專利名稱：鋼纜式陣列聯(lián)動太陽能利用斜軸跟蹤機構(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利用的光伏 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 利用的水平遠低于發(fā)達國家。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。最大的缺點是功率稍 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，由于太陽光在方位角與高度角 兩個方向的運動的速率是在不斷變化的，不能直接采用常規(guī)的勻速轉(zhuǎn)動的電機，而必須采 用單片機或PLC等帶有邏輯運算功能的電路才可以控制，還要運行專門編寫控制程序，可 靠性差，維護量高，整體擁有成本高。如果功率稍大一些，則整體轉(zhuǎn)動機構(gòu)龐大，制造與安裝十分困難。采用單體一維斜軸機構(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)，自身耗能多，控制成本上升，維護量很大。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、 易于擴展的鋼纜式陣列聯(lián)動太陽能利用斜軸跟蹤機構(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)明是一種鋼纜式陣列聯(lián)動太陽能利用斜軸跟蹤機構(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)包括兩個以上的斜軸跟蹤支架單元，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。所 述橫向是指所在地與緯線平行的方向。在本發(fā)明的鋼纜式陣列聯(lián)動太陽能利用斜軸跟蹤機 構(gòu)中，所述縱向與橫向之間為垂直關(guān)系，且與水平面平行。斜軸跟蹤支架單元包括基礎(chǔ)平臺、斜軸旋轉(zhuǎn)機構(gòu)、橫向平移傳動機構(gòu)。其中，斜軸 旋轉(zhuǎn)機構(gòu)和橫向平移傳動機構(gòu)都安裝在基礎(chǔ)平臺上。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?。斜軸旋轉(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)點處。斜軸旋轉(zhuǎn)機構(gòu)包括旋轉(zhuǎn)斜軸、斜軸扇形帶輪、斜軸電池組件支架、太陽能電池組 件、左向牽引鋼纜、左向鋼纜固定器、右向牽引鋼纜、右向鋼纜固定器。其中，斜軸扇形帶輪 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。右向牽引鋼纜的一端通 過右向鋼纜固定器固定在斜軸扇形帶輪上帶輪槽的另一端。左向牽引鋼纜和右向牽引鋼纜 分別鑲嵌在斜軸扇形帶輪上兩個不同的帶輪槽內(nèi)，并在斜軸扇形帶輪在轉(zhuǎn)動時互不干擾。橫向平移傳動機構(gòu)包括橫向平移傳動桿、平移導向座、鋼纜固定器。其中，每個 斜軸跟蹤支架單元的橫向平移傳動桿上有兩個鋼纜固定器，起分別固定左向牽引鋼纜和右 向牽引鋼纜的作用。平移導向座固定在縱向固定支架上，對橫向平移傳動桿起橫向?qū)蜃饔?。橫向平移傳動桿平移傳動時，通過左向牽引鋼纜和右向牽引鋼纜對斜軸扇形帶輪的拉 動，使斜軸旋轉(zhuǎn)機構(gòu)在斜軸旋轉(zhuǎn)軸套內(nèi)進行旋轉(zhuǎn)運動。由于左向牽引鋼纜和右向牽引鋼纜 被張緊固定，所以橫向平移傳動桿的平移運動與斜軸旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的轉(zhuǎn)動角度之間是一一對應(yīng) 的關(guān)系，是同步傳動。在有風沙的地區(qū)，采用鋼纜與帶輪進行傳動具有較高的可靠性與環(huán)境 適應(yīng)性。根據(jù)力學知識可知，斜軸旋轉(zhuǎn)機構(gòu)采用了精確的質(zhì)量匹配措施，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。