CN106015474A - 太阳跟踪齿轮传动装置 - Google Patents

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Abstract

本发明太阳跟踪齿轮传动装置采用一级渐开线齿轮传动+一级双曲柄渐开线少齿差行星传动+一级NGW行星传动+一级锥齿轮传动，通过两个制动器控制太阳能电池板的方位角调整驱动和高度角调整驱动，具有以下优势：(1)大速比、大扭矩、小体积。渐开线少齿差传动单级速比最高可达100，行星齿轮传动单级速比可达13，大幅度降低驱动能耗，提高发电利用率；(2)刚度大、传动性能好。通过多级减速，回转轮系的惯性力降低，附加动载荷明显减小，传动系统运转更加平稳；具有多点内啮合和功率分流特性，抗冲击和抗过载能力强、扭转刚度大；(3)双自由度输出。摆脱了常规多电机多驱动单元的驱动模式，精简了驱动机构，降低了能耗和采购成本；(4)良好的工艺性。

Description

太阳跟踪齿轮传动装置
技术领域
本发明属于齿轮传动技术领域，具体涉及一种太阳跟踪齿轮传动装置。
背景技术
随着煤炭、石油等不可再生的矿物质能源的日益枯竭以及常规能源使用产生的环境压力等情况，人类把解决危机的目光转向了新能源与可再生能源，如核能、风能、太阳能、生物能等。其中太阳能作为新能源的重要组成部分，因其具有取之不尽、用之不竭、无污染等特点而备受推崇。其中，利用“光生伏打效应”将光能直接转换为电能，即太阳能光伏发电蕴藏着巨大的市场前景。
目前在太阳能发电方面所面临的主要问题是利用率不高和成本较高。太阳能效能利用率高低直接跟太阳能板面与太阳光线垂直度相关，针对太阳跟踪应用技术，国内外学者做了大量的研究，Salah Abdallah等学者对光伏发电采用双轴太阳自动跟踪，发电效率比固定式光伏发电效率提高41％。可见，辅以精确的太阳能跟踪系统可使太阳能的接受率大大提高，进而提高了太阳能的利用率。
请参阅图1，光伏双轴跟踪系统有两个转动轴，分别为方位轴和俯仰轴。方位轴垂直于地面，太阳能电池板绕方位轴跟踪太阳时角变化。俯仰轴与地面平行，太阳能电池板绕俯仰轴作俯仰运动，用于跟踪太阳高度角的变化，故双轴跟踪系统的输出自由度为两个：绕方位轴旋转(方位角)自由度和绕俯仰轴旋转(高度角)自由度。
有鉴于此，本发明人提出了一种用于光伏双轴跟踪系统的新型太阳跟踪齿轮传动装置。
发明内容
本发明的目的在于提出一种具有大速比、大扭矩、高刚度、小体积和高精度的新型太阳跟踪齿轮传动装置，所要解决的技术问题是使其可实现单电机输入双向两自由度输出，提高光伏发电率，从而更加适于实用。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现。依据本发明提出的一种太阳跟踪齿轮传动装置，包括电机、第一制动器k1、第二制动器k2，电机通过输入轴i1驱动第一太阳轮s1，第一太阳轮s1与第一行星轮p1啮合；第一行星轮p1通过偏心轴h1与输出圆盘w连接，偏心轴h1上装设有外齿轮c1，外齿轮c1与固定的内齿轮r1啮合；输出圆盘w与第二太阳轮s2固设于同一转动轴上，第二太阳轮s2与内齿圈r2、第二行星轮p2及行星架h2构成行星齿轮传动；行星架h2与第一输出轴o1固接，内齿圈r2上安装有第一锥齿轮z1，第一锥齿轮z1分别与装设第二输出轴o2的第二锥齿轮z2、装设第三输出轴o3的第三锥齿轮z3啮合；
第一制动器k1控制锁死内齿圈r2，第二制动器k2控制锁死行星架h2。
本发明的目的及解决其技术问题还采用以下技术措施来进一步实现。
前述的太阳跟踪齿轮传动装置，所述第一太阳轮s1、第一行星轮p1的齿形为渐开线齿形。
前述的太阳跟踪齿轮传动装置，所述第一行星轮p1的直径大于第一太阳轮s1的直径。
前述的太阳跟踪齿轮传动装置，所述所述偏心轴h1的端部通过轴承装设于输出圆盘w上。
前述的太阳跟踪齿轮传动装置，所述第一输出轴o1用作光伏双轴跟踪系统的方位轴，驱动调整太阳能电池板的方位角。
前述的太阳跟踪齿轮传动装置，所述第二输出轴o2、第三输出轴o3用作光伏双轴跟踪系统的俯仰轴，驱动调整太阳能电池板的高度角。
借由上述技术方案，本发明一种用于光伏双轴跟踪系统的新型太阳跟踪齿轮传动装置综合采用了平行轴传动、双曲柄渐开线少齿差传动、行星齿轮传动及锥齿轮传动，具有以下优点：
(1)大速比、大扭矩、小体积。渐开线少齿差传动单级速比最高可达100，行星齿轮传动单级速比可达13，通过合理的结构设计，在满足驱动力矩的前提下，可实现电机的微型化，大幅度降低驱动能耗，提高发电利用率；
(2)刚度大、传动性能好。通过多级减速，回转轮系的惯性力降低，附加动载荷明显减小，传动系统运转更加平稳；具有多点内啮合和功率分流特性，抗冲击和抗过载能力强、扭转刚度大；
