CN101795096B - 长行程液压杆传动单点支撑直齿条驱动群同步跟踪采光太阳能家用电源 - Google Patents

长行程液压杆传动单点支撑直齿条驱动群同步跟踪采光太阳能家用电源 Download PDF

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Abstract

一种可由电机和长行程液压杆驱动，可实现太阳光采集自动跟踪的长行程液压杆传动单点支撑直齿条驱动群同步跟踪采光太阳能家用电源，它可由由电机、活塞杆和小活塞缸体和大活塞缸体构成的长行程液压杆、直齿轮、长直齿条、蜗杆和蜗轮等组成的机械传动机构带动多个太阳能电池板完成同步自动跟踪太阳光运动，可用来带动多个太阳能电池板实现太阳光采集的群同步自动跟踪。

Description

长行程液压杆传动单点支撑直齿条驱动群同步跟踪采光太阳能家用电源
所属技术领域：
本发明涉及一种太阳光自动跟踪技术，特别是一种可用于多个太阳能电池板或多个其他太阳能接收设备同步自动跟踪太阳光的长行程液压杆传动单点支撑直齿条驱动群同步跟踪采光太阳能家用电源，该太阳能家用电源可固定在外墙面上并可以带动多个太阳能电池板同步自动跟踪太阳光，完成太阳能的自动跟踪采集。
背景技术：
太阳能是一种清洁能源，取之不尽、用之不竭，也不会造成环境污染，如今，无论在沿海城市，还是在内陆城市，太阳能产品正越来越多地进入人们的视野，太阳能路灯、太阳能草坪灯、太阳能庭院灯、太阳能楼道灯、公交站台灯、交通信号灯等等，但这些太阳能产品的太阳能接收元件大多以位置固定方式接收太阳光的，因不能全天与太阳光保持垂直，造成太阳能利用率低下。近年来国外在一些太阳能电站的光伏矩阵中实现了太阳光的自动跟踪，在全国各地也有一些小型、中型的太阳能电站投入运行，他们的接收元件有些是以位置固定方式接收太阳光的，有些实现了太阳光的自动跟踪，但这些跟踪装置的水平跟踪转动轴垂直于地平面，竖直跟踪转动轴与地平面平行，水平和竖直两个方向必须实时跟踪才能实现太阳能电池板接收平面与太阳光保持垂直，使得这些跟踪装置结构复杂、体积庞大、造价高、能耗大，难以推广应用。
发明内容：
为了克服现有的跟踪装置机械结构复杂、体积庞大、成本高、能耗大等缺点，本发明针对现有技术存在的不足对现有技术进行了改进，把三维跟踪分解为轨道跟踪和轨道俯角跟踪，并以此为依据提出了一种结构简单可靠、成本低，跟踪能耗小、抗风能力强的太阳能家用电源。该太阳能家用电源的每个太阳能电池板的连接轴的轴线与地球绕太阳运行轨道的轴线平行，太阳能电池板可在控制系统的驱动下绕该连接轴的轴线转动，从而使太阳能电池板平面实时保持与太阳光垂直，实现太阳能家用电源的轨道跟踪。另一个连接轴与每个太阳能电池板的连接轴的轴线垂直，该太阳能家用电源的所有太阳能电池板可在控制系统的驱动下同时同步的绕该连接轴转动，可调整每个太阳能电池板的连接轴的轴线与地球绕太阳运行轨道的轴线保持平行，实现太阳能家用电源的轨道俯角跟踪。因地球绕太阳运行一年，连接轴的轴线相对于地球绕太阳运行轨道的轴线变化很缓慢，所以该方向的调整可一天或几天进行一次，可大大降低太阳能家用电源的跟踪能耗。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：每一个太阳能电池板都通过一组轴线相互重合的限位连接轴牢固的串接在一起，并且每个太阳能电池板的重量均匀分布在该太阳能电池板的限位连接轴的轴线两侧，且各太阳能电池板的上表面相互平行，每个太阳能电池板的各个限位连接轴都通过轴承和轴承架被安装在一组相互平行的支撑梁上，各支撑梁牢固的固定在一组相互平行的支撑架上，各支撑梁和各支撑架相互垂直，使得每个太阳能电池板可绕该太阳能电池板的限位连接轴的轴线光滑的转动，各太阳能电池板的限位连接轴的轴线相互平行并且各太阳能电池板的限位连接轴的轴线与地球绕太阳运行轨道的轴线平行，使得太阳光线与各太阳能电池板的限位连接轴的轴线垂直。
