用於太陽能板的雙軸式太陽追蹤器系統與裝置的製作方法

2023-06-08 05:23:46

專利名稱：用於太陽能板的雙軸式太陽追蹤器系統與裝置的製作方法
技術領域：
本發明關於一種簡化結構且成本較低的雙軸式太陽追蹤器，用於太陽能光電池 (photovoltaic, PV)板及太陽能聚光電池(concentrated photovoltaic, CPV)板上，並用 於採用反射聚陽光系統的太陽聚光器及史特靈引擎(Stirling engine)反射碟上。本發明 尤指一種簡化結構且以重力作中心的追蹤結構，該追蹤結構包含單一或兩個低成本的線性 驅動器，且該線性驅動器安裝在地柱(ground post)的一側，可便於以較低的成本進行更換 及維修。
背景技術：
太陽能光電池板逐漸成為一般住宅區屋頂上的標準配備。照射到屋頂上太陽能板 的太陽能多寡，依太陽與太陽能板之間所形成仰角的正弦值(sine)而定。換言之，由於兩 者所形成的仰角在日出或日落時最小，所以平放的太陽能板所能收集到的太陽能最少。在 緯度大約34度的地區，如果將太陽能板安裝在雙軸式太陽追蹤器上，則相較於水平、固定 的太陽能板而言，可以多收集49%的太陽能。但是在住宅區屋頂上的太陽能光電池板加裝 太陽追蹤器並不實際。至於對太陽能發電廠而言，如果太陽追蹤器的成本不是其主要的考 慮，那麼在太陽追蹤器上安裝太陽能板確實是可行的。在太陽能聚光電池系統中，太陽能板 及其光學配件必須直接面向太陽，以便集中太陽光束。在太陽能光電池及太陽能聚光電池 兩系統中，最主要的成本來自於使用傳統的雙軸式太陽追蹤器。在太陽能光電池系統中，如 果太陽追蹤器的成本超出太陽能板成本的三分之一，那麼一般就可能不會考慮使用，因為 為此進行投資改良並不划算。此外，相較於太陽追蹤器上的固定零件，可動零件的可靠度較 低。另一方面，在太陽能聚光電池系統中，若要使太陽能板妥善運作，則必須強制太陽能板 與太陽射線互為垂直方可。在聚光式太陽熱能發電(concentrated solar thermo power, CSP)的應用方面， 太陽追蹤器也被用來反射與集中太陽射線。主要的應用方式為將許多太陽反射器固定在雙 軸式太陽追蹤器上以收集太陽能。接著再將所收集到的太陽能集中到裝滿水或熔鹽的加熱 箱來進行發電。像這樣大規模的太陽發電廠，通常稱作「反射聚陽光系統」(heliostat)發 電廠。在反射聚陽光系統發電廠的總成本中，以太陽追蹤器的成本佔最高。另一個可以應 用本發電系統是史特靈引擎。太陽熱史特靈引擎亦需使用雙軸式太陽追蹤器來收集聚光太 陽射線，再利用太陽射線進行加熱，以便發電。本發明以其安裝方式簡單、組件成本低、維修 費低及高耐用性等優勢，將更有益於採用太陽熱集中方式的史特靈引擎。典型雙軸式太陽追蹤器由地柱(ground post)組成，該地柱固定在以混凝土作底 座的地底結構中。也可以使用對生態較為友善的螺旋形地柱，螺旋形地柱乃直接鑽入地中， 而不使用混凝土底座。在地柱的頂端安裝一旋轉驅動器(slewing drive)以同時支撐太陽 能板的重量及水平角旋轉(azimuth rotation)。在旋轉驅動器的頂端固定一線性驅動器在 旋轉驅動器及太陽能板之間，以便將太陽能板朝仰角方向提升。雙軸式太陽追蹤器在水平 角及仰角上的移動，可以驅動太陽能板直接面向太陽。
然而傳統的太陽追蹤器有一些缺點一、旋轉驅動器除了必須支撐太陽能板全部 的重量外，還必須承載因太陽能板固定傾斜而產生出來的側向力及力矩，並承載太陽能板 上的風載(wind load)。二、太陽能板的重量以及側向力所產生的力矩，使得旋轉驅動器的 大小取決於太陽能板的大小與重量。而且旋轉驅動器的蝸杆(worm drive)與旋轉齒輪兩組 件必須與滾珠軸承(ball bearing)組裝在一起，其中滾珠軸承承受太陽能板的全部重量以 及施加在旋轉驅動器上的力矩。如此一來，旋轉驅動器(slewing drive)就會變得非常笨 重。三、如果遇到旋轉驅動器發生問題而必須修理或更換時，則必須先拆解整塊太陽能板才 能繼續進行。四、由於線性驅動器所提供給單一太陽能板的提升機制(lifting mechanism) 的緣故，所以相對於旋轉驅動器的軸心(pivoting point)，太陽能板的重心經常變動，這樣 可能會迫使旋轉驅動器必須承受最大的力矩。因此，在設計旋轉驅動器及線性驅動器時，必 須考慮到太陽能板在傾斜時可能會產生的最大力矩及最大側向力。但這樣又會造成傳統的 雙軸式太陽追蹤器變得非常笨重，而且價格昂貴。有鑑於此，本發明提出一種簡化的太陽追 蹤器，同時具備價格低廉、重量輕且維修成本低的優點，有助於因應即將到來的能源革命。

發明內容
為了克服上述傳統雙軸式太陽追蹤器的缺點，本發明所揭露的雙軸式太陽追蹤 器，可解決上述部份或所有的問題。其一，本發明避開了將太陽能板的重量與側向力承載在 水平角驅動器及仰角驅動器上，而將太陽能板的重量承載在旋轉頭(rotating head)的上 面。旋轉頭直接套在地柱的上面，且兩者之間適切地以上軸承和下軸承(upper and lower bearings)固定住。旋轉頭與軸承不僅在垂直方向上承載了整個太陽能板的重量，也在水平 方向上平衡了因太陽能板之風載所產生的力矩。此外，由於上軸承和下軸承需長期使用，故 本發明可選擇性地使用成本低且無須保養的軸套材質。因此，固定在下方地柱及上方旋轉 頭之間的水平角驅動器，不受太陽能板直向(重力)及側向力矩的影響。故本發明所揭露 之雙軸式太陽追蹤器在水平角驅動整塊太陽能板時，無須耗費太多力量。另一方面，本發明將太陽追蹤器分成重量均等的兩段，由一水平梁(管)支撐，且 水平梁的重心落在圓筒型的旋轉頭之上。太陽追蹤器的每一段同時在水平梁上保持平衡， 如此一來太陽追蹤器可以沿著重力中線，在水平梁上自由地旋轉，因此仰角驅動器也無須 耗費太多力量。