CN109791001A - 太阳能面板驱动轴 - Google Patents

Abstract

一种驱动轴，包括其上具有齿的压制内管。该驱动轴还包括压制外管，该压制外管在其内部具有齿并且同轴接收该压制内管。内管的齿与外管的齿接合，其中内管和外管是铝制的。

Description

太阳能面板驱动轴

相关申请的引证

本专利申请要求于2016年9月28日提交的序列号为62/400,303的美国临时专利申请的权益。上述专利申请的全部公开内容通过引证整体并入本文。

技术领域

本发明涉及一种用于太阳能跟踪器组件的驱动轴组件，并且更具体地涉及一种驱动轴组件，包括具有花键的压制的(extruded，挤压)管。

背景技术

众所周知，太阳能面板(诸如平板光伏系统)被用于例如可再生能源生产。机械跟踪系统与太阳能面板被用于使太阳能面板“跟踪”太阳相对于地球的运动或随之集中、转动或平移，以最小化入射太阳光与太阳能面板之间的入射角，从而最大化太阳能的生产。例如，跟踪系统使面板移动，使得太阳能面板面对着太阳从早上到晚上从东方移动到西方。

通常多个太阳能面板耦接到多个杆以形成多个太阳能面板排。杆通常沿水平方向延伸(例如，在北/南方向上)。太阳能面板围绕杆转动，以从东到西地跟踪太阳。应当理解，如果需要，有许多不同类型的机械跟踪系统用于沿轴或多个轴转动太阳能面板。美国专利No.8,459,249描述并示出了太阳能跟踪系统的一个例子，其公开内容通过引证整体并入本文。驱动机构配置在排的一端。

驱动轴通过齿轮箱连接每一排的相邻的太阳能面板，因此太阳能面板基本上同时一致地移动以跟踪太阳。驱动轴能够持续工作很长时间(诸如例如长达30年)是令人满意的。而且，根据太阳能面板的地理位置，驱动轴需要承受各种类型的环境。典型的驱动轴是动力输出管(PTO)、或是由PTO管组成、或是PTO管和圆管的组合。通常使用铰接接头或轭(yoke)组件将一个或多个管的每一端部连接到齿轮箱。例如，轭组件被用于将每一管的端部连接到齿轮箱。用于形成管和轭组件的材料、组合物和涂层的成本高。例如，管可以由热浸镀锌钢制成，并且轭组件可以由涂漆铁铸件形成，具有满足所需扭矩的要求以及承受各种环境条件的性能，这增加了成本。

另外，制造驱动轴管的过程效率低并且成本高。该过程通常需要焊接部件，这增加了制造时间和成本。此外，由于排中的面板之间的间隔变化，通常希望驱动轴套叠(telescope，伸缩)至例如29英寸。然而，电镀过程可能导致PTO管的配合表面内的缺陷，这会影响套叠。因此，可能需要扩大PTO外管的端部，这增加了制造成本并降低了效率。

此外，由于管上涂层厚度的变化，PTO管存在不期望的大量空隙。该变化通常产生于管的一端到其相对端，以及由于管与管之间的上文讨论的驱动路线的部件之间的大间隙。随着涂层磨损，间隙进一步导致空隙的增加。由于多个驱动轴在给定的排中共同工作(例如诸如27个)，因此可能通过空隙产生可控性问题。

因此，期望提供一种用于太阳能跟踪系统的耐用驱动轴，其使制造和组装的成本和复杂性最小化。

发明内容

根据本发明并与之相协调的一种用于太阳能电池阵列系统的并且其使成本以及制造和组装的复杂性最小化的耐用驱动轴，已经令人惊讶地被发现了。

根据本公开的实施例公开了一种驱动轴组件。驱动轴组件包括内管，内管上形成有花键。外管，也具有形成其上的花键并且同轴地接收内管。内管的花键与外管的花键接合。内管和外管均为铝制的。

