CN106931667B - 极地太阳能接收铜合金机架 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及太阳能接收设备，极地太阳能接收铜合金机架，包括机座筒体、太阳能板总成、龙门架总成、季节电机、电机齿轮、摆转半齿轮、日跟踪轴和日跟踪电机，作为改进：筒体上法兰上有台阶凹面，台阶凹面中心有筒体内孔，机座筒体外圆上有筒孔检修门，筒孔检修门与筒体内孔连同，筒体底平面上固定安装日跟踪电机；日跟踪轴下方的轴连接段与日跟踪电机输出轴之间由联轴器连接固定；季节电机固定在季电机螺孔上，季节电机输出轴与电机齿轮内孔之间通过机轴平键传递扭矩，电机齿轮与摆转半齿轮之间相互啮合，太阳能板总成固定在齿轮连接板上；太阳能板总成整体固定在齿轮固定筋板上，能实现太阳照射角度等于水平线时仍然能够获取太阳光能力。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能接收设备，国际专利分类号G05D，具体为极地太阳能接收铜合金机架。
背景技术
越是接近极点，极地的气象和气候特征越明显。在那里，一年的时光只有一天一夜。即使在仲夏时节，太阳也只是远远地挂在南方地平线上，发着惨淡的白光。太阳升起的最高高度不会超过23.5°，即太阳直射光线与底平面水平线之间的最大夹角（β角）不会超过23.5。更多时间太阳光是近似于水平角度照射，北极的冬天是漫长、寒冷而黑暗的从每年的11月23日开始，太阳运行的轨迹渐渐地向地平线接近，甚至是低于水平角度照射，地表上看不见太阳。
现有的太阳能接收设备设计初衷主要是解决南、北极圈以外的南、北回归线之间的人们生活能源问题，通常无法直接将接收面角度调整到水平以及水平以下，因此不适合地球南、北极圈以内的南北两极地使用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可以将太阳能接收面角度可以调整到水平以下，并能24小时跟随太阳光旋转的，以解决上述背景技术中提出的具体问题。
极地太阳能接收铜合金机架，包括机座筒体、太阳能板总成、龙门架总成、季节电机、电机齿轮、摆转半齿轮、日跟踪轴和日跟踪电机；
所述的机座筒体上有台阶凹面和筒体内孔，筒体底平面上固定安装日跟踪电机；所述的日跟踪轴下方依次有轴卡簧槽和轴连接段，日跟踪轴上方依次有轴承挡肩、轴转圆盘和轴定位段，轴转圆盘上有三个转盘螺孔，一对深沟轴承位于日跟踪轴上，轴用卡簧位于轴卡簧槽内限制深沟轴承轴向位移，深沟轴承外圆位于筒体内孔上，轴转圆盘下平面可旋转位于台阶凹面上，轴连接段与日跟踪电机输出轴之间由联轴器连接固定；作为改进：
所述的摆转半齿轮设置齿轮挖空和齿轮固定筋板，所述的太阳能板总成整体固定在齿轮固定筋板上；所述的摆转半齿轮上有齿轮支撑板和齿轮挖空，所述的摆转半齿轮上的齿牙覆盖弧面角度大于，所述的齿轮挖空弧面角度大于度；齿轮支撑板上有齿轮连接板和齿轮固定筋板，齿轮固定筋板上有齿轮固定通孔；齿轮轴销依次穿越摆轮轴孔和齿轮固定通孔，电机齿轮与摆转半齿轮之间相互啮合；所述的太阳能板总成固定在齿轮连接板上。
所述的龙门架总成包括龙门转盘和两侧对称的龙门立板，龙门立板上端为整体结构的龙门横梁，龙门横梁上有一对摆轮轴座，摆轮轴座上有摆轮轴孔；两侧的龙门立板都有机轴通孔，龙门立板底平面上有立板底螺孔；龙门转盘上有季电机螺孔、转盘固定孔和立板固定孔以及中心定位孔，两侧对称的龙门立板固定在龙门转盘上平面，中心定位孔与轴定位段之间为可旋转配合，龙门转盘固定在轴转圆盘上平面，季节电机固定在季电机螺孔上，季节电机输出轴与电机齿轮内孔之间通过机轴平键传递扭矩，一对齿轮挡圈分别位于电机齿轮两侧的龙门立板，齿轮挡圈内孔滑动配合套在季节电机输出轴上。
