CN104777852B - 一种用于太阳能板的旋转驱动装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于太阳能板的旋转驱动装置，包括用于与基础地面固定的垂直的立柱、固定在立柱外周上的安装座、位于安装座外周的壳体、以及设置在壳体两侧内的旋转轴承，壳体由水平驱动机构驱动而能相对安装座作水平转动，旋转轴承由垂直驱动机构驱动而能在壳体内作垂直转动，旋转轴承用于带动太阳能板旋转。施加在太阳能支架、太阳能板上的风力、与其自身重量，由立柱替代驱动机构来承载，而立柱可稳固的受力，不仅耐久性强，而且可以承载大功率太阳能板；将旋转驱动装置的水平和垂直驱动双轴复合在一起，结构紧凑，旋转角度大，不存在死角，使得跟踪光线足够充分，而且驱动装置设置在壳体内，避免受到外界的侵蚀，使用寿命长，强度大。

Description

一种用于太阳能板的旋转驱动装置

技术领域

本发明涉及太阳能发电领域，尤其是一种用于太阳能板的旋转驱动装置。

背景技术

太阳能发电是利用电池组件将太阳能直接转变为电能的装置，主要包括太阳能电池组件、蓄电池、控制器和逆变器等。太阳能电池板的安装方向直接影响着太阳能的利用率。目前太阳能板的安装方向一般是根据当地的日照情况进行固定安装，因此绝大部分时间太阳光线与太阳能电池板的向光面并不垂直，太阳能的利用和转换效率较低，而且太阳能发电装置不能连续发电，受季节、昼夜以及阴晴等气象状况影响较大，太阳能电池板的造价也较高，同样在一定程度上限制了太阳能发电的应用。

为此，目前已有的一些能随太阳光线调整太阳能电池板角度(追日)的发电装置则有着较好的应用前景。如申请号为200620070013.7的中国专利公开的一种太阳能电池高效收集装置，由太阳能电池收集器和太阳跟踪云台组成，太阳能跟踪云台由架体、转盘、水平转动驱动机构、垂直摆动驱动机构和跟踪控制电路组成，转盘本体为齿轮或蜗轮，利用太阳跟踪云台，使太阳能电池的受光面跟随太阳转动，全天保持高效率的工作状态；又如申请号为201210261937.5的中国专利申请公开的一种太阳能发电单元及其太阳能支撑与仰角跟踪装置，包括用于与基础地面连接的底座支架，底座支架上设置有安装座，调整装置可拆卸的连接于安装座，调整装置包括驱动机构和蜗轮蜗杆升降机构，驱动机构用于驱动蜗轮蜗杆升降机构的蜗轮，从而对太阳能电池板的仰角进行调整。

上述的这些太阳能追日装置，驱动机构外露，由此得不到保护和润滑，不能实现长时间追日，寿命和强度会受到一定的影响，水平驱动和垂直驱动双轴不能复合在一起，结构不紧凑，且无法承载大功率太阳能板；而且都难以满足两个跟踪方向转动180°，跟踪光线不充分，存在死角；此外，由于自身的重量和自然风的侵袭，驱动机构需要承载较大的负荷，导致驱动机构要么体积庞大要么不牢固，耐久性不足。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的问题，提供一种提高太阳能利用效率、机构牢固的用于太阳能板的旋转驱动装置。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种用于太阳能板的旋转驱动装置，其特征在于：包括用于与基础地面固定的垂直的立柱、固定在所述立柱外周上的安装座、位于所述安装座外周的壳体、以及设置在所述壳体两侧内的旋转轴承，所述壳体由水平驱动机构驱动而能相对所述安装座作水平转动，所述旋转轴承由垂直驱动机构驱动而能在所述壳体内作垂直转动，所述旋转轴承用于带动所述太阳能板旋转。

在本发明中优选的，所述水平驱动机构包括形成在所述安装座外周侧面上的第一蜗轮、与该第一蜗轮啮合的第一蜗杆、以及驱动所述第一蜗杆转动的第一驱动部件，所述第一蜗轮的轴线为垂直方向，所述第一蜗杆带动所述壳体绕所述第一蜗轮转动。

所述壳体的外周侧面上设有第一驱动部件容置腔，所述第一驱动部件和第一蜗杆容置在所述第一驱动部件容置腔内，所述第一蜗杆能在所述第一驱动部件容置腔内转动，所述第一驱动部件容置腔与所述壳体内部连通，从而所述第一蜗杆上的螺纹露出于所述第一驱动部件容置腔外而与所述第一蜗轮啮合，水平驱动机构位于壳体内，可免于受到外界的侵蚀，确保了其寿命和一定的强度。

