KR20130029164A - Driving universial joint for solar tracker - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A driving universal joint for solar tracking is provided to track the azimuth and elevation angle of solar with a universal joint body by delivering the rotation through a separate operation device which is mounted in the top and bottom of a crosswise yoke. CONSTITUTION: A driving universal joint for solar tracking firmly integrates a drive motor and a reducer gearbox to the top and bottom of the crosswise yoke of a universal joint. The body of the universal joint mounts a worm gear by a part in which the crosswise yoke is joined in order to interlock with a worm which is rotated by the worm drive gear of a gear box.

Description

태양추적용 구동형 유니버셜조인트{Driving Universial Joint For Solar Tracker}Driven Universal Joint for Solar Tracking {Driving Universial Joint For Solar Tracker}

본 발명은 특정의 이동 목표물, 특히 태양을 추적하기 위하여 2개의 축을 움직일 수 있도록 전동기에 의한 구동장치를 구비한 구동형 유니버셜조인트이다.The present invention is a driven universal joint with a drive by an electric motor capable of moving two axes to track a particular moving target, in particular the sun.

특정의 이동 목표물들 중 특히 일정한 궤도를 일상 반복적으로 움직이는 태양을 추적하는 기술은 특히 태양열을 집열하거나 태양광을 전기로 변환하는 발전장치에 있어서 그 효율을 높이기 위한 중요한 수단인 바, 이를 구현하기 위하여 일출부터 일몰까지 태양의 동서 방위각 추적을 위한 회전과 계절에 따른 태양의 높이인 태양 고도각 추적을 위한 회전이 필요하게 되며 이에 따른 기계적인 형태는 여러 가지를 취하고 있으나, 일반적으로 먼저 태양의 방위각을 일치시키기 위해 지면에 수직인 축을 중심으로 회전하고 다시 태양의 고도를 맞추기 위해 지면에 수직인 중심축에 직교하는 다른 하나의 축을 회전하는 방식으로, 태양의 방위각을 추적할 때마다 고도각 추적을 위한 구동도 해야 하므로 2개의 구동장치가 모두 구동되어야 하는 비효율성을 내포하고 있다.Among the specific moving targets, in particular, the technique of tracking the sun repeatedly moving in a constant orbit is an important means to increase the efficiency, especially in a power generator that collects solar heat or converts sunlight into electricity. Rotation for tracking the east-west azimuth of the sun from sunrise to sunset, and rotation for tracking the altitude of the sun, which is the height of the sun according to the season, is required. Rotate around an axis perpendicular to the ground to match and rotate another axis orthogonal to the center axis perpendicular to the ground to adjust the sun's elevation. It also needs to be driven, so the inefficiency of driving both drives It is implicated.

본 발명은 태양의 일상 반복적인 방위각 추적을 위한 회전축과 태양의 고도각 추적을 위한 회전축을 지면과 수평한 면위에서 동서와 남북으로 직교하도록 하여 한 번 고도각이 정해지면 재차 고도각을 변경하기 전까지는 동일한 고도각으로 태양의 동서방위각 추적만 반복적으로 이루어지도록 함으로써 상시 2개의 구동장치가 모두 작동하지 않고도 태양의 방위각과 고도각 추적이 용이하게 하고자 한다.The present invention is to orthogonally rotate the axis of rotation for tracking the sun's daily repetitive azimuth and the altitude angle of the sun orthogonal to the north-west and north-south on a horizontal plane with the ground once the altitude is determined again until the altitude is changed again By repeatedly tracking the east-west azimuth angle of the sun at the same altitude angle, it is easy to track the azimuth and altitude angle of the sun without having to operate both drives at all times.

상기의 목적을 달성하기 위하여 2개의 회전축을 가지는 유니버셜조인트의 십자형 요오크 상부와 하부에 전동기와 감속장치를 하나의 구조체로 견고하게 장치하고 전동기와 감속장치에 의해 유니버셜조인트의 본체에 장치된 웜기어를 회전시킴으로써 유니버셜조인트에 결합되어 있는 태양광 집열판이나 쏠라셀 판넬과 같은 구조물을 태양의 방위각과 고도각에 일치시키도록 한다.In order to achieve the above object, the motor and the reduction gear are firmly installed on the upper and lower cross-shaped yokes of the universal joint having two rotation shafts as one structure, and the worm gear installed on the main body of the universal joint is By rotating, structures such as solar panels or solar panels coupled to the universal joint are aligned with the sun's azimuth and elevation angles.