另一方面，傳統太陽追蹤器將旋轉驅動器固定在地柱與太陽能板間的中央位置， 一旦傳統太陽追蹤器的旋轉驅動器發生狀況，就必須移除或拆解整塊太陽能板。相較之下， 本發明利用螺帽和螺栓以安裝配件的方式，將水平角驅動器及仰角驅動器安裝在地柱及旋 轉頭的一側。這樣做的好處在於容易安裝、拆除及更換，而且只要一名維修人員就能進行例 行性的維修工作。這也是本發明之太陽追蹤器與傳統太陽追蹤器的最大差別。藉由本發明 所提出的低成本線性驅動器，將水平角驅動器固定在一側，可便於進行定期維修或更換，就 可以延長太陽追蹤器的壽命。再另外一方面，本發明的雙軸式太陽追蹤器配備一抗風鎖裝置。每當強風超出風 力臨界值時，抗風鎖裝置就會啟動。所述抗風鎖裝置利用電磁力將太陽追蹤器固定在中性 風的位置，並牢牢地鎖在使用兩電磁驅動鎖的地柱上，這樣可使太陽追蹤器上的線性驅動 器承受強風期間所受到的震動與拍打。再者，在經常颳風的地區，為了保護線性驅動器，可以使用逐步抗風鎖裝置，如此一來可讓線性驅動器及太陽追蹤器免受強風的侵襲，大大延 長其使用壽命。為讓本發明的上述內容能更明顯易懂，下文特舉一較佳實施例，並配合所附圖式， 作詳細說明如下


圖1繪示本發明的雙軸式太陽追蹤器。圖2繪示單一線性驅動器固定在旋轉頭及地柱間的一側以進行水平角旋轉。第3A-3C圖經由端(或俯)視角度，繪示旋轉頭上部對於地柱下部的旋轉機制。圖4繪示水平角線性驅動器固定在太陽能板上，且該太陽能板朝上升方向進行旋轉。圖5A-5C繪示另一種旋轉追蹤器支架的方式。圖6繪示本發明使用兩線性驅動器來進行水平角旋轉。圖7A-7C繪示兩線性驅動器的旋轉機制。圖8繪示本發明的雙軸式太陽追蹤器使用直接驅動步進馬達驅動。圖9繪示本發明雙軸式太陽追蹤器使用電磁抗風鎖。圖10繪示一電線桿上安裝改良過的雙軸式太陽追蹤器。
具體實施例方式以下各實施例的說明是參考附加的圖式，用以例示本發明可用以實施之特定實施 例。本發明所提到的方向用語，例如「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」、「頂」、「底」、「水 平」、「垂直」等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是用以說明及理解本發 明，而非用以限制本發明。追蹤器支撐結構請參見圖1，圖1繪示本發明的雙軸式太陽追蹤器10。太陽追蹤器10包含固定的 圓筒型地柱(ground post) 20，且地柱20上面套上一圓筒型旋轉頭(rotating head) 30 旋轉頭30由一圓筒管制成，而該圓筒管的頂端以上方形板36或以U形管固定起來，其中管 支架的形狀並不限於U形。地柱輿旋轉頭較佳的使用材質為鍍鋅鋼且具吸磁性。在旋轉頭 30的內側，其底端有一圓筒軸套34吻合地放置在地柱20與旋轉頭30之間。圓筒軸套34 不僅方便旋轉頭30對地柱20進行同軸旋轉(coaxial rotation)，也可中和太陽能板受風 載(wind load)所施予的側向力矩(lateral torque)。在旋轉頭30內側的頂端，有一圓 筒型帶緣軸套22吻合地放置在旋轉頭30與地柱20之間，且帶緣軸套22的凸緣頂端可以 閉合。換言之，帶緣軸套22的凸緣頂端與旋轉頭30的內壁吻合，而帶緣軸套22的圓筒尾 端與地柱20的內壁吻合。故於直立時，帶緣軸套22的頂端支撐追蹤器支架及太陽能板52 的全部重量，並在圓筒軸套34中和風載所施予的側向力矩時作為一樞軸點。為更方便於旋 轉，在較佳實施例中，帶緣軸套22的頂端放置另一滑墊圈(thrust washer bushing) 17。然 而，商業上使用的帶緣軸套22可能無法確實吻合在外部旋轉頭30的內徑以及在內部地柱 20的內徑，因此可以改用滑墊碟(disk bushing) 16或滑墊圈(washer bushing) 17來取代 帶緣軸套22，其中滑墊碟16的直徑可以比旋轉頭30的內徑稍小。甚至於使用兩層滑墊碟16或兩層滑墊圈17，並將兩層滑墊碟或兩滑墊圈之潤滑面相對並塗上潤滑劑(lubricant) 以大幅降低旋轉頭30旋轉時的摩擦力。所述潤滑劑可以為液狀或固狀，而且直至太陽追蹤 器10壽終為止都無須再次裝填補充。當使用上滑墊碟16或滑墊圈17時，在旋轉頭30內 側首尾兩端的側壁，需另外使用和圓筒軸套34同樣的軸套，可以保持同軸旋轉以及側向支 撐。關於使用兩層滑墊碟16或滑墊圈17的繪示，請參見圖1的右側。較佳的滑墊圈，滑墊 碟及軸套的使用材質是為金屬多孔質合金且可滲入固態潤滑劑。其他可以用來取代帶緣軸套22的對象還有，使用單一錐型滾柱軸承(tapered roller bearing) 19，或使用推力滾柱軸承(thrust roller bearing) 18及圓筒軸套34的 組合，其中推力滾柱軸承18用於頂端，而圓筒軸套34用於側壁。然而，地柱20的頂端需焊 接一圓筒頸，以吻合地插入錐型滾柱軸承19或推力滾柱軸承18的中心孔中。使用推力滾 柱軸承18的優點在於推力滾柱軸承18的直徑無須完全吻合旋轉頭30的內徑，這是因為旋 轉頭30的頭尾兩端使用了圓筒軸套34，讓旋轉頭30可以進行同軸旋轉，並可承受側向力。 其他可以用來取代圓筒軸套34的對象包括使用圓筒型滾柱軸承，或使用滾針軸承以縮小 旋轉頭30及地柱20之間的間隙。使用滾柱軸承時，因為摩擦較小，所以旋轉頭30會轉得 較快。然而以一天日照12小時、太陽追蹤器10以180度進行水平角旋轉來看，這樣的旋轉 速度其實相當慢，因而能夠使用成本較低的軸套。此外，旋轉驅動器力量主要是用來對抗施 加在太陽能板上的風載，僅一小部分作用於旋轉頭30的旋轉上。若要在不測的天候狀況下長期使用，由於帶緣軸套22或滑墊碟16或滑墊圈17和 圓筒軸套34組合的成本及維修費用較為低廉，可視為最佳實施例組合。此外，市面上供應 給工業重機械使用的圓筒軸套34、圓筒帶緣軸套22、上滑墊碟16及滑墊圈17有很多尺寸 可供選擇。