为支承壳体，并且减少壳体转动时的摩擦力，所述安装座上部外周固定有上轴承，所述安装座的下部外周形成有下轴承，所述壳体支承在所述上轴承和下轴承之间，所述第一蜗轮形成在所述安装座外周位于上轴承和下轴承之间的部分。

在本发明中优选的，所述垂直驱动机构包括形成在其中一个旋转轴承的外周侧面上的第二蜗轮、与所述第二蜗轮啮合的第二蜗杆、以及驱动所述第二蜗杆转动的第二驱动部件，所述第二蜗轮的轴线为水平方向，所述第二蜗轮带动所述旋转轴承绕自身的轴线转动。

所述壳体的两侧形成有轴承容置腔，所述轴承容置腔的轴线呈水平方向，与具有第二蜗轮的旋转轴承同侧的轴承容置腔上设有第二驱动部件容置腔，所述第二驱动部件和第二蜗杆容置在所述第二驱动部件容置腔内，所述第二蜗杆能在所述第二驱动部件容置腔内转动，所述第二驱动部件容置腔与轴承容置腔内部连通，从而使得所述第二蜗杆上的螺纹露出于第二驱动部件容置腔外而与所述第二蜗轮啮合，垂直驱动机构位于壳体内，可免于收到外界的侵蚀，确保了其寿命和一定的强度。

在本发明优选的实施例中，安装座、壳体和上轴承可以为整体式的结构，也可以为开合式的结构，即所述安装座、壳体和上轴承均在径向上分成为互相连接固定的两个部分，由此将光电装置安装到已装机的风电装置时，无需拆卸风电支架即可完成安装。

为了便于安装，所述安装座、壳体和/或上轴承两部分的连接处设置有定位机构，所述定位机构包括设置在其中一个部分连接处的凸柱，以及设置在相应的另一个部分连接处的凹槽，所述凸柱和凹槽互相配合。

在本发明中优选的，立柱与基础地面的固定方式为，还包括有底座，所述底座与所述基础地面固定，所述立柱固定在所述底座上。

与现有技术相比，本发明的优点在于：1、施加在太阳能支架、太阳能板上的风力、与其自身重量，由立柱替代驱动机构来承载，而立柱可稳固的受力，不仅耐久性强，而且可以承载大功率太阳能板；2、将旋转驱动装置的水平和垂直驱动双轴复合在一起，结构紧凑，可得到充分的润滑与保护，旋转角度大，不存在死角，使得跟踪光线足够充分，而且驱动装置设置在壳体内，避免受到外界的侵蚀，使用寿命长，强度大。

附图说明

图1为本发明的旋转驱动装置应用状态示意图；

图2为本发明的旋转驱动装置的第一个实施例的示意图；

图3为图2中隐藏旋转驱动装置的壳体的示意图；

图4为图2的分解结构示意图；

图5为图3中旋转驱动装置的壳体的示意图；

图6为图1中的太阳能支架的分解结构示意图；

图7为本发明的旋转驱动装置的第二个实施例的示意图；

图8为图7中的旋转驱动装置的局部分解结构示意图。。

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。

实施例一

参见图1，一种旋转驱动装置应用于发电装置的示意图，发电装置包括光电装置和风电装置，光电装置包括太阳能支架1、设置在太阳能支架1上的太阳能板2、以及驱动太阳能支架1旋转而实现追日的旋转驱动装置3。风电装置包括风电支架4、设置在风电支架4顶端的风力发电机5，其中，风电支架4包括用于与基础地面固定的底座41以及固定在底座41上的立柱42。

参见图2～图6，旋转驱动装置3包括安装座31、位于安装座31外的壳体32、固定在安装座31上部的上轴承33、形成在安装座31的下部外周的下轴承34、位于壳体32两侧内的两个旋转轴承35、水平驱动机构和垂直驱动机构。安装座31呈两端开口、中空的圆筒状，并且安装到立柱42上，安装座31的底部与立柱42固定(如通过螺栓)，安装座31的顶部优选的，径向向内形成有安装凸耳311，安装凸耳311上开设有安装孔312，由此，可利用安装孔312，通过螺栓，与立柱42的安装固定处一起固定(立柱可具有多个并固定连接而成)。或者，立柱42仅具有一个，安装座31的上、下两端均与立柱42固定。

