CN116057331A - 分布式锁定跟踪器 - Google Patents

Abstract

一种太阳能跟踪器，其包含：扭矩管；多个轴承，所述多个轴承被配置成收纳所述扭矩管；多个墩台，所述多个墩台各自被配置成收纳所述多个轴承之一；以及闭锁装置，所述闭锁装置安装在所述多个墩台之一上并且与所述多个轴承中的至少一个轴承操作性地关联，所述闭锁装置被配置成定期接合和脱离形成于所述轴承中的开口，以限制所述扭矩管的移动并且将荷载从所述扭矩管转移到所述闭锁装置所安装于的所述墩台上。

Description

分布式锁定跟踪器

相关申请的交叉引用

本申请要求于2020年9月8日提交的临时美国申请第63/075,626号的提交日的权益和优先权，所述临时美国申请的整个内容通过引用在此并入。

技术领域

本公开涉及太阳能发电系统，并且更具体地，涉及用于防止由风荷载造成的损害同时使电能产生最大化的太阳能跟踪器系统。

背景技术

太阳能电池和太阳能板在阳光状况下在被定向成以一定角度朝向太阳时最高效。许多太阳能板系统被设计成与太阳能跟踪器组合，所述太阳能跟踪器跟随太阳从东到西跨过天空的轨迹，以使系统的发电能力最大化。由单个太阳能电池产生的相对低的能量需要使用数千个以阵列布置的太阳能电池，以生成足够量级的可用的能量，例如作为能量网的一部分。因此，开发了太阳能跟踪器，所述太阳能跟踪器相当大，长度跨越数百英尺。

调整大规模太阳能跟踪器需要电力以在其跟随太阳时驱动太阳能阵列。如将理解的，荷载越大，驱动太阳能跟踪器所需的电力的量就越大。这种系统的另外的设计约束是适应太阳能阵列的重量和有时显著的风荷载所需的刚性。

进一步地，由风荷载引起的扭转激励对用于支撑的结构和用于铰接太阳能跟踪器的机构施加了大量的力。这样，在沿太阳能跟踪器的长度的各个位置处需要增加用于减少扭转激励的组件的大小和数量。考虑到这些问题，现有系统通常将太阳能模块驱动到由风产生的荷载减少的位置，但这些的代价通常是能量产生。例如，一种方法将所有太阳能跟踪器驱动到相对于地面平坦或0角位置。如可以理解的，这大大减少了产生的能量的量。本公开寻求解决现有跟踪器系统的缺点。

发明内容

本公开的一方面涉及一种太阳能跟踪器，其包含：扭矩管；多个轴承，所述多个轴承被配置成收纳所述扭矩管；多个墩台，所述多个墩台各自被配置成收纳所述多个轴承之一。所述太阳能跟踪器还包含闭锁装置，所述闭锁装置安装在所述多个墩台之一上并且与所述多个轴承中的至少一个轴承操作性地关联，所述闭锁装置被配置成定期接合和脱离形成于所述轴承中的开口，以限制所述扭矩管的移动并且将荷载从所述扭矩管转移到所述闭锁装置所安装于的所述墩台上。

