CN105928229A - 一种斯特林碟式聚光器角度调整测量机构及其测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种斯特林碟式聚光器角度调整测量机构及其测量方法，包括立柱、镜面支架（1）和镜面（2），上立柱（5）通过旋转法兰（7）安装在下立柱（6）上，旋转法兰（7）上安装有伺服电机（8）并通过涡轮机构联接，镜面支架（1）铰装在上立柱（5）顶部，镜面支架（1）背面铰装直线电机（10），直线电机（10）的推杆前端铰装在上立柱（5）上；伺服电机（8）和直线电机（10）上安装有旋转计数器，并和角度计算模块连接。本发明根据机械结构本身的特点，省掉角度编码器，同时配合伺服电机上的计数器间接计算出碟面当前的角度。

Description

一种斯特林碟式聚光器角度调整测量机构及其测量方法
技术领域
本发明涉及一种碟式聚光器的角度调整结构与角度测量装置，还涉及了一种角度测量方法。
背景技术
碟式斯特林光热发电技术是目前利用太阳能发电效率最高的方式，其热发电的效率最高可以达到25%-34%。目前市场上最成熟的碟式斯特林发电系统为瑞典Cleanergy公司所设计，我国于2012年采用该设计建成中国第一个碟式斯特林光热示范电站。
碟式太阳能跟踪系统需要水平和垂直两个方向上机械结构的相互配合，控制碟面运转到正对太阳的位置。通常需要在机械运转中心轴上安装角度编码器来测量碟面当前的方位角和高度角，角度编码器成本较高，同时会增加机械设计的复杂度。
发明内容
本发明要解决的技术问题：针对现有碟式聚光器采用角度编码器测量角度较复杂的问题，提供了一种简单有效的角度测量机构及方法。
本发明技术方案：
一种斯特林碟式聚光器角度调整及测量机构，包括立柱、镜面支架和镜面，立柱由上立柱和下立柱组成，上立柱通过旋转法兰安装在下立柱上，旋转法兰上安装有伺服电机并通过涡轮机构联接，镜面支架铰装在上立柱顶部，镜面支架背面铰装直线电机，直线电机的推杆前端铰装在上立柱上；伺服电机和直线电机上安装有旋转计数器，并和角度计算模块连接。
镜面支架和镜面呈碟形，并沿径向开设一道扇形的开口槽。
镜面支架由桁架和连杆组成，桁架沿径向布置，连杆沿周向分布用于连接相邻两个桁架，其中两个相邻桁架之间没有安装连杆，形成开口槽，开口槽的端部安装有连接机构。
上立柱的横截面为梯形，上立柱穿过开口槽。
上立柱梯形横截面的上下底为圆弧形。
一种斯特林碟式聚光器角度调整及测量机构的角度测量方法，包括方位角和高度角测量，方位角的变化值=伺服电机上计数器的计数值m×比例系数x，x为单位计数值下的旋转法兰的动转角度；高度角的变化根据公式QUOTE 计算，设镜面支架在上立柱上的铰点为A点，直线电机在镜面支架背面的铰点为B点，直线电机推杆在上立柱下部的铰点为C点，则a为A点到C点的距离，b为A点到B点的距离，c为B点到C点的距离，α为∠BAC。
c=c0+n×y，其中c0 为推杆的初始长度，n为直线电机计数器计数，y为单位计数下所对应推杆长度的变化。
本发明的有益效果：
根据机械结构本身的特点，省掉角度编码器，同时配合伺服电机上的计数器间接计算出碟面当前的角度。
水平方向上伺服电机的计数器和方位角成线性关系，比较容易处理。垂直方向上非线性，需要通过一定的技巧来处理。根据机械结构的特点，可以抽象成一个三角形，三条边a、b、c分别对应碟架上的三条支撑臂。其中a、b边长度固定，第三边c对应传动装置的丝杠，
根据余弦定理： QUOTE ，丝杠长度的变化对应着α角度的变化，再根据垂直伺服电机的当前计数器值，就可以计算出碟面的高度角。
上立柱的横截面改成梯形后，可以有效的减少镜面上需要开槽的尺寸，同时立柱的质量也大大减少，使运输和安装都更加方便。
在开槽处增设一个连接结构，可以对碟架的切向强度进行补偿，从而提高整个碟架的强度，在同样的设计强度下可以大大的减少碟架的连接构件和整体质量，同时在简化的碟架结构也便于制造易于运输和安装的构件，减少安装成本。
附图说明：
图1为本发明整体结构示意图。
图2为图1中部位VI的局部放大视图。
图3为上立柱的俯视图。
图4为碟架的结构示意图。
图5为高度角计算示意图。
具体实施方式：
如图4，碟架1由桁架11和连杆12组成，桁架11呈伞形骨架式分布，每个桁架11为平面桁架结构，并垂直于碟面。相邻的两个桁架11之间用多个沿碟面周向布置的连杆12连接。其中有两个桁架11之间不设置连杆12，这样就形成了一个扇形的开口槽3，在开口槽3的最外端设置一个连接结构4，连接结构4是一个框架结构，其左侧铰装在左侧桁架11上，连接结构4右侧具有和右侧桁架11衔接的结构，本实施例中是采用连接孔和螺栓进行连接。镜面2是由多块具有一定曲率的镜片安装在碟架1上后拼接而成的抛物面，连接结构4上也安装一块镜片。
将整个碟架1安装到立柱上后，形成如图1所示的结构，立柱由上立柱5和下立柱6组成，上立柱5通过旋转法兰7安装在下立柱6上，上立柱5的横截面为梯形，梯形的上下底边为圆弧形，上立柱5穿过开口槽3，镜面支架1安装在上立柱5顶部的转轴上。
旋转法兰7上安装有伺服电机8和传动机构，本实施例中的传动机构为蜗杆机构，伺服电机8通过传动机构将扭矩传递给旋转法兰7使其转动。
上立柱5底部套在安装座9中，镜面支架1背面安装有直线电机10，直线电机10的推杆前端铰装在安装座9上。直线电机10可以实现整个碟架1的俯仰运动。
伺服电机8和直线电机10上安装的有旋转计数器，并和角度计算模块连接，角度计算模块通过计数器的计数进行碟面方位角和高度角的计算。
水平方向上伺服电机8计数器的计数和方位角成线性关系，当正转时，每个经过工作脉冲计数器计数m加一，反之则减一，方位角的变化值=伺服电机8上计数器的计数值m×比例系数x，x为单位计数值下的旋转法兰7的动转角度，x的值可以在安装好机构后测定，是固定参数。
垂直方向上高度角的变化非线性，需要通过一定的技巧来处理。根据机械结构的特点，可以抽象成一个三角形，设镜面支架1在上立柱5上的铰点为A点，直线电机10在镜面支架1背面的铰点为B点，直线电机10推杆在上立柱5下部的铰点为C点，则a为A点到C点的距离，b为A点到B点的距离，c为B点到C点的距离，α为∠BAC。三条边a、b、c分别对应碟架上的三条支撑臂。其中a、b边长度固定，第三边c对应直线电机的丝杠的长度。
根据余弦定理： QUOTE ，丝杠长度的变化对应着α角度的变化，再根据垂直伺服电机的当前计数器值，就可以计算出碟面的高度角。c=c0+n×y。n为直线电机10计数器计数，y为单位计数下所对应推杆长度的变化，其值为直线电机10的固定参数，直线电机10正转时，每个经过工作脉冲计数器计数m加一，反之则减一。

