CN109213209A - 一种机械脉冲式多台联动太阳能跟踪机构 - Google Patents

Abstract

本发明为一种机械脉冲式多台联动太阳能跟踪机构，属于太阳能聚光器跟踪控制技术领域。本发明由调节齿盘，电磁锁止销，调节绳和变向滑轮组组成。调整角度时，拉动调节绳，同时对电磁锁止销通电，使其脱开调节齿盘，调节齿盘在调节绳的拉动下开始转动。当角度调节完成时，对电磁锁止销断电，电磁锁止销重新与调节齿盘啮合，完成调节。一个机械脉冲实现一个齿距角度的调整，调节齿盘的齿距决定跟踪精度，可在3°‑0.1°之间。采用调节绳的结构非常易于拓展。多台聚光器可按矩形网状安装分布，将每台聚光器的调节绳连接到主调节绳上，通过一套太阳定位系统的动力装置驱动主调节绳，即可控制所有跟踪器。因此，该跟踪机构能够用于联动跟踪的聚光器集热场，有效减少跟踪器所需动力装置，降低成本。

Description

一种机械脉冲式多台联动太阳能跟踪机构

所属技术领域

本发明为简化太阳能聚光器跟踪方式的装置，属于太阳能跟踪控制技术领域。具体地说，是一种利用齿盘和电磁锁止销实现脉冲式角度调节，并采用柔性非弹性绳传递拉力，通过滑轮组变向连接，将不同位置聚光器所需的调节拉力传递到总线，实现一套太阳定位系统的的动力装置联动控制多台聚光器进行角度跟踪调节。

背景技术

太阳能作为一种清洁、可再生的能源，已经广泛被开发利用。由于太阳辐射能量分布广，能流密度低，要利用太阳能产生较高温度的热能，必须使用到太阳能聚光器，然而太阳的位置实时在发生变化，为使聚光器你能有效的工作，太阳能跟踪机构是必不可少的。目前现有的太阳能跟踪，对于点聚焦聚光器通常采用双轴跟踪，一台聚光器需要两套电机同时控制调节太阳高度角和方位角，对线聚焦聚光器采用单轴跟踪，一台聚光器需要一套电机控制调节太阳高度角或方位角，而且每一个跟踪轴上都需要一套太阳定位系统的动力装置进行驱动，这在大面积建设集热场时会大大增加初始成本，更重要的是，在太阳能聚光器通常工作在野外环境中，风雨变换的环境很容易造成电机损坏，使得动力装置的故障几率大大提高，增加设备的维护成本。因此，如何降低聚光器跟踪机构的成本和提高工作可靠性是一个不可忽视的问题。这里提出一种采用机械锁合，通过柔性非弹性拉绳调节聚光器角度的跟踪方法，机械锁合方式稳定性高，不易损坏，柔性拉绳容易实现拓展，配合使用滑轮组即可将多个聚光器的跟踪调节绳连接到一起，通过一套太阳定位系统的动力装置即可联动控制多台聚光器进行角度调节跟踪，大大降低成本。

发明内容

本发明所采用的技术方案是：提出采用齿盘和电磁锁止销，实现脉冲式角度调节，并采用柔性非弹性绳传递拉力，通过滑轮组变向连接，将不同位置聚光器所需的调节拉力传递到总线，实现单个动力装置拉动多个聚光器进行调节。采用机械锁合，通过柔性非弹性拉绳调节聚光器角度的跟踪方法，机械锁合方式稳定性高，不易损坏，柔性拉绳容易实现拓展，配合使用滑轮组即可将多个聚光器的跟踪调节绳连接到一起，通过一套太阳定位系统的动力装置即可联动控制多台聚光器进行角度调节跟踪，大大降低成本。

有一个与聚光器刚性连接在一起的高度角调节齿盘(2)，高度角调节齿盘下方有电磁锁止销1(5)，高度角调节齿盘两边各有一根拉力调节绳，拉力调节绳通过滑轮组实现拉力方向改变。整个高度角调节机构与方位角旋转轴(11)连接在一起。方位角旋转轴上固定有绕线轮(12)和方位角旋转齿盘(17)，方位角旋转齿盘两边各固定一根拉力调节绳，拉力调节绳以不同方向绕过绕线轮，以控制不同转向。

利用下降调节绳(9)和上升调节绳(10)分别控制高度角调节的两个方向，当需要调节某一个方向角度时，拉动相应的调节绳，同时对电磁锁止销1(5)通电，电磁锁止销打开，当高度角齿盘调整一个齿对应的角度之后电磁锁止销断电，实现一个脉冲调节。

高度角调节结构固定在方位角旋转轴(11)上，方位角旋转轴通过角接触轴承(13)与底座(18)连接，方位角旋转轴上固定有方位角齿盘(17)，方位角齿盘两端固定有逆时针调节绳(15)和顺时针调节绳(16)，方位角齿盘一侧有电磁锁止销2(19)。当需要调节某一个方向角度时，拉动相应的调节绳，同时对电磁锁止销2通电，电磁锁止销打开，当方位角齿盘调整一个齿对应的角度之后电磁锁止销断电，实现一个脉冲调节。

下降调节绳(9)、上升调节绳(10)分别连接到下降调节总线(22)、上升调节总线(23)；逆时针调节绳(15)、顺时针调节绳(16)分别连接到逆时针调节总线(26)、顺时针调节总线(27)。如此一来，拉动总线即可联动控制调整多台分布在不同位置的聚光器角度。

