CN202617044U - 新型太阳能发电跟踪驱动装置 - Google Patents

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胥勋泽
周小平
肖平
唐国华
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Abstract

本实用新型太阳能发电跟踪驱动装置，包括电机、驱动主轴、电气控制系统、减速机构、主动轮、同步带和从动轮，所述电气控制系统的信号输出端与所述电机的控制信号输入端连接，所述电机的转轴与所述减速机构的输入端连接，所述主动轮通过联轴器与所述减速机构的输出端连接，所述主动轮通过所述同步带与所述从动轮连接，所述从动轮与所述驱动主轴连接。采用本实用新型解决了现有的技术的制造成本高、故障率高、维护困难、使用寿命低等技术问题，提高发电的稳定性和发电量，为太阳能发电行业创造更好的效益。

Description

新型太阳能发电跟踪驱动装置
技术领域
本实用新型涉及一种驱动装置，特别是涉及一种新型太阳能发电跟踪驱动装置。
背景技术
随着中国能源问题的日益突出，用太阳能发电代替之前的水利发电、煤碳发电和核能发电，已成为近几年中国有识之士的共识。但由于太阳能发电在中国经历的时间短，技术不成熟等问题，中国的太阳能发电一直未能创造很好的经济效益。之前中国国内采用一些驱动装置使太阳能支架跟踪太阳运行轨迹以获得较多的发电量，但由于这些驱动装置存在方方面面的问题，使发电量未能真正增加。因而，寻找一种可靠的长寿命的低成本的驱动装置，就成为太阳能发电行业迫切需要解决的问题。
传统的太阳能发电驱动装置一般采用液压驱动、蜗轮蜗杆驱动和电动推杆驱动等结构。
液压驱动利用液压泵将原动机的机械能转换为液体的压力能，通过液体压力能的变化来传递能量，经过各种控制阀和管路的传递，借助于液压执行元件(液压缸或马达)把液体压力能转换为机械能，从而驱动工作机构，实现直线往复运动和回转运动。其自身的优点决定了液压传动应用广泛，但同时液压传动也存在着许多缺点，如液压元件制造精度要求高，工艺复杂，成本较高；不宜在低温环境下工作；系统运行效率低(0.2~0.7)；使用液压传动对维护的要求高，工作油要始终保持清洁；液压元件维修较复杂，且需有较高的技术水平；无法保证严格的传动比等。使太阳能发电维修复杂、维护成本高、系统效率低等缺点，直接导致了发电故障的增多和发电成本的增加。
蜗轮蜗杆驱动是通过蜗轮蜗杆相互啮合，实现空间交错轴向传递功率的一种驱动方式。在太阳能发电行业，蜗轮蜗杆存在严重的缺点：如传动效率低（0.7~0.9），使用寿命短，能耗高，故障率高，啮合面磨损严重使蜗轮不得不采用较好的材料从而使制造成本增加，发热量高，产品维护困难等。
电动推杆驱动将旋转运动转变为直线往复运动一种驱动方式。在太阳能发电行业存在着许多缺点：如制造成本高、传动效率低（梯形丝的传动效率一般只有0.26~0.46，滚珠丝杠的传动效率一般在0.9~0.96之间）、无抗冲击性、不能实现对大扭矩的驱动、推杆螺母寿命低，零件更换、产品维护困难等缺点。
上述三种驱动方式都有一些共同的缺点：制造成本高、故障率高、维护困难且维护成本高、使用寿命低等。
实用新型内容
本实用新型的目的是为了解决上述问题而提供一种传动效率高、使用寿命长、能够实现大扭矩和制造成本低的新型太阳能发电跟踪驱动装置。
本实用新型是通过以下技术方案实现的：
一种新型太阳能发电跟踪驱动装置，包括电机、驱动主轴、电气控制系统、减速机构、主动轮、同步带和从动轮，所述电气控制系统的信号输出端与所述电机的控制信号输入端连接，所述电机的转轴与所述减速机构的输入端连接，所述主动轮通过联轴器与所述减速机构的输出端连接，所述主动轮通过所述同步带与所述从动轮连接，所述从动轮与所述驱动主轴连接。
