CN102183966B - 一种联动式二自由度太阳能跟踪机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种联动式二自由度太阳能跟踪机构，该机构包括太阳能板支架（1）、可调连杆（3）、下支座（5）、上支座（7）、蜗杆（8）、蜗轮（9）、步进电机（10）和底板（11）；所述下支座（5）与底板（11）固定连接，与蜗轮（9）通过轴承连接；所述上支座（7）底端与蜗轮（9）固定连接，顶端通过两个滚动轴承与太阳能支架（1）连接；所述步进电机（10）、蜗杆（8）与蜗轮（9）形成传动机构；所述可调连杆（3）分别与所述底板（11）和所述太阳能板支架（1）通过杆端关节轴承连接。该机构结构简单，跟踪精确，能耗低。

Description

一种联动式二自由度太阳能跟踪机构

技术领域

本发明涉及一种太阳能自动跟踪机构，尤其涉及一种联动式单电机驱动二自由度太阳能自动跟踪机构。

背景技术

目前，现有的许多二自由度太阳能自动跟踪装置系统，都能实现太阳能自动跟踪的目的，其原理也基本相同，大都是通过两台电机分别控制太阳能板东西方向与南北方向的运动。这种装置虽然能够保证太阳能跟踪的精度，但两台电机同时工作也增加了能源的消耗，从而使太阳能的相对发电效率下降，这也是太阳能自动跟踪装置不能大范围普及的重要因素。在越来越强调节能的社会大背景下，有必要设计一种新型的低能耗、高精度二自由度太阳能自动跟踪机构。

发明内容

本发明的目的在于为解决上述问题，提供一种新型单电机驱动的二自由度太阳能自动跟踪机构，该机构实现一台电机驱动两个方向的自动跟踪，降低了能耗。

本发明的技术方案是：一种联动式二自由度太阳能跟踪机构，包括太阳能板支架、可调连杆、下支座、上支座、蜗杆、蜗轮、步进电机和底板；所述下支座与底板固定连接，与蜗轮通过轴承连接；所述上支座底端与蜗轮固定连接，顶端通过两个滚动轴承与太阳能支架连接；所述步进电机、蜗杆与蜗轮形成传动机构；所述可调连杆分别与所述底板和所述太阳能板支架通过杆端关节轴承连接。

              进一步，所述可调连杆包括上连杆、档位槽、调整螺栓、下连杆；所述上连杆底端设有档位槽，置于下连杆的调节腔中，调节腔外设置调整螺栓。

       进一步，所述上连杆底端设有多个档位槽。

进一步，所述太阳能支架与上支座间连接有缓冲弹簧，所述缓冲弹簧位于所述可调连杆的相对侧。

本发明的有益效果：通过蜗轮蜗杆传动机构，控制太阳能板东西方向的转动，以实现对太阳东西方向的精确跟踪；通过可调连杆及两个固定在连杆两端的杆端关节轴承，实现太阳的高度角的调整；通过结构的改进实现了通过一台电机来控制太阳能板两个自由度方向上的运动，大大减少了机构本身的能耗。

附图说明

图1是太阳能自动跟踪机构的三维示意图。

图2是太阳能自动跟踪机构可调连杆结构示意图。

图3是太阳能自动跟踪机构处于起始位置时的示意图。

其中：1. 太阳板支架，2.第一杆端关节轴承，3. 可调连杆，4.第二杆端关节轴承，5. 下支座，6. 缓冲弹簧，7. 上支座，8. 蜗杆，9.蜗轮，10. 步进电机，11. 底板，12. 上连杆，13. 档位槽，14. 调整螺栓，15. 下连杆。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式进行详细描述。

图1是太阳能自动跟踪机构的三维示意图，如图所示，该太阳能跟踪机构包括太阳能板支架1、第一杆端关节轴承2、可调连杆3、第二杆端关节轴承4、下支座5、缓冲弹簧6、上支座7、蜗杆8、蜗轮9、步进电机10和底板11。底板11和下支座5固定连接在一起，底板11上放置步进电机10和蜗杆8。蜗轮9通过轴承和下支座5连接，实现对太阳方位角方向上的自由跟踪，涡轮9上端和上支座7固定连接。太阳能支架1和上支座7通过两个滚动轴承连接，实现对太阳高度角方向上的自由跟踪。可调连杆3的两端分别通过第一杆端关节轴承2和第二杆端关节轴承4与太阳能板支架1和底板11相连，可以实现太阳高度角的调整。

