構(gòu),可以沿縱向進行擴展聯(lián)接,可以充分利 用不規(guī)則的地塊。6、聯(lián)動式傳動機構(gòu)通過減速機將轉(zhuǎn)動減速,實現(xiàn)動力在水平面上的90°變送。動 力源使用普通電動機,并使最終轉(zhuǎn)動速率與地球自轉(zhuǎn)速率相同的水平。當采用蝸輪桿減速 機時,輸出端具自鎖功能,使機構(gòu)跟蹤的穩(wěn)定性得到提高。7、除電機需要電力驅(qū)動以外的所有結(jié)構(gòu)不需要電力驅(qū)動的,而只需要聯(lián)動的機械 傳動。當天氣寒冷時,縱橫聯(lián)動式太陽能斜軸跟蹤支架機構(gòu)中依靠機械傳動實現(xiàn)跟蹤運動 的絕大部分結(jié)構(gòu)是不會因為低溫而發(fā)生停機的,具有極高的可靠性。


      圖1是本發(fā)明的俯視結(jié)構(gòu)示意圖;圖2是本發(fā)明的聯(lián)動式斜軸跟蹤支架單元的結(jié)構(gòu)示意圖;圖3是本發(fā)明的基礎(chǔ)平臺結(jié)構(gòu)示意圖;圖4是本發(fā)明的斜軸旋轉(zhuǎn)機構(gòu)示意圖;圖5是本發(fā)明的縱向傳動機構(gòu)示意圖;圖6是本發(fā)明的聯(lián)動式斜軸跟蹤支架單元中錐齒輪嚙合傳動的結(jié)構(gòu)示意6
      圖7是本發(fā)明的縱橫聯(lián)動式太陽能斜軸跟蹤支架機構(gòu)的側(cè)俯視結(jié)構(gòu)示意圖;圖8是本發(fā)明的聯(lián)動式傳動機構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖;圖9是本發(fā)明的聯(lián)動式傳動機構(gòu)中的電機驅(qū)動結(jié)構(gòu)示意圖;圖10是本發(fā)明的聯(lián)動式支架機構(gòu)和聯(lián)動式傳動機構(gòu)聯(lián)接結(jié)構(gòu)示意圖。圖中標號說明如下1-聯(lián)動式支架機構(gòu)、2-聯(lián)動式傳動機構(gòu)、3-聯(lián)動式斜軸跟蹤支架單元、10-基礎(chǔ)平 臺、11-固定螺栓、12-縱向固定支架、13-橫向固定支架、14-固定基礎(chǔ)、31-斜軸旋轉(zhuǎn)基座、 32-斜軸旋轉(zhuǎn)軸套、20-斜軸旋轉(zhuǎn)機構(gòu)、21-旋轉(zhuǎn)斜軸、22-斜軸扇形錐齒輪、23-斜軸電池組 件支架、24-太陽能電池組件、40-縱向傳動機構(gòu)、41-縱向傳動軸、42-縱向傳動軸端部連接 法蘭、43-縱向傳動軸軸承座、44-縱向傳動錐齒輪、51-電動機、52-減速機、53-減速機固定 板、54-減速機輸出端法蘭、55-橫向傳動軸、56-橫向傳動軸端部法蘭、57-減速機輸入端法
      具體實施例方式如圖1所示,本發(fā)明是一種縱橫聯(lián)動式太陽能斜軸跟蹤支架機構(gòu),它包括聯(lián)動式 支架機構(gòu)1和聯(lián)動式傳動機構(gòu)2。聯(lián)動式支架機構(gòu)1包括兩個以上的聯(lián)動式斜軸跟蹤支架 單元3,聯(lián)動式斜軸跟蹤支架單元3按照縱向和橫向兩個方向排列組合而成。所述縱向,是 指與所在地面與經(jīng)線平行的方向,偏差夾角< 10°。所述橫向是指所在地面與緯線平行的 方向,偏差夾角< 10°。在本發(fā)明的縱橫聯(lián)動式太陽能斜軸跟蹤支架機構(gòu)中,所述縱向與橫 向之間為垂直關(guān)系,且與地面平行。