白天正常运行时，电机接入电气控制系统中，通过电气控制系统的变频器实现第一次减速，经变频器减速后的电机输出轴与减速机构联接，再通过减速机构实现第二次减速。由于减速机构的输出轴通过联轴器与主动轮联接，因此这个时候主动轮的转速就非常低，同时扭矩增大。此时主动轮以非常低的速度运转，通过同步带将扭矩传递到从动轮上，经主动轮－从动轮之间的减速比，从动轮再以更低的转速运行。电气控制系统可以根据需要控制每次动作的行程，动作时间和动作间隔时间。通过编码器对电机运转角度的精确计算的监控，实现从动轮的精确运转。通过电机－减速机构－主动轮－同步带－从动轮－驱动主轴，可以实现对整个太阳能跟踪系统系统的制动，保证太阳能跟踪系统在承受风载、雪载、下雨等恶劣自然条件时不晃动，有较好的承受力。在白天正常工作时，太阳能跟踪系统一般要求旋转速度较慢，因此电机输出速度也较慢，此功能由变频器实现。
夜晚快速复位时：通过电气控制系统的指令，电机按与白天工作时旋转方向相反的方向进行工作，仍然经上述电气控制系统的变频器－电机－减速机构－主动轮－同步带－从动轮－驱动主轴这条减速路线，使太阳能跟踪系统按与白天工作时相反的方向进行转动，到达初始位置时，电机停止运动，制动器实现制动。与白天正常运动不同的时，复位时一般要求跟踪支架系统旋转较快，因此此时电机的输出速度较白天正常运动时有较大的提高，这一需求就靠变频器来实现。
具体地，所述从动轮的外圆为全齿式结构或部分齿式结构，所述部分齿式结构为：所述从动轮的光滑外圆上安装有齿板。齿板通过螺栓或其它方式固定在从动轮上，齿板上的齿型与主动轮上的齿形相同，并与同步带齿形相啮合，齿数不限，其节圆直径等于从动轮上的节圆直径。
具体地，所述同步带为橡胶同步带或聚氨酯同步带，所述同步带为开口带或闭环带。
具体地，所述减速机构为行星摆线针轮减速机、行星齿轮减速机或齿轮减速机。
作为本实用新型的进一步改进是，所述电机的尾部安装有制动器，所述制动器与所述电机连接。通过制动器对电机在不动作时进行实时制动。制动器可以是满足需要的任意一种结构形式。
作为本实用新型的进一步改进是，所述电机的尾部安装有编码器，所述编码器与所述电机连接。采用了编码器对电机转数进行精确控制，实现从动轮的精确运转，具体地，所述编码器为增量式编码器或绝对式编码器。
作为本实用新型的进一步改进是，所述主动轮和从动轮之间设置张紧轮，所述张紧轮数量为1个或2个。所述滚动轴承两侧安装有轴承端盖。在滚动轴承两侧安装有轴承端盖，为了防止轴承轴向移动。张紧轮用于同步带的预紧。张紧轮既可以安装在同步带内侧，也可以安装在同步带外侧。
作为本实用新型的优选是，所述张紧轮通过滚动轴承安装于支撑板上，所述支撑板通过螺钉固定于用于安装所述减速机构的安装板上。
作为优选，所述驱动装置外面设置有防护罩，通过设置防护罩能确保整个驱动装置不受太阳、雨雪和风沙的侵害。
本实用新型的有益效果是：
采用本实用新型，能够解决现有的液压驱动、蜗轮蜗杆驱动和电动推杆驱动的制造成本高、故障率高、维护困难、使用寿命低等技术问题，同时本实用新型具有以下优点：
1、对环境的适应能力强：能适应各种高低温环境且保证产品可靠性和寿命。
2、无污染、环保：采用电能作为消耗能源，而不是油类作为消耗能源。
3、传动效率高：其传动效率可以达到0.97。
4、使用寿命长：一般能使用25年以上。
5、可抗冲击性强：同步带的柔性结构，可适当地延缓瞬时巨风对支架系统的冲击。
6、能耗低：采用大减速比的减速机构，使装置对电机的功率要求非常低。
7、制造成本低：同步带、电机和减速机、制动器、胀紧套等均为标准产品，可在市场上批量采购且价格便宜。
8、故障率低：极为简单的机械结构设计，大大减小了发生故障的概率。
9、产品维护容易：只要周期性地对张紧轮进行预紧力调整即可，即使是换同步带也是非常容易的事，不需要专门的维护工人。
