CN102662408A - 日照轨迹同步器 - Google Patents

Abstract

一种日照轨迹同步器，包括纬轴驱动机构和经轴驱动机构及其控制器。经轴驱动机构包括经轴驱动脉冲电磁铁连接拉杆，拉杆连接双臂杠杆的中部，双臂杠杆两端分别铰接在两个杠杆支座上，双臂杠杆的两个臂还分别连接正向棘爪和逆向棘爪，正向棘爪和逆向棘爪啮合方齿棘轮，方齿棘轮连接驱动减速箱的蜗杆轴，减速箱驱动连接经轴；还设置经轴换向双稳态电磁铁及与其联动的换向拨叉滑杆，换向拨叉滑杆上设置两个分别适配正向棘爪和逆向棘爪的换向拨叉；纬轴驱动机构与经轴驱动机构结构相同。在经轴上设置安装纬轴驱动机构及采光器的安装架；纬轴驱动机构连接并驱动主动链轮，主动链轮通过传动链驱动从动链轮，从动链轮紧固在纬轴上，纬轴上通过采光器撑脚连接采光器。解决跟踪精度不高、不能实现无人值守的问题。

Description

日照轨迹同步器

所属领域

本发明涉及一种日照轨迹同步装置，尤其是涉及一种采用日照来集热或发电的日照轨迹同步器。

背景技术

太阳能的综合利用是新能源领域的热门课题，伴随着出现大量如何高效利用太阳能的发明创造。作为太阳能高效利用中的关键部件——日照轨迹同步装置也有多种结构公布于世。目前使用的太阳跟踪装置大多是阴影跟踪式、光线传感式或计算机控制式等类型，但基本上都是以被动方式运行的，也就是说当装置运行与太阳运行产生偏差时才会指令伺服系统将其矫正，随着太阳运行又产生新的偏差，伺服系统又重新矫正，是被牵着鼻子走的被动运行，这类装置的缺点是：1、结构复杂，2、成本高，3、可靠性得不到保证。比如说，当光线传感器或阴影跟踪器的表面被灰尘或树叶之类的杂物所覆盖时，装置便不能正常工作。

此外，最为典型的是中国专利93107487.8公开的一种簧轮自动跟日机。它用弹簧作储能和动力元件，通过变传部件和其他变速传动副及滤力器连于控制部件，实现广义时角自动跟踪。广义赤纬跟踪是每隔一日或数日调整一下蜗杆的啮合位置。有成本低、不用电、起动轻快、适于世界各地等优点。其不足之处，一、“簧轮自动跟日机”的运行动力来自于弹簧蓄能后的能量释放。弹簧蓄能的过程就是施加外力使弹簧发生形变的过程，由胡克定律的表达式F=-kx或△F=-kΔx可知，施加在弹簧上的外力随弹簧的变形量的增大而增大，弹簧在释放能量时，其弹力随变形量的减小而减小，也就是说，作用在簧轮自动跟日机上的动力在运行过程中是在随之减小的。动力的变化必然导致“簧轮自动跟日机”运行速度产生变化，“簧轮自动跟日机”变化的运行速度不可能与太阳运行的恒定速度同步一致，因此，其所谓“跟踪精度高”与实际不符。二、由“簧轮自动跟日机”附图1和附图2分析可知以弹簧为动力元件的传动机构，只作用于绕主轴转动的部件，即东西方向转动的部件，南北方向转动的部件，即绕赤纬轴转动的部件与弹簧动力元件并无传动关联，其赤纬轴转动机构是无动力的，在一天的运行中，赤纬轴是不转的，要调整赤纬角日误差只能由人工完成。还有，主轴由东到西完成一天运行后，其采能器部件也不能自动返回到起始位置（早晨东方日出时的位置）。因此，在每天早晨日出前，必须由人力完成：使采能器回到起始位置，并对准阳光，给弹簧蓄能，并调整赤纬角度误差等工作后，才能开始新的一天的运行。由此可见，所谓“自动跟日机”，其实并不能自动，试想一下，若真的将此“自动跟日机”安装在高山上或沙漠里，岂不是还得先盖一间值班室吗？三、作为动力元件的弹簧，其弹力必须远大于“跟日机”运行所需的驱动力，人工为弹簧蓄能时所施加的力，又必须大于弹簧最大形变时的弹力，受人力蓄能所能达到的功率限制，决定了“簧轮自动跟日机”只能带动体型较小，重量较轻的采能器。而且，当受到大风或其他的外部阻力时，“跟日器”就可能因带不动而停顿。由此可知，“簧轮自动跟日机”既不能保证其跟日精度，又不能脱离人工自动运行，可见其实用价值并不大。