如圖2所示,聯(lián)動式斜軸跟蹤支架單元3包括基礎(chǔ)平臺10、斜軸旋轉(zhuǎn)機構(gòu)20、縱向 傳動機構(gòu)40。其中斜軸旋轉(zhuǎn)機構(gòu)20和縱向傳動機構(gòu)40都安裝在基礎(chǔ)平臺10上。每個聯(lián) 動式斜軸跟蹤支架單元3的結(jié)構(gòu)簡單,從而降低了支架成本。如圖3所示,基礎(chǔ)平臺10包括固定螺栓11、縱向固定支架12、橫向固定支架13、 固定基礎(chǔ)14、斜軸旋轉(zhuǎn)基座31、斜軸旋轉(zhuǎn)軸套32。固定基礎(chǔ)14是固定在地面上的承載基 礎(chǔ),用鋼筋水泥澆鑄而成,或者直接使用成型鋼材,例如鋼管,將其下端一部分插埋于地表 以下,并達到一定承載要求和穩(wěn)定性。固定基礎(chǔ)14上端預(yù)埋或者焊接垂直向上的固定螺栓 11??v向固定支架12和橫向固定支架13相互垂直聯(lián)結(jié)固定,在垂直聯(lián)結(jié)固定節(jié)點下方,通 過固定螺栓11緊固在固定基礎(chǔ)14上。調(diào)整固定螺栓11上的螺帽可以將縱向固定支架12 和橫向固定支架13調(diào)節(jié)至設(shè)計要求的水平高度上。這個水平高度要充分考慮當?shù)氐臍庀?條件,滿足在降雪以及積水條件下,不影響本發(fā)明的縱橫聯(lián)動式太陽能斜軸跟蹤支架機構(gòu) 的常年正常工作為基本要求??v向固定支架12和橫向固定支架13可以使用標準型材,包括槽鋼、工字鋼、C形 鋼以及各種折彎成型的型材。斜軸旋轉(zhuǎn)軸套32以一定角度固定在斜軸旋轉(zhuǎn)基座31上,這 個角度與當?shù)鼐暥戎迪嗤蛳嘟?,斜軸旋轉(zhuǎn)軸套32的軸線與地球自轉(zhuǎn)軸相平行。斜軸旋轉(zhuǎn) 基座31固定在縱向固定支架12和橫向固定支架13相互聯(lián)接的節(jié)點附近。如圖4所示,斜軸旋轉(zhuǎn)機構(gòu)20包括旋轉(zhuǎn)斜軸21、斜軸扇形錐齒輪22、斜軸電池組 件支架23、太陽能電池組件24。其中,斜軸扇形錐齒輪22固定在旋轉(zhuǎn)斜軸21下端一側(cè),斜 軸電池組件支架23固定在旋轉(zhuǎn)斜軸21上端一側(cè),太陽能電池組件24固定在斜軸電池組件支架23上。太陽能電池組件24要求對稱固定在旋轉(zhuǎn)斜軸21上,并且采用精確的質(zhì)量匹配 措施,使斜軸旋轉(zhuǎn)機構(gòu)20的質(zhì)量中心點位于旋轉(zhuǎn)斜軸21的旋轉(zhuǎn)軸上。如圖5所示,縱向傳動機構(gòu)40包括縱向傳動軸41、縱向傳動軸軸承座43、縱向傳 動錐齒輪44。其中,縱向傳動軸41兩端安裝有縱向傳動軸端部連接法蘭42,起聯(lián)接和聯(lián)軸 器的作用。縱向傳動軸41上固定縱向傳動錐齒輪44,縱向傳動軸41固定在縱向傳動軸軸 承座43上,縱向傳動軸41以縱向傳動軸軸承座43為支撐進行旋轉(zhuǎn)運動。如圖6所示,旋轉(zhuǎn)斜軸21下端一側(cè)部分安裝在斜軸旋轉(zhuǎn)軸套32內(nèi)??v向傳動軸 41帶動縱向傳動錐齒輪44,以縱向傳動軸軸承座43為支撐點進行旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動,縱向傳動軸軸 承座43安裝固定在縱向固定支架12上。