CN109564029A - 单轴线同轴齿轮箱模块化跟踪器系统 - Google Patents

单轴线同轴齿轮箱模块化跟踪器系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种包括至少第一和第二工作台(12a‑b)或在不使用工作台时为连续的模块化跟踪器系统(10)，其包括驱动第一和第二工作台(12a‑b)的单个马达、第一和第二工作台内驱动轴(42a‑b)以及工作台间驱动轴(16a)。每个工作台包括支撑结构(18a‑b)，其包括第一和第二安装柱(20a‑b，22a‑b)，由支撑结构(18a‑b)支撑的框架(26a‑b)，由框架(26a‑b)支撑的至少一个太阳能面板(28)，以及对于每个工作台(12a‑b)同心对准的第一和第二齿轮箱(30a‑d)。第一和第二齿轮箱(30a‑d)各自构造成产生第一输出和第二输出(68a‑d，50a‑d)。第一输出(68a‑d)具有第一转速，第二输出(50a‑d)具有小于第一转速的第二转速并且操作性地耦接至框架(26a‑b)。工作台间驱动轴(16a)将第一工作台(12a)的第二齿轮箱(30b)与第二工作台(12b)的第一齿轮箱(30c)耦接，由此使第一和第二工作台(12a‑b)同步旋转。

Description

单轴线同轴齿轮箱模块化跟踪器系统
相关申请的交叉引用
本专利申请要求于2016年6月3日递交的序列No.62/392,524的美国临时专利申请、于2016年9月8日递交的序列No.62/495,276的美国临时专利申请、于2017年5月31日递交的序列No.15/610,532的美国非临时专利申请的优先权，这些专利申请的全部内容通过引用并入本文中。
技术领域
本申请总体涉及一种模块化太阳能跟踪器。更具体地，本申请描述了使用单个马达和多个齿轮箱将多个太阳能面板耦接在一起成一行的机构和方法。
背景技术
太阳能跟踪器使太阳能面板长行和/或列旋转，使得太阳能面板跟踪太阳的视路径，从而最大化太阳能面板所吸收的太阳光量。在这方面，传统的太阳能跟踪器通常使用马达和单个齿轮箱来旋转长刚性扭矩管，以有效地旋转太阳能面板。
降低每个太阳能面板的马达相对成本的需求取决于增加每行太阳能面板的长度。根据该行中的太阳能面板的数量，马达可能需要产生极高的扭矩，以向扭矩管施加足够的扭矩，以成功地克服由太阳能面板上的风负载产生的扭矩。在这方面，由于单个马达通常用于一行，或者可以用于多行，所以扭矩管需要较长，在某些情况下需要高达300英尺或更长。遗憾的是，长扭矩管产生大扭转偏转，并且由于轴向通过扭矩管的扭转负载和热膨胀而易受过早破坏和低频振动。对于添加到行中的每个工作台，负载扭矩沿着整个管增加，这需要每个太阳能面板具有更高的材料总比率。由于太阳能面板长行的扭矩需求朝向扭矩管的驱动扭矩所施加的点增加，因此导致材料的低效使用。
另外，形成为单个结构元件的长扭矩管维持太阳能面板长行的弯曲负载。从通常甚至沿整行的弯曲负载的视角来看，管区段结构要求甚至沿着该行。然而，从扭转负载的视角来看，管区段结构要求朝向驱动扭矩所施加的点增加。因此，单个扭矩管太阳能跟踪器在弯曲负载方面被超安全标准设计，导致材料的非最佳使用。
除了单扭矩管太阳能跟踪器之外，还存在双管太阳能跟踪器，其使用两个管以将扭矩从太阳能面板行传递回马达。双管太阳能跟踪器通常具有较短的行，因为它是一种传递扭矩的效率较低的方式，但是这些双管太阳能跟踪器以这种低效换取了将太阳能面板直接安装到扭矩管的简单性，从而避免了对安装轨道的需要。此外，双管太阳能跟踪器具有另一个优点，因为它们允许枢转点更接近旋转质量重心，这减小了静态扭转负载。然而，出于与上述单扭矩管太阳能跟踪器相同的原因，双管太阳能跟踪器对弯曲负载超安全标准设计。
显然，在没有显著增加成本以在更长行上传递扭矩负载的情况下，为长行结构提供所需弯曲能力的解决方案将导致对材料的更有效的使用。对单个马达而言，较长行导致了马达和微控制器的每个工作台成本具有更小负担就。除了有效使用材料之外，一种允许长行符合地面起伏的解决方案(这对于刚性扭矩管设计是不可能的)导致安装地点的更少地面准备要求。
另外，长刚性管在日常循环中在经常具有宽温度振荡的环境中的热行为产生了有时被忽略的故障风险增大的困难挑战。包括通过柔性构件连接的较小模块结构的系统更好地适应热膨胀-冷缩循环，这将解决热变形的问题，而不需要复杂的补偿机构。
另外，具有非常大的惯性质量的长扭矩管的动态响应行为导致非常低的固有频率。匹配低频可能受到风效应的刺激，因此需要昂贵且复杂的阻尼系统来防止故障。导致将行的惯性分解成由齿轮驱动器(例如，不可反转齿轮驱动器)驱动的较小区段的太阳能跟踪器将共振频率的值增加到不受风力动力学刺激的安全水平，这避免了昂贵的阻尼机构。
这些问题展示出新设计方法的机会，其导致功能改进、组装简单和节省成本。
发明内容
根据示例性实施例，提供了一种模块化跟踪器系统，其包括可旋转地设置成一行的至少第一工作台和第二工作台。第一工作台和第二工作台中的每一个包括：支撑结构，其包括第一安装柱和第二安装柱，该第一安装柱和第二安装柱构造成安装在地面中；由支撑结构支撑的框架；由框架支撑的至少一个太阳能面板；以及第一齿轮箱和第二齿轮箱。第一齿轮箱操作性地耦接到第一安装柱。第一齿轮箱构造成产生第一输出和第二输出，其中，第一输出具有第一转速，且第二输出具有第二转速，该第二转速小于第一转速。第二输出操作性地耦接到框架。第二齿轮箱操作性地耦接到第二安装柱并与同一工作台的第一齿轮箱同心对准。第二齿轮箱构造成产生第一输出和第二输出。第一输出具有第一转速且第二输出具有第二转速。模块化跟踪器系统还包括单个马达，其驱动第一工作台和第二工作台；第一工作台内驱动轴和第二工作台内驱动轴以及工作台间驱动轴。第一工作台内驱动轴连接第一工作台的第一齿轮箱和第二齿轮箱。第二工作台内驱动轴连接第二工作台的第一齿轮箱和第二齿轮箱。工作台间驱动轴将第一工作台的第二齿轮箱与第二工作台的第一齿轮箱耦接，以连接第一工作台和第二工作台，从而使第一工作台和第二工作台同步旋转。
根据另一示例性实施例，提供了一种模块化跟踪器系统，其包括可旋转地设置成一行的至少第一工作台和第二工作台、驱动第一工作台和第二工作台的单个马达，以及连接第一工作台和第二工作台的工作台间驱动轴。第一工作台和第二工作台中的每一个包括：支撑结构，其构造成安装在地面中；由支撑结构支撑的框架；由框架支撑的至少一个太阳能面板；以及由支撑结构支撑的至少一个齿轮箱。齿轮箱构造成产生第一输出和第二输出。第一输出具有第一转速。第二输出具有第二转速，该第二转速小于第一转速。第二输出操作性地耦接到框架。工作台间驱动轴将第一工作台的齿轮箱的第一输出与第二工作台的齿轮箱的输入耦接，从而使第一工作台和第二工作台同步旋转。
根据另一示例性实施例，提供了一种模块化跟踪器系统，其包括支撑结构，其构造成安装在地面中；由支撑结构支撑的框架；由框架支撑的多个太阳能面板；第一齿轮箱和第二齿轮箱；驱动模块化跟踪器系统的单个马达，以及连接第一齿轮箱和第二齿轮箱的驱动轴。第一齿轮箱由支撑结构支撑并构造成产生第一输出和第二输出。第一输出具有第一转速，并且第二输出具有第二转速，该第二转速小于第一转速。第二输出操作性地耦接到框架。第二齿轮箱由支撑结构支撑并与第一齿轮箱同心对准。第二齿轮箱构造成产生第一输出和第二输出。第一输出具有第一转速，并且第二输出具有第二转速且操作性地耦接到框架。驱动轴将第一齿轮箱的第一输出与第二齿轮箱的输入耦接，从而使多个太阳能面板同步旋转。
附图说明
通过阅读以下结合附图对一个或多个示例性实施例的详细描述，将使本发明的各种附加特征和优点对于本领域普通技术人员变得更加明显。包含在本说明书中并构成其一部分的附图示出了本发明的一个或多个实施例，并且与上面给出的一般描述以及下面给出的详细描述一起用于解释本发明的一个或多个实施例。
图1是包括四个工作台的模块化跟踪器系统的透视图，每个工作台包括根据本发明实施例的太阳能面板。