本公开的此方面的实施方案可以包含以下特征中的一或多个特征。所述太阳能跟踪器进一步包含与所述扭矩管同步驱动的凸轮轴。所述太阳能跟踪器进一步包含至少一个凸轮，所述至少一个凸轮安装在所述凸轮轴上并且接合所述闭锁装置。所述太阳能跟踪器，其中所述凸轮包含偏心凹槽，所述偏心凹槽被配置成收纳所述闭锁装置的从动件。所述太阳能跟踪器，其中所述从动件刚性地固定于轴支撑件上。所述太阳能跟踪器，其中所述轴支撑件通过铰链安装在所述墩台上。所述太阳能跟踪器，其中固定于所述轴支撑件上的一或多个销被配置成接合形成于所述轴承上的一或多个开口。所述太阳能跟踪器，其中在所述凸轮轴和所述凸轮旋转时，接合所述偏心凹槽的所述从动件使所述轴支撑件关于所述铰链旋转，从而使所述销与形成于所述轴承上的所述开口接合或脱离。所述太阳能跟踪器，其中墩台包含两个闭锁装置，所述两个闭锁装置被配置成与所述轴承中的所述开口交替接合和脱离。所述太阳能跟踪器，其中所述轴承为同心轴承。所述太阳能跟踪器，其中所述轴承为质量平衡轴承。所描述技术的实施方案可以包含硬件、方法或过程或者计算机可存取介质上的计算机软件，包含安装在系统上的软件、固件、硬件或其组合，这些软件、固件、硬件或其组合在操作中使所述系统执行动作。一或多个计算机程序可以被配置成借助于包含指令来执行特定操作或动作，所述指令当由数据处理设备执行时使所述设备执行所述动作。

本公开的一个方面涉及一种用于太阳能跟踪器的闭锁装置，所述闭锁装置包含：轴支撑件。所述锁还包含铰链，所述铰链被配置成将所述轴支撑件连接到墩台并且允许所述轴支撑件相对于所述墩台旋转。所述锁还包含从动件，所述从动件刚性地安装在所述轴支撑件上。所述锁还包含一或多个销，所述一或多个销被配置成接合轴承上的一或多个开口以限制所述轴承的旋转。

本公开的此方面的实施方案可以包含以下特征中的一或多个特征。所述闭锁装置，其中所述从动件被配置成收纳在凸轮的偏心凹槽内。所述闭锁装置，其中所述凸轮的旋转向所述从动件施加力并且使所述轴支撑件移动。所述闭锁装置，其包含一对轴支撑件，每个轴支撑件通过铰链安装在所述墩台的相对侧上。所述闭锁装置，其进一步包含两个凸轮，每个凸轮各自位于所述墩台的相对侧上。所述闭锁装置，其中每个轴支撑件包含从动件，所述从动件被配置成接合位于所述墩台的相应侧上的凸轮的偏心凹槽。所述闭锁装置，其中所述两个凸轮安装在凸轮轴上。所述闭锁装置，其中所述凸轮轴的旋转使形成于每个凸轮上的所述偏心凹槽作用于所述从动件并且使所述轴支撑件旋转，使得所述轴支撑件上的所述销与所述轴承中的所述开口接合或脱离。所述闭锁装置，其中所述两个凸轮的所述偏心凹槽使所述一对轴支撑件上的所述销与所述轴承中的所述开口交替接合和脱离。所描述技术的实施方案可以包含硬件、方法或过程或者计算机可存取介质上的计算机软件，包含安装在系统上的软件、固件、硬件或其组合，这些软件、固件、硬件或其组合在操作中使所述系统执行动作。一或多个计算机程序可以被配置成借助于包含指令来执行特定操作或动作，所述指令当由数据处理设备执行时使所述设备执行所述动作。

