專利名稱：塔式太陽能定日鏡錐齒輪被動自動追日支架的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及塔式聚光太陽能集熱、聚光太陽能光熱發(fā)電和聚光光伏技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種塔式太陽能定日鏡錐齒輪被動自動追日支架。
背景技術(shù)：
聚光太陽能光熱發(fā)電系統(tǒng)和聚光光伏系統(tǒng)及聚光太陽能集熱系統(tǒng)，不耗用化石能源，無污染物排放，是生態(tài)環(huán)境和諧的清潔能源利用系統(tǒng)。目前槽式、塔式和蝶式等聚光太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)、聚光光伏系統(tǒng)和聚光集熱京統(tǒng)同樣受到世界各國的重視，并正在逐步擴大應(yīng)用范圍。而塔式系統(tǒng)以其規(guī)模大、熱損耗小和溫度高等特點已初步顯露出優(yōu)勢。無論是塔式太陽能熱電站還是聚光光伏系統(tǒng)及聚光太陽能集熱系統(tǒng)，其主要共同的部件是聚光系統(tǒng)，而且聚光系統(tǒng)的效率及其成本很大程度上影響到系統(tǒng)的整體性價比，是構(gòu)建太陽能光熱電站、太陽能反射式聚光光伏電站及中高溫反射式聚光太陽能集熱系統(tǒng)中需要著重考慮的因素。聚光系統(tǒng)主要是由定日鏡跟蹤支架和集熱器等部件組成；定日鏡的作用是收集太陽輻射能并將其匯聚到集熱器處，它由按一定方式排列的可繞雙軸跟蹤的定日鏡組成，每個定日鏡通過繞軸轉(zhuǎn)動跟蹤太陽并將輻射到其表面的太陽能反射到塔頂集熱器，完成聚光集熱的目的。隨著太陽能技術(shù)的發(fā)展，塔式太陽能集熱和發(fā)電系統(tǒng)成為比較成熟的系統(tǒng)，但是其定日鏡的跟蹤機構(gòu)的運行和安裝調(diào)控比較復(fù)雜而且繁瑣。現(xiàn)有的定日鏡控制程序要根據(jù)定日鏡的具體安裝位置包括經(jīng)緯度、與集收器的空間位置及方位、季節(jié)、時間而定，并須根據(jù)天文信息每年作修正調(diào)整。同時也使支架的機械零部件加工精度要求大大提高了。原定日鏡二維支架的驅(qū)動跟蹤系統(tǒng)不是用步進電機就是要用伺服電機，有些還需帶有碼盤等精確定位部件，這些電機和精確定位部件無論是電機本身還是控制器價格皆不菲，再加上機械傳動部件的精度要求也很高，所以現(xiàn)行的定日鏡二維支架驅(qū)動跟蹤系統(tǒng)部分的價格在整個定日鏡系統(tǒng)的價格中所占比重一般較高。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有的技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種塔式太陽能定日鏡錐齒輪被動自動追日支架。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種塔式太陽能定日鏡錐齒輪被動自動追日支架，包括反射錐齒輪、過渡錐齒輪、入射錐齒輪、齒輪座、反射軸、入射軸、光電探頭、定日鏡、主旋轉(zhuǎn)減速器、硅晶或聚光太陽能電池板、準直校準儀器和支架，支架上方設(shè)有齒輪座，齒輪座兩側(cè)裝有定日鏡，所述的齒輪座上方安裝有反射錐齒輪、過渡錐齒輪、入射錐齒輪、反射軸和入射軸，所述的反射錐齒輪和入射錐齒輪同軸，且反射錐齒輪、入射錐齒輪均與過渡錐齒輪嚙合，兩錐齒輪的軸向與過渡錐齒輪的軸向垂直，反射錐齒輪和反射軸相互固定，入射錐齒輪和入射軸相互固定，硅晶或聚光太陽能電池板安裝在入射軸上，同時入射軸末端裝有光電探頭，反射軸一端與主旋轉(zhuǎn)減速器相連接，另一端與準直校準儀器相連接，反射軸、準直校準儀器軸向重合；所述的齒輪座下方設(shè)有俯仰驅(qū)動結(jié)構(gòu)一或俯仰驅(qū)動
