CN112042111A - 用于太阳能跟踪器的多致动器系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种太阳能跟踪系统，且其包含：太阳能阵列；支撑结构，其经配置以支撑所述太阳能阵列；基座，其经配置以可旋转地支撑所述支撑结构；及铰接系统，其经配置以相对于所述基座而铰接所述支撑结构。所述铰接系统包含：齿轮箱，其耦合到所述支撑结构；及致动器，其经配置以进行延伸及缩回。所述致动器包含第一端部分及第二相对端部分，其中所述第一端部分可旋转地耦合到所述基座，且所述第二端部分耦合到所述齿轮箱。所述致动器的延伸致使所述支撑结构在第一方向上围绕所述基座旋转，且所述致动器的缩回致使所述支撑结构在第二相反方向上围绕所述基座旋转。

Description

用于太阳能跟踪器的多致动器系统

相关申请案的交叉参考

本申请案是美国16/124,773的PCT申请案，所述申请案是2018年3月23日提出申请的美国专利申请案序列号15/933,717的接续案，其全部内容以引用方式并入本文中。

技术领域

本发明涉及太阳能发电系统，且更特定来说，涉及用于调整太阳能发电组件的定向以跟踪太阳的位置的太阳能跟踪器致动系统。

背景技术

当以一定角度朝向太阳定向时，太阳能电池及太阳能电池板在阳光充足条件中最高效。许多太阳能电池板系统是结合太阳能跟踪器而设计，所述太阳能跟踪器依循太阳从东方到西方跨越天空的轨迹，从而最大化系统的发电能力。由单个太阳能电池产生的相对低的能量需要使用布置成阵列的数千个太阳能电池来产生可使用的足够量值的能量，举例来说作为能量网的部分。因此，已开发相当大的、在长度上跨越数百英尺的太阳能跟踪器。

调整巨型太阳能跟踪器在其依循太阳时需要功率来驱动太阳能阵列。如将了解，负载越大，需要驱动太阳能跟踪器的功率量就越大。此些系统的额外设计约束是适应太阳能阵列的重量及有时相当大的风载荷所需的刚度。

此外，由风载荷引起的扭转激励将显著力施加在用于支撑的结构及用于铰接太阳能跟踪器的机构上。这样，在沿着太阳能跟踪器的长度的不同位置处需要增加组件的大小及数目以减小扭转激励。本发明寻求解决先验跟踪器系统的缺点。

发明内容

本发明针对一种太阳能跟踪系统，其包含：太阳能阵列；支撑结构，其经配置以支撑所述太阳能阵列；基座，其经配置以可旋转地支撑所述支撑结构；及铰接系统，其经配置以相对于所述基座而铰接所述支撑结构。所述铰接系统包含：齿轮箱，其耦合到所述支撑结构；及致动器，其经配置以进行延伸及缩回。所述致动器包含第一端部分及第二相对端部分。所述致动器的所述第一端部分可旋转地耦合到所述基座，且所述第二端部分耦合到所述齿轮箱。所述致动器的延伸致使所述支撑结构在第一方向上围绕所述基座旋转，且所述致动器的缩回致使所述支撑结构在第二相反方向上围绕所述基座旋转。

在各方面中，所述铰接系统可包含机械地耦合到所述齿轮箱的马达。所述马达的致动致使所述致动器进行延伸或缩回。

在一些方面中，所述太阳能跟踪系统可包含多个基座，每一基座可旋转地支撑所述支撑结构的一部分。

在其它方面中，所述太阳能跟踪系统可包含对应于所述多个基座中的相应基座的多个铰接系统。

在一些方面中，所述太阳能跟踪系统可包含互连所述多个铰接系统的多个驱动轴，使得所述多个驱动轴的旋转致使与所述多个铰接系统中的每一铰接系统相关联的相应致动器和谐地延伸或缩回。

在其它方面中，所述太阳能跟踪系统可包含机械地耦合到所述多个驱动轴的马达。所述马达的致动致使所述多个驱动轴中的每一驱动轴旋转，此继而致使所述多个铰接系统中的每一致动器和谐地延伸或缩回。

在各方面中，所述多个铰接系统中的每一铰接系统可包含机械地耦合到所述多个铰接系统中的每一相应齿轮箱的马达，其中每一马达经配置以和谐地致动所述多个铰接系统中的相应致动器。

在一些方面中，所述齿轮箱可包含输入轴、由所述齿轮箱的外部壳体可旋转地支撑的轭及惰轮轴。所述惰轮轴的外表面界定穿过其的横向镗孔，所述横向镗孔经配置以在其中接纳输入轴。

在各方面中，所述太阳能跟踪系统可包含耦合到所述支撑结构的一对支撑衬套，其中所述支撑衬套经配置以可旋转地支撑所述齿轮箱的所述输入轴。所述对支撑衬套使得所述齿轮箱能够围绕由所述输入轴界定的轴旋转但抑制所述齿轮箱相对于所述输入轴的轴向平移。

在其它方面中，所述致动器的所述第二端部分可旋转地耦合到所述轭，其中所述轭准许所述致动器在沿着由所述输入轴界定的所述轴的方向上旋转而不会导致所述齿轮箱的对应旋转。

在各方面中，所述齿轮箱可包含：输入齿轮，其固定地耦合到所述输入轴；惰齿轮，其可旋转地支撑在所述惰轮轴上；及从动齿轮，其固定地耦合到所述致动器的第二部分，其中所述输入齿轮的旋转导致所述惰齿轮的对应旋转，其继而导致所述从动齿轮的旋转，从而致使所述致动器在长度上增加或减少。

在一些方面中，所述致动器可包含：主体部分；螺帽，其耦合到所述主体部分；及动力螺杆，其螺纹耦合到所述螺帽，其中所述动力螺杆相对于所述螺帽的旋转致使所述动力螺杆在所述主体部分内缩回或前进。

在其它方面中，所述支撑结构可在所述支撑结构的旋转几何中心处可旋转地支撑在所述基座上。

在一些方面中，所述支撑结构可在所述支撑结构及所述太阳能阵列的质心处可旋转地支撑在所述基座上。

根据本发明的另一方面，提供一种铰接太阳能跟踪系统的方法，且所述方法包含识别太阳相对于安置在支撑结构中的所述太阳能阵列的位置，所述支撑结构由多个基座可旋转地支撑，及改变与所述多个基座相关联的多个致动器的长度，其中所述太阳能阵列的旋转校正所述太阳能阵列相对于太阳的定向。

