專利名稱：錐齒輪陣列聯(lián)動太陽能利用斜軸跟蹤機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型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(jìn)行跟蹤利用的 光伏發(fā)電陣列的聯(lián)動支架機(jī)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(yán)峻的資源短缺問題，而且還可以減少污染，保 護(hù)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(yùn)行安全可靠、無需燃料、無噪聲、無污染、可就地利 用、使用維護(hù)簡便、規(guī)?？纱罂尚〉葍?yōu)點(diǎn)，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(diǎn)，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(dǎo) 體材料價格昂貴，消耗大量的常規(guī)能源，導(dǎo)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(qiáng)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(yuǎn)低于所節(jié)約的太陽能電池的成 本，相當(dāng)于用普通的金屬玻璃等材料代替昂貴的半導(dǎo)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(diǎn)是光強(qiáng)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(diǎn)是拋物面反射鏡制造難度大，成本較高，反射鏡容易破 碎，機(jī)構(gòu)整體防風(fēng)性能差。這些均導(dǎo)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(yùn)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(yuǎn)低于發(fā)達(dá)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(dá)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(jìn)口，原料緊缺，目前乃至今后很長一 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(yùn)行。采用單立柱跟蹤形式，其單機(jī)功率小，自身能耗高。最大的缺點(diǎn)是功率稍 大時，結(jié)構(gòu)就會變得非常復(fù)雜，抗風(fēng)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(jī)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(yùn)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(jī)，而必須采 用單片機(jī)或PLC等帶有邏輯運(yùn)算功能的電路才可以控制，還要運(yùn)行專門編寫控制程序，可靠性差，維護(hù)量高，整體擁有成本高。采用單體一維斜軸機(jī)構(gòu)進(jìn)行跟蹤，目前主要也是采用單機(jī)控制策略，也就是每一 套斜軸跟蹤機(jī)構(gòu)采用一套獨(dú)立的控制系統(tǒng)，從而使維護(hù)量變得很大。目前已經(jīng)制作出樣機(jī) 的例子，或者是進(jìn)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(diǎn)。這勢必 會使抗風(fēng)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(jì)上的優(yōu) 勢而難以推廣。目前，也有采用一套跟蹤機(jī)構(gòu)帶動一臺大型聚光器運(yùn)行的跟蹤機(jī)構(gòu)樣機(jī)，但 隨著機(jī)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(fēng)性能差，制造成本與維護(hù)成本高。以上各種太陽能光伏跟蹤系統(tǒng) 的各種缺點(diǎn)，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)容本實用新型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(fēng)性 能、易于擴(kuò)展的錐齒輪陣列聯(lián)動太陽能利用斜軸跟蹤機(jī)構(gòu)。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型的技術(shù)解決方案是本實用新型是一種錐齒輪陣列聯(lián)動太陽能利用斜軸跟蹤機(jī)構(gòu)，它包括聯(lián)動式支架 機(jī)構(gòu)和聯(lián)動式傳動機(jī)構(gòu)。聯(lián)動式支架機(jī)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。所述橫向是指所在地與緯線平行的方向。在本實用新型的錐齒輪陣列聯(lián) 動太陽能利用斜軸跟蹤機(jī)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(jī)構(gòu)、縱向傳動機(jī)構(gòu)。其中，斜 軸旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和縱向傳動機(jī)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?；A(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(diǎn)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(dāng)?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(diǎn)處。斜軸旋轉(zhuǎn)機(jī)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(jī)構(gòu)的質(zhì)量中心點(diǎn)位于旋轉(zhuǎn)斜軸的旋 轉(zhuǎn)軸上?？