CN103062931B - 塔式太阳能定日镜锥齿轮光线角度转换控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及太阳能技术领域，尤其涉及一种塔式太阳能定日镜锥齿轮光线角度转换控制装置。这种塔式太阳能定日镜锥齿轮光线角度转换控制装置的反射锥齿轮和入射锥齿轮同轴心，过渡锥齿轮的轴向与反射锥齿轮、入射锥齿轮的轴向垂直，反射锥齿轮和过渡锥齿轮啮合，过渡锥齿轮和入射锥齿轮啮合，所述反射锥齿轮、过渡锥齿轮和入射锥齿轮置于齿轮座上，所述反射锥齿轮与反射轴相对固定连接，所述入射锥齿轮和入射轴相对固定连接，所述光电探头安装在入射轴上，齿轮座置于定日镜上，反射轴与连接杆呈旋转式连接。该装置安装运行调控非常简单，提高了定日镜对太阳跟踪的精准度，简化了定日镜控制程序和方法。

Description

塔式太阳能定日镜锥齿轮光线角度转换控制装置

技术领域

本发明涉及一种太阳能，尤其涉及一种塔式太阳能定日镜锥齿轮光线角度转换控制装置。

背景技术

随着太阳能技术的发展，塔式聚光太阳能集热、太阳能光热发电和聚光光伏系统逐渐成为比较成熟的技术，但是其定日镜的跟踪机构的运行和安装调控比较复杂并且繁琐。目前，塔式聚光太阳能集热、光热和光伏发电系统存在建设成本较高、维修管理比较复杂等问题，其中关键是定日镜场的建设。

首先，每个定日镜根据安装的地理纬度，以及相对于集热塔的位置和每天的太阳高度角及方位角，其运动控制程序都是特定独立的；并且依据每年太阳运行轨迹的偏差，需要对运行控制程序进行相应的修正。这就使得定日镜场的整体控制比较复杂、调试维修也很不方便。

其次，由于现今定日镜的驱动跟踪机构是根据太阳轨迹通过大量精密计算，利用步进电机来实现的，是一个开环系统，所以对于运动部分的机械精度要求相当高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：由于集热塔的位置和每天的太阳高度角及方位角，其运动控制程序都是特定独立的；并且依据每年太阳运行轨迹的偏差，需要对运行控制程序进行相应的修正，所以定日镜场的整体控制比较复杂、调试维修也很不方便，对其运动部分的机械精度要求也相当高，提供一种塔式太阳能定日镜锥齿轮光线角度转换控制装置。

为了克服背景技术中存在的缺陷，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种塔式太阳能定日镜锥齿轮光线角度转换控制装置包括反射轴、入射轴、定日镜和光电探头，该装置还包括反射锥齿轮、过渡锥齿轮和入射锥齿轮，反射锥齿轮和入射锥齿轮同轴心，过渡锥齿轮的轴向与反射锥齿轮、入射锥齿轮的轴向垂直，反射锥齿轮和过渡锥齿轮啮合，过渡锥齿轮和入射锥齿轮啮合，所述反射锥齿轮、过渡锥齿轮和入射锥齿轮置于齿轮座上，所述反射锥齿轮与反射轴相对固定连接，所述入射锥齿轮和入射轴相对固定连接，所述光电探头安装在入射轴上，齿轮座置于定日镜上，反射轴与连接杆呈旋转式连接。

根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述反射锥齿轮、过渡锥齿轮和入射锥齿轮为直齿锥齿轮或斜齿锥齿轮或曲线锥齿轮。

根据本发明的另一个实施例，进一步包括反射锥齿轮、过渡锥齿轮和入射锥齿轮为完整的锥形齿轮。

根据本发明的另一个实施例，进一步包括反射锥齿轮、过渡锥齿轮和入射锥齿轮为局部锥形的齿轮。

根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述反射锥齿轮和入射锥齿轮的类型相同、模数相同、齿数相同、节锥角相同，过渡锥齿轮与反射锥齿轮相对应，过渡锥齿轮和入射锥齿轮相对应，过渡锥齿轮的齿数与反射锥齿轮相同或不同，过渡锥齿轮的齿数与入射锥齿轮相同或不同。

