CN116094428B - 光伏发电板的姿态锁定和调整的传动系统与工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光伏发电板的姿态锁定和调整的传动系统，包括固定环壁；固定环壁的内壁为内球面，固定环壁的围合范围内设置有活动环壁，活动环壁的外表面为外球面，活动环壁的外球面与固定环壁的内球面滑动配合；活动环壁在固定环壁的内球面的约束下绕自身球心自由转动；固定环壁的上方设置有光伏发电板；光伏发电板背离受光面的一侧固定在姿态调整平台上，姿态调整平台通过若干连接支架固定连接活动环壁的内壁；本方案能实现对光伏板进行姿态锁定和调整。

Description

光伏发电板的姿态锁定和调整的传动系统与工作方法

技术领域

本发明属于光伏发电板姿态调整和锁定领域。

背景技术

海船上搭载太阳能发电板能有效的达到节能减排的目的；当海船的行驶方向发生变化时，为了使太阳能板尽可能的受到阳光直射，太阳能发电板的姿态和朝向也要在海船转向的过程中相应的进行调整；本方案针对这种需求，设计一种能调整太阳能发电板的朝向姿态的传动系统，并且该传动系统还需保证锁定状态下的稳定性。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种光伏发电板的姿态锁定和调整的传动系统与工作方法，能对光伏板进行姿态锁定和调整。

技术方案：为实现上述目的，本发明的光伏发电板的姿态锁定和调整的传动系统，包括固定环壁；所述固定环壁的内壁为内球面，所述固定环壁的围合范围内设置有活动环壁，所述活动环壁的外表面为外球面，所述活动环壁的外球面与固定环壁的内球面滑动配合；所述活动环壁在固定环壁的内球面的约束下绕自身球心自由转动；所述固定环壁的上方设置有光伏发电板；所述光伏发电板背离受光面的一侧固定在姿态调整平台上，所述姿态调整平台通过若干连接支架固定连接所述活动环壁的内壁。

进一步的，还包括开口朝上的半球壁，所述半球壁的上方为同轴心的固定环壁，所述内球面的球心、外球面的球心、以及半球壁的球心均重合。

进一步的，所述活动环壁内侧同轴心设置有液压活塞缸筒，所述液压活塞缸筒的外壁通过若干结构杆固定连接所述活动环壁内壁；所述液压活塞缸筒下端同轴心固定连接有刚性导液管，所述刚性导液管下端同轴心固定连接有盘形液压箱；

所述液压活塞缸筒内为活塞腔，所述活塞腔内设置有活塞；所述盘形液压箱内为盘状液压仓，所述盘状液压仓通过刚性导液管内的导液通道连通所述活塞腔，盘状液压仓的底端为一层弹性橡胶层，所述弹性橡胶层与所述半球壁的内壁保持间隙。

进一步的，当活塞下移时，活塞腔内的液压油通过导液通道压入盘状液压仓内，从而使弹性橡胶层在盘状液压仓内的液压油的挤压下向下扩张，从而使弹性橡胶层沿径向方向顶压半球壁的内壁，向下扩张的弹性橡胶层沿径向方向顶压半球壁的内壁的反作用力经刚性导液管、液压活塞缸筒和结构杆传递给活动环壁，并转化成活动环壁的外球面与固定环壁的内球面之间的相互挤压力，从而增大活动环壁的外球面与固定环壁的内球面之间的最大静摩擦力。

进一步的，所述固定环壁的下端外壁通过轴承同轴心转动设置有外齿圈，所述外齿圈的下侧通过伸缩器支架固定安装有水平的电动直线伸缩器，所述电动直线伸缩器的水平伸缩杆末端通过滚珠轴承转动安装有自适应回转套；

所述刚性导液管外同轴心套设置有滑环，所述滑环的内壁呈圆周阵列固定安装有若干组万向滚珠座，各所述万向滚珠座上的万向滚珠均与刚性导液管的外壁滚动配合，从而使滑环沿刚性导液管轴线方向自由滑动；所述滑环的外壁通过铰接件与所述回转套的端部铰接；