當橫向平移傳動桿通過鋼纜與斜軸扇形帶輪之間的 同步傳動，使斜軸旋轉(zhuǎn)機構(gòu)沿旋轉(zhuǎn)斜軸轉(zhuǎn)動時，在橫向平移傳動桿施加的力是一個定值，這 個力是為了克服斜軸旋轉(zhuǎn)機構(gòu)和橫向平移傳動機構(gòu)在運動時的摩擦阻力。當采用公知的措 施手段使摩擦阻力降至最低時，施加在橫向平移傳動桿上的力也將降至最低。當這個力達 到最小值時，就可以使整個鋼纜式陣列聯(lián)動太陽能利用斜軸跟蹤機構(gòu)在進行斜軸跟蹤轉(zhuǎn)動 時的能耗降至最小值。同時，這個力只是為了克服摩擦阻力，因此，施加在橫向平移傳動桿 上的力也非常小。選取合適的材料做橫向平移傳動桿，施加一定大小的力，可以使這個平移 力的傳送至更遠的距離。從理論上，當摩擦阻力為零時，選取剛性的材料做橫向平移傳動 桿，可以將平移力傳送至無限遠。但實際上，由于地理地形條件和材料的受力極限等條件限 制，不可能將平移力向無限遠傳送，但足以將平移力沿橫向傳送很遠的距離，因此在本發(fā)明 鋼纜式陣列聯(lián)動太陽能利用斜軸跟蹤機構(gòu)中，具有動力傳送遠、機構(gòu)形式簡單、易擴展的優(yōu) 點ο當多個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，從而使整個鋼纜式陣列聯(lián)動太陽能利用斜軸跟蹤機構(gòu)的抗風性 能得到了提高。斜軸跟蹤支架單元是模塊化結(jié)構(gòu)，可沿橫向進行擴展聯(lián)接，共用一個平移推 力。聯(lián)動式傳動機構(gòu)包括電動機、減速機、減速機固定板、橫向平移傳動桿、固定基礎(chǔ) 和橫向傳動螺桿。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。減速機輸出端有減速機輸出端法蘭。縱向傳動軸兩端有縱向傳動 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。再通過縱向傳動軸及其縱向傳動軸端部法蘭將動力送入下一級減速機， 再通過減速機使橫向傳動螺桿實現(xiàn)平移運動。常用的蝸輪桿減速機可以實現(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 送到鋼纜式陣列聯(lián)動太陽能利用斜軸跟蹤機構(gòu)中每一個斜軸跟蹤支架單元。通過減速機的 減速機輸出端法蘭和橫向傳動螺桿的聯(lián)合運動，實現(xiàn)以電動機為中心，在縱向和橫向兩個 方向進行擴展。由于斜軸旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的旋轉(zhuǎn)斜軸是與地球自轉(zhuǎn)軸平行，當要求太陽能電池組件以最 大面積跟蹤太陽光時，旋轉(zhuǎn)斜軸的旋轉(zhuǎn)運動是近似的勻速轉(zhuǎn)動。選擇合適減速比的減速機 組合，使用轉(zhuǎn)速均勻的普通電動機，可使斜軸旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的轉(zhuǎn)動速率與地球自轉(zhuǎn)速率相同。本
6發(fā)明的鋼纜式陣列聯(lián)動太陽能利用斜軸跟蹤機構(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，包括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。除電動機需要電力驅(qū)動以外，其余結(jié)構(gòu)的運轉(zhuǎn)全部依靠機械傳動，具有很高的可 靠性。相反，如果采用過多的電子器件，極易在極端氣象條件下發(fā)生失效故障，從而使整體 跟蹤系統(tǒng)的可靠性下降。本發(fā)明的關(guān)鍵點在于1、聯(lián)動式支架機構(gòu)包括兩個以上的斜軸跟蹤支架單元，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，且與水平面平行。2、每個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)的質(zhì)量中心點位于旋轉(zhuǎn)斜軸的中心旋轉(zhuǎn)軸上，使其轉(zhuǎn)動的力矩為 最小定值。在橫向平移傳動桿上施加小且恒定大小的推力，可以將推力傳送至很遠的距離， 而沒有使機構(gòu)的復雜性提高。4、具有利用水平轉(zhuǎn)動帶動旋轉(zhuǎn)斜軸轉(zhuǎn)動傳動的優(yōu)點。5、多個斜軸跟蹤支架單元，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，從而使整個鋼纜式陣列聯(lián)動太陽能利用斜軸跟蹤機構(gòu)的抗風性能得到了提高。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、除電動機需要電力驅(qū)動以外，其余結(jié)構(gòu)的運轉(zhuǎn)全部依靠機械傳動，具有很高的