根据本文提供的描述，其他适用领域将变得显而易见。本发明内容中的描述和具体示例仅以说明为的目，并不旨对本公开范围的限制。

附图说明

对于本领域技术人员来说，通过阅读下面结合附图对本发明实施例的详细描述，本发明的上述优点将变得显而易见，附图中：

图1是根据本公开的实施例的示意性平面图，示出了应用中的太阳能面板跟踪系统的一副成排的面板；

图2是图1示出的太阳能面板跟踪系统的一副成排的面板中的一个的端部的示意性局部透视图；

图3是图1至图2示出的根据本发明的一个实施例的阳能面板跟踪系统的驱动轴的局部透视图，其中为了说明的目的，移除了驱动轴的相对端之间的部分；

图4是图3示出的驱动轴的局部分解透视图，其中为了说明的目的，移除了驱动轴的外管和内管的一部分；

图5是图3示出的驱动轴沿线5-5的剖视图；

图6是图3示出的驱动轴沿线6-6的剖视图；

图7是图3示出的驱动轴的与内管铰接组件接合的内管的局部纵向剖视图；

图8是图3示出的驱动轴沿线8-8的剖视图；

图9是图3示出的驱动轴的与外管铰接组件接合的外管的局部纵向剖视图。

具体实施方式

通过下文的具体实施方式和附图描述并说明了本发明的各种示例性实施例。说明书和附图用于使本领域技术人员能够制造和使用本发明，并且不旨在以任何方式限制本发明的范围。本领域技术人员根据说明书和附图将认识到，术语“基本上”或“大约”在本文的使用中表示“主要地、但不是完全地”或“近似”。

图1示出了太阳能面板跟踪系统100，包括多个太阳能面板110，太阳能面板被定位并组装在多个排120中，该排位于支撑表面(诸如地面)上。在示出的实施例中，示出了两个排。然而应当理解，太阳能面板110可以按照多于或少于两排的方式组装。太阳能面板跟踪系统100可以根据期望限定成任何面积值，并且可以限定例如达到大约5-10平方英里的面积。尽管如此，如果需要，太阳能面板跟踪系统100可以限定小于大约5-10平方英里或大于大约5-10平方英里的任何面积值。太阳能面板110可以是任何太阳能收集板或设备，诸如光伏模块或任何其他太阳能收集设备或太阳能热设备或材料暴露测试设备。

如图2示出的，太阳能面板110与多个平行排列的杆112耦接以形成排120。太阳能面板110围绕杆112转动以跟踪太阳。本文使用的术语“跟踪”或“追踪”涉及太阳能面板110相对于太阳定位的适应性或太阳能面板110的太阳能吸收表面被控制地指向太阳。当太阳能面板110跟踪太阳时，相对于来自太阳的光线的入射角被最小化。入射角是光线与太阳能面板110的太阳能吸收表面的垂线形成的角度。

太阳能面板110由位于排120的一端处的驱动机构125驱动。驱动轴10在相邻的每一排120之间延伸并将每一排120彼此相互连接，并且将排120机械地连接到驱动机构125。每一排120包括齿轮组件130，齿轮组件可以包括齿轮箱和齿条，其中齿轮箱与齿条机械连通以使太阳能板110围绕杆112转动以跟踪太阳。应当理解，可以考虑其他形式的齿轮组件或其他组件，使得每一排中的太阳能面板110与驱动机构125机械连通。每一驱动轴10在每一排120的每一齿轮组件130之间延伸并且可操作地将每一齿轮组件130彼此连接。图2示意性地示出了驱动轴10，但是其将在下文中根据本发明的实施例被进一步详细描述。

如图3至图9示出的，每一驱动轴10均包括外管12、内管14、内管铰接组件16以及外管铰接组件18。内管铰接组件16具有管轭(tube yoke)20以及端轭(end yoke)22，管轭形成内管铰接组件16的第一部分，端轭形成内管铰接组件16的二部分。外管铰接组件18具有管轭24以及端轭26，该管轭24形成内管铰接组件18的第一部分，该端轭26形成内管铰接组件18的二部分。

外管12具有花键内表面，该内表面包括沿着外管12的长度方向从内表面延伸的多个齿28，每一齿28基本上是矩形的。然而，应当理解，如果需要，可以考虑其他形状。在某些实施例中(图5)，齿28的一对径向相对的齿28a的宽度大于其他齿的宽度。孔29形成在外管12中并靠近外管的第一端。外管12是铝制的，并且由压制工艺形成。

外管12的长度通常在大约十到二十四英尺的范围内，长度取决于相邻的太阳能面板110的排120之间的距离。然而，在不脱离本公开的范围的情况下，可以考虑其他长度。如图所示，外管12从第一端到第二端通常具有基本恒定的直径。