附图说明

下文参照结合在本说明书中并且构成本说明书的一部分的附图对本公开的各个方面进行描述，在所述附图中：

图1描绘了太阳能跟踪器的侧视图；

图2描绘了根据本公开的太阳能跟踪器的侧视图；

图3A描绘了根据本公开的装配有闭锁装置的太阳能跟踪器轴承的透视图；

图3B描绘了根据本公开的装配有闭锁装置的太阳能跟踪器轴承的透视图；

图4描绘了根据本公开的闭锁装置的透视图；

图5描绘了根据本公开的闭锁装置的俯视图；

图6描绘了根据本公开的太阳能跟踪器轴承的透视图；

图7描绘了根据本公开的装配有闭锁装置的太阳能跟踪器轴承的侧视图；

图8是根据本公开的闭锁装置的销移动的图形表示；并且

图9描绘了根据本公开的一系列框架，其示出了闭锁装置的一部分相对于太阳能跟踪器轴承的移动。

具体实施方式

图1描绘了传统太阳能跟踪器10。太阳能跟踪器10包含连接到扭矩管14的压摆驱动器12。扭矩管14收纳与扭矩管14垂直附接并且许多光伏太阳能模块安装到其上的一系列轨道(未示出)。太阳能跟踪器10还包含许多墩台16，所述墩台在一端安装在地面上并且典型地包含轴承，例如轴承20a或20b(图3A或3B)，但没有下文详细描述的闭锁机制。扭矩管14收纳在轴承20中并且支撑在墩台16上。压摆驱动器12(或其它驱动机构)驱动扭矩管14并且附接太阳能模块，以在太阳从东到西跨过天空转移时跟随太阳。

在经历有风状况时，太阳能模块充当帆从而提供对抗风的面。由风引起的力从太阳能模块转移到扭矩管14并转移到压摆驱动器12。最终，由风引起的力通过压摆驱动器12搁置于的墩台16转移到地面。因此，沿非常长的太阳能跟踪器10收集的风的力最终集中在单个墩台16上。这需要增加压摆驱动器12和其墩台16的大小和重量。进一步地，为了防止扭矩管14沿其长度扭转，还必须增加扭矩管14的大小和重量。

本公开涉及一种太阳能跟踪器，如图2所示，所述太阳能跟踪器在跟踪器100中具有多个固定点，所述固定点帮助防止在所有风速和所有跟踪倾斜度下扭转不稳定。跟踪器100的一定长度内的多个固定点产生了要存放跟踪器100的有利条件，这进而在不损坏跟踪器100的结构稳定性的情况下减少了太阳能模块上的压力荷载。

如图2中描绘的，太阳能跟踪器100包含压摆驱动器12、扭矩管14和多个墩台16。墩台16，如图1的那些墩台，支撑每个墩台上的轴承(未示出)，从而允许扭矩管14自由旋转。与压摆驱动器12机械地连接的为凸轮轴22。凸轮轴可以由电机驱动压摆驱动器12齿轮驱动或链驱动。可替代地，凸轮轴可以具有单独的驱动电机，所述单独的驱动电机被配置成驱动同步驱动凸轮轴22。凸轮轴22连接到凸轮24，所述凸轮机械地联接到由轴承20a或20b制成的闭锁装置26。通过锁定轴承20，支撑闭锁装置26的墩台18吸收施加于跟踪器100的任何风荷载的一部分。这种对沿跟踪器100的多个点处的荷载的吸收减少了跟踪器100上任一个点处的荷载，并且允许减小扭矩管尺寸和重量以及减小压摆驱动器的大小。进一步地，这种设计使得能够消除阻尼器，所述阻尼器通常用于增加跟踪器100在扭转方向上的刚度。

本公开的闭锁装置26可以部署在同心轴承20a(图3A)和质量平衡轴承20b(图3B)上。关于在同心轴承20a上的使用，轴承基部28通过支架30栓接到墩台18的顶部部分。轴承基部28收纳下部轴承半部32。下部轴承固持器32搁置在润滑片(未示出)上。扭矩管14搁置在下部轴承半部32中。上部轴承半部34置于扭矩管14之上，并且轴承盖36被其中的润滑片(未示出)固定在轴承基部28上。在扭矩管14旋转时，上部轴承半部32和下部轴承半部34随着扭矩管14旋转。

闭锁装置包含轴支撑件38，所述轴支撑件形成于墩台18的两侧并且凸轮轴22穿过所述轴支撑件。轴支撑件38使用铰链50固定到墩台18。凸轮24，一个在墩台18的两侧上刚性地安装在凸轮轴22上并且与凸轮轴22一起旋转。从动件40从轴支撑件38延伸，并且骑坐在形成于凸轮24中的凹槽42中。从动件刚性地附接到轴支撑件38，例如，通过焊接。从轴支撑件38的另一侧突出的是一或多个销41。销41根据凸轮24的位置被配置成延伸到形成于下部轴承半部32中的开口44中。销41移动到下部轴承半部32的开口44中将轴承20a锁定并且防止扭矩管14旋转，如在风荷载时。

