一種太陽跟蹤裝置的製作方法

2023-05-22 17:05:36

專利名稱：一種太陽跟蹤裝置的製作方法
技術領域：
本發明屬於聚焦太陽能光伏發電技術領域，具體涉及一種太陽跟蹤裝置。
背景技術：
隨著經濟的發展和社會的進步，自然資源被大量地、甚至是掠奪性地開發和利用， 人類的自然資源即將枯竭，大量自然能源在使用過程中所產生的汙染也使人類的生活環境 面臨嚴重的威脅，加上人類對自然資源的利用提出了越來越高的要求，因此，尋找新能源已 迫在眉睫。而太陽能作為一種乾淨環保並且取之不盡的可再生新能源，隨著社會經濟要實 現可持續發展的呼籲，越來越受到人類的青睞，其在人類生產生活中具有廣泛的作用，其中 之一就是將太陽能轉換為電能，而聚焦太陽能光伏發電的工作原理就是將匯聚的太陽光轉 換成電能。固定光伏組件發電是聚焦太陽能光伏發電的主要形式，它是將光伏組件固定於承 載支架系統上，用以收集日升至日落期間的光照輻射，並將收集到的光照轉換為電能，其轉 換的電能多少與光伏組件的有效輻射面積成正比，而該有效輻射面積即為被接收太陽光在 太陽光垂直面上的投影面積。由於地球自轉，太陽每天東升西落，一天之中接收太陽光的光 伏組件只有很短時間是正對太陽的，當光伏組件斜對太陽時，其有效輻射面積正比於光伏 組件與太陽光垂直面之間夾角的餘弦，因此其對於太陽光的利用率是相當低的，浪費了大 量的太陽輻照能量。針對上述問題，目前在聚焦太陽能光伏發電領域中，採用方位角驅動裝置來對光 伏組件的方位角進行控制調節的太陽跟蹤裝置應運而生，以使光伏組件對太陽運動軌跡進 行追蹤，使光伏組件儘可能長時間正對太陽光的輻射方向，以提高太陽光的利用率。目前 市場上普遍採用軸承轉盤作為方位角驅動裝置，即採用該軸承轉盤將光伏組件設置於支撐 機構上，並通過對軸承轉盤的控制使其帶動光伏組件轉動，以實現該光伏組件對太陽的追 蹤。但是，這種軸承轉盤不能夠承受過大的風力，即當風力比較大時，該軸承轉盤所承受的 外來衝擊載荷(該外來衝擊載荷多為有害載荷)就較大，這些衝擊載荷極易造成軸承轉盤的 損害，從而導致整個太陽跟蹤裝置的使用壽命偏短，防過載能力差；並且，這種軸承轉盤在 裝配過程中或在使用一段時間後，軸承轉盤內各部件由於磨損等原因之間會產生間隙，而 這些間隙只能通過人工來對其進行調整，這對於太陽追蹤裝置這種大型機械設備而言，其 維修成本十分高昂，不利於市場推廣。

發明內容
針對上述不足，本發明提供一種不但能夠承受較大衝擊載荷，而且還能夠自動消 除方位角驅動裝置間隙的太陽跟蹤裝置。本發明所要解決的技術問題是通過以下技術方案來實現的
一種太陽跟蹤裝置，包括用以安裝光伏組件的支撐機構和固定於所述支撐機構上並對 該支撐機構進行方位角調整的方位角驅動裝置，所述方位角驅動裝置為凸輪轉盤。
所述凸輪轉盤包括殼體、設置在所述殼體上的驅動裝置、由所述驅動裝置驅動並 帶有凸輪的動力輸出軸和設置在所述動力輸出軸上對外來衝擊載荷進行轉移的控制裝置。所述驅動裝置包括設置在所述殼體上的驅動電機、連接在所述驅動電機動力輸出 端的驅動蝸杆和固定設置在所述動力輸出軸上並與所述驅動蝸杆嚙合的驅動渦輪，其動力 傳遞路線為電機一驅動蝸杆一驅動渦輪一動力輸出軸。