CN106301177A - 一种两自由度转动刚柔混联聚光器支撑架机构 - Google Patents

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吴军
王立平
张彬彬
许天睿
吴昊
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    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S20/00—Supporting structures for PV modules
    • H02S20/30—Supporting structures being movable or adjustable, e.g. for angle adjustment
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Abstract

一种两自由度转动刚柔混联聚光器支撑架机构，其包括聚光器、动平台、机架、被动杆、第一卷扬机、第二卷扬机、第三卷扬机、第一钢丝索、第二钢丝索和第三钢丝索。动平台上设有第一绳索扣、第二绳索扣和第三绳索扣；三个卷扬机分别通过三条钢丝索连接动平台上的三个绳索扣；被动杆包括虎克铰和支撑杆，支撑杆的一端通过虎克铰连接到动平台的中心，支撑杆的另一端固接在机架上。本发明通过驱动三台卷扬机收放连接于动平台上的三条钢丝索，可实现聚光器的两自由度转动，从而完成跟踪太阳运动；该机构结构简单，可靠性高，机构对称，可模块化，制造成本低。

Description

一种两自由度转动刚柔混联聚光器支撑架机构
技术领域
本发明涉及能源领域，具体涉及一种能够应用于支撑聚光器跟踪太阳运动的一种两自由度转动刚柔混联机构。
背景技术
太阳能发电是解决人类面临的能源问题的一个有效方法。目前，太阳能发电有光伏发电和光热发电两种形式。光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。太阳能光热发电系统通常利用太阳能聚光器聚集太阳光，并在位于聚光器焦点/焦线处的热接收器上形成聚焦光斑，继而产生热能，最后通过相关装置转化成电能。无论光伏发电还是光热发电，都需要利用跟踪机构(太阳能电池板、聚光镜固定在跟踪机构上)实时跟踪太阳运动。跟踪机构通常是一台自动化机械手，其跟踪太阳精度是影响聚光效率的一个重要因素。
太阳能聚光器是一种切实可行的提高太阳能采集效率并加以利用的装备，也是很多太阳能发电装置不可或缺的组成部分。太阳能聚光器通过实时跟踪太阳运动方位，使得跟踪机构上的电池板或聚光镜能够始终正对太阳光，最大程度地吸收太阳光。目前根据跟踪系统轴数分类，可分为单轴和双轴两种。其中，单轴跟踪机构只能实现一个方向的太阳跟踪，主要用在槽式太阳能聚光器系统中。二轴跟踪机构可以保证聚光器镜面在一年四季接受到太阳光，获得较好的跟踪效果，是目前太阳能聚光器中较常用的跟踪机构。
传统二轴聚光器跟踪机构通常为串联机构，串联二轴太阳能聚光器跟踪机构一般采用一个竖直转动轴和一个水平转动轴结构，竖直转动轴用于支撑整个机构的载荷，并驱动跟踪机构完成太阳方位角的跟踪。水平转动轴安装在竖直转动轴的顶部，用于完成高度角的跟踪。串联跟踪机构设计简单，但是受到材料和结构的刚度约束，传统的串联二轴太阳能聚光器跟踪机构必须使用直径更大的竖直轴来支撑电池板或聚光镜，这样就造成了机构的成本上升。同时聚光器一般在户外进行作业，经常受到风沙、暴雨等恶劣天气的影响，对跟踪机构的可靠性能具有较高的要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于支撑聚光器实现跟踪太阳运动的两自由度转动刚柔混联机构，使其具有运动学控制简单、灵活性好、可靠性强、适合用于室外作业，同时易于制造，制造成本低。
本发明的技术方案如下：
一种两自由度转动刚柔混联聚光器支撑架机构，其特征在于，该机构包括机架、第一卷扬机、第二卷扬机、第三卷扬机、第一钢丝索、第二钢丝索、第三钢丝索、被动杆、动平台；所述的第一卷扬机、第二卷扬机和第三卷扬机安装在机架上；所述的动平台上设有第一绳索扣、第二绳索扣和第三绳索扣；所述的第一卷扬机、第二卷扬机、第三卷扬机分别通过第一钢丝索、第二钢丝索、第三钢丝索连接动平台上的三个绳索扣；所述的被动杆包括虎克铰和支撑杆；所述的支撑杆的一端通过虎克铰连接到动平台的中心，支撑杆的另一端固接在机架上。
本发明所述的一种两自由度转动刚柔混联聚光器支撑架机构，其特征在于，第一绳索扣、第二绳索扣和第三绳索扣成120度均匀设置在动平台的边缘。
本发明所述的一种两自由度转动刚柔混联聚光器支撑架机构，其特征在于，所述的第一卷扬机、第二卷扬机和第三卷扬机成120度均匀设置在机架上。
本发明具有以下优点及突出性的技术效果：
①本发明提出一种用于跟踪太阳运动的聚光器跟踪机构，通过驱动三台卷扬机收放连接于动平台上的三条钢丝索，可实现聚光器在动平台上的两自由度转动，实现其跟踪太阳运动。②本发明结构简单对称，易于制造，容易实现模块化；运动学控制简单，灵活性好。
附图说明
图1为本发明提供的一种两自由度转动刚柔混联聚光器支撑架机构的实施例的三维机构示意图。
图2为本发明的去除聚光器的支撑架结构的实施例三维结构示意图。
图3为本发明的动平台和被动支链实施例结构示意图。
图中：1-机架；2-第三钢丝索；3-第一卷扬机；4-第一钢丝索；5-聚光器；6-动平台；7-第二钢丝索；8-第二卷扬机；9-被动杆；10-第三卷扬机；61-第一绳索扣；62-第二绳索扣；63-第三绳索扣；91-虎克铰；92-支撑杆。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明：
图1为本发明提供的一种两自由度转动刚柔混联聚光器支撑架机构的实施例的三维机构示意图，该机构包括机架1、第一卷扬机3、第二卷扬机8、第三卷扬机10、第一钢丝索4、第二钢丝索7、第三钢丝索2、被动杆9、动平台6和聚光器5十个部分。所述的聚光器5固接在动平台6的中心。
图2为本发明的去除聚光器的支撑架结构的实施例三维结构示意图。所述的柔性第一钢丝索4、第二钢丝索7、第三钢丝索2和刚性被动杆9分别连接动平台6和机架1上，组成刚柔混联空间闭环机构。
图3为本发明的动平台和被动支链实施例结构示意图。所述的动平台6上有第一绳索扣61、第二绳索扣62和第三绳索扣63，三个绳索扣成120度均匀分布在动平台6的边缘。所述的第一卷扬机3、第二卷扬机8和第三卷扬机10分别通过第一钢丝索4、第二钢丝索7和第三钢丝索2连接动平台6上的三个绳索扣。所述的三台卷扬机同样成120度均匀分布在机架1上。所述的被动杆9包括虎克铰91和支撑杆92。所述的支撑杆92的一端通过虎克铰91连接到动平台6的中心，支撑杆92的另一端固接在机架1上。
本发明可通过驱动三台卷扬机收放连接于动平台6上的三条钢丝索，实现聚光器5绕虎克铰91的两条转动轴线的两自由度转动，从而实现其跟踪太阳运动。