所述铰接件的铰接轴与所述刚性导液管的轴线垂直。

进一步的，所述固定环壁的一侧通过电机支座固定安装有电机，所述电机的输出端驱动连接有齿轮，所述齿轮与所述外齿圈啮合。

进一步的，所述半球壁的外壁通过支架支撑设置，固定环壁的外壁通过连接臂固定连接支架。

进一步的，所述刚性导液管的轴线经过所述活动环壁的外球面球心。

进一步的，所述液压活塞缸筒的上方设置有直线电机，所述直线电机通过支架杆与所述连接支架固定支撑连接；所述直线电机的直线伸缩杆末端同轴心固定连接所述活塞。

进一步的，光伏发电板的姿态锁定和调整的传动系统的工作方法：

光伏发电板的姿态锁定方法：

先让电机和电动直线伸缩器均进入制动刹车状态，控制直线电机，使活塞下移一段距离后锁定直线电机

光伏发电板的姿态调整方法：

光伏发电板为完全锁定的状态的基础上，先解锁电动直线伸缩器的制动刹车状态，控制电机带动外齿圈旋转，使水平伸缩杆跟着外齿圈旋转，从而实现调整水平伸缩杆的延伸线的方位，当水平伸缩杆的延伸线的方位调整完毕后，控制直线电机，使活塞上移，最后控制电动直线伸缩器，使水平伸缩杆做伸出或缩回运动，从而通过滑环推动或拉动刚性导液管沿外球面的球心为摆动中心，朝水平伸缩杆的延伸方向摆动，从而使与刚性导液管完全同步的光伏发电板相应的发生摆动，直至光伏发电板摆动到目标位置后重新进入姿态锁定状态。

有益效果：本发明提供了一种独特的传动结构，能在海船转向的过程中调整太阳能发电板的朝向姿态，实现尽可能保证阳光的直射的目的，并且该传动系统能保证锁定状态下的稳定性；

在锁定状态下，刚性导液管与滑环之间形成互锁关系，滑环限制了刚性导液管绕活动环壁的外球面的球心转动，反过来刚性导液管限制了滑环分别绕铰接轴的轴线和水平伸缩杆的轴线转动；

与此同时在液压的作用下，向下扩张的弹性橡胶层沿径向方向顶压半球壁的内壁的反作用力经刚性导液管、液压活塞缸筒和结构杆传递给活动环壁，并转化成活动环壁的外球面与固定环壁的内球面之间的相互挤压力，从而增大活动环壁的外球面与固定环壁的内球面之间的最大静摩擦力；活动环壁的外球面与固定环壁的内球面之间的静摩擦力限制了活动环壁沿自身轴线转动，进而限制了刚性导液管沿自身轴线转动；从而实现了对刚性导液管的完全约束，由于刚性导液管与光伏发电板是完全同步的，刚性导液管被完全约束时，光伏发电板也被完全约束，从而实现对光伏发电板的姿态锁定。

附图说明

附图1为本装置的整体结构示意图；

附图2为本装置的整体正视图；

附图3为附图2的基础上隐去了光伏发电板后的整体示意图；

附图4为附图3的剖视图；

附图5为附图4的标记19处的放大示意图；

附图6为附图3的基础上隐去了固定部件后的示意图；

附图7为附图6的剖视图；

附图8为附图7的标记34处的放大示意图；

附图9为外齿圈和电动直线伸缩器组合结构的俯视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如附图1至9所示的光伏发电板的姿态调整传动系统，如图4，包括开口朝上的半球壁20，半球壁20的外壁通过支架24支撑设置，半球壁20的上方同轴心设置有固定环壁12，固定环壁12的外壁通过连接臂2固定连接支架24；固定环壁12的内壁为内球面4，固定环壁12的围合范围内设置有活动环壁5，活动环壁5的外表面为外球面5a，活动环壁5的外球面5a与固定环壁12的内球面4滑动配合；内球面4的球心、外球面5a的球心、以及半球壁20的球心均重合；活动环壁5在固定环壁12的内球面4的约束下绕自身球心自由转动。