图2是图1的模块化跟踪器系统的透视图，其专注于两个工作台，其中第一个工作台的太阳能面板以虚线显示。
图3是图1的模块化跟踪器系统的放大透视图，其专注于工作台，其中第一个工作台的太阳能面板以虚线显示。
图3A是根据替代实施例的具有单个齿轮箱的工作台的透视图。
图4A是图2的环绕部分4A的详细透视图，其示出了将第一工作台间驱动轴耦接到第二工作台的第一齿轮箱的万向接头。
图4B是图4A的分解透视图，其示出了万向接头的细节。
图5A是示出图4A的万向接头的分解透视图。
图5B是图4A的万向接头的局部剖视俯视平面图，其示出了齿轮箱轴在第一正交方向上的运动。
图5C是图4A的万向接头的侧面横截面图，其示出了齿轮箱轴沿第二正交方向的运动。
图6是图2的环绕部分6的详细透视图，其示出了将第一工作台间驱动轴耦接到第一工作台的第二齿轮箱的刚性接头。
图7A是图6的刚性接头的分解透视图。
图7B是图7A的横截面透视图。
图8是两个万向接头的底部透视图。
图9是将第一工作台和第二工作台耦接在一起的柔性驱动轴的侧视图。
图9A是图9的第一工作台的放大图。
图10A是根据另一示例性实施例的从图2的模块化跟踪器系统10移除的齿轮箱系统的前透视图。
图10B是根据另一示例性实施例的齿轮箱系统的前透视图。
图10C是根据另一示例性实施例的前透视图，其中第一齿轮箱的第一输出端使用驱动轴连接到第二齿轮箱的输入。
图11是根据本发明的另一个实施例的包括五个工作台的模块化跟踪器系统的透视图，其中省略太阳能面板。
图12A是与模块化跟踪器系统一起使用的示例性齿轮箱的透视图。
图12B是从另一角度获取的图12A的齿轮箱的透视图。
图13A是示出图12A的内部部件齿轮箱的分解透视图。
图13B是图12B的齿轮箱的分解透视图。
具体实施方式
参考图1，模块化跟踪器系统10包括多个工作台(图1中示出了第一、第二、第三和第四工作台12a-d)、驱动工作台的单个马达14、以及连接相邻工作台的工作台间驱动轴(图1中示出了第一、第二和第三工作台间驱动轴16a-c)。工作台间驱动轴16a-c和/或相关联的接头(例如万向接头)允许未对准(例如，由不平坦的地面引起的不对准)，这对于单个刚性扭矩管是有问题的。
继续参考图1，工作台12a-d分别包括第一、第二、第三和第四支撑结构18a-d。如图所示，支撑结构18a-d各自分别包括第一安装柱20a-d和第二安装柱22a-d，这些安装柱各自构造成安装到地面24中或者可以包括结构(未示出)。另外，每个工作台12a-d分别包括由支撑结构18a-d支撑的框架26a-d、由框架26a-d支撑的至少一个太阳能面板28、以及第一齿轮箱和第二齿轮箱(在图2中示出了对于第一工作台12a和第二工作台12b具有第一、第二、第三齿轮箱和第四齿轮箱30a-d)。参考图12A-13B，在下面描述了齿轮箱30a-d的其他细节和方面。
模块化跟踪器系统10使得太阳能面板28能够跟随(即跟踪)太阳的视路径，从而最大化由太阳能面板28所吸收的太阳光量以用于收集和/或分配。尽管图1和图2所示的每个工作台12a-d包括八个太阳能面板28，但是也可以设想更多或更少的太阳能面板。太阳能面板28(也称为光伏面板)在图2和图3中以虚线示出，以更好地示出相关结构。每个太阳能面板由光伏电池阵列组成，并且最常见的尺寸为60电池模块和72电池模块。可以使用各种太阳能面板28，其中包括60电池模块和72电池模块版本。
关于图2，相应工作台的齿轮箱(例如，对于第一工作台12a的第一齿轮箱30a和第二齿轮箱30a)同心地对准以限定旋转轴线(“GA”)，该旋转轴线与每个相应工作台(例如，第一工作台12a)的旋转轴线重合。尽管在图2中示出的旋转轴线(“GA”)对于第一工作台12a和第二工作台12b而言沿着单个共同线性轴线，但是模块化跟踪器系统10允许每个工作台12a-d的同心对准的第一齿轮箱和第二齿轮箱具有独特的旋转轴线，其关于模块化跟踪器系统10b对于相邻工作台可以是不同的(如图11所示)。这样，独立于支撑齿轮箱30a-d的第一安装柱20a-d和第二安装柱22a-d的对准，连接到旋转框架的任何一对齿轮箱(例如，第一齿轮箱30a和第二齿轮箱30b)同心地对准以限定工作台的旋转轴线。如图所示，球面轴承124a-b(关于图9A的第一工作台进行描述)可以允许第一工作台12a的第一齿轮箱30a和第二齿轮箱30b彼此对准，并允许第二工作台12b的第一齿轮箱30c和第二齿轮箱30d彼此对准，并限定相应工作台的旋转轴线。如图9A所示，第一工作台12a的两个齿轮箱30a-b与工作台内驱动轴42a(例如刚性管)连接，该工作台内驱动轴42a与两个齿轮箱30a-b的轴同轴对准。通过球面轴承124a-b容纳单个工作台的第一和第二柱20a，22a之间在竖直方向上的任何未对准“D”(如图9A所示)。类似的自对准机构将容纳垂直于旋转轴线的水平未对准。由齿轮箱轴中的细长槽112(图7A)容纳沿着旋转轴线的第三方向未对准。
这便于每个工作台与齿轮箱30a-b的对准，并且通过允许宽松的公差和没有对准过程而使得每个工作台12a-d更容易构造。结果是模块化跟踪器系统10的连续工作台不太可能相对于单个共同线性旋转轴线对准，而是每个相应工作台的齿轮箱对准(如图9A所示)。由于工作台间驱动轴(例如第一工作台间驱动轴16a)承载的扭矩负载与齿轮箱的扭矩容量相比非常小，因此，工作台间驱动轴可以偏转并容纳未对准，而不会产生大的弯曲应力，同时仍然能够承载所需的扭矩。
现在将结合附图描述模块化跟踪器系统10的具体方面，然而，本领域技术人员将理解，这些原理也可以应用于其他工作台和不被分成不同的工作台的连续模块化跟踪器系统。
如图3所示，框架26a可包括横梁32a-b和支撑梁34a-b。在所示的示例性实施例中，第一横梁32a大致平行于第二横梁32b，并且第一支撑梁34a大致平行于第二支撑梁34b，然而，也可以想到横梁32a-b和支撑梁34a-b的其他设置。横梁32a-b和支撑梁34a-b可以使用附接结构彼此附接，例如紧固件40，例如螺母和螺栓。太阳能面板28可以使用各种附接结构附接到框架26a(例如第一和第二支撑梁34a-b)，例如使用夹具36、螺栓、螺钉或其他合适的附接结构。
如图2和图3所示，第一工作台12a和第二工作台12b的齿轮箱30a-d可以分别由第一工作台12a和第二工作台12b的第一支撑结构18a和第二支撑结构18b支撑。更具体地，齿轮箱30a-d可以操作性地耦接到第一工作台12a和第二工作台12b中的每一个的第一安装柱20a-b和第二安装柱22a-b。例如，如图3所示，第一齿轮箱30a可以使用杠杆臂38a和第一安装支架116c(图8中示出)耦接到第一安装柱20a，并且第二齿轮箱30b可以使用杠杆臂38b和第二安装支架116b(如图9A所示)耦接到第二安装柱22a。安装支架116a-b定位安装可旋转齿轮箱壳体(即第二输出50a-b)的球面轴承124a-b，并且杠杆臂38a-b防止不可旋转齿轮箱壳体54a-b旋转。
继续参考图2和图3，模块化跟踪器系统10包括第一工作台内驱动轴42a和第二工作台内驱动轴42b。第一工作台内驱动轴42a将第一工作台12a的第一齿轮箱30a和第二齿轮箱30b连接到第一工作台12a的框架26a，并且第二工作台内驱动轴42b将第二工作台12b的第一齿轮箱30c和第二齿轮箱30d连接到第二工作台12b的框架26b。当通过使用待同轴连接两个齿轮箱30a-b的轴的第一工作台内驱动轴42a和第二工作台内驱动轴42b借助使齿轮箱30a-b的轴线与由安装两个齿轮箱30a-b的球面轴承的中心所建立的旋转轴线自对准而在第一工作台12a和第二工作台12b中的每一个内建立对准时，通过使用位于第一工作台间驱动轴16a的端部处的两个万向接头44或者通过使工作台间驱动轴16a足够柔性(例如使用柔性轴122)以进行偏转而不会引起高弯曲负载来矫正相邻的第一工作台12a和第二工作台12b之间的对准。这是因为，由于齿轮箱30a-b的非常高的齿轮比，因此驱动齿轮箱所需的扭矩非常低。