附图说明
图1是本实用新型太阳能发电跟踪驱动装置的前视图；
图2为本实用新型太阳能发电跟踪驱动装置的左视图；
图3为A部的放大图；
图4为B部的放大图；
图5为C部的放大图。
图中：1-驱动主轴，2-减速机构，3-联轴器，4-支撑板，5-电机，6-制动器，7-编码器，8-安装板，9-电气控制系统，10-安装基架，11-齿板，12-从动轮，13-同步带，14-张紧轮，15-主动轮，16-防护罩，17-滚动轴承，18-涨紧套，19-轴承端盖。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明：
本实用新型以用在太阳能光热发电槽式跟踪系统上的驱动装置为例进行说明，但不仅仅应用于该系统上，其应用场合还包括太阳能光伏、光热发电的各种跟踪系统，其原理相同。如太阳能光伏发电的平单轴、斜单轴、双轴等，以及太阳能光热发电的槽式、塔式、碟式和线性菲涅尔式等。
如图1至图5所示，本实用新型太阳能发电跟踪驱动装置包括安装板8、安装基架10、主动轮15、从动轮12、驱动主轴1、电机5、减速机构2和电气控制系统9，安装板8安装于安装基座10上，减速机构2通过螺钉与安装板8连接，电机5的转轴与减速机构2的输入端连接，主动轮15通过联轴器3与减速机构2的输出端连接，主动轮15与减速机构2还能够采用其它任何可靠的方式进行连接，如键连接、焊接、涨紧套18连接等。主动轮15通过同步带13与从动轮12连接，从动轮12通过涨紧套18与驱动主轴1连接，涨紧套18与驱动主轴1还可以采用其它任何可靠的方式进行连接，如键连接、焊接、联轴器3连接等。电气控制系统9的信号输出端与电机5的控制信号输入端连接。电机5为直流电机、交流电机或伺服电机。同步带13为橡胶同步带或聚氨酯同步带，同步带13为开口带或闭环带。在本实施例中，电机5采用直流电机。同步带13为开口橡胶同步带。减速机构2为行星摆线针轮减速机、行星齿轮减速机或齿轮减速机。
如图1所示，电机5的尾部安装有制动器6，制动器6与电机5连接。通过制动器6对电机5在不动作时进行实时制动。制动器6可以是满足需要的任意一种结构形式。电机5的尾部安装有编码器7，编码器7与电机5连接。采用了编码器7对电机5转数进行精确控制。编码器5为增量式编码器或绝对式编码器，在本实施例中，编码器5为增量式编码器。
如图2所示，主动轮15和从动轮12之间设置有张紧轮14。张紧轮14用于同步带13的预紧。张紧轮14的数量为1个或2个。在本实施例中，张紧轮14的数量为1个。张紧轮14既能够安装在同步带13内侧，也能够安装在同步带13外侧。
如图1、图2和图3所示，张紧轮14通过滚动轴承17安装于支撑板4上，支撑板4通过螺钉固定于用于安装所述减速机构2的安装板8上，滚动轴承17两侧安装有轴承端盖19。在滚动轴承17两侧安装有轴承端盖19，为了防止滚动轴承17轴向移动。如图5所示，从动轮12的外圆为全齿式结构或部分齿式结构，部分齿式结构为：从动轮12的光滑外圆上安装有齿板，齿板通过螺栓或其它方式固定在从动轮12上，齿板上的齿形与主动轮15上的齿形相同，并与同步带13齿形相啮合，齿数不限，其节圆直径等于从动轮12上的节圆直径。
如图2所示，所述驱动装置外面设置有防护罩16，通过设置防护罩16能确保整个驱动装置不受太阳、雨雪和风沙的侵害。
工作原理：
从动轮12安装在驱动主轴1上。驱动主轴1与太阳能发电跟踪系统连接在一起。当驱动装置开始运行时，电机5带动减速机构2运转，减速机构2带动主动轮15，通过同步带13带动从动轮12运转，从动轮12带动驱动主轴1转动，驱动主轴1带动整个太阳能发电路跟踪系统进行转动。
具体工作过程如下：
