CN101776917A - 太阳能全自动跟日机械装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种太阳能全自动跟日装置，从下至上设置有圆形导轨、工作台、机架、太阳能电池板，其中工作台活动安置在圆形轨道上，机架安装在工作台上，其特征在于：工作台下安装的负载轮和滚珠或导向轮，工作台的下部安装一轴转动单元；机架上安装有二轴转动单元；太阳能电池板安装在机架的上端，太阳能电池板的背面安装有链条支座，在这链条支座之间设置有链条，这个链条是穿过二轴变速箱的并且受二轴变速箱控制。本发明简化了控制单元及其传动系统，并且机械设计更加合理、省力，沿圆形导轨外圆输入扭矩更小并将杠杆原理巧妙地结合一起使之运用其中。

Description

太阳能全自动跟日机械装置

技术领域

本发明涉及一种利用太阳光热应用领域，具体涉及一种太阳能全自动跟日机械装置。

背景技术

太阳能是一种辐射能，不带任何化学物质，是最干净、最可靠的巨大能源宝库。21世纪是世界能源发展的一个方向，太阳能的利用包括光热利用、光电利用、光化学利用，其中前两者利用更普遍。由于太阳能辐射散热能量广，是集中利用太阳能光热的一大技术难题，因此如何在有限的面积下最大限度地利用光热是必须要解决的问题。目前出现了两大主流研究方向，其一是在有限的面积下对光电转换效率的提高表现在材料方面，对于这一点而言，在我国太阳能热利用的效率已达到96％左右；另一方面是直接利用直射阳光，已有实践证明如采用直射阳光全年平均光电转换效率可提高10～25％，光热利用全年平均提高8～15％。因此各种跟日结构、方法及其控制手段陆续产生，而真正产生效果的却少之又少，特别是对于较大型的比如5m²到100m²的的大型光伏阵列。

中国专利号为200710066248.8，申请日为2007.9.29日，公开日为2008.3.5日，发明名称为“太阳能全自动跟踪转盘”，在申请文件中记载了一种太阳能全自动的跟踪转盘，但是根据其内容可以确定该转盘功能单一，因此不能更好、更充分地利用太阳能获得好处。故需要加以改进。

本发明所要解决的技术问题是提供一种太阳能全自动跟日机械装置，在不同的时间点通过对内部转动装置的设置可实现对太阳能资源的长时间跟踪利用，因而获得更大的利益。

本发明所提出的技术问题是这样解决的：构造一种太阳能全自动跟日装置，从下至上设置有圆形导轨、工作台、机架、太阳能电池板，其中工作台活动安置在圆形轨道上，机架安装在工作台上，其特征在于：工作台能够在圆形导轨上转动，并在工作台的下部安装一轴转动单元；这里的机架上安装有由二轴减速箱构成的二轴转动单元；太阳能电池板通过设置的转动轴整体活动安装在机架的上端，太阳能电池板的背面安装有至少两个链条支座，在这链条支座之间设置有链条，这个链条是穿过二轴变速箱的并且受二轴变速箱控制。

根据本发明所述的太阳能全自动跟日装置，其特征在于：工作台安装有负载轮，负载轮能够在圆形导轨上表面转动，工作台下还设置有沿圆形导轨做外圆周面转动的滚珠或导向轮，负载轮和滚珠或导向轮确保了工作台在圆形导轨上来回转动；其中还在圆形导轨的内侧设置有半圆弧形状的内齿圈。

根据本发明所述的太阳能全自动跟日装置，其特征在于：一轴转动单元是由立式安装的电机通过圆柱减速器连接一个蜗轮减速机构成，在蜗轮减速机的内部设置有蜗轮轴，蜗轮轴上端为动力输出轴与二轴减速箱的动力输入端连接，蜗轮轴的下端连接一个齿轮，该齿轮与上述内齿圈相接触；并在蜗轮减速机上还安装有定位调节螺栓，定位调节螺栓的下端部装有钢球；在蜗轮减速机下方设置有与圆形导轨外表面相接触的定位轮。