在各方面中，改变所述多个致动器的所述长度可包含致使马达机械地耦合到与所述多个致动器相关联的齿轮箱以进行旋转，其中所述马达的旋转致使所述齿轮箱改变所述多个致动器的所述长度。

在其它方面中，改变所述多个致动器的所述长度可包含致使马达耦合到多个驱动轴，从而致使与所述多个致动器中的相应致动器相关联的多个齿轮箱旋转，其中所述马达的旋转致使所述多个驱动轴旋转，此继而致使所述多个齿轮箱改变所述多个致动器的所述长度。

在一些方面中，改变所述多个致动器的所述长度可包含致使多个马达耦合到与所述多个致动器相关联的相应多个齿轮箱以进行旋转，其中所述多个马达的旋转致使每一相应齿轮箱改变所述多个致动器中的每一相应致动器的所述长度。

在其它方面中，所述方法可包含通过准许与所述齿轮箱相关联的轭在沿着由所述多个驱动轴界定的轴的方向上旋转来适应所述多个驱动轴的热膨胀。

在各方面中，适应所述多个驱动轴的热膨胀可包含所述齿轮箱，所述齿轮箱包含输入轴及惰轮轴，所述惰轮轴的外表面界定经配置以接纳所述输入轴的一部分穿过其的横向镗孔，使得所述轭及惰轮轴可在沿着由所述多个驱动轴界定的所述轴的所述方向上相对于所述输入轴旋转。

附图说明

下文参考各图式描述本发明的各个方面及特征，其中：

图1是根据本发明提供的太阳能跟踪系统的俯视透视图，所述太阳能跟踪系统经配置以铰接太阳能阵列的角度来跟踪太阳的位置；

图2是图1的太阳能跟踪系统的侧视图；

图3是图1的太阳能跟踪系统的仰视透视图；

图4是图3中所详细指示的区域的放大视图；

图4A是图4中所详细指示的区域的放大视图；

图5是图1的太阳能跟踪系统的铰接系统的俯视透视图；

图6是展示图5的铰接系统的致动器耦合到图1的太阳能跟踪系统的俯视透视图；

图7是图6中所详细指示的区域的放大视图；

图8是展示图6的致动器耦合到图1的太阳能跟踪系统的侧视图；

图9是图6的致动器的透视图；

图10是图6的致动器的透视图，其以虚线展示图6的致动器的齿轮箱的外部壳体；

图11是图6的致动器的前视图，其以虚线展示图6的致动器的齿轮箱的外部壳体；

图12是图6的致动器的俯视图，其以虚线展示图6的致动器的齿轮箱的外部壳体；

图13是图6的致动器的仰视图，其以虚线展示图6的致动器的齿轮箱的外部壳体；

图14是图6的致动器的螺帽的透视图；及

图15是在运动范围内铰接图1的太阳能跟踪系统的太阳能阵列所需的驱动扭矩的图形表示。

具体实施方式

本发明针对太阳能跟踪系统及用于铰接太阳能跟踪系统的方法。所述太阳能跟踪系统包含由支撑结构支撑的太阳能阵列。所述支撑结构继而由经配置以锚定于地面中或锚定至固定结构的多个基座可旋转地支撑。铰接系统耦合到支撑结构且使得太阳能阵列能够围绕基座选择性旋转以跟踪太阳的位置。所述铰接系统包含耦合到齿轮箱的致动器，所述致动器可旋转地耦合到基座且所述齿轮箱可旋转地耦合到支撑结构。所述太阳能跟踪系统包含多个铰接系统，其中每一铰接系统与相应基座相关联。如可了解，使用多个致动器提供对太阳能阵列的额外支撑以减小扭曲并减小太阳能跟踪系统中所使用的组件的大小。

所述太阳能跟踪系统可包含用以驱动多个铰接系统的单个马达，或可包含与相应铰接系统相关联的多个马达。在仅使用一个马达的情况下，多个驱动轴互连每一齿轮箱，使得所述马达可同时驱动每一致动器。为减少卷起并抑制每一驱动轴的翘曲，一或多个托架耦合到以一定间隔支撑驱动轴的支撑结构或太阳能阵列。在太阳能跟踪系统采用多个马达的情况下，可保持或移除多个驱动轴。以这种方式，每一马达彼此电耦合以确保多个铰接系统的致动和谐地发生，从而抑制支撑结构或太阳能阵列的扭曲。

所述齿轮箱包含：外部壳体；输入轴，其由外部壳体可旋转地支撑；轭，其在与输入轴横向的方向上由外部壳体可旋转地支撑；惰轮轴，其由轭支撑。惰轮轴的外表面包含能够在其中接纳输入轴的横向镗孔。所述致动器由基座可旋转地支撑在第一端处，且致动器的第二端耦合到轭。使用此构造，铰接系统能够容纳支撑结构的热膨胀。具体来说，随着支撑结构膨胀及收缩，输入轴的位置发生改变。为容纳此位置改变，准许所述轭在沿着驱动轴的方向上旋转。所述横向镗孔包含足够大以容纳致动器相对于驱动轴旋转±10°的内部尺寸。以这种方式，致动器的第一部分可保持固定，而致动器的第二部分可相对于其发生偏移，此帮助抑制可由于驱动轴的热膨胀而增强的任何约束或应力。

可将支撑结构可旋转地支撑在旋转几何中心或支撑结构与太阳能阵列组合的质心处。当支撑结构围绕基座旋转时，将支撑结构可旋转地支撑在旋转几何中心处会引入不平衡负载。具体来说，当支撑结构从相对于基座成角度的位置旋转到相对于基座水平的位置时，铰接支撑结构所需的扭矩量增加。通过将支撑结构可旋转地支撑在支撑结构与太阳能阵列组合的质心处，旋转支撑结构所需的扭矩在太阳能跟踪系统的运动范围内保持相对恒定。此减小铰接支撑结构所需的能量且可减小不同组件的数目，因为所述组件不必再为不平衡负载而设计。