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)明的橫向傳動機構(gòu)示意圖；圖6是本發(fā)明的斜軸跟蹤支架單元中鋼纜傳動的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7是本發(fā)明的側(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)中的電動機驅(qū)動結(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-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-斜軸扇形帶輪、23-斜軸電池組件 支架、24-太陽能電池組件、25a-左向牽引鋼纜、26a-左向鋼纜固定器、25b-右向牽引鋼纜、 26b-右向鋼纜固定器、40-橫向平移傳動機構(gòu)、41-橫向平移傳動桿、43-平移導向座、44-鋼 纜固定器、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-縱向傳動 軸、56-縱向傳動軸端部法蘭、58-橫向傳動螺桿。
具體實施例方式如圖1所示，本發(fā)明是一種鋼纜式陣列聯(lián)動太陽能利用斜軸跟蹤機構(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包括兩個以上的斜軸跟蹤支架單 元3，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。所述橫向是指所在地面與緯線平行的方向。在本發(fā)明的鋼纜式陣 列聯(lián)動太陽能利用斜軸跟蹤機構(gòu)中，所述縱向與橫向之間為垂直關(guān)系，且與水平面平行。如圖2所示，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、橫向平移傳 動機構(gòu)40。其中斜軸旋轉(zhuǎn)機構(gòu)20和橫向平移傳動機構(gòu)40都安裝在基礎(chǔ)平臺10上。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，或者使用成型鋼材，例如鋼管，將其下端一部分插埋于地表以下，用 于承載重量，具有較好的穩(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。 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)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。通過調(diào)整固定螺栓11上的螺帽將縱向固定支架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)氐臍庀髼l件， 滿足在降雪以及積水條件下，不影響本發(fā)明的鋼纜式陣列聯(lián)動太陽能利用斜軸跟蹤機構(gòu)的 長年正常工作?？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、斜軸扇形帶輪22、斜軸電池組件 支架23、太陽能電池組件24、左向牽引鋼纜25a、左向鋼纜固定器26a、右向牽引鋼纜25b、 右向鋼纜固定器26b。其中，斜軸扇形帶輪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。左向牽引鋼纜25a的一端通過左 向鋼纜固定器26a固定在斜軸扇形帶輪22上帶輪槽的一端。右向牽引鋼纜25b的一端通 過右向鋼纜固定器26b固定在斜軸扇形帶輪22上帶輪槽的另一端。左向牽引鋼纜25a和 右向牽引鋼纜25b分別鑲嵌在斜軸扇形帶輪22上兩個不同的帶輪槽內(nèi)，并在斜軸扇形帶輪 22在轉(zhuǎn)動時互不干擾。左向牽引鋼纜25a和右向牽引鋼纜25b與斜軸扇形帶輪22之間形 成同步帶輪傳動機構(gòu)。所述左向牽引鋼纜25a和右向牽引鋼纜25b可以用在長度方向上具 有一定剛性的可彎曲的材料代替，包括尼龍繩、鋼絲或者鏈條。
