CN103165698B - 塔式太阳能定日镜圆柱齿轮被动自动追日支架 - Google Patents

塔式太阳能定日镜圆柱齿轮被动自动追日支架 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种定日镜支架的技术领域，尤其是一种塔式太阳能定日镜圆柱齿轮被动自动追日支架。其包括反射齿轮、反射过渡齿轮、入射过渡齿轮、入射齿轮、齿轮座、定日镜、俯仰旋转减速器、直线驱动器、反射轴、入射轴、主旋转减速器、准直校准仪、光电探头和太阳能电池板，反射齿轮与反射过渡齿轮啮合，反射过渡齿轮与入射过渡齿轮啮合，入射过渡齿轮与入射齿轮啮合，所有齿轮均设置在齿轮座上，定日镜上设有齿轮座，齿轮座上设有俯仰驱动装置，反射齿轮与反射轴连接，入射齿轮与入射轴连接，反射轴上设有主旋转减速器连接与准直校准仪，入射轴上设有光电探头和太阳能电池板。这种塔式太阳能定日镜圆柱齿轮被动自动追日支架大大简化了跟踪控制程序，降低了主要跟踪机械零部件的精度，提高了定日镜对太阳跟踪的精准度。

Description

塔式太阳能定日镜圆柱齿轮被动自动追日支架
技术领域
本发明涉及一种定日镜支架的技术领域，尤其是一种塔式太阳能定日镜圆柱齿轮被动自动追日支架。
背景技术
聚光太阳能光热发电系统和聚光光伏系统及聚光太阳能集热系统，不耗用化石能源，无污染物排放，是可以与生态环境相互和谐的清洁能源利用系统。目前槽式、塔式和蝶式等聚光太阳能热发电系统、聚光光伏系统和聚光集热系统同样受到世界各国的重视，并正在逐步扩大应用范围，而塔式系统以其规模大、热损耗小和温度高等特点已初步显露出优势。
无论是即塔式太阳能热发电系统、聚光光伏系统还是聚光太阳能集热系统，其主要共同的部件是聚光系统，而且聚光系统的效率及其成本很大程度上影响到系统的整体性价比，是构建太阳能光热电站、太阳能反射式聚光光伏电站及中高温反射式聚光太阳能集热系统中需要着重考虑的因素。聚光系统主要是由定日镜跟踪支架和集热器等部件组成，定日镜的作用是收集太阳辐射能并将其汇聚到集热器处，它是由按一定方式排列的可绕双轴跟踪的定日镜组成，每个定日镜通过绕轴转动跟踪太阳以及将辐射到其表面的太阳能反射到塔顶集热器，完成聚光的目的。
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，并且须根据天文信息每年作修正调整，对于支架的机械零部件加工精度要求比较高；现有的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的价格皆不菲，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。
发明内容
为了克服现有的定日镜控制程序安装运行及调控复杂、跟踪精准度低以及机械零部件加工精度要求高的不足，本发明提供了一种塔式太阳能定日镜圆柱齿轮被动自动追日支架。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种塔式太阳能定日镜圆柱齿轮被动自动追日支架，包括反射齿轮、反射过渡齿轮、入射过渡齿轮、入射齿轮、齿轮座、定日镜、俯仰旋转减速器、直线驱动器、反射轴、入射轴、主旋转减速器、准直校准仪、光电探头和太阳能电池板，反射齿轮与反射过渡齿轮啮合，反射过渡齿轮与入射过渡齿轮啮合，入射过渡齿轮与入射齿轮啮合，反射齿轮、反射过渡齿轮、入射过渡齿轮与入射齿轮均设置在齿轮座上，定日镜上设有齿轮座，反射齿轮与反射轴连接，入射齿轮与入射轴连接，反射轴与主旋转减速器连接，反射轴上设有准直校准仪，入射轴上设有光电探头和太阳能电池板，齿轮座下方设有俯仰驱动装置一或俯仰驱动装置二。