v向傳動機(jī)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(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)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(diǎn)進(jìn)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(yùn) 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(dāng)位置上， 實現(xiàn)錐齒輪傳動嚙合。當(dāng)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(xué)知識可知，由于斜軸旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的質(zhì)量中心點(diǎn)位于旋轉(zhuǎn)斜軸的旋轉(zhuǎn)軸上， 當(dāng)縱向傳動軸通過錐齒輪嚙合傳動使斜軸旋轉(zhuǎn)機(jī)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(jī)構(gòu)和縱向傳動機(jī)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(jī)構(gòu)產(chǎn)生轉(zhuǎn)動的最小力矩。當(dāng)這個力矩達(dá)到 最小值時，就可以使整個錐齒輪陣列聯(lián)動太陽能利用斜軸跟蹤機(jī)構(gòu)在進(jìn)行斜軸跟蹤轉(zhuǎn)動時 的耗能達(dá)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(yuǎn)的距 離。因此在本實用新型錐齒輪陣列聯(lián)動太陽能利用斜軸跟蹤機(jī)構(gòu)中，動力傳送遠(yuǎn)且機(jī)構(gòu)形 式簡單的優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)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(jī)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(diǎn)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(fēng)阻小，從而使整個錐齒輪陣列聯(lián)動太陽能利 用斜軸跟蹤機(jī)構(gòu)的抗風(fēng)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(jìn)行擴(kuò)展聯(lián)接，共用一個轉(zhuǎn)動力矩。當(dāng)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，錐齒輪陣列聯(lián)動太陽能利用斜軸跟蹤機(jī)構(gòu)可以充分利用不規(guī)則的地 塊。聯(lián)動式傳動機(jī)構(gòu)包括電動機(jī)、減速機(jī)、減速機(jī)固定板、橫向傳動軸、固定基礎(chǔ)。減 速機(jī)固定板固定在固定基礎(chǔ)上。電動機(jī)固定在減速機(jī)的輸入端。減速機(jī)固定在減速機(jī)固定 板上。減速機(jī)的輸入端有減速機(jī)輸入端法蘭，輸出端有減速機(jī)輸出端法蘭。橫向傳動軸兩 端有橫向傳動軸端部法蘭。當(dāng)電動機(jī)轉(zhuǎn)動輸入到減速機(jī)的輸入端時，通過減速機(jī)的減速，將 動力從減速機(jī)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(jī)。再通過減速機(jī)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(jī)構(gòu)中的電動機(jī)與減速機(jī)的配合傳動，將電動機(jī)的動力傳送到錐齒輪 陣列聯(lián)動太陽能利用斜軸跟蹤機(jī)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(jī)組合，可以使用普通電動機(jī)，經(jīng)過適當(dāng)?shù)臏p速機(jī)構(gòu)，使斜軸旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動速率與地 球自轉(zhuǎn)速率相同。也就是說，本實用新型的錐齒輪陣列聯(lián)動太陽能利用斜軸跟蹤機(jī)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(jī)，而不采用昂貴的步進(jìn)電機(jī)或伺服電動 機(jī)。又因為采用了多級減速機(jī)，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(jī)組合，尤其是采用蝸輪桿減速機(jī) 時，輸出端具自鎖功能，也就是說，當(dāng)有風(fēng)、雪等擾動干擾時，蝸輪桿減速機(jī)的自鎖功能使機(jī) 構(gòu)跟蹤的穩(wěn)定性得到提高。
5[0021]聯(lián)動式傳動機(jī)構(gòu)聯(lián)接在聯(lián)動式支架機(jī)構(gòu)上。在聯(lián)動式傳動機(jī)構(gòu)中，通過減速機(jī)的 減速機(jī)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(jī)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(jī)構(gòu)的 同步跟蹤運(yùn)轉(zhuǎn)。橫向傳動軸將動力傳遞至每一級減速機(jī)，從而實現(xiàn)整個聯(lián)動式支架機(jī)構(gòu)利 用一個電動機(jī)驅(qū)動的目的。通過減速機(jī)的減速機(jī)輸出端法蘭的級聯(lián)輸出，可以以電動機(jī)為 中心，在縱向和橫向兩個方向進(jìn)行擴(kuò)展。除電機(jī)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(jī)械傳 動。當(dāng)天氣寒冷時，錐齒輪陣列聯(lián)動太陽能利用斜軸跟蹤機(jī)構(gòu)中依靠機(jī)械傳動實現(xiàn)跟蹤運(yùn) 動的絕大部分結(jié)構(gòu)是不會因為低溫而發(fā)生停機(jī)的，具有極高的可靠性。本實用新型的關(guān)鍵點(diǎn)在于1、聯(lián)動式支架機(jī)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(jī)構(gòu)的質(zhì)量中心點(diǎn)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。