上轴承33套设在安装座31的上部外周并且固定，其与安装座31也可同样采用螺栓固定的方式。上轴承33优选的，采用滚珠轴承。安装座31的下部外周形成有下轴承34，下轴承34优选的，同样采用滚珠轴承。

壳体32同样呈两端开口、中空的圆筒状，套设在安装座31外周，位于上轴承33和下轴承34之间，并且壳体32的上、下两端分别与上轴承33和下轴承34抵接，从而上轴承33支承壳体32的上端、下轴承34支承壳体32的下端，还能尽可能的减少壳体32旋转时的摩擦力。壳体32对称的两侧形成有轴承容置腔321，轴承容置腔321呈中空的圆柱形，并且轴线与安装座31的轴线垂直，即安装座31的轴线为垂直方向，而轴承容置腔321的轴线呈水平方向。轴承容置腔321径向内侧的端部封闭，而径向外侧的端部开口，从而每一侧的轴承容置腔321都可容置一个旋转轴承35。

水平驱动机构包括形成在安装座31的位于上轴承33和下轴承34之间的外周侧面部分上的第一蜗轮361，与该第一蜗轮361啮合的第一蜗杆362，以及驱动该第一蜗杆362转动的第一驱动部件363。第一蜗轮361呈水平，其中心轴线为垂直，并且第一蜗杆362也呈水平，位于第一蜗轮361侧面。第一蜗杆362和第一驱动部件363与壳体32能够同步水平转动，优选的，第一驱动部件363可固定在壳体32上。在本发明优选的实施例中，壳体32的外周侧面上设有第一驱动部件容置腔322，第一驱动部件363和第一蜗杆362容置在该第一驱动部件容置腔322内，通过轴用密封圈密封，并且可在其内装润滑脂或润滑油，第一蜗杆362可在第一驱动部件容置腔322内转动，并且第一驱动部件容置腔322与壳体32内部连通，从而使得第一蜗杆362上的螺纹可露出于第一驱动部件容置腔322外从而与安装座31上的第一蜗轮361实现啮合。当第一驱动部件363工作时，驱动第一蜗杆362转动，由于第一蜗杆362与第一蜗轮361啮合，而第一蜗轮361固定不动(这是由于安装座31与立柱42固定)，因此，第一蜗轮362可以一边转动，一边沿着第一蜗轮361移动，即绕着第一蜗轮361的中心转动，从而实现壳体32在水平方向上的转动。

垂直驱动机构包括形成在其中一个旋转轴承35的外周侧面上的第二蜗轮371，与该第二蜗轮371啮合的第二蜗杆372，以及驱动该第二蜗杆372转动的第二驱动部件373。第二蜗轮371呈垂直，其中心轴线为水平，并且第二蜗杆372也呈水平，位于第二蜗轮371上面。优选的，第二驱动部件373固定在壳体32上。在本发明优选的实施例中，壳体32的用于容置上述形成有第二蜗轮371的旋转轴承35的轴承容置腔321的上方设有第二驱动部件容置腔323，第二驱动部件373和第二蜗杆372容置在该第二驱动部件容置腔323内，通过轴用密封圈密封，并且可在其内装润滑脂或润滑油，第二蜗杆372可在第二驱动部件容置腔323内转动，并且第二驱动部件容置腔323与轴承容置腔321内连通，从而使得第二蜗杆372上的螺纹可露出于第二驱动部件容置腔323外从而与旋转轴承35上的第二蜗轮371啮合。当第二驱动部件373工作时，驱动第二蜗杆372转动，由于壳体32不能在垂直方向上转动，则第二蜗轮371绕着其自身中心轴线在垂直方向上转动，从而带动固定在旋转轴承35上的太阳能支架1转动，而太阳能支架1与两个旋转轴承35均固定，因此，未设第二蜗轮371的旋转轴承35也同步转动。优选的，上述的第一驱动部件363和第二驱动部件373均为伺服电机。

太阳能支架1呈长方形，而多个太阳能板2设置在太阳能支架1的正面。在本发明优选的实施例中，包括长方形的边框11，水平方向上间隔地布置在边框11内、在垂直方向延伸的两个垂直分隔杆121，垂直方向上间隔地布置在垂直分隔杆121之间、在水平方向延伸的两条水平分隔杆122，以及分别从其中一个垂直分隔杆121的中部、水平地向边框11的侧边中部延伸的较长的水平分隔杆123，边框11和上述各分隔杆共同形成了多个区域用于设置太阳能板2。其中，边框11的各侧边之间、以及边框11和各分隔杆之间、各分隔杆之间均可采用可拆卸连接的方式互相连接，可简单的通过螺栓连接，也可采用一些特定的连接件。