如圖5所示，橫向平移傳動機構(gòu)40包括橫向平移傳動桿41、平移導向座43、鋼纜 固定器44。其中，每個斜軸跟蹤支架單元3內(nèi)的橫向平移傳動桿41上有兩個鋼纜固定器 44，起分別固定左向牽引鋼纜25a和右向牽引鋼纜25b的作用。平移導向座43固定在縱向 固定支架12上，對橫向平移傳動桿41起橫向?qū)蜃饔?。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)。橫向平移傳 動桿41上的鋼纜固定器44和斜軸扇形帶輪22上的左向鋼纜固定器26a將左向牽引鋼纜 25a的兩端固定。橫向平移傳動桿41上的鋼纜固定器44和斜軸扇形帶輪22上的右向鋼纜 固定器26b將右向牽引鋼纜25b的兩端固定，左向牽引鋼纜25a和右向牽引鋼纜25b要求 拉緊呈無繞曲狀態(tài)，兩者互不纏繞。橫向平移傳動桿41通過平移導向座43的橫向?qū)蜃?用作平移傳動時，通過左向牽引鋼纜25a和右向牽引鋼纜25b對斜軸扇形帶輪22的拉動， 使斜軸旋轉(zhuǎn)機構(gòu)20在斜軸旋轉(zhuǎn)軸套32內(nèi)進行旋轉(zhuǎn)運動。由于左向牽引鋼纜25a和右向牽 引鋼纜25b被張緊固定，所以橫向平移傳動桿41的平移運動與斜軸旋轉(zhuǎn)機構(gòu)20的轉(zhuǎn)動角 度之間是一一對應(yīng)的關(guān)系，是同步傳動。在有風沙的地區(qū)，采用鋼纜與帶輪進行傳動具有較 高的可靠性與環(huán)境適應(yīng)性。根據(jù)機械與力學知識可知，斜軸旋轉(zhuǎn)機構(gòu)20采用了精確的質(zhì)量匹配措施，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。當橫向平移傳動桿41通過鋼纜與 斜軸扇形帶輪22之間的同步傳動，使斜軸旋轉(zhuǎn)機構(gòu)20沿旋轉(zhuǎn)斜軸21轉(zhuǎn)動時，在橫向平移 傳動桿41施加的力是一個定值，這個力是為了克服斜軸旋轉(zhuǎn)機構(gòu)20和橫向平移傳動機構(gòu) 40在運動時的摩擦阻力。當采用公知的措施手段使摩擦阻力降至最低時，施加在橫向平移 傳動桿41上的力也將降至最低。當這個力達到最小值時，就可以使整個鋼纜式陣列聯(lián)動太 陽能利用斜軸跟蹤機構(gòu)在進行斜軸跟蹤轉(zhuǎn)動時的能耗降至最小值。同時，這個力只是為了 克服摩擦阻力，因此，施加在橫向平移傳動桿41上的力也非常小。選取合適的材料做橫向 平移傳動桿，施加一定大小的力，可以使這個平移力的傳送至更遠的距離。從理論上，當摩 擦阻力為零時，選取剛性的材料做橫向平移傳動桿，可以將平移力傳送至無限遠。但實際 上，由于地理地形條件和材料的受力極限等條件限制，不可能將平移力向無限遠傳送，但足 以將平移力沿橫向傳送很遠的距離，因此在本發(fā)明鋼纜式陣列聯(lián)動太陽能利用斜軸跟蹤機 構(gòu)中，具有動力傳送遠、機構(gòu)形式簡單、易擴展的優(yōu)點。如圖7所示，當多個斜軸跟蹤支架單元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通過互相垂直的聯(lián)接方式，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，每個斜軸跟蹤支架 單元3的重量都施加在每個對應(yīng)的固定基礎(chǔ)14上。每個斜軸跟蹤支架單元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，從而使整個鋼纜式陣列聯(lián)動太陽 能利用斜軸跟蹤機構(gòu)的抗風性能得到了提高。斜軸跟蹤支架單元3是模塊化結(jié)構(gòu)，可以沿 橫向進行擴展聯(lián)接，共用一個平移推力。如圖7、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、縱向傳動軸55、固定基礎(chǔ)14和橫向傳動螺桿58。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