现参考各图式详细描述本发明的实施例，其中在数个视图中的每一者中，类似元件符号指定等同或对应元件。在各图式及以下说明中，例如前方、后方、上部、下部、顶部、底部的术语及类似方向性术语仅出于方便描述目的而使用，且并不打算限制本发明。在以下说明中，未详细描述众所周知的功能或构造，以避免在不必要的细节中模糊本发明。

参考图1到5，根据本发明提供的能够跟踪太阳的位置的太阳能跟踪系统经图解说明且一般来说由元件符号10识别。太阳能跟踪系统10包含：太阳能阵列20；支撑结构30，其经配置以支撑太阳能阵列20；基座40，其经配置以可旋转地支撑支撑结构30；及铰接系统100(图2)，其经配置以相对于基座40而铰接太阳能阵列20与支撑结构30。太阳能阵列20包含多个光伏模块22，其每一者彼此机械地及电耦合，然而请考虑，每一光伏模块22可彼此机械地及/或电绝缘。在各实施例中，光伏模块22可为能够从太阳光产生电能的任何适合光伏模块，例如单晶硅、多晶硅、薄膜等。光伏模块22界定上部表面22a及相对底部表面22b。如可了解，光伏模块22的上部表面22a包含光伏电池(未展示)，而底部表面22b包含用于固定地或选择性地将光伏模块22耦合到支撑结构30的任何适合构件，例如机械紧固件(例如，螺栓、螺帽等)、粘合剂、焊接等，然而请考虑，光伏模块22可为两面光伏模块，在此情形中，底部表面22b也可包含光伏电池，使得可从上部及底部表面22a、22b两者捕获能量。

在各实施例中，光伏电池可安置于包含用于将光伏模块22紧固到支撑结构30的适合构件的适合框架(未展示)内。以这种方式，所述框架可包含其底部表面(未展示)上的紧固构件，或者可用于邻接框架的一部分并将所述框架选择性地或固定地耦合到支撑结构30的夹紧件或其它适合紧固件(例如，Z形托架、C形夹紧件、角形托架等)。

支撑结构30包含以彼此间隔开的关系安置且沿着太阳能跟踪系统10的长度延伸的一对平行梁32(图3)。尽管一般来说图解说明为C形通道，但请考虑所述对平行梁32可为能够支撑太阳能阵列20的任何适合梁，例如箱形梁、I形梁、H形梁、环形梁或圆形梁等。在各实施例中，所述对平行梁32中的每一梁可包含相同轮廓或可包含不同轮廓，此取决于太阳能跟踪系统10的安装需要。

另外参考图6，支撑结构30包含界定对置端34a及34b(图3)的若干对横向梁34。若干对横向梁34彼此平行安置且间隔开以接纳基座40的一部分，使得支撑结构30可进行铰接，而不会有基座40干扰支撑结构30相对于其的铰接，如本文中下文将进一步详细描述。尽管一般来说图解说明为C形通道，但请考虑所述对横向梁34可为能够支撑太阳能阵列20的任何适合梁，例如箱形梁、I形梁、H形梁等。在各实施例中，若干对横向梁34中的每一梁可包含相同轮廓或可包含不同轮廓，此取决于太阳能跟踪系统10的安装需要。

所述对横向梁34的对置端34a、34b中的每一端耦合到所述对平行梁32中的相应梁。以这种方式，端帽36邻近于所述对横向梁34中的每一梁的每一端34a或34b而安置。端帽36界定在对置侧表面36b与顶部及底部表面36c之间延伸的大致平坦表面36a。尽管一般来说图解说明为具有矩形外部轮廓，但请考虑其它适合轮廓，例如正方形、六边形、环形、椭圆形等。平坦表面36a界定穿过其的镗孔36d。尽管一般来说图解说明为具有对应于平坦表面36a的外部轮廓的轮廓，但请考虑，镗孔36d的轮廓可为任何适合轮廓，例如正方形、六边形、环形、椭圆形等，且可不同于平坦表面36a的轮廓。平坦表面36a界定邻近对置侧表面36b而安置且在顶部与底部表面36c之间延伸(图6)的第一对凸缘36e。平坦表面36a界定邻近镗孔36d而安置且平行于第一对凸缘36e而定向的第二对凸缘36f，使得在第一与第二对凸缘36e、36f中的每一者之间界定通道36g。通道36g经配置以接纳所述对横向梁34中的每一梁的对应端34a、34b，使得可使用例如机械紧固件、粘合剂、焊接等等的任何适合构件将所述横向梁34耦合到第一及第二对凸缘36e、36f。

尽管图解说明为在顶部与底部表面36c之间具有大于所述对平行梁32的高度的距离，但请考虑，帽36可在顶部与底部表面36c之间具有与所述对平行梁32的高度相同或小于所述对平行梁32的高度的距离。继续参考图6，使用例如机械紧固件、粘合剂、焊接等的任何适合构件将帽36固定地或选择性地耦合到所述对平行梁中的每一相应梁。

参考图4及6，基座40界定大致C形轮廓，然而请考虑，基座可为能够支撑太阳能阵列20及支撑结构30的任何适合梁，例如箱形梁、I形梁、H形梁等。基座40在经配置以在锚定于地面中的第一端部分40a与经配置以可旋转地支撑支撑结构30的相对第二端部分40b之间延伸。以这种方式，枢轴组合件50(图6)耦合到第二端部分40a且包含支撑件52、枢轴54、枢轴销56及一对托架58。支撑件52界定用于界定平坦部分52a的大致C形轮廓及安置在其对置端部分上的一对对置凸缘52b。所述对对置凸缘52b间隔开，使得基座40的第二端部分40a插置于其间且平坦部分52a邻接第二端部分40a，然而请考虑，支撑件52的平坦部分52a可与基座的第二端部分40a间隔开。使用例如机械紧固件、粘合剂、焊接等的任何适合构件将所述对置凸缘52b固定地或选择性地耦合到第二端部分40a。致动器安装凸缘42(图4)安置在邻近于第一端部分40a的基座40的外表面上。请考虑，可使用例如机械紧固件、粘合剂、焊接等的任何适合构件将致动器安装凸缘42固定地或选择性地耦合到基座40。尽管一般来说图解说明为界定大致C形轮廓，但请考虑，致动器安装凸缘42可界定任何适合轮廓，例如正方形、矩形等。以这种方式，致动器安装凸缘42界定自平坦表面延伸的耦合到基座40的外表面的一对对置凸缘42a。在各实施例中，致动器安装凸缘42可包含个别地耦合到基座40的外表面的一对独立凸缘42a。所述对对置凸缘42a界定穿过其的镗孔42b，镗孔42b经配置以使得销(未展示)或其它适合构件在铰接系统100的一部分插置于所述对对置凸缘42a之间时用于将铰接系统100的一部分可旋转地耦合到其。

