CN101893899B - 一种带组合式轴承转盘的太阳跟踪装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种带组合式轴承转盘的太阳跟踪装置，包括用以安装光伏组件的支撑机构和固定于所述支撑机构上并对该支撑机构进行方位角调整的方位角驱动装置，所述方位角驱动装置采用带组合式轴承的转盘结构。本发明利用带组合式轴承转盘的方位角驱动装置对光伏组件进行水平方向角度的调节控制，由于转盘中采用组合轴承代替了现有的钢珠结构，在安装后，能通过对滚动轴承的调节有效解决钢珠结构带来的无法预紧问题，大大提高了运转可靠性及平稳性，提高了跟踪的精度，同时还能起到对转轴定心的作用；该组合式轴承在转盘中的设置还能有效承担径向及轴向上的压力。采用本发明，大大提高了可加工性，相对于现有装置降低了成本。
Description
技术领域
本发明涉太阳跟踪装置，特别是一种带组合式轴承转盘的太阳跟踪装置。
背景技术
能源与环境是全人类所高度关注的话题，而且目前支撑人类社会巨大能源消耗的则主要是煤、石油、天然气这三大常规化石能源，然而常规化石能源的使用不仅污染严重，而且资源相当有限。基于上述原因，绿色环保、可无限使用的太阳能被作为理想的替代能源，人们对其的开发和研究也非常活跃。
太阳能的利用主要有光热和光伏两种形式，其中光伏的研究和利用发展最快。其中，固定平板光伏组件发电是太阳能光伏发电的主要形式，其是将平板光伏组件固定于承载架上，面向太阳的方向，接收日升至日落期间的日照，并转换为电能。但是采用这种固定式的光伏发电方式存在光利用率低的缺陷，因为太阳能的接收量跟有效辐射面积成正比，有效辐射面积即被接收太阳光在太阳光垂直面上的投影面积。而由于地球自转，每天太阳东升西落，一天之中接收太阳光的平板光伏组件只有很短时间是正对太阳的，当光伏组件斜对太阳时，其有效辐射面积正比于光伏组件与太阳光垂直面之间夹角的余弦，此时光伏组件并没有充分利用太阳光，这样，则浪费了大量的太阳辐照能，因而固定式平板光伏组件发电的光利用率较低，而如果通过增加光伏组件的数量来增加太阳光接收量的话，其成本又会过高。
针对上述存在的问题，目前出现了将跟踪技术应用到平板光伏发电中，即采用方位角驱动装置和高度角驱动装置对光伏组件进行控制调节，使光伏组件随时正对太阳，让太阳光线随时垂直照射在光伏组件上的跟日器，采用跟日器后，大大提高了太阳光的利用率。
然而，现有跟日器中使用的光伏组件在水平方向上角度调节的方位角驱动装置，其在结构中主要使用钢珠作为滚动体，如中国发明专利公开了一种《环面蜗杆传动回转式减速器》（专利号：ZL200920040150.X），如图1所示，在该专利中，申请人利用驱动蜗杆驱动回转支承17转动，而回转支承包括内圈18和外圈19，其内圈18和外圈19之间则采用钢珠或滚子20。
因此，现有跟日器中使用的方位角驱动装置其在使用中主要存在以下几个问题：1、在其结构中使用的滚动体为钢珠，而钢珠在安装后受结构限制无法预定，从而造成方位角驱动装置的回转体有轻微晃动，从而造成跟踪精度降低，且容易产生点蚀现象；2、回转支承中所使用的传动结构为涡轮蜗杆结构或如上述专利中由驱动蜗杆直接驱动回转支承的结构，其受力均为线接触，当光伏组件面积较大时，在风载的影响下，容易造成齿轮的破坏；3、回转支承滚道加工要求精度较高，造成成本较高。
发明内容
本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种能有效解决预紧问题，从而提高运转可靠性及平稳性的带组合式轴承转盘的太阳跟踪装置。
本发明的技术方案是这样实现的：一种带组合式轴承转盘的太阳跟踪装置，包括用以安装光伏组件的支撑机构和固定于所述支撑机构上并对该支撑机构进行方位角调整的方位角驱动装置，其特征在于：所述方位角驱动装置采用带组合式轴承的转盘结构；
所述带组合式轴承的转盘包括壳体、设置在壳体上的驱动装置、与所述壳体连接并设置于壳体内由驱动装置驱动的转轴以及设置于所述转轴与驱动装置之间的组合式轴承；
所述组合式轴承包括对转轴进行定心的预紧机构和承担轴向压力的滚动轴承。
本发明所述的带组合式轴承转盘的太阳跟踪装置，其所述驱动装置包括设置在所述壳体上的驱动电机、连接在所述驱动电机动力输出端的驱动蜗杆和固定在所述支撑机构的底座上并与所述驱动蜗杆啮合的驱动涡轮，所述预紧机构设置于驱动涡轮内孔与转轴之间，所述滚动轴承设置于驱动涡轮上端面与转轴之间。