本发明的有益效果是：该装置安装运行调控非常简单，提高了定日镜对太阳跟踪的精准度，简化了定日镜控制程序和方法，同时也使现有的定日镜二维支架的驱动方式简化，并使这部分的机械部件的加工精度要求大大降低了；本定日镜光线角度自动转换控制装置是半闭环系统，只要该装置本身的机械精度按设计要求得到保证，就能保证阳光通过定日镜的反射始终照射在塔式太阳能集热器上；并且本装置所用的驱动电机只需一般的直流有刷电机即可，若是用直流无刷电机可使系统的使用寿命和维修周期加长，甚至本装置也可使用廉价的玩具直流电机。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的结构示意图；

图2是各齿轮之间的啮合关系的结构示意图；

图3是图2右视的结构示意图；

图4是图2俯视的结构示意图；

图5是实施列的结构示意图；

图6是另一实施列的结构示意图；

其中：1、反射锥齿轮，2、过渡锥齿轮，3、入射锥齿轮，4、齿轮座，5、反射轴，6、入射轴，7、光电探头，8、定日镜，9、连接杆，10、硅晶或聚光太阳能电池板。

具体实施方式

一种塔式太阳能定日镜锥齿轮光线角度转换控制装置由反射锥齿轮1、过渡锥齿轮2、入射锥齿轮3、齿轮座4、反射轴5、入射轴6、光电探头7、定日镜8、连接杆9和硅晶或聚光太阳能电池板10这些部件组成。

如图2、图3和图4所示，图中

A:为反射锥齿轮1和入射锥齿轮3同心轴轴心线；

B:为过渡锥齿轮2的旋转轴的轴心线；

β:为反射齿轮1的旋转角度；

β’:为入射齿轮4的旋转角度。

如图1、图2、图3和图4所示，图中包括反射轴5、入射轴6、定日镜8和光电探头7，该装置还包括反射锥齿轮1、过渡锥齿轮2和入射锥齿轮3，反射锥齿轮1和入射锥齿轮3同轴心，过渡锥齿轮2的轴向与反射锥齿轮1、入射锥齿轮3的轴向垂直，反射锥齿轮1和过渡锥齿轮2啮合，过渡锥齿轮2和入射锥齿轮3啮合，反射锥齿轮1与入射锥齿轮3不能有任何形式的啮合接触，反射锥齿轮1、过渡锥齿轮2和入射锥齿轮3置于齿轮座4上，反射锥齿轮1与反射轴5相对固定连接，入射锥齿轮3和入射轴6相对固定连接，其二者的组合部件与对应的过渡锥齿轮2之间初始啮合位置，应视本装置的具体结构和与二维支架相对安装位置而定，其原则是:只要不影响二维支架的正常运行即可。

光电探头7安装在入射轴6上，并跟据二维支架的具体结构，保证光电探头在任何时间和位置，均不遮挡阳光。齿轮座4置于定日镜8上，需使本定日镜光线角度自动转换控制装置的O点与定日镜二维支架的二维旋转轴交汇点重合，无论是现行的二维平面支架跟踪系统还是二维推杆连杆支架跟踪系统。反射轴5与连接杆9呈旋转式连接，只可沿反射轴轴向作旋转运动，连接杆9与地面或通过其他零件与地面连接且固定牢固。

如图2、图3和图4所示，图中A与B垂直，各锥齿轮之间根据锥齿轮的啮合原理可得这样的结果:无论相对初始位置如何，反射锥齿轮1与反射锥齿轮3通过过渡锥齿轮2的啮合过渡后，沿轴向旋转时，相对齿轮座4旋转角度(即啮合齿数)相同但旋转方向相反，即β=β’。