内管14具有花键外表面，包括多个齿30，齿沿内管的长度方向从内管的外表面延伸并形成多个凹口32。每一凹口32基本上是矩形的，以符合外管12的齿28的形状。然而，应当理解，如果需要，可以考虑其他形状。在某些实施例中(图5)，一对径向相对的凹口32包括形成在在该对凹口中的突起32a，突起沿着凹口32的长度延伸。另外，凹口32的径向相对的一对凹口32b、32c的宽度大于其他凹口32的宽度，以适应外管12的齿28的相对的一个齿28a。如果需要，多于或少于两个的凹口32可以包括突起32a。突起32a有助于内管14定位到相对于外管12的适当位置。孔33形成在内管14中并靠近内管的第一端。内管14是铝制的，并且由压制工艺形成。

内管14的长度通常大约是三十八英尺，然而，在不脱离本公开的范围的情况下，可以考虑其他长度。内管14从第一端到第二端通常具有基本恒定的直径。

外管12的第二端中接收内管14的第二端和内管14的一部分，其中外管12的花键内表面与内管14的花键外表面匹配并接合。外管12和内管14之间的接触面长度通常是6英寸至35英寸。然而，如果需要，可以考虑其他长度。外管12的齿28被接收在内管14的凹口32中并与凹口接合。

内管铰接组件16的管轭20具有第一端36，该第一端具有与内管14的花键外表面相符合的花键内表面。内管铰接组件16的管轭20的第一端36接收内管14的第一端。内管铰接组件16的管轭20的第二端38被构造成用于耦接到内管铰接组件16的端轭22。

孔37形成在内管铰接组件16的管轭20中，以与靠近内管14的第一端形成的孔33对齐。对齐的孔33、37接收棘爪50的卡扣部分52。如图所示，棘爪50基本上为U形，并包括一对腿54和弧形底座56。棘爪50被接收在内管14内。腿54彼此偏置远离以接合内管14的内表面的径向相对的部分。卡扣部分52从腿54的其中一个向外延伸，并延伸通过内管14的孔33以及管轭20的孔37，以将内管14保持在内管铰接组件16的管轭20上。应当理解，可以采用其他保持特征，诸如其他棘爪、销、紧固件或螺钉，以将内管14保持在管轭20内。内管铰接组件16的管轭20是铝制的，并且可以由冷冲击锻造工艺形成。在应用中，卡扣部分52可以被大于腿54的偏压力的力向内按压靠在内管14的内表面上，以从内管铰接组件16的管轭20释放内管14。

外管铰接组件18的管轭24具有第一端40，该第一端具有与外管12的花键内表面相符合的花键外表面。外管铰接组件18的管轭24的第一端40接收外管12的第一端。外管铰接组件18的管轭24的第二端42被构造成用于耦接到外管铰接组件18的端部轭26。

孔39形成在外管铰接组件18的管轭24中，以与靠近外管12的第一端形成的孔29对齐。对齐的孔29、39接收棘爪51，具体地，棘爪51的卡扣部分53。如图所示，棘爪51类似于上文中参照内管铰接组件16所描述的棘爪50。棘爪51基本上为U形，并包括一对腿55和弧形底座57。棘爪51被接收在外管铰接组件18的管轭24内。腿55彼此偏置远离以接合外管铰接组件18的管轭24的内表面的径向相对的部分。卡扣部分53从腿55的其中一个向外延伸，并延伸通过管轭24的孔39以及外管12的孔29，以将管轭24保持在外管12上。应当理解，可以采用其他保持特征，诸如其他棘爪、销、紧固件或螺钉，以将管轭24保持在外管12内。外管铰接组件18的管轭24是铝制的，并且可以由冷冲击锻造工艺形成。在应用中，卡扣部分53可以被大于腿55的偏压力的力向内按压靠在管轭24的内表面上，以从外管铰接组件18的管轭24释放外管12。

内管铰接组件16的端轭22和外管铰接组件18的端轭26各自包括第一端43，该第一端被构造成用于耦接到相应的管铰接组件16、18的管轭20、24的第二端38、42。十字销或紧固件44可以被用于将端轭22、26耦接到相应的管轭20、24。当将端轭22、26耦接到相应的管轭20、24时，也可以包括诸如轴承的其他特征。端轭22、26是铝制的，并且可以由冷冲击锻造工艺形成。

