CN102289232B - 太阳光伏跟踪系统角度位置反馈模块 - Google Patents

Abstract

一种太阳光伏跟踪系统角度位置反馈模块，由外壳(1)、旋转编码器(2)、码盘安装架(3)、模块底座(4)、连接杆(5)、限位开关(6)、滑动挡块(7)、中心轴组合(8)和柔性联轴节(9)组成。外壳(1)罩在模块底座(4)上面，将旋转编码器(2)、码盘安装架(3)、限位开关(6)、滑动挡块(7)、中心轴组合(8)的上半部，以及柔性联轴节(9)封闭在由外壳(1)和模块底座(4)构成的密封腔内。本发明集成了角度大小反馈和极限位置报警两个功能，与采用独立的元部件相比较，本发明整体防护等级高，同时增加了对传感器的保护设计，限位角度调节方便，便于运输和安装，使角度位置的反馈更加稳定和可靠。

Description

太阳光伏跟踪系统角度位置反馈模块

技术领域

本发明涉及一种太阳自动跟踪系统，特别涉及一种光伏跟踪角度位置反馈机构。

背景技术

随着太阳能光伏发电产业在我国的蓬勃发展，太阳光伏跟踪系统作为太阳光伏发电系统的主要构件，逐渐成为太阳光伏发电领域研究的热点。

太阳光伏跟踪系统能够跟随太阳位置变化而相应调整自身姿态，它通过自身姿态的调整减小了太阳光对太阳光伏阵列的入射角，从而提高太阳电池的发电效果，降低了系统发电成本，太阳光伏跟踪系统一般由跟踪控制器、电气传动执行机构、光伏支架和位置反馈机构等部分组成。在已有的技术方案中，用于太阳光伏跟踪系统的角度反馈机构的旋转编码器和限位开关都是独立应用的，因此需要分别考虑旋转编码器和限位开关的安装及防护，由于其应用场合多为荒漠户外条件，故需要选择防护等级较高的产品，即便如此，旋转编码器和限位开关由于户外恶劣的雨雪、沙尘天气也常常出现故障；旋转编码器作为重要的反馈部件，现场安装时较易损坏，例如当其转动时若输出轴径向受力，其内部光栅则较易出现碎裂。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的缺点，针对其中位置反馈机构这一重要组成部分提出了一种用于太阳光伏跟踪系统的角度反馈模块。本发明角度反馈模块集成了角度大小反馈和极限位置报警两个功能，将旋转编码器和限位开关集成在一起，克服了单独安装可能出现的问题，达到安装方便，调试简单，运行可靠设计目的。