본 발명인 구동형 유니버셜조인트를 적용한 태양 추적 구동장치는 종래의 추적구동장치에서 태양의 방위각과 고도각을 일치시키기 위해 수시로 2개의 구동장치를 작동하여야 하는 방식에서 일일 변화가 작은 고도각에 대해 한 번 고정하고 이 후 고도각 변경이 발생할 때까지 일상 반복적인 방위각 추적을 위한 하나의 축만을 구동하게 함으로써 작동과 제어를 보다 단순화하고 구동장치의 작동 빈도를 줄여 장치의 내구성을 높일 수 있고 장치의 단순화로 제작원가를 낮출 수 있다.The solar tracking drive device using the present inventors' driven universal joint is operated once in a manner in which two driving devices are operated from time to time in order to match the azimuth and elevation angles of the sun in the conventional tracking drive device. Fixed and drive only one axis for routine repeating azimuth tracking until a change in elevation occurs, further simplifying operation and control, reducing the frequency of operation of the drive to increase the durability of the device and simplifying the device. The manufacturing cost can be lowered.

도 1은 종래의 태양추적 구동장치의 실일례를 도시한 사례 1
도 2는 종래의 태양추적 구동장치의 실일례를 도시한 사례 2
도 3은 본 발명인 태양추적용 구동형 유니버셜조인트의 구조를 설명하는 사시도
도 4는 도 3 사시도를 'A'에서 바라본 정면도
도 5는 도 3 사시도의 상부구동장치를 'B'에서 바라본 평면도
도 6은 상부 구동전동기(2)의 구동에 따른 유니버셜조인트의 방위각 회전방향을 설명한 사시도
도 7은 하부 구동전동기(9)의 구동에 따른 유니버셜조인트의 고도각 회전방향을 설명한 사시도
도 8은 본 발명인 구동형 유니버셜조인트를 장착한 태양추적용 구동장치 사시도
도 9는 본 발명인 태양추적용 구동형 유니버셜조인트의 사시도1 is a case 1 showing an example of a conventional solar tracking drive device
Figure 2 is a case 2 showing an example of a conventional solar tracking drive device
Figure 3 is a perspective view illustrating the structure of the solar tracking driven universal joint of the present invention
FIG. 4 is a front view of the perspective view of FIG. 3 viewed from 'A'
5 is a plan view of the upper driving device of FIG.
6 is a perspective view illustrating the azimuth rotation direction of the universal joint according to the driving of the upper drive motor 2.
7 is a perspective view illustrating the elevation angle rotation direction of the universal joint according to the driving of the lower drive motor 9.
Figure 8 is a perspective view of a driving device for solar tracking equipped with the inventors driven universal joint
9 is a perspective view of a solar tracking driven universal joint of the present invention

본 발명인 태양추적용 구동형 유니버셜조인트에 대하여 도시된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하도록 한다. 상공의 특정 목표물 추적에 있어서 특히 태양열 집열판이나 태양광 발전을 위해 솔라셀 판넬로 하여금 태양을 정면으로 마주하도록 추적하는 경우, 태양의 일상 반복적인 동서 방위각과 계절에 따른 태양의 높이 변화인 고도각을 일치시키도록 하여야 하는 바, 도 1은 이를 실현하는 종래의 기술에 대해 일실례를 도시한 것으로 태양열 집열판이나 쏠라셀 판넬을, 지면에 수직인 하나의 중심축을 중심으로 동서 방위각을 추적하고, 이 축에 직교하는 또 다른 하나의 축이 태양의 고도각을 추적하도록 장치되었으며 임의 위치의 태양을 추적할 때마다 동서 방위각 회전을 위해 구동하고 아울러 고도각을 추적하기 위해 또 다른 축을 구동하여야 하므로 2개의 축을 구동하여야 한다.The solar tracking driven universal joint of the present invention will be described in more detail with reference to the drawings. For tracking specific targets in the air, especially when solar panels or solar panels are face-to-face for solar power generation, the sun's daily repetitive East-West azimuth and altitude, the height change of the sun's height over time, 1 illustrates an example of a conventional technique for realizing this, in which a solar heat collector or a solar panel is tracked from east to west azimuth around one central axis perpendicular to the ground, Another axis orthogonal to is designed to track the altitude angle of the sun, so each time we track the sun at any position, we need to drive for east-west azimuth rotation, and another axis to track the altitude angle. Must be driven.