上述各支撑架通过一组轴线相互重合的水平连接轴与一组三角架光滑的相连接，各三角架都牢固的固定在外墙面上，并且该组水平连接轴的轴线与各太阳能电池板的限位连接轴的轴线相互垂直且该组水平连接轴的轴线与地表面平行，上述各支撑架可绕该组水平连接轴的轴线光滑的转动并通过上述各支撑梁带动各太阳能电池板绕该组水平连接轴的轴线同时同步同向的转动。
每一个太阳能电池板的限位连接轴的上端都牢固的安装了一个直齿轮，并且各限位连接轴上的直齿轮与各限位连接轴同心轴线相互重合，各太阳能电池板的限位连接轴上的直齿轮的各项尺寸对应相等，每一个太阳能电池板限位连接轴上的直齿轮都与同一根长直齿条良好的相齿合。
在上述相互平行的支撑梁中的一个支撑梁上牢固的固定了一个减速箱体和一个连接架，在减速箱体内安装了由电机、蜗杆、蜗轮、小直齿轮一、大直齿轮一和驱动轴构成的减速驱动机构，电机牢固的固定在减速箱体内，在减速箱体内小直齿轮一与电机的电机轴同心轴线相互重合且小直齿轮一牢固的固定在电机的电机轴上，大直齿轮一与蜗杆同心轴线相互重合且大直齿轮一牢固的固定在蜗杆上，蜗杆通过轴承和轴承架被安装在减速箱体上，驱动轴通过轴承和轴承架被安装在减速箱体上，蜗轮与驱动轴同心轴线相互重合且蜗轮牢固的固定在驱动轴上，小直齿轮一和大直齿轮一良好的相齿合，蜗杆与蜗轮良好的相齿合。驱动轴的一端从减速箱体内伸出并和减速箱体外的小直齿轮三相连接，小直齿轮三与驱动轴同心轴线相互重合且小直齿轮三牢固的固定在驱动轴上，大直齿轮三和一个太阳能电池板的限位连接轴同心轴线相互重合且大直齿轮三牢固的固定在该限位连接轴上，小直齿轮三和大直齿轮三良好的相齿合，大直齿轮三可通过该限位连接轴带动该太阳能电池板绕该组限位连接轴的轴线光滑的转动，并通过该太阳能电池板限位连接轴上的直齿轮带动长直齿条运动，长直齿条通过各组限位连接轴上的直齿轮带动各个太阳能电池板绕各组限位连接轴的轴线同时同步同向的光滑的转动，使得各个太阳能电池板的上表面与太阳光线保持垂直。
当太阳光线与各太阳能电池板的上表面偏离垂直位子时由控制系统驱动电机转动，电机通过小直齿轮一、大直齿轮一、小直齿轮三、大直齿轮三、蜗杆、蜗轮、长直齿条和各个太阳能电池板限位连接轴上的直齿轮带动各太阳能电池板同时同步同向的绕各太阳能电池板限位连接轴的轴线转动，使得各太阳能电池板的上表面同时恢复到与太阳光线垂直位子上。
在减速箱体外还安装了由活塞杆、小活塞缸体和大活塞缸体构成的长行程液压杆、连接架、辅支撑杆构成的支撑连动机构。
在减速箱体外由活塞杆、小活塞缸体和大活塞缸体构成的长行程液压杆位于连接架的下端，连接架的下端通过销轴一与活塞杆的上端光滑的相连接，活塞杆的下端光滑的伸入小活塞缸体内，小活塞缸体的下端光滑的伸入大活塞缸体内，大活塞缸体的下端通过销轴二与辅支撑杆的上端光滑的相连接，辅支撑杆的下端通过连接板牢固的固定在外墙面上。