在太阳能支架1的中心，两个垂直分隔杆121和两个水平分隔杆122共同形成了中心区域15，在该中心区域15内，不设置太阳能板2，形成镂空的状态，而立柱42则从该中心区域15穿过，太阳能支架1绕该中心区域15转动。

太阳能支架1的背面，布置有分别从太阳能支架1的四个角落向中心延伸的支撑杆13，每个支撑杆13都位于太阳能支架1的对角线上。从位于同一垂直方向上的两个角落向中心延伸的两个支撑杆13的末端连接到同一安装支架14，每个安装支架14均与相应位置处的旋转轴承35固定，如通过螺栓固定。每个支撑杆13均包括至少两段分支撑杆131，相邻的两个分支撑杆131之间通过连接套筒132连接，两个分支撑杆131在相互靠近的端部设有相反方向的螺纹，连接套筒132内设有内螺纹，由此，通过旋转连接套筒132即可调节两个分支撑杆131之间的距离。当太阳能支架1安装完成后，调节分支撑杆131之间的距离使其张紧而确保太阳能支架1呈张紧状态。

安装支架14包括圆形的支架连接部141，靠近壳体32，并且与旋转轴承35固定，当两个安装支架14均与旋转轴承35固定后，将限定旋转轴承35在水平方向上的位置，可避免其相对壳体32在水平方向上移动。在支架连接部141的外周设有在垂直方向和/或水平方向上延伸的多个加强翼部142(在水平方向，加强翼部142向远离壳体32的方向延伸)，加强翼部142可与相应位置处的分隔杆固定，从而加强太阳能支架1的强度。

在上文中，立柱42是利用了风电支架4的立柱，而当光电装置单独使用时，则可采用单独的立柱。

安装时，首先将安装座31连同壳体32套入到立柱42外周，将上轴承33套入到立柱42上；此后，将安装座31和上轴承33与立柱42固定；将太阳能支架1拼接安装，使得立柱42从太阳能支架1的中心区域15穿过，而后通过安装支架14与壳体32内的旋转轴承35连接固定，将太阳能板2设置在太阳能支架1上，完成安装。

使用时，启动第一驱动部件363，带动壳体32作水平方向上的旋转，同时可启动第二驱动部件373，带动旋转轴承35作垂直方向上的旋转，由此旋转轴承35既可由壳体32带动作水平方向上的转动，又可自身作垂直方向上的转动，水平驱动机构和垂直驱动机构的有机复合，使得太阳能支架1能同时实现水平方向和垂直方向上的转动，有效扩大了太阳能板2的旋转角度，能够通过控制装置控制上述两个驱动部件(开闭和工作行程)，能够全方位跟踪太阳光线，有效提高太阳能的转换效率和利用效率。而且加载在太阳能支架1上的风力以及自身的重力又很少由旋转驱动装置3自身承受，而是转移到立柱42上，立柱42可稳固的受力，使得旋转驱动装置3牢固而不易受损，延长了使用寿命。

实施例二

参见图7和图8，在本实施例中，与上述实施例一的不同之处在于，实施例一中的安装座31、壳体32和上轴承33为整体式结构，而在本实施例中安装座31’、壳体32’以及上轴承33’则为开合式结构，由此适用于现有的已装机的风电装置。

安装座31’、壳体32’和上轴承33’均在径向上分成为两个部分(即两个分安装座、两个分壳体、两个分上轴承33)，此时形成在安装座31’上的下轴承34’自然也分成为两个部分，优选的，安装座31’的两部分、壳体32’的两部分和上轴承33’的两部分分别对称，均为半圆筒状，可组合成圆筒状。安装座31’的两部分连接处分别开设有第一固定孔381，壳体32’的两部分连接处分别开设有第二固定孔382，而上轴承33’的两部分的连接处分别开设有第三固定孔383。

安装座31’、壳体32’和上轴承33’中的一个或多个的两部分可在连接处设置定位机构，即其中一个部分的连接处可设置有凸柱391，而另一个部分的连接处可设置凹槽(未示出)，通过凸柱391和凹槽的配合可在安装时实现两部分的定位，从而便于安装。