模块化跟踪器系统10可以由单个马达14供电。单个马达14(如图2所示)可旋转地连接到第一齿轮箱30a的输入，其中单个马达14用于向第一齿轮箱30a施加旋转运动，从而使齿轮箱轴在齿轮箱30a内旋转。例如，单个马达14可以是用于提供旋转能量的任何类型的自动或手动装置或方法，例如：电动、燃气、太阳能或其他类型的能量驱动的马达、手动操作的曲柄、或者这些装置的任何组合。例如，可以使用最大扭矩为92牛顿米、额定扭矩为46牛顿米、额定速度为10.3转/分钟的24V DC齿轮马达，但是，各种其他合适的马达14也是适当的。由于传递的扭矩相对较小，因此简化了单个马达14至模块化跟踪器系统10的耦接。同时，由驱动轴承载的扭矩不应该高于由马达14提供的扭矩，因此需要相对较轻区段来提供所需的扭矩容量。
为了太阳能面板平台382有效地跟踪太阳的视路径，微控制器(未示出)与单个马达14电连接。微控制器可以被编程为根据需要改变齿轮箱轴64的角速度，这接着改变太阳能面板平台382的角速度。微控制器在本领域中是很好理解的，因此，下面不再详细描述。
图4A和4B示出了操作性地耦接到框架26b的第二工作台12b的第三齿轮箱30c的详细透视图。虽然详细描述了第三齿轮箱30c，但是这些原理同样适用于其他工作台12a-d的其他齿轮箱，例如第一齿轮箱30a和第二齿轮箱30b，30d，以及用于第三工作台12c和第四工作台12d的后续齿轮箱(未示出)。下面的描述是关于第三齿轮箱30c而不是第一齿轮箱30a，因为根据该示例性实施方式，第一齿轮箱30a耦接到单个马达14而不是耦接到相邻的工作台。
第一工作台间驱动轴16a使用万向接头44连接到第二工作台12b的第三齿轮箱30c，参见图5A-5C更详细地示出，并且第二工作台内驱动轴42b使用刚性接头46连接到第一齿轮箱30c，参考图6、7A和7B更详细地示出。虽然万向接头44被示出为在工作台(例如，第一工作台12a和第二工作台12b)之间使用，并且刚性接头被示出为在工作台(例如，第一工作台12a)内使用，但当使用柔性工作台间驱动轴122(图9中所示)来容纳不对准时，为了简单起见，万向接头44可以在工作台之内或者工作台之间使用(如图10A-B所示)并且刚性接头46可以在工作台之内或者工作台之间使用。
如下面将更详细描述的，但为了更加清楚起见在此处介绍，第三齿轮箱30c包括可旋转输入壳体54c(图4A和图4B)，具有输入66c和第一输出68c的齿轮箱轴64c，以及第二输出50c，其示出为可旋转的输出壳体。齿轮箱轴64c的输入66c可以具有切口部分77，并且第一输出68c可以具有切口部分69。再次，关于第三齿轮箱30c描述的原理也适用于其他齿轮箱30a-d等。
更具体地，第三齿轮箱30c可以提供两个单独的输出旋转运动，这些旋转运动是通过将来自单个马达14的输入旋转运动传输到齿轮箱轴64c的输入66c而产生的：齿轮箱轴64c的第一输出68c的旋转运动和第二输出50c的旋转运动。由于齿轮箱的结构特征而产生齿轮箱轴64c的第一输出68c的旋转运动，这使得设置在第三齿轮箱30c内的齿轮箱轴64c能够从齿轮箱轴64c的定位于第三齿轮箱30c外部的输入66c延伸到齿轮箱64c的同样定位于第三齿轮箱30c的外部的第一输出68c。简而言之，齿轮箱轴64c可以一直延伸通过第三齿轮箱30c，优选地，如图所示，其中齿轮箱轴64c的输入66c和第一输出68c延伸到第三齿轮箱30c的外部。
代替或除了齿轮箱30a-d耦接到支撑结构18a-b之外，齿轮箱30a-d也可以分别耦接到第一框架26a和第二框架26b。如图所示，第一齿轮箱30a可以附接到框架26a的横梁32a。如图4A和4B所示，关于将第三齿轮箱30c耦接至框架26c，第二输出50c的凸缘部分48使用任何合适的附接结构操作性地耦接到横梁32c，例如紧固件52，例如螺母和螺栓。更具体地，齿轮箱轴64c的输入66c远离工作台12c延伸，并且齿轮箱轴64c的第二输出50c延伸穿过横梁32c内的开口(未示出)并进入工作台12c内的由横梁32c和第一安装柱20b形成的开口空间。
类似地，不可旋转壳体54c可以使用任何合适的附接结构(例如紧固件58，例如螺母和螺栓)耦接到第二工作台12b的第一杠杆臂38c的上部部分56。另外，第一杠杆臂38c的下端部60使用任何合适的附接结构(例如紧固件62，例如螺母和螺栓)操作性地耦接到第二工作台12b的第一安装柱20b。如图所示，第一杠杆臂38c可以具有弯曲形状，以更好地容纳第一安装柱20b和第一齿轮箱30c的结构，并为安装和操作提供更大的灵活性。
每个齿轮箱30a-d构造成产生第一输出68b-c和第二输出50b-c，其中出于展示目的示出和描述了第二齿轮箱和第三齿轮箱30b-c。第一输出68b-c具有第一转速，且第二输出50b-c具有小于第一转速的第二转速。第一输出可具有等于输入转速的第一转速。根据示例性实施例，第一输出68b-c可具有约1：1的速比，并且第二输出50b-c可具有约1:60或更小的速比。根据一个实施例，齿轮箱减速比为1/361，并且由一个马达驱动的行是160个太阳能面板28的长度，这导致由齿轮箱杠杆臂维持的扭矩等于四个太阳能面板28上的最大扭矩负载。单个马达14上的扭矩是已经针对来自四个太阳能面板28的风负载进行设计的扭矩的160/(4×361)或1/9。例如，当第一杠杆臂38a设计成具有10％的容量余量时，没有特别要求提供对单个马达14的额外旋转锚固支撑。第二齿轮箱30b和第三齿轮箱30c的第二输出50b-c操作性地耦接到相应框架26b-c。第二齿轮箱30b和第三齿轮箱30c的输入66b-c可以形成在作为第一输出68b-c的共同轴上，这导致输入66b-c具有与第一输出68b-c相同的速比。
关于框架26c的旋转，单个马达14将旋转能量提供给第一工作台12a并使第一工作台间驱动轴16a可旋转地耦接到齿轮箱轴64c的输入66c。齿轮箱轴64c向第一输出68c施加旋转运动，使得旋转运动可用于向其他工作台提供旋转运动。而且，第二输出50c将围绕与对应的一对齿轮箱30c-d成一体的对应驱动轴旋转，并且由于第二输出50c与对应的横梁32c-d的连接，框架26b可以在与第二输出50c相同的角速度旋转。更具体地，由于第二输出50c与框架26c(例如，横梁32c)的连接，框架26c可以以与第三齿轮箱30c的第二输出50c相同的角速度围绕第一安装柱20b和第二安装柱22b旋转。
现在参考图5A-5C更详细地示出的万向接头44。根据示例性实施例，万向接头44包括具有第一部分72a和第二部分72b的轭70。对准结构74a-b设置在连接部分76a-b上，以适当地对准第一部分72a和第二部分72b。然而，还设想了整体形成为整体件的轭70。第一部分72a和第二部分72b各自分别包括切口部分78a-b，切口部分78a-b定尺寸为适于容纳延伸穿过其的输入66。第一部分72a和第二部分72b各自分别包括设置在端面82a-b上的通孔80a-b。第一部分72a和第二部分72b的端面82a-b可以是弓形形状的，如下面将讨论的。
继续参考5A-5C所示，轭70允许利用附接结构实现两个轴之间的连接。如图所示，紧固件84(诸如螺栓)延伸穿过第一工作台间驱动轴16a的第一输出臂88a的第一通孔86a、第一部分72a的第一通孔80a、第三齿轮箱30c的输入66的细长槽90、第二部分72b的第二通孔80b、以及第一工作台间驱动轴16a的第二输出臂88b的第二通孔86b。然后，紧固件84可以与螺母92螺纹耦接。
如图4A和图4B所示，万向接头44可包括支架93，以将第一工作台间驱动轴16a与第三齿轮箱30c的输入66c耦接。根据示例性实施例，支架93可以是可反转的。使用可反转支架93允许较少的不同部分，这可以使安装更简单和更便宜。支架93包括第一端部95a和第二端部95b。第一端部95a包括第一支腿97a和第二支腿97b，其中第一支腿97a包括第一通孔99a且第二支腿97b包括第二通孔99b。支架93可以使用附接结构固定在支架93的凸缘部分中，例如紧固件101，例如螺母和螺栓。