如图1和2，固定环壁12的上方设置有光伏发电板25；光伏发电板25背离受光面的一侧固定在姿态调整平台7上，如图1和2，姿态调整平台7通过若干连接支架9固定连接活动环壁5的内壁；

如图4和8；活动环壁5内侧同轴心设置有液压活塞缸筒6，液压活塞缸筒6的外壁通过若干结构杆11固定连接活动环壁5内壁；液压活塞缸筒6下端同轴心固定连接有刚性导液管22，刚性导液管22的轴线经过活动环壁5的外球面5a球心，刚性导液管22下端同轴心固定连接有盘形液压箱21。

如图8，液压活塞缸筒6内为活塞腔38，活塞腔38内设置有活塞39，液压活塞缸筒6的上方设置有直线电机8，直线电机8通过支架杆10与连接支架9固定支撑连接；直线电机8的直线伸缩杆40末端同轴心固定连接活塞39；盘形液压箱21内为盘状液压仓36，盘状液压仓36通过刚性导液管22内的导液通道37连通活塞腔38，盘状液压仓36的底端为一层弹性橡胶层35，弹性橡胶层35与半球壁20的内壁保持间隙，当活塞39活塞下移时，活塞腔38内的液压油通过导液通道37压入盘状液压仓36内，从而使弹性橡胶层35在盘状液压仓36内的液压油的挤压下向下扩张，从而使弹性橡胶层35沿径向方向顶压半球壁20的内壁，向下扩张的弹性橡胶层35沿径向方向顶压半球壁20的内壁的反作用力经刚性导液管22、液压活塞缸筒6和结构杆11传递给活动环壁5，并转化成活动环壁5的外球面5a与固定环壁12的内球面4之间的相互挤压力，从而增大活动环壁5的外球面5a与固定环壁12的内球面4之间的最大静摩擦力。

如图4，固定环壁12的下端外壁通过轴承17同轴心转动设置有外齿圈15，固定环壁12的一侧通过电机支座固定安装有电机13，电机13的输出端驱动连接有齿轮14，齿轮14与外齿圈15啮合，外齿圈15的下侧通过伸缩器支架3固定安装有水平的电动直线伸缩器1，电动直线伸缩器1的水平伸缩杆23末端通过滚珠轴承32转动安装有自适应回转套31。

如图5；刚性导液管22外同轴心套设置有滑环28，滑环28的内壁呈圆周阵列固定安装有若干组万向滚珠座26，各万向滚珠座26上的万向滚珠27均与刚性导液管22的外壁滚动配合，从而使滑环28沿刚性导液管22轴线方向自由滑动；滑环28的外壁通过铰接件30与回转套31的端部铰接，且铰接件30的铰接轴33与刚性导液管22的轴线垂直。

工作方法：光伏发电板25的姿态锁定方法：

为了让光伏发电板25锁定为一确定姿态，先让电机13和电动直线伸缩器1均进入制动刹车状态，对本传动系统进行整体性分析可知，刚性导液管22与滑环28之间形成互锁关系，滑环28限制了刚性导液管22绕活动环壁5的外球面5a的球心转动，反过来刚性导液管22限制了滑环28分别绕铰接轴33的轴线和水平伸缩杆23的轴线转动；但是刚性导液管22与滑环28的互锁关系不约束刚性导液管22沿轴线旋转；此时控制直线电机8，使活塞39活塞下移一段距离后锁定直线电机8，活塞腔38内的液压油通过导液通道37压入盘状液压仓36内，从而使弹性橡胶层35在盘状液压仓36内的液压油的挤压下向下扩张，从而使弹性橡胶层35沿径向方向顶压半球壁20的内壁，向下扩张的弹性橡胶层35沿径向方向顶压半球壁20的内壁的反作用力经刚性导液管22、液压活塞缸筒6和结构杆11传递给活动环壁5，并转化成活动环壁5的外球面5a与固定环壁12的内球面4之间的相互挤压力，从而极大增大活动环壁5的外球面5a与固定环壁12的内球面4之间的最大静摩擦力；活动环壁5的外球面5a与固定环壁12的内球面4之间的静摩擦力限制了活动环壁5沿自身轴线转动，进而限制了刚性导液管22沿自身轴线转动；从而实现了对刚性导液管22的完全约束，由于刚性导液管22与光伏发电板25是完全同步的，刚性导液管22被完全约束时，光伏发电板25也被完全约束，从而实现对光伏发电板25的姿态锁定。