反射锥齿轮1和入射锥齿轮3需用同类型、同模数、同齿数、同节锥角的锥齿轮，过渡锥齿轮2因与前二锥齿轮啮合，所以必须选择满足与前二锥齿轮所有啮合条件的锥齿轮；反射锥齿轮1和入射锥齿轮3可以选择为大锥齿轮，也可以选择为小锥齿轮，则过渡锥齿轮2将与前二锥齿轮相对应；过渡锥齿轮2齿数可以与前二锥齿轮相同也可以不同；所有锥齿轮的节锥角理论上只要符合啮合条件均可，通常采用节锥角Σ=90°的锥齿轮。反射锥齿轮1、过渡锥齿轮2和入射锥齿轮3为直齿锥齿轮或斜齿锥齿轮或曲线锥齿轮。

反射锥齿轮1、过渡锥齿轮2和入射锥齿轮3可以为完整的锥形齿轮，也可以局部为锥形的齿轮。在使用过程中，反射锥齿轮1啮合过渡锥齿轮2，只需要保证啮合运动部分为局部锥形齿轮，同时也需要保证入射锥齿轮3啮合过渡锥齿轮2的啮合运动部分为局部锥形齿轮。这样可以节约成本，同时也不会降低效率。

这种塔式太阳能定日镜锥齿轮光线角度转换控制装置需将锥齿轮座4安装在定日镜8上，并保证反射锥齿轮1和入射锥齿轮4的轴心与反射轴旋转轴心的交汇点O，与二维支架俯仰旋转轴与方位旋转轴的交汇点相重合。将本装置反射轴5对准塔式太阳能集热器中心后，再将反射轴5与连接杆9连接好，确保反射轴5沿轴向只可作旋转运动，最后将连接杆9固定于地面或通过其他零件与地面连接并固定牢固。通过安装在入射轴6上的光电探头7探测到的光电信号，控制二维支架的旋转和俯仰运动，在二者的联合运动下调整入射轴6的位置，使光电探头7始终指向太阳。在反射轴5轴向固定不动的情况下，从而带动了齿轮座4相对入射轴6和反射轴5作等角度但相反方向旋转运动，并带动反射轴5沿轴向作旋转运动。这样就保证阳光沿入射轴6射向定日镜8并使反射光沿反射轴5的轴向射出，因为反射轴5在前面的实施例中所描述的是:沿轴向只可作旋转运动，该轴向延长线对准塔式太阳能集热器中心，所以反射光线将始终指向塔式太阳能集热器中心。

为实现上述目标，一般要求现有的定日镜二维支架的二维旋转轴要有交汇点，并将本定日镜光线角度自动转换控制装置的O点与此交汇点重合，无论是现行的二维平面支架跟踪系统还是二维推杆连杆支架跟踪系统，只要满足上述要求均可安装本定日镜光线角度自动转换控制装置。该装置安装运行调控非常简单，提高了定日镜对太阳跟踪的精准度，简化了定日镜控制程序和方法，现有的定日镜控制程序要根据定日镜的具体安装位置包括经纬度、与集收器的空间位置及方位、季节、时间而定，并须根据天文信息每年作修正调整，而若安装了本装置则无需考虑上述因素。同时也使现有的定日镜二维支架的驱动方式简化，并使这部分的机械部件的加工精度要求大大降低了，原定日镜二维支架的驱动跟踪系统不是用步进电机就是要用伺服电机，有些还需带有码盘等精确定位部件，这些电机和精确定位部件无论是电机本身还是控制器价格皆不菲，再加上机械传动部件的精度要求也很高，所以现行的定日镜二维支架驱动跟踪系统部分的价格在整个定日镜系统的价格中所占比重一般较高，而若是装上本装置则此项费用将大大降低。因为本定日镜光线角度自动转换控制装置是半闭环系统，只要该装置本身的机械精度按设计要求得到保证，通过上述对本发明内容的描述，就能保证阳光通过定日镜的反射始终照射在塔式太阳能集热器上。而本发明所用的驱动电机只需一般的直流有刷电机即可，当然若是用直流无刷电机可使系统的使用寿命和维修周期加长，甚至本发明使用廉价的玩具直流电机也是可行的。因为是半闭环系统所以本装置对机械传动部件的精度要求也降低了很多。