紧固件84可以延伸穿过支架93的第一端部95a的第一通孔99a、穿过第一工作台间驱动轴16a的第一通孔86a、穿过轭70a-b的孔、齿轮箱轴64c的细长槽90、第一工作台间驱动轴16a的第二通孔99b、以及支架93的第一端部95a的第二通孔99b。
如图所示，支架93可以是可反转的，从而允许支架93用于万向接头44(参考图5A-5C详细地示出)和刚性接头46(参照图6、7A和7B更详细地示出)。更具体地，支架93的第一端部95a可用于将万向接头44耦接到相应的结构，并且第二端部95b可用于将刚性接头46联接到相应的结构。如图所示，例如，支架93可以旋转180°，以将第三齿轮箱30c的第一输出68c耦接到第二工作台内驱动轴42b。支架93的第二端部95b包括第一通孔103a和第二通孔103b。
这种设置允许扭矩被适当地传递，而第一齿轮箱30c的输入66绕与第一工作台间驱动轴16a的旋转轴线正交的两个轴线自由旋转。如图5B的顶视图所示，紧固件84允许第一齿轮箱30c的输入66(例如输入连接端部)绕第一正交平面旋转，如箭头94所示。另外，第一部分72a和第二部分72b的相反设置的端面82a-b呈弧形形状允许端面82a-b在第一输出臂88a和第二输出臂88b上枢转，从而实现围绕第二正交平面的范围旋转，该第二正交平面垂直于第一正交平面。另外，输入66的细长槽90实现了在第一和第二正交平面中的旋转(如图5C中的箭头96所示)并且由于细长槽90的细长特性实现了大体沿着旋转轴线的轴向运动范围用于容纳组装公差和热位移。第一通孔80a和第二通孔80b的向外逐渐变细的壁98a-b允许轭70绕紧固件84枢转，以增加柔性。
这样，万向接头44允许容纳相邻工作台的轴之间(例如，在第一工作台12a和第二工作台12b之间或第二工作台12b和第三工作台12c之间)的大致不对准，同时还在未对准的两个相邻轴之间传递扭矩。为了适应不平坦的地面位置，根据示例性实施例，期望万向接头44容纳多达10度的轴向未对准和12英寸的竖直不对准。这允许第一工作台间驱动轴16a相对于第一工作台12a和第二工作台12b成角度定向。以这种方式，第一工作台12a和第二工作台12b可以固定在不平坦的地面或其他平面中，而不会影响如上所述的模块化跟踪器系统10的操作。还设想了其他万向接头。
图6、7A和7B示出了图2的详细视图，其中，第二工作台内驱动轴42b使用刚性接头46连接到第二齿轮箱30b。刚性接头46包括间隔件100，其允许空心轴(例如第二工作台内驱动轴42b)连接到较小的轴(例如第二齿轮箱30b的第一输出68b)用于同轴扭矩传递。虽然间隔件100示出为整体形成为整体件，但是本领域技术人员将理解，间隔件100可以由不同的部件共同形成。
利用将齿轮箱安装到安装支架的旋转框架集成自对准轴承，可以灵活地容纳每个齿轮箱(例如第二齿轮箱30b)的两个安装点之间的位置公差，从而便于跟踪器组装过程。如图4A所示，第一安装位置可以使用凸缘部分48和/或杠杆臂38c。如图6所示，第二安装位置可以使用安装支架116。在水平方向上，公差可以创建于框架26a中，该框架26a在两个枢转臂之间的距离方面可以具有可调节性(框架26a的横梁32a-b)。
参考图7A和7B的分解透视图，示出了刚性接头46连接在第一工作台内驱动轴42a和第二齿轮箱30b的第一输出68b之间。然而，本领域技术人员将理解，这种刚性接头适用于相应工作台内驱动轴和齿轮箱之间的连接。第一工作台内驱动轴42a在第一端部处可旋转地连接到第一齿轮箱30a的齿轮箱轴64a的输入66a，并在第二端部处可旋转地连接到第二齿轮箱30b的齿轮箱轴64b的输入66b。
间隔件100包括第一通孔102以容纳通过其的紧固件104(例如螺栓)，以及第二通孔106用于待延伸穿过其中的第一输出68b的切口部分69。第一工作台内驱动轴42a示出为中空的并且包括邻近终端110延伸的第一通孔108a和第二通孔108b。第一输出68b包括位于较小轴上的细长槽112，其允许进行轴向移位(用于组装公差和热位移)。一旦紧固件104延伸穿过第一工作台内驱动轴42a的第二通孔108b、穿过间隔件100的孔102、第二齿轮箱30b的细长槽112、以及第一工作台内驱动轴42a的第二通孔108b，则紧固件104可以用螺母114固定。第二齿轮箱30b的一部分可以由安装支架116b支撑，该安装支架116b使用连接结构耦接到第二安装柱22a，例如紧固件118，例如螺母和螺栓。齿轮箱轴64b上的细长槽112允许轴向位移(用于组装公差和热位移)，如箭头120所示。
如前所述，可以包括作为刚性接头46的一部分的支架93。支架93具有第一端部95a和与第一端部95a相反设置的第二端95b，其中，第二端部95b包括第一通孔103a和第二通孔103b。紧固件104可以延伸穿过支架93的第二端部95b的第一通孔103a、第一工作台内驱动轴42a的第一通孔108a、间隔件100的第一通孔102、第二齿轮箱30b的齿轮箱轴64b的细长槽112、第一工作台内驱动轴42a的第二通孔108b、以及可反转支架93的第二端部95b的第二通孔103b。紧固件104可以用螺母114固定。可以使用紧固件101(例如螺母和螺栓)将支架固定在一侧上。
在图8中，示出了两个万向接头44，这些万向接头44各自使用包括单个紧固件101的替代支架93a。第一万向接头44将第一工作台间驱动轴16a耦接到第三齿轮箱30c的输入，并包括支架93a，该支架93a以与上述支架93类似的方式起作用。第二万向接头44将第一输出68c耦接到第二工作台内驱动轴42b并包括支架93a。
现在参考图9，其示出了根据另一示例性实施例的柔性轴122，其可用于代替万向接头44和刚性接头46。虽然示出柔性轴代替第一工作台间驱动轴16a，但是本领域技术人员可以理解，可以使用该柔性轴122代替工作台内驱动轴42a-d和/或工作台间驱动轴16a-c。例如，壁厚为0.06英寸且长度为9英尺的方形0.75英寸管状柔性轴将在弯曲应力的诱发最小的情况下偏转小于6度，同时承载能够驱动超过20个齿轮箱的扭矩，例如齿轮箱30a-d。
柔性轴122通常具有比工作台间驱动轴16a更小的横截面积，从而允许柔性轴122适当地弯曲，使得未对准通过柔性轴122中的弯曲来矫正其自身。在该实施例中，柔性轴122仍然足够强以承受扭矩负载，但足够柔性以通过弯曲容纳不对准。柔性轴122可以在两个端部处刚性连接，使得它不包括磨损并且可能需要润滑的铰接部件，例如构成万向接头44和其他非刚性接头46的部件。
图9A示出了图9的第一工作台12a的放大部分，为了更加清楚，移除了第二支撑梁34b。安装柱20a-d，22a-d的角度定向的不准确性以及安装柱20a-d，22a-d对于每个工作台12a-b的竖直位置差异可以通过在每个工作台12a-b的两个支撑点处的自对准球面轴承124a-b来解决，其允许轴线具有自由度范围。如图所示，第一齿轮箱30a和第二齿轮箱30b通过第一杠杆臂38a和第二杠杆臂38b可旋转地支撑在输入66a-b侧。类似地，第一齿轮箱30a和第二齿轮箱30b通过可自由旋转的球面轴承124a-b支撑在第一输出68a-b侧。这样，第一齿轮箱30a和第二齿轮箱30b可以在球面轴承124a-b上旋转，以获得同一工作台上的齿轮箱的轴向对准(例如，如图所示的第一齿轮箱30a和第二齿轮箱30b)。然而，这些原理适用于其他齿轮箱(例如第二工作台12b的第一齿轮箱和第二齿轮箱30c-d等)。球面轴承124a-b允许例如附接到框架26a的第一齿轮箱和第二齿轮箱30a-b保持同轴对准，而不管安装点(球面轴承124a-b的中心)的位置如何。这允许在安装中实现宽公差范围，其中安装柱20a，22a在x-y-z参考系中具有宽松公差。
这样，模块化跟踪器系统10可以防止由于不同高度(D)和角度(A)导致的安装柱20a-d，22a-d未对准引起的旋转框架26a-b上的诱发负载。此外，与单个长刚性扭矩管相比，旋转结构足够小，使得任何热形变都易于控制。球面轴承124a-b与到枢转臂的安装件之间的短距离减小了由通过支撑件施加在支承点上的力诱发的弯曲负载。