(3)双自由度输出。摆脱了常规多电机多驱动单元的驱动模式，精简了驱动机构，降低了能耗和采购成本；
(4)良好的工艺性。各零部件结构简单，成本低，加工方便，采用常规机床即可完成加工。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
图1是光伏双轴跟踪系统的示意图。
图2是本发明太阳跟踪齿轮传动装置的原理图。
图3是本发明太阳跟踪齿轮传动装置的结构示意图。
【主要元件符号说明】
1：箱体Ⅰ 2：箱体Ⅱ
3：行星轴 i1:输入轴
s1：第一太阳轮 p1：第一行星轮
h1：偏心轴 c1：外齿轮
r1：内齿轮 w：输出圆盘
s2：第二太阳轮 p2：第二行星轮
r2：内齿圈 h2：行星架
z1：第一锥齿轮 z2：第二锥齿轮 z3：第三锥齿轮
o1：第一输出轴 o2：第二输出轴 o3：第三输出轴
k1：第一制动器 k2：第二制动器
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的太阳跟踪齿轮传动装置其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。
请参阅图2及图3，本发明太阳跟踪齿轮传动装置包括一电机，该电机通过输入轴i1驱动第一太阳轮s1，该第一太阳轮s1与两个被动的第一行星轮p1啮合；每个第一行星轮p1通过一偏心轴h1与输出圆盘w连接，所述偏心轴h1的偏心轴段上装设有两个外齿轮c1，两个外齿轮c1分别与固定的内齿轮r1啮合；该输出圆盘w与第二太阳轮s2固设于同一转动轴上，第二太阳轮s2与内齿圈r2、第二行星轮p2及行星架h2构成行星齿轮传动；该行星架h2与第一输出轴o1固接，该内齿圈r2上安装有第一锥齿轮z1，该第一锥齿轮z1分别与第二锥齿轮z2、第三锥齿轮z3啮合，该第二锥齿轮z2上装设第二输出轴o2，该第三锥齿轮z3上装设第三输出轴o3。
进一步的，本发明太阳跟踪齿轮传动装置还包括第一制动器k1、第二制动器k2，第一制动器k1用于锁死内齿圈r2，第二制动器k2用于锁死行星架h2.
进一步的，所述第一太阳轮s1、两个第一行星轮p1的齿形都为渐开线齿形，两个第一行星轮p1的直径大于第一太阳轮s1的直径。
进一步的，所述偏心轴h1的偏心轴段上通过轴承装设有两个外齿轮c1.
进一步的，所述偏心轴h1的端部通过轴承装设于输出圆盘w上。
进一步的，所述第二行星轮p2通过行星轴驱动行星架h2.
进一步的，所述第二锥齿轮z2、第三锥齿轮z3分别固定且相对设置，确保其只能转动。
进一步的，所述第一输出轴o1用作光伏双轴跟踪系统的方位轴，驱动调整太阳能电池板的方位角。
进一步的，所述第二输出轴o2、第三输出轴o3用作光伏双轴跟踪系统的俯仰轴，驱动调整太阳能电池板的高度角。
本发明太阳跟踪齿轮传动装置采用一级渐开线齿轮传动+一级双曲柄渐开线少齿差行星传动+一级NGW行星传动+一级锥齿轮传动，通过两个制动器控制太阳能电池板的方位角调整驱动和高度角调整驱动，其工作原理为：
(1)第一制动器k1制动锁死内齿圈r2、第二制动器k2脱开时，电机(本实施例采用伺服电机)的旋转运动通过第一太阳轮s1传递给两个被动的第一行星轮p1，实现第一级减速。
两个被动第一行星轮p1的旋转运动传给偏心轴h1，致使外齿轮c1产生偏心平移摆动；由于内齿轮r1固定，外齿轮c1在随两偏心轴h1平移摆动的同时，在与内齿轮r1啮合力的作用下围绕输出圆盘w轴线公转；通过输出圆盘w上的轴承，将外齿轮c1的公转角速度传递给输出圆盘w输出，实现第二级减速。
输出圆盘w再将动力传递给第二太阳轮s2，第二太阳轮s2与第二行星轮p2、内齿圈r2组成NGW行星齿轮传动，最终将动力通过行星架h2、第一输出轴o1将动力输出，实现太阳能电池板方位角的调整驱动。
(2)第二制动器k2制动锁死行星架h2、第一制动器k1脱开时，第一级和第二级减速与太阳能电池板方位角调整驱动时相同，在此不再详述。
输出圆盘w将动力传递给第二太阳轮s2后，由于行星架h2被第二制动器k2固定，内齿圈r2旋转自由度释放，第二太阳轮s2通过第二行星轮p2与内齿圈r2啮合，内齿圈r2上安装有第一锥齿轮z1，第一锥齿轮z1通过与第二锥齿轮z2、第三锥齿轮z3啮合，第二输出轴o2、第三输出轴o3转动，实现太阳能电池板高度角的调整驱动。
以上所述，仅是本发明专利的较佳实施例而已，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本专利技术方案范围内，依据本专利的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本专利技术方案的范围内。