白天太阳能发电系统正常运行时，电机5接入电气控制系统9中，通过电气控制系统9的变频器实现第一次减速。经电气控制系统9的变频器减速后的电机5输出轴与减速机构2联接，再通过减速机构2实现第二次减速。由于减速机构2的输出轴通过胀紧套18与主动轮15连接，因此这个时候主动轮15的转速就非常低，同时扭矩增大。此时主动轮15以非常低的速度运转，通过同步带13将扭矩传递到从动轮上12，经主动轮15－从动轮12之间的减速比，从动轮12再以更低的转速运行。电气控制系统9能够根据需要控制每次动作的行程，动作时间和动作间隔时间。通过编码器7对电机5运转角度的精确计算的监控，实现从动轮12的精确运转。通过制动器6对电机5在不动作时的实时制动，通过电机5－减速机构2－主动轮15－同步带13－从动轮12－驱动主轴1，可以实现对整个太阳能跟踪系统的制动，保证太阳能跟踪系统在承受风载、雪载、下雨等恶劣自然条件时不晃动，有较好的承受力。在白天正常工作时，太阳能跟踪系统一般要求旋转速度较慢，因此电机5输出速度也较慢，此功能由电气控制系统9的变频器实现。晚上进行回复反方向运动，整个太阳能发电路跟踪系统运动速度要比白天正常运动速度快些。
采用本实用新型，可解决现有的液压驱动、蜗轮蜗杆驱动和电动推杆驱动的制造成本高、故障率高、维护困难、使用寿命低等技术问题，将大大降低太阳能发电行业的投入成本和运营风险，提高发电的稳定性和发电量，为太阳能发电行业创造更好的效益。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种新型太阳能发电跟踪驱动装置，包括电机、驱动主轴和电气控制系统，所述电气控制系统的信号输出端与所述电机的控制信号输入端连接，其特征在于：还包括减速机构、主动轮、同步带和从动轮，所述电机的转轴与所述减速机构的输入端连接，所述主动轮通过联轴器与所述减速机构的输出端连接，所述主动轮通过所述同步带与所述从动轮连接，所述从动轮与所述驱动主轴连接。
2.根据权利要求1所述的新型太阳能发电跟踪驱动装置，其特征在于：所述从动轮的外圆为全齿式结构或部分齿式结构，所述部分齿式结构为：所述从动轮的光滑外圆上安装有齿板。
3.根据权利要求1所述的新型太阳能发电跟踪驱动装置，其特征在于：所述同步带为橡胶同步带或聚氨酯同步带，所述同步带为开口带或闭环带。
4.根据权利要求1所述的新型太阳能发电跟踪驱动装置，其特征在于：所述减速机构为行星摆线针轮减速机、行星齿轮减速机或齿轮减速机。
5.根据权利要求1所述的新型太阳能发电跟踪驱动装置，其特征在于：所述电机的尾部安装有制动器，所述制动器与所述电机连接。
6.根据权利要求1所述的新型太阳能发电跟踪驱动装置，其特征在于：所述电机的尾部安装有编码器，所述编码器与所述电机连接。
7.根据权利要求6所述的新型太阳能发电跟踪驱动装置，其特征在于：所述编码器为增量式编码器或绝对式编码器。
8.根据权利要求1所述的新型太阳能发电跟踪驱动装置，其特征在于：所述主动轮和从动轮之间设置张紧轮，所述张紧轮数量为1个或2个，所述张紧轮在同步带的内侧或外侧。
9.根据权利要求8所述的新型太阳能发电跟踪驱动装置，其特征在于：所述张紧轮通过滚动轴承安装于支撑板上，所述支撑板通过螺钉固定于用于安装所述减速机构的安装板上。
10.根据权利要求1所述的新型太阳能发电跟踪驱动装置，其特征在于：所述驱动装置外面设置有防护罩。
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CN106020251A (zh) * 2016-08-03 2016-10-12 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 基于行星减速机和蜗轮蜗杆减速机的太阳跟踪驱动装置

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