端轭22、26各自具有形成在其内表面上的键槽。键槽被构造成用于接收齿轮组件130的键轴48的键。

在应用中，驱动轴10在相邻的太阳能面板110之间延伸并且连接相邻的太阳能面板110。内管铰接组件16的每一端轭22耦接到齿轮组件130中的一个，并且外管铰接组件18的每一端轭26耦接到齿轮组件130中相邻的一个。驱动机构125使得在多个排120的每一排120的端部的第一个太阳能面板110的齿轮组件130运行，从而使第一个太阳能面板110转动。例如，为了操作，驱动机构125包括轴，该轴耦接到每一排120中的第一个太阳能面板110的齿轮组件130的齿轮箱中的蜗轮或其他齿轮(未示出)。反过来，齿轮组件130的齿轮箱接合二级齿轮，该二级齿轮耦接到每一排120中的第一个太阳能面板110的杆112。二级齿轮例如被构造成沿从东往西的方向转动每一排120中的第一个太阳能面板110。每一排120的端部的第一个太阳能面板110的齿轮组件130同时地将扭矩传递到驱动轴10，使得驱动轴10转动。传递到驱动轴10的扭矩然后被传递到与每一排120端部的太阳能面板相邻的太阳能面板，使其与排120端部的太阳能面板110同时基本相等地枢转。例如，以与上文描述的关于每一排120端部处的太阳能面板110相同的方式，驱动轴10耦接到与每一排120端部的太阳能面板110相邻的太阳能面板110的齿轮组件的齿轮箱，以枢转相关的太阳能面板110。然后扭矩以类似的方式连续地被传递到每一排120中的剩余的每一太阳能面板110，使得每一排120中的所有太阳能面板110同时地基本相等地枢转。

有利地，由压制工艺形成的铝制的管12、14允许驱动轴10有效套叠，以适应在安装驱动轴10过程中每一排120的太阳能板110的间距变化。铝制管12、14使得其重量最小化，从而使得与管12、14相关的运输和处理成本最小化。另外，由于压制管12、14具有更严格的公差，通过使用铝制管12、14以及铝制轭20、22、24、26，可以避免应用防腐涂层并使得驱动轴10的空隙被最小化。在某些示例中，管12、14之间的空隙可以比已知的驱动轴的空隙减少高达大约81％。

此外，通过最小化组装驱动轴10所需的部件和步骤、最小化驱动轴10的重量，从而允许铝制管12、14更容易制造，同时还使制造成本最小化。在某些示例中，与已知的驱动轴相比，本公开的驱动轴10的制造成本可以降低大约30％。棘爪50、51使得组装更容易，特别是使得管轭20、24与管12、14中的相应管更容易地组装在一起。在现有技术中使用螺钉紧固件代替棘爪50、51，螺钉紧固件必须涂有螺纹锁固剂，以确保螺钉紧固件不会随时间变松动。该特征使得现有技术的驱动轴的部件难以安装、移除和重新安装。根据在本文公开的发明，棘爪50、51允许在作业现场安装驱动轴10。以这种方式，驱动轴10的部件可以单独运输到作业现场，这使得包装、处理和运输的相关成本最小化。铰接组件16、18可以耦接到齿轮箱轴而不需要将管12、14连接到齿轮箱轴上。这样的优点使安装者需要处理的驱动轴10的重量最小化，从而导致驱动轴10的安装更符合人体工程学的优点，并且导致更精确和有效地将驱动轴对准并连接到齿轮箱轴。另外，可以实现对缺陷附件的检测的可靠性。出于维护目的，例如，诸如现场维护诸如割草，根据本发明的驱动轴10允许容易地被移除和重新连接。棘爪50、51确保在管12、14彼此处理和耦接期间内管14不会在外管12内移动位置。根据本发明的驱动轴10还允许一个人而不需要一个以上的人现场安装驱动轴10。

本领域一般技术人员可以容易地从前面的描述确定本发明的基本特征，并且在不脱离其精神和范围的情况下，可以对本发明进排各种改变和修改以使其适应各种用途和条件。

Claims (20)

1.一种驱动轴组件，包括：

压制的内管，具有形成在所述内管上的齿；以及

压制的外管，具有形成在所述外管内的齿并且同轴地接收所述内管，所述内管的齿与所述外管的齿相接合，其中，所述外管的齿中的径向相对的多个齿的宽度大于所述外管的齿中的剩余的齿的宽度。

2.根据权利要求1所述的驱动轴组件，进一步包括耦接到所述内管的内管铰接组件和耦接到所述外管的外管铰接组件。

3.根据权利要求2所述的驱动轴组件，其中，所述内管铰接组件以及所述外管铰接组件各自包括与端轭耦接的管轭。

4.根据权利要求2所述的驱动轴组件，其中，所述外管具有形成在所述外管的第一端处的孔，并且所述内管具有形成在所述内管的第一端处的孔。

5.根据权利要求4所述的驱动轴组件，其中，棘爪将所述外管和所述内管耦接到所述内管铰接组件和所述外管铰接组件中相关的一个。

6.根据权利要求5所述的驱动轴组件，其中，所述棘爪基本上是U型的并且包括一对相对的腿以及从所述一对相对的腿中的一个腿向外延伸的卡扣部分，其中，所述卡扣部分被构造成通过在所述内管和所述外管中相关的一个中形成的所述孔被接收。