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括俯仰驱动装置一主要由俯仰旋转减速器构成，俯仰旋转减速器安装在齿轮座上,其旋转输出轴与反射过渡齿轮或入射过渡齿轮同轴固定。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述的俯仰驱动装置二主要由直线驱动器构成，直线驱动器的固定端固定在反射轴上，其螺母运动端与齿轮座连接。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述的反射齿轮、反射过渡齿轮、入射过渡齿轮与入射齿轮是完整的圆柱齿轮或是部分或局部圆柱齿轮。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述的反射齿轮、反射过渡齿轮、入射过渡齿轮与入射齿轮均为直齿圆柱齿轮或是斜齿圆柱齿轮。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述的反射齿轮与入射齿轮为同模数且同齿数的齿轮，反射过渡齿轮与入射过渡齿轮为同模数且同齿数的齿轮，反射齿轮和入射齿轮与反射过渡齿轮和入射过渡齿轮为同模数齿轮，反射齿轮和入射齿轮的齿数与反射过渡齿轮和入射过渡齿轮的齿数相同或不同。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括反射齿轮与入射齿轮同轴心且径向间距大于一个反射齿轮或入射齿轮厚度，反射过渡齿轮与入射过渡齿轮的厚度大于反射齿轮或入射齿轮厚度，且小于反射齿轮与入射齿轮二者厚度及径向间距之和。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述的一个反射过渡齿轮和一个入射过渡齿轮为一组过渡齿轮组，齿轮座上至少设有一组过渡齿轮组。
发明的有益效果是，这种塔式太阳能定日镜圆柱齿轮被动自动追日支架安装运行以及调控非常简单，提高了定日镜对太阳跟踪的精准度，大大简化了定日镜控制程序和方法，同时降低了支架的机械零部件加工的精度要求，节约了安装成本，易于使用推广。
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是本发明实施例一结构示意图正视图（阳光照射面）；
图2是本发明实施例一结构示意图后视图（背对阳光面）；
图3是本发明实施例二结构示意图正视图（阳光照射面）；
图4是本发明实施例二结构示意图后视图（背对阳光面）；
图5是本发明各齿轮之间的啮合关系示意图；
图6是本发明各齿轮之间的相对运动关系示意图。
图中，1、反射齿轮；2、反射过渡齿轮；3、入射过渡齿轮；4、入射齿轮；5、齿轮座；6、反射轴；7、入射轴；8、光电探头；9、定日镜；10、主旋转减速器；11、俯仰旋转速器；12、直线驱动器；13、太阳能电池板；14、准直校准仪。
具体实施方式