图10A示出了示例性齿轮箱系统210，其从图2所示的模块化跟踪器系统10移除。下面的描述提供了关于第一工作台12a和第二工作台12b可以如何同步旋转的附加描述。如图所示，齿轮箱系统210包括四个齿轮箱，即第一、第二、第三齿轮箱和第四齿轮箱30a-d。
如图所示，第一齿轮箱30a以输入66a开始，该输入66a可以耦接到单个马达14，并产生第一输出68a和第二输出50a。第一输出68a可以使用万向接头44连接到第一工作台内驱动轴42a，并且第二输出50a可以操作性地耦接到框架26a(未示出)，以使第一工作台12a的太阳能面板28旋转。第二齿轮箱30b包括通过万向接头44从第一工作台内驱动轴42a获得的输入66b，并产生第一输出68b和第二输出50b。第一输出68b可以使用万向接头44连接到工作台间驱动轴16a，并且第二输出50b可以操作性地耦接到第一工作台12a的框架26a，以使第一工作台12a的太阳能面板28旋转。
类似地，第三齿轮箱30c包括输入66c，其可以通过万向接头44从第一工作台间驱动轴16a获得。第三齿轮箱30c产生第一输出68c和第二输出50c。第一输出68c可以使用万向接头44连接到第二工作台内驱动轴42b，并且第二输出50c可以耦接到第二工作台12b的框架26b，以使第二工作台12b的太阳能面板28旋转。第四齿轮箱30d包括通过万向接头44从第二工作台内驱动轴42b获得的输入66d，并且可以产生第一输出68d和第二输出50d。第一输出68d可以使用万向接头44连接到第二工作台间驱动轴16b，并且第二输出50d可以耦接到第二工作台12b的框架26b，以使第二工作台12b的太阳能面板28b旋转。
应当理解，对齿轮箱轴64a-d的“输入”66a-d和“第一输出”68a-d以及所有其他类似名称的引用(例如：输入可旋转壳体312，第二输出50a-d，输入轴承壳体外壳和输出轴承壳体外壳)仅仅是为了准确地描述齿轮箱30a-d及其操作方式而遵循的任意惯例。
考虑到这一点，图10B示出了替代的齿轮箱系统210a，其中，齿轮箱30a-d中的每个旋转180度。由于在不以任何方式改变上述第一齿轮箱30a的性能特征的情况下，单个马达14可以可旋转地连接到如上所述的齿轮箱轴64的输入66a或者连接到齿轮箱轴64的相反第一输出68a，因此第一齿轮箱30a和第二齿轮箱30b和/或第三齿轮箱30c和第四齿轮箱30d可以对称地操作。因此，当单个马达14可以连接到齿轮箱轴64的第一输出68a时，在第二输出314被阻止旋转的情况下，输入可旋转壳体312可以旋转，正如第二输出314可以在单个马达14可以可旋转地连接到齿轮箱轴64的输入66a时旋转一样。
如图所示，第一齿轮箱30a包括可耦接到单个马达14(未示出)的第一输出68a和第二输出50a。第二输出50a可以操作性地耦接到框架26a(未示出)，以使第一工作台12a的太阳能面板28旋转。输入66a可以使用万向接头44连接到第一工作台内驱动轴42a。第二齿轮箱30b包括通过刚性接头46从第一工作台内驱动轴42a获得的第一输出68b并产生第一输出68b和第二输出50b。第二输出50b可以耦接到第一工作台12a的框架26a，以使第一工作台12a的太阳能面板28旋转。输入66a可以使用万向接头44连接到工作台间驱动轴16a。虽然图10A和10B示出了万向接头44，但是如果需要可以替代地使用刚性接头46。
类似地，第三齿轮箱30c包括通过万向接头44从第一工作台间驱动轴16a获得的第一输出68c以及第二输出50c。第二输出50c可以耦接到第二工作台12b的框架26b，以使第二工作台12b的太阳能面板28旋转。输入66c可以使用刚性接头46连接到第二工作台内驱动轴42b。第四齿轮箱30d包括通过刚性接头46从第二工作台内驱动轴42b获得的第一输出68d，并产生第一输出68b和第二输出50d。第二输出50d耦接到第二工作台12b的框架26b，以使第二工作台12b的太阳能面板28旋转。输入66d可以使用万向接头连接到第二工作台间驱动轴16b。这样，第一工作台12a的第一齿轮箱30a和第二齿轮箱30b以及第二工作台12b的第三齿轮箱30c和第四齿轮箱30d对称地操作。
现在参考图3A中所示的模块化跟踪器系统10'的替代实施例，其中，第一工作台12a包括单个齿轮箱30a。虽然图2中所示的第一工作台12a和第二工作台12b分别包括操作性地耦接到第二安装柱22a-b的第二齿轮箱30b，30d，但并不总是需要第二齿轮箱30b，30d。可替代地，如图3A所示，第一工作台12a可仅包括单个齿轮箱(例如第一齿轮箱30a)，并且第二工作台12b可仅包括单个齿轮箱(例如第一齿轮箱30c)。如图3A所示，当不存在第二齿轮箱30b时，球面轴承124b可以在支撑结构包括第一安装柱20a和第二安装柱22a时用于将旋转框架26a(未示出)安装到第二安装柱22a-b。另外，穿过球面轴承124b的开口容纳驱动轴42a。通过该开口，可以安装类似于齿轮箱轴的轴承支撑轴126(在图3A中示意性地示出，但没有耦接件)，以在工作台内驱动轴42a和工作台间驱动轴16a之间提供扭矩承载连接。
虽然以上关于第一工作台12a和第二工作台12b描述了图10A和10B，但是这也适用于不分解成离散工作台的连续模块化跟踪器系统，其中，齿轮箱系统210c在图10C中示出。与图中所示的先前公开的实施例类似，模块化跟踪器系统可以包括被构造为安装在地面中的支撑结构、由支撑结构支撑的框架、由框架支撑的多个太阳能面板、第一齿轮箱30a和第二齿轮箱30b、驱动模块化跟踪器系统的单个马达、以及连接第一齿轮箱30a和第二齿轮箱30b的驱动轴42a。第一齿轮箱30a由支撑结构支撑并限定旋转轴线。第一齿轮箱30a构造成产生第一输出68a和第二输出50a。第一输出68a具有第一转速，并且第二输出50a具有小于第一转速的第二转速。第二输出50a操作性地耦接到框架。第二齿轮箱30b由支撑结构支撑，并且沿着旋转轴线与第一齿轮箱30a轴向对准。第二齿轮箱30b构造成产生第一输出68b和第二输出50b。第一输出68b具有第一转速，并且第二输出50b具有第二转速并且操作性地耦接到框架。驱动轴42a将第一齿轮箱30a的第一输出68a与第二齿轮箱30b的输入或输出耦接，由此使多个太阳能面板同步旋转。
可以包括额外的齿轮箱和驱动轴，例如第三齿轮箱和第四齿轮箱(可以是第二工作台12b的第一齿轮箱30c和第二齿轮箱30d)以及第二和第三驱动轴(其在图10A-B中显示为第一工作台间驱动轴16a和第二工作台内驱动轴42b)。第三齿轮箱30c由支撑结构支撑并且沿着旋转轴线(GA)与第一齿轮箱30a轴向对准。第三齿轮箱30c构造成产生第一输出68c和第二输出50c，其中，第一输出68c具有第一转速并且第二输出68c具有小于第一转速的第二转速，并且其中，第二输出50c操作性地耦接到框架。第四齿轮箱30d由支撑结构支撑，并且沿着旋转轴线与第三齿轮箱30c轴向对准。第四齿轮箱30d被构造成产生第一输出68d和第二输出50d，其中，第一输出68d具有第一转速并且第二输出50d具有第二转速并操作性地耦接到框架。第二驱动轴(例如第一工作台间驱动轴16a)连接第二齿轮箱30b和第三齿轮箱30c。第三驱动轴(例如第二工作台内驱动轴42b)将第二齿轮箱30b的输入66b与第三齿轮箱30c的输入66c耦接。第三驱动轴连接第三齿轮箱30c和第四齿轮箱30d。第三驱动轴将第三齿轮箱的第一输出68c与第四齿轮箱30d的第一输出68d耦接，由此使多个太阳能面板同步旋转。
图11示出了示例性模块化跟踪器系统10b，其包括耦接在一起成一行的五个工作台12a-e。如本领域技术人员理解的，可以添加额外工作台。如图所示，模块化跟踪器系统10b包括可旋转地设置成一行的至少第一、第二、第三、第四和第五工作台12a-e、驱动工作台12a-e的单个马达14、连接第一工作台和第二工作台的第一工作台间驱动轴16a、连接第二和第三工作台的第二工作台间驱动轴16b、连接第三工作台12c和第四工作台12d的第三工作台间驱动轴16c、以及连接第四工作台12d和第五工作台12e的第四工作台间驱动轴16d。