在縱向傳動軸上施加小且恒定大小的力矩，傳動力矩通過法蘭聯(lián)接的縱向傳動 軸上傳送至很遠(yuǎn)的距離，而沒有使機(jī)構(gòu)的復(fù)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(diǎn)。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(fēng)阻小，從而使整個錐齒輪陣列聯(lián)動太陽能利用斜軸跟蹤機(jī)構(gòu)的抗風(fēng)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(jìn)行擴(kuò)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(jī)構(gòu)通過減速機(jī)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(jī)，并使最終轉(zhuǎn)動速率與地球自轉(zhuǎn)速率相同的水平。當(dāng)采用蝸輪桿減速 機(jī)時，輸出端具自鎖功能，使機(jī)構(gòu)跟蹤的穩(wěn)定性得到提高。7、除電機(jī)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(jī)械 傳動。當(dāng)天氣寒冷時，錐齒輪陣列聯(lián)動太陽能利用斜軸跟蹤機(jī)構(gòu)中依靠機(jī)械傳動實現(xiàn)跟蹤 運(yùn)動的絕大部分結(jié)構(gòu)是不會因為低溫而發(fā)生停機(jī)的，具有極高的可靠性。

圖1是本實用新型的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實用新型的聯(lián)動式斜軸跟蹤支架單元的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本實用新型的基礎(chǔ)平臺結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本實用新型的斜軸旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)示意圖；圖5是本實用新型的縱向傳動機(jī)構(gòu)示意圖；圖6是本實用新型的聯(lián)動式斜軸跟蹤支架單元中錐齒輪嚙合傳動的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7是本實用新型的側(cè)俯視結(jié)構(gòu)示意圖；[0038]圖8是本實用新型的聯(lián)動式傳動機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖9是本實用新型的聯(lián)動式傳動機(jī)構(gòu)中的電機(jī)驅(qū)動結(jié)構(gòu)示意圖；圖10是本實用新型的聯(lián)動式支架機(jī)構(gòu)和聯(lián)動式傳動機(jī)構(gòu)聯(lián)接結(jié)構(gòu)示意圖。圖中 標(biāo)號說明如下1-聯(lián)動式支架機(jī)構(gòu)、2-聯(lián)動式傳動機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)、52-減速機(jī)、53-減速機(jī)固定 板、54-減速機(jī)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(jī)輸入端法
具體實施方式
如圖1所示，本實用新型是一種錐齒輪陣列聯(lián)動太陽能利用斜軸跟蹤機(jī)構(gòu)，它包 括聯(lián)動式支架機(jī)構(gòu)1和聯(lián)動式傳動機(jī)構(gòu)2。聯(lián)動式支架機(jī)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。所述橫向是指所在地面與緯線平行的方向。在 本實用新型的錐齒輪陣列聯(lián)動太陽能利用斜軸跟蹤機(jī)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(jī)構(gòu)20、縱向 傳動機(jī)構(gòu)40。其中斜軸旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)20和縱向傳動機(jī)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(dá)到一定承載重量和穩(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(diǎn)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(dāng)?shù)氐臍庀?條件，滿足在降雪以及積水條件下，不影響本實用新型的錐齒輪陣列聯(lián)動太陽能利用斜軸 跟蹤機(jī)構(gòu)的長年正常工作。縱向固定支架12和橫向固定支架13可以使用標(biāo)準(zhǔn)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(dāng)?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(diǎn)附近。如圖4所示，斜軸旋轉(zhuǎn)機(jī)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M。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M固定在斜軸電池組件 支架23上。太陽能電池組件M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(jī)構(gòu)20的質(zhì)量中心點(diǎn)位于旋轉(zhuǎn)斜軸21的旋轉(zhuǎn)軸上。如圖5所示，縱向傳動機(jī)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(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)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(diǎn)進(jìn)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(yùn)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(dāng)位置上，實現(xiàn)錐齒輪傳動嚙合。