图3B描绘了与质量平衡轴承20b结合使用的类似闭锁装置26。与同心轴承20a不同，质量平衡轴承20b不是由两个半部形成的。相反，壳体46包含被配置成收纳扭矩管14的开口。锁定机构48确保扭矩管14被固定在开口中。在开口下方，槽50在壳体46中形成并且形状可以是半圆形的，从而延伸到扭矩管14之下。滚轴52固定到轴承基部28上，并且支撑壳体46和固定在壳体中的扭矩管14。开口44在壳体46中形成于槽50下方，并且被配置成随着从动件40被凸轮轴22上的凸轮24驱动围绕铰链50，在销被迫使进入到开口中时将销41收纳在轴支撑件38中。

无论是采用轴承20a还是轴承20b，当扭矩管14被原动机，如压摆驱动器12驱动时，扭矩管在轴承内绕其轴旋转。凸轮轴22也同时并且以预定速度旋转。预定速度与扭矩管14和与扭矩管附接的轴承20a、20b的旋转速度成特定比率。凸轮轴22的旋转引起凸轮24转动。凸轮24的旋转使从动件40移动轴支撑件38，并由此迫使销41在下部轴承半部32或壳体46中进入并离开开口44。凸轮24被布置成使得从动件41在轴承20a、20b的每侧上以交替方式被迫使进入到开口44中。由于运动扭矩管14和与运动扭矩管同步移动的凸轮轴22，从动件41以交替方式从开口44插入和移出。插入是以这样的方式进行的，即在例如左边的从动件40进入时，右边的从动件40移出，因此在右边的从动件40进入时，左边的从动器40移出。然而，在至少一个实施例中，始终将有一个从动件40插入到轴承20a、20b的开口44中。如将理解的，跟踪器100并不是真正地锁定在位置上，而是由风荷载和其它外力引起的其运动受限于开口44的大小。

因此，根据本公开，当扭矩管14被压摆驱动器12或另一个原动机驱动时，凸轮轴22将旋转，并且凸轮轴24将从开口44平稳地插入和移出销钉41。但是，如果扭矩管14管突然被风荷载或施加了另一个力来寻求使扭矩管14旋转，则旋转由于开口44中存在销41而被阻止。扭矩管14和与此同时太阳能模块的移动受限于开口44的大小所提供的运动的范围。由风荷载或其它外力引起的荷载被销41吸收，并且通过轴支撑件38和闭锁装置26的铰链50转移到墩台18，而不是进入到轴承20a、20b中。进一步地，这种荷载被跟踪器100上使用的许多闭锁装置26共享。图2中仅描述了两个闭锁装置，然而，每个墩台上可以有一个闭锁装置，每隔一个墩台上可以有一个闭锁装置，或者需要多少就有多少以实现跟踪器100的期望刚度。不管采用的数量如何，跟踪器100的整体硬度都由于使用闭锁装置26而增加。通过增加跟踪器100的硬度，可以减少如扭矩管14和压摆驱动器(以及与驱动器相关联的齿轮装置)等组件的大小，从而节省太阳能跟踪器100的构造成本。

采用闭锁装置26的跟踪器100的另一个益处是提高了能量产生。风荷载通常是临时发生的。因此，有时虽然盛行风荷载为10-15MPH，但阵风荷载为20、25、30或更高的阵风。根据一些风荷载保护方案，当在给定时间段内观察到的风速超过预定量时，跟踪器100被旋转回0度或某个浅角位置，在此太阳能组件基本上与地面平行，并且由风引起的荷载会显著减少。为了达到这个目的，扭矩管14必须旋转。这种旋转使用能量，并且取决于风向，可以进一步增加压摆驱动器12上的荷载。进一步地，当处于此存放位置时，无论是0度、10度还是20度于地平线，太阳能模块的能量产生都会显著减少。相反，根据本公开，在经历荷载时，跟踪器100被锁定在相当接近于当时太阳角度所期望的位置的位置处。因此，能量产生受到风事件的影响很小，如果有的话。如将理解的，如果事件的持续时间或风的速度需要，则压摆驱动器12仍可以用于将跟踪器驱动到更理想的位置。在这样做时，由于销41将始终保持与开口44接合，因此跟踪器100上的荷载仍然由闭锁装置26所部署的墩台18承担。进一步地，在风荷载只是暂时的情况下，如通常那样，则跟踪器100可以在返回到较小的风状况后继续正常驱动。这些特征可以通过部署在跟踪器100附近的实时风速传感器以及用于根据对环境和预期气象和天气状况的检测来驱动压摆驱动器12的一或多个控制算法进一步实现。