以上這些軸套由多孔質合金(porous alloy)、黃銅、青銅或合成物質製成。這個 組合也能提供低摩擦力旋轉以及低廉維修費用，於長期使用狀況下作為一次塗上固態潤滑 劑使用。在旋轉頭30之上有一長型圓筒水平梁(管)50。水平梁50與U形夾鉗44 一起固 定在上方形板36，並用中心圓筒軸套40套在兩者之間，如圖1所繪示。所述最高圓筒軸套 所用的材質類似於旋轉頭30內側的圓筒軸套34。較佳地，水平梁50使用無縫鍍鋅管，這 可獲得較佳的旋轉品質。水平梁50的兩側各裝上一組追蹤器支架521及太陽能板52，兩 組相互對稱。水平梁50的重心落在中心圓筒軸套40上以維持平衡。再者，位於旋轉頭30 兩側的追蹤器支架521由於中線重心在中線的緣故，更進一步地在水平梁50上維持平衡狀 態。因此，太陽追蹤器10兩側的太陽能板52不僅在中心圓筒軸套40上維持平衡，也同時 在水平梁50上維持平衡狀態。兩軸若要保持重量平衡，有賴於兩前後左右對稱的太陽能板 52安裝在水平梁50上。尚有另一種用非旋轉水平梁(管)50安裝追蹤器支架521的方式， 將於以後的內容中論述。本追蹤裝置的安裝方式有別於傳統的安裝方式，傳統上利用旋轉 驅動器將大型太陽能板頂在驅動器上，而利用線性驅動器將太陽能板撐起。而本發明安裝 在水平梁50兩側的太陽能板52有一項優點，可將太陽能板近零度的位置開始旋轉，利於追 蹤出現在地平面上的太陽。此外，當晚上太陽能板52處在垂直位置時，也比較容易清除上 面的塵土或積水。圖1僅繪示太陽追蹤器10，而未繪示水平角線性驅動器及仰角線性驅動 器。圖1顯示太陽追蹤器10在機電驅動器安裝好之前，可以利用少量外力進行水平角及仰 角的旋轉。這一點是本發明與傳統太陽追蹤器最主要的差別。
此外，水平梁50固定在旋轉頭30的方式有很多。舉例來說，只要旋轉頭30上面 的水平梁50中段切面是圓筒型的，水平梁50兩側則可改用正方形梁或長方形梁取代。又 例如說，正方形梁與水平梁50內側的中段部分相吻合。使用正方形梁或長方形梁可能更便 於架設太陽能板的支架。單一線件驅動器講行水平角旋轉請參見圖2，圖2繪示單一線性驅動器固定在旋轉頭30及地柱20間的一側以進 行水平角旋轉。L形支架38固定在旋轉頭30的上部，L形支架38的開口端透過水平樞紐 25 (螺栓的尺寸與兩通孔吻合)與水平角線性驅動器(azimuth linear actuator) 28的驅 動杆27連接。線性驅動器的主體經由旋轉臂26與樞紐24固定在地柱20上。樞紐24的 設計像門絞鏈(door hinge)，以一延伸杆固定在地柱20上。較佳實施例是將旋轉臂26的 尾端彎曲成90度，以便能夠水平地鉗夾住水平角線性驅動器主體28。較佳的做法是將L形 支架38固定在旋轉頭30的上部，這是因為L形支架38的直徑比地柱20更大，因此需要用 較短的L形支架38。而旋轉臂26鉗夾住水平角線性驅動器28的主體。較佳實施例為，旋 轉臂26鉗夾住水平角線性驅動器28主體的頂端而構成直角。將水平角線性驅動器28與 驅動杆27反向固定在旋轉頭30及地柱20上是可行的，但較不建議。請參見第3A-3C圖，第3A-3C圖經由端(或俯)視角度，繪示旋轉頭30上部對於 地柱20下部的旋轉機制。小的實線圓圈是地柱20，而大的虛線圓圈是圓筒型的旋轉頭30。 圖3C繪示太陽追蹤器10的初始位置，此時L形支架38與樞紐24對齊成一直線。L形支 架38、旋轉臂26及驅動杆27此構成一直角三角形，其中旋轉臂26與驅動杆27構成兩直 角邊。太陽追蹤器10在初始位置時，一般就表示太陽能板52於早晨面向東邊方向。接著， 如圖3B所繪示，當驅動杆27伸長時，驅動杆27會同時推動L形支架38及旋轉頭30對地 柱20進行順時針方向旋轉。接著，請參見圖3C上方所繪示的直角三角形。根據幾何定理， 當作為直角三角形其中一直角邊的旋轉臂26固定，而另一直角邊的驅動杆27伸長時，作為 該直角三角形的斜邊(即樞紐24及水平樞紐25之間的距離)也會伸長，所以不會將水平 角線性驅動器28推回到原始位置。因此，旋轉頭30必定會以順時針方向旋轉來增加斜邊 的長度，這會讓整個太陽追蹤器10以順時針方向旋轉。在圖3B中，太陽能板也會受到推動 而面向南方(假設太陽追蹤器10位於北半球)。在南半球時，水平角線性驅動器28則會 固定在旋轉頭30的相對側。接著，如圖3A所繪示，當水平角線性驅動器28幾乎完全伸長 時，L形支架38及旋轉頭30會被推到與樞紐24相對的位置，旋轉將近似或超過180度。因 此，太陽能板就會面向日落位置。較長的L形支架38與旋轉臂26可以使轉動角度超過180 度。如果太陽追蹤器10所在緯度位置正好位於熱帶地區，則必須改變太陽追蹤器10的固 定方式；如果太陽追蹤器10位在緯度較高的地區，則一年四季都不用改變太陽追蹤器10的 固定方式；如果太陽追蹤器10位在兩個23. 5°緯度地區之間，尤其是接近赤道的地區，則 可以在地柱20的相對兩側安裝雙樞紐24、74，如圖3C所示。夏季時，當太陽軌道橫越天頂 點(zenith point)時，可以將旋轉臂26與水平角線性驅動器28鉗夾在相對側的樞紐74， 而將L形支架38上的旋轉頭30以超過180°旋轉，讓太陽能板朝太陽軌道旋轉。任何熟習此技藝者，當可輕易更動與修改水平角線性驅動器28的固定方式，改變 固定於地柱20與旋轉頭30之間的長度及角度。於初始位置時，L形支架38、旋轉臂26及 驅動杆27未必一定要構成一個直角三角形。藉由改變此固定方式，反而可以讓水平角以超過180°的角度旋轉。但是本發明使用水平角線性驅動器28進行水平角旋轉的本質並不會 改變。線件驅動器講行仰角旋轉請參見圖4，圖4繪示仰角線性驅動器58固定在太陽能板上，且所述太陽能板朝仰 角進行旋轉。V形杆51的上部固定在水平梁50的兩側，而開口端以樞紐54固定。