CN214307659U - 一种采用机械减速装置的双轴太阳跟踪设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种采用机械减速装置的双轴太阳跟踪设备，包括方位角减速器，所述方位角减速器通过支撑架与采集器连接，所述支撑架与采集器之间还设置有俯仰角减速器，所述方位角减速器和俯仰角减速器均包括中空齿轮和螺纹杆，所述中空齿轮和螺纹杆配合形成蜗轮蜗杆结构，所述中空齿轮固定设置在中空轴上，所述螺纹杆与步进电机连接。本实用新型能够实现迅速、准确、稳定的太阳跟踪过程。

Description

一种采用机械减速装置的双轴太阳跟踪设备

技术领域

本实用新型涉及光纤照明领域，具体涉及一种采用机械减速装置的双轴太阳跟踪设备。

背景技术

太阳自动跟踪装置发展的比较早，首先是由于天文中考察太阳运动规律的需要而产生了定日镜，或称追日镜。太阳跟踪装置由平台和控制系统组成，按平台自由度数目，太阳跟踪装置分为单轴和双轴两种。

单轴跟踪的优点是结构简单，但是由于入射光纤不能始终与主光轴平行，收集太阳光的效果不佳。

双轴跟踪装置满足太阳高度角和赤纬角的变化，能够实时跟踪太阳从而获得更多的太阳光。根据坐标轴的种类不同，双轴跟踪装置可分为极轴式和高度角-方位角两种方式。极轴式跟踪装置的原理是：聚光镜的一轴指向天球北极，即与地球自转轴相平行，故称为极轴；另一轴与极轴垂直，称为赤纬轴。工作时反射镜面绕极轴运转，其转速的设定与地球自转角速度大小相同、方向相反，用以跟踪太阳的视日运动；反射镜围绕赤纬轴作俯仰运动是为了适应是赤纬角的变化，通常根据季节的变化定期调整。这种跟踪方式并不复杂，但在结构上反射镜的质量重心不通过极轴轴线，极轴支撑装置的设计比较困难。

高度角-方位角式太阳跟踪方法又称为地平坐标系双轴跟踪，其原理与其他跟踪装置相似，其方位轴垂直于地平面，另一根轴与方位轴垂直，称为俯仰轴。运作时，机械装置根据太阳的视日运动绕方位轴转动改变方位角，绕俯仰轴作俯仰运动改变工作台的倾斜角，从而使反射镜面的主光轴始终与太阳光线平行。这种跟踪装置的特点使跟踪精度高，而且即系装置的重量保持在垂直轴所在的平面内，支撑结构设计比较容易。

但是现有结构中，一般都是行星齿轮减速设计，其结构往往俯仰角度的减速比过小，导致太阳采集装置在实际跟踪过程中极易出现抖动及不稳定的现象问题，不能满足稳定跟踪的需求。另外，这种行星齿轮结构的结构在电机断电的情况下不具备锁死功能，不符合实际应用要求。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种采用机械减速装置的双轴太阳跟踪设备，能够实现迅速、准确、稳定的太阳跟踪过程。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种采用机械减速装置的双轴太阳跟踪设备，包括方位角减速器，所述方位角减速器通过支撑架与采集器连接，所述支撑架与采集器之间还设置有俯仰角减速器，所述方位角减速器和俯仰角减速器均包括中空齿轮和螺纹杆，所述中空齿轮和螺纹杆配合形成蜗轮蜗杆结构，所述中空齿轮固定设置在中空轴上，所述方位角减速器的中空轴与支撑架固定连接且通过轴承与第一底座连接，所述俯仰角减速器的中空轴与采集器固定连接且通过轴承与第二底座连接，所述第二底座与支撑架固定连接，所述螺纹杆与步进电机连接。

进一步地，所述支撑架为U型结构，所述支撑架与采集器之间还设置有从动轴，所述从动轴通过轴承与第三底座连接，所述第三底座与支撑架固定连接，所述从动轴上设置有第一环形齿轮，所述第一环形齿轮与第一角度齿轮啮合，所述角度齿轮安装在第一角度传感器组件上。

进一步地，所述方位角减速器的外壳上开设有观察口，所述观察口上设置有第二角度传感器组件，所述第二角度传感器组件与第二角度齿轮连接，所述第二角度齿轮部分伸入观察口至外壳内并与第二环形齿轮啮合，所述第二环形齿轮套设固定在方位角减速器的中空轴上。