本发明所述的带组合式轴承转盘的太阳跟踪装置，其所述预紧机构包括锥形滚子轴承和设置在所述锥形滚子轴承下方的调节机构，所述锥形滚子轴承的内圈与转轴紧密配合，其外圈与所述驱动涡轮紧密配合，所述调节机构抵靠在所述内圈的下端面。
本发明所述的带组合式轴承转盘的太阳跟踪装置，其所述调节机构为调节螺母，所述调节螺母螺纹连接在转轴上。
本发明所述的带组合式轴承转盘的太阳跟踪装置，其所述滚动轴承为平底推力球轴承，所述平底推力球轴承的轴圈与转轴紧密配合，其底圈与所述驱动涡轮上端面紧密配合。
本发明所述的带组合式轴承转盘的太阳跟踪装置，其所述壳体与驱动涡轮之间、所述转轴与支撑机构的底座之间均设置有轴密封圈。
本发明所述的带组合式轴承转盘的太阳跟踪装置，其所述支撑机构包括立柱、举臂和支架系统，所述举臂通过带组合式轴承的转盘设置于立柱上，所述支架系统与举臂连接，所述光伏组件设置在支架系统上。
本发明所述的带组合式轴承转盘的太阳跟踪装置，其在所述举臂与支架系统之间设置有高度角驱动装置。
本发明利用带组合式轴承转盘的方位角驱动装置对光伏组件进行水平方向角度的调节控制，由于转盘中采用组合轴承代替了现有的钢珠结构，在安装后，能通过对滚动轴承的调节有效解决钢珠结构带来的无法预紧问题，大大提高了运转可靠性及平稳性，提高了跟踪的精度，同时还能起到对转轴定心的作用；而且在本结构中，转轴是由壳体驱动的，避免了涡轮蜗杆直接驱动，其受力为线接触造成齿轮易被破坏的问题；转轴该组合式轴承在转盘中的设置还能有效承担径向及轴向上的压力。采用本发明，大大提高了可加工性，相对于现有装置降低了成本。
附图说明
图1是现有太阳跟踪装置中常用的转盘的结构示意图。
图2是本发明的结构示意图。
图3是本发明中转盘的结构示意图。
图4是图3的俯视图。
图5是图4中A-A剖面图。
图6是图4中B-B剖面图。
图中标记：1为方位角驱动装置，2为光伏组件，3为壳体，4为转轴，5为驱动电机，6为驱动蜗杆，7为驱动涡轮，8为锥形滚子轴承，8a为内圈，8b为外圈，8c为滚动体，9为调节螺母，10为平底推力球轴承，10a为轴圈，10b为底圈，10c为滚动体，11为立柱，12为举臂，13为支架系统，14为高度角驱动装置，15为支撑机构的底座，16为轴密封圈，17为回转支承，18为内圈，19为外圈，20为钢珠或滚子，21为安装孔。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作详细的说明。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图2所示，一种带组合式轴承转盘的太阳跟踪装置，包括用以安装光伏组件2的支撑机构和固定于所述支撑机构上并对该支撑机构进行方位角调整的方位角驱动装置1，所述支撑机构包括立柱11、举臂12和支架系统13，所述举臂12通过方位角驱动装置1设置于立柱11上，通过方位角驱动装置能在水平方向上带动举臂按太阳方位角转动，其中所述方位角驱动装置1采用带组合式轴承的转盘结构；所述支架系统13与举臂12连接，在所述举臂12与支架系统13之间设置有高度角驱动装置14，通过高度角驱动装置能带动支架系统按照太阳高度角方向运动，所述光伏组件2设置在支架系统13上，这样，在两个驱动装置的控制下能使光伏组件始终垂直于太阳光照射的方向，从而完成对太阳的跟踪，使光伏组件始终处于最大工作状态。
如图3和4所示，所述带组合式轴承的转盘包括壳体3、设置在壳体3上的驱动装置、通过连接螺钉与所述壳体3连接并设置于壳体3内由驱动装置驱动的转轴4以及设置于所述转轴4与驱动装置之间的组合式轴承，在所述壳体3上设置有用于安装举臂12的安装孔21。其中，所述驱动装置包括通过电机法兰设置在所述壳体3上的驱动电机5、连接在所述驱动电机5动力输出端的驱动蜗杆6和固定在所述支撑机构的底座15上并与所述驱动蜗杆6啮合的驱动涡轮7，所述驱动蜗杆6的另一端穿出壳体3；所述组合式轴承包括对转轴4进行定心的预紧机构和承担轴向压力的滚动轴承，所述预紧机构设置于驱动涡轮7内孔与转轴4之间，所述滚动轴承设置于驱动涡轮7上端面与转轴4之间。