當(dāng)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(xué)知識可知，由于斜軸旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)20采用了精確的質(zhì)量匹配措施，斜軸旋轉(zhuǎn) 機(jī)構(gòu)20的質(zhì)量中心點(diǎn)位于旋轉(zhuǎn)斜軸21的旋轉(zhuǎn)軸上。當(dāng)縱向傳動軸41通過錐齒輪嚙合傳動 使斜軸旋轉(zhuǎn)機(jī)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(jī)構(gòu)20和縱向傳動機(jī)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(jī)構(gòu)20產(chǎn)生轉(zhuǎn)動的最小力矩。當(dāng)這個力矩達(dá)到最小值時，就可以 使整個錐齒輪陣列聯(lián)動太陽能利用斜軸跟蹤機(jī)構(gòu)在進(jìn)行斜軸跟蹤轉(zhuǎn)動時的耗能達(dá)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(yuǎn)的距離。從理論上，當(dāng)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(yuǎn)。但實際上，由于地理地形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(yuǎn)傳送，但足以將轉(zhuǎn)動力矩沿軸向傳送很遠(yuǎn)的距離，因此在本實用新型錐 齒輪陣列聯(lián)動太陽能利用斜軸跟蹤機(jī)構(gòu)中，動力傳送遠(yuǎn)且機(jī)構(gòu)形式簡單的優(yōu)點(diǎn)。如圖7所示，當(dāng)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(jī)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(diǎn)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(fēng)阻小，每個聯(lián)動式斜軸跟蹤支架單元3的抗風(fēng)性能都得到了很大提高，從 而使整個錐齒輪陣列聯(lián)動太陽能利用斜軸跟蹤機(jī)構(gòu)的抗風(fēng)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(jìn)行擴(kuò)展聯(lián)接，共用一個轉(zhuǎn)動力矩。當(dāng)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。錐齒輪陣列聯(lián)動太陽能利用斜軸跟蹤機(jī) 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(jī)構(gòu)2包括電動機(jī)51、減速機(jī)52、減速機(jī)固定板 53、橫向傳動軸55、固定基礎(chǔ)14。減速機(jī)固定板53固定在固定基礎(chǔ)14上。電動機(jī)51固定 在減速機(jī)52的輸入端。減速機(jī)52固定在減速機(jī)固定板53上。減速機(jī)52的輸入端有減速機(jī)輸入端法蘭57，輸出端有減速機(jī)輸出端法蘭M。橫向傳動軸55兩端有橫向傳動軸端部 法蘭56。當(dāng)電動機(jī)51轉(zhuǎn)動輸入到減速機(jī)52的輸入端時，通過減速機(jī)52的減速，將動力從 減速機(jī)輸出端法蘭M輸出。再通過橫向傳動軸陽及其橫向傳動軸端部法蘭56將動力送 入下一級減速機(jī)52。再通過減速機(jī)輸出端法蘭M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(jī)構(gòu)2中的電動機(jī)51與減速機(jī)52的配合傳動，將電動機(jī) 51的動力傳送到錐齒輪陣列聯(lián)動太陽能利用斜軸跟蹤機(jī)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(jī)組合，可以使用普通電動機(jī)，并使斜軸旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動速 率與地球自轉(zhuǎn)速率相同。本實用新型的錐齒輪陣列聯(lián)動太陽能利用斜軸跟蹤機(jī)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(jī)，而不采用昂貴的步進(jìn)電機(jī)或伺服電動機(jī)。又 因為采用了多級減速機(jī)，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(jī)組合，尤其是采用蝸輪桿減速機(jī)時，輸出 端具自鎖功能，當(dāng)有風(fēng)、雪等擾動干擾時，蝸輪桿減速機(jī)的自鎖功能使機(jī)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(jī)構(gòu)2聯(lián)接在聯(lián)動式支架機(jī)構(gòu)1上。在聯(lián)動式傳動機(jī)構(gòu) 2中，通過減速機(jī)52的減速機(jī)輸出端法蘭M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(jī)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(jī)構(gòu)1的同步跟蹤運(yùn)轉(zhuǎn)。橫向傳動軸55將動力傳遞至每一 級減速機(jī)52，從而實現(xiàn)整個聯(lián)動式支架機(jī)構(gòu)1利用一個電動機(jī)驅(qū)動的目的。通過減速機(jī)52 的減速機(jī)輸出端法蘭M的級聯(lián)輸出，可以以電動機(jī)為中心，在縱向和橫向兩個方向進(jìn)行最 大限度的擴(kuò)展。如圖9、圖10所示，除電機(jī)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(jī)械傳動。當(dāng)天氣寒冷時，錐齒輪陣列聯(lián)動太陽能利用斜軸跟蹤機(jī)構(gòu)中依靠 機(jī)械傳動而實現(xiàn)跟蹤運(yùn)動的絕大部分結(jié)構(gòu)是不會因為低溫而發(fā)生停機(jī)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1.