进一步地，所述支撑架包括内弧板、外弧板以及两个侧弧板，所述内弧板、外弧板以及两个侧弧板配合形成弧形过线通道，所述弧形过线通道内设置有多个H型加强架。

进一步地，所述H型加强架位于侧弧板一侧的侧边上设置有定位凸部，所述定位凸部对应的侧弧板上设置有定位凹槽。

进一步地，所述H型加强架位于外弧板一侧的底部设置有锁固螺母，所述外弧板通过锁固螺钉与锁固螺母配合固定。

进一步地，所述方位角减速器的中空轴上还设置有过线槽。

进一步地，所述方位角减速器的减速比至少为1:2500，所述俯仰角减速器的减速比至少为1:1500。

本实用新型的有益效果：

本专利设计了设计的俯仰角和方位角调整均采用了蜗轮蜗杆结构，由于这种减速结构具有自锁功能，即扭矩只能由输入端单方向输入，因此可以使装置在断电或跟踪稳定时持续锁定太阳位置，而不会因为系统自重或风吹等因素改变姿态。上述结构还具有较大的减速比，实验证明该减速比组合可以满足持续、稳定的太阳轨迹跟踪过程，有效提高双轴转动平台的稳定性，能够实现迅速、准确、稳定的太阳跟踪过程。

附图说明

图1是本实用新型的整体结构示意图；

图2是本实用新型的方位角减速器结构示意图；

图3是本实用新型的俯仰角减速器结构示意图；

图4是本实用新型与俯仰角减速器配合的从动轴部分示意图；

图5是本实用新型采集器部分结构示意图；

图6是本实用新型支撑架部分结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本实用新型并能予以实施，但所举实施例不作为对本实用新型的限定。

参照图1至图5所示，本实用新型的采用机械减速装置的双轴太阳跟踪设备的一实施例，包括方位角减速器1，方位角减速器通过支撑架2与采集器3 连接，支撑架与采集器之间还设置有俯仰角减速器4，方位角减速器和俯仰角减速器均包括中空齿轮5和螺纹杆6，中空齿轮和螺纹杆配合形成蜗轮蜗杆结构，中空齿轮固定设置在中空轴7上，方位角减速器的中空轴与支撑架固定连接且通过轴承与第一底座8连接，第一底座用于安装固定使用，也可以是与方位角减速器的外壳为一体结构，俯仰角减速器的中空轴与采集器固定连接且通过轴承与第二底座9连接，第二底座与支撑架固定连接，螺纹杆与步进电机连接。方位角减速器动作，能够带动支撑架转动，采集器连接在支撑架上，因此能够被支撑架带动转动，实现方位角的变化，俯仰角减速器设置在支撑架与采集器之间，其动作时，能够带动采集器自转，从而实现俯仰角的调整，通过方位角减速器和俯仰角减速器的配合，达到双轴移动跟踪太阳的目的。具体的，方位角减速器内的步进电机和螺纹杆均固定位置设置，可以固定在外壳上，即第一底座，步进电机带动螺纹杆转动，螺纹杆驱动中空齿轮转动，中空齿轮则带着中空轴自转，此处的中空轴与支撑架固定连接，即中空轴带着支撑架转动，而支撑架上安装的采集器也被驱动转动，时间方位角调节；俯仰角减速器内的步进电机和螺纹杆也均固定位置设置，此处安装在第二底座上，第二底座与支撑架固定连接，步进电机带动螺纹杆转动，螺纹杆驱动中空齿轮转动，中空齿轮则带着中空轴自转，中空轴与采集器的外壳固定，两者之间可以通过转接座连接，保证连接强度，当中空轴自转时，即采集器也随之转动，实现俯仰角调节。

由于方位角减速器和俯仰角减速器均采用蜗轮蜗杆结构实现转动，根据蜗轮蜗杆结构的自身特点，在位置暂停过程中，其具有自锁功能，即扭矩只能由输入端单方向输入，因此可以使装置在断电或跟踪稳定时持续锁定太阳位置，而不会因为系统自重或风吹等因素改变姿态，使用稳定性极佳，也能够有效保护步进电机在转动时不受外力影响，大大提高使用寿命。

具体的，上述的支撑架为U型结构，因此在支撑架与采集器之间还设置有从动轴10，从动轴起到采集器自转支撑效果，与俯仰角减速器配合稳定转动，从动轴通过轴承与第三底座11连接，第三底座与支撑架固定连接，从动轴上设置有第一环形齿轮12，第一环形齿轮与第一角度齿轮13啮合，角度齿轮安装在第一角度传感器组件14上，在俯仰角减速器驱动采集器转动时，从动轴通过第一环形齿轮带动第一角度齿轮转动，从而使得第一角度传感器组件能够采集到转动的角度，从而精确控制俯仰角度。

当然在方位角减速器上也需要角度测量，因此在方位角减速器的外壳上开设有观察口15，观察口上设置有第二角度传感器组件16，观察口能够第二角度传感器组件的安装口，还可以在检修观察时使用，避免因小问题而需要将整个外壳拆卸；第二角度传感器组件与第二角度齿轮17连接，第二角度齿轮部分伸入观察口至外壳内并与第二环形齿轮18啮合，第二环形齿轮套设固定在方位角减速器的中空轴上，在方位角减速器驱动支撑架转动时，第二环形齿轮一并被带动转动，第二环形齿轮则带着第二角度齿轮转动，从而使得第二角度传感器组件能够采集到转动的角度，从而精确控制方位角度。