发明内容

本发明的目的是提供一种日照轨迹同步器，解决现有技术存在的跟踪精度不高、不能实现无人值守的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种日照轨迹同步器，包括驱动采光器随日照轨迹同步转动的纬轴驱动机构和经轴驱动机构及其控制器；其特征在于：所述的经轴驱动机构包括经轴驱动脉冲电磁铁连接拉杆，拉杆连接双臂杠杆的中部，双臂杠杆两端分别铰接在两个杠杆支座上，双臂杠杆的两个臂还分别连接正向棘爪和逆向棘爪，正向棘爪和逆向棘爪啮合方齿棘轮，方齿棘轮连接驱动减速箱的蜗杆轴，减速箱驱动连接经轴；还设置经轴换向双稳态电磁铁及与其联动的换向拨叉滑杆，换向拨叉滑杆上设置两个分别适配正向棘爪和逆向棘爪的换向拨叉；所述的纬轴驱动机构与经轴驱动机构结构相同，只是减速器的传动比不同。

在经轴上设置安装纬轴驱动机构及采光器的安装架；纬轴驱动机构连接并驱动主动链轮，主动链轮通过传动链驱动从动链轮，从动链轮紧固在纬轴上，纬轴上通过采光器撑脚连接采光器。

在经轴还设置经轴角度限位摇臂，并适配经轴角度限位摇臂设置经轴180°角限位开关及0°角限位开关。

在主动链轮轴上还设置纬轴角度限位摇臂，并适配纬轴角度限位摇臂设置南纬角度限位开关及北纬角度限位开关。

日照轨迹同步器的控制器，包括石英振荡器连接多级分频器，多级分频器分别连接分脉冲发生器、秒脉冲发生器及日脉冲发生器；分脉冲发生器通过分脉冲功率放大后连接经轴脉冲驱动电磁铁；日脉冲发生器通过日脉冲功率放大后连接纬轴脉冲驱动电磁铁；秒脉冲发生器连接时钟并经同步校准后分别产生经轴换向脉冲或纬轴换向脉冲后，经轴换向脉冲连接经轴换向双稳态电磁铁，纬轴换向脉冲连接纬轴换向双稳态电磁铁；所述的经轴换向脉冲控制分别来自经轴180°角限位开关及0°角限位开关信号，所述的纬轴换向脉冲控制分别来自南纬角度限位开关及北纬角度限位开关信号。

为了防风，所述的变速箱采用具有自锁功能的蜗轮、蜗杆传动方式的变速箱。

为了回位及可靠控制，在正向棘爪和逆向棘爪之间连接设置棘爪拉簧。

所述的经轴驱动脉冲电磁铁和纬轴驱动机构中的脉冲电磁铁选择直流脉冲驱动电磁铁。

本日照轨迹同步器是根据太阳运行的轨迹以及随时间随季节变化的规律设计而成的，本同步器为双轴主动同步式运行机构，当安装在同步器上的采光面对准太阳启动运行后便可与太阳保持同方向同角速度的精准的主动式同步运行，日复一日，月复一月，年复一年地自动运行，无需人为操作。

与现有太阳跟踪装置相比，本发明以下特点：1、能主动与太阳轨迹精准同步，因采光器固定在纬轴上，纬轴驱动机构能使纬轴带动采光器正对太阳从冬至日的南纬23°27′，以每天0.257°的速度向北转动到夏至日，刚好转到北纬23°27′，然后往回转动，以同样的速度从夏至到冬至回到南纬23°27′，因为冬至日太阳在南回归线上，夏至日太阳在北回归线上，因此，采光器在纬轴上的偏转是和太阳南北方向的偏转是完全同步的。又因为采光器以及纬轴驱动机构均安装在经轴上，能随经轴沿东西方向的转动，经轴驱动器能使采光器的对光方向从早上6点东方日出的0°开始，以每分钟0.25°的速度向西偏转，到晚上18点，转到太阳西下时的180°，然后返回，从18点到次日6电，回到0°，又开始新的一天的同步运行，这也与太阳由东到西偏转方向速度完全同步，经向和纬向的同步精准度取决于石英振荡器组成的时钟精度，石英钟的年计时误差仅几分钟，所以说本同步器是能与太阳轨迹主动精准同步的。2、运行平稳，抗干扰力强，因为在经轴和纬轴的驱动机构中，采用了大速比蜗杆减速箱，而蜗杆减速箱具有单向传动和自锁的特性，所以采光器偏转时重心的变化以及大风等外力都不会影响同步器的正常运行。3、不用电机，结构简单，高可靠，低成本。本同步器不采用电机驱动，没有复杂的齿轮传动机构，有效地降低了成本。本同步器采用棘轮棘爪与蜗杆减速器相结合，以脉冲驱动电磁铁拉动棘爪实现步进，因此结构简单合理，动作平稳可靠。4、低压直流供电，耗电低，不受停电影响。本发明由直流低压脉冲电磁铁驱动，本发明运行一天只需要1441个经纬驱动脉冲，因而耗电极省，即使由一块12V10Ah蓄电池单独供电，也能运行半年之久，所以，电网停电不影响其正常运行。5、脉冲驱动，便于群控。很显然脉冲控制器可以控制单机，也可以控制机群，并且可以步调一致，同步运行。