枢轴54界定具有平坦部分54a及从其延伸的一对对置凸缘54b的大致C形轮廓。尽管一般来说图解说明为具有三角形轮廓，但请考虑，所述对对置凸缘54b可包含任何适合轮廓，例如正方形、矩形、椭圆形等。在各实施例中，所述对对置凸缘54b中的每一凸缘可具有相同轮廓或不同轮廓。所述对对置凸缘54b界定穿过其的对应对通孔54c，通孔54c经配置以在其中接纳枢轴销56。

如图6中所图解说明，当在所述对对置凸缘54b内接纳枢轴销56时，枢轴销56延伸超出所述对对置凸缘54b中的每一凸缘以接合所述对托架58中的相应托架。枢轴销56界定在对置端表面56a之间延伸的大致圆柱形轮廓。对置端表面56a中的每一端表面界定处于其中且朝向彼此延伸的浮凸部(未展示)。以这种方式，对置端表面56a界定大致D形轮廓，然而请考虑能够抑制枢轴销56相对于所述对托架58旋转的任何适合轮廓，例如六瓣形(hexalobe)、椭圆形、正方形、矩形等。

所述对托架58界定具有平坦部分58a及从其延伸的一对对置凸缘58b的大致C形轮廓。尽管一般来说图解说明为具有三角形轮廓，但请考虑，所述对对置凸缘58b可包含任何适合轮廓，例如正方形、矩形、椭圆形等。在各实施例中，所述对置凸缘58b中的每一凸缘可具有相同轮廓或不同轮廓。所述对对置凸缘界定穿过其的对应对贯通镗孔(未展示)，所述贯通镗孔经配置以在其中固定地接纳枢轴销56。以这种方式，所述对通孔中的每一通孔界定与枢轴销的对置端表面56a中的每一者应端表面的轮廓互补的轮廓。如可了解，通孔的匹配轮廓及对置端表面56a确保所述对托架58中的每一托架保持彼此对准，以最小化或消除支撑结构30的扭曲(例如，施加到一端上表面的扭矩通过枢轴销56传送到对置端表面56a的相对端表面)。在各实施例中，枢轴销56可不包含D形轮廓，可通过摩擦配合、桩固、粘合剂、机械紧固件、焊接等耦合到所述对托架58。平坦部分58a经配置以固定地或选择性地耦合到若干对横向梁34中的对应梁，从而将支撑结构30可旋转地耦合到基座40。

另外参考图7，支撑结构30包含具有大致L形轮廓的一对剪切板38，然而请考虑其它适合轮廓，例如C形轮廓等。以这种方式，每一剪切板38包含大致平坦部分38a及安置在其端部分处并与其垂直延伸的凸缘38b。如可了解，凸缘38b经配置以邻接若干对横向梁34中的对应梁的上部部分。平坦部分38a界定穿过其的孔38c，孔38c经配置以接纳铰接系统100的轴承或衬套，如下文将进一步详细描述。如图7中所图解说明，所述对剪切板38以彼此对置的关系安置在所述对横向梁34中的相应梁上。

现转到图7到14，铰接系统100经图解说明且包含致动器102及齿轮箱120。致动器102包含管状主体106、螺帽108、动力螺杆110及海姆(heim)接头组合件112。致动器102的管状主体106延伸于对置端表面106a与106b之间。尽管一般来说图解说明为具有圆柱形轮廓，但请考虑，管状主体106可包含任何适合轮廓，例如正方形、矩形、椭圆形、六边形等。对置端表面106a、106b界定穿过其的通孔106c，通孔106c经配置以接纳邻近端表面106a的螺帽108及邻近端表面106b的海姆接头组合件112。螺帽108(图14)包含垫圈108a及主体部分108b。垫圈108a界定大致平坦配置，所述大致平坦配置具有对应于管状主体106的轮廓的大致环形轮廓。如可了解，垫圈108a可包含任何适合轮廓且可包含与管状主体106相同或不同的轮廓。垫圈108a界定穿过其的通孔108c，通孔108c经配置以接纳穿过其的主体部分108b的一部分。使用例如机械紧固件、摩擦配合、粘合剂、焊接等的任何适合构件将垫圈108a耦合到管状主体106的端表面106a。

螺帽108的主体部分108b界定大致圆柱形轮廓，所述大致圆柱形轮廓一般来说具有与管状主体106的外径相同的外径，然而请考虑其它适合配置。主体部分108b延伸于对置端表面108d与108e之间。端表面108e界定环状浮凸部108f，其中所述环状浮凸部朝向端表面108d延伸且穿过螺帽108的外表面108g。环状浮凸部108f终止于定向成与端表面108d相对的面108g中，且经配置以邻接垫圈108a的一部分。尽管图解说明为使用机械紧固件(即，螺栓、螺杆等)选择性地耦合到垫圈108a，但请考虑，可使用任何适合构件将螺帽108的主体部分108b选择性地耦合到垫圈108a，且在各实施例中可使用例如粘合剂、摩擦配合、焊接等的任何适合构件固定地耦合到垫圈108a。主体部分108b的对置端表面108d、108e界定穿过其的螺纹镗孔108h，螺纹镗孔108h经配置以螺纹接合动力螺杆110，使得动力螺杆110可在于第一或第二方向上相对于螺帽108旋转时在其内平移，如本文中下文将进一步详细描述。