上述结构中，方位角减速器和俯仰角减速器均设置中空轴，因此能够进行布线使用，采集器内的光纤能够从俯仰角减速器的中空轴穿出，然后从方位角减速器的中空轴穿入，最终进行隐藏设计，使得光纤不外漏，保证整体美观以及对光纤的保护，综上，在两个中空轴之间还具有支撑架，因此对支撑架进行设计，支撑架包括内弧板19、外弧板20以及两个侧弧板21，内弧板、外弧板以及两个侧弧板配合形成弧形过线通道，弧形过线通道内设置有多个H型加强架22，H型加强架能够保证内弧板、外弧板以及两个侧弧板连接后的整体强度，其还能够保证光纤顺利穿设。由于方位角减速器的中空轴顶部需要与支撑架进行牢固的连接，因此为了保证具有足够的光纤穿过空间，在中空轴上开设过线槽26，便于使用。

参照图6所示，具体在组装制备时，H型加强架可以直接焊接在内弧板的表面上，在H型加强架位于侧弧板一侧的侧边上设置有定位凸部23，定位凸部对应的侧弧板上设置有定位凹槽24，通过定位凸部和定位凹槽的配合，能够轻松的将侧弧板装配，装配精度高。随后还在H型加强架位于外弧板一侧的底部设置锁固螺母25，外弧板通过锁固螺钉与锁固螺母配合锁固固定，操作便捷，大大提高装配效率。

在一实施例中，上述的方位角减速器的减速比至少为1:2500，俯仰角减速器的减速比至少为1:1500，通过实验证明该减速比组合可以满足持续、稳定的太阳轨迹跟踪过程，反应迅速，使用寿命高。

以上实施例仅是为充分说明本实用新型而所举的较佳的实施例，本实用新型的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本实用新型基础上所作的等同替代或变换，均在本实用新型的保护范围之内。本实用新型的保护范围以权利要求书为准。

Claims (8)

1.一种采用机械减速装置的双轴太阳跟踪设备，其特征在于，包括方位角减速器，所述方位角减速器通过支撑架与采集器连接，所述支撑架与采集器之间还设置有俯仰角减速器，所述方位角减速器和俯仰角减速器均包括中空齿轮和螺纹杆，所述中空齿轮和螺纹杆配合形成蜗轮蜗杆结构，所述中空齿轮固定设置在中空轴上，所述方位角减速器的中空轴与支撑架固定连接且通过轴承与第一底座连接，所述俯仰角减速器的中空轴与采集器固定连接且通过轴承与第二底座连接，所述第二底座与支撑架固定连接，所述螺纹杆与步进电机连接。

2.如权利要求1所述的采用机械减速装置的双轴太阳跟踪设备，其特征在于，所述支撑架为U型结构，所述支撑架与采集器之间还设置有从动轴，所述从动轴通过轴承与第三底座连接，所述第三底座与支撑架固定连接，所述从动轴上设置有第一环形齿轮，所述第一环形齿轮与第一角度齿轮啮合，所述角度齿轮安装在第一角度传感器组件上。

3.如权利要求1所述的采用机械减速装置的双轴太阳跟踪设备，其特征在于，所述方位角减速器的外壳上开设有观察口，所述观察口上设置有第二角度传感器组件，所述第二角度传感器组件与第二角度齿轮连接，所述第二角度齿轮部分伸入观察口至外壳内并与第二环形齿轮啮合，所述第二环形齿轮套设固定在方位角减速器的中空轴上。

4.如权利要求1所述的采用机械减速装置的双轴太阳跟踪设备，其特征在于，所述支撑架包括内弧板、外弧板以及两个侧弧板，所述内弧板、外弧板以及两个侧弧板配合形成弧形过线通道，所述弧形过线通道内设置有多个H型加强架。

5.如权利要求4所述的采用机械减速装置的双轴太阳跟踪设备，其特征在于，所述H型加强架位于侧弧板一侧的侧边上设置有定位凸部，所述定位凸部对应的侧弧板上设置有定位凹槽。

6.如权利要求4所述的采用机械减速装置的双轴太阳跟踪设备，其特征在于，所述H型加强架位于外弧板一侧的底部设置有锁固螺母，所述外弧板通过锁固螺钉与锁固螺母配合固定。

7.如权利要求1所述的采用机械减速装置的双轴太阳跟踪设备，其特征在于，所述方位角减速器的中空轴上还设置有过线槽。

8.如权利要求1所述的采用机械减速装置的双轴太阳跟踪设备，其特征在于，所述方位角减速器的减速比至少为1:2500，所述俯仰角减速器的减速比至少为1:1500。

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