7.根据权利要求1所述的驱动轴组件，其中，所述内管和所述外管是由铝制成的。

8.根据权利要求1所述的驱动轴组件，其中，所述内管的齿中的径向相对的多个齿具有形成在所述内管上的突起。

9.一种用于太阳能面板跟踪系统的驱动轴组件，包括：

压制的内管；

压制的外管，同轴地接收所述内管；

内管铰接组件，耦接到所述内管，所述内管铰接组件具有：同轴地接收所述内管的第一端的管轭；和耦接到所述管轭并且接收所述太阳能面板跟踪系统的轴的端轭；以及

外管铰接组件，耦接到所述外管，所述外管铰接组件具有：同轴地接收在所述外管的第一端处的管轭；和耦接到所述管轭并且接收所述太阳能面板跟踪系统的轴的端轭。

10.根据权利要求9所述的驱动轴组件，其中，所述外管具有形成在所述外管的第一端处的孔，所述内管具有形成在所述内管的第一端处的孔，所述外管铰接组件的所述管轭具有形成在所述外管铰接组件的所述管轭的第一端处的孔，并且所述内管铰接组件的所述管轭具有形成在所述内管铰接组件的所述管轭的第一端处的孔。

11.根据权利要求9所述的驱动轴组件，进一步包括第一棘爪和第二棘爪，所述第一棘爪将所述外管耦接到所述外管铰接组件，所述第二棘爪将所述内管耦接到所述内管铰接组件。

12.根据权利要求11所述的驱动轴组件，其中，所述第一棘爪和所述第二棘爪基本上是U型的并且包括从所述第一棘爪和所述第二棘爪向外延伸的卡扣部分，所述第一棘爪的所述卡扣部分通过所述外管的孔以及所述外管铰接组件的所述管轭的所述孔被接收，所述第二棘爪的所述卡扣部分通过所述内管的所述孔以及所述内管铰接组件的所述管轭的所述孔被接收。

13.根据权利要求9所述的驱动轴组件，其中，所述外管具有形成在所述外管的内表面上的齿的阵列。

14.根据权利要求13所述的驱动轴组件，其中，所述外管的齿中的径向相对的多个齿的宽度大于所述外管的齿中的剩余的齿的宽度。

15.根据权利要求13所述的驱动轴组件，其中，所述内管具有形成在所述内管的外表面上的齿的阵列，所述内管的所述齿接合所述外管的所述齿，以防止所述内管相对于所述外管转动。

16.根据权利要求15所述的驱动轴组件，其中，所述内管的齿中的径向相对的多个齿包括形成在所述内管上的突起。

17.一种太阳能面板跟踪系统，包括：

多个太阳能面板，布置成多个排，所述多个太阳能面板被构造成跟踪太阳的运动；以及

驱动轴，连接每一所述排中的每一所述太阳能面板，每一所述驱动轴均包括：压制的内管，具有形成在所述内管上的齿；和压制的外管，具有形成在所述外管内的齿并且同轴地接收所述内管，所述内管的所述齿与所述外管的所述齿接合，其中，所述内管和所述外管是铝制的。

18.根据权利要求17所述的太阳能面板跟踪系统，其中，所述驱动轴进一步包括耦接到所述外管的外管铰接组件，所述外管铰接组件具有：管轭，所述管轭在所述外管的第一端处被同轴地接收；和端轭，所述端轭耦接到所述管轭并且接收所述太阳能面板跟踪系统的轴。

19.根据权利要求17所述的太阳能面板跟踪系统，进一步包括设置于所述多个排中的每一排的端部处的驱动机构，所述驱动机构能操作地连接所述多个排中的每一排的所述驱动轴中的一个，其中，所述驱动机构能操作地转动每一所述驱动轴。

20.根据权利要求19所述的太阳能面板跟踪系统，进一步包括齿轮组件，所述齿轮组件能操作地连接到所述多个排中的每一排的所述多个面板中每一面板，并且能操作地连接所述多个排中的每一排的至少一个所述驱动轴，以转动所述多个排中的每一排的所述多个面板中每一面板。