도 2는 다른 형태의 태양추적장치를 일실례로 도시하였으며 도 1과 마찬가지로 지면에 수직하는 중심축이 태양의 동서 방위각 추적을 위해 회전하는 하나의 축이고, 이에 직교하는 또 다른 하나의 축이 태양의 고도각을 추적하는 회전축으로 장치되어 있어, 임의 위치의 태양을 추적할 때마다 동서 방위각 회전을 구동하고 또 태양의 고도각을 추적하기 위해 또 다른 하나의 축을 회전하도록 구동하여야 하므로 도 1에서 설명하였듯이 역시 2개의 축을 구동하여야 한다.FIG. 2 illustrates an example of another type of solar tracking device, and as in FIG. 1, a central axis perpendicular to the ground is one axis rotating for tracking the east-west azimuth of the sun, and another axis perpendicular to the sun is the axis of the sun. It is equipped with an axis of rotation that tracks the altitude, so as to drive the east-west azimuth rotation every time tracking the sun at any position, and to rotate another axis to track the altitude of the sun, as described in FIG. Again two axes must be driven.

도 3은 본 발명인 태양추적용 구동형 유니버셜조인트를 쉽게 설명하기 위해 도시한 사시도로서 2개의 회전축 역할을 하는 십자형 요오크(7)의 상부와 하부에 각각 구동전동기(2와 9)와 구동전동기(2와 9)에 의해 작동하는 감속기 기어박스(3과 8)를 십자형 요오크(7)와 일체로 견고하게 장치하고, 유니버셜조인트 본체(1)에서 십자형 요오크(7)에 결합하는 부분에 웜기어(6)를 견고하게 장치하여 감속기 기어박스(3과 8)의 웜구동기어(4)에 의해 회전하는 웜(5)과 맞물리게 하므로서 구동전동기(2와 9)의 회전이 감속기 기어박스(3과 8)에서 특정 회전수로 감속됨과 아울러 회전력(토오크)을 증폭하게 되고 웜구동기어(4)를 통하여 웜(5)으로 전달되고 웜(5)에 맞물린 웜기어(6)에 회전력(토오크)이 전달되므로써 유니버셜조인트가 회전을 하도록 하고 있으며, 구동전동기(2와 9)의 회전 방향에 따라 유니버셜조인트도 정방향 또는 역방향 회전을 달성하게 되며, 한편 웜과 웜기어에서 웜은 웜기어를 회전시킬 수 있으나 역으로 웜기어는 웜을 회전시킬 수 없는 불가역 기구장치이므로 상부와 하부의 구동전동기(2와 9)가 작동을 멈추게 되더라도 웜은 웜기어에 대하여 잠금기능을 수행하게 되어 재차 상부와 하부의 구동전동기(2와 9)가 작동하기까지 태양의 방위각과 고도각은 고정되게 되어있다.Figure 3 is a perspective view for easily explaining the solar tracking drive type universal joint of the present invention, the drive motors (2 and 9) and the drive motors (top and bottom) of the cross-shaped yoke (7) serving as two rotation shafts, respectively ( The gearboxes 3 and 8, which are operated by 2 and 9), are integrally and rigidly installed with the cross yoke 7, and the worm gear is provided at the portion of the universal joint body 1 that is coupled to the cross yoke 7. (6) is firmly engaged so that the rotation of the drive motors (2 and 9) is engaged with the worm (5) rotating by the worm drive gears (4) of the reducer gearboxes (3 and 8). At 8), the motor decelerates to a certain rotational speed and amplifies the rotational force (torque) and transmits the rotational force (torque) to the worm gear 6 which is transmitted to the worm 5 and engaged with the worm 5 through the worm driving gear 4. The universal joint rotates and the drive According to the rotation direction of the gears 2 and 9, the universal joint also achieves the forward or reverse rotation. Meanwhile, in the worm and the worm gear, the worm can rotate the worm gear, but the worm gear is an irreversible mechanism that cannot rotate the worm. Even if the upper and lower drive motors 2 and 9 stop working, the worm locks against the worm gear, so the azimuth and altitude angles of the sun until the upper and lower drive motors 2 and 9 operate again. It is supposed to be fixed.