結(jié)構(gòu)二。根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，進一步包括所述的俯仰驅(qū)動結(jié)構(gòu)一主要由俯仰旋轉(zhuǎn)減速器構(gòu)成，俯仰旋轉(zhuǎn)減速器的旋轉(zhuǎn)輸出軸與過渡錐齒輪同軸固定。根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，進一步包括所述的俯仰驅(qū)動結(jié)構(gòu)二主要由直線驅(qū)動器構(gòu)成，直線驅(qū)動器的固定端固定在反射軸上，其螺母運動端與齒輪座連接。根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，進一步包括所述的反射錐齒輪、過渡錐齒輪、入射錐齒輪為直齒錐齒輪、斜齒錐齒輪或曲線錐齒輪。根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，進一步包括所述的反射錐齒輪、過渡錐齒輪、入射錐齒輪為完整的錐齒輪或是局部為錐形的齒輪。根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，進一步包括所述的反射錐齒輪和入射錐齒輪為大錐齒輪或小錐齒輪，過渡錐齒輪與前二錐齒輪相對應(yīng)。根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，進一步包括所述的反射錐齒輪和入射錐齒輪類型相同、模數(shù)相同、齒數(shù)相同、節(jié)錐角相同，過渡錐齒輪與反射錐齒輪相對應(yīng)，過渡錐齒輪與入射錐齒輪相對應(yīng)，過渡錐齒輪的齒數(shù)與反射錐齒輪相同或不同，過渡錐齒輪的齒數(shù)與入射錐齒輪相同或不同。本發(fā)明的有益效果是，本塔式太陽能定日鏡錐齒輪被動自動追日支架安裝運行調(diào)控非常簡單，利用錐齒輪結(jié)構(gòu)、兩種簡易的俯仰驅(qū)動方法解決了現(xiàn)行各種這樣塔式太陽能定日鏡跟蹤系統(tǒng)的復(fù)雜調(diào)試、安裝控制繁瑣，須根據(jù)天文信息每年作修正調(diào)整的問題，提高了定日鏡對太陽跟蹤的精準度，簡化了定日鏡控制程序和方法，降低了定日鏡二維支架驅(qū)動跟蹤系統(tǒng)部分的價格在整個定日鏡系統(tǒng)的價格中所占比重。


下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。圖1是本發(fā)明裝有俯仰驅(qū)動結(jié)構(gòu)一的結(jié)構(gòu)示意圖(正面陽光照射面)；
圖2是本發(fā)明裝有俯仰驅(qū)動結(jié)構(gòu)一的結(jié)構(gòu)示意圖(反面背對陽光面)；
圖3是本發(fā)明裝有俯仰驅(qū)動結(jié)構(gòu)二的結(jié)構(gòu)示意圖(正面陽光照射面)；
圖4是本發(fā)明裝有俯仰驅(qū)動結(jié)構(gòu)二的結(jié)構(gòu)示意圖(反面背對陽光面)；
圖5 (a)、5 (b)、5 (c)、5 (d)是各齒輪之間的哨合關(guān)系及相對運動關(guān)系不意圖。圖中，1、反射錐齒輪，2、過渡錐齒輪，3、入射錐齒輪，4、齒輪座，5、反射軸，6、入射軸，7、光電探頭，8、定日鏡，9、主旋轉(zhuǎn)減速器，10、俯仰旋轉(zhuǎn)減速器，11、直線驅(qū)動器，12、硅晶或聚光太陽能電池板，13、準直校準儀器，14、支架。O:為反射錐齒輪I和入射錐齒輪3同心軸與過渡錐齒輪2的旋轉(zhuǎn)軸的交點；