Claims (3)

1.一种两自由度转动刚柔混联聚光器支撑架机构，其特征在于，该机构包括机架(1)、第一卷扬机(3)、第二卷扬机(8)、第三卷扬机(10)、第一钢丝索(4)、第二钢丝索(7)、第三钢丝索(2)、被动杆(9)和动平台(6)；所述的第一卷扬机(3)、第二卷扬机(8)和第三卷扬机(10)安装在机架(1)上；所述的动平台(6)上设有第一绳索扣(61)、第二绳索扣(62)和第三绳索扣(63)；所述的第一卷扬机(3)、第二卷扬机(8)和第三卷扬机(10)分别通过第一钢丝索(4)、第二钢丝索(7)和第三钢丝索(2)连接动平台(6)上的三个绳索扣；所述的被动杆(9)包括虎克铰(91)和支撑杆(92)；所述的支撑杆(92)的一端通过虎克铰(91)连接到动平台(6)的中心，支撑杆(92)的另一端固接在机架(1)上。
2.如权利要求1所述的一种两自由度转动刚柔混联聚光器支撑架机构，其特征在于，所述的第一卷扬机(3)、第二卷扬机(8)和第三卷扬机(10)成120度均匀设置在机架(1)上。
3.如权利要求2所述的一种两自由度转动刚柔混联聚光器支撑架机构，其特征在于，第一绳索扣(61)、第二绳索扣(62)和第三绳索扣(63)成120度均匀设置在动平台(6)的边缘。
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