根据本发明所述的太阳能全自动跟日装置，其特征在于：在二轴减速箱内安装有蜗轮蜗杆，并在二轴减速箱的动力输入轴轴向上安装有二连齿轮，在二轴减速箱的动力输入轴与蜗轮蜗杆的蜗杆轴间装有一个以上的介轮，动力输出轴通过联轴节构成了二轴减速箱的动力输入；还在蜗轮蜗杆的蜗杆轴上安装有大齿轮，蜗轮蜗杆受介轮或者是大齿轮的转动而转动，并且在蜗轮蜗杆中的蜗轮的输出轴处安装有链轮，并通过该链轮再去啮合链条运动，并在二轴减速箱上设置有控制柄，控制柄连接一个拨叉，拨叉另一端与二连齿轮保持配合，控制柄通过拨叉对二连齿轮控制位置，控制柄两端分别绞接一个电磁铁并受电磁铁控制。

根据本发明所述的太阳能全自动跟日装置，其特征在于；圆形导轨采用多节弧型导轨构成。

根据本发明所述的太阳能全自动跟日装置，其特征在于：在圆形导轨内中心处安装有用于太阳能热水器的进出水动密封装置，该水动密封装置包括动进出水接管、定位进出水接管，通过其上设置的填料压紧螺母与外部设置保温层整体压紧。

根据本发明所述的太阳能全自动跟日装置，其特征在于：在工作台上设置有定位螺栓孔。

根据本发明所述的太阳能全自动跟日装置，其特征在于：还包括控制电路。

本发明的有益效果为：①本发明中使整个装置更加模块化，其中一轴转动单元可以实现0°～180°的转动，二轴转动单元可使太阳能电池板在0°～45°范围内转动，实现了更大范围、更大空间地利用太阳能；②圆形轨道是以阵列大小至少二等分以上组合而成，根据需要可大可小，且极易加工能有效地保证需求的精度；③动力系统仅为一种动力源来做驱动两轴跟日，从整体效果来讲简化了控制元及其传动系统，使其机械设计更加省力，沿圆形导轨外圆输入扭距更小并将杠杆原理巧妙地结合一起使之运用其中；④该装置非常适合在沙漠、以及边远地区安装大型光伏发电场使用，符合大力开发绿色环保清洁能源的要求。

附图说明

图1是本发明所述的圆形导轨和工作台结构示意图

图2是圆形导轨和工作台接触放大示意图

图3是一轴减速装置结构示意图

图4是太阳能热水器进出水动密封装置示意图

图5是机架与太阳能电池板结构示意图

图6是本发明的传动系统示意图

图7是本发明中拨叉的示意图

图8本发明的电路原理图

其中，1、定位轮，2、蜗轮减速机，3、内齿圈，4、滚珠或导向轮，5、电机，6、动进出水接管，7、圆形导轨，8、负载轮，9、工作台，10、定位螺栓孔，11、一级圆柱减速器，12、定位调节螺栓，13、齿轮，14、蜗轮轴，15、动力输出轴，16、填料压紧螺母，17、保温层，18、定位进出水接管，19、联轴节，20、介轮，21、控制柄，22、蜗轮蜗杆，23、链条，24、链条支座，25、太阳能电池板，26、转动轴，27、二轴变速箱，28、机架，29、链轮，30、二连齿轮，30.1、二连齿轮的大齿轮，30.2、二连齿轮的小齿轮，31、大齿轮，32、拨叉。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明。

如图1所示，一种太阳能全自动跟日机械装置，从下至上设置有圆形导轨7、工作台9、机架28、太阳能电池板25；其中工作台9是活动安置在圆形轨道7上，机架28安装工作台9上，工作台9通过其下部安装的负载轮8与圆形导轨7上表面接触，也就是说负载轮8可沿圆形导轨7上表面转动，并在工作台9下还设置有沿圆形导轨7做外圆周面转动的滚珠或导向轮4，这样设计可以保证工作台9沿圆形轨道7做圆周运动，如图2所示。圆形导轨7采用多节弧型导轨组成，圆形导轨7的内侧设置有半圆弧形状的内齿圈3，圆形导轨7的内侧也可以将内齿圈3换成是销齿条或者是展开之后成固定形状的链条。在工作台9上设置有定位螺栓孔10。在工作台9的下部安装一轴转动单元，机架28上又安装了由二轴减速箱27构成的二轴转动单元。上面所述的太阳能电池板25通过设置的转动轴26整体活动安装上机架28上端，可以很好地实现太阳能电池板25沿转动轴26转动，以接收不同角度的太阳能太阳能。电池板25的背面安装有两个链条支座24，在这两个链条支座24之间连接有链条23，这个链条23是穿过二轴变速箱27的并且受二轴变速箱27控制，如图5所示。在本发明中还包括控制电路。