도 4는 도 3의 사시도에서 "A" 에서 바라 본 정면도로서 십자형 요오크의 상부 구동장치만을 도시한 것으로 같은 원리와 장치로 십자형 요오크의 하부에도 장치되는 것으로서 도면의 복잡함을 피하고 설명을 쉽게 하기 위하여 동일한 하부의 구동장치의 도시를 생략한 것이며, 상부 구동전동기(2)에 의해 작동하는 감속기 기어박스(3)에서 웜구동기어(4)와 웜(5)의 맞물림, 그리고 유니버셜조인트 본체에 견고하게 장착된 웜기어(6)와 웜(5)의 맞물림을 보여주고 있다.Figure 4 is a front view as seen from the perspective view of "A" in Figure 3, showing only the upper drive of the cross-shaped yoke, as the same principle and device is also installed in the lower portion of the cross-shaped yoke to avoid the complexity of the drawing and easy to explain For the sake of simplicity, the lower part of the drive device is omitted, and the gearbox 3 of the gearbox 3 operated by the upper drive motor 2 is engaged with the worm drive gear 4 and the worm 5, and firmly fixed to the universal joint body. It shows the engagement of the worm gear (6) and the worm (5) mounted.

도 5는 도 3에 도시된 상부 구동장치를 "B"에서 바라본 평면도로서 상부 구동전동기(2)와 상부감속기 기어박스(3) 그리고 웜구동기어(4)와 웜(5)의 배치상태를 설명하는 것으로 웜(5)은 한쌍의 웜구동기어(4)와 맞물림으로써 힘의 균형을 유지하도록 하고 있으며, 도시하지 않은 하부 구동장치도 동일한 이치와 장치로 구비된다.FIG. 5 is a plan view of the upper drive unit shown in FIG. 3 as viewed from "B", illustrating an arrangement state of the upper drive motor 2, the upper reducer gearbox 3, and the worm drive gear 4 and the worm 5. The worm 5 is engaged with the pair of worm drive gears 4 so as to maintain a balance of power, and the lower driving device (not shown) is provided with the same reason and device.

도 6은 본 발명인 태양추적용 구동형 유니버셜조인트에서 상부 구동전동기(2)의 작동에 따른 방위각 회전을 도시하고 있으며 상부 구동전동기(2)의 회전이 상부감속기 기어박스(3)에서 특정의 회전수로 감속됨과 아울러 회전력(토오크)이 증폭되고 웜구동기어(4)를 거쳐 웜(5)을 큰 회전력으로 회전시킴으로써 웜(5)은 유니버셜조인트 본체(1)에 견고하게 장치된 웜기어(6)를 재차 큰 감속비와 회전력(토오크)으로 회전하도록 하고 있으며 반대로 유니버셜조인트에 견고하게 장치된 웜기어(6)는 웜(5)을 회전시킬 수 없는 불가역 기구장치이므로 상부 구동전동기(2)가 회전을 멈추게 되었을 때 웜(5)은 웜기어(6)에 대해 잠금기능을 하게 되며 따라서 상부 구동모터(2)가 정지하면 어느 방향으로도 회전이 불가능하게 된다.FIG. 6 shows azimuth rotation according to the operation of the upper drive motor 2 in the solar tracking driven universal joint according to the present invention, and the rotation of the upper drive motor 2 has a specific rotational speed in the upper reducer gearbox 3. In addition to deceleration, the worm gear 5 is amplified and the worm 5 is rotated with a large rotational force through the worm drive gear 4 so that the worm 5 is firmly mounted on the universal joint body 1. The worm gear 6, which is firmly mounted on the universal joint, is a non-reversible mechanism that cannot rotate the worm 5. Therefore, the upper drive motor 2 has stopped rotating. When the worm 5 has a locking function with respect to the worm gear 6, it is impossible to rotate in any direction when the upper drive motor 2 is stopped.