在V形 杆51的下方有一水平杆49水平地固定在旋轉頭30上，水平杆49的開口端以樞紐56固定。 樞紐56和樞紐54分別固定在仰角線性驅動器(elevation linear actuator) 58的主體及 驅動杆57上。也可以不使用V形杆51，而直接將樞紐54固定在追蹤器支架521上。當仰 角線性驅動器58上的驅動杆57伸長時，V形杆51會將水平梁50及追蹤器支架521旋轉 到仰角比較低的地方(太陽能板的垂直線對地平線之仰角)。由於太陽能板平衡於水平梁 50上，所以旋轉太陽能板時需要很少力矩。一般而言，太陽能板進行旋轉時所需的最大仰角 介於零度(太陽能板在垂直位置時)到90度(在水平位置時)之間。至於如果要旋轉超 過90度時，只要將水平杆49移到較低的位置即可。從圖4可以觀察到水平角線性驅動器28不應受到仰角線性驅動器58的幹擾。因 此，V形杆51及固定住的水平杆49必須與水平角線性驅動器28保持一定的距離。可以將 仰角線性驅動器58、水平杆49、V形杆51的長度都改短一些，或是加長旋轉頭30。或也可 以考慮把加長水平角線性驅動器28，長到足以將旋轉頭30進行超過180度的旋轉，至於水 平杆49仍維持原有長度。任何熟習此技藝者，當可輕易更動與修改V形杆51及水平杆49的形狀及固定機 制，諸如將V形杆51的形狀改成U形杆，或將單一的水平杆49改成兩平行的水平杆49，該 兩平行的水平杆49樞紐於仰角線性驅動器58的兩側。非旋轉水平梁講行另一種仰角旋轉請參見圖5A-5C，圖5A-5C繪示另一種旋轉追蹤器支架521的方式是以水平梁50 直接固定在旋轉頭30的上方形板36上而旋轉。水平梁50以類似U形螺栓的簡單裝置(例 如U形夾鉗44)，不使用中心圓筒軸套40，直接固定在旋轉頭30的上方形板36上。水平梁 50不會對旋轉頭30旋轉，但是追蹤器支架521會對水平梁50旋轉。複數個圓筒軸套59以 夾鉗或U形螺栓固定在追蹤器支架521的直向T形梁(crossing T-beam) 54與水平梁50 之間。較佳實施例會用一枕型軸鉗62將圓筒軸套59固定在直向T形梁54上。關於枕型 軸鉗62及圓筒軸套59裝置，請參見圖5C。如果將配備太陽光電池的平面太陽能板安裝在太陽追蹤器10上，則直向T形梁54 可為一倒反的T形梁，且T形梁的高度會配合太陽能板的深度。在較佳實施例中，T形梁是 由金屬片衝壓成型，中央為一倒反U形的T柱(τ-post)，如圖5B所繪示。太陽能板52可以 進一步固定在U形的T柱上，即把太陽能板52的頂端邊緣連同墊片60及螺栓61 —起鑽進 T柱的底部。因為有圓筒軸套59，所以仰角線性驅動器58可以驅動追蹤器支架521的橫向 T形梁54繞著已固定住的水平梁50旋轉。若要完成追蹤器支架521的製作，則將L形梁 55連接到T形梁的兩端，構成一形狀為長方形的追蹤器支架521。更進一步地，還可以用四 塊三角板53固定在長方形追蹤器支架521的四個角，與L形梁55及T形梁一起支撐追蹤 器支架521。裝設T形梁時，其長度及間距大小都必須配合太陽能板52的尺寸。與先前利 用水平梁50進行旋轉不同的是，驅動杆57必須樞紐在追蹤器支架521上，而不是固定在已固定住的水平梁50上。在使用T形梁而非水平梁50來旋轉的另類裝置，此方式適用於追蹤器支架及太陽 能板52的尺寸偏大時。若將本實施例與先前的實施例相比，在先前的實施例中，一軸套承 載整個太陽追蹤器10的重量；而在本實施例中，用水平梁50旋轉追蹤器支架521時，會將 更多的重量分配給複數個軸套59承載。更進一步來說，非旋轉水平梁50帶給仰角線性驅 動器58的壓力較小。這種安裝方式適合用於大型的太陽追蹤器10上。兩線件驅動器講行水平角旋轉另一方面，請參見圖6，本發明使用兩線性驅動器來進行水平角旋轉。線性驅動器 29及線性驅動器39分別固定於地柱20的L形支架25及旋轉頭30的L形支架35上。線 性驅動器29及線性驅動器39都是利用水平旋轉樞紐固定在L形支架25、35上。位於上、 下兩方的線性驅動器39、29之間，有一旋轉環21利用圓筒軸套或滾針軸承套於並固定在地 柱20上。水平臂23的其中一端固定在旋轉環21上，而另一開口端則與圓筒狀樞紐37 —起 固定。圓筒狀樞紐37為一管子，上下兩端分別都以滑墊圈鎖在上方及下方線性驅動器39、 29的驅動杆的環上。請參閱圖7A-7C，圖7A-7C繪示兩線性驅動器的旋轉機制。圖7C繪示兩線性驅動 器處在關閉位置時，其中線性驅動器39在線性驅動器29的上方，兩者之間有旋轉環21及 圓筒狀樞紐37。當下方的線性驅動器29伸長時，會推動上方的線性驅動器39與旋轉頭 30，連同旋轉環21、水平臂23及圓筒狀樞紐37，開始進行順時針旋轉。圖7B所示，當下方 的線性驅動器29完全伸長、但上方的線性驅動器39處在初始位置時，旋轉頭30會轉動約 120度。當上方的線性驅動器39完全伸長，固定在線性驅動器39上的旋轉頭30會再旋轉 約120度，如圖7C所示。進行第二次旋轉時，旋轉環21、水平臂23及圓筒狀樞紐37留在同 一位置上。因此，上方的旋轉頭30可以相對下方的地柱20旋轉約240度。兩線性驅動器的優點有兩項一、旋轉頭30的旋轉角度可以超過180度，最多到 240度左右；二、使用兩個較短的線性驅動器，而不是單一的長型線性驅動器。因為旋轉頭 30可以旋轉240度，所以即使每年擁有陽光的天數最多的熱帶地區，也毋需每當太陽軌道 橫越天頂點時就要移動線性驅動器。至於兩線性驅動器的缺點則是線性驅動器必須非常 地短，以便預留空間給以低仰角轉動的太陽能板。然而，如果太陽能板採傳統的上升方式， 而不是採邊旋轉邊上升的方式，則兩線性驅動器就不需要預留空間。步進馬達與齒輪驅動進行水平角旋轉請參閱圖8，本發明使用直接驅動步進馬達33驅動，其中齒輪圓環(gear ring) 31 擇一套在旋轉頭30或地柱20的上面，如圖8所繪示。圖上顯示齒輪圓環31固定在旋轉頭 30上。