下面结合附图和具体实施方式对本日照轨迹同步器做进一步详细说明。

附图说明

图1为日照轨迹同步器的结构示意图。

图2为图1中纬轴驱动机构或经轴驱动机构结构示意图。

图3为日照轨迹同步器控制器结构原理框图，示意脉冲发生及控制过程。

图中：1、经轴驱动脉冲电磁铁，2、拉杆，3、双臂杠杆，4、经轴换向双稳态电磁铁，5、换向拨叉滑杆，6、换向拨叉，7、逆向棘爪，8、正向棘爪，9、蜗杆轴方齿棘轮，10、减速箱，11、经轴，12、经轴角度限位摇臂，13、经轴180°角限位开关，14、经轴0°角限位开关，15、安装架，16、纬轴角度限位摇臂，17、南纬角度限位开关，18、北纬角度限位开关，19、纬轴驱动机构，20、主动链轮，21、传动链，22、从动链轮，23、纬轴，24、采光器撑脚，25、采光器，26、棘爪拉簧，27、杠杆支座。

具体实施方式

实施例1，如图1、2、3所示日照轨迹同步器，包括驱动采光器25随日照轨迹同步转动的纬轴驱动机构和经轴驱动机构及控制器。经轴驱动机构包括经轴驱动脉冲电磁铁1连接拉杆2，拉杆2连接双臂杠杆3的中部，双臂杠杆3两端分别铰接在两个杠杆支座27上，双臂杠杆3的两个臂还分别连接正向棘爪8和逆向棘爪7，正向棘爪8和逆向棘爪7啮合方齿棘轮9，方齿棘轮9连接驱动减速箱10的蜗杆轴，减速箱10驱动连接经轴11；还设置经轴换向双稳态电磁铁4及与其联动的换向拨叉滑杆5，换向拨叉滑杆5上设置两个换向拨叉6，两个换向拨叉6分别适配正向棘爪8和逆向棘爪7；纬轴驱动机构和经轴驱动机构结构相同，只是减速器的传动比不同；如也有纬轴驱动电磁铁及纬轴换向双稳态电磁铁及变速箱等。

在经轴11还设置经轴角度限位摇臂12，并适配经轴角度限位摇臂12设置经轴180°角限位开关13及0°角限位开关14。

在经轴11上设置安装所述的纬轴驱动机构及采光器25的安装架15；所述的纬轴驱动机构19连接并驱动主动链轮20，主动链轮20通过传动链21驱动从动链轮22，从动链轮22紧固在纬轴23上，纬轴23上通过采光器撑脚24连接并驱动采光器25。

在主动链轮20轴上还设置纬轴角度限位摇臂16，并适配纬轴角度限位摇臂16设置南纬角度限位开关17及北纬角度限位开关18。

为了锁紧及抗风，所述的变速箱采用具有自锁功能的蜗轮、蜗杆传动方式的变速箱。

为了回位配合更好，在正向棘爪8和逆向棘爪7之间连接设置棘爪拉簧26。

如图3所示的控制器，示意脉冲发生及控制过程。包括石英振荡器连接多级分频器，多级分频器分别连接分脉冲发生器、秒脉冲发生器及日脉冲发生器；分脉冲发生器通过分脉冲功率放大后连接经轴脉冲驱动电磁铁；日脉冲发生器通过日脉冲功率放大后连接纬轴脉冲驱动电磁铁；秒脉冲发生器连接时钟并经同步校准后分别产生经轴换向脉冲或纬轴换向脉冲后，经轴换向脉冲连接经轴换向双稳态电磁铁，纬轴换向脉冲连接纬轴换向双稳态电磁铁；所述的经轴换向脉冲控制分别来自经轴180°角限位开关及0°角限位开关信号，所述的纬轴换向脉冲控制分别来自南纬角度限位开关及北纬角度限位开关信号。所述的经轴驱动脉冲电磁铁和纬轴驱动脉冲电磁铁可以选择直流脉冲驱动电磁铁。