参考图9到11，海姆接头组合件112包含海姆接头垫圈112a、海姆接头112b及海姆接头螺帽112c。海姆接头垫圈112a延伸于对置端表面112e与112f之间，且界定与管状主体106的轮廓互补的大致圆柱形轮廓，然而请考虑，海姆接头垫圈112a的轮廓可包含任何适合轮廓，例如正方形、矩形、椭圆形等。端表面112e经配置以邻接管状主体的端表面106b，且可使用例如机械紧固件、摩擦配合、粘合剂、焊接等的任何适合构件选择性地或固定地耦合到其。对置端表面112e、112f界定穿过其的螺纹镗孔112g，螺纹镗孔112g经配置以螺纹接合海姆接头112b的一部分。

海姆接头112b可为任何适合铰接接头且包含铰接头部分112h及从其延伸的螺纹柄112i(图11)。螺纹柄112i经配置以螺纹接合海姆接头垫圈112a的螺纹镗孔112g，使得海姆接头112b可在海姆接头112b旋转时在海姆接头垫圈112a内平移。以这种方式，致动器102的总体长度可通过在第一方向或第二相反方向上旋转海姆接头112b来增加或减少。海姆接头112b的头部分112h界定穿过其的内腔112j，内腔112j经配置以在其中接纳适合紧固件(例如，螺栓、销等)，从而将海姆接头112b且由此耦合致动器102可旋转地耦合到基座40的致动器安装凸缘42(图2)。

海姆接头螺帽112c螺纹耦合到海姆接头112b的螺纹柄112i。海姆接头螺帽112c经配置以充当锁紧螺帽，使得当在第一方向上旋入海姆接头螺帽112c时，海姆接头螺帽112c邻接海姆接头垫圈112a的端表面112f，并且在第一方向上进一步旋转海姆接头螺帽112c会将海姆接头螺帽112c拧紧在海姆接头垫圈112a的端表面112f上，从而锁定海姆接头112b相对于海姆接头垫圈112a的位置。为松开海姆接头螺帽112c，在第二相反方向上旋转海姆接头螺帽112c。

尽管一般来说描述为海姆接头，但请考虑，海姆接头112b可为任何适合铰接接头，且可与致动器管106或海姆接头垫圈112a整体地形成。在各实施例中，海姆接头112b可为滚珠轴承(不锈钢、青铜、黄铜、聚合物等)或衬套(黄铜、青铜、聚合物等)。

在各实施例中，铰接系统100可不利用海姆接头组合件112。而是，管状主体106的外表面106d界定横向镗孔(未展示)，所述横向镗孔经配置以在其中接纳适合紧固件(例如，螺栓、销等)，从而将管状主体106且由此致动器102可旋转地耦合到基座40的致动器安装凸缘42。

动力螺杆110延伸于第一端表面110a与相对第二端表面110b之间且在其间界定螺纹外表面110c。螺纹外表面110c包含与螺帽108的螺纹形式互补的螺纹形式，使得动力螺杆110可螺纹接合螺帽108的螺纹镗孔108h。以这种方式，当在第一方向上旋转动力螺杆110时，致动器102的总体长度增加，且当在第二相反方向上旋转动力螺杆110时，致动器102的总体长度减少。如本文中下文将进一步详细描述，致动器102的总体长度的增加或减少导致支撑结构30与太阳能阵列20围绕枢轴组合件50的枢轴销56(图6)的铰接。

动力螺杆110的螺纹外表面110c可界定能够支撑并传输大负载的任何适合螺纹形式(例如，正方形、梯形、拱形等)，然而请考虑其它螺纹形式，例如三角形螺纹形式(例如，统一螺纹标准等)。在各实施例中，动力螺杆110可为滚珠螺杆、滑动螺杆、导向螺杆等。在一个非限制性实施例中，动力螺杆110的螺纹外表面110c界定梯形螺纹形式，例如爱克米(acme)螺纹形式，且具有自锁或防背向驱动性质，足以在太阳能阵列20、支撑结构30及由动力螺杆110支撑的铰接系统100的各种组件的静态重量下抑制动力螺杆110旋转。另外，当外力施加到太阳能跟踪系统10时，例如风、雪、野生动物等，动力螺杆110的防背向驱动性质抑制动力螺杆旋转。第一端表面110a经配置以耦合到齿轮箱120的一部分，使得赋予在齿轮箱120上的旋转力被传输到动力螺杆110，如本文中下文将进一步详细描述。

齿轮箱120包含外部壳体122及齿轮系126。外部壳体122(图9)界定主体128及盖130。主体128界定延伸于对置端表面128a与128b之间的大致正方形轮廓。端表面128a界定其中终止于内表面128d的腔128c。内表面128d及对置端表面128b界定穿过其的贯通镗孔128e，贯通镗孔128e经配置以在其中接纳动力螺杆110的一部分。如本文中下文将进一步详细描述，贯通镗孔128e经定尺寸以准许动力螺杆110相对于主体122进行铰接而不会引起干扰(例如，准许动力螺杆110相对于主体122枢转)。

主体128界定第一对对置侧表面128k及128f以及横向于第一对对置侧表面128k、128f而安置的第二对对置侧表面128g及128h。第一对对置侧表面128k、128f中的侧表面中的每一者界定穿过其的通孔128i，通孔128i经配置以可旋转地支撑穿过其的输入轴132的一部分，并且第二对对置侧表面128g、128h中的侧表面中的每一者界定穿过其的镗孔128j(图9)，镗孔128j经配置以在其中支撑惰轮轴134的一部分，如本文中下文将进一步详细描述。盖130经配置以使用例如机械紧固件、粘合剂、摩擦配合等的任何适合构件来选择性地耦合到端表面128a。

齿轮系126包含输入轴132、惰轮轴134、一对支撑衬套136、驱动齿轮138、惰齿轮140、从动齿轮142及轭144。输入轴132界定延伸于第一端部分132a与相对第二端部分132b之间的大致圆柱形轮廓。输入轴132的外表面132c界定邻近第一及第二端部分132a、134b中的每一者的孔132d，孔132d经配置选择性地接纳销(未展示)或者能够可旋转地支撑并纵向地固定太阳能跟踪系统10的驱动轴150(图7)的其它适合装置，如本文中下文将进一步详细描述。输入轴132经配置以使用例如衬套、轴承等的任何适合构件来可旋转地支撑在第一对对置侧表面128e、128f的通孔128i内。