一种塔式太阳能定日镜圆柱齿轮被动自动追日支架，包括反射齿轮1、反射过渡齿轮2、入射过渡齿轮3、入射齿轮4、齿轮座5、定日镜9、俯仰旋转减速器11、反射轴7、入射轴9、主旋转减速器10、准直校准仪14、光电探头8和太阳能电池板12，反射齿轮1与反射过渡齿轮2啮合，反射过渡齿轮2与入射过渡齿轮3啮合，入射过渡齿轮3与入射齿轮4啮合，反射齿轮1、反射过渡齿轮2、入射过渡齿轮3与入射齿轮均4设置在齿轮座5上，定日镜9上设有齿轮座5，反射齿轮1与反射轴6连接，入射齿轮4与入射轴7连接，反射轴6与主旋转减速器10连接，反射轴6上设有准直校准仪14，入射轴7上设有光电探头8和太阳能电池板13，齿轮座下方设有俯仰驱动装置一或俯仰驱动装置二，俯仰驱动装置一主要由俯仰旋转减速器11构成，俯仰旋转减速器11安装在齿轮座5上,其旋转输出轴与反射过渡齿轮2或入射过渡齿轮3同轴固定。俯仰驱动装置二主要由直线驱动器12构成，直线驱动器12的固定端固定在反射轴6上，其螺母运动端与齿轮座5连接。反射齿轮1、反射过渡齿轮2、入射过渡齿轮3与入射齿轮4可以是完整的圆柱齿轮，也可以是部分或局部圆柱齿轮；既可以是直齿圆柱齿轮也可以是斜齿圆柱齿轮，并且反射过渡齿轮2和入射齿轮4不能有任何形式的啮合接触，入射过渡齿轮3和反射齿轮1不能有任何形式的啮合接触。反射齿轮1和入射齿轮4需使用同模数且同齿数的齿轮，反射过渡齿轮2和入射过渡齿轮3需使用同模数且同齿数的齿轮，并且反射齿轮1和入射齿轮4与反射过渡齿轮2和入射过渡齿轮3需使用同模数齿轮，但反射齿轮和入射齿轮的齿数与反射过渡齿轮和入射过渡齿轮的齿数可以相同也可以不相同，一般情况下反射齿轮1和入射齿轮4的齿数大于反射过渡齿轮2和入射过渡齿轮3的齿数。所述反射齿轮1与入射齿轮4同轴心且径向间距大于一个反射齿轮1或入射齿轮4厚度，反射过渡齿轮2与入射过渡齿轮3的厚度大于反射齿轮1或入射齿轮4厚度，且小于反射齿轮1与入射齿轮4二者厚度及径向间距之和。所述的一个反射过渡齿轮2和一个入射过渡齿轮3为一组过渡齿轮组，齿轮座5上至少设有一组过渡齿轮组，并且反射过渡齿轮和入射过渡齿轮的安装位置可以互换。
如图1及图2所示，本发明的第一种实施例，反射齿轮1和反射过渡齿轮2啮合，反射过渡齿轮2和入射过渡齿转3啮合，入射齿轮4和入射过渡齿轮3啮合，但反射过渡齿轮2与入射齿轮4不能有任何形式的啮合接触，入射过渡齿轮3与反射齿轮1也不能有任何形式的啮合接触，反射齿轮1、反射过渡齿轮2、入射过渡齿轮3和入射齿轮4均安装在齿轮座5上，因反射齿轮1和入射齿轮4同轴心，而反射过渡齿轮2和入射过渡齿轮3啮合，所以在常用一组过渡齿轮的情况下齿轮座5上应有三个齿轮轴，反射齿轮1和反射轴6相对固定，入射齿轮4和入射轴7相对固定，光电探头8安装在入射轴7上，齿轮座5安装在定日镜9上，俯仰旋转减速器11安装在齿轮座5上，俯仰旋转减速器11的旋转输出轴与反射过渡齿轮2或入射过渡齿轮3同轴固定，这样反射过渡齿轮2或入射过渡齿轮3将作为本支架俯仰方向的主动驱动动力源，俯仰旋转减速器11的正反转动使得定日镜9作俯仰运动。太阳能电池板13安装在入射轴7上，这样本支架系统将不用依靠外接能源，自身便能独立运行，准直校准仪14与反射轴6连接，二者轴向重合，准直校准仪14只在安装调试或维修校准时放置。
如图3和图4所示，本发明的第二种实施例，其他部件的描述均为图1和图2的描述一样，图中有区别之处是：直线驱动器12的固定端固定在反射轴6上，螺母运动端与齿轮座5连接，此时直线驱动器12也将作为本支架俯仰方向的主动驱动动力源，通过直线驱动器12螺母的前后直线运动将驱动定日镜9作俯仰运动。