952輸出端有減速機輸出端法蘭54?？v向傳動軸55兩端有縱向傳動軸端部法蘭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。通過縱向傳動軸55及其縱向傳動軸端部法蘭56將動力送入下一級減速機52， 通過減速機52使橫向傳動螺桿58實現(xiàn)平移運動。常用的蝸輪桿減速機52可以實現(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， 使聯(lián)動式傳動機構(gòu)2中的橫向傳動螺桿58在橫向作同步平移運動，從而使陣列中每一個斜 軸跟蹤支架單元3發(fā)生同步轉(zhuǎn)動。通過選擇合適轉(zhuǎn)速的電動機51、減速機52和橫向傳動螺 桿58，用公知的很多控制手段實現(xiàn)對太陽光的跟蹤。當選擇足夠功率的電動機51，可以在 縱向傳動軸55方向和橫向傳動螺桿58方向的端頭，擴展聯(lián)接斜軸跟蹤支架單元3，從而實 現(xiàn)以電動機51為中心，在縱向和橫向兩個方向進行擴展。如圖4、圖8所示，由于斜軸旋轉(zhuǎn)機構(gòu)20的旋轉(zhuǎn)斜軸21是與地球自轉(zhuǎn)軸平行，當要 求太陽能電池組件24以最大面積跟蹤太陽光時，旋轉(zhuǎn)斜軸21的旋轉(zhuǎn)運動是近似的勻速轉(zhuǎn) 動。選擇合適減速比的減速機組合，使用轉(zhuǎn)速均勻的普通電動機，可使斜軸旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的轉(zhuǎn)動 速率與地球自轉(zhuǎn)速率相同。本發(fā)明的鋼纜式陣列聯(lián)動太陽能利用斜軸跟蹤機構(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，包括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 尚ο如圖8所示，除電動機51需要電力驅(qū)動以外，其余結(jié)構(gòu)的運轉(zhuǎn)全部依靠機械傳動， 具有很高的可靠性。相反，如果采用過多的電子器件，極易在極端氣象條件下發(fā)生失效故 障，從而使整體跟蹤系統(tǒng)的可靠性下降。
權(quán)利要求
一種鋼纜式陣列聯(lián)動太陽能利用斜軸跟蹤機構(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)包括兩個以上的斜軸跟蹤支架單元(3)，按縱向和橫向兩個相互垂直且均與水平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；所述橫向是指所在地面與緯線平行的方向；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所述的鋼纜式陣列聯(lián)動太陽能利用斜軸跟蹤機構(gòu)，其特征在于斜 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)、橫向平移傳動機構(gòu)(40)；斜 軸旋轉(zhuǎn)機構(gòu)(20)和橫向平移傳動機構(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；斜軸旋轉(zhuǎn)軸套(32)的軸 線處在與地球自轉(zhuǎn)軸平行的角度上并固定在斜軸旋轉(zhuǎn)基座(31)上；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所述的鋼纜式陣列聯(lián)動太陽能利用斜軸跟蹤機構(gòu)，其特征在于斜 軸旋轉(zhuǎn)機構(gòu)(20)包括旋轉(zhuǎn)斜軸(21)、斜軸扇形帶輪(22)、斜軸電池組件支架(23)、太陽能 電池組件(24)、左向牽引鋼纜(25a)、左向鋼纜固定器(26a)、右向牽引鋼纜(25b)、右向鋼 纜固定器(26b)；斜軸扇形帶輪(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；左向牽引鋼纜(25a)的一端通過左向鋼纜固定器(26a)固定在斜軸 扇形帶輪(22)上帶輪槽的一端；右向牽引鋼纜(25b)的一端通過右向鋼纜固定器(26b)固 定在斜軸扇形帶輪(22)上帶輪槽的另一端；左向牽引鋼纜(25a)和右向牽引鋼纜(25b)分 別鑲嵌在斜軸扇形帶輪(22)上兩個不同的帶輪槽內(nèi)，并具有一定的張力，在斜軸扇形帶輪 (22)在轉(zhuǎn)動時互不干擾；左向牽引鋼纜(25a)和右向牽引鋼纜(25b)與斜軸扇形帶輪(22) 之間是同步帶輪傳動機構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼纜式陣列聯(lián)動太陽能利用斜軸跟蹤機構(gòu)，其特征在于橫 向平移傳動機構(gòu)(40)包括橫向平移傳動桿(41)、平移導向座(43)、鋼纜固定器(44)；每個 斜軸跟蹤支架單元(3)內(nèi)的橫向平移傳動桿(41)上有兩個鋼纜固定器(44)，用于分別固 定左向牽引鋼纜(25a)和右向牽引鋼纜(25b)；平移導向座(43)固定在縱向固定支架(12) 上，對橫向平移傳動桿(41)起橫向?qū)蜃饔谩?br> 5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼纜式陣列聯(lián)動太陽能利用斜軸跟蹤機構(gòu)，其特征在于旋 轉(zhuǎn)斜軸(21)下端一側(cè)安裝在斜軸旋轉(zhuǎn)軸套(32)內(nèi)；橫向平移傳動桿(41)上的鋼纜固定 器(44)和斜軸扇形帶輪(22)上的左向鋼纜固定器(26a)將左向牽引鋼纜(25a)的兩端固 定；橫向平移傳動桿(41)上的鋼纜固定器(44)和斜軸扇形帶輪(22)上的右向鋼纜固定器 (26b)將右向牽引鋼纜(25b)的兩端固定，左向牽引鋼纜(25a)和右向牽引鋼纜(25b)呈拉 緊和無繞曲狀態(tài)；橫向平移傳動桿(41)通過平移導向座(43)的橫向?qū)蜃饔米髌揭苽鲃?時，通過左向牽引鋼纜(25a)和右向牽引鋼纜(25b)對斜軸扇形帶輪(22)的拉動，使斜軸 旋轉(zhuǎn)機構(gòu)(20)在斜軸旋轉(zhuǎn)軸套(32)內(nèi)進行旋轉(zhuǎn)運動；橫向平移傳動桿(41)的平移運動與斜軸旋轉(zhuǎn)機構(gòu)(20)的轉(zhuǎn)動角度之間具有一一對應(yīng)的同步傳動關(guān)系。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼纜式陣列聯(lián)動太陽能利用斜軸跟蹤機構(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)、縱向傳動軸(55)、固 定基礎(chǔ)(14)、橫向傳動螺桿(58)；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)輸出 端有減速機輸出端法蘭(54)；縱向傳動軸(55)兩端有縱向傳動軸端部法蘭(56)；電動機 (51)的轉(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，通過縱向傳動軸(55)及其縱向傳動軸端部法蘭(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)上的橫向傳動螺桿(58)與橫向平移傳動桿(41)聯(lián)接并形成平移傳動；在縱向傳動軸(55)方向和橫向傳動螺桿(58)方向的端頭，可擴展聯(lián)接斜軸跟蹤支架單元 ⑶。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鋼纜式陣列聯(lián)動太陽能利用斜軸跟蹤機構(gòu)，它由聯(lián)動式支架機構(gòu)和聯(lián)動傳動機構(gòu)聯(lián)接組成，聯(lián)動式支架機構(gòu)由兩個以上的斜軸跟蹤支架單元聯(lián)接組成。聯(lián)動式斜軸跟蹤支架單元的結(jié)構(gòu)簡單，具有較低的高度，并按照縱向和橫向兩個方向排列組合聯(lián)接。橫向平移傳動機構(gòu)將水平平移運動通過安裝在斜軸跟蹤支架單元上的同步帶輪傳動機構(gòu)，實現(xiàn)對太陽光的的斜軸跟蹤轉(zhuǎn)動。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每一個斜軸跟蹤支架單元。有結(jié)構(gòu)簡單、抗風性能好、易擴展、可靠性能高、成本低的優(yōu)點。
文檔編號G05D3/00GK101976976SQ20101051455
公開日2011年2月16日 申請日期2010年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月21日
發(fā)明者屈良 申請人:屈良