旋轉(zhuǎn)斜軸21安裝在斜軸旋轉(zhuǎn)軸套32上,并可在斜 軸旋轉(zhuǎn)軸套32內(nèi)做旋轉(zhuǎn)運動??v向傳動錐齒輪44和斜軸扇形錐齒輪22分別固定在縱向 傳動軸41和旋轉(zhuǎn)斜軸21的適當位置上,實現(xiàn)錐齒輪傳動嚙合。當縱向傳動軸41旋轉(zhuǎn)時, 通過縱向傳動錐齒輪44帶動斜軸扇形錐齒輪22轉(zhuǎn)動,從而實現(xiàn)利用水平轉(zhuǎn)動帶動旋轉(zhuǎn)斜 軸轉(zhuǎn)動傳動的目的。根據(jù)力學知識可知,由于斜軸旋轉(zhuǎn)機構(gòu)20采用了精確的質(zhì)量匹配措施,當縱向傳 動軸41通過錐齒輪嚙合傳動使斜軸旋轉(zhuǎn)機構(gòu)20沿旋轉(zhuǎn)斜軸21轉(zhuǎn)動時,在縱向傳動軸41施 加的轉(zhuǎn)動力矩是一個定值,這個力矩是為了克服斜軸旋轉(zhuǎn)機構(gòu)20和縱向傳動機構(gòu)40在旋 轉(zhuǎn)時的摩擦阻力,也就是說,這個力矩也是使斜軸旋轉(zhuǎn)機構(gòu)20產(chǎn)生轉(zhuǎn)動的最小力矩。當這 個力矩達到最小值時,就可以使整個縱橫聯(lián)動式太陽能斜軸跟蹤支架機構(gòu)在進行斜軸跟蹤 轉(zhuǎn)動時的耗能達到最小值。同時,這個轉(zhuǎn)動力矩只是為了克服轉(zhuǎn)動時的摩擦阻力,因此,施 加在縱向傳動軸41上的力矩也非常小,選取合適的材料做傳動軸,施加相同大小的轉(zhuǎn)動力 矩,可以使傳動力矩的傳送至更遠的距離。從理論上,當摩擦阻力為零時,選取剛性的材料 做傳動軸,可以將傳動力矩傳送至無限遠。但實際上,由于地理條件和材料的扭力矩極限等 條件限制,不可能將轉(zhuǎn)動力矩向無限遠傳送,但足以將轉(zhuǎn)動力矩沿軸向傳送很遠的距離,因 此在本發(fā)明縱橫聯(lián)動式太陽能斜軸跟蹤支架機構(gòu)中,動力傳送遠且機構(gòu)形式簡單的優(yōu)點。如圖7所示,當多個聯(lián)動式斜軸跟蹤支架單元3組成縱橫聯(lián)動式支架機構(gòu)1時,縱 向固定支架12和橫向固定支架13通過聯(lián)接的方式,形成排列整齊的平面方格網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。在 縱向固定支架12和橫向固定支架13聯(lián)接的節(jié)點下方,是固定基礎(chǔ)14,每個聯(lián)動式斜軸跟蹤 支架單元3的整體重量都施加在每個對應(yīng)的固定基礎(chǔ)14上。每個聯(lián)動式斜軸跟蹤支架單 元3的前后左右的平衡通過縱向固定支架12和橫向固定支架13聯(lián)接形成的平面方格網(wǎng)狀 結(jié)構(gòu)來保證。由于每個聯(lián)動式斜軸跟蹤支架單元3因安裝了少量的太陽能電池組件24,且 整體高度較低,風阻小,每個聯(lián)動式斜軸跟蹤支架單元3的抗風性能都得到了很大提高,從 而使整個縱橫聯(lián)動式太陽能斜軸跟蹤支架機構(gòu)的抗風性能得到了提高。聯(lián)動式斜軸跟蹤支 架單元3是模塊化結(jié)構(gòu),可以沿縱向進行擴展聯(lián)接,共用一個轉(zhuǎn)動力矩。當聯(lián)動式斜軸跟蹤 支架單元3按縱橫方向排列為不規(guī)則聯(lián)接結(jié)構(gòu)時,共用的轉(zhuǎn)動力矩仍可使每一個聯(lián)動式斜 軸跟蹤支架單元3實現(xiàn)對太陽能的跟蹤轉(zhuǎn)動??v橫聯(lián)動式太陽能斜軸跟蹤支架機構(gòu)可以充 分利用不規(guī)則的地塊,而不只限于圓形、方形或其他規(guī)則地塊。