当各太阳能电池板的限位连接轴的轴线与地球绕太阳运行轨道的轴线偏离平行位子时，通过对长行程液压杆的两个上油腔加压注油两个下油腔放油或对两个上油腔放油两个下油腔加压注油带动活塞杆沿长行程液压杆的轴线上下运动，并通过长行程液压杆、连接架带动各太阳能电池板同时、同步、同向的绕连接支撑架和三角架的水平连接轴的轴线转动，使得各太阳能电池板的限位连接轴的轴线同时恢复到与地球绕太阳运行轨道的轴线平行位子上。
当电机不加电转动时，因蜗杆、蜗轮和长丝杠传动的单向性和不可逆性，太阳能电池板不会在风力、以及其他外力作用下运动，因此该装置具有良好的抗风性能。
本发明的有益效果是：由蜗杆、蜗轮和长丝杠传动的单向性和不可逆性，可实现良好的抗风性能，跟踪能耗小、成本低，结构简单可靠。
附图说明
下面以五个太阳能电池板为实施例结合附图对本发明进一步说明。
图1是本发明的整体原理图。
图2是本发明的A-A剖视图。
图3是本发明的B-B剖视图。
图4是本发明的C-C剖视图。
图5是本发明的减速箱的放大剖视图。
图1、图2、图3、图4和图5中，太阳能电池板一1-1-1，太阳能电池板二1-2-1，太阳能电池板三1-3-1，太阳能电池板四1-4-1，太阳能电池板五1-5-1，活塞杆2-1-1，小活塞缸体2-2-1，大活塞缸体2-3-1，上油腔一2-4-1，上油腔二2-5-1，下油腔一2-4-2，下油腔二2-5-2，三角架一3-1，三角架二3-2，辅支撑杆一3-3，辅支撑杆二3-4，连接板3-5，支撑架一4-1-1，支撑架二4-1-2，支撑梁一4-2-1，支撑梁二4-2-2，连接轴一5-1-1，连接轴二5-1-2，销轴一5-2-1，销轴二5-3-1，连接架一6-1-1，连接架二6-1-2，减速箱体盖7-1，减速箱体7-2，下连接轴一9-1-1，上连接轴一9-1-2，下连接轴二9-2-1，上连接轴二9-2-2，下连接轴三9-3-1，上连接轴三9-3-2，下连接轴四9-4-1，上连接轴四9-4-2，下连接轴五9-5-1，上连接轴五9-5-2，直齿轮一10-1，直齿轮二10-2，直齿轮三10-3，直齿轮四10-4，直齿轮五10-5，长直齿条11，电机12-1，小直齿轮一14-1，大直齿轮一14-2，蜗杆15-1，蜗轮16-1，驱动轴17-1，控制系统电路板18，小直齿轮三19，大直齿轮三20。
具体实施方式
在图1图2和图3中，太阳能电池板一1-1-1、太阳能电池板二1-2-1、太阳能电池板三1-3-1、太阳能电池板四1-4-1和太阳能电池板五1-5-1的上表面相互平行。连接轴也被分成五组，下连接轴一9-1-1和上连接轴一9-1-2为第一组，下连接轴二9-2-1和上连接轴二9-2-2为第二组，下连接轴三9-3-1和上连接轴三9-3-2为第三组，下连接轴四9-4-1和上连接轴四9-4-2为第四组，下连接轴五9-5-1和上连接轴五9-5-2为第五组。支撑梁一4-2-1和支撑梁二4-2-2被牢固的固定在支撑架一4-1-1和支撑架二4-1-2上，支撑梁一4-2-1和支撑梁二4-2-2相互平行。支撑梁一4-2-1、支撑梁二4-2-2和支撑架一4-1-1、支撑架二4-1-2相互垂直，支撑架一4-1-1通过连接轴一5-1-1与三角架一3-1的上端光滑的相连接，支撑架二4-1-2通过连接轴二5-1-2与三角架二3-2的上端光滑的相连接，三角架一3-1和三角架二3-2的牢固的固定在外墙面上，连接轴一5-1-1和连接轴二5-1-2同心轴线相互重合，支撑架一4-1-1和支撑架二4-1-2可带动支撑梁一4-2-1和支撑梁二4-2-2绕连接轴一5-1-1和连接轴二5-1-2光滑的转动。让i分别取一、二、三、四、五。第i个太阳能电池板通过第i组连接轴牢固的串接在一起，第i组的各个连接轴同心且各个连接轴的轴线相互重合，第i个太阳能电池板的重量均匀分布在第i组连接轴的轴线两侧，第i组的上连接轴通过轴承及轴承架被安装在支撑梁4-2-2上，第i组的下连接轴通过轴承及轴承架被安装在支撑梁4-2-1上，第i个太阳能电池板可绕第i组连接轴的轴线光滑的转动。各组连接轴的轴线相互平行且各组连接轴的轴线与地球绕太阳运行轨道的轴线平行。