一種錐齒輪陣列聯(lián)動太陽能利用斜軸跟蹤機(jī)構(gòu)，其特征在于它包括聯(lián)動式支架機(jī) 構(gòu)(1)和聯(lián)動式傳動機(jī)構(gòu)O)；聯(lián)動式支架機(jī)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(1 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(jī)構(gòu) (2)聯(lián)接在聯(lián)動式支架機(jī)構(gòu)(1)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的錐齒輪陣列聯(lián)動太陽能利用斜軸跟蹤機(jī)構(gòu)，其特征在于聯(lián) 動式斜軸跟蹤支架單元C3)包括基礎(chǔ)平臺(10)、斜軸旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(20)、縱向傳動機(jī)構(gòu)00)； 斜軸旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)O0)和縱向傳動機(jī)構(gòu)GO)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(3 ；縱向固定支架(1 和橫向固定支架(1 相互垂直聯(lián)結(jié)固定，在垂直 聯(lián)接節(jié)點(diǎn)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(1 和橫向固定支架(1 的水平高度；斜軸旋轉(zhuǎn)軸套(3 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(1 和橫向固定支架(1 相互聯(lián)接的節(jié)點(diǎn)處。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的錐齒輪陣列聯(lián)動太陽能利用斜軸跟蹤機(jī)構(gòu)，其特征在于斜 軸旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)O0)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04)；斜軸扇形錐齒輪0 固定在旋轉(zhuǎn)斜軸下端，斜軸電池組件支架 (23)固定在旋轉(zhuǎn)斜軸上端，太陽能電池組件04)固定在斜軸電池組件支架上； 太陽能電池組件04)對稱固定在旋轉(zhuǎn)斜軸上，斜軸旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)OO)的質(zhì)量中心點(diǎn)位于 旋轉(zhuǎn)斜軸的旋轉(zhuǎn)軸上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的錐齒輪陣列聯(lián)動太陽能利用斜軸跟蹤機(jī)構(gòu)，其特征在于縱 向傳動機(jī)構(gòu)GO)包括縱向傳動軸(41)、縱向傳動軸軸承座(43)、縱向傳動錐齒輪04)；縱 向傳動軸Gl)兩端有縱向傳動軸端部連接法蘭0 ；縱向傳動軸軸承座^幻安裝固定在 縱向固定支架(1 上；縱向傳動軸Gl)上固定縱向傳動錐齒輪(44)，并以縱向傳動軸軸 承座^幻為支撐做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的錐齒輪陣列聯(lián)動太陽能利用斜軸跟蹤機(jī)構(gòu)，其特征在于旋 轉(zhuǎn)斜軸下端一側(cè)部分安裝在斜軸旋轉(zhuǎn)軸套(3 內(nèi)做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動；縱向傳動軸Gl)帶動 縱向傳動錐齒輪G4)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動；縱向傳動錐齒輪G4)和斜軸扇形錐齒輪0 分別固 定在縱向傳動軸Gl)和旋轉(zhuǎn)斜軸的適當(dāng)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所述的錐齒輪陣列聯(lián)動太陽能利用斜軸跟蹤機(jī)構(gòu)，其特征在于聯(lián)動 式傳動機(jī)構(gòu)(2)包括電動機(jī)(51)、減速機(jī)(52)、減速機(jī)固定板(53)、橫向傳動軸(55)、固定基 礎(chǔ)(14)；減速機(jī)固定板(5 固定在固定基礎(chǔ)(14)上；電動機(jī)(51)固定在減速機(jī)(5 的輸 入端，減速機(jī)(52)固定在減速機(jī)固定板(5 上；減速機(jī)(52)的輸入端有減速機(jī)輸入端法蘭 (57)，輸出端有減速機(jī)輸出端法蘭(54)；橫向傳動軸(5 兩端有橫向傳動軸端部法蘭(56)； 當(dāng)電動機(jī)(51)轉(zhuǎn)動輸入到減速機(jī)(5 的輸入端時，通過減速機(jī)(5 的減速，將動力從減速 機(jī)輸出端法蘭(54)輸出，通過橫向傳動軸(5 及其橫向傳動軸端部法蘭(5 將動力送入 下一級減速機(jī)(52)；通過減速機(jī)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(jī)(5 的減速機(jī)輸出端法蘭(54)與縱向傳動軸聯(lián)接傳動。
專利摘要本實用新型公開了一種錐齒輪陣列聯(lián)動太陽能利用斜軸跟蹤機(jī)構(gòu)，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(jī)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，具有較小的空間尺寸，按照縱向和橫向兩個方向排列組合聯(lián)接。縱向傳動機(jī)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(jī)構(gòu)，實現(xiàn)對太陽能的斜軸轉(zhuǎn)動。太陽能電池組件對稱固定在旋轉(zhuǎn)斜軸上，采用質(zhì)量匹配措施，使斜軸旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的質(zhì)量中心點(diǎn)位于旋轉(zhuǎn)斜軸的旋轉(zhuǎn)軸上。通過聯(lián)動式傳動機(jī)構(gòu)中的電動機(jī)與減速機(jī)的配合傳動，將電動機(jī)的動力傳送到縱橫聯(lián)動式太陽能斜軸跟蹤支架機(jī)構(gòu)中每一個聯(lián)動式斜軸跟蹤支架單元。有結(jié)構(gòu)簡單、抗風(fēng)性能好、易擴(kuò)展、可靠性能高、成本低的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號G05D3/00GK201821291SQ20102053507
公開日2011年5月4日 申請日期2010年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月19日
發(fā)明者屈良 申請人:屈良