如圖8、圖9所示,聯(lián)動式傳動機構(gòu)2包括電動機51、減速機52、減速機固定板 53、橫向傳動軸55、固定基礎(chǔ)14。減速機固定板53固定在固定基礎(chǔ)14上。電動機51固定 在減速機52的輸入端。減速機52固定在減速機固定板53上。減速機52的輸入端有減速機輸入端法蘭57,輸出端有減速機輸出端法蘭54。橫向傳動軸55兩端有橫向傳動軸端部 法蘭56。當電動機51轉(zhuǎn)動輸入到減速機52的輸入端時,通過減速機52的減速,將動力從 減速機輸出端法蘭54輸出。再通過橫向傳動軸55及其橫向傳動軸端部法蘭56將動力送 入下一級減速機52。再通過減速機輸出端法蘭54實現(xiàn)將轉(zhuǎn)動減速,并實現(xiàn)動力在水平面 上的90°變送。通過聯(lián)動式傳動機構(gòu)2中的電動機51與減速機52的配合傳動,將電動機 51的動力傳送到縱橫聯(lián)動式太陽能斜軸跟蹤支架機構(gòu)中每一個聯(lián)動式斜軸跟蹤支架單元 3。選擇合適減速比的減速機組合,可以使用普通電動機,并使最終轉(zhuǎn)動速率與地球自轉(zhuǎn)速 率相同的水平。本發(fā)明的縱橫聯(lián)動式太陽能斜軸跟蹤支架機構(gòu)的整體轉(zhuǎn)動是勻速轉(zhuǎn)動,其 動力源可以采用普通電動機,而不采用昂貴的步進電機或伺服電動機。又因為采用了多級 減速機,減速比很大,因此動力源的功率可以很小,這兩方面因素可使跟蹤動力源的成本大 大降低。又因為采用了多級減速機組合,尤其是采用蝸輪桿減速機時,輸出端具自鎖功能, 當有風、雪等擾動干擾時,蝸輪桿減速機的自鎖功能使機構(gòu)跟蹤的穩(wěn)定性得到提高。如圖10所示,聯(lián)動式傳動機構(gòu)2聯(lián)接在聯(lián)動式支架機構(gòu)1上。在聯(lián)動式傳動機構(gòu) 2中,通過減速機52的減速機輸出端法蘭54與縱向傳動軸41相聯(lián)接。與縱向傳動軸41相 聯(lián)接的減速機52采用相同型號和減速比,使每一個縱向傳動軸41具有相同的轉(zhuǎn)動方向和 轉(zhuǎn)動力矩,從而實現(xiàn)聯(lián)動式支架機構(gòu)1的同步跟蹤運轉(zhuǎn)。橫向傳動軸55將動力傳遞至每一 級減速機52,從而實現(xiàn)整個聯(lián)動式支架機構(gòu)1利用一個電動機驅(qū)動的目的。通過減速機52 的減速機輸出端法蘭54的級聯(lián)輸出,可以以電動機為中心,在縱向和橫向兩個方向進行最 大限度的擴展。如圖9、圖10所示,除電機51需要電力驅(qū)動以外的所有結(jié)構(gòu)不需要電力驅(qū)動的,而 只需要聯(lián)動的機械傳動。當天氣寒冷時,縱橫聯(lián)動式太陽能斜軸跟蹤支架機構(gòu)中依靠機械 傳動而實現(xiàn)跟蹤運動的絕大部分結(jié)構(gòu)是不會因為低溫而發(fā)生停機的,具有極高的可靠性。 相反,如果采用過多的電子器件,往往會在極端氣象條件下發(fā)生各種無法預(yù)知的故障。
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      權(quán)利要求