本发明角度反馈模块由外壳，旋转编码器，码盘安装架，模块底座，连接杆，限位开关，滑动挡块，中心轴组合，柔性联轴节等部件组成，其相对位置如下：

外壳罩在模块底座上面，将旋转编码器、码盘安装架、限位开关、滑动挡块、中心轴组合的上半部，以及柔性联轴节封闭在由外壳罩和模块底座这两个部件构成的密封腔内。

旋转编码器位于外壳内部，并由码盘安装架支撑固定，旋转编码器输出轴向下穿过码盘安装架上表面的中心孔，与柔性联轴节相连。

码盘安装架位于旋转编码器和模块底座之间，码盘安装架的矩形窗面对限位开关，码盘安装架下端固定在模块底座上，上端支撑起旋转编码器。

连接杆位于角度位置反馈模块的最下方，在模块底座和外壳构成的封闭腔外部，与中心轴组合的下端联接。

限位开关安装于模块底座的上表面，与中心轴组合的导轨临近，并处于同一高度，限位开关的触点正对码盘安装架的矩形窗。

滑动挡块固定在中心轴组合的导轨上，初始安装位置应与限位开关的触点、中心轴组合的轴心在一条线上，且位于距离限位开关触点最远的点上。

中心轴组合穿过模块底座中部的圆形通孔，与模块底座装配在一起，其中部的滑动轴承与模块底座紧密结合，中心轴组合上端和柔性联轴节相连，中心轴组合的下端与连接杆相连。

柔性联轴节位于码盘安装架内部，向下与中心轴组合的上端相连，向上与旋转编码器的输出轴相连。

柔性联轴位于码盘安装内部，并处于中心轴组和旋转编码之间，柔性联轴节上端与旋转编码器的输出轴相连，下端与中心轴组合的上端相连，将旋转编码器和中心轴组合的同轴连接由刚性连接转变为柔性联接，降低了对旋转编码器安装法兰码盘安装架的加工精度的要求，简化了旋转编码器的安装，增强了旋转编码器的安装可靠性。中心轴组合中部设计有滑动轴承，此滑动轴承外表面嵌入模块底座中间的通孔，内表面套接在中心轴组合上，此滑动轴承支撑起中心轴组合，防止中心轴组合产生径向晃动，确保中心轴组合与旋转编码器输出轴的同心度，同时如果由于某种原因导致角度反馈模块安装不当，中心轴组合承受径向作用力，由滑动轴承形成的支撑点可以有效的抵消这种径向作用力，进而避免中心轴组合上径向作用力的传递，达到对旋转编码器的保护，提高角度反馈模块的总体可靠性；本发明设计了一款长度可选的滑动挡块，滑动挡块设计为圆弧形，滑动挡块的弧度与中心轴组合的导轨相匹配，其弧长根据具体应用场合确定，滑动挡块安装在中心轴组合的导轨上，限位开关安装在模块底座上，其触点正对码盘安装架的矩形窗，限位开关距离中心轴组合的距离经过合理地设计，若中心轴组合顺时针转动，滑动挡块顺时针同步转动，当转至极限角度，滑动挡块左端触动限位开关的触点，限位开关动作，相反，若中心轴组合逆时针转动时，当转动到极限角度，滑动挡块的右端触动限位开关的触点，限位开关动作，滑动挡块和限位开关相互配合完成极限位置反馈功能。使用时可根据角度限定范围灵活选取滑动挡块的长度，例如光伏支架实际可运行的角度范围为120度，则滑动挡块7圆弧长度应选择为240度所对应的弧长，滑动挡块加工及安装都较为简单，单件制造简单、成本低；本发明将旋转编码器、限位开关等电器元件集成在封闭的外壳内，故在电器元件选型时能够适当放宽对器件防护等级的要求，从而使电器元件的选型范围扩大。本例中选择了限位开关与滑动挡块配合，实现了两个极限位置的限位警告信号发生的功能，比现有技术节约了一个限位开关，使可靠性得到提高，同时降低了成本。

本发明的有益效果是：

1、本发明将旋转编码器和限位开关集成到一起，设计为密封型设备，不必再单独考虑旋转编码器和限位开关的IP防护特性，增加了关键部件的选型范围，同时也保证了位置反馈机构具有较高的防护等级；

2、增加了对旋转编码器的保护，避免了旋转编码器在转动时，其输出轴承受径向作用力。本发明通过滑动轴承和柔性联轴节等部件，解决了旋转编码器输出轴与中心轴组合同轴度难保证的问题，完成了转动角度的传递，同时也将可能产生的径向作用力分解到了滑动轴承上，对旋转编码器形成了有效的保护；

3、限位角度范围调整灵活，只需要根据设计的限位角度加工对应弧长的滑动挡块即可；

4、旋转编码器、限位开关、滑动挡块等部件集成在一处，不必分别为其设计安装接口，即简化了支架的设计，又方便了这些部件的安装；

5、旋转编码器和限位开关在工厂内安装调试，集成在角度位置反馈模块内，与单独使用旋转编码器和限位开关相比较，集成后的角度位置反馈模块其外壳坚固，大大降低了在运输及现场安装过程中损坏的风险，同时因为集成度较高，一些精细性的工作在出厂前已经完成，不仅质量较容易控制，其安装的便利性也大大提高。

附图说明

图1为角度位置反馈模块总体图，图中：1外壳，2旋转编码器，3码盘安装架，4模块底座，5连接杆，6限位开关，7滑动挡块，8中心轴组合，9柔性联轴节；

图2为模块底座，图中：4-1、4-2和4-3为码盘支架安装孔，4-4和4-5为限位开关安装孔，4-6为外壳1的安装孔，4-7为模块底座4的中心孔，4-8为旋转编码器2的输出电缆出线槽，4-9为限位开关6的出线孔；

图3为中心轴组合，图中：8-1中心轴组合上端，8-2导轨，8-3滑动轴承，8-4中心轴组合下端；

图4为码盘支架，图中：3-1、3-2和3-3为旋转编码器2的安装孔，3-4和3-5为码盘安装架固定孔，3-6为码盘安装架中心孔，3-7为矩形窗。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

