CN102566591A - 太阳能追踪系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种太阳能追踪系统，采用双蜗杆传动机构进行水平传动，丝杆传动机构进行俯仰传动，双蜗杆传动机构可以减小传动末端的间隙，有利于太阳能追踪系统整体平稳追踪太阳光，减小风力对整个系统的影响，提高追踪精度；此外，由于整个追踪系统重量较大，重力和惯性都相当大，减小间隙还有利于减小整个系统在启动和反转时的惯性影响；而丝杆传动机构的传动效率和传动精度都较高，并且可以保持自由转动，防止卡死。

Description

太阳能追踪系统
技术领域
本发明涉及一种太阳能追踪系统，尤其是一种能自动调节太阳能电池水平和上下方向追踪太阳光的系统。
背景技术
太阳能追踪系统是保持太阳能电池板随时正对太阳，让太阳光的光线随时上下照射太阳能电池板的动力装置，采用太阳能追踪系统能显著提高太阳能电池板的发电效率。
太阳能追踪系统一般包括用于安装太阳能电池的框架，调节框架水平运动的水平调节机构以及调节框架上下运动的俯仰调节机构。其中，水平调节机构，现有技术中已研制了蜗轮蜗杆传动机构，大多为单个的蜗杆和单个的蜗轮传动，然而这样的传动机构由于接触齿数少、工作不平稳、抗冲击能力不强、传动力矩小和使用寿命短，已不适合应用于太阳能追踪系统中。
而对于俯仰调节机构，已研制了采用丝杆调节的方式，如公开号为CN101571321A的中国专利申请，公开了一种太阳能光伏发电自动跟踪系统包括太阳能电池组件、高灵敏度光探头、底面支撑固定架、太阳能电池组件固定架、丝杆伸缩结构、低速直流电机、自动跟踪控制器。根据高灵敏度光探头采集的光照信号，自动跟踪控制器做出判断，控制低速直流电机正向或反向转动，带动丝杆伸缩，从而使太阳能电池组件绕固定轴转动，达到跟踪目的。然而这样的调节机构，直接通过电机带动丝杆伸缩，其传动精度较低，不便于使用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种太阳能追踪系统，调节机构传动效率高并且平稳，传动精度高，使用寿命长。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种太阳能追踪系统，包括用于安装太阳能电池的框架，与所述框架连接的用于调节所述框架作水平转动的水平传动机构，与所述框架连接的用于调节所述框架作上下运动的俯仰传动机构，其特征在于，
所述水平传动机构包括输出动力的第一电机，所述第一电机的输出轴上设有第一小齿轮；
与所述第一小齿轮啮合的第一大齿轮，所述第一大齿轮的中心与小蜗杆的一端固定；
与所述小蜗杆啮合的小蜗轮，与所述小蜗轮同轴设置有第一传动齿轮，所述第一传动齿轮的两侧分别设有传动齿轮，两端的两个所述传动齿轮的中心分别固定有一个大蜗杆，两个所述大蜗杆作反向等速运动，并且中间啮合设置大蜗轮；
所述大蜗轮的中心固定有同步转动的中心柱。
所述第一传动齿轮一侧啮合设置有两个第二传动齿轮，另一侧啮合设置两个第三传动齿轮和一个第四传动齿轮，所述第二传动齿轮和所述第三传动齿轮、第四传动齿轮组合的传动比一致，由此使得可以将小蜗杆的转动同步传动到两侧的大蜗杆，以带动大蜗轮转动。
所述中心柱设有第一键，通过所述第一键与所述大蜗轮连接，可以使得中心柱和大蜗轮同步转动。
所述框架下方固定连接座，所述连接座下方固定有俯仰旋转座，所述俯仰旋转座与水平旋转座可转动连接。所述水平旋转座下方固定有中座，所述中座通过中座连接座连接到所述中心柱的上端。通过上述部件，使得框架与水平传动机构和俯仰传动机构连接，以在这两个调节机构的带动下运动。
为了减小水平传动机构转动时与外壳的摩擦力，可以设置平面轴承和直线轴承。
所述中座连接座下平面设置有平面轴承。
所述中心柱的外侧设有两个直线轴承，所述直线轴承分别位于所述大蜗轮的上方和下方。
本发明中，俯仰传动机构采用丝杆传动的方式，由此实现稳定且高精度的传动。所述俯仰传动机构包括输出动力的第二电机，所述第二电机的输出轴上设有第二小齿轮；