A:為反射錐齒輪I和入射錐齒輪3同心軸軸心線；
B:為過渡錐齒輪2的旋轉(zhuǎn)軸的軸心線； β:為反射齒輪I的旋轉(zhuǎn)角度； β ’:為入射齒輪4的旋轉(zhuǎn)角度。
具體實施方式
如圖1、圖2、圖3、圖4所示，一種塔式太陽能定日鏡錐齒輪被動自動追日支架，包括反射錐齒輪1、過渡錐齒輪2、入射錐齒輪3、齒輪座4、反射軸5、入射軸6、光電探頭7、定日鏡8、主旋轉(zhuǎn)減速器9、硅晶或聚光太陽能電池板12、準直校準儀器13和支架14，支架14上方設(shè)有齒輪座4，齒輪座4兩側(cè)裝有定日鏡8。所述的齒輪座4上方安裝有反射錐齒輪1、過渡錐齒輪2、入射錐齒輪3、反射軸5和入射軸6。所述的反射錐齒輪I和入射錐齒輪3同軸，無嚙合接觸，反射錐齒輪1、入射錐齒輪3均與過渡錐齒輪2嚙合，兩錐齒輪的軸向與過渡錐齒輪2的軸向垂直，反射錐齒輪I和反射軸5相互固定，入射錐齒輪3和入射軸6相互固定。硅晶或聚光太陽能電池板12安裝在入射軸6上，這樣本支架系統(tǒng)將不用依靠外接能源，自身便是一個獨立運行系統(tǒng)。同時入射軸6末端裝有光電探頭7，本支架即是通過安裝在入射軸6上的光電探頭7探測到的光電信號，來控制主旋轉(zhuǎn)減速器和俯仰方向的運動，調(diào)整入射軸6的位置，使光電探頭7始終指向太陽。反射軸5 —端與主旋轉(zhuǎn)減速器9相連接，且可作旋轉(zhuǎn)運動；另一端與準直校準儀器13相連接，反射軸5、準直校準儀器13軸向重合，但準直校準儀器13只在安裝調(diào)試或維修校準時放置。所述的齒輪座4下方設(shè)有俯仰驅(qū)動結(jié)構(gòu)一或俯仰驅(qū)動結(jié)構(gòu)二，使得俯仰方向的運動有2種方式。所述的俯仰驅(qū)動結(jié)構(gòu)一主要由俯仰旋轉(zhuǎn)減速器10構(gòu)成，俯仰旋轉(zhuǎn)減速器10的旋轉(zhuǎn)輸出軸與過渡錐齒輪2同軸固定。所述的俯仰驅(qū)動結(jié)構(gòu)二主要由直線驅(qū)動器11構(gòu)成，直線驅(qū)動器11的固定端固定在反射軸5上，其螺母運動端與齒輪座4連接。所述的反射錐齒輪1、過渡錐齒輪2、入射錐齒輪3可以是任何類型的錐齒輪，可以是直齒錐齒輪或斜齒錐齒輪也可以是曲線錐齒輪等。所有錐齒輪的節(jié)錐角理論上只要符合嚙合條件均可，通常采用節(jié)錐角Σ=90°的錐齒輪。所述的反射錐齒輪1、過渡錐齒輪2、入射錐齒輪3為完整的錐形齒輪或是局部為錐形的齒輪。因本發(fā)明齒輪所需旋轉(zhuǎn)的角度僅需120° 180°，無需360°，部分有錐齒輪即可滿足要求。所述的反射錐齒輪I和入射錐齒輪3為大錐齒輪或小錐齒輪，過渡錐齒輪2與前二錐齒輪相對應(yīng)。所述的反射錐齒輪I和入射錐齒輪3類型相同、模數(shù)相同、齒數(shù)相同、節(jié)錐角相同，過渡錐齒輪2與反射錐齒輪I相對應(yīng)，過渡錐齒輪2與入射錐齒輪3相對應(yīng)，過渡錐齒輪2的齒數(shù)與反射錐齒輪I相同或不同，過渡錐齒輪2的齒數(shù)與入射錐齒輪3相同或不同，過渡錐齒輪2僅需選擇與前二錐齒輪滿足嚙合條件的錐齒輪。本發(fā)明的工作原理如下:反射錐齒輪I與入射錐齒輪3通過過渡錐齒輪2的嚙合過渡，二者相對齒輪座4旋轉(zhuǎn)角度相同但方向相反，滿足了入射光線和反射光線與反射鏡法線之間的對應(yīng)關(guān)系。