所述的龙门立板与所述的龙门转盘之间采用分体式，所述的龙门转盘与所述的轴转圆盘采用分体结构，所述的轴定位段与所述的中心定位孔相配合。
所述的轴转圆盘下平面为轴盘下平面，轴盘下平面有一层硬质铜合金镀层。
本发明的有益效果是：
1、太阳能板总成整体固定在齿轮固定筋板上，摆转半齿轮设置齿轮挖空和齿轮固定筋板，使得与龙门横梁为整体结构的龙门立板可以跨越贯穿摆转半齿轮，提高了龙门架总成刚度，齿轮挖空弧面角度大于300度，确保摆转半齿轮可以带动太阳能板总成旋转至太阳照射角度为负5至负10经度，只要将本发明中的筒体下法兰固定于地面或足够高处地面或其他附加高塔支撑架上，就能实现太阳照射角度等于或低于水平线时仍然能够获取太阳光能力。
2、日跟踪轴设置深沟轴承外圆位于筒体内孔上，以及轴转圆盘下平面可旋转位于台阶凹面上，解决了径向定位和轴向支撑；特别是台阶凹面上有圆环布置的滑移滚珠，使得日跟踪轴及其上方的龙门架总成和太阳能板总成都能够轻松作水平旋转。
3、龙门立板与龙门转盘之间采用分体式，便于加工，降低材料以及制造成本；龙门转盘与轴转圆盘采用分体结构，便于龙门立板与龙门转盘之间连接固定，轴定位段与中心定位孔相配合，确保龙门架总成以及太阳能板总成能日跟踪轴中心轴线作旋转。
4、所述的轴盘下平面有一层硬质铜合金镀层，使得滑移滚珠与轴盘下平面之间接触摩擦阻力大幅减少。
附图说明
图1为本发明的立体外观图。
图2为本发明的正面视图。
图3为图2的侧面视图，太阳能接收面角度为水平以上。
图4为图3中的太阳能接收面角度为水平以下。
图5为图4中的A-A剖面图。
图6为图5中的滑移滚珠80处的局部放大图。
图7为图6中的珠座台阶孔16内卸除了滑珠座外半片82后的状态图。
图8为图6中的滑珠座内半片81或者滑珠座外半片82的局部放大图。
图9为图6中的珠座台阶孔16内卸除了滑珠座内半片81和滑珠座外半片82后的状态图。
图10为图3中的太阳能板总成20与摆转半齿轮52连接的局部放大图。
图11为图4中的龙门架总成40单独视图。
图12为图11侧视图。
图13为图12俯视图。
图14为图5中的日跟踪轴70以及一对深沟轴承75和轴用卡簧71的组装视图。
图15为极地太阳直射光线示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
如图1至图5，极地太阳能接收铜合金机架，包括机座筒体10、太阳能板总成20、龙门架总成40、季节电机50、电机齿轮51、摆转半齿轮52、日跟踪轴70和日跟踪电机90，作为改进：
图1至图5中，所述的机座筒体10上有筒体下法兰11和筒体上法兰14，筒体上法兰14上有台阶凹面18，台阶凹面18中心有筒体内孔17，机座筒体10外圆上有筒孔检修门15，筒孔检修门15与筒体内孔17连同，筒体内孔17底部的筒体底平面19上固定安装日跟踪电机90；
图5和图14中，所述的日跟踪轴70下方依次有轴卡簧槽74和轴连接段79，日跟踪轴70上方依次有轴承挡肩77、轴转圆盘72和轴定位段76，轴转圆盘72上有三个转盘螺孔73，一对深沟轴承75位于日跟踪轴70上，轴用卡簧71位于轴卡簧槽74内限制深沟轴承75轴向位移，深沟轴承75外圆位于筒体内孔17上，轴转圆盘72下平面可旋转位于台阶凹面18上，轴连接段79与日跟踪电机90输出轴之间由联轴器91连接固定；
以及图10至图14所示，所述的龙门架总成40包括龙门转盘60和两侧对称的龙门立板45，龙门立板45上端为整体结构的龙门横梁41，龙门横梁41上有一对摆轮轴座42，摆轮轴座42上有摆轮轴孔43；两侧的龙门立板45都有机轴通孔44，龙门立板45底平面上有立板底螺孔46；龙门转盘60上有季电机螺孔62、转盘固定孔63和立板固定孔64以及中心定位孔67，两侧对称的龙门立板45固定在龙门转盘60上平面，中心定位孔67与轴定位段76之间为可旋转配合，龙门转盘60固定在轴转圆盘72上平面，所述的季节电机50固定在季电机螺孔62上，季节电机50输出轴穿越机轴通孔44，季节电机50输出轴与电机齿轮51内孔之间通过机轴平键59传递扭矩，一对齿轮挡圈55分别位于电机齿轮51两侧的龙门立板45，齿轮挡圈55内孔滑动配合套在季节电机50输出轴上；