在图1、图2、图3，图4和图5中，减速箱体7-2和连接架一6-1-1牢固的固定在支撑梁二4-2-2上，控制系统电路板18被安装在减速箱体7-2内，在减速箱体7-2内安装了由电机12-1、蜗杆15-1、蜗轮16-1、小直齿轮一14-1、大直齿轮一14-2和驱动轴17-1构成的减速驱动机构，电机12-1良好的固定在减速箱体7-2上，小直齿轮一14-1与电机12-1的电机轴同心轴线相互重合且小直齿轮一14-1牢固的固定在电机12-1的电机轴上，大直齿轮一14-2与蜗杆15-1同心轴线相互重合且大直齿轮一14-2牢固的固定在蜗杆15-1上，蜗轮16-1与驱动轴17-1同心轴线相互重合且蜗轮16-1牢固的固定在驱动轴17-1上，蜗杆15-1通过轴承和轴承架安装在减速箱体7-2上，驱动轴17-1通过轴承和轴承架安装在减速箱体7-2上，小直齿轮一14-1和大直齿轮一14-2良好的相齿合，蜗杆15-1与蜗轮16-1良好的相齿合，驱动轴17-1的一端从减速箱体7-2内伸出并和小直齿轮三19相连接，小直齿轮三19与驱动轴17-1同心轴线相互重合且小直齿轮三19牢固的固定在驱动轴17-1上。
直齿轮一10-1与上连接轴一9-1-2同心轴线相互重合且直齿轮一10-1牢固的固定在上连接轴一9-1-2上，直齿轮二10-2与上连接轴二9-2-2同心轴线相互重合且直齿轮二10-2牢固的固定在上连接轴二9-2-2上，直齿轮三10-3与上连接轴三9-3-2同心轴线相互重合且直齿轮三10-3牢固的固定在上连接轴三9-3-2上，直齿轮四10-4与上连接轴四9-4-2同心轴线相互重合且直齿轮四10-4牢固的固定在上连接轴四9-4-2上，直齿轮五10-5与上连接轴五9-5-2同心轴线相互重合且直齿轮五10-5牢固的固定在上连接轴五9-5-2上，大直齿轮三20与上连接轴三9-5-2同心轴线相互重合且大直齿轮三20牢固的固定在上连接轴三9-5-2上，小直齿轮三19与大直齿轮三20良好的相齿合，长直齿条11与直齿轮五10-5、直齿轮四10-4、直齿轮三10-3、直齿轮二10-2和直齿轮一10-1良好的相齿合，直齿轮五10-5、直齿轮四10-4、直齿轮三10-3、直齿轮二10-2和直齿轮一10-1的各项尺寸对应相等。
当电机12-1转动时，电机12-1通过小直齿轮一14-1、大直齿轮一14-2、蜗杆15-1、蜗轮16-1、驱动轴17-1和小直齿轮三19带动大直齿轮三20转动，大直齿轮三20通过直齿轮三10-3带动长直齿条11并通过长直齿条11和直齿轮五10-5、直齿轮四10-4、直齿轮三10-3、直齿轮二10-2和直齿轮一10-1带动各太阳能电池板绕各太阳能电池板的连接轴的轴线同时、同步、同向跟随太阳光转动，实现太阳能家用电源的俯角跟踪。
在减速箱体7-2外还安装了由活塞杆2-1-1、小活塞缸体2-2-1和大活塞缸体2-3-1构成的长行程液压杆、连接架6-1-1、辅支撑杆3-3构成的支撑连动机构。