如图3所示，一轴转动单元是由立式安装的电机5(可以选择伺服电机或步进电机)通过圆柱齿轮减速器11连接一个蜗轮减速机2构成，在蜗轮减速机2的内部设置有蜗轮轴14，蜗轮轴14上端为动力输出轴15与二轴减速箱27的动力输入端连接，蜗轮轴14的下端连接一个齿轮13，也可以把齿轮13换成销齿轮或者是链条轮，这个时候齿轮13与上述内齿圈3相接触，上述齿圈3也可以换成销齿条或者是展开之后成固定形状的链条(也就是说当用齿轮13的时候就用齿圈3，当选用销齿轮的时候就选用销齿条，当选用链条轮的时候可以选用链条与之配合)。此时内齿圈3、减速器2、齿轮13构成一轴的传动副(也就是传动单元)。并在蜗轮减速机2上还安装有定位调节螺栓12，定位调节螺栓12下端装有钢球或者是导向轮，钢球或导向轮的作用在于方便工作台9转动。还在蜗轮减速机2下方设置有与圆形导轨7外表面相接触的定位轮1。也就是说当齿轮13转动时，在有了钢球或者是导向轮和定位轮1的情况下可更好地使工作台9下沿圆形导轨7运动。

如图6所示，在二轴减速箱27内安装有蜗轮蜗杆22，并在二轴减速箱27的动力输入轴与蜗轮蜗杆22的蜗杆轴间装有一个以上的介轮20(介轮是一种行业用语，主动轮与从动轮之间增加一个轮，可以叫为中间轮，主要用于改变从动轮转向)，动力输出轴15通过联轴节19构成二轴减速箱27的动力输入，在二轴减速箱27输入轴轴向上安装有二连齿轮30，二连齿轮30组成包括大齿轮30.1和小齿轮30.2，并蜗轮蜗杆22的蜗杆轴上安装有大齿轮31。当转动过程中蜗轮蜗杆22是受介轮20或者是大齿轮31的转动而转动，还在蜗轮的输出轴处安装链轮29，并通过该链轮29再去啮合链条23运动，这里的链轮29可以根据需要安装多个，数量由链条多少来定。本发明在这里充分利用了蜗轮的自锁作用，因此可将太阳能电池板23保持在一定角度，达到转动太阳能电池板25的目的。链条支座24还有链条23都可以根据需求设计大小、组数。除此之外还在二轴减速箱27上设置有控制柄21，采用电磁铁或步进电机通过控制控制柄21往复位置可达到改变蜗杆转向及速度的目的。

本装置可以用于太阳能热水器，当用于热水器时，那么在圆形导轨7内中心处安装有用于太阳能热水器的进出水动密封装置，该水动密封装置包括动进出水接管、定位进出水接管18，通过其上设置的填料压紧螺母16与外部设置保温层17整体压紧，如图4示。

其原理是行程开关在可调的时间点启动电机5工作，到下午再旋转180°后经限位开关工作使电机5停止工作，晚上行程开关工作启动电机反向旋转回到起始位置，限位开关使电机5停止工作至第二次循环。限位开关又称行程开关，可以安装在相对静止的物体(如固定架、门框等，简称静物)上或者运动的物体(如行车、门等，简称动物)上。当动物接近静物时，开关的连杆驱动开关的接点引起闭合的接点分断或者断开的接点闭合。由开关接点开、合状态的改变去控制电路和机构的动作。限位开关K1、K2安装在圆形导轨7上，限位开关K3、K4安装在机架28上。

基本原理为当一轴转动单元工作时由动力输出轴15带动二轴减速箱27，由介轮20或大齿轮31带动蜗轮蜗杆22转动，蜗轮蜗杆22带动链轮29，再由链轮29带动链条23，太阳能电池板25可绕轴旋转。当工作时，一轴转动单元转动范围为0°～180°，二轴转动单元使太阳能电池板25转动范围为0°～45°。其中当一轴工作到0°～90°时，二轴转动单元则为45°～0°(水平态)，当一轴转动单元从90°～180°时，二轴转动单元则为0°返还至45°也就是到起始位置后停止。当检测到需要回转的时候通过限位开关或光电开关使一轴返向旋转至起始位置(在一轴回转的时候二轴减速箱27处于离合状态)，完成一个循环。