安装时，在现有的风电装置的风电支架上可先将安装座31’的两个部分从风电支架4的立柱的外周对准扣合，通过紧固件穿过上述的第一固定孔381从而将安装座31’安装在立柱外周，壳体32’和上轴承33’的安装方式与此类似。

Claims (9)

1.一种用于太阳能板的旋转驱动装置，其特征在于：包括用于与基础地面固定的垂直的立柱(42)、固定在所述立柱(42)外周上的安装座(31)、位于所述安装座(31)外周的壳体(32)、以及设置在所述壳体(32)两侧内的旋转轴承(35)，所述壳体(32)由水平驱动机构驱动而能相对所述安装座(31)作水平转动，所述旋转轴承(35)由垂直驱动机构驱动而能在所述壳体(32)内作垂直转动，所述旋转轴承(35)用于带动所述太阳能板旋转。

2.如权利要求1所述的用于太阳能板的旋转驱动装置，其特征在于：所述水平驱动机构包括形成在所述安装座(31)外周侧面上的第一蜗轮(361)、与该第一蜗轮(361)啮合的第一蜗杆(362)、以及驱动所述第一蜗杆(362)转动的第一驱动部件(363)，所述第一蜗轮(361)的轴线为垂直方向，所述第一蜗杆(362)带动所述壳体(32)绕所述第一蜗轮(361)转动。

3.如权利要求2所述的用于太阳能板的旋转驱动装置，其特征在于：所述壳体(32)的外周侧面上设有第一驱动部件容置腔(322)，所述第一驱动部件(363)和第一蜗杆(362)容置在所述第一驱动部件容置腔(322)内，所述第一蜗杆(362)能在所述第一驱动部件容置腔(322)内转动，所述第一驱动部件容置腔(322)与所述壳体(32)内部连通，从而所述第一蜗杆(362)上的螺纹露出于所述第一驱动部件容置腔(322)外而与所述第一蜗轮(361)啮合。

4.如权利要求3所述的用于太阳能板的旋转驱动装置，其特征在于：所述安装座(31)上部外周固定有上轴承(33)，所述安装座(31)的下部外周形成有下轴承(34)，所述壳体(32)支承在所述上轴承(33)和下轴承(34)之间，所述第一蜗轮(361)形成在所述安装座(31)外周位于上轴承(33)和下轴承(34)之间的部分。

5.如权利要求1所述的用于太阳能板的旋转驱动装置，其特征在于：所述垂直驱动机构包括形成在其中一个旋转轴承(35)的外周侧面上的第二蜗轮(371)、与所述第二蜗轮(371)啮合的第二蜗杆(372)、以及驱动所述第二蜗杆(372)转动的第二驱动部件(373)，所述第二蜗轮(371)的轴线为水平方向，所述第二蜗轮(371)带动所述旋转轴承(35)绕自身的轴线转动。

6.如权利要求5所述的用于太阳能板的旋转驱动装置，其特征在于：所述壳体(32)的两侧形成有轴承容置腔(321)，所述轴承容置腔(321)的轴线呈水平方向，与具有第二蜗轮(371)的旋转轴承(35)同侧的轴承容置腔(321)上设有第二驱动部件容置腔(323)，所述第二驱动部件(373)和第二蜗杆(372)容置在所述第二驱动部件容置腔(323)内，所述第二蜗杆(372)能在所述第二驱动部件容置腔(323)内转动，所述第二驱动部件容置腔(323)与轴承容置腔(321)内部连通，从而使得所述第二蜗杆(372)上的螺纹露出于第二驱动部件容置腔(323)外而与所述第二蜗轮(371)啮合。

7.如权利要求4所述的用于太阳能板的旋转驱动装置，其特征在于：所述安装座、壳体上轴承均在径向上分成为互相连接固定的两个部分。

8.如权利要求7所述的用于太阳能板的旋转驱动装置，其特征在于：所述安装座、壳体和/或上轴承两部分的连接处设置有定位机构，所述定位机构包括设置在其中一个部分连接处的凸柱(391)，以及设置在相应的另一个部分连接处的凹槽，所述凸柱(391)和凹槽互相配合。

9.如权利要求1～6中任一项所述的用于太阳能板的旋转驱动装置，其特征在于：还包括有底座(41)，所述底座(41)与所述基础地面固定，所述立柱(42)固定在所述底座(41)上。