本发明角度反馈模块由外壳1，旋转编码器2，码盘安装架3，模块底座4，连接杆5，限位开关6，滑动挡块7，中心轴组合8，柔性联轴节9等部件组成。

如图1所示，为了将角度位置反馈模块内部展示出来，图1采用了爆炸图的形式将外壳1与其它部件分离开，实际装配时外壳1紧扣在模块底座4上，并通过两侧的螺丝进行紧固，旋转编码器2的外壳固定在码盘安装架3上，旋转编码器2的输出轴通过柔性联轴节9与中心轴组合8联接，码盘安装架3底部固定在模块底座4上侧，中心轴组合8穿过模块底座4的中心孔与连接杆5联接，限位开关6装配在模块底座4上，滑动挡块7安装在中心轴组合8的导轨上。

本发明角度反馈模块各部件相对位置关系为：

外壳1罩在模块底座4上面，将旋转编码器2、码盘安装架3、限位开关6、滑动挡块7、中心轴组合8的上半部、柔性联轴节9封闭在由它们两个部件构成的密封腔内；旋转编码器2位于外壳1内部，并由码盘安装架3支撑固定，旋转编码器2输出轴向下穿过码盘安装架3上表面的中心孔，与柔性联轴节9相连；码盘安装架3位于旋转编码器2和模块底座4之间，码盘安装架3的矩形窗面对限位开关6，码盘安装架3下端固定在模块底座4上，上端支撑起旋转编码器2；连接杆5位于角度位置反馈模块的最下方，在模块底座4和外壳1构成的密封腔外部，与中心轴组合8的下端联接；限位开关6安装于模块底座4的上表面，与中心轴组合8的导轨邻近，并处于同一高度，限位开关6的触点正对码盘安装架3的矩形窗；滑动挡块7固定在中心轴组合8的导轨上，滑动挡块7的初始安装位置应与限位开关6的触点、中心轴组合8的轴心在一条线上，且位于距离限位开关6触点最远的一端；中心轴组合8穿过模块底座4中部的圆形通孔，与模块底座4装配在一起，其中部的滑动轴承与模块底座4紧密结合，中心轴组合8上端和柔性联轴节9相连，中心轴组合8的下端与连接杆5相连；柔性联轴节9位于码盘安装架3内部，向下与中心轴组合8的上端相连，向上与旋转编码器2的输出轴相连。

如图2所示，模块底座4中，相邻的2个安装孔4-4和4-5用于安装限位开关，3个对称分布的安装孔4-1、4-2和4-3用于固定码盘安装架，半圆槽4-8用于旋转编码器2的电气电缆走线，圆形通孔4-9用于限位开关6的电气线缆走线，以便于限位开关的电气信号输出，侧面小圆孔4-6用于外壳的安装固定。

如图3所示，中心轴组合8的上端8-1与柔性联轴节相连，导轨8-2用于安装滑动挡块，滑动挡块在导轨8-2上的位置可任意调整，中部滑动轴承8-3与模块底座中心孔通过紧配合装配，对中心轴组合8的起到支撑固定的作用，下端8-4与连接杆相连。

如图4，码盘安装架3上端三个对称分布的安装孔3-1、3-2和3-3用于安装旋转编码器2，下端的安装孔3-4和3-5用于将码盘安装架3固定在模块底座上，码盘安装架中心孔3-6是为旋转编码器2的输出轴预留的，便于旋转编码器2的输出轴穿过此孔与柔性联轴节连接，码盘安装架3侧面开有矩形窗3-7与限位开关6相对，一方面是为了柔性联轴节9的安装方便，另一方面是为限位开关6留出空间，使限位开关的触点能够接触到滑动挡块7。

本发明角度反馈模块工作原理如下：

平单轴光伏跟踪系统在追踪太阳时，支架绕旋转轴转动，将带动角度反馈模块的连接杆5同步转动，连接杆5通过键槽连接的方式转动中心轴组合8，中心轴组合8通过柔性联轴节9与旋转编码器2相连，将支架的转动角度传递给旋转编码器2，从而得到角度反馈信号。柔性联轴节9的使用，使中心主轴组合8和旋转编码器2的同轴度问题得到了较好地解决，降低了部件的加工和装配难度；若中心轴组合8在转动时受径向作用力，此作用力将直接作用到中心轴组合8的滑动轴承8-3上，不会被中心轴组合8传递到旋转编码器2的转轴上，从而对旋转编码器2实现了保护作用。