图1至图5和图10中，所述的摆转半齿轮52上有齿轮支撑板57和齿轮挖空54，齿轮支撑板57上有齿轮连接板56和齿轮固定筋板53，齿轮固定筋板53上有齿轮固定通孔58；齿轮轴销48依次穿越摆轮轴孔43和齿轮固定通孔58，齿轮轴销48与齿轮固定通孔58之间为可轴向旋转配合，电机齿轮51与摆转半齿轮52之间相互啮合；所述的太阳能板总成20包括板内纵梁21、板内横梁22、板外横框23和板外纵框24以及太阳能电池板28，板内纵梁21固定在齿轮连接板56上；
所述的轴转圆盘72下平面为轴盘下平面78，轴盘下平面78有一层硬质铜合金镀层。
图3、图4和图10中，作为进一步改进：所述的摆转半齿轮52上的齿牙覆盖弧面角度为280，所述的齿轮挖空54弧面角度为320度，齿轮挖空54弧面半径为430毫米，所述的齿轮固定筋板53宽度为110毫米。确保摆转半齿轮52可以带动太阳能板总成20旋转至太阳照射角度为负5至负10经度。
图5、图6、图7、图8和图9中，作为进一步改进：所述的台阶凹面18上有珠座台阶孔16，珠座台阶孔16圆周布置与筒体内孔17具有同轴关系，珠座台阶孔16内台阶上有台阶孔平面13，台阶孔平面13中心有珠座盲孔12；滑珠座内半片81和滑珠座外半片82形状结构尺寸相同，都包括有滑珠座外圆87、滑珠座结合面84、滑珠座外侧面85，滑珠座结合面84上有滑珠座内圆孔88，滑珠座内圆孔88底端连接着滑珠座内锥孔83大头端，滑珠座内锥孔83小头端与所述的滑珠座外侧面85相交；
所述的珠座台阶孔16内圆同时固定着滑珠座内半片81和滑珠座外半片82，滑珠座内半片81和滑珠座外半片82上的滑珠座内圆孔88和滑珠座内锥孔83之间滑动配合固定着滑移滚珠80；滑移滚珠80上突出在滑珠座内半片81之外部分为内突出球面86，内突出球面86被容纳在所述的珠座盲孔12之中；滑移滚珠80上突出在滑珠座外半片82之外部分为外突出球面89，外突出球面89与所述的轴盘下平面78接触。
图14中，作为进一步改进：所述的轴盘下平面78上有一层厚度为0.31至0.33毫米的硬质铜合金镀层，该铜合金钢材料由如下重量百分比的元素组成：Cu：17.7%、W：2.7%、Cr：2.3%、Mo：1.8%、Ti：1.5%、Ni：1.2%、C：1.1%，余量为Fe及不可避免的杂质；所述杂质的重量百分比含量为：Si为0.18%、S为0.011%、P为0.013%，该硬质铜合金镀层68的表面洛氏硬度值为HRC65。
实施例中，南极圈和北极圈是地球南半球和北半球上发生极昼、极夜现象的界线。将地球自身的地轴倾斜予以简化忽略，以在南极使用为例，设定冬至日（12月22-23日左右）太阳光照射角度近视为正23.5经度，设定春分日（3月20-21日左右）太阳照射角度近视为0经度（水平线），电机齿轮51与摆转半齿轮52之间的分度圆半径之比为1比2，季节电机50采用一款步进电机。
季节电机50设定为冬至日到春分日的一个季度期间里共计逆时针旋转48度，带动摆转半齿轮52以及太阳能板总成20共计逆时针旋转24度经度，确保太阳能板总成20与太阳光保持在经度上近视同步。
在春分日到秋分日的半年时间，由于南极处于极夜现象中，无法利用太阳能而不做功，季节电机50和日跟踪电机90都不工作。
季节电机50设定为秋分日到冬至日的一个季度期间里共计顺时针旋转48度，带动摆转半齿轮52以及太阳能板总成20共计顺时针旋转24度经度，确保太阳能板总成20与太阳光保持在经度上近视同步。