图4描绘了安装在墩台18上的闭锁装置26的透视视图，其中为了便于识别上述组件，移除了轴承20a、20b。图5是安装在墩台18上的闭锁装置26的俯视图，其中轴承20a、20b被移除。如在图5中可以清楚地看到的，凸轮凹槽42是偏心的，并且基本上彼此平行。这些平行的凹槽42使得从动件40以及由此轴支撑件38可以与销41交替移动。

图6是同心轴承20a的透视图，其中锁定机构26和墩台18被去除。如可以清楚地看到，轴承盖36栓接到轴承基部28上，从而将上部轴承半部34和下部轴承半部32固定在其中。

图7是安装在墩台8上的轴承20b的侧视图，其中闭锁装置26在适当的位置。此视图示出了铰链50，在从动件40横穿凸轮24中的凹槽42时，所述铰链允许轴支撑件28绕其旋转。每个轴支撑件28包含这样一个铰链50。因此，在至少一个实施例中，销41刚性地安装到轴支撑件28上，并且在从动件40横穿凸轮24中的偏心凹槽42时，轴支撑件28被迫使关于铰链50旋转。此运动的结果是安装在轴支撑件38上的销41移入并移出轴承20a、20b中的开口44。对此移动的进一步描述参考下面的图9描绘。

图8描绘了销40在其移入并移出轴承20a或20b中的开口44时的循环运动。在x轴上的是扭矩管14和安装到其上的太阳能模块的角朝向。x轴上的-60表示扭矩管14和安装在其上的太阳能模块的大致向东朝向，而60表示大致向西朝向。在此实例中，扭矩管从东向西转变旋转120度。在此实例中，销40彼此180度反相，使得在扭矩管14旋转时，一个从动件40从锁定位置移动到未锁定位置，而第二销从未锁定位置移动到锁定位置。

图9描述了销41进入和离开轴承20b的壳体中的开口44的运动。在可以大致对应于图8中的约-50角位置的框架(a)中，来自两个轴支撑件28的销41与轴承20b中的开口44接合。框架(b)大致对应于-38角，其中左边的销41与轴承20b中的开口44完全脱离或解锁，并且右边的销41完全接合在开口中。框架(c)大致对应于大约-24度位置，这与框架(a)中描绘的位置相似，同样是两组销41与轴承20b中的开口44接合。框架(d)示出了与框架(b)相反，并且左边的销41现在完全接合或锁定到轴承20(b)的开口44中，而右边的销41完全脱离。框架(d)中的这个位置大致对应于扭矩管14和安装在扭矩管上的太阳能模块的-12度角。再次，框架(e)与框架(a)和框架(c)成镜像，其中销41均与开口44接合。因此，如以上提到的，扭矩管14通过风或任何其它外部的力在与其驱动位置相反或促进其驱动位置的方向旋转的能力受开口44的大小和那些开口中销41的存在限制。

虽然已经在附图中示出了本公开的若干个实施例，但意图并不是将本公开限于此，因为意图是使本公开与所属领域所允许的范围一样广泛并且应以同样的方式阅读本说明书。还设想了以上实施例中的任意组合并且所述组合在随附权利要求书的范围内。因此，以上描述不应被解释为限制性的，而仅仅是特定实施例的范例。所属领域的技术人员将设想在所附权利要求的范围内的其它修改。