惰轮轴134界定延伸于对置端部分134a与134b之间的大致圆柱形轮廓。惰轮轴的外表面134c界定在其中心部分(例如，大约惰轮轴134的中间)处穿过其的横向镗孔134d。横向镗孔134d延伸穿过垂直于穿过惰轮轴134的长度(例如，穿过对置端部分134a、134b)界定的轴A-A的惰轮轴134，且经配置以在其中接纳输入轴132的一部分。横向镗孔134d经定尺寸，使得输入轴132可在任一方向上围绕轴A-A旋转大约10度(例如，±10°)，而输入轴132不会影响横向镗孔134d(例如，横向镗孔134d包含大于输入轴132的外部尺寸的内部尺寸)的任何部分，如本文中下文将进一步详细描述。

所述对支撑衬套136界定延伸于第一端表面136a与第二相对端表面136b之间的大致圆柱形轮廓。所述对支撑衬套136中的每一衬套基本上类似，且因此，为了简洁起见，本文中将仅详细描述一个支撑衬套136。第一端表面136a界定延伸穿过支撑衬套136的外表面且朝向第二端表面136b延伸的环状浮凸部136c。环状浮凸部136c终止于环状面136d处，环状面136d具有大于环状浮凸部的外部尺寸的外部尺寸。第二端表面136b界定其中朝向第一端表面136a延伸且终止于环状面136f处的第一埋头镗孔136e。第一埋头镗孔136e的环状面136f界定自其延伸并突出超过第二端表面136b且终止于第三端表面136h处的凸起部136g。凸起部136g的外表面经配置以接纳于外部壳体122的通孔128i内，使得外部壳体122可旋转地支撑于其上。支撑衬套136的第三端表面136h及第一端表面136a界定穿过其的贯通镗孔(未展示)，所述贯通镗孔经配置以在其中可旋转地支撑输入轴132的一部分。第一端表面136a在其中界定第二埋头镗孔136j。

尽管一般来说描述为单件式衬套(例如，单个组件)，但请考虑，支撑衬套136可由不止一个组件形成，且在一个非限制性实施例中可为具有衬套的轴承、具有经延伸内座圈的轴承(例如，滚柱轴承、滚珠轴承等)等。如可了解，支撑衬套136的环状面136d经配置以邻接支撑结构30的相应剪切板38的一部分，从而抑制支撑衬套136完全穿过剪切板38的孔38c。以这种方式，环状面136d相对于齿轮箱134定位支撑衬套136。

轭144界定具有平坦表面146及自其延伸的对置翼片148(图7)的大致U形轮廓。尽管一般来说图解说明为具有三角形轮廓，但请考虑，对置翼片148可包含任何适合轮廓，且每一翼片可相同或包含不同轮廓。平坦表面146界定穿过其的镗孔(未展示)，所述镗孔经配置以在其中接纳动力螺杆110的一部分。请考虑，所述镗孔可包含适合轴承、衬套等(未展示)，或者在各实施例中可不包含轴承或衬套，而是至少一个止推轴承或衬套(未展示)可邻近平坦表面146而安置且与所述镗孔同心。对置翼片148界定穿过其的通孔(未展示)，所述通孔经配置以在其中支撑惰轮轴134的一部分。在各实施例中，所述通孔经定尺寸以将惰轮轴134固定地保持在其中，使得抑制惰轮轴134围绕轴A-A旋转，然而请考虑，惰轮轴134可在对置翼片148的通孔内自由地旋转。在将惰轮轴134固定地保持在通孔内的情况下，请考虑，可使用例如摩擦配合、键、花键、粘合剂等的任何适合构件来固定地保持惰轮轴134。对置翼片148中的每一者界定其上的与通孔同心的凸起部148a。所述对凸起部148a中的每一凸起部经配置以接纳在齿轮箱128的外部壳体122的相应镗孔128j内，使得每一镗孔128j可旋转地支撑每一相应凸起部148a，从而使得轭144能够围绕由惰轮轴134界定的轴旋转。

驱动齿轮138支撑在输入轴132上且使用例如夹紧件、摩擦配合、销等的任何适合构件耦合到其，使得输入轴132的旋转导致驱动齿轮138的对应旋转。尽管一般来说展示为伞齿轮，但请考虑驱动齿轮138可为能够将旋转运动从输入轴132传输到惰齿轮140的任何适合装置，且在一个非限制性实施例中，驱动齿轮138可为面齿轮等等。

惰齿轮140可旋转地支撑在惰轮轴134上，使得惰齿轮140使用例如衬套、轴承等的任何适合构件相对于惰轮轴134自由旋转。惰齿轮140经定大小及定尺寸，使得惰齿轮140的一部分能够与驱动齿轮138啮合，且惰齿轮140的一部分能够与从动齿轮142啮合。尽管一般来说图解说明为伞齿轮，但请考虑惰齿轮140可为能够将旋转运动从驱动齿轮138传输到从动齿轮142的任何适合装置。

使用例如夹紧件、摩擦配合、销等的任何适合构件将从动齿轮142固定地保持在邻近其第一端表面110a的动力螺杆110的一部分上，使得从动齿轮142的旋转导致动力螺杆110的对应旋转。尽管一般来说图解说明为伞齿轮，但请考虑从动齿轮142可为能够将旋转运动从惰齿轮140传输到动力螺杆110的任何适合装置。如可了解，从动齿轮142将动力螺杆110夹紧到轭144，使得抑制动力螺杆110且因此从动齿轮142相对于轭144平移。

在各实施例中，请考虑，可使用簧环、e形夹紧件、销、粘合剂、焊接等可平移地固定驱动齿轮138、惰齿轮140、从动齿轮142、所述对支撑衬套136及惰轮轴134中的每一者的位置。以这种方式，可相对于彼此固定驱动齿轮138、惰齿轮140、从动齿轮、所述对支撑衬套136及惰轮轴134中的每一者的相对位置，从而确保铰接系统100的操作期间驱动齿轮138、惰齿轮140及从动齿轮142中的每一者的适当接合。在各实施例中，请考虑，驱动齿轮138、惰齿轮140及从动齿轮142中的任一者可为面齿轮等等。