滑动挡块7设计为圆弧状，安装在中心轴组合8的滑轨8-2上，其安装位置可根据需要沿滑轨8-2任意调整，滑动挡块7的弧长决定了光伏支架被限定角度的大小，例如，滑动挡块7的弧长对应的圆周角大小为120度，则光伏支架实际可旋转角度最大为240度，因此在不同的应用场合，只需要准备不同弧长的滑动挡块7即可，滑动挡块7为提前在工厂中加工，其弧长较易精确控制，所以限位角度也可以准确控制；安装时，滑动挡块7的中心点同限位开关6的触点相对，成180度角；中心轴组合8随光伏支架同步转动时，滑动挡块7也随之同步转动，若中心轴组合8顺时针转动角度范围越限，如图2所示，滑动挡块7的左端将触动限位开关6的触点，限位开关6发出开关信号，若中心轴组合8逆时针转动角度范围越限，如图2所示，滑动挡块7的右端将触动限位开关6的触点，限位开关6同样也会发出开关信号，至此，无论光伏支架顺时针转动超范围还是逆时针转动超范围，都可以通过限位开关6向控制机构发出警告信号，限位反馈功能实现；因为所选用限位开关6和所设计滑动挡块7小巧灵活，并与角度反馈机构集成在一起，所以得以对它进行加盖密闭，使风沙、扬尘、雨雪等不利环境因素对限位机构不造成影响，很好的解决了其户外使用适用性的问题。

Claims (4)

1.一种太阳光伏跟踪系统角度位置反馈模块，其特征在于，所述的角度位置反馈模块由外壳(1)、旋转编码器(2)、码盘安装架(3)、模块底座(4)、连接杆(5)、限位开关(6)、滑动挡块(7)、中心轴组合(8)和柔性联轴节(9)组成；外壳(1)罩在模块底座(4)上面，将旋转编码器(2)、码盘安装架(3)、限位开关(6)、滑动挡块(7)、中心轴组合(8)的上半部，以及柔性联轴节(9)封闭在由外壳(1)和模块底座(4)构成的密封腔内；旋转编码器(2)由码盘安装架(3)支撑固定，旋转编码器(2)的输出轴向下穿过码盘安装架(3)上表面的中心孔，与柔性联轴节(9)相连；码盘安装架(3)位于旋转编码器(2)和模块底座(4)之间，码盘安装架(3)的下端固定在模块底座(4)上，码盘安装架(3)的上端支撑旋转编码器(2)；连接杆(5)位于所述的角度位置反馈模块的最下方，位于模块底座(4)和外壳(1)构成的密封腔外部，与中心轴组合(8)的下端联接；限位开关(6)安装于模块底座(4)的上表面，与中心轴组合(8)的导轨邻近，和中心轴组合(8)的导轨处于同一高度；限位开关(6)的触点正对码盘安装架(3)的矩形窗；滑动挡块(7)固定在中心轴组合(8)的导轨上，滑动挡块(7)的初始安装位置与限位开关(6)的触点，以及中心轴组合(8)的轴心在一条线上，且位于距离限位开关(6)触点最远的一端；中心轴组合(8)穿过模块底座(4)中部的圆形通孔，与模块底座(4)装配在一起，中心轴组合(8)中部的滑动轴承与模块底座(4)紧密结合，中心轴组合(8)上端和柔性联轴节(9)相连，中心轴组合(8)的下端与连接杆(5)相连；柔性联轴节(9)位于码盘安装架(3)内部，向下与中心轴组合(8)的上端相连，向上与旋转编码器(2)的输出轴相连。

2.按照权利要求1所述的太阳光伏跟踪系统角度位置反馈模块，其特征在于，所述的滑动挡块(7)在中心轴组合(8)的导轨(8-2)上的位置任意可调。

3.按照权利要求1所述的太阳光伏跟踪系统角度位置反馈模块，其特征在于，所述的码盘安装架(3)的侧面开有与限位开关(6)相对的矩形窗(3-7)。

4.按照权利要求1所述的太阳光伏跟踪系统角度位置反馈模块，其特征在于，中心轴组合(8)中部设计有滑动轴承，滑动轴承嵌入模块底座(4)的中心孔对中心轴组合进行支撑，同时中心轴组合(8)上端与旋转编码器(2)输出轴采用柔性联轴节(9)相连。

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