工作台12a-e中的每个分别包括构造成安装在地面中的第一安装柱20a-e和第二安装柱22a-e、由第一安装柱20a-e和第二安装柱22a-e支撑的框架26a-e、工作台内驱动轴42a-e以及限定旋转轴线的齿轮箱30a-j。如图所示，框架26a-e分别包括横梁32a-j和支撑梁34a-j。每个齿轮箱30a-j可以构造成产生第一输出和第二输出，其中，第一输出具有第一转速并且第二输出具有小于第一转速的第二转速，并且其中，第二输出可以是操作性地耦接到框架26a-e。模块化跟踪器系统10还包括第一、第二、第三、第四和第五工作台内驱动轴42a-e。第一工作台内驱动轴42a将第一工作台12a的第一齿轮箱30a和第二齿轮箱30b连接到框架26a。
模块化跟踪器系统10、10a、10b提供许多益处，例如：(1)负载分配，(2)改进的齿轮比，(3)简单的组装和安装，(4)改进的对准/跟踪，(5)降低对热问题的敏感性，以及(6)降低对频率问题的敏感性。以下讨论这些相关益处中的每一个。
在负载分布方面，模块化跟踪器系统10允许由不同构件承受的扭矩负载和弯曲负载，使得结构可以针对两者进行优化而不会使效率降低。齿轮箱的高减速比导致驱动轴上的低扭矩负载，并且允许由单个马达14驱动长行工作台12a-e。将由齿轮箱30a-d处理的扭转负载与由框架26a-e处理的弯曲负载解耦使得用于满足结构要求的材料的效率更高。将长行光伏模块分解成模块化工作台可以规避出现热位移和低谐振频率的问题。另外，将模块化跟踪器系统10分解成工作台12a-e可以更好地防止由于扭矩管设计不能充分解决的地面起伏、热位移和低共振频率而导致的不足。工作台12a-e所产生的扭矩负载(与模块化跟踪器系统10相比相对较小)足够小，使得模块化跟踪器系统10的旋转框架可以通过弯曲负载要求来驱动并且可以在材料使用方面进行了优化。
根据描述五个工作台12a-e的示例性实施例，使用工作台间驱动轴16a-e和工作台内驱动轴42a-d以高齿轮比(通常超过1：300)驱动工作台12a-e的旋转允许太阳能面板28适当地跟踪太阳。模块化跟踪器系统10实现了在驱动轴上具有非常低的扭矩需求，并且相反地，工作台对于驱动轴的扭转缺陷具有非常低的敏感性。模块化跟踪器系统10允许由单个马达14驱动的更长行工作台，从而减少了每个工作台12a-e上的马达14和微控制器的成本负担并且导致更低的总成本。
由于齿轮箱可以集成在旋转轴上支撑工作台的轴承，并且整个结构可以减少到很少的部件，例如支撑结构、齿轮箱、框架，因此模块化跟踪器系统10基于工作台的构造非常简单且易于组装。将安装件分解成小工作台的另一个优点是：组装更简单并且不需要使用和操作昂贵的机器来来提升部件。可替代地，考虑到模块化设计，组件很容易由一个或两个安装人员手动拾取。这减少了安装所需的人员和设备数量，并简化了物流。这种设计还减少了紧固件的数量，从而减小了组装所需的劳动。
在跟踪对准方面，在齿轮比为1：361的情况下，即使在中等风力条件下，一行20个工作台可对准在一度内，而单个刚性扭矩管太阳能跟踪器则难以将总扭转保持在6度以下(例如，扭转角度小于6度)。由于如此高的齿轮比，与传统的扭矩管设计相比，工作台间驱动轴和工作台内驱动轴的扭矩要求非常低，从而导致在行的长度上产生非常小的扭转，即使在限制扭矩容量下也同样如此。虽然在负载下轴可以在多个工作台的长度上扭转，但是反应在工作台上的扭转通过齿轮比进一步减小，从而导致更刚性的行而在工作台之间几乎没有倾斜差异。
就热膨胀而言，模块化跟踪器系统10在工作台水平处而不是如刚性长扭矩管的情况在行水平处吸收几何形状的变化。热位移的幅值很小，使得即使在宽日常温度变化的情况下，轴承位移也可忽略不计。例如，每日热变化为50℃的情况下，每个轴承位置诱发的最大位移小于0.±030英寸。此外，工作台12a-d之间的连接的顺应性使连续工作台免受额外热位移。
就频率响应而言，模块化工作台具有高固有频率，该高固有频率远高于由阵风效应诱发的有问题的频率范围。对工作台的任何动态影响都不会以可能系统地影响整行的方式传递到驱动轴，因此固有频率高且振幅小，从而导致与传统扭矩管相比更坚固的设计。
图12A-13B中示出了用于模块化跟踪器系统10、10a、10b一起使用的示例性齿轮箱310。齿轮箱310包括输入可旋转壳体312和第二输出314(例如第二输出)。输入可旋转壳体312具有圆柱形侧壁316，其具有封闭端部318以及与封闭端部318相反的开口端部320。第二输出314具有圆柱形侧壁324，其具有封闭端部326以及与封闭端部326相反的开口端部328，其中圆柱形侧壁316的开口端部320邻近圆柱形侧壁324的开口端部328，从而形成具有圆柱形状的齿轮壳体外壳330。输入可旋转壳体312还在输入可旋转壳体312的圆柱形侧壁316的封闭端部318内具有圆柱形开口334，并且第二输出314也在第二输出314的圆柱形侧壁324的封闭端部326内具有与圆柱形开口334相反的圆柱形开口336。输入可旋转壳体312的圆柱形侧壁316的开口端部320可以同心地设置在第二输出314的圆柱形侧壁324的开口端部328内，使得圆柱形侧壁324与圆柱形侧壁316部分重叠，从而形成部分重叠圆柱形侧壁。O形环332可以同心地定位在部分重叠圆柱形侧壁之间并且设置在圆柱形侧壁316的外周边中的同心凹槽332a内。O形环332可在输入可旋转壳体312的圆柱形侧壁316和第二输出314的圆柱形侧壁324之间形成可旋转密封。
齿轮箱310还包括输入轴承壳体外壳338和输出轴承壳体外壳342，其中输入轴承壳体外壳338和输出轴承壳体外壳342与齿轮壳体外壳330成一体。输入轴承壳体外壳338呈圆柱形形状，其具有开口端部338a以及相反的开口端部338b，其中开口端338a与输入可旋转壳体312的圆柱形开口334同心地成一体。可旋转固定环340设置在输入轴承壳体外壳338的开口端部338b内，其中可旋转固定环340具有整体固定环延伸部344，其不设置在输入轴承壳体外壳338的开口端部338B内。优选地，O形环340a可围绕可旋转固定环340定位并且设置在围绕可旋转固定环340的外周边的同心凹槽340b内。细长固定销344a可以插入径向孔开口344b内，其延伸通过整体固定环延伸部344。类似地，输出轴承壳体外壳342具有圆柱形形状，其具有开口端部342a以及相反的开口端部342b，其中开口端部342a与第二输出314的圆柱形开口336同心地成一体。可旋转固定环346设置在输出轴承壳体外壳342的开口端部342b内，其中可旋转固定环346具有整体固定环延伸部348，其不设置在输出轴承壳体外壳342的开口端部342b内。O形环346a可以围绕可旋转固定环346定位并且设置在围绕可旋转的固定环346的外周边的同心凹槽346b内。细长固定销348a可以插入径向孔开口348b内，其延伸通过整体固定环延伸部348。如下面将更详细描述的那样，齿轮箱310也包括齿轮箱轴350，其可以通过使用整体固定环延伸部344、348和对应的细长固定销344a和348a而固定在齿轮箱310内。
第一内齿轮362a设置在齿轮壳体外壳330内并与圆柱形侧壁316成一体，其中第一内齿轮362a具有节圆直径D1。第二内齿轮362b类似地设置在齿轮壳体外壳330内并与圆柱形侧壁324成一体，其中第二内齿轮362b具有节圆直径D2，其可以大于或小于第一内径齿轮362a的节圆直径D1。作为示例，附图示出第一内齿轮362a的节圆直径小于内齿轮362b的节圆直径。第一外齿圈360a和第二外齿圈360b同心地连接以形成整体差动齿圈360，其设置在齿轮壳体外壳330内，其中整体差动齿圈360具有通过整体差动齿圈360的同心开口364。第一外齿圈360a的节圆直径D3小于第一内齿轮362a的节圆直径D1，并且第二外齿圈360b的节圆直径D4小于第二内齿轮362b的节圆直径D2，其中如图4A所示，第一外齿圈360a与第一内齿轮362a部分接合，并且如图4B所示，第二外齿圈360b与第二内齿轮362b部分接合。