请考虑，齿轮箱120可不包含轭144，而是惰轮轴134可由齿轮箱120的主体128支撑。以这种方式，齿轮箱的主体128支撑动力螺杆110的上部部分，且从动齿轮142将动力螺杆110夹紧到主体128。

转到图3，太阳能跟踪系统10包含安置在每一基座40处的铰接系统100，然而请考虑，太阳能跟踪系统10可仅包含一个铰接系统100，铰接系统100可安置在每隔一个基座40或任何其它适合图案处，此取决于太阳能跟踪系统10的安装需要。铰接系统100在每一基座40处的放置减小每一铰接系统100进行支撑所需的负载。因此，铰接系统100的组件的总体大小可减小，由此节省材料和成本。另外，使用多个铰接系统100通过减小铰接系统100放置在其处的每一点之间的距离来增加太阳能跟踪系统10的总体刚度，由此减小支撑结构30上的扭转载荷，以及其它益处。此外，使用多个致动系统100减小将支撑结构30的枢轴销56放置在支撑结构30及太阳能阵列20组合件的重心处的需要。

如图15中所图解说明，当支撑结构30由致动组合件100铰接时，枢轴销56在太阳能阵列20及支撑结构30组合件的旋转几何中心处的放置可导致不平衡负载。具体来说，当在初始的面向东方的定向上时，支撑结构30围绕枢轴销56旋转所需的驱动扭矩量是相对低的。然而，随着支撑结构进一步旋转，旋转支撑结构30所需的扭矩增加，直到支撑结构30被放置在大约水平定向上为止。随着太阳能阵列20及支撑结构30组合件的重心更靠近旋转几何中心迁移，支撑结构30朝向西方的继续旋转需要递减的扭矩量。

为了减小此不平衡负载的影响，请考虑，枢轴销56可安置在太阳能阵列20及支撑结构30组合件的质心而不是旋转几何中心处。以这种方式，太阳能阵列20及支撑结构30的质量围绕枢轴销56而保持平衡，且支撑结构30围绕枢轴销56铰接所需的扭矩保持基本上一致，其中支撑结构通过其运动范围铰接所需的扭矩几乎没有变化。这样，铰接支撑结构30所需的能量减少，且支撑太阳能阵列20所需的各种组件可基本上类似(例如，无需设计一些组件来承受比其它组件更大的负载)，由此减少设计时间并减少太阳能跟踪组合件10中不同组件的数目。如可了解，每一太阳能阵列20可包含不同量的布线、致动系统100、驱动轴150等，此必然意味着每一太阳能阵列20可包含彼此不同的重量。通过将旋转轴从旋转几何中心移位到质心，每一太阳能阵列可包含不同旋转轴，此继而减小放置在铰接系统100上的不平衡负载。

为了在每一铰接系统100之间传送扭矩，多个驱动轴150(图3、4A、6及7)安置在支撑结构30上且耦合到相应齿轮箱120的相应输入轴134。通过将多个驱动轴150定位在支撑结构30上，每一基座40可保持等同，由此减少构造太阳能跟踪系统10所需的基座40的变化数目。请考虑，多个驱动轴150中的每一者可通过托架152(图4A)(例如轴台、海姆接头、衬套等)可旋转地支撑，托架152安置在光伏模块22的底部表面22b或光伏模块22的框架(未展示)上。驱动轴150的外部尺寸及托架152的数目可取决于太阳能跟踪系统10的安装需要而变化。如可了解，驱动轴150的外部尺寸越大且托架152的数目越大，驱动轴150的扭转负载能力就增加，同时最小化驱动轴中的卷起或扭曲并减小驱动轴150在扭转负载下弯曲的倾向。

托架152抑制驱动轴150在其长度上的翘曲，且因此，使得能够减小传送特定负载而不会卷起或翘曲所需的驱动轴150的总体直径或壁厚度。以这种方式，请考虑，可利用一或多个托架152。在一个非限制性实施例中，两个托架152用于以驱动轴150的总体长度的三分之一的间隔支撑驱动轴150。

在温度波动期间，每一太阳能阵列20的总体长度可由于其各种组件的热膨胀或收缩而增加或减少。如可了解，齿轮箱120在其处固定到驱动轴150的位置可由于由驱动轴及/或支撑结构30的热膨胀或收缩驱动的尺寸改变而变化。为适应此波动，轭144围绕纵向轴A-A可旋转地支撑在齿轮箱120的外部壳体122内。这样，随着支撑结构30膨胀及收缩且致使齿轮箱120横向于基座40的致动器安装凸缘42平移，准许致动器102经由海姆接头112b围绕将海姆接头112b耦合到安装凸缘42的紧固件旋转。惰轮轴134的横向孔134d提供用于输入轴132的间隙，以在轭144且因此惰轮轴134围绕轴A-A旋转时穿过间隙而不会具有干扰。此外，支撑衬套38抑制齿轮箱120的外部壳体122相对于驱动轴150旋转，从而抑制齿轮箱120的输入轴132与驱动轴150之间的接合或未对准。

再次参考图4，铰接系统100包含马达160及相关联马达齿轮箱162。马达160可为能够将旋转运动传输到驱动轴150的任何适合马达，例如交流电(AC)马达、直流电(DC)马达、伺服电动机、步进马达等。在一个非限制性实施例中，马达160为无刷直流电(DC)马达。使用例如机械紧固件、粘合剂、焊接等的任何适合构件将马达160耦合到齿轮箱162。继而，使用例如机械紧固件、粘合剂、焊接等的任何适合构件将齿轮箱162耦合到支撑结构30。请考虑，齿轮箱162可为能够将旋转运动从马达160传输到驱动轴150的任何适合齿轮箱，例如恒定啮合齿轮箱、皮带及滑轮、链轮及链条、摩擦轮、液压机等。

继续参考图4，请考虑，每一铰接系统100可包含相应马达160及齿轮箱162，或者在各实施例中，可仅利用一个马达160及齿轮箱162。以这种方式，马达160及/或齿轮箱162可放置在任何基座40处(不管是否存在铰接系统100)，且由马达160供应的旋转扭矩将经由多个驱动轴150传送到每一铰接系统100。在一个非限制性实施例中，马达160及齿轮箱162可放置在最外部基座40处。在各实施例中，马达160可放置在任何基座40处且可直接驱动多个驱动轴150而无需使用齿轮箱162。如可了解，利用多个马达160会减小产生适当扭矩量以铰接支撑结构30所需的马达的大小。类似地，利用齿轮箱162会减小产生适当扭矩量以铰接支撑结构30所需的马达160的大小。此外，利用多个马达160使得能够利用更小且更轻的驱动轴150，且会减少抑制驱动轴150的翘曲所需的托架152的数目，并且在各实施例中，可完全消除对驱动轴150的需要。