接著，直接驅動步進馬達33和齒輪軸32 —起固定在地柱20上。或是直接驅動步進 馬達33和齒輪圓環31的位置可以相反。進行水平角旋轉時，為能獲得理想中的解析度，往 常的習慣是將齒輪軸32和齒輪圓環31設計得相配合。如果齒輪圓環31有720個鋸齒，則 齒輪旋轉180度時需走360齒。而如果馬達每走一步等於齒輪走一齒而未作齒輪減速裝置 時，會作水平角半度的旋轉。若要獲得更精細的解析度，必需要增加齒輪圓環31的鋸齒數 目，或用驅動步進馬達33的齒輪減速裝置。此外，一半圓齒輪圓環311如圖8左側所示，半 圓齒輪圓環311可用來作為半圓以上的轉動幅度。半圓齒輪圓環311的好處在於，當原有 的圓環因長時間使用而磨損或鏽蝕，則半圓齒輪圓環311可便於重新替換。在安裝時，半圓齒輪圓環311的轉動幅度自較小的地柱套上時可以超過180度的齒環。有另一種方式可以用來替代步進馬達上的齒輪圓環，為同時使用水平蝸杆(worm) 驅動齒輪軸32及傾斜式齒輪圓環41，如圖8右下角所繪示。如圖顯示，步進馬達43與蝸 杆(worm drive)42相連接。蝸杆42大部分使用於現今雙軸式太陽追蹤器10的旋轉驅動 器上，旋轉驅動器會與進行水平角旋轉之滾珠軸承的圓環包在一起。使用蝸杆42及傾斜式 齒輪圓環41外，同時也可用齒輪減速裝置，如此便可獲得理想的解析度，而無須改變齒輪 圓環上的鋸齒數。另外，傾斜式齒輪圓環也可讓旋轉更加順暢。本方式的優點在於，直接驅動步進馬達33及齒輪圓環31在旋轉頭30及地柱20 上只佔很少空間，可以避免對於仰角線性驅動器產生幹擾。而且旋轉頭30也有可能可以旋 轉360度。另外，如果需要大量製造相同的齒輪馬達以供應規模大的太陽能電廠使用時，本 方法也可以降低成本。然而，本方法的缺點在於一、遇到不良的天候狀況時，必須將齒輪圓 環31及直接驅動步進馬達33進行覆蓋並密封起來，以避免齒輪及馬達受到損害。二、齒輪 圓環31及齒輪軸32必須針對不同規格的旋轉頭30各別製造。三、由於齒輪圓環31及直 接驅動步進馬達33 —起搭配使用，所以彼此之間必須緊密嚿合，但這卻可能會因為受到風 載的損害及長期震動而造成問題。四、更換毀壞的齒輪圓環31時，必須將旋轉頭30拆下； 或者使用兩片可拆式齒輪圓環31之設計。步講馬汰與磁鐵軸(magnetic rotor)講行水平角旋轉另一方面，本發明採用直接驅動步進馬達33，不需在旋轉頭30上使用齒輪圓環 31。永久磁鐵軸(或是電磁磁鐵軸)321作為直接驅動步進馬達33的轉軸，永久磁鐵軸(或 是電磁磁鐵軸)321的減速裝置減不減速皆可，電磁磁鐵軸是指在金屬棒上纏繞線圈，當線 圈通電時，該金屬棒會產生感應磁場，如圖8左下方之圖所繪示。旋轉頭30必須由可被磁 鐵軸321吸引的磁性鋼材製成。然而，磁鐵軸321所提供的磁性吸力，確保了磁鐵軸321與 旋轉頭30在摩擦驅動過程中不會滑動。旋轉力或旋轉摩擦力的大小與磁鐵軸321的大小 成正比，因此，只要追蹤器支架521的尺寸愈大或其荷重愈大，則所需的磁力就要愈大。然 而，追蹤器支架521的尺寸愈大，則所需的地柱20及旋轉頭30也要愈大，因此磁鐵軸321 也就會愈大。此外，如果使用電磁轉軸，則流經電磁轉軸的電流越強或是單位長度的線圈數 越大，則產生的磁力越強。而電磁轉軸的半徑即使比永久磁鐵軸321的半徑小，也能產生夠 大的磁力。磁鐵軸321的優點在於，可簡化水平角驅動器的結構且降低其成本。因為沒有齒 輪圓環31及齒輪軸32，所以就不會出現侵蝕、雨水及塵土覆蓋、維修保養、潤滑性等的問 題。旋轉頭30的直徑除以磁鐵軸321的直徑後，再乘以步進馬達旋轉一圈的步數，就等於 方位解析度旋轉一圈(旋轉頭30的直徑+磁鐵軸321的直徑X步進馬達旋轉一圈的步 數=轉一圈的方位解析度)。解析度一、兩度對太陽能光電池板而言已經足夠。解析度愈 高，則需將磁鐵軸321的直徑減少，以應用於像太陽能聚光電池、反射聚陽光系統等精密系 統上面。進行水平角及仰角旋轉的抗風鎖裝置為了避免太陽能板52與水平角線性驅動器28互相干擾，最好將太陽能板52與L 形支架38對齊成一直線。如圖3C所示，此時驅動杆27的力向量最大，因為驅動杆27與L 形支架38接近垂直，且太陽能板52位於初始位置。但如圖3A所示，驅動杆27伸長至結束位置時，其力向量最小，這是因為驅動杆27與L形支架38之間為斜角。這個小斜角的位 置不利於風載推動水平角線性驅動器28，而這對於圖4中之仰角旋轉所造成的問題甚至更 大。當仰角線性驅動器58的驅動杆57完全伸長，但驅動杆57與L形支架38之間的斜角 卻是最小時，驅動杆57就必須對抗側向吹來的強風，這會對驅動器58造成侵害。針對上述問題，本發明提出使用一電磁抗風鎖65作為解決之道，請參見圖9的繪 示。因為水平角旋轉的旋轉頭30與仰角旋轉的水平梁50都呈圓筒狀，所以使用一形狀像 舊式汽車鼓式煞車(drum brake)的電磁鎖。兩者的差異在於鼓式煞車利用摩擦力來煞車， 而電磁抗風鎖65使用電磁吸引力來閉鎖。在圖9中，電磁抗風鎖65的桿頭63呈鼓狀，與 旋轉頭30及水平梁50相合。當電磁頭螺線64通直流電啟動後，桿頭63就會產生磁力，吸 引皆由鋼鐵製成的旋轉頭30或水平梁50，形成抗風鎖結構。然而當設計水平梁50固定而 追蹤器支架521旋轉時，也必須設計電磁桿頭63可以吸引追蹤器支架521。電磁抗風鎖65 固定在地柱20及上方形板36上，且地柱20與上方形板36上都裝有抗風鎖支撐架66，分別 用來固定水平角及仰角電磁抗風鎖65。電磁抗風鎖65相當實用，可以保護太陽能板52平 放時的線性驅動器28及58，對抗超出風力臨界值的強風。針對電磁抗風鎖65，本發明提出一個更加實用的應用方式。例如沿海等多風地 區，當太陽能板52受到強風吹襲的同時，線性驅動器28及58也會不斷地受到強風的侵害 而容易損壞。這裡提出一個創新想法將電磁抗風鎖65作為逐步抗風鎖，以對抗不斷吹襲 的強風。