本发明的工作过程是，经轴驱动脉冲电磁铁1每接收一个脉冲，就通过拉杆2拉动双臂杠杆一次，与双臂杠杆联接的两个棘爪7、8同时动作一次，正向棘爪8和逆向棘爪7受换向拨叉6控制，拨叉6安装在换向滑杆5上，由经轴换向双稳态脉冲电磁铁4驱动，若换向滑杆5在正向位置时，拨叉6使逆向棘爪7离开棘轮9的工作面，由于棘爪拉簧26的作用，只有正向棘爪8能拉动棘轮9正向转动一个齿距，若换向滑杆5在逆向位置，则正向棘爪脱离棘轮9的工作面，由逆向棘轮7拉动棘轮9逆向转动一个齿距，方齿棘轮9安装在蜗杆传动减速器10的蜗杆轴上经过减速由蜗轮轴输出转矩，蜗轮轴即是经轴11，经轴角度限位摇臂12在0°位置触动0°角限位开关14时，脉冲控制器输出一个换向脉冲给经轴换向双稳态电磁铁4，使拨叉6处于正向位置，经轴11由东向西正向偏转，当经轴角度限位摇臂12在180°位置触动180°角限位开关13时，脉冲控制器又会输出一个换向脉冲给换向电磁铁4，将换向拨叉6置于逆向位置，经轴11便返回偏转。

纬轴驱动机构中内部结构与经轴驱动机构是完全相同的结构。纬轴偏转的换向点是南纬23°27′和北纬23°27′。

控制器的工作原理是，控制器向经轴驱动脉冲电磁铁每分钟输出一个驱动电脉冲，每天需输出1440个经轴驱动脉冲和每天一个纬轴驱动脉冲，并且在接收到角限位开关发出的信号时，向相应的换向双稳态电磁铁输出换向电脉冲，使其换向运行，如此周而复始。

Claims (5)

1.一种日照轨迹同步器，包括驱动采光器（25）随日照轨迹同步转动的纬轴驱动机构和经轴驱动机构及其控制器；其特征在于：所述的经轴驱动机构包括经轴驱动脉冲电磁铁（1）连接拉杆（2），拉杆（2）连接双臂杠杆（3）的中部，双臂杠杆（3）两端分别铰接在两个杠杆支座（27）上，双臂杠杆（3）的两个臂还分别连接正向棘爪（8）和逆向棘爪（7），正向棘爪（8）和逆向棘爪（7）啮合方齿棘轮（9），方齿棘轮（9）连接驱动减速箱（10）的蜗杆轴，减速箱（10）驱动连接经轴（11）；还设置经轴换向双稳态电磁铁（4）及与其联动的换向拨叉滑杆（5），换向拨叉滑杆（5）上设置两个分别适配正向棘爪（8）和逆向棘爪（7）的换向拨叉（6）；所述的纬轴驱动机构（19）与经轴驱动机构结构相同；

在经轴（11）上设置安装纬轴驱动机构（19）及采光器（25）的安装架（15）；纬轴驱动机构（19）连接并驱动主动链轮（20），主动链轮（20）通过传动链（21）驱动从动链轮（22），从动链轮（22）紧固在纬轴（23）上，纬轴（23）上通过采光器撑脚（24）连接采光器（25）；

在经轴（11）还设置经轴角度限位摇臂(12)，并适配经轴角度限位摇臂(12)设置经轴180°角限位开关(13)及0°角限位开关（14）；

在主动链轮（20）轴上还设置纬轴角度限位摇臂（16），并适配纬轴角度限位摇臂（16）设置南纬角度限位开关（17）及北纬角度限位开关（18）。

2.如权利要求1所述的日照轨迹同步器，其特征是，所述的控制器包括石英振荡器连接多级分频器，多级分频器分别连接分脉冲发生器、秒脉冲发生器及日脉冲发生器；分脉冲发生器通过分脉冲功率放大后连接经轴脉冲驱动电磁铁；日脉冲发生器通过日脉冲功率放大后连接纬轴脉冲驱动电磁铁；秒脉冲发生器连接时钟并经同步校准后分别产生经轴换向脉冲或纬轴换向脉冲后，经轴换向脉冲连接经轴换向双稳态电磁铁，纬轴换向脉冲连接纬轴换向双稳态电磁铁；所述的经轴换向脉冲控制分别来自经轴180°角限位开关及0°角限位开关信号，所述的纬轴换向脉冲控制分别来自南纬角度限位开关及北纬角度限位开关信号。

3.如权利要求1或2所述的日照轨迹同步器，其特征是：所述的变速箱采用具有自锁功能的蜗轮、蜗杆传动方式的变速箱。

4.如权利要求1或2所述的日照轨迹同步器，其特征是：在正向棘爪（8）和逆向棘爪（7）之间连接设置棘爪拉簧（26）。

5.如权利要求1或2所述的日照轨迹同步器，其特征是：所述的经轴驱动脉冲电磁铁（1）和纬轴驱动机构中的脉冲电磁铁可以选择直流脉冲驱动电磁铁。

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