所述控制裝置包括設置在所述殼體上的控制電機、連接在所述控制電機動力輸出 端的控制蝸杆、通過滑動套配裝在所述動力輸出軸上並與所述控制蝸杆嚙合的控制渦輪和 與所述凸輪面接觸的摩擦裝置；為了對所述驅動渦輪和控制渦輪進行定距，防止兩者相對 運動，其中，所述控制渦輪設置於所述凸輪與驅動渦輪之間，並且所述控制渦輪與驅動渦輪 之間採用套裝在所述動力輸出軸上的隔套隔開，使所述控制渦輪與驅動渦輪平行布置在所 述動力輸出軸上。所述摩擦裝置包括與所述凸輪面接觸並固定於所述殼體上的摩擦體和設置在所 述凸輪與摩擦體之間的摩擦片，為了實現該摩擦片與摩擦體、摩擦片與凸輪之間的接觸面 積最大化，以增加摩擦受力面積，該摩擦片與所述摩擦體和凸輪均貼合，即它們之間均為面 接觸。所述凸輪呈心形，所述摩擦片與心形凸輪的凹陷曲面相貼合；並且，該心形凸輪凹 陷曲面的形狀可根據需要轉移或消耗的衝擊載荷的多少來具體設定，靈活可變。所述支撐機構包括立柱、舉臂和支架系統，所述舉臂的下端通過所述凸輪轉盤與 所述立柱連接，上端與所述支架系統連接，所述支架系統上安裝光伏組件。所述動力輸出軸的一端位於所述殼體內，另一端伸出所述殼體並與所述舉臂的下 端連接；同時為了調整該凸輪轉盤內各部件在裝配時所產生的間隙，所述殼體對應於未伸 出該殼體的動力輸出軸的一端設置有端蓋，該端蓋通過螺栓固定於所述殼體上，以對上述 間隙進行調整；另一端在所述動力輸出軸與摩擦體之間設置軸密封圈。考慮到承載能力的要求不同，所述動力輸出軸與摩擦體之間可設置錐形滾子軸承 或其他軸承，上述軸密封圈將所述錐形滾子軸承密封於所述動力輸出軸與摩擦體之間。為了儘可能多地將外來有害載荷轉換為摩擦力，所述動力輸出軸伸出所述殼體的 一端通過輸出法蘭與所述舉臂的下端剛性連接。該太陽跟蹤裝置還設置有固定於所述舉臂與支架系統之間並對所述支架系統進 行高度角調節的高度角驅動裝置，該高度角驅動裝置與上述方位角驅動裝置(即凸輪轉盤) 相互結合對太陽跟蹤裝置的光伏組件支撐機構進行太陽運動軌跡全擬合跟蹤，從而可最大 限度地利用太陽光，提高光照的利用率。本發明具有如下有益效果
(1)針對現有的太陽跟蹤裝置而言，本發明提供的太陽跟蹤裝置採用凸輪轉盤作為方 位角驅動裝置來對安裝光伏組件的支撐機構進行方位角調整，該凸輪轉盤通過控制裝置對 整個太陽跟蹤裝置所承載的有害外來衝擊載荷轉化為摩擦力而轉移消減掉，從而有利於保 護後續驅動裝置因為衝擊載荷過大而被損壞，特別是保護控制渦輪的精度不受影響，並且 進一步延長了整個太陽跟蹤裝置的使用壽命，其安全性能高，承載能力大。(2)在上述太陽跟蹤裝置中，對於作為方位角驅動裝置的凸輪轉盤而言，其還具備 自動消除間隙功能，即由於控制渦輪的啟動時間和速度相對於驅動渦輪而言具有滯後性，因此控制渦輪通過作用於凸輪，該凸輪將摩擦片向摩擦體方向擠壓，從而對凸輪轉盤內各 部件在裝配時或在使用一段時間後由於各部件的磨損而產生的間隙進行調整消除，節約了 消除上述間隙的人工成本，其結構緊湊，使用安全方便。(3)本凸輪轉盤採用心形凸輪，並且該心形凸輪的凹陷曲面與摩擦片貼合，同時 凸輪與摩擦片、摩擦片與摩擦體之間均採用面接觸的方式，因此可將它們之間的摩擦接觸 面最大，因此可最大限度地將有害的外來衝擊載荷轉化為摩擦力而有效轉移或消減掉，並 且該心形凸輪的凹陷曲面可根據需要轉移或消耗的衝擊載荷的多少來靈活設定，其結構簡 單，經濟適用；就該凸輪轉盤本身而言，其可廣泛適用於起重運輸機械、採掘機械、建築工程 機械、港口機械和太陽跟蹤器等大型迴轉機械裝置上，適於市場推廣。(4)本發明在採用凸輪轉盤作為太陽跟蹤裝置的方位角驅動裝置來對太陽運動軌 跡進行跟蹤之外，還在舉臂與支架系統之間設置了對支架系統進行高度角調節的高度角驅 動裝置，該高度角驅動裝置與方位角驅動裝置(即凸輪轉盤)綜合作用，使太陽跟蹤裝置的 光伏組件支撐機構實現了對太陽運動軌跡的全擬合跟蹤，從而最大限度地收集了日升至日 落期間的光照輻射，大大提高了太陽光的利用率。