与所述第二小齿轮啮合的第二大齿轮，所述第二大齿轮的中心与蜗杆的一端固定；
与所述蜗杆啮合的丝杆蜗轮，所述丝杆蜗轮内固定有丝杆螺母，丝杆的一端穿过所述丝杆螺母并螺纹连接，所述丝杆的另一端固定在所述连接座的一端。
所述丝杆螺母上设有第二键，所述丝杆螺母通过所述第二键与所述丝杆蜗轮连接，使得丝杆螺母和丝杆蜗轮同步转动。
所述俯仰传动机构外壳的两侧设置有支撑柱，所述支撑柱与悬梁固定，所述悬梁连接到所述水平旋转座。支撑柱可以在丝杆上下运动时，保持整个俯仰传动机构自由转动，防止卡死。
所述丝杆的螺纹为梯形螺纹，有着很好的传动效率和传动精度。
与现有技术相比，本发明的优点在于：采用双蜗杆机构进行水平传动，可以减小传动末端的间隙，有利于太阳能追踪系统整体平稳追踪太阳光，减小风力对整个系统的影响，提高追踪精度。此外，由于整个追踪系统重量较大，重力和惯性都相当大，减小间隙还有利于减小整个系统在启动和反转时的惯性影响；采用丝杆传动机构进行俯仰传动，传动效率和传动精度都较高，并且可以保持自由转动，防止卡死。
附图说明
图1为本发明的太阳能追踪系统的示意图；
图2为本发明的框架平面示意图；
图3为本发明的框架的安装示意图；
图4为本发明的抱环的示意图；
图5-1为图2的A-A向剖视图；
图5-2为图5-1的局部放大示意图；
图6为本发明的水平传动机构的正视图；
图7为图6的B-B向剖视图；
图8为本发明的水平传动机构的立体结构示意图；
图9为本发明的平面轴承示意图；
图10为本发明的直线轴承示意图；
图11为图1的俯仰传动机构的C-C向剖视图；
图12为本发明的俯仰传动机构的立体结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
参见图1，一种太阳能追踪系统，包括用于安装太阳能电池的框架1，固定在框架1下方的连接座2，用于调节框架1作水平转动的水平传动机构3和调节框架1作上下运动的俯仰传动机构4，以及与水平传动机构3固定而将整个系统与地面固定的支承座5。通过电机驱动的水平传动机构3和俯仰传动机构4调节框架1的方向，由此调节太阳能电池的方向，使其随时正对太阳，让太阳光的光线随时上下照射太阳能电池板，提高太阳能电池的发电效率。
参见图2和图3，框架1包括多个横梁11和多个纵梁12，横梁11为圆柱形钢管，纵梁12则为轻型工字钢。纵梁12上间隔布置有纵梁孔121，其形状与横梁11的横截面相应，横梁11可穿过纵梁孔121与纵梁12固定，环绕纵梁孔121周围开设有多个第一固定孔123。纵梁12的一侧设有抱环122，抱环122呈一侧开口的C字形，穿设在横梁11上。参见图4，抱环122包括抱环臂124，在抱环臂124的靠近纵梁12的一侧具有突出的裙边125，其上具有多个第二固定孔126，其位置和数量与第一固定孔123相应。抱环臂124在开口处具有相对的两个端面127，其上分别设置有锁紧孔128。纵梁12的另一侧设置有弧形的抱环垫片129，在本实施例中，抱环垫片129为三个，组成一个环形，每个抱环垫片129的两端分别开设有第三固定孔130，与第一固定孔123的位置和数量相应。螺栓穿过第二固定孔126、第一固定孔123和第三固定孔130使得抱环122、纵梁12和抱环垫片129固定。抱环臂123在开口处相对的两个端面127，通过螺栓穿过锁紧孔128可使得抱环122锁紧在横梁11上。
参见图5-1和图5-2，抱环122和横梁11之间留有间隙，由此可以调整纵梁12相对横梁11的角度。
安装时，将横梁11穿过纵梁孔121后，确定纵梁12的横向位置。将抱环122通过一侧的开口穿设到横梁11上，且位于纵梁12的一侧。当多个纵梁12和抱环122都穿到横梁11上后，将螺栓穿过锁紧孔128使得抱环122与横梁11锁紧。而后，通过横梁11和抱环122之间的间隙，调整纵梁12的上端面131均处于同一平面，将螺栓穿过第二固定孔126、第一固定孔123和第三固定孔130使得抱环122、纵梁12和抱环垫片129固定。由此，横梁11和纵梁12的相对位置固定，纵梁12的上端面131上具有多个可用于安装太阳能电池的安装孔132。