此逐步抗風鎖的運作步驟如下所述一、追蹤裝置控制器上的遞減計數器(down counter)在抗風鎖裝置運作期間為零。二、追蹤裝置控制器命令電磁頭螺線64解除供電， 使桿頭63回到未上鎖位置。三、追蹤裝置控制器命令水平角線性驅動器28或仰角線性驅 動器58在水平角或仰角方向上轉動一步。四、桿頭63啟動並將太陽追蹤器10鎖在目前位 置，且追蹤裝置控制器重新啟動遞減計數器。一天當中，太陽追蹤器10的運作速度相當緩慢。水平角旋轉是180度左右，而仰 角旋轉大部分則只有90度。如果在有12小時日照的晝夜等長日(equinox day)旋轉，則 以水平角旋轉一度會花四分鐘，以仰角旋轉一度會花八分鐘。另一方面，水平角線性驅動器 28及仰角線性驅動器58每啟動一步可能小於一秒鐘。因此，太陽追蹤器10在絕大部分時 間都處在鎖定狀態。在水平角線性驅動器28及仰角線性驅動器58連續啟動期間，抗風鎖 裝置可以減少水平角線性驅動器28及仰角線性驅動器58受到恆常風荷重的震動及拍打的 情形，故能延長水平角線性驅動器28及仰角線性驅動器58的使用壽命，進而延長了太陽追 蹤器10的使用壽命。於電線桿上安裝雙軸式太陽追蹤器請參見圖10，圖10繪示一電線桿上安裝改良過的雙軸式太陽追蹤器10。由於電 線杆12的底部比頂端要大，而非頭尾均勻的圓柱狀，因此將一內側均勻的圓筒管20的頭尾 兩端套於並固定在電線桿上。在圖10中，圓筒管20取代圖1中的地柱20。但有一凸緣圓 環70固定在圓筒管20的底部，作用與圓筒管20類似，都是用來託住並支撐旋轉頭30。旋 轉頭30的所在位置和帶緣軸套22類似，而帶緣軸套22的底部凸緣位在位於套住圓筒管20 的凸緣圓環70之上。可以選擇性地在凸緣圓環70及帶緣軸套22之間插進一滑墊圈17，則 旋轉時會更加順暢。此外，也可在圓筒管20外側及旋轉頭30內側之間，任意插進合適的上、 下圓筒軸套34，不僅能讓旋轉時更加順暢，也能夠承受側向力矩及風力。然而，假若圓筒管20的外襯及旋轉頭30的內襯由多孔質軸套製成且十分吻合，則無須使用圓筒軸套34。也 就是說，旋轉頭30固定在地柱20上的方式，經過改良後可以安裝在電線桿12上，以供日間 混合動力車或電動車充電使用，或儲存日間所產生的電力以供夜間照明使用。水平梁50用旋轉頭30的凸緣固定住，並用U形螺栓水平地固定在旋轉頭30的主 體上。複數個圓筒軸套59套在水平梁50上。水平梁50會使太陽能板52進行仰角旋轉， 這與前面述及的太陽能板52以非旋轉梁進行仰角旋轉的情況相同。此外，一充電式電池及 電力控制箱45可固定在電線桿上任何方便的位置，供夜間照明使用。以水平角進行旋轉的單或雙軸式線性驅動器，其固定方式與前面於圖2和圖6所 述者類似。以仰角進行旋轉的單或雙軸式線性驅動器，其固定方式與前面於圖4所述者類 似，僅不同的是，圖10中的仰角驅動器安裝在旋轉頭30及追蹤器支架521的其中一側，而 圖4中的仰角驅動器則安裝在旋轉頭30及追蹤器支架521的中央位置。圓筒管20及旋轉頭30的安裝方式端賴於圓筒管20能否從電線桿的頂端套上。比 較容易的做法是，在架設電線桿前就先將整個旋轉組件組裝好，接著再從電線桿的頂端套 上。然而，如果要在已架設完成的電線桿上加裝新的組件，在工程上則是一項挑戰。圓筒管 20、旋轉頭30及滑墊圈17必須做成半圓筒型或半圓環形，以配合做成完整圓筒型的內管及 外管。再者，每一圓筒圓環與每一滑墊圈17圓環之間的接縫以交錯配置為佳，因為安裝時 以交錯配置的接縫的安全性較高。雖然本發明已用較佳實施例揭露雙軸式太陽追蹤器如上，然其並非用以限定本發 明。再者，本雙軸追蹤器的各項特徵，不僅現在光伏電板之應用，而且可廣泛應用在任何 太陽追蹤器或衛星追蹤。例如，本雙軸追蹤器可應用在聚光式光伏板，槽狀或碟狀聚光器 (板)，史特靈引擎聚光碟，反射聚陽光系統，聚光電熱器以及衛星追蹤器。本領域的普通技 術人員，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種的更動與修改，因此本發明的保護範 圍當視後附之權利要求界定的範圍為準。
權利要求
1.一種雙軸式太陽追蹤器裝置，其特徵在於所述雙軸式太陽追蹤器裝置包含一地柱，由一長型圓筒管制成，包含一頂端與一底端；其中所述頂端支撐一旋轉頭；其 中所述地柱之所述頂端可為張開或閉合；其中所述地柱之底端固定在如地面等的底層結構 中；所述旋轉頭由一大圓筒管制成，所述圓筒管以一上方形板密封起來；其中所述旋轉頭 的內壁套在所述地柱的外壁上面，並用二軸套或二軸承吻合地置於所述旋轉頭頂端與底端 之間的間隙，其中所述二軸套包含上、下軸套或所述二軸承包含上、下軸承；一圓筒水平梁，直接或利用一圓筒軸套固定並平衡於所述旋轉頭之上；一追蹤器支架，安裝在所述水平梁上，並在所述旋轉頭的兩側保持左右對稱，也在所述 水平梁兩側保持前後對稱；一或兩水平角線性驅動器，水平地固定在所述地柱與所述旋轉頭之間，以驅動所述旋 轉頭及所述追蹤器支架進行水平角旋轉；以及一仰角線性驅動器，垂直地固定在所述旋轉頭與所述追蹤器支架(或所述圓筒水平 梁)之間，以驅動所述追蹤器支架進行仰角旋轉，且旋轉軸的重心集中在所述水平梁上。
2.根據權利要求1所述的雙軸式太陽追蹤器裝置，其特徵在於所述追蹤器支架、所述 地柱、所述圓筒管、所述水平梁(管)皆由吸磁性不鏽鋼金屬或吸磁性不鏽鋼合金製成。
3.根據權利要求1所述的雙軸式太陽追蹤器裝置，其特徵在於所述水平角旋轉由位 在外側的所述旋轉頭轉動，而所述旋轉頭則套在位於內側的所述地柱上，兩者間放入所述 二軸套或所述二軸承，讓所述旋轉頭可以對所述地柱進行同軸旋轉；其中所述上軸套或所 述上軸承進一步地支撐所述旋轉頭及所述追蹤器支架的載重量。