圖1為本發明實施例所述的太陽跟蹤裝置的結構圖。圖2為圖1中凸輪轉盤的主視圖。圖3為圖2的A-A向剖視圖。圖4為圖2所示凸輪轉盤內部結構的立體圖。圖5為實施例中所述凸輪轉盤中凸輪與摩擦裝置貼合時的結構示意圖。上述圖中，標記1為光伏組件；標記2為凸輪轉盤；標記2-1為殼體；標記2-2為凸 輪；標記2-3為動力輸出軸；標記2-4為驅動電機；標記2-5為驅動蝸杆；標記2-6為驅動 渦輪；標記2-7為控制電機；標記2-8為控制蝸杆；標記2-9為滑動套；標記2-10為控制渦 輪；標記2-11為隔套；標記2-12為摩擦體；標記2-13為摩擦片；標記2-14為凸輪2-2的 凹陷曲面；標記3為立柱；標記4為舉臂；標記5為支架系統；標記6為端蓋；標記7為軸密 封圈；標記8為輸出法蘭；標記9為高度角驅動裝置；標記10為螺釘；標記11為錐形滾子 軸承；標記12為螺栓；標記13為0型密封圈。
具體實施例方式為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對 本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並 不用於限定本發明。如圖1 5所示，一種太陽跟蹤裝置，包括用以安裝光伏組件1的支撐機構和固定 於所述支撐機構上並對該支撐機構進行方位角調整的方位角驅動裝置，所述方位角驅動裝 置為凸輪轉盤2 ；所述凸輪轉盤2包括殼體2-1、設置在所述殼體2-1上的驅動裝置、由所述 驅動裝置驅動並帶有凸輪2-2的動力輸出軸2-3和設置在所述動力輸出軸2-3上對外來衝 擊載荷進行轉移的控制裝置；所述驅動裝置包括設置在所述殼體2-1上的驅動電機2-4(本 實施例中該驅動電機2-4採用恆扭矩電機)、連接在所述驅動電機2-4動力輸出端的驅動蝸杆2-5和固定設置在所述動力輸出軸2-3上並與所述驅動蝸杆2-5嚙合的驅動渦輪2-6 ； 所述控制裝置包括設置在所述殼體2-1上的控制電機2-7、連接在所述控制電機2-7動力輸 出端的控制蝸杆2-8、通過滑動套2-9配裝在所述動力輸出軸2-3上並與所述控制蝸杆2-8 嚙合的控制渦輪2-10和與所述凸輪2-2面接觸的摩擦裝置，其中，所述控制渦輪2-10設置 於所述凸輪2-2與驅動渦輪2-6之間，並且所述控制渦輪2-10與驅動渦輪2-6之間採用套 裝在所述動力輸出軸2-3上的隔套2-11隔開並平行設置在所述動力輸出軸2-3上；所述摩 擦裝置包括與所述凸輪2-2面接觸並固定於所述殼體2-1上的摩擦體2-12和設置在所述 凸輪2-2與摩擦體2-12之間的摩擦片2-13，該摩擦片2_13與所述摩擦體2_12和凸輪2_2 均貼合；所述摩擦體2-12通過螺釘10固定於所述殼體2-1上；所述凸輪2-2呈心形，所述 摩擦片2-13與心形凸輪2-2的凹陷曲面2-14相貼合；所述動力輸出軸2_3與摩擦體2_12 之間設置有錐形滾子軸承11 ；所述支撐機構包括立柱3、舉臂4和支架系統5，所述舉臂4的 下端通過所述凸輪轉盤2與所述立柱3連接，上端與所述支架系統5連接，所述支架系統5 上安裝光伏組件1 ；所述動力輸出軸2-3的一端位於所述殼體2-1內，另一端伸出所述殼體 2-1並與所述舉臂4的下端連接；並且，所述殼體2-1對應於未伸出該殼體2-1的動力輸出 軸2-3的一端設置有端蓋6，該端蓋6通過螺栓12固定於所述殼體2-1上；另一端在所述 動力輸出軸2-3與摩擦體2-12之間設置軸密封圈7，該軸密封圈7將所述錐形滾子軸承11 密封於所述動力輸出軸2-3與摩擦體2-12之間；所述動力輸出軸2-3伸出所述殼體2-1的 一端通過輸出法蘭8與所述舉臂4的下端剛性連接；所述摩擦體2-12與殼體2-1之間、所 述端蓋6與殼體2-1之間均設置有0型密封圈13 ；該太陽跟蹤裝置還設置有固定於所述舉 臂4與支架系統5之間並對所述支架系統5進行高度角調節的高度角驅動裝置9。該太陽跟蹤裝置在使用時，先啟動所述驅動電機2-4，後啟動所述控制電機2-7， 並且將所述控制電機2-7的轉速設置為低於所述驅動電機2-4的轉速10%左右，此時所述 控制電機2-7通過所述控制蝸杆2-8和控制渦輪杆2-10帶動所述摩擦片2-13轉動(該控 制渦輪2-10隻約束摩擦片2-13的圓周運動，對徑向運動不作約束)，且與所述驅動電機2-4 同向運行，以對所述驅動電機2-4產生的扭矩進一步釋放，短暫延時後停止所述驅動電機 2-4 ；由於所述凸輪2-2與動力輸出軸3為整體件，並且所述控制電機2-7的啟動時間稍晚 於所述驅動電機2-4的啟動，即兩電機的啟動時間留有一定的延時和速差，故當外來衝擊 載荷較大時，該衝擊載荷通過所述凸輪2-2作用於所述摩擦片2-13，並轉化為所述摩擦片 2-13與摩擦體2-12之間的摩擦力，從而將這部分有害的外來衝擊載荷進行有效轉移和消 減，有效保護所述控制渦輪10的精度免受影響；關於需要轉移和消減的衝擊載荷的多少可 以通過對所述凸輪2-2的凹陷曲面2-14進行設計來加以控制；在上述工作過程中，所述控 制渦輪杆2-10通過作用於所述凸輪2-2，該凸輪2-2將所述摩擦片2-13向摩擦體2_12方 向擠壓，從而將凸輪轉盤2內各部件在裝配時或在使用一段時間後由於各部件的磨損而產 生的間隙消除。在採用凸輪轉盤2作為太陽跟蹤裝置的方位角驅動裝置的同時，該太陽跟蹤器還 設置有固定於所述舉臂4與支架系統5之間並對所述支架系統5進行高度角調節的高度角 驅動裝置9 (本實施例採用電動推桿作為該高度角驅動裝置9)，在凸輪轉盤2對所述支架 系統5進行方位角驅動調整的過程中，所述高度角驅動裝置9同時對所述支架系統5進行 高度角調整，從而使設置在所述支架系統5上的光伏組件1對太陽運動的軌跡進行全擬合跟蹤。 以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精 神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
一種太陽跟蹤裝置，包括用以安裝光伏組件(1)的支撐機構和固定於所述支撐機構上並對該支撐機構進行方位角調整的方位角驅動裝置，其特徵在於所述方位角驅動裝置為凸輪轉盤(2)。
2.根據權利要求1所述的太陽跟蹤裝置，其特徵在於所述凸輪轉盤(2)包括殼體 (2-1)、設置在所述殼體(2-1)上的驅動裝置、由所述驅動裝置驅動並帶有凸輪(2-2)的動 力輸出軸(2-3)和設置在所述動力輸出軸(2-3)上對外來衝擊載荷進行轉移的控制裝置。