通过使用本发明的框架1，可以安装40-168个太阳能电池，面积可达到80m2，大大降低了每个太阳能电池的框架的成本，提高了使用的效率。
参见图1，连接座2固定在框架1的下方，如通过焊接的方式，与框架1的横梁11和纵梁12固定。连接座2下方固定有俯仰旋转座21，其与水平旋转座22可转动连接。水平旋转座22下方与中座23固定，中座23通过中座连接座24连接水平传动机构3，中座23和中座连接座24可通过螺栓固定。
参见图6-8，为本发明的双蜗杆结构的水平传动机构3。输出动力的第一电机31的输出轴上设有第一小齿轮32，其与第一大齿轮33啮合，小蜗杆34的一端与第一大齿轮33的中心固定，由第一大齿轮33带动旋转。小蜗杆34上具有多个小蜗杆螺旋齿341，与小蜗轮35啮合。小蜗轮35的转动带动传动齿轮，传动齿轮的两端分别啮合一个大蜗杆36。其中，第一传动齿轮37与小蜗轮35同轴设置，随小蜗轮35的转动而转动。该第一传动齿轮37两侧分别设置奇数个和偶数个传动齿轮，由此可以带动两侧的大蜗杆36作方向相反的转动。在本实施例中，该第一传动齿轮37的一侧设置有两个第二传动齿轮38，另一侧设置两个第三传动齿轮39和一个第四传动齿轮40，其中，传动齿轮之间啮合，并且第二传动齿轮和所述第三传动齿轮、第四传动齿轮组合的传动比一致，由此使得大蜗杆作等速的转动。大蜗杆36分别固定在两端的第二传动齿轮38和第四传动齿轮40的中心，两个大蜗杆36的中间设置有大蜗轮361，大蜗杆36的中间设置有多个大蜗杆螺旋齿362，与大蜗轮361啮合。
当需要调节框架1的水平方向时，第一电机31输出的动力依次经过第一小齿轮32、第一大齿轮33、小蜗杆34、传动齿轮、大蜗杆36、大蜗轮361，由于两个大蜗杆36的转动方向相反并且转速相等，由此带动大蜗轮361在挤压状态下沿一个方向转动，可以减小传动末端的间隙，有利于太阳能追踪系统整体平稳追踪太阳光，减小风力对整个系统的影响，提高追踪精度。此外，由于整个追踪系统重量较大，重力和惯性都相当大，减小间隙还有利于减小整个系统在启动和反转时的惯性影响。
大蜗轮361中心与中心柱25固定，中心柱25上设有第一键251与大蜗轮361连接，由此大蜗轮361和中心柱25可以同步转动。中心柱25的上端与中座连接座24固定，如，采用焊接的方式。当大蜗轮361转动时，可以通过中心柱25带动中座23旋转，由此使得水平旋转座22旋转，从而框架1可以作水平转动。
为了减小旋转时的摩擦，中座连接座24下平面设有平面轴承26，中心柱25的外侧设有两个直线轴承26，分别位于大蜗轮361的上方和下方。
参见图9，为平面轴承26的示意图。平面轴承26呈圆环形，其上设置有多个轴向的第一通孔261，每个第一通孔261内设置第一钢珠262。
参见图10，为直线轴承27的示意图。直线轴承27呈圆柱形，侧壁上设置有多个径向的第二通孔271，优选的，呈均匀分布。每个第二通孔271内设置第二钢珠272。
由于在轴承表面设置了钢珠，由此，当中心柱25和中座连接座24旋转时，可以减小与水平传动机构3外壳的摩擦。
参见图1、图11和图12，俯仰传动机构4采用丝杆传动方式，输出动力的第二电机41的输出轴上设有第二小齿轮42，其与第二大齿轮43啮合，蜗杆44的一端与第二大齿轮43的中心固定，由第二大齿轮43带动旋转。蜗杆44上具有多个螺旋齿441，与丝杆蜗轮45啮合，丝杆蜗轮45内固定有丝杆螺母46，丝杆螺母46上设有第二键461，由此与丝杆蜗轮45连接。丝杆47的一端穿过丝杆螺母46并与丝杆螺母46螺纹连接，另一端固定在连接座2的一端。优选的，丝杆47的螺纹为梯形螺纹，有着很好的传动效率和传动精度。俯仰传动机构4外壳的两侧设置有支撑柱48，与悬梁49固定，悬梁49连接到水平旋转座22。支撑柱48可以在丝杆47上下运动时，保持整个俯仰传动机构4自由转动，防止卡死。