4.根據權利要求1所述的雙軸式太陽追蹤器裝置，其特徵在於所述上軸套為一圓筒 型帶緣軸套，其凸緣適切地與所述旋轉頭的內壁吻合；其中所述帶緣軸套的主體適切地與 所述地柱的內壁吻合；其中一選擇性使用的滑墊圈吻合地置於所述帶緣軸套之上，以促進 旋轉；其中所述下軸套為一圓筒軸套。
5.根據權利要求1所述的雙軸式太陽追蹤器裝置，其特徵在於所述上軸套由一或兩 滑墊碟或滑墊圈及第一圓筒軸套組成，且所述一或兩滑墊碟或滑墊圈與頂端吻合，且所述 兩滑墊碟或所述兩滑墊圈之潤滑面相對，讓旋轉更加順暢；其中所述第一圓筒軸套與上方 側壁吻合；其中一第二圓筒軸套與下方側壁吻合。
6.根據權利要求1所述的雙軸式太陽追蹤器裝置，其特徵在於所述上軸承為一錐型 滾柱軸承；其中所述下軸承為一圓筒軸套；或其中所述上軸承可選擇性由在頂端的推力滾 柱軸承及在頂端側壁的圓筒軸套所組成；其中位於頂端及底端的所述兩圓筒軸套可選擇性 由滾柱軸承或滾針軸承取代。
7.根據權利要求1所述的雙軸式太陽追蹤器裝置，其特徵在於所述旋轉頭受一線性 驅動器驅動而進行水平角旋轉；所述線性驅動器的所述驅動杆及所述主體分別地樞紐於固 定在所述旋轉頭及所述地柱一側的伸長支架上；其中所述線性驅動器的所述驅動杆與所述 主體的所述樞紐位置可以互相對換。
8.根據權利要求7所述的雙軸式太陽追蹤器裝置，其特徵在於一第一支架固定在所 述旋轉頭的一側，所述線性驅動器的驅動杆水平地樞紐於所述第一支架的尾端；而所述線 性驅動器的主體固定在一旋轉臂上；其中所述旋轉臂則樞紐於所述地柱上的一第二支架上；其中所述線性驅動器可以藉由所述驅動杆的伸縮及所述旋轉臂的旋轉而進行水平方向 的旋轉。
9.根據權利要求8所述的雙軸式太陽追蹤器裝置，其特徵在於在所述地柱的相對側 使用另一與所述第二支架相同的支架，作為所述旋轉臂的樞鈕，以讓所述旋轉頭在相反面 旋轉。
10.根據權利要求1所述的雙軸式太陽追蹤器裝置，其特徵在於所述旋轉頭受所述兩 線性驅動器驅動而進行水平角旋轉；而所述兩線性驅動器則分別樞紐於兩支架上，且所述 等支架分別固定在所述旋轉頭與所述地柱上。
11.根據權利要求10項所述的雙軸式太陽追蹤器裝置，其特徵在於所述雙軸式太陽 追蹤器裝置另包含一上支架與一下支架，分別固定在所述旋轉頭與所述地柱一側；其中所述兩線性驅動 器的主體分別樞紐於所述上支架及所述下支架的開口端；其中所述兩線性驅動器可以分別 對所述上支架及所述下支架進行水平旋轉；一旋轉環，套在位於所述上支架與所述下支架之間的所述地柱上；其中一水平臂固定 在所述旋轉環的一側；其中所述水平臂外端與一作為樞紐之直立管固定在一起；其中所述 兩線性驅動器之所述等驅動杆則樞紐於所述直立管的頂端及底端；其中所述旋轉頭，藉由所述等上，下線性驅動器的所述等驅動杆的伸長而在水平角方 向上旋轉超過180度。
12.根據權利要求1所述的雙軸式太陽追蹤器裝置，其特徵在於所述旋轉頭由一步進 馬達及其齒輪軸的驅動而對所述地柱進行水平角旋轉，且所述步進馬達及所述齒輪軸固定 在所述地柱或所述旋轉頭的側面上；其中一齒輪圓環與所述齒輪軸組合起來後，分別套住 或固定在所述旋轉頭或所述地柱之上；此目的是為了讓所述旋轉頭進行水平角旋轉，其中 所述齒輪圓環可用固定於所述旋轉頭的半圓齒輪圓環所取代。
13.根據權利要求1所述的雙軸式太陽追蹤器裝置，其特徵在於所述旋轉頭由一步進 馬達的驅動而進行水平角旋轉，且所述步進馬達連接在一蝸杆齒輪上，且所述蝸杆齒輪水 平地固定在所述地柱或所述旋轉頭的側面上；其中一傾斜式齒輪圓環與所述蝸杆齒輪組合 起來後，分別固定在所述旋轉頭或所述地柱上；此目的是為了讓所述旋轉頭進行水平角旋 轉，其中所述傾斜式齒輪圓環可用固定於所述旋轉頭的半圓齒輪取代。
14.根據權利要求1所述的雙軸式太陽追蹤器裝置，其特徵在於所述旋轉頭受一步進 馬達的驅動而對所述地柱進行水平角旋轉，且有一永久圓型磁鐵軸或一圓型電磁磁鐵軸連 接在步進馬達上，所述圓型磁鐵軸與所述旋轉頭會密切地接觸，而所述旋轉頭由具有吸磁 力的材料製成；其中所述磁性吸力提供所述旋轉頭旋轉時的摩擦力。
15.根據權利要求1所述的雙軸式太陽追蹤器裝置，其特徵在於所述水平梁透過一圓 筒軸套固定並平衡在所述旋轉頭之上，且所述圓筒軸套套在所述水平梁的中間，以便所述 水平梁進行旋轉；其中所述兩側對稱之追蹤器支架安裝在所述水平梁上，並在所述旋轉頭 上保持平衡；其中所述追蹤器支架之兩側進一步地在所述水平梁上保持平衡，且仰角旋轉 軸心集中在所述水平梁上。
16.根據權利要求1所述的雙軸式太陽追蹤器裝置，其特徵在於所述水平梁直接固定 並平衡在所述旋轉頭之上；其中所述水平梁以複數個圓筒軸套套住，用來安裝所述追蹤器支架的所述等直向梁；其中所述追蹤器支架繞著已固定住的所述水平梁旋轉，且仰角旋轉 軸心集中在所述水平梁上。
17.根據權利要求1所述的雙軸式太陽追蹤器裝置，其特徵在於一線性驅動器主體垂 直地樞紐於固定在所述旋轉頭的第一固定臂上；其中所述線性驅動器的所述驅動杆直接樞 紐在所述追蹤器支架上，或樞紐於固定在所述水平梁上的第二固定臂上；其中所述驅動杆 伸長時，所述追蹤器支架會以仰角方向旋轉，且旋轉軸心集中在所述水平梁上。
18.根據權利要求1所述的雙軸式太陽追蹤器裝置，其特徵在於所述追蹤器裝置直向 支架是以由金屬片衝壓成型之T形梁做成，且中央形成一 U形的T柱；其中所述等T形梁安 裝是以倒反T形梁鉗夾並平衡在所述水平梁上；其中所述倒反U形的中央T柱，用螺栓以固 定所述等太陽能光電池板。
19.根據權利要求1所述的雙軸式太陽追蹤器裝置，其特徵在於所述雙軸式太陽追蹤 器裝置包含兩電磁抗風鎖，其中之一所述抗風鎖固定在所述地柱上與所述旋轉頭相鄰；另 一所述抗風鎖則固定在旋轉頭板上與所述水平梁相鄰；其中兩鼓狀桿頭位於所述等電磁抗 風鎖之電磁頭螺線的中央；其中當電磁頭螺線導電啟動時，所述等桿頭會吸引所述旋轉頭 與所述水平梁，藉由電磁吸力讓所述太陽追蹤器鎖在期望中的抗風位置。