如圖5 (a)、5 (b)、5 (c)、5 (d)所示，軸心線A與軸心線B垂直，圖中各錐齒輪之間根據(jù)錐齒輪的嚙合原理可得這樣的結(jié)果:無論相對初始位置如何，反射錐齒輪I與入射錐齒輪3通過過渡錐齒輪2的嚙合過渡后，沿軸向旋轉(zhuǎn)時，相對齒輪座4旋轉(zhuǎn)角度(即嚙合齒數(shù))相同，旋轉(zhuǎn)方向相反，即β=β’。運作時，首先將反射軸5的軸向延長線對準塔式集熱器中心，并將其與主旋轉(zhuǎn)減速器9連接固定牢固，且使其只能做繞軸向旋轉(zhuǎn)運動。再將齒輪座4與定日鏡8連接牢固，使本塔式太陽能定日鏡錐齒輪被動自動追日支架進行俯仰方向的驅(qū)動運動。本發(fā)明的俯仰方向的驅(qū)動有兩種實施例，如下。
實施例一，如圖1和圖2所示:俯仰旋轉(zhuǎn)減速器10安裝在齒輪座4上，其旋轉(zhuǎn)輸出軸過渡錐齒輪2同軸固定，過渡錐齒輪2將作為本支架俯仰方向的主動驅(qū)動動力源，俯仰旋轉(zhuǎn)減速器10的正反轉(zhuǎn)動將使定日鏡8作俯仰運動。實施例二，如圖3和圖4所示:直線驅(qū)動器11的固定端固定在反射軸5上，其螺母運動端與齒輪座4連接，此時直線驅(qū)動器11也作為本支架俯仰方向的主動驅(qū)動動力源，通過直線驅(qū)動器11螺母的前后直線運動將驅(qū)動定日鏡作俯仰運動。這樣通過本支架的主旋轉(zhuǎn)減速器9的旋轉(zhuǎn)運動和俯仰旋轉(zhuǎn)減速器10或直線驅(qū)動器11的俯仰運動，使入射軸6上的光電探頭7對準陽光直射方向。根據(jù)前面有關(guān)反射錐齒輪I和入射維齒輪3與齒輪座4的運動關(guān)系，這樣陽光就能沿入射軸6射向定日鏡并使反射光沿反射軸5的軸向射出，并射向塔式太陽能集熱器中心。從而本發(fā)明另一個全新的角度來設(shè)計塔式太陽能定日鏡的跟蹤機構(gòu)，以簡單的結(jié)構(gòu)方法解決了現(xiàn)行各種塔式太陽能定日鏡跟蹤系統(tǒng)的復(fù)雜調(diào)試，安裝控制繁瑣的問題。另外，因為本塔式太陽能定日鏡錐齒輪被動自動追日支架是半閉環(huán)系統(tǒng)，只要本身的機械精度按設(shè)計要求得到保證，通過上述對本發(fā)明內(nèi)容的描述，就能保證陽光通過定日鏡的反射始終照射在塔式太陽能集熱器上。本發(fā)明所用的驅(qū)動電機只需一般的直流有刷電機即可，甚至本發(fā)明使用廉價的玩具直流電機也是可行的。因為是半閉環(huán)系統(tǒng)所以本裝置對機械傳動部件的精度要求也降低了很多。綜上，本發(fā)明提高了定日鏡對太陽跟蹤的精準度，簡化了定日鏡控制程序和方法，降低了定日鏡二維支架驅(qū)動跟蹤系統(tǒng)部分的價格在整個定日鏡系統(tǒng)的價格中所占比重，值得推廣應(yīng)用。
權(quán)利要求
1.一種塔式太陽能定日鏡錐齒輪被動自動追日支架，包括反射錐齒輪(I)、過渡錐齒輪(2)、入射錐齒輪(3)、齒輪座(4)、反射軸(5)、入射軸(6)、光電探頭(7)、定日鏡(8)、主旋轉(zhuǎn)減速器(9)、硅晶或聚光太陽能電池板(12)、準直校準儀器(13)和支架(14)，支架(14)上方設(shè)有齒輪座(4)，齒輪座(4)兩側(cè)裝有定日鏡(8)，其特征是，所述的齒輪座(4)上方安裝有反射錐齒輪(I)、過渡錐齒輪(2)、入射錐齒輪(3)、反射軸(5)和入射軸(6)，所述的反射錐齒輪(I)和入射錐齒輪(3)同軸，且反射錐齒輪(I)、入射錐齒輪(3)均與過渡錐齒輪(2)嚙合，兩錐齒輪的軸向與過渡錐齒輪(2)的軸向垂直，反射錐齒輪(I)和反射軸(5)相互固定，入射錐齒輪(3 )和入射軸(6 )相互固定，硅晶或聚光太陽能電池板(12 )安裝在入射軸(6)上，同時入射軸(6)末端裝有光電探頭(7),反射軸(5)—端與主旋轉(zhuǎn)減速器(9)相連接，另一端與準直校準儀器(13)相連接，反射軸(5)、準直校準儀器(13)軸向重合；所述的齒輪座(4)下方設(shè)有俯仰驅(qū)動結(jié)構(gòu)一或俯仰驅(qū)動結(jié)構(gòu)二。