日跟踪电机90采用另一款步进电机。日跟踪电机90设定为追随阳光旋转一圈，带动日跟踪轴70、龙门转盘60以及太阳能板总成20也追随阳光旋转一圈（360维度）。
若在北极使用，则只需改变季节电机50和日跟踪电机90的设定参数就行。
只要将本发明中的筒体下法兰11固定于地面或足够高处地面或其他附加高塔支撑架上，就能实现太阳照射角度等于或低于水平线时仍然能够获取太阳光能力，全年就会有大半年时间里都可以获取太阳能。
组装过程步骤如下：
（一）、机座筒体10和日跟踪轴70安装
将筒体下法兰11固定于高处地面或其他附加高塔支撑架上，打开筒孔检修门15，将日跟踪电机90放置在筒体底平面19上；将配合有一对深沟轴承75和轴用卡簧71的日跟踪轴70放入筒体内孔17内，使得深沟轴承75外圆位于筒体内孔17上，轴转圆盘72下平面可旋转位于台阶凹面18上；将轴连接段79与日跟踪电机90输出轴之间由联轴器91连接固定，确保日跟踪轴70垂直旋转，将日跟踪电机90固定在筒体底平面19上，关上筒孔检修门15。
（二）、龙门架总成40、季节电机50、电机齿轮51和摆转半齿轮52安装
一只龙门立板45跨越齿轮挖空54，将齿轮固定通孔58与摆轮轴孔43对准，齿轮轴销48依次穿越摆轮轴孔43和齿轮固定通孔58，齿轮轴销48活动固定在摆轮轴座42上，齿轮轴销48与齿轮固定通孔58之间为可轴向旋转配合，电机齿轮51与摆转半齿轮52之间相互啮合；
四颗龙门螺钉47穿越立板固定孔64与立板底螺孔46紧固配合，将两侧对称的龙门立板45固定在龙门转盘60上平面，将所述的季节电机50放置在龙门转盘60上平面，季节电机50输出轴穿越机轴通孔44，依次将第一只齿轮挡圈55放置在季节电机50输出轴上，将机轴平键59放置在季节电机50输出轴键槽上，电机齿轮51内孔键槽对准机轴平键59套入季节电机50输出轴上，第二只齿轮挡圈55放置在季节电机50输出轴上；第一只齿轮挡圈55两端平面位于电机齿轮51内侧平面与龙门立板45之间，第二只齿轮挡圈55两端平面位于电机齿轮51外侧平面与龙门立板45之间；四颗季电机螺钉将所述的季节电机50固定在季电机螺孔62上。
（三）、龙门转盘60与日跟踪轴70安装
将中心定位孔67套在轴定位段76上，做旋转移动使得转盘固定孔63与转盘螺孔73对准，三颗转盘螺钉穿越转盘固定孔63与转盘螺孔73紧固配合将龙门转盘60固定在轴转圆盘72上平面。
（四）、太阳能板总成20与摆转半齿轮52安装
用至少两颗自攻螺钉将齿轮连接板56与板内纵梁21紧固连接，使得太阳能板总成20与摆转半齿轮52之间成一个整体。
本发明上述突出的实质性特点，带动如下显著的进步效果：
1、太阳能板总成20整体固定在齿轮固定筋板53上，摆转半齿轮52设置齿轮挖空54和齿轮固定筋板53，使得与龙门横梁41为整体结构的龙门立板45可以跨越贯穿摆转半齿轮52，提高了龙门架总成40刚度，齿轮挖空54弧面角度大于300度，确保摆转半齿轮52可以带动太阳能板总成20旋转至太阳照射角度为负5至负10经度，只要将本发明中的筒体下法兰11固定于地面或足够高处地面或其他附加高塔支撑架上，就能实现太阳照射角度等于或低于水平线时仍然能够获取太阳光能力。
2、日跟踪轴70设置深沟轴承75外圆位于筒体内孔17上，以及轴转圆盘72下平面可旋转位于台阶凹面18上，解决了径向定位和轴向支撑；特别是台阶凹面18上有圆环布置的滑移滚珠80，使得日跟踪轴70及其上方的龙门架总成40和太阳能板总成20都能够轻松作水平旋转。
3、龙门立板45与龙门转盘60之间采用分体式，便于加工，降低材料以及制造成本；龙门转盘60与轴转圆盘72采用分体结构，便于龙门立板45与龙门转盘60之间连接固定，轴定位段76与中心定位孔67相配合，确保龙门架总成40以及太阳能板总成20能日跟踪轴70中心轴线作旋转。