当需要调节框架1的上下方向时，第二电机41输出的动力依次经过第二小齿轮42、第二大齿轮43、蜗杆44、丝杆蜗轮45、丝杆螺母46，丝杆螺母46的转动使得丝杆47作上下的运动，以带动连接座2，从而带动框架1作上下方向的运动。
以上所述仅为本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员而言，在不脱离本发明的原理前提下，还可以做出多种变形和改进，这也应该视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种太阳能追踪系统，包括用于安装太阳能电池的框架(1)，与所述框架(1)连接的用于调节所述框架(1)作水平转动的水平传动机构(3)，与所述框架(1)连接的用于调节所述框架(1)作上下运动的俯仰传动机构(4)，其特征在于，
所述水平传动机构(3)包括输出动力的第一电机(31)，所述第一电机(1)的输出轴上设有第一小齿轮(32)；
与所述第一小齿轮(32)啮合的第一大齿轮(33)，所述第一大齿轮(33)的中心与小蜗杆(34)的一端固定；
与所述小蜗杆(34)啮合的小蜗轮(35)，与所述小蜗轮(35)同轴设置有第一传动齿轮(37)，所述第一传动齿轮(37)的两侧分别设有传动齿轮，两端的两个所述传动齿轮的中心分别固定有一个大蜗杆(36)，两个所述大蜗杆(36)作反向等速运动，并且中间啮合设置大蜗轮(361)；
所述大蜗轮(361)的中心固定有同步转动的中心柱(25)。
2.如权利要求1所述的太阳能追踪系统，其特征在于，所述第一传动齿轮(37)一侧啮合设置有两个第二传动齿轮(38)，另一侧啮合设置两个第三传动齿轮(39)和一个第四传动齿轮(40)，所述第二传动齿轮(38)和所述第三传动齿轮(39)、第四传动齿轮(40)组合的传动比一致。
3.如权利要求1所述的太阳能追踪系统，其特征在于，所述中心柱(25)设有第一键(251)，通过所述第一键(251)与所述大蜗轮(361)连接。
4.如权利要求1所述的太阳能追踪系统，其特征在于，所述框架(1)下方固定连接座(2)，所述连接座(2)下方固定有俯仰旋转座(21)，所述俯仰旋转座(21)与水平旋转座(22)可转动连接。所述水平旋转座(22)下方固定有中座(23)，所述中座(23)通过中座连接座(24)连接到所述中心柱(25)的上端。
5.如权利要求4所述的太阳能追踪系统，其特征在于，所述中座连接座(24)下平面设置有平面轴承(26)。
6.如权利要求4所述的太阳能追踪系统，其特征在于，所述中心柱(25)的外侧设有两个直线轴承(26)，所述直线轴承(26)分别位于所述大蜗轮(361)的上方和下方。
7.如权利要求4所述的太阳能追踪系统，其特征在于，
所述俯仰传动机构(4)包括输出动力的第二电机(41)，所述第二电机(41)的输出轴上设有第二小齿轮(42)；
与所述第二小齿轮(42)啮合的第二大齿轮(43)，所述第二大齿轮(43)的中心与蜗杆(44)的一端固定；
与所述蜗杆(44)啮合的丝杆蜗轮(45)，所述丝杆蜗轮(45)内固定有丝杆螺母(46)，丝杆(47)的一端穿过所述丝杆螺母(46)并螺纹连接，所述丝杆(47)的另一端固定在所述连接座(2)的一端。
8.如权利要求7所述的太阳能追踪系统，其特征在于，所述丝杆螺母(46)上设有第二键(461)，所述丝杆螺母(46)通过所述第二键(461)与所述丝杆蜗轮(45)连接。
9.如权利要求7所述的太阳能追踪系统，其特征在于，所述俯仰传动机构(4)外壳的两侧设置有支撑柱(48)，所述支撑柱(48)与悬梁(49)固定，所述悬梁(49)连接到所述水平旋转座(22)。
10.如权利要求7-9中任一项所述的太阳能追踪系统，其特征在于，所述丝杆(47)的螺纹为梯形螺纹。
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