如图5所示，A为反射齿轮1和入射齿轮4共同的轴心与反射轴6旋转轴心的交汇点，B为反射过渡齿轮2的圆心，尤其是指反射过渡齿轮2旋转轴与通过A点与反射齿轮1和入射齿轮4共同的旋转轴垂直截面的交点，C为入射过渡齿轮3的圆心，尤其是指入射过渡齿轮3旋转轴与通过A点与反射齿轮1和入射齿轮4共同的旋转轴垂直截面的交点，D为A点与B点连线与分度圆的交点，E为A点与C点连线与分度圆的交点，F为B点与C点连线与分度圆的交点，d1为反射齿轮1分度圆直径，d1'为入射齿轮4分度圆直径，d2为反射过渡齿轮2分度圆直径，d2'为入射过渡齿轮3分度圆直径，a为反射齿轮1与反射过渡齿轮2的中心距，a'为入射齿轮4与入射过渡齿轮3的中心距，L为反射过渡齿轮2与入射过渡齿轮3的中心距，图中各齿轮之间的啮合位置关系为：
A=（d1+d2）/2；a'=（d1'+d2'）/2；L=（d2+d2'）/2；
而根据之前描述所规定的原则，则有：
d1=d1'；d2=d2'；a=a'；L=d2=d2'。
如图6所示，β为反射齿轮1的旋转角度，β'为入射齿轮4的旋转角度；θ为反射过渡齿轮2的旋转角，θ'为入射过渡齿轮3的旋转角，Z1为反射齿轮或入射齿轮齿数，Z2为反射过渡齿轮或入射过渡齿轮齿数，Z为各齿轮之间的啮合齿数，若按图中所示的齿轮旋转方向转动，则各齿轮之间的相对旋转角度关系如下：
β=（Z1/Z）π；θ=（Z2/Z）π；θ=θ'；β’=（Z1/Z）π。所以：β=β’。
由此可知：
1：反射齿轮1与反射过渡齿轮2啮合旋转时，啮合齿数相同但旋转方向相反；
2：反射过渡齿轮2与入射过渡齿轮3啮合旋转时，啮合齿数相同但旋转方向相反；
3：入射齿轮4与入射过渡齿轮3啮合旋转时，啮合齿数相同但旋转方向相反；
4：按图6所示，则最终无论通过一组还是多组过渡齿轮啮合传动后，反射齿轮1与入射齿轮4相对AF连线的旋转角度相同但旋转方向相反，因此即可如此描述：无论反射齿轮1与入射齿轮4相对初始位置如何，反射齿轮1和入射齿轮4与齿轮座5之间运动关系是，三者中无论将何者固定，另二者可自由转动时，反射齿轮1与入射齿轮4转动方向相反，相对齿轮座5的转动角度相同。
这种塔式太阳能定日镜圆柱齿轮被动自动追日支架的工作原理是利用前面所描述的反射齿轮1与入射齿轮4通过一组或多组过渡的啮合过渡，二者相对齿轮座5旋转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6的轴向延长线对准塔式集热器中心，并将其与主旋转减速器10连接固定牢固且使其只能做绕轴向旋转运动，再将齿轮座5与定日镜9连接牢固，使本塔式太阳能定日镜圆柱齿轮被动自动追日支架俯仰方向的运动有2种方式：A.俯仰旋转减速器11安装在齿轮座5上，其旋转输出轴与反射过渡齿轮2或入射过渡齿轮3同轴固定，这样反射过渡齿轮2或入射过渡齿轮3将作为本支架俯仰方向的主动驱动动力源，俯仰旋转减速器11的正反转动使得定日镜9作俯仰运动；B.直线驱动器12的固定端固定在反射轴6上，其螺母运动端与齿轮座5连接，这时直线驱动器12也将作为本支架俯仰方向的主动驱动动力源，通过直线驱动器12螺母的前后直线运动将驱动定日镜作俯仰运动。这样通过本支架的主旋转减速器10的旋转运动和俯仰旋转减速器11或直线驱动器12的俯仰运动，使入射轴7上的光电探头8对准阳光直射方向，根据前面有关反射齿轮1和入射齿轮4与齿轮座5运动关系，这样阳光就能沿入射轴7射向定日镜9并使反射光沿反射轴6的轴向射出，并射向塔式太阳能集热器中心。