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的塔式太陽能定日鏡錐齒輪被動自動追日支架，其特征是，所述的俯仰驅(qū)動結(jié)構(gòu)一主要由俯仰旋轉(zhuǎn)減速器(10)構(gòu)成，俯仰旋轉(zhuǎn)減速器(10)的旋轉(zhuǎn)輸出軸與過渡錐齒輪(2)同軸固定。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的塔式太陽能定日鏡錐齒輪被動自動追日支架，其特征是，所述的俯仰驅(qū)動結(jié)構(gòu)二主要由直線驅(qū)動器(11)構(gòu)成，直線驅(qū)動器(11)的固定端固定在反射軸(5 )上，其螺母運動端與齒輪座(4)連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的塔式太陽能定日鏡錐齒輪被動自動追日支架，其特征是，所述的反射錐齒輪(I)、過渡錐齒輪(2)、入射錐齒輪(3)為直齒錐齒輪、斜齒錐齒輪或曲線錐齒輪。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的塔式太陽能定日鏡錐齒輪被動自動追日支架，其特征是，所述的反射錐齒輪(I)、過渡錐齒輪(2)、入射錐齒輪(3)為完整的錐齒輪或是局部為錐形的齒輪。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的塔式太陽能定日鏡錐齒輪被動自動追日支架，其特征是，所述的反射錐齒輪(I)和入射錐齒輪(3 )為大錐齒輪或小錐齒輪，過渡錐齒輪(2 )與前二錐齒輪相對應(yīng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的塔式太陽能定日鏡錐齒輪被動自動追日支架，其特征是，所述的反射錐齒輪(I)和入射錐齒輪(3 )類型相同、模數(shù)相同、齒數(shù)相同、節(jié)錐角相同，過渡錐齒輪(2)與反射錐齒輪(I)相對應(yīng)，過渡錐齒輪(2)與入射錐齒輪(3)相對應(yīng)，過渡錐齒輪(2)的齒數(shù)與反射錐齒輪(I)相同或不同，過渡錐齒輪(2)的齒數(shù)與入射錐齒輪(3)相同或不同。
全文摘要
本發(fā)明涉及塔式聚光太陽能集熱、聚光太陽能光熱發(fā)電和聚光光伏技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種塔式太陽能定日鏡錐齒輪被動自動追日支架，支架上方設(shè)有齒輪座，齒輪座兩側(cè)裝有定日鏡，所述的齒輪座上方安裝有反射錐齒輪、過渡錐齒輪、入射錐齒輪、反射軸和入射軸，所述的反射錐齒輪和入射錐齒輪同軸，且反射錐齒輪、入射錐齒輪均與過渡錐齒輪嚙合，兩錐齒輪的軸向與過渡錐齒輪的軸向垂直，反射錐齒輪和反射軸相互固定，入射錐齒輪和入射軸相互固定，硅晶或聚光太陽能電池板安裝在入射軸上，同時入射軸末端裝有光電探頭，反射軸一端與主旋轉(zhuǎn)減速器相連接，另一端與準直校準儀器相連接；所述的齒輪座下方設(shè)有俯仰驅(qū)動結(jié)構(gòu)一或俯仰驅(qū)動結(jié)構(gòu)二。
文檔編號H01L31/042GK103165699SQ201310058388
公開日2013年6月19日 申請日期2013年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月25日
發(fā)明者趙琦, 楊永健, 陶明霞 申請人:常州市亞美電氣制造有限公司