      一種縱橫聯(lián)動式太陽能斜軸跟蹤支架機構(gòu),其特征在于它包括聯(lián)動式支架機構(gòu)(1)和聯(lián)動式傳動機構(gòu)(2);聯(lián)動式支架機構(gòu)(1)包括兩個以上的聯(lián)動式斜軸跟蹤支架單元(3),并按縱向和橫向兩個相互垂直且均與地面平行的方向排列聯(lián)接,縱向固定支架(12)和橫向固定支架(13)通過相互垂直聯(lián)接,形成平面方格網(wǎng)狀結(jié)構(gòu);所述縱向,是指與所在地面與經(jīng)線平行的方向,偏差夾角≤10°;所述橫向是指所在地面與緯線平行的方向,偏差夾角≤10°;聯(lián)動式傳動機構(gòu)(2)聯(lián)接在聯(lián)動式支架機構(gòu)(1)上。
      2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的縱橫聯(lián)動式太陽能斜軸跟蹤支架機構(gòu),其特征在于聯(lián)動式 斜軸跟蹤支架單元(3)包括基礎(chǔ)平臺(10)、斜軸旋轉(zhuǎn)機構(gòu)(20)、縱向傳動機構(gòu)(40);斜軸 旋轉(zhuǎn)機構(gòu)(20)和縱向傳動機構(gòu)(40)都安裝在基礎(chǔ)平臺(10)上;基礎(chǔ)平臺(10)包括固定 螺栓(11)、縱向固定支架(12)、橫向固定支架(13)、固定基礎(chǔ)(14)、斜軸旋轉(zhuǎn)基座(31)、斜 軸旋轉(zhuǎn)軸套(32);縱向固定支架(12)和橫向固定支架(13)相互垂直聯(lián)結(jié)固定,在垂直聯(lián) 接節(jié)點下方,通過固定螺栓(11)緊固在固定基礎(chǔ)(14)上;固定螺栓(11)上的螺帽用于調(diào) 整縱向固定支架(12)和橫向固定支架(13)的水平高度;斜軸旋轉(zhuǎn)軸套(32)以一定角度固 定在斜軸旋轉(zhuǎn)基座(31)上,其軸線與地球自轉(zhuǎn)軸相平行;斜軸旋轉(zhuǎn)基座(31)固定在縱向固 定支架(12)和橫向固定支架(13)相互聯(lián)接的節(jié)點處。
      3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的縱橫聯(lián)動式太陽能斜軸跟蹤支架機構(gòu),其特征在于斜軸旋 轉(zhuǎn)機構(gòu)(20)包括旋轉(zhuǎn)斜軸(21)、斜軸扇形錐齒輪(22)、斜軸電池組件支架(23)、太陽能電 池組件(24);斜軸扇形錐齒輪(22)固定在旋轉(zhuǎn)斜軸(21)下端,斜軸電池組件支架(23)固 定在旋轉(zhuǎn)斜軸(21)上端,太陽能電池組件(24)固定在斜軸電池組件支架(23)上;太陽能 電池組件(24)對稱固定在旋轉(zhuǎn)斜軸(21)上,斜軸旋轉(zhuǎn)機構(gòu)(20)的質(zhì)量中心點位于旋轉(zhuǎn)斜 軸(21)的旋轉(zhuǎn)軸上。
      4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的縱橫聯(lián)動式太陽能斜軸跟蹤支架機構(gòu),其特征在于縱向傳 動機構(gòu)(40)包括縱向傳動軸(41)、縱向傳動軸軸承座(43)、縱向傳動錐齒輪(44);縱向傳 動軸(41)兩端有縱向傳動軸端部連接法蘭(42);縱向傳動軸軸承座(43)安裝固定在縱向 固定支架(12)上;縱向傳動軸(41)上固定縱向傳動錐齒輪(44),并以縱向傳動軸軸承座 (43)為支撐做旋轉(zhuǎn)運動。