在二轴变速箱27内还包括有设有可沿轴向滑动的二连齿轮和与二连齿轮保持滑动配合的拨叉32如图6所示；其中二连齿轮是在变速机构中用于二轴间的转率调节，又称双连齿，应两个不同齿数的齿轮在制造时是一个整个。在这里使用的时候是通过拨叉32与二连齿轮的中部位滑动配合，通过控制柄21的滑动同时带动与二连齿轮本身滑动配合的拨叉32，应可改变二连齿轮的位置，实现正转、反转、离合。是改变二连齿轮的位置(操作控制柄可实现)实际是电磁铁控制的。在整个过程当中通过控制柄21来控制二轴的正、反转及离合状态，其控制过程为当在设定的时间点上行程开关在启动电机5的时候首先启动控制控制柄21的电磁铁(电磁铁在这里主要是一个执行器，完成得电吸合、停电后弹簧复位，在这里选用两个电磁铁、分别控制其正、反转)工作，首先处于正转。正转时是控制柄21将二连齿轮30控制在其二连齿轮的大齿轮30.1与大齿轮31配合转动的位置，实现正转；此时也就是电磁铁控制控制柄21让二轴变速箱27处于正转状态。当需要反转时，由电路控制另一电磁铁运行使控制柄21将二连齿轮30控制在其二连齿轮的小齿轮30.2与介轮20配合转动的位置，实现反转。当不需要正、反转时就处于离合状态，即中间位置。整个控制过程由控制电路来控制完成。

本发明的电路原理为：在A、B两端加上AC220V工作电源，定时器KT得电，如果此时为控制系统工作时间(一般情况预设为上午的8:00至下午18:00)则KT常开触点KT_1-1闭合，为后级电路提供电源。

KT_1-1闭合后，如果装置此时处于水平旋转起始位置A和水平回位位置B之间，则其两点限位开关K1和K2处于常开状态，水平正向旋转继电器KA1和水平回位继电器KA2失电，其常闭触点KA1-2和KA2-2接通水平回位接触器KM2线圈，KM2闭合，拖动电机得电运行，带动机械传动装置实现水平复位。

电路控制原理为：触动限位开关K1，K1常开触点K1-1闭合，因装置已离开回位位置，所以其限位开关K2因具备自复位功能，其常闭触点K2-2处于常闭状态，电源经K2-2、K1-1接通KA1，KA1得电后，其常开触点KA1-1闭合，实现自锁。常开触点KA1-3闭合，接通正向旋转接触器KM1电源，拖动电机得电运行，实现装置水平匀速运转，同时因仰角处于初始位置，限位开关K3闭合，K3-1接通仰角递增电磁铁YA1，在机械联动装置的拖动下，实现仰角的匀速递增。

当完成运行周期的50％时，仰角已递增至180度时(工作面与地面呈水平状态)，此时触动仰角递减限位开关K4，K4-1闭合，接通仰角递减电磁铁YA2电源，实现换向功能，在运行周期的后半周期内，仰角呈匀速递减状态。

通过机械传动装置合理的变化速比，可实现预设周期内水平方向180度的正向旋转和回位，以及仰角匀速递增和递减45度，当水平旋转至180度时，回位限位开关K2被触动，K2-2断开，切断KA1电源，KA1-3断开，切断正向旋转接触器KM1电源，正向旋转结束。同时，K2-1因被触动而闭合，由于起始位置限位开关K1具备自复位功能，K1-2恢复常闭状态，回位断电器KA2得电，KA2-1闭合，实现自锁，KA2-3闭合，接通回位接触器KM2电源，改变了拖动电机的运转方向，实现装置回位功能。

当运行到起始位置，限位开关K1被触动，其常闭触点KA1-2断开，切断回位断电器KA2电源，回位功能结束。等待下一个周期(第二天)的循环。此时，因仰角已递减至初始状态，其限位开关K3-1闭合，接通换向电磁铁YA1，实现换向功能，为下一个循环(第二天)作好准备。