实施列一：本装置可以安装于平面型二维支架上，如图5所示。

实施列二：本装置也可以安装于连杆型二维支架上，如图6所示。

在使用过程中，其结构原理为：反射锥齿轮1与入射锥齿轮3通过过渡锥齿轮2的啮合过渡，若反射锥齿轮1与入射锥齿轮3相对齿轮座4旋转时，则旋转的角度相同但方向相反，这就很好的满足了入射光线-反射光线-反射镜法线之间的对应关系。首先若将反射轴5的轴向延长线对准塔式集热器中心，并将其固定牢固且使其只能做绕轴向旋转运动。再将齿轮座4与二维支架定日镜按下列方法连接，此方法是将本装置的O点与定日镜二维支架的二维旋转轴交汇点重合，无论是现行的二维平面支架还是二维推杆连杆支架，且使二维支架无论是旋转还是俯仰运行自如并相对固定牢固，本装置中各锥齿轮之间相对位置和齿轮座4与二维支架的相对位置，要视具体二维支架的结构而定，其原则是二维支架在追踪阳光的任何情况下运行不能受到阻碍。在此状况下若通过二维支架的旋转和俯仰运动使入射轴6上的光电探头7对准阳光直射方向，从而带动了齿轮座4及定日镜8运动，根据前面有关反射锥齿轮1和入射锥齿轮3与齿轮座4运动关系，这样阳光就能沿入射轴6射向定日镜8并使反射光沿反射轴5的轴向射出，并射向塔式太阳能集热器中心，从而实现了塔式太阳能定日镜光线角度自动转换控制的效果。

Claims (5)

1.一种塔式太阳能定日镜锥齿轮光线角度转换控制装置，包括反射轴（5）、入射轴（6）、定日镜（8）和光电探头（7），其特征在于：该装置还包括反射锥齿轮（1）、过渡锥齿轮（2）和入射锥齿轮（3），反射锥齿轮（1）和入射锥齿轮（3）同轴心，过渡锥齿轮（2）的轴向与反射锥齿轮（1）、入射锥齿轮（3）的轴向垂直，反射锥齿轮（1）和过渡锥齿轮（2）啮合，过渡锥齿轮（2）和入射锥齿轮（3）啮合，所述反射锥齿轮（1）、过渡锥齿轮（2）和入射锥齿轮（3）置于齿轮座（4）上，所述反射锥齿轮（1）与反射轴（5）相对固定连接，所述入射锥齿轮（3）和入射轴（6）相对固定连接，所述光电探头（7）安装在入射轴（6）上，齿轮座（4）置于定日镜（8）上，反射轴（5）与连接杆（9）呈旋转式连接。

2.如权利要求1所述的塔式太阳能定日镜锥齿轮光线角度转换控制装置，其特征在于：所述反射锥齿轮（1）、过渡锥齿轮（2）和入射锥齿轮（3）为直齿锥齿轮或斜齿锥齿轮或曲线锥齿轮。

3.如权利要求1所述的塔式太阳能定日镜锥齿轮光线角度转换控制装置，其特征在于：所述反射锥齿轮（1）、过渡锥齿轮（2）和入射锥齿轮（3）为完整的锥形齿轮。

4.如权利要求1所述的塔式太阳能定日镜锥齿轮光线角度转换控制装置，其特征在于：所述反射锥齿轮（1）、过渡锥齿轮（2）和入射锥齿轮（3）为局部锥形的齿轮。

5.如权利要求1所述的塔式太阳能定日镜锥齿轮光线角度转换控制装置，其特征在于：所述反射锥齿轮（1）和入射锥齿轮（3）的类型相同、模数相同、齿数相同、节锥角相同，过渡锥齿轮（2）与反射锥齿轮（1）相对应，过渡锥齿轮（2）和入射锥齿轮（3）相对应，过渡锥齿轮（2）的齿数与反射锥齿轮（1）相同或不同，过渡锥齿轮（2）的齿数与入射锥齿轮（3）相同或不同。