도 7은 본 발명인 태양추적용 구동형 유니버셜조인트에서 하부 구동전동기(9)의 작동에 따른 고도각 회전을 도시하고 있으며 하부 구동전동기(9)의 회전이 하부감속기 기어박스(8)에서 특정의 회전수로 감속됨과 아울러 회전력(토오크)이 증폭되고 웜구동기어(4)를 거쳐 웜(5)을 큰 회전력으로 회전시킴으로써 웜(5)은 유니버셜조인트 본체(1)에 견고하게 장치된 웜기어(6)를 재차 큰 감속비와 회전력(토오크)으로 회전하도록 하고 있으나 유니버셜조인트의 하부는 고정형 구조물에 견고하게 고정되어 있으므로 반작용으로 유니버셜조인트의 상부 구조물이 회전하여 고도각을 추적하며, 한편 유니버셜조인트에 견고하게 장치된 웜기어(6)는 웜(5)을 회전시킬 수 없는 불가역 기구장치이므로 하부 구동전동기(9)가 회전을 멈추게 되었을 때 웜(5)은 웜기어(6)에 대해 잠금기능을 하게 되며 따라서 하부 구동전동기(9)가 정지하면 어느 방향으로도 회전이 불가능한 잠김상태가 된다.Figure 7 shows the elevation angle rotation according to the operation of the lower drive motor 9 in the solar tracking driven universal joint of the present invention, the rotation of the lower drive motor 9 is a specific rotation in the lower reducer gearbox (8) The worm 5 is firmly installed on the universal joint main body 1 by decelerating into the water and increasing the torque (torque) and rotating the worm 5 with a large rotational force through the worm driving gear 4. Is rotated again with a large reduction ratio and torque (torque), but the lower part of the universal joint is firmly fixed to the fixed structure, so the upper structure of the universal joint rotates to track the elevation angle by reaction, while the device is firmly connected to the universal joint. Since the worm gear 6 is an irreversible mechanism that cannot rotate the worm 5, the worm 5 is attached to the worm gear 6 when the lower drive motor 9 stops rotating. To a year locking and therefore when the lower drive motor 9 is stopped is locked is also impossible to rotate in either direction.

도 8은 본 발명인 태양추적용 구동형 유니버셜조인트를 적용한 추적식 태양광 발전장치의 일례를 도시한 것으로 쏠라셀 판넬 하부와 구조물을 지탱하는 기둥의 연결부에 구동형 유니버셜조인트를 연결하고 구동형 유니버셜조인트의 2개 축은, 하나는 방위각 회전축으로 또 하나는 고도각 회전축으로 기능하며, 고도각 회전축을 고정형으로 적용하는 경우 일상 반복적인 태양의 방위각 만을 추적하는 1축식 태양광 발전장치가 된다.FIG. 8 illustrates an example of a tracking photovoltaic device to which a solar tracking driven universal joint according to the present invention is applied. The driving universal joint is connected to a driving universal joint by connecting a lower portion of the solar panel to a column supporting the structure. The two axes of, one function as the azimuth rotation axis and the other as the azimuth rotation axis, when the fixed application of the azimuth rotation axis becomes a one-axis solar power device that tracks only the azimuth angle of the sun repeatedly.

1 유니버셜조인트 본체
2 상부 구동전동기
3 상부감속기 기어박스
4 웜구동기어
5 웜
6 웜기어
7 유니버셜조인트 십자형 요오크
8 하부감속기 기어박스
9 하부 구동전동기1 Universal Joint Body
2 upper drive motor
3 Upper Reduction Gearbox
4 Worm Drive Gear
Five worms
6 Worm Gear
7 Universal Joints Turnstile
8 Lower Reduction Gearbox
9 Lower Drive Motor

Claims (2)

2개의 회전축을 가지는 유니버셜조인트의 십자형 요오크 상부와 하부에 각각 구동전동기와 감속기 기어박스를 하나의 구조체로 견고하게 장착하고, 유니버셜조인트 본체에서 십자형 요오크에 결합하는 부분에 웜기어를 장치하여 기어박스의 웜구동기어에 의해 회전하는 웜과 맞물리게 장치한 구동형 유니버셜조인트Drive motor and reducer gearbox are firmly mounted on the top and bottom of the cross joint yoke of the universal joint having two rotation shafts as a structure, and the gear box is equipped with a worm gear at the part that is coupled to the cross yoke of the universal joint body. Driven universal joints engaged with worms rotating by worm drive gears 유니버셜조인트의 십자형 요오크 상부와 하부에 각각 장치된 전동기에 의해 감속기가 구동되고 이에 따라 감속기의 웜구동기어가 웜을 회전시키게 되고 웜은 맞물린 웜기어를 회전시키므로써 유니버셜조인트의 2개 회전축을 각각 움직이게 하는 가동형 유니버셜조인트The reducer is driven by a motor mounted on the upper and lower cross yokes of the universal joint, and the worm drive gear of the reducer rotates the worm. The worm rotates the meshed worm gears to move the two rotary axes of the universal joint, respectively. Movable universal joint
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