具有输入350a和第一输出350b的齿轮箱轴350设置并固定在齿轮箱310内。具体地，齿轮箱轴350设置在以下之内：齿轮箱壳体外壳330；输入轴承壳体外壳338，包括可旋转固定环340和对应的整体固定环延伸部344；以及输出轴承壳体外壳342，包括可旋转固定环346和对应的整体固定环延伸部348。齿轮箱轴350的输入350a可以在对应的整体固定环延伸部344、348的外部延伸预定距离，并因此延伸到齿轮箱310的外部。通过利用整体固定环延伸部344、348和对应的细长固定销344a，348a，可以将齿轮箱轴350固定在齿轮箱310内。细长固定销344a，348a可以通过对应的径向孔开口344b，348b插入对应的整体固定环延伸部344、348内，其中细长固定销344a，348a类似地通过对应的径向孔开口350c，350d插入在齿轮箱轴350内。
驱动轴还包括转子352，其与齿轮箱轴350的中心部分成一体并且偏心地设置在齿轮箱轴350的中心部分周围，其中转子352也设置在整体差动齿圈360内的同心开口364内。齿轮箱轴350通过使用数个轴承部分地支撑在齿轮箱310内。转子轴承354(优选为滚珠轴承)被轴颈支承(journaled)用于在转子352和整体差动齿圈360之间旋转。驱动轴轴承356a(优选为滚柱轴承)被轴颈支承用于在齿轮箱轴350和可旋转壳体312的与输入轴承外壳338成一体的圆柱形开口334之间旋转，并且另一个驱动轴轴承356b(优选为滚柱轴承)类似地被轴颈支承用于在齿轮箱轴350和第二输出314的与输入轴承外壳342成一体的圆柱形开口336之间旋转，其中驱动轴轴承356a-b分别邻近转子352的相反侧。额外的驱动轴轴承358a(例如滚柱轴承)被轴颈支承用于在齿轮箱轴350和输入轴承壳体外壳338之间旋转，并且另一个驱动轴轴承358b(优选为滚柱轴承)被轴颈支承用于在齿轮箱轴350和输出轴承壳体外壳342之间旋转，其中驱动轴轴承358a-b分别邻近可旋转固定环340和346。
对于第一对齿轮箱310中的每个齿轮箱310，旋转的齿轮箱轴350围绕旋转的齿轮箱轴350向转子352施加偏心旋转，这转而将偏心旋转施加至第一外齿圈360a和第二外齿圈360b，其中第一外齿圈360a与第一内齿轮362a接合而偏心旋转并且第二外齿圈360b与第二内齿轮362b接合而偏心旋转，并且当转子352围绕旋转的齿轮箱轴350旋转时，这转而向第二内齿轮362b施加旋转并转而第二输出314施加旋转，其中旋转的第二输出314的角速度小于旋转驱动轴的角速度，并且其中旋转的第二输出314的扭矩大于旋转齿轮箱轴350的扭矩。通过在齿轮壳体外壳330、输入和输出轴承壳体外壳338、342以及对应的整体固定环延伸部344、348内旋转，单个马达14使齿轮箱轴350在齿轮箱310内旋转。
关于齿轮箱310的操作，当单个马达14可旋转地连接到齿轮箱轴350的输入350a时，必须通过例如将输入可旋转壳体312连接到静止结构来防止输入可旋转壳体312旋转，从而将可以旋转的输入可旋转壳体312转换成静止且可以不旋转的输入可旋转的壳体312。以这种方式，双功能齿轮箱310可以向第二输出314施加旋转运动。更具体地，当单个马达14将旋转运动施加到齿轮箱轴350的输入350a时，旋转的齿轮箱轴350围绕旋转的齿轮箱轴350向转子352施加偏心旋转；这转而向第一外齿圈360a和第二外齿圈360b施加偏心旋转，其中第一外齿圈360a与第一内齿轮362a接合而偏心旋转，该第一内齿轮362a由于与被阻止旋转的输入可旋转壳体312成一体而不旋转，并且其中第二外齿圈360b与第二内齿轮362b接合而偏心旋转，并且这转而向第二内齿轮362b施加旋转并且转而向围绕旋转的齿轮箱轴350旋转的整体第二输出314施加旋转，其中，旋转的第二输出314的角速度小于旋转驱动轴的角速度，并且旋转的第二输出314的扭矩大于旋转的齿轮箱轴350的扭矩。
如前所述，双功能齿轮箱310的特征在于，由于马达14可以如上所述地可旋转地连接到齿轮箱轴350的输入端部530a，或者在不以任何方式改变上述双功能齿轮箱310的性能特征的情况下连接到齿轮箱轴550的相对第一输出350b，因此可以对称地操作。因此，当马达14连接到驱动轴50的第一输出350b时，在第二输出314被阻止旋转的情况下，输入可旋转壳体312可以旋转，就像当马达14可旋转连接到齿轮箱轴350的输入350a时第二输出314可以旋转一样。结果，应该理解的是，参考齿轮箱轴350的“输入”350a和“第一输出”350b以及所有其他类似的名称，例如：输入可旋转壳体312、第二输出314、输入轴承壳体外壳338和输出轴承壳体外壳42仅仅是为了精确描述双功能齿轮箱310及其操作方式而遵循的任意惯例。
尽管已经通过对本发明的各种实施方式的描述说明了本发明，并且虽然已经相当详细地描述了实施方式，但是并不意图将所附权利要求的范围限制或以任何方式限制于这些细节。因此，本文讨论的各种特征可以单独使用或以任何组合使用。本领域技术人员容易想到其他优点和修改。因此，本发明在其更广泛的方面不限于所示出和描述的具体细节和说明性示例。因此，在不脱离本发明总体构思的范围的情况下，可以偏离这些细节。

Claims (22)

1.一种模块化跟踪器系统，包括：
至少第一工作台和第二工作台，所述第一工作台和所述第二工作台可旋转地设置成一行，所述第一工作台和所述第二工作台中的每一个包括：
支撑结构，其包括第一安装柱和第二安装柱，所述第一安装柱和所述第二安装柱构造成安装在地面中；
由所述支撑结构支撑的框架；
由所述框架支撑的至少一个太阳能面板；
第一齿轮箱，其操作性地耦接到所述第一安装柱并限定旋转轴线，所述第一齿轮箱构造成产生第一输出和第二输出，其中，所述第一输出具有第一转速，并且所述第二输出具有第二转速，所述第二转速小于所述第一转速，并且其中，所述第二输出操作性地耦接到所述框架；
第二齿轮箱，其操作性地耦接到所述第二安装柱并与同一工作台的所述第一齿轮箱同心对准，所述第二齿轮箱构造成产生第一输出和第二输出，其中，所述第一输出具有所述第一转速并且所述第二输出具有所述第二转速，
单个马达，其驱动所述第一工作台和所述第二工作台；
第一工作台内驱动轴，其连接所述第一工作台的所述第一齿轮箱和所述第二齿轮箱；
第二工作台内驱动轴，其连接第所述第二工作台的所述第一齿轮箱和所述第二齿轮箱；
工作台间驱动轴，其将所述第一工作台的所述第二齿轮箱与所述第二工作台的所述第一齿轮箱耦接以连接所述第一工作台和所述第二工作台，从而使所述第一工作台和所述第二工作台同步旋转。
2.根据权利要求1所述的模块化跟踪器系统，
其中，所述第一工作台的所述第一齿轮箱的输入耦接到所述单个马达，
其中，所述第一工作台的所述第一齿轮箱的所述第一输出耦接到所述第一工作台内驱动轴的第一端部，以及
其中，所述第一工作台的所述第二齿轮箱的所述第一输出耦接到所述第一工作台内驱动轴的与所述第一工作台内驱动轴的所述第一端部相反设置的第二端部。
3.根据权利要求2所述的模块化跟踪器系统，
其中，所述第一工作台的所述第二齿轮箱的输入耦接到所述第一工作台间驱动轴的第一端部，以及
其中，所述第二工作台的所述第一齿轮箱的输入耦接到所述工作台间驱动轴的与所述第一端部相反设置的第二端部。
4.根据权利要求1所述的模块化跟踪器系统，
其中，所述单个马达耦接到所述第一工作台的所述第一齿轮箱的所述第一输出，
其中，所述第一工作台的所述第一齿轮箱的所述输入耦接到所述第一工作台内驱动轴的第一端部，以及
其中，所述第一工作台的所述第二齿轮箱的所述输入耦接到所述第一工作台内驱动轴的与所述第一端部相反设置的第二端部。
5.根据权利要求1所述的模块化跟踪器系统，还包括：