在各实施例中，每一致动系统100可包含正止动件(未展示)或能够抑制其过度延伸并限制由此导致的任何损坏的其他类似装置。如可了解，针对每一个别致动系统100的正止动件可经校准，以在一定程度上抑制任何一个致动系统100相对于彼此的致动，从而最小化邻近太阳能阵列20之间的扭转负载及/或未对准。

再次参考图1到13，描述一种铰接太阳能跟踪系统10的方法。最初，每一致动系统100经校准以确保太阳能跟踪系统10的每一致动器102的位置基本上相同。将每一致动器102放置在基本上相同的位置中会减小太阳能阵列20的扭曲量。在各实施例中，每一致动组合件100可包含正止动件以确保致动器102不过度延伸并损坏太阳能跟踪系统10的组件。

在识别太阳的位置之后，将信号从适合控制器传输到马达或马达160以旋转动力螺杆110。如果太阳在东方到西方的方向上行进(例如，白昼到黄昏)，那么信号致使马达160在第一方向上旋转，由此致使动力螺杆110在对应第一方向上旋转以增加致动器102的总体长度。增加致动器102的长度致使支撑结构30围绕枢轴销56顺时针旋转，且致使太阳能阵列20在对应顺时针方向上旋转。为设定太阳能阵列20的位置，信号致使马达160在与第一方向相反的第二方向上旋转，由此致使动力螺杆110在与第一方向相反的对应第二方向上旋转以减少致动器102的总体长度。

虽然在各图式中已展示本发明的数个实施例，但这并不意味着本发明限制于此，因为这意味着本发明在本领域将允许的范围内是广泛的，并且说明书同样被阅读。因此，上文说明不应解释为限制性的，而仅仅是特定实施例的范例。

Claims (20)

1.一种太阳能跟踪器，其包括：

多个基座；

支撑结构，其可旋转地支撑在所述多个基座上，所述支撑结构包含至少一个纵向梁及多个横向梁对，所述多个横向梁对大体上正交于所述至少一个纵向梁而定向；

多个齿轮箱，每一齿轮箱由所述多个横向梁对中的至少一者支撑；

驱动轴，其平行于所述至少一个纵向梁横越所述支撑结构的长度且耦合到所述多个齿轮箱中的每一者；及

用于每一齿轮箱的致动器，其在一端上经由所述齿轮箱机械地耦合到所述驱动轴且在第二端上耦合到所述多个基座中的一者，其中所述致动器包含动力螺杆，其在由所述驱动轴驱动时从主体延伸或缩回到主体中，从而致使所述支撑结构围绕旋转轴旋转。

2.根据权利要求1所述的太阳能跟踪器，其进一步包括耦合到所述驱动轴的马达。

3.根据权利要求2所述的太阳能跟踪器，其中所述马达安装到所述支撑结构。

4.根据权利要求3所述的太阳能跟踪器，其中所述旋转轴从所述支撑结构的中心线偏移。

5.根据权利要求4所述的太阳能跟踪器，其中所述旋转轴是所述支撑结构的质心。

6.根据权利要求1所述的太阳能跟踪器，其进一步包括每一齿轮箱中的可操作地连接到所述驱动轴的驱动齿轮。

7.根据权利要求6所述的太阳能跟踪器，其进一步包括每一齿轮箱中的可操作地连接到所述驱动齿轮的惰齿轮。

8.根据权利要求7所述的太阳能跟踪器，其进一步包括所述惰齿轮围绕其旋转的惰轮轴。

9.根据权利要求8所述的太阳能跟踪器，其进一步包括形成于所述惰轮轴中的镗孔，输入轴横穿该镗孔。

10.根据权利要求9所述的太阳能跟踪器，其中所述输入轴在所述齿轮箱的两个端上机械地耦合到所述驱动轴。

11.根据权利要求7所述的太阳能跟踪器，其进一步包括可操作地连接到所述惰齿轮及所述动力螺杆的从动齿轮。

12.根据权利要求11所述的太阳能跟踪器，其进一步包括可操作地连接到所述动力螺杆且支撑所述惰轮轴的轭，其中所述轭接纳由所述动力螺杆赋予的力且将所述力传送到所述多个横向梁对中的一者。

13.根据权利要求12所述的太阳能跟踪器，其进一步包括多个剪切板对，其中每一齿轮箱由所述多个剪切板对中的一对剪切板可操作地连接到所述多个横向梁对中的一者。

14.根据权利要求8所述的太阳能跟踪器，其中所述驱动齿轮、惰齿轮及从动齿轮中的每一者为面齿轮。

15.根据权利要求1所述的太阳能跟踪器，其进一步包括多个剪切板对，其中每一齿轮箱由所述多个剪切板对中的一对剪切板可操作地连接到所述多个横向梁对中的一者。

16.根据权利要求15所述的太阳能跟踪器，其进一步包括每一齿轮箱的相对侧上的一对衬套，其中所述对衬套支撑延伸穿过所述齿轮箱的输入轴，所述输入轴机械地耦合到所述驱动轴。

17.根据权利要求1所述的太阳能跟踪器，其中所述齿轮箱包含多个面齿轮。

18.根据权利要求1所述的太阳能跟踪器，其进一步包括界定所述旋转轴的多个枢轴销。

19.根据权利要求18所述的太阳能跟踪器，其进一步包括所述多个枢轴销中的一者中的每一者横穿的多个枢轴，其中所述多个枢轴中的每一者机械地耦合到基座。

20.根据权利要求19所述的太阳能跟踪器，其进一步包括多个托架对，所述多个托架对中的每一者中的单个托架机械地连接到横向梁对中的相应梁且经配置以接纳所述多个枢轴销中的相应枢轴销以使得所述支撑结构能够围绕所述旋转轴旋转。

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