其中：KT为定时器，K1、K2、K3、K4为自带一常开和一常闭的行行程限位开关，K1-1和K2-1分别为K1和K2的常开触点，K3-1和K4-1分别为K3和K4常开触点，K1-2和K2-2分别为K1和K2的常闭触点，KA1和KA2为中间继电器，YA1和YA2为电磁铁，KM1和KM2为交流接触器。K1对应K1-1和K1-2，K2对应K2-1和K2-2，K3对应K3-1，K4对应K4-1。

Claims (8)

1.一种太阳能全自动跟日装置，从下至上设置有圆形导轨(7)、工作台(9)、机架(28)、太阳能电池板(25)，其中工作台(9)活动安置在圆形轨道(7)上，机架(28)安装在工作台(9)上，其特征在于：工作台(9)能够在圆形导轨(7)上转动，并在工作台(9)的下部安装一轴转动单元；这里的机架(28)上安装有由二轴减速箱(27)构成的二轴转动单元；太阳能电池板(25)通过设置的转动轴(26)整体活动安装在机架(28)的上端，太阳能电池板(25)的背面安装有至少两个链条支座(24)，在这链条支座(24)之间设置有链条(23)，这个链条(23)是穿过二轴变速箱(27)的并且受二轴变速箱(27)控制。

2.根据权利要求1所述的太阳能全自动跟日装置，其特征在于：工作台(9)安装有负载轮(8)，负载轮(8)能够在圆形导轨(7)上表面转动，工作台(9)下还设置有沿圆形导轨(7)做外圆周面转动的滚珠或导向轮(4)，负载轮(8)和滚珠或导向轮(4)确保了工作台(9)在圆形导轨(7)上来回转动；其中还在圆形导轨(7)的内侧设置有半圆弧形状的内齿圈(3)。

3.根据权利要求1或2所述的太阳能全自动跟日装置，其特征在于：一轴转动单元是由立式安装的电机(5)通过圆柱减速器(11)连接一个蜗轮减速机(2)构成，在蜗轮减速机(2)的内部设置有蜗轮轴(14)，蜗轮轴(14)上端为动力输出轴(15)与二轴减速箱(27)的动力输入端连接，蜗轮轴(14)的下端连接一个齿轮(13)，该齿轮(13)与上述内齿圈(3)相接触；并在蜗轮减速机(2)上还安装有定位调节螺栓(12)，定位调节螺栓(12)的下端部装有钢球；在蜗轮减速机(2)下方设置有与圆形导轨(7)外表面相接触的定位轮(1)。

4.根据权利要求1所述的太阳能全自动跟日装置，其特征在于：在二轴减速箱(27)内安装有蜗轮蜗杆(22)，并在二轴减速箱(27)的动力输入轴轴向上安装有二连齿轮(30)，在二轴减速箱(27)的动力输入轴与蜗轮蜗杆(22)的蜗杆轴间装有一个以上的介轮(20)，动力输出轴(15)通过联轴节(19)构成了二轴减速箱(27)的动力输入；还在蜗轮蜗杆(22)的蜗杆轴上安装有大齿轮(31)，蜗轮蜗杆(22)受介轮(20)或者是大齿轮(31)的转动而转动，并且在蜗轮蜗杆(22)中的蜗轮的输出轴处安装有链轮(29)，并通过该链轮(29)再去啮合链条(23)运动，并在二轴减速箱(27)上设置有控制柄(21)，控制柄(21)连接一个拨叉(32)，拨叉(32)另一端与二连齿轮(30)保持配合，控制柄(21)通过拨叉(32)对二连齿轮(30)控制位置，控制柄(21)两端分别绞接一个电磁铁并受电磁铁控制。

5.根据权利要求1所述的太阳能全自动跟日装置，其特征在于：圆形导轨(7)采用多节弧型导轨构成。

6.根据权利要求1所述的太阳能全自动跟日装置，其特征在于：在圆形导轨(7)内中心处安装有用于太阳能热水器的进出水动密封装置，该水动密封装置包括动进出水接管(6)、定位进出水接管(18)，通过其上设置的填料压紧螺母(16)与外部设置保温层(17)整体压紧。

7.根据权利要求1所述的太阳能全自动跟日装置，其特征在于：在工作台(9)上设置有定位螺栓孔(10)。

8.根据权利要求1所述的太阳能全自动跟日装置，其特征在于：还包括控制电路。

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