本机构的运行过程为：步进电机10通过联轴器驱动蜗杆8，蜗杆8带动蜗轮9转动，蜗轮9通过上支座7带动太阳能板支架1左右旋转，从而实现太阳板支架1在东西方向的精确跟踪。步进电机10带动太阳板支架1在东西方向跟踪的同时通过可调连杆3的联动带动太阳板支架1在南北方向上对太阳进行跟踪，从而通过一台电机实现了太阳能板1在两个自由度上同时跟踪太阳，达到了节能的目的。

缓冲弹簧6一端固定在太阳板支架1上，另一端与上支座7相连，其位置处于可调连杆3的相对侧。在跟踪过程中，太阳板支架1在南北方向上的倾角变大，缓冲弹簧6也随之被拉伸，其拉力抵消了部分太阳板支架1对可调连杆3的压力，改善了机构的受力状况，起到了保护机构的作用，另一方面，缓冲弹簧6可作为储能装置，优化了支架之间能量的转化，提高了系统效率。

图2是太阳能自动跟踪机构可调连杆结构示意图，如图所示，可调连杆包括上连杆12、档位槽13、调整螺栓14、下连杆15。上连杆12底端设有四个档位槽13，置于下连杆15的调节腔中，调节腔外设置调整螺栓14。调节调整螺栓14，根据调节螺栓14所卡四个档位槽13的不同，可实现可调连杆3自身长度的调整。由于一年中每天同一时刻的太阳高度角都在发生着变化但其角度变化很小，在太阳板支架1精确跟踪太阳东西方向运动的基础上，可通过调整可调连杆3的长度来实现太阳板支架1对太阳高度角的全年的近似跟踪，保证机构跟踪太阳的精度。太阳的运动是周期变化的，通过数据分析计算可确定不同纬度位置4个档位槽13各自的位置，以及确定太阳在运动周期中四个档位所处的时间段。

图3是太阳能自动跟踪机构处于起始位置时的示意图，如图所示，此刻机构跟踪的时刻应是一天的早晨，太阳板支架1在东西方向上转动的角度较大（对应此刻较大的太阳方位角），而此时通过两端分别固定在太阳板支架1和底板11的可调连杆3的联动，太阳板支架1在南北方向上也形成了相对较大的倾角（对应此刻较小的太阳高度角），在随后的跟踪过程中，由于可调连杆3的联动作用，当太阳板支架1在东西方向上转动跟踪时，其在南北方向的倾角也在不断的变化中，从而实现了太阳能板1在两个自由度上对太阳的同时跟踪。

在实施例中，可调连杆3的长度小于上支座7的高度，以使得太阳能支架1在可调连杆3的方向有个向下的倾角，以更好的接受太阳光。可调连杆3与上支座7保持一定距离，以使不会阻碍太阳能支架1的左右旋转。

虽然结合附图描述了本发明的具体实施方式，但是本领域内熟练的技术人员可以在所附权利要求的范围内做出各种变形或修改。

Claims (3)

1.一种联动式二自由度太阳能跟踪机构，包括太阳能板支架（1）、可调连杆（3）、下支座（5）、上支座（7）、蜗杆（8）、蜗轮（9）、步进电机（10）和底板（11）；所述下支座（5）与底板（11）固定连接，与蜗轮（9）通过轴承连接；其特征在于：所述上支座（7）底端与蜗轮（9）固定连接，顶端通过两个滚动轴承与太阳能支架（1）连接；所述步进电机（10）、蜗杆（8）与蜗轮（9）形成传动机构；所述可调连杆（3）分别与所述底板（11）和所述太阳能板支架（1）通过杆端关节轴承连接；所述可调连杆（3）包括上连杆（12）、档位槽（13）、调整螺栓（14）、下连杆（15）；所述上连杆（12）底端设有档位槽（13），置于下连杆（15）的调节腔中，调节腔外设置调整螺栓（14）。

2.根据权利要求1所述的一种联动式二自由度太阳能跟踪机构，其特征在于：所述上连杆（12）底端设有多个档位槽（13）。

3.根据权利要求1或2所述的一种联动式二自由度太阳能跟踪机构，其特征在于：所述太阳能支架（1）与上支座（7）间连接有缓冲弹簧（6），所述缓冲弹簧（6）位于所述可调连杆（3）的相对侧。

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