      5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的縱橫聯(lián)動式太陽能斜軸跟蹤支架機構(gòu),其特征在于旋轉(zhuǎn)斜 軸(21)下端一側(cè)部分安裝在斜軸旋轉(zhuǎn)軸套(32)內(nèi)做旋轉(zhuǎn)運動;縱向傳動軸(41)帶動縱向 傳動錐齒輪(44)進行旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動;縱向傳動錐齒輪(44)和斜軸扇形錐齒輪(22)分別固定在 縱向傳動軸(41)和旋轉(zhuǎn)斜軸(21)的適當位置上,以錐齒輪傳動方式正確嚙合傳動。
      6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的縱橫聯(lián)動式太陽能斜軸跟蹤支架機構(gòu),其特征在于聯(lián)動式 傳動機構(gòu)(2)包括電動機(51)、減速機(52)、減速機固定板(53)、橫向傳動軸(55)、固定基 礎(chǔ)(14);減速機固定板(53)固定在固定基礎(chǔ)(14)上;電動機(51)固定在減速機(52)的 輸入端,減速機(52)固定在減速機固定板(53)上;減速機(52)的輸入端有減速機輸入端 法蘭(57),輸出端有減速機輸出端法蘭(54);橫向傳動軸(55)兩端有橫向傳動軸端部法蘭 (56);當電動機(51)轉(zhuǎn)動輸入到減速機(52)的輸入端時,通過減速機(52)的減速,將動力 從減速機輸出端法蘭(54)輸出,通過橫向傳動軸(55)及其橫向傳動軸端部法蘭(56)將動 力送入下一級減速機(52);通過減速機輸出端法蘭(54)實現(xiàn)將轉(zhuǎn)動減速,并實現(xiàn)動力在水 平面上的90°變送;減速機(52)的減速機輸出端法蘭(54)與縱向傳動軸(41)聯(lián)接傳動。
      全文摘要
      本發(fā)明公開了一種縱橫聯(lián)動式太陽能斜軸跟蹤支架機構(gòu),它由兩個以上的聯(lián)動式斜軸跟蹤支架單元和聯(lián)動傳動機構(gòu)聯(lián)接組成。聯(lián)動式斜軸跟蹤支架單元的結(jié)構(gòu)簡單,具有較低的空間尺寸,并按照縱向和橫向兩個方向排列組合聯(lián)接。縱向傳動機構(gòu)將水平轉(zhuǎn)動通過安裝在聯(lián)動式斜軸跟蹤支架單元上的錐齒輪傳動機構(gòu),轉(zhuǎn)變?yōu)樾陛S轉(zhuǎn)動。太陽能電池組件對稱固定在旋轉(zhuǎn)斜軸上,采用精確的質(zhì)量匹配措施,使斜軸旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的質(zhì)量中心點位于旋轉(zhuǎn)斜軸的旋轉(zhuǎn)軸上。通過聯(lián)動式傳動機構(gòu)中的電動機與減速機的配合傳動,將電動機的動力傳送到縱橫聯(lián)動式太陽能斜軸跟蹤支架機構(gòu)中每一個聯(lián)動式斜軸跟蹤支架單元。具有結(jié)構(gòu)簡單、抗風性能好、易擴展、可靠性能高的特點。
      文檔編號H02K7/10GK101976971SQ20101026492
      公開日2011年2月16日 申請日期2010年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月27日
      發(fā)明者屈良 申請人:屈良
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