Claims (7)

1.一种斯特林碟式聚光器角度调整测量机构，包括立柱、镜面支架（1）和镜面（2），其特征在于：立柱由上立柱（5）和下立柱（6）组成，上立柱（5）通过旋转法兰（7）安装在下立柱（6）上，旋转法兰（7）上安装有伺服电机（8）并通过涡轮机构联接，镜面支架（1）铰装在上立柱（5）顶部，镜面支架（1）背面铰装直线电机（10），直线电机（10）的推杆前端铰装在上立柱（5）上；伺服电机（8）和直线电机（10）上安装有旋转计数器，并和角度计算模块连接。
2.根据权利要求1所述斯特林碟式聚光器角度调整测量机构，其特征在于：镜面支架（1）和镜面（2）呈碟形，并沿径向开设一道扇形的开口槽（3）。
3.根据权利要求2所述斯特林碟式聚光器角度调整测量机构，其特征在于：镜面支架（1）由桁架（11）和连杆（12）组成，桁架（11）沿径向布置，连杆（12）沿周向分布用于连接相邻两个桁架（11），其中两个相邻桁架（11）之间无连杆（12），形成开口槽（3），开口槽（3）的端部安装有连接机构（4）。
4.根据权利要求2所述斯特林碟式聚光器角度调整测量机构，其特征在于：上立柱（5）的横截面为梯形，上立柱（5）穿过开口槽（3）。
5.据权利要求4所述斯特林碟式聚光器角度调整及测量机构，其特征在于：上立柱（5）梯形横截面的上下底为圆弧形。
6.一种如权利要求1-5所述任一斯特林碟式聚光器角度调整测量机构的角度测量方法，其特征在于：包括方位角和高度角测量，方位角的变化值=伺服电机（8）上计数器的计数值m×比例系数x，x为单位计数值下的旋转法兰（7）的动转角度；高度角的变化根据公式计算，设镜面支架（1）在上立柱（5）上的铰点为A点，直线电机（10）在镜面支架（1）背面的铰点为B点，直线电机（10）推杆在上立柱（5）下部的铰点为C点，则a为A点到C点的距离，b为A点到B点的距离，c为B点到C点的距离，α为∠BAC。
7.根据权利要求6所述斯特林碟式聚光器角度调整测量机构的角度测量方法，其特征在于：c=c0+n×y，其中c0 为推杆的初始长度，n为直线电机（10）计数器计数，y为单位计数下所对应推杆长度的变化。
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