Claims (20)

1.一种太阳能跟踪器，其包括：

扭矩管；

多个轴承，所述多个轴承被配置成收纳所述扭矩管；

多个墩台，所述多个墩台各自被配置成收纳所述多个轴承之一；以及

闭锁装置，所述闭锁装置安装在所述多个墩台之一上并且与所述多个轴承中的至少一个轴承操作性地关联，所述闭锁装置被配置成定期接合和脱离形成于所述轴承中的开口，以限制所述扭矩管的移动并且将荷载从所述扭矩管转移到所述闭锁装置所安装于的所述墩台上。

2.根据权利要求1所述的太阳能跟踪器，其进一步包括与所述扭矩管同步驱动的凸轮轴。

3.根据权利要求2所述的太阳能跟踪器，其进一步包括至少一个凸轮，所述至少一个凸轮安装在所述凸轮轴上并且接合所述闭锁装置。

4.根据权利要求3所述的太阳能跟踪器，其中所述凸轮包含偏心凹槽，所述偏心凹槽被配置成收纳所述闭锁装置的从动件。

5.根据权利要求4所述的太阳能跟踪器，其中所述从动件刚性地固定于轴支撑件上。

6.根据权利要求5所述的太阳能跟踪器，其中所述轴支撑件通过铰链安装在所述墩台上。

7.根据权利要求6所述的太阳能跟踪器，其中固定于所述轴支撑件上的一或多个销被配置成接合形成于所述轴承上的一或多个开口。

8.根据权利要求7所述的太阳能跟踪器，其中在所述凸轮轴和所述凸轮旋转时，接合所述偏心凹槽的所述从动件使所述轴支撑件关于所述铰链旋转，从而使所述销与形成于所述轴承上的所述开口接合或脱离。

9.根据权利要求8所述的太阳能跟踪器，其中墩台包含两个闭锁装置，所述两个闭锁装置被配置成与所述轴承中的所述开口交替接合和脱离。

10.根据权利要求1所述的太阳能跟踪器，其中所述轴承为同心轴承。

11.根据权利要求1所述的太阳能跟踪器，其中所述轴承为质量平衡轴承。

12.一种用于太阳能跟踪器的闭锁装置，所述闭锁装置包括：

轴支撑件；

铰链，所述铰链被配置成将所述轴支撑件连接到墩台并且允许所述轴支撑件相对于所述墩台旋转；

从动件，所述从动件刚性地安装在所述轴支撑件上；以及

一或多个销，所述一或多个销被配置成接合轴承上的一或多个开口以限制所述轴承的旋转。

13.根据权利要求12所述的闭锁装置，其中所述从动件被配置成收纳在凸轮的偏心凹槽内。

14.根据权利要求13所述的闭锁装置，其中所述凸轮的旋转向所述从动件施加力并且使所述轴支撑件移动。

15.根据权利要求14所述的闭锁装置，其包括一对轴支撑件，每个轴支撑件通过铰链安装在所述墩台的相对侧上。

16.根据权利要求15所述的闭锁装置，其进一步包括两个凸轮，每个凸轮各自位于所述墩台的相对侧上。

17.根据权利要求16所述的闭锁装置，其中每个轴支撑件包含从动件，所述从动件被配置成接合位于所述墩台的相应侧上的凸轮的偏心凹槽。

18.根据权利要求17所述的闭锁装置，其中所述两个凸轮安装在一个凸轮轴上。

19.根据权利要求18所述的闭锁装置，其中所述凸轮轴的旋转使形成于每个凸轮上的所述偏心凹槽作用于所述从动件并且使所述轴支撑件旋转，使得所述轴支撑件上的所述销与所述轴承中的所述开口接合或脱离。

20.根据权利要求19所述的闭锁装置，其中所述两个凸轮的所述偏心凹槽使所述一对轴支撑件上的所述销与所述轴承中的所述开口交替接合和脱离。

Images