4、所述的轴盘下平面78有一层硬质铜合金镀层，使得滑移滚珠80与轴盘下平面78之间接触摩擦阻力大幅减少。
5、一只龙门立板45跨越齿轮挖空54，将齿轮固定通孔58与摆轮轴孔43对准，齿轮轴销48依次穿越摆轮轴孔43和齿轮固定通孔58，齿轮轴销48活动固定在摆轮轴座42上，齿轮轴销48与齿轮固定通孔58之间为可轴向旋转配合，电机齿轮51与摆转半齿轮52之间相互啮合，提高了龙门架总成40刚度；机座筒体10和日跟踪轴70安装、龙门架总成40、季节电机50、电机齿轮51和摆转半齿轮52安装、龙门转盘60与日跟踪轴70安装、太阳能板总成20与摆转半齿轮52安装；由下至上安装稳妥便捷。
Claims (1)
1.极地太阳能接收铜合金机架，包括机座筒体(10)、太阳能板总成(20)、龙门架总成(40)、季节电机(50)、电机齿轮(51)、摆转半齿轮(52)、日跟踪轴(70)和日跟踪电机(90)；
所述的机座筒体(10)上有台阶凹面(18)和筒体内孔(17)，筒体底平面(19)上固定安装日跟踪电机(90)；所述的日跟踪轴(70)下方依次有轴卡簧槽(74)和轴连接段(79)，日跟踪轴(70)上方依次有轴承挡肩(77)、轴转圆盘(72)和轴定位段(76)，轴转圆盘(72)上有三个转盘螺孔(73)，一对深沟轴承(75)位于日跟踪轴(70)上，轴用卡簧(71)位于轴卡簧槽(74)内限制深沟轴承(75)轴向位移，深沟轴承(75)外圆位于筒体内孔(17)上，轴转圆盘(72)下平面可旋转位于台阶凹面(18)上，轴连接段(79)与日跟踪电机(90)输出轴之间由联轴器(91)连接固定；其特征是：
所述的摆转半齿轮(52)设置齿轮挖空(54)和齿轮固定筋板(53)，所述的太阳能板总成(20)整体固定在齿轮固定筋板(53)上；所述的摆转半齿轮(52)上有齿轮支撑板(57)和齿轮挖空(54)，所述的摆转半齿轮(52)上的齿牙覆盖弧面角度大于270，所述的齿轮挖空(54)弧面角度大于300度；所述的齿轮支撑板(57)上有齿轮连接板(56)和齿轮固定筋板(53)，齿轮固定筋板(53)上有齿轮固定通孔(58)；齿轮轴销(48)依次穿越摆轮轴孔(43)和齿轮固定通孔(58)，电机齿轮(51)与摆转半齿轮(52)之间相互啮合；所述的太阳能板总成(20)固定在齿轮连接板(56)上；
所述的龙门架总成(40)包括龙门转盘(60)和两侧对称的龙门立板(45)，龙门立板(45)上端为整体结构的龙门横梁(41)，龙门横梁(41)上有一对摆轮轴座(42)，摆轮轴座(42)上有摆轮轴孔(43)；两侧的龙门立板(45)都有机轴通孔(44)，龙门立板(45)底平面上有立板底螺孔(46)；龙门转盘(60)上有季电机螺孔(62)、转盘固定孔(63)和立板固定孔(64)以及中心定位孔(67)，两侧对称的龙门立板(45)固定在龙门转盘(60)上平面，中心定位孔(67)与轴定位段(76)之间为可旋转配合，龙门转盘(60)固定在轴转圆盘(72)上平面；季节电机(50)固定在季电机螺孔(62)上，季节电机(50)输出轴与电机齿轮(51)内孔之间通过机轴平键(59)传递扭矩，一对齿轮挡圈(55)分别位于电机齿轮(51)两侧的龙门立板(45)，齿轮挡圈(55)内孔滑动配合套在季节电机(50)输出轴上；
所述的龙门立板(45)与所述的龙门转盘(60)之间采用分体式，所述的龙门转盘(60)与所述的轴转圆盘(72)采用分体结构，所述的轴定位段(76)与所述的中心定位孔(67)相配合；
所述的轴转圆盘(72)下平面为轴盘下平面(78)，轴盘下平面(78)有一层硬质铜合金镀层。
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