万向接头，其将所述工作台间驱动轴连接到所述第一工作台的所述第二齿轮箱和所述第二工作台的所述第一齿轮箱中的至少一个，从而允许旋转从所述第一工作台传递到所述第二工作台，而不强需对准要求。
6.根据权利要求5所述的模块化跟踪器系统，
其中，所述工作台间驱动轴包括具有第一通孔和第二通孔的中空轴，
其中，所述第二工作台的所述第一齿轮箱包括齿轮箱轴，所述齿轮箱轴包括穿过其设置的细长槽，以及
其中，所述万向接头还包括：
轭，其具有彼此相反设置的弧形端面以及在所述弧形端面之间延伸的通孔，以及
紧固件，其延伸穿过所述第一工作台间驱动轴的所述第一通孔、所述轭的所述通孔、所述齿轮箱轴的所述细长槽、以及所述工作台间驱动轴的所述第二通孔。
7.根据权利要求6所述的模块化跟踪器系统，其中，所述万向接头还包括：
支架，其具有第一端部以及与所述第一端部相反设置的第二端部，其中，所述第一端部包括第一通孔和第二通孔，
其中，所述紧固件延伸穿过所述支架的所述第一端部的所述第一通孔、穿过所述工作台间驱动轴的所述第一通孔、穿过所述轭的所述孔、所述齿轮箱轴的所述细长槽、所述第一工作台间驱动轴的所述第二通孔、并通过所述支架的所述第一端部的所述第二通孔。
8.根据权利要求1所述的模块化跟踪器，其中，所述工作台间驱动轴是弯曲角度小于6度的柔性轴并且构造为足够刚性以承受扭矩负载，但足够柔性以通过弯曲容纳不对准。
9.根据权利要求1所述的模块化跟踪器系统，还包括：
至少一个刚性接头，其将所述第一工作台的所述第一齿轮箱和所述第二齿轮箱耦接到所述第一工作台内驱动轴。
10.根据权利要求9所述的模块化跟踪器系统，
其中，所述第一工作台内驱动轴包括中空轴，所述中空轴包括邻近所述第一工作台内驱动轴的第一端部设置的第一通孔和第二通孔，
其中，所述第一工作台的所述第一齿轮箱包括齿轮箱轴，所述齿轮箱轴包括细长槽，以及
其中，将所述第一工作台的所述第一齿轮箱耦接到所述第一工作台内驱动轴的所述刚性接头还包括：
间隔件，其包括沿第一方向延伸的第一通孔以及沿垂直于所述第一方向的方向延伸并构造成接收所述齿轮箱轴的第二通孔，以及
紧固件，其延伸穿过所述第一工作台内驱动轴的所述第一通孔、所述间隔件的所述第一通孔、所述齿轮箱轴的所述细长槽、以及所述第一工作台内驱动轴的所述第二通孔。
11.根据权利要求10所述的模块化跟踪器系统，其中，将所述第一工作台的所述第一齿轮箱耦接到所述第一工作台内驱动轴的所述刚性接头还包括：
支架，其具有第一端部以及与所述第一端部相反设置的第二端部，其中，所述第二端部包括第一通孔和第二通孔，
其中，所述紧固件延伸穿过所述支架的所述第二端部的所述第一通孔、所述第一工作台内驱动轴的所述第一通孔、所述间隔件的所述第一通孔、所述齿轮箱轴的所述细长槽、所述第一工作台内驱动轴的所述第二通孔、并穿过所述支架的所述第二端部的所述第二通孔。
12.根据权利要求1所述的模块化跟踪器，
其中，使用安装支架和杠杆臂将所述第一工作台的所述第一齿轮箱耦接到所述第一安装柱。
13.根据权利要求1所述的模块化跟踪器系统，还包括：
第一球面轴承，其支撑所述第一工作台和所述第二工作台的所述第一齿轮箱中每个的所述第一输出；
第二球面轴承，其支撑所述第一工作台和所述第二工作台的所述第二齿轮箱中每个的所述第一输出。
14.根据权利要求1所述的模块化跟踪器系统，
其中，所述第一工作台的所述第一齿轮箱和所述第二齿轮箱沿第一旋转轴线对准，以及
其中，所述第二工作台的所述第一齿轮箱和所述第二齿轮箱沿第二旋转轴线对准。
15.根据权利要求1所述的模块化跟踪器，其中，所述第一齿轮箱的输入形成在与所述齿轮箱的第一输出的公共轴上，由此，所述输入具有与所述第一齿轮箱的所述第一输出相同的速比。
16.根据权利要求1所述的模块化跟踪器，其中，与所述第一工作台的所述第一齿轮箱的输入相比，所述第一工作台的所述第一齿轮箱的所述第一输出具有大约1：1的速比，并且与所述输入相比，所述第一工作台的所述第一齿轮箱的所述第二输出具有约为1:60或更小的速比。
17.一种模块化跟踪器系统，包括：
至少第一工作台和第二工作台，所述第一工作台和所述第二工作台可旋转地布置成一行，所述第一工作台和所述第二工作台中的每一个包括：
支撑结构，其构造成安装在地面中；
由所述支撑结构支撑的框架；
由所述框架支撑的至少一个太阳能面板；
由所述支撑结构支撑的至少一个齿轮箱，所述轮箱构造成产生第一输出和第二输出，其中，所述第一输出具有第一转速，并且所述第二输出具有第二转速，所述第二转速小于所述第一转速，并且其中，所述第二输出操作性地耦接到所述框架；
单个马达，其驱动所述第一工作台和所述第二工作台；以及
工作台间驱动轴，其连接所述第一工作台和所述第二工作台，所述工作台间驱动轴将所述第一工作台的所述齿轮箱的所述第一输出与所述第二工作台的所述齿轮箱的输入耦接，从而使所述第一工作台和所述第二工作台同步旋转。
18.根据权利要求17所述的模块化跟踪器系统，其中，通过使用所述工作台间驱动轴和至少一个万向接头将所述第一工作台的所述齿轮箱的所述第一输出连接到所述第二工作台的所述齿轮箱的所述输入，使所述第一工作台和所述第二工作台同步旋转。
19.根据权利要求17所述的模块化跟踪器系统，
其中，所述第一工作台和所述第二工作台中的每一个的所述支撑结构包括第一安装柱和第二安装柱，所述第一安装柱和所述第二安装柱构造成安装在地面中，以及
其中，所述第一工作台和所述第二工作台中的每一个的所述齿轮箱操作性地耦接到所述第一工作台和所述第二工作台中的每一个的所述第一安装柱或所述第二安装柱中的一个。
20.一种模块化跟踪器系统，包括：
支撑结构，其构造成安装在地面中；
由所述支撑结构支撑的框架；
由所述框架支撑的多个太阳能面板；
由所述支撑结构支撑的第一齿轮箱，所述第一齿轮箱构造成产生第一输出和第二输出，其中，所述第一输出具有第一转速，并且所述第二输出具有第二转速，所述第二转速小于所述第一转速，并且其中，所述第二输出操作性地耦接到所述框架；
由所述支撑结构支撑并与所述第一齿轮箱同心对准的第二齿轮箱，所述第二齿轮箱构造成产生第一输出和第二输出，其中，所述第一输出具有第一转速并且所述第二输出具有第二转速并操作性地耦接到所述框架，
单个马达，其驱动所述模块化跟踪器系统；以及
驱动轴，其连接所述第一齿轮箱和所述第二齿轮箱，所述驱动轴将所述第一齿轮箱的所述第一输出与所述第二齿轮箱的输入耦接，从而使多个太阳能面板同步旋转。
21.根据权利要求20所述的模块化跟踪器系统，
其中，所述驱动轴包括具有第一通孔和第二通孔的中空轴，
其中，所述第一齿轮箱包括齿轮箱轴，所述齿轮箱轴包括细长槽，以及
其中，通过使用所述驱动轴和至少一个万向接头将所述第一齿轮箱的所述第一输出连接到所述第二齿轮箱的所述输入而使所述框架同步旋转，以允许在不强需对准要求的情况下传递旋转，其中，所述万向接头还包括：
轭，其具有彼此相反设置的弧形端面以及在所述弧形端面之间延伸的通孔，以及
紧固件，其延伸穿过所述驱动轴的所述第一通孔、所述轭的所述通孔、所述齿轮箱轴的所述细长槽、以及所述驱动轴的所述第二通孔。
22.根据权利要求20所述的模块化跟踪器系统，
由所述支撑结构支撑并与所述第一齿轮箱同心对准的第三齿轮箱，所述第三齿轮箱构造成产生第一输出和第二输出，其中，所述第一输出具有第一转速并且所述第二输出具有第二转速，所述第二转速小于所述第一转速，并且其中，所述第二输出操作性地耦接到所述框架；
由所述支撑结构支撑并与所述第三齿轮箱轴向对准且与所述第三齿轮箱同心对准的第四齿轮箱，所述第四齿轮箱构造成产生第一输出和第二输出，其中，所述第一输出具有第一转速，并且所述第二输出具有第二转速并操作性地耦接到所述框架；
第二驱动轴，其连接所述第二齿轮箱和所述第三齿轮箱，所述第二驱动轴将所述第二齿轮箱的所述第一输出与所述第三齿轮箱的输入耦接；以及
第三驱动轴，其连接所述第三齿轮箱和所述第四齿轮箱，所述第三驱动轴将所述第三齿轮箱的所述第一输出与所述第四齿轮箱的输入耦接，由此使所述多个太阳能面板同步旋转。
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