由活塞杆2-1-1、小活塞缸体2-2-1和大活塞缸体2-3-1构成的长行程液压杆位于连接架6-1-1的下端，连接架6-1-1的下端通过销轴一5-2-1与活塞杆2-1-1的上端光滑的相连接，活塞杆2-1-1的下端光滑的伸入小活塞缸体2-2-1内，小活塞缸体2-2-1的下端光滑的伸入大活塞缸体2-3-1内，大活塞缸体2-3-1的下端通过销轴二5-3-1与辅支撑杆3-3的上端光滑的相连接，辅支撑杆3-3的下端通过连接板3-5牢固的固定在外墙面上。
当各太阳能电池板的连接轴的轴线与地球绕太阳运行轨道的轴线偏离平行位子时，通过对长行程液压杆的上油腔一2-4-1和上油腔二2-5-1加压注油下油腔一2-4-2和下油腔一2-5-2放油或对上油腔一2-4-1和上油腔二2-5-1放油下油腔一2-4-2和下油腔一2-5-2加压注油带动活塞杆2-1-1沿长行程液压杆的轴线上下运动，并通过长行程液压杆和连接架6-1-1带动各太阳能电池板同时、同步、同向的绕连接支撑架一4-1-1、支撑架一4-1-2和三角架一3-1、三角架二3-2的连接轴的轴线转动，使得各太阳能电池板的连接轴的轴线同时恢复到与地球绕太阳运行轨道的轴线平行位子上。实现太阳能家用电源的轨道俯角跟踪。
控制系统电路板18被安装在减速箱体7-2内，控制系统电路板18可实时监测太阳的位子和太阳运行轨道的俯角变化，并驱动电机一12-1和电机二12-2完成太阳能家用电源的轨道跟踪和轨道俯角跟踪。

Claims (3)

1.一种长行程液压杆传动单点支撑直齿条驱动群同步跟踪采光太阳能家用电源，由连接架、三角架、连接板、辅支撑杆、支撑架、支撑梁、由活塞杆、小活塞缸体和大活塞缸体构成的长行程液压杆、销轴、电机、蜗杆、蜗轮、驱动轴、小直齿轮一、大直齿轮一、小直齿轮三、大直齿轮三、控制系统电路板、长直齿条、限位连接轴、水平连接轴、直齿轮、太阳能电池板和减速箱体构成的，其特征是：每一个太阳能电池板都通过一组轴线相互重合的限位连接轴牢固的串接在一起，并且每个太阳能电池板的重量均匀分布在该太阳能电池板的限位连接轴的轴线两侧，且各太阳能电池板的上表面相互平行，每个太阳能电池板的各个限位连接轴都通过轴承和轴承架被安装在一组相互平行的支撑梁上，各支撑梁牢固的固定在一组相互平行的支撑架上，各支撑梁和各支撑架相互垂直，各太阳能电池板的限位连接轴的轴线相互平行并且各太阳能电池板的限位连接轴的轴线与地球绕太阳运行轨道的轴线平行，上述各支撑架通过一组轴线相互重合的水平连接轴与一组三角架光滑的相连接，并且该组水平连接轴的轴线与各太阳能电池板的限位连接轴的轴线相互垂直且该组水半连接轴的轴线与地表面平行，
每一个太阳能电池板的限位连接轴的上端都牢固的安装了一个直齿轮，并且各限位连接轴上的直齿轮与各限位连接轴同心轴线相互重合，各太阳能电池板的限位连接轴上的直齿轮的各项尺寸对应相等，每一个太阳能电池板限位连接轴上的直齿轮都与同一根长直齿条良好的相齿合，
在上述相互平行的支撑梁中的一个支撑梁上牢固的固定了一个减速箱体和一个连接架，在减速箱体内安装了由电机、蜗杆、蜗轮、小直齿轮一、大直齿轮一和驱动轴构成的减速驱动机构，电机牢固的固定在减速箱体内，蜗杆通过轴承和轴承架被安装在减速箱体上，驱动轴通过轴承和轴承架被安装在减速箱体上，在减速箱体内小直齿轮一与电机的电机轴同心轴线相互重合且小直齿轮一牢固的固定在电机的电机轴上，大直齿轮一与蜗杆同心轴线相互重合且大直齿轮一牢固的固定在蜗杆上，蜗轮与驱动轴同心轴线相互重合且蜗轮牢固的固定在驱动轴上，小直齿轮一和大直齿轮一良好的相齿合，蜗杆与蜗轮良好的相齿合，驱动轴的一端从减速箱体内伸出并和减速箱体外的小直齿轮三相连接，小直齿轮三与驱动轴同心轴线相互重合且小直齿轮三牢固的固定在驱动轴上，大直齿轮三和一个太阳能电池板的限位连接轴同心轴线相互重合且大直齿轮三牢固的固定在该限位连接轴上，小直齿轮三和大直齿轮三良好的相齿合，