Claims (6)

1.一种太阳跟踪齿轮传动装置，其特征在于包括电机、第一制动器(k1)、第二制动器(k2)，电机通过输入轴(i1)驱动第一太阳轮(s1)，第一太阳轮(s1)与第一行星轮(p1)啮合；第一行星轮(p1)通过偏心轴(h1)与输出圆盘(w)连接，偏心轴(h1)上装设有外齿轮(c1)，外齿轮(c1)与固定的内齿轮(r1)啮合；输出圆盘(w)与第二太阳轮(s2)固设于同一转动轴上，第二太阳轮(s2)与内齿圈(r2)、第二行星轮(p2)及行星架(h2)构成行星齿轮传动；行星架(h2)与第一输出轴(o1)固接，内齿圈(r2)上安装有第一锥齿轮(z1)，第一锥齿轮(z1)分别与装设第二输出轴(o2)的第二锥齿轮(z2)、装设第三输出轴(o3)的第三锥齿轮(z3)啮合；
第一制动器(k1)控制锁死内齿圈(r2)，第二制动器(k2)控制锁死行星架(h2)。
2.根据权利要求1所述的太阳跟踪齿轮传动装置，其特征在于所述第一太阳轮(s1)、第一行星轮(p1)的齿形为渐开线齿形。
3.根据权利要求1或2所述的太阳跟踪齿轮传动装置，其特征在于所述第一行星轮(p1)的直径大于第一太阳轮(s1)的直径。
4.根据权利要求1所述的太阳跟踪齿轮传动装置，其特征在于所述偏心轴(h1)的端部通过轴承装设于输出圆盘(w)上。
5.根据权利要求1所述的太阳跟踪齿轮传动装置，其特征在于所述第一输出轴(o1)用作光伏双轴跟踪系统的方位轴，驱动调整太阳能电池板的方位角。
6.根据权利要求1所述的太阳跟踪齿轮传动装置，其特征在于所述第二输出轴(o2)、第三输出轴(o3)用作光伏双轴跟踪系统的俯仰轴，驱动调整太阳能电池板的高度角。
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