3.根據權利要求2所述的太陽跟蹤裝置，其特徵在於所述驅動裝置包括設置在所述 殼體(2-1)上的驅動電機(2-4)、連接在所述驅動電機(2-4)動力輸出端的驅動蝸杆(2-5) 和固定設置在所述動力輸出軸(2-3)上並與所述驅動蝸杆(2-5)嚙合的驅動渦輪(2-6)。
4.根據權利要求2或3所述的太陽跟蹤裝置，其特徵在於所述控制裝置包括設置在 所述殼體(2-1)上的控制電機(2-7)、連接在所述控制電機(2-7)動力輸出端的控制蝸杆 (2-8)、通過滑動套(2-9)配裝在所述動力輸出軸(2-3)上並與所述控制蝸杆(2-8)嚙合的 控制渦輪(2-10)和與所述凸輪(2-2)面接觸的摩擦裝置，其中，所述控制渦輪(2-10)設置 於所述凸輪(2-2)與驅動渦輪(2-6)之間，並且所述控制渦輪(2-10)與驅動渦輪(2-6)之 間採用套裝在所述動力輸出軸(2-3)上的隔套(2-11)隔開並平行設置在所述動力輸出軸 (2-3)上。
5.根據權利要求4所述的太陽跟蹤裝置，其特徵在於所述摩擦裝置包括與所述凸輪 (2-2)面接觸並固定於所述殼體(2-1)上的摩擦體(2-12)和設置在所述凸輪(2-2)與摩擦 體(2-12)之間的摩擦片(2-13)，該摩擦片(2-13)與所述摩擦體(2_12)和凸輪(2_2)均貼合。
6.根據權利要求5所述的太陽跟蹤裝置，其特徵在於所述凸輪(2-2)呈心形，所述摩 擦片(2-13)與心形凸輪(2-2)的凹陷曲面(2-14)相貼合。
7.根據權利要求6所述的太陽跟蹤裝置，其特徵在於所述支撐機構包括立柱(3)、舉 臂(4)和支架系統(5)，所述舉臂(4)的下端通過所述凸輪轉盤(2)與所述立柱(3)連接， 上端與所述支架系統(5)連接，所述支架系統(5)上安裝光伏組件(1)。
8.根據權利要求7所述的太陽跟蹤裝置，其特徵在於所述動力輸出軸(2-3)的一端 位於所述殼體(2-1)內，另一端伸出所述殼體(2-1)並與所述舉臂(4)的下端連接；並且， 所述殼體(2-1)對應於未伸出該殼體(2-1)的動力輸出軸(2-3)的一端設置有端蓋(6)，另 一端在所述動力輸出軸(2-3)與摩擦體(2-12)之間設置軸密封圈(7)。
9.根據權利要求8所述的太陽跟蹤裝置，其特徵在於所述動力輸出軸(2-3)伸出所 述殼體(2-1)的一端通過輸出法蘭(8)與所述舉臂(4)的下端剛性連接。
10.根據權利要求9所述的太陽跟蹤裝置，其特徵在於該太陽跟蹤裝置還設置有固定 於所述舉臂(4)與支架系統(5)之間並對所述支架系統(5)進行高度角調節的高度角驅動 裝置(9)。
全文摘要
本發明公開了一種太陽跟蹤裝置，包括用以安裝光伏組件(1)的支撐機構和固定於所述支撐機構上並對該支撐機構進行方位角調整的方位角驅動裝置，所述方位角驅動裝置為凸輪轉盤(2)。該太陽跟蹤裝置採用凸輪轉盤作為方位角驅動裝置來對安裝光伏組件的支撐機構進行方位角調整，將整個太陽跟蹤裝置所承載的有害外來衝擊載荷轉化為摩擦力而轉移消減掉，從而有利於保護後續驅動裝置因為衝擊載荷過大而被損壞，特別是保護控制渦輪的精度不受影響，並且進一步延長了整個太陽跟蹤裝置的使用壽命，其安全性能高，承載能力大，並且還具有間隙自動調整功能，適於市場推廣。
文檔編號H02N6/00GK101895238SQ20101025430
公開日2010年11月24日 申請日期2010年8月16日 優先權日2010年8月16日
發明者李向陽, 黃忠 申請人:成都鍾順科技發展有限公司