光伏发电板25的姿态调整方法：

初始状态下，光伏发电板25为完全锁定的状态；此时先解锁电动直线伸缩器1的制动刹车状态，使水平伸缩杆23能自由伸缩；然后控制电机13，使齿轮14带动外齿圈15旋转，从而使电动直线伸缩器1的水平伸缩杆23跟着外齿圈15旋转，从而实现调整水平伸缩杆23的延伸线的方位，与此同时，如果刚性导液管22为非竖向状态，外齿圈15旋转的过程中，水平伸缩杆23会适应性的伸缩，铰接件30和回转套31都会适应性的活动；当水平伸缩杆23的延伸线的方位调整完毕后，控制直线电机8，使活塞39活塞上移，向上抽取盘状液压仓36内的液压油，从而使弹性橡胶层35朝上收缩，进而使弹性橡胶层35与半球壁20的内壁分离，从而解除了弹性橡胶层35与半球壁20的内壁之间的顶压，进而瞬间降低了活动环壁5的外球面5a与固定环壁12的内球面4之间的最大静摩擦力，使活动环壁5的外球面5a与固定环壁12的内球面4之间能顺畅的发生滑动。

最后控制电动直线伸缩器1，使水平伸缩杆23做伸出或缩回运动，从而通过滑环28推动或拉动刚性导液管22沿外球面5a的球心为摆动中心，朝水平伸缩杆23的延伸方向摆动，从而使与刚性导液管22完全同步的光伏发电板25相应的发生摆动，根据上述方法，使光伏发电板25可以朝任意方位摆动，直至光伏发电板25摆动到目标位置后重新进入姿态锁定状态。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.光伏发电板的姿态锁定和调整的传动系统，其特征在于：包括固定环壁（12）；所述固定环壁（12）的内壁为内球面（4），所述固定环壁（12）的围合范围内设置有活动环壁（5），所述活动环壁（5）的外表面为外球面（5a），所述活动环壁（5）的外球面（5a）与固定环壁（12）的内球面（4）滑动配合；所述活动环壁（5）在固定环壁（12）的内球面（4）的约束下绕自身球心自由转动；所述固定环壁（12）的上方设置有光伏发电板（25）；所述光伏发电板（25）背离受光面的一侧固定在姿态调整平台（7）上，所述姿态调整平台（7）通过若干连接支架（9）固定连接所述活动环壁（5）的内壁；

还包括开口朝上的半球壁（20），所述半球壁（20）的上方为同轴心的固定环壁（12），所述内球面（4）的球心、外球面（5a）的球心、以及半球壁（20）的球心均重合；

所述活动环壁（5）内侧同轴心设置有液压活塞缸筒（6），所述液压活塞缸筒（6）的外壁通过若干结构杆（11）固定连接所述活动环壁（5）内壁；所述液压活塞缸筒（6）下端同轴心固定连接有刚性导液管（22），所述刚性导液管（22）下端同轴心固定连接有盘形液压箱（21）；

所述液压活塞缸筒（6）内为活塞腔（38），所述活塞腔（38）内设置有活塞（39）；所述盘形液压箱（21）内为盘状液压仓（36），所述盘状液压仓（36）通过刚性导液管（22）内的导液通道（37）连通所述活塞腔（38），盘状液压仓（36）的底端为一层弹性橡胶层（35），所述弹性橡胶层（35）与所述半球壁（20）的内壁保持间隙；