这种塔式太阳能定日镜圆柱齿轮被动自动追日支架安装运行以及调控非常简单，提高了定日镜对太阳跟踪的精准度，大大简化了定日镜控制程序和方法，同时降低了支架的机械零部件加工的精度要求，节约了安装成本，易于使用推广。

Claims (8)

1.一种塔式太阳能定日镜圆柱齿轮被动自动追日支架，包括反射齿轮（1）、反射过渡齿轮（2）、入射过渡齿轮（3）、入射齿轮（4）、齿轮座（5）、定日镜（9）、反射轴（6）、入射轴（7）、主旋转减速器（10）、准直校准仪（14）、光电探头（8）和太阳能电池板（13），其特征是，反射齿轮（1）与反射过渡齿轮（2）啮合，反射过渡齿轮（2）与入射过渡齿轮（3）啮合，入射过渡齿轮（3）与入射齿轮（4）啮合，反射过渡齿轮（2）与入射齿轮（4）没有啮合接触，入射过渡齿轮（3）与反射齿轮（1）没有啮合接触，反射齿轮（1）、反射过渡齿轮（2）、入射过渡齿轮（3）与入射齿轮（4）均设置在齿轮座（5）上，定日镜（9）上设有齿轮座（5），反射齿轮（1）与反射轴（6）相对固定连接，入射齿轮（4）与入射轴（7）相对固定连接，反射轴（6）与主旋转减速器（10）连接，反射轴（6）上设有准直校准仪（14），入射轴（7）上设有光电探头（8）和太阳能电池板（13），齿轮座（5）下方设有俯仰驱动装置一或俯仰驱动装置二。
2.根据权利要求1所述的塔式太阳能定日镜圆柱齿轮被动自动追日支架，其特征是，所述的俯仰驱动装置一主要由俯仰旋转减速器（11）构成，俯仰旋转减速器（11）安装在齿轮座（5）上,其旋转输出轴与反射过渡齿轮（2）或入射过渡齿轮（3）同轴固定。
3.根据权利要求1所述的塔式太阳能定日镜圆柱齿轮被动自动追日支架，其特征是，所述的俯仰驱动装置二主要由直线驱动器（12）构成，直线驱动器（12）的固定端固定在反射轴（6）上，其螺母运动端与齿轮座（5）连接。
4.根据权利要求1所述的塔式太阳能定日镜圆柱齿轮被动自动追日支架，其特征是，所述的反射齿轮（1）、反射过渡齿轮（2）、入射过渡齿轮（3）与入射齿轮（4）是完整的圆柱齿轮或是部分或局部圆柱齿轮。
5.根据权利要求1所述的塔式太阳能定日镜圆柱齿轮被动自动追日支架，其特征是，所述的反射齿轮（1）、反射过渡齿轮（2）、入射过渡齿轮（3）与入射齿轮（4）均为直齿圆柱齿轮或是斜齿圆柱齿轮。
6.根据权利要求1所述的塔式太阳能定日镜圆柱齿轮被动自动追日支架，其特征是，所述的反射齿轮（1）与入射齿轮（4）为同模数且同齿数的齿轮，反射过渡齿轮（2）与入射过渡齿轮（3）为同模数且同齿数的齿轮，反射齿轮（1）和入射齿轮（4）与反射过渡齿轮（2）和入射过渡齿轮（3）为同模数齿轮，反射齿轮（1）和入射齿轮（4）的齿数与反射过渡齿轮（2）和入射过渡齿轮（3）的齿数相同或不同。
7.根据权利要求1所述的塔式太阳能定日镜圆柱齿轮被动自动追日支架，其特征是，所述的反射齿轮（1）与入射齿轮（4）同轴心且径向间距大于一个反射齿轮（1）或入射齿轮（4）厚度，反射过渡齿轮（2）与入射过渡齿轮（3）的厚度大于反射齿轮（1）或入射齿轮（4）厚度，且小于反射齿轮（1）与入射齿轮（4）二者厚度及径向间距之和。
8.根据权利要求1所述的塔式太阳能定日镜圆柱齿轮被动自动追日支架，其特征是，所述反射过渡齿轮（2）和入射过渡齿轮（3）分别为一个组成一组过渡齿轮组，齿轮座（5）上至少设有一组过渡齿轮组。
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