如图5所示，所述滚动轴承为平底推力球轴承10，所述平底推力球轴承10的轴圈10a与转轴4紧密配合，其底圈10b与所述驱动涡轮7上端面紧密配合，所述轴圈10a和底圈10b之间设置有滚动体10c；所述预紧机构包括锥形滚子轴承8和设置在所述锥形滚子轴承8下方的调节机构，所述锥形滚子轴承8的内圈8a与转轴4紧密配合，其外圈8b与所述驱动涡轮7紧密配合，在所述内圈8a和外圈8b之间设置有滚动体8c；所述调节机构为调节螺母9，所述调节螺母9螺纹连接在转轴4上并抵靠在所述内圈8a的下端面，所述调节螺母承担预紧力大小调整的功能，通过旋转调节螺母，能使锥形滚子轴承的外圈向上移动，从而解决了转轴与驱动涡轮内孔之间预紧的问题，同时还能对转轴起到定心作用；而且，当锥形滚子轴承内圈向上移动时，转轴相对的向下移动，使平底推力球轴承压紧，从而解决了转轴与驱动涡轮上端面之间的预紧问题，同时平底推力球轴承还承担了轴向上的压力。其中，在所述壳体3与驱动涡轮7之间、所述转轴4与支撑机构的底座15之间均设置有轴密封圈16。
如图6所示，在所述壳体3内、驱动蜗杆6的两端分别套接有圆锥滚子轴承，确保驱动蜗杆在转动的过程中在径向上不会出现摆动现象。
本发明的工作原理：首先通过调节螺母解决转轴与驱动涡轮之间的预紧及定心问题，防止运转中出现轻微晃动的现象，然后启动驱动电机，驱动电机带动驱动蜗杆转动，驱动蜗杆与驱动涡轮相互啮合，由于驱动涡轮是固定在立柱上的，而驱动蜗杆通过驱动电机与壳体连接，壳体又与转轴连接，故当驱动蜗杆转动时，则会带动驱动电机、壳体和转轴一起绕驱动涡轮转动，从而实现光伏组件按照太阳方位角转动；而通过高度角驱动装置则能带动支架系统按照太阳高度角方向运动，这样，在两个驱动装置的控制下能使光伏组件始终垂直于太阳光照射的方向，从而完成对太阳的跟踪，使光伏组件始终处于最大工作状态。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种带组合式轴承转盘的太阳跟踪装置，包括用以安装光伏组件（2）的支撑机构和固定于所述支撑机构上并对该支撑机构进行方位角调整的方位角驱动装置（1），其特征在于：所述方位角驱动装置（1）采用带组合式轴承的转盘结构；
所述带组合式轴承的转盘包括壳体（3）、设置在壳体（3）上的驱动装置、与所述壳体（3）连接并设置于壳体（3）内由驱动装置驱动的转轴（4）以及设置于所述转轴（4）与驱动装置之间的组合式轴承；
所述组合式轴承包括对转轴（4）进行定心的预紧机构和承担轴向压力的滚动轴承。
2.根据权利要求1所述的带组合式轴承转盘的太阳跟踪装置，其特征在于：所述驱动装置包括设置在所述壳体（3）上的驱动电机（5）、连接在所述驱动电机（5）动力输出端的驱动蜗杆（6）和固定在所述支撑机构的底座（15）上并与所述驱动蜗杆（6）啮合的驱动涡轮（7），所述预紧机构设置于驱动涡轮（7）内孔与转轴（4）之间，所述滚动轴承设置于驱动涡轮（7）上端面与转轴（4）之间。
3.根据权利要求2所述的带组合式轴承转盘的太阳跟踪装置，其特征在于：所述预紧机构包括锥形滚子轴承（8）和设置在所述锥形滚子轴承（8）下方的调节机构，所述锥形滚子轴承（8）的内圈（8a）与转轴（4）紧密配合，其外圈（8b）与所述驱动涡轮（7）紧密配合，所述调节机构抵靠在所述内圈（8a）的下端面。
4.根据权利要求3所述的带组合式轴承转盘的太阳跟踪装置，其特征在于：所述调节机构为调节螺母（9），所述调节螺母（9）螺纹连接在转轴（4）上。
5.根据权利要求2、3或4所述的带组合式轴承转盘的太阳跟踪装置，其特征在于：所述滚动轴承为平底推力球轴承（10），所述平底推力球轴承（10）的轴圈（10a）与转轴（4）紧密配合，其底圈（10b）与所述驱动涡轮（7）上端面紧密配合。
6.根据权利要求2、3或4所述的带组合式轴承转盘的太阳跟踪装置，其特征在于：所述壳体（3）与驱动涡轮（7）之间、所述转轴（4）与支撑机构的底座（15）之间均设置有轴密封圈（16）。
7.根据权利要求1-4中任意一项所述的带组合式轴承转盘的太阳跟踪装置，其特征在于：所述支撑机构包括立柱（11）、举臂（12）和支架系统（13），所述举臂（12）通过所述带组合式轴承的转盘设置于立柱（11）上，所述支架系统（13）与举臂（12）连接，所述光伏组件（2）设置在支架系统（13）上。
8.根据权利要求7所述的带组合式轴承转盘的太阳跟踪装置，其特征在于：在所述举臂（12）与支架系统（13）之间设置有高度角驱动装置（14）。
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