当活塞（39）下移时，活塞腔（38）内的液压油通过导液通道（37）压入盘状液压仓（36）内，从而使弹性橡胶层（35）在盘状液压仓（36）内的液压油的挤压下向下扩张，从而使弹性橡胶层（35）沿径向方向顶压半球壁（20）的内壁，向下扩张的弹性橡胶层（35）沿径向方向顶压半球壁（20）的内壁的反作用力经刚性导液管（22）、液压活塞缸筒（6）和结构杆（11）传递给活动环壁（5），并转化成活动环壁（5）的外球面（5a）与固定环壁（12）的内球面（4）之间的相互挤压力，从而增大活动环壁（5）的外球面（5a）与固定环壁（12）的内球面（4）之间的最大静摩擦力；

所述固定环壁（12）的下端外壁通过轴承（17）同轴心转动设置有外齿圈（15），所述外齿圈（15）的下侧通过伸缩器支架（3）固定安装有水平的电动直线伸缩器（1），所述电动直线伸缩器（1）的水平伸缩杆（23）末端通过滚珠轴承（32）转动安装有自适应回转套（31）；

所述刚性导液管（22）外同轴心套设置有滑环（28），所述滑环（28）的内壁呈圆周阵列固定安装有若干组万向滚珠座（26），各所述万向滚珠座（26）上的万向滚珠（27）均与刚性导液管（22）的外壁滚动配合，从而使滑环（28）沿刚性导液管（22）轴线方向自由滑动；所述滑环（28）的外壁通过铰接件（30）与所述回转套（31）的端部铰接；

所述铰接件（30）的铰接轴（33）与所述刚性导液管（22）的轴线垂直。

2.根据权利要求1所述的光伏发电板的姿态锁定和调整的传动系统，其特征在于：所述固定环壁（12）的一侧通过电机支座固定安装有电机（13），所述电机（13）的输出端驱动连接有齿轮（14），所述齿轮（14）与所述外齿圈（15）啮合。

3.根据权利要求2所述的光伏发电板的姿态锁定和调整的传动系统，其特征在于：所述半球壁（20）的外壁通过支架（24）支撑设置，固定环壁（12）的外壁通过连接臂（2）固定连接支架（24）。

4.根据权利要求3所述的光伏发电板的姿态锁定和调整的传动系统，其特征在于：

所述刚性导液管（22）的轴线经过所述活动环壁（5）的外球面（5a）球心。

5.根据权利要求4所述的光伏发电板的姿态锁定和调整的传动系统，其特征在于：所述液压活塞缸筒（6）的上方设置有直线电机（8），所述直线电机（8）通过支架杆（10）与所述连接支架（9）固定支撑连接；所述直线电机（8）的直线伸缩杆（40）末端同轴心固定连接所述活塞（39）。

6.根据权利要求5所述的光伏发电板的姿态锁定和调整的传动系统的工作方法，其特征在于：

光伏发电板（25）的姿态锁定方法：

先让电机（13）和电动直线伸缩器（1）均进入制动刹车状态，控制直线电机（8），使活塞（39）下移一段距离后锁定直线电机（8）

光伏发电板（25）的姿态调整方法：

光伏发电板（25）为完全锁定的状态的基础上，先解锁电动直线伸缩器（1）的制动刹车状态，控制电机（13）带动外齿圈（15）旋转，使水平伸缩杆（23）跟着外齿圈（15）旋转，从而实现调整水平伸缩杆（23）的延伸线的方位，当水平伸缩杆（23）的延伸线的方位调整完毕后，控制直线电机（8），使活塞（39）上移，最后控制电动直线伸缩器（1），使水平伸缩杆（23）做伸出或缩回运动，从而通过滑环（28）推动或拉动刚性导液管（22）沿外球面（5a）的球心为摆动中心，朝水平伸缩杆（23）的延伸方向摆动，从而使与刚性导液管（22）完全同步的光伏发电板（25）相应的发生摆动，直至光伏发电板（25）摆动到目标位置后重新进入姿态锁定状态。