在减速箱体外还安装了由活塞杆、小活塞缸体和大活塞缸体构成的长行程液压杆、连接架、辅支撑杆构成的支撑连动机构，
在减速箱体外由活塞杆、小活塞缸体和大活塞缸体构成的长行程液压杆位于连接架的下端，连接架的下端通过销轴一与活塞杆的上端光滑的相连接，活塞杆的下端光滑的伸入小活塞缸体内，小活塞缸体的下端光滑的伸入大活塞缸体内，大活塞缸体的下端通过销轴二与辅支撑杆的上端光滑的相连接，辅支撑杆的下端通过连接板牢固的固定在外墙面上。
2.根据权利要求1所述的长行程液压杆传动单点支撑直齿条驱动群同步跟踪采光太阳能家用电源，其特征是：太阳能电池板一(1-1-1)、太阳能电池板二(1-2-1)、太阳能电池板三(1-3-1)、太阳能电池板四(1-4-1)和太阳能电池板五(1-5-1)的上表面相互平行，连接轴也被分成五组，下连接轴一(9-1-1)和上连接轴一(9-1-2)为第一组，下连接轴二(9-2-1)和上连接轴二(9-2-2)为第二组，下连接轴三(9-3-1)和上连接轴三(9-3-2)为第三组，下连接轴四(9-4-1)和上连接轴四(9-4-2)为第四组，下连接轴五(9-5-1)和上连接轴五(9-5-2)为第五组，支撑梁一(4-2-1)和支撑梁二(4-2-2)被牢固的固定在支撑架一(4-1-1)和支撑架二(4-1-2)上，支撑梁一(4-2-1)和支撑梁二(4-2-2)相互平行，支撑梁一(4-2-1)、支撑梁二(4-2-2)和支撑架一(4-1-1)、支撑架二(4-1-2)相互垂直，支撑架一(4-1-1)通过连接轴一(5-1-1)与三角架一(3-1)的上端光滑的相连接，支撑架二(4-1-2)通过连接轴二(5-1-2)与三角架二(3-2)的上端光滑的相连接，三角架一(3-1)和三角架二(3-2)的牢固的固定在外墙面上，连接轴一(5-1-1)和连接轴二(5-1-2)同心轴线相互重合，支撑架一(4-1-1)和支撑架二(4-1-2)可带动支撑梁一(4-2-1)和支撑梁二(4-2-2)绕连接轴一(5-1-1)和连接轴二(5-1-2)光滑的转动。
3.根据权利要求1所述的长行程液压杆传动单点支撑直齿条驱动群同步跟踪采光太阳能家用电源，其特征是：在减速箱体(7-2)外还安装了由活塞杆(2-1-1)、小活塞缸体(2-2-1)和大活塞缸体(2-3-1)构成的长行程液压杆、连接架(6-1-1)、辅支撑杆(3-3)构成的支撑连动机构，
由活塞杆(2-1-1)、小活塞缸体(2-2-1)和大活塞缸体(2-3-1)构成的长行程液压杆位于连接架(6-1-1)的下端，连接架(6-1-1)的下端通过销轴一(5-2-1)与活塞杆(2-1-1)的上端光滑的相连接，活塞杆(2-1-1)的下端光滑的伸入小活塞缸体(2-2-1)内，小活塞缸体(2-2-1)的下端光滑的伸入大活塞缸体(2-3-1)内，大活塞缸体(2-3-1)的下端通过销轴二(5-3-1)与辅支撑杆(3-3)的上端光滑的相连接，辅支撑杆(3-3)的下端通过连接板(3-5)牢固的固定在外墙面上。
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