20.根據權利要求19所述的雙軸式太陽追蹤器裝置，其特徵在於在雙軸式太陽追蹤 器進行旋轉時，所述等抗風鎖裝置作為逐步抗風鎖，在所述等水平角或仰角線性驅動器連 續啟動之間鎖住所述追蹤器。
21.根據權利要求1所述的雙軸式太陽追蹤器裝置，其特徵在於所述追蹤器裝置應用 在裝載一太陽能光電池板、一太陽能聚光電池板、一槽狀或碟狀聚光器、一反射聚陽光系統 太陽反射器、一太陽熱能聚光器，或者是一衛星天線。
22.根據權利要求1所述的雙軸式太陽追蹤器裝置，其特徵在於所述旋轉頭固定在所 述地柱上的方式，經過改良後可以安裝在電線桿上；其中圓筒管連同下凸緣圓環一起固定， 以支撐所述追蹤器支架；其中有一外帶緣軸套吻合地套在所述旋轉頭上，且與所述圓筒管 的所述凸緣圓環相配，且一滑墊圈及一可選擇性使用的圓筒軸套插於兩者之間，讓旋轉更 加順暢；其中一安裝兩側對稱的追蹤器支架及太陽能板的水平梁在凸緣上保持平衡，並固 定在所述旋轉頭的主體上。
23.根據權利要求22所述的雙軸式太陽追蹤器裝置，其特徵在於所述圓筒管及所述 凸緣圓環、所述帶緣軸套，以及所述滑墊圈由半圓筒或半環製成，在中間位置組合成一完整 的圓筒或圓環；其中所述每一圓筒與所述每一圓環的所述接縫彼此交織，以便安裝於現有 的電桿上。
24.一種雙軸式太陽追蹤器系統，其特徵在於所述雙軸式太陽追蹤器系統包含一地柱，由一加長型水平圓筒管制成，包含一頂端與一底端；其中所述地柱的頂端支撐 一旋轉頭；其中所述地柱的所述底端固定在像地面等的底層結構中；所述旋轉頭由一大圓筒管制成，所述圓筒管上以一平板密封起來；其中所述旋轉頭套 在所述地柱上面，並用複數個軸套或軸承吻合地置於所述頂端與所述底端之間的間隙；一加長型圓筒水平梁，直接或利用一軸套固定並平衡於所述旋轉頭平板之上；一追蹤器支架，安裝在所述水平梁上，並在所述旋轉頭的兩側保持左右對稱，也在所述 水平梁上保持前後對稱；一水平角驅動器，固定在所述地柱與所述旋轉頭之間的，以驅動所述旋轉頭及所述追 蹤器支架進行水平角旋轉；一仰角線性驅動器，固定在所述旋轉頭與所述追蹤器支架或所述圓筒水平梁之間，以 驅動所述追蹤器支架進行仰角旋轉。
25.根據權利要求24所述的雙軸式太陽追蹤器系統，其特徵在於水平角旋轉由所述 旋轉頭套在所述地柱上，其間隙放入複數個所述軸套或軸承，讓所述旋轉頭可以對所述地 柱進行同軸旋轉。
26.根據權利要求24所述的雙軸式太陽追蹤器系統，其特徵在於所述旋轉頭對所述 地柱的的水平角旋轉，由一線性驅動器的主體及驅動杆分別地樞紐於所述旋轉頭及所述地 柱一側而旋轉，可使所述旋轉頭對所述地柱在水平角方向上旋轉超過180度。
27.根據權利要求24所述的雙軸式太陽追蹤器系統，其特徵在於所述追蹤器可在相 對的一側水平角旋轉，其方式是將所述線性驅動器固定在所述地柱相對的一側。
28.根據權利要求24所述的雙軸式太陽追蹤器系統，其特徵在於所述旋轉頭對所述 地柱進行水平角旋轉由兩線性驅動器驅動，而所述兩線性驅動器主體分別樞紐並固定在所 述旋轉頭與所述地柱的一側；而所述兩線性驅動器的驅動杆樞紐而連接；其中結合所述兩 線性驅動器的所述兩驅動杆伸長，可使所述旋轉頭對所述地柱在水平角方向上旋轉超過 180 度。
29.根據權利要求24所述的雙軸式太陽追蹤器系統，其特徵在於所述旋轉頭受一步 進馬達及其齒輪軸的驅動而對所述地柱進行水平角旋轉，且連結一齒輪圓環分別固定在所 述地柱及所述旋轉頭上；且所述齒輪軸可以是一蝸杆齒輪。
30.根據權利要求24所述的雙軸式太陽追蹤器系統，其特徵在於所述旋轉頭對所述 地柱進行水平角旋轉，受一步進馬達磁鐵軸的驅動，所述磁鐵軸是一無齒輪圓型永久磁鐵 軸或一圓型電磁磁鐵軸與所述旋轉頭會以磁性吸力密切地接觸而旋轉。
31.根據權利要求24所述的雙軸式太陽追蹤器系統，其特徵在於所述仰角旋轉軸套 固定在所述水平梁並平衡在所述旋轉頭之上，且仰角旋轉軸心集中在所述水平梁上。
32.根據權利要求24所述的雙軸式太陽追蹤器系統，其特徵在於所述水平梁直接固 定在所述旋轉頭之上；其中所述追蹤器支架的仰角旋轉則繞著所述水平梁上複數個軸套旋 轉，且仰角旋轉軸心集中在所述水平梁上。
33.根據權利要求24所述的雙軸式太陽追蹤器系統，其特徵在於所述仰角旋轉由一 線性驅動器樞紐於所述旋轉頭及所述追蹤器支架(或所述水平梁)之間；其中所述線性驅 動器的所述驅動杆伸長時，所述追蹤器支架會以仰角方向旋轉，且旋轉軸心集中在所述水 平梁上。
34.根據權利要求24所述的雙軸式太陽追蹤器系統，其特徵在於兩電磁抗風鎖固定 在所述地柱與所述旋轉頭之間，以及固定在所述平板與所述水平梁(或所述追蹤器支架) 之間；其中所述等電磁桿頭啟動後會所述太陽追蹤器鎖在任一期望水平角及仰角的位置。
35.根據權利要求34所述的雙軸式太陽追蹤器系統，其特徵在於所述等抗風鎖裝置 在所述等線性驅動器水平角或仰角連續啟動之間，作逐步鎖住所述追蹤器。
36.根據權利要求24所述的雙軸式太陽追蹤器系統，其特徵在於所述追蹤器支架是 用來裝載一太陽能聚光電池板、一槽狀或碟狀聚光器、一反射聚陽光系統、一太陽熱能聚光器，或者是一衛星天線。
37.根據權利要求24所述的雙軸式太陽追蹤器系統，其特徵在於所述旋轉頭固定在 所述地柱上的方式，經過改良後可以安裝在電線桿上，以供日間混合動力車或電動車充電 使用，或儲存日間所產生的電力以供夜間照明使用。
全文摘要
本發明公開一種簡化結構且成本較低的雙軸式太陽追蹤器，用於太陽能光電池板及太陽能聚光電池板上，並用於採用反射聚陽光系統的太陽反射器及史特靈引擎反射碟上。本發明尤指一種簡化結構且以重力作中心的追蹤結構，該追蹤結構包含單一或兩個低成本的線性驅動器，且該線性驅動器安裝在地柱的一側，可便於以較低的成本進行更換及維修。
文檔編號G05D3/00GK101997453SQ20101023856
公開日2011年3月30日 申請日期2010年7月19日 優先權日2009年8月24日
發明者廖恆俊 申請人:廖恆俊