高度角调节齿盘(2)和方位角旋转齿盘(17)的齿距可为3°-0.1°之间。

拉力调节绳可以是各种材料的线绳，也可以是各种形式的铰链绳。

电磁锁止销1(5)和电磁锁止销2(19)的执行机构可以是电磁元件，也可以是气动元件，也可以是其他执行元件。

附图说明

下面结合附图和实例对本发明进一步说明

图1是本发明的剖面图。

其中，1-碟式聚光器，2-高度角齿盘，3-高度角转轴，4-支座，5-齿盘锁合销1，6-压簧1，7-电磁铁1，8-三角滑轮组，9-下降调节绳1，10-上升调节绳2，11-方位角旋转轴，12-绕线轮，13-角接触轴承，14-变向滑轮组，15-逆时针调节绳1，16-顺时针调节绳2，17-方位角调节齿盘，18-底座，19-齿盘锁合销2，20-压簧2，21-电磁铁2。

图2是本发明的阵列式拓展方式图。

其中，22-下降调节总线，23-上升调节总线，24-高度角总线滑轮组，25-方位角总线滑轮组，26-逆时针调节总线，27-顺时针调节总线。

图3是本发明应用于单轴跟踪高度角的实施例图。

其中，28-线聚焦聚光器。

图4是本发明应用于单轴跟踪方位角的实施例图。

其中，29-大齿盘

具体实施方式

对图1，装置的分步运行原理解释如下：

碟式聚光器(1)需要同时调整高度角和方位角，才能准确跟踪太阳。高度角齿盘(2)与碟式聚光器(1)之间采用刚性连接，通过转动高度角齿盘(2)实现高度角调节。高度角齿盘(2)通过高度角转轴(3)与支座(4)连接，支座(4)与方位角旋转轴(11)刚性连接，可随之一起转动；高度角齿盘(2)的两端固定有柔软且非弹性的高度角调节绳，分别为下降调节绳(9)和上升调节绳(10)，下降调节绳(9)和上升调节绳(10)通过三角滑轮组(8)和变向滑轮组(14)从方位角旋转轴(11)的下方引出；高度角齿盘(2)的正下方有一个高度角齿盘锁合销(5)，高度角齿盘锁合销(5)在压簧1(6)的作用下处于常锁状态，高度角齿盘锁合销(5)的下方有一电磁铁(7)。当需要对碟式聚光器(1)的高度角进行升高调节时，拉动上升调节绳(10)，同时对电磁铁(7)通电，使其将高度角齿盘锁合销(5)吸合，高度角齿盘锁合销(5)脱离高度角齿盘(2)从而使高度角齿盘(2)在上升调节绳(10)的拉动下转动。角度调节完成后，对电磁铁(7)断电，高度角齿盘锁合销(5)再压簧1(6)的作用下重新与高度角齿盘(2)结合，锁止高度角齿盘(2)不再转动。反之，当需要对碟式聚光器(1)的高度角进行降低调节时，拉动下降调节绳(9)，同时对电磁铁(7)通电，使其将高度角齿盘锁合销(5)吸合，高度角齿盘锁合销(5)脱离高度角齿盘(2)从而使高度角齿盘(2)在下降调节绳(9)的拉动下转动。角度调节完成后，对电磁铁(7)断电，高度角齿盘锁合销(5)再压簧1(6)的作用下重新与高度角齿盘(2)结合，锁止高度角齿盘(2)不再转动。

碟式聚光器(1)的方位角调节由方位角齿盘(17)带动方位角旋转轴(11)完成。方位角旋转轴(11)通过角接触轴承(13)与底座(18)连接；方位角旋转轴(11)与方位角齿盘(17)与刚性连接，方位角齿盘(17)的上方有绕线轮(12)，同时，方位角旋转轴(11)与线轮(12)刚性连接。方位角齿盘(17)的两端固定有柔软且非弹性的方位角调节绳，分别为逆时针调节绳(15)和顺时针调节绳(16)，两根调节绳分别沿逆时针和顺时针绕过绕线轮(12)，逆时针调节绳(15)实现碟式聚光器(1)的由西向东逆时针转动，顺时针调节绳(16)实现碟式聚光器(1)的由东向西顺时针转动；方位角齿盘(17)一侧有方位角齿盘锁合销(19)，方位角齿盘锁合销(19)在压簧2(20)的作用下处于常锁状态，方位角齿盘锁合销(19)的一端有一电磁铁(21)。当需要对碟式聚光器(1)的方位进行逆时针转动时，拉动逆时针调节绳(15)，同时对电磁铁(21)通电，使其将方位角齿盘锁合销(19)吸合，方位角齿盘锁合销(19)脱离方位角齿盘(17)从而使方位角齿盘(17)在逆时针调节绳(15)的拉动下，带动方位角旋转轴(11)转动。角度调节完成后，对电磁铁(21)断电，方位角齿盘锁合销(19)再压簧2(20)的作用下重新与方位角齿盘(17)结合，锁止方位角齿盘(17)不在转动。反之，当需要对碟式聚光器(1)的方位角进行顺时针调节时，拉动顺时针调节绳(16)，同时对电磁铁(21)通电，使其将方位角齿盘锁合销(19)吸合，方位角齿盘锁合销(19)脱离方位角齿盘(17)从而使方位角齿盘(17)在顺时针节绳(16)的拉动下带动方位角旋转轴(11)转动。角度调节完成后，对电磁铁(21)断电，方位角齿盘锁合销(19)再压簧2(20)的作用下重新与方位角齿盘(17)结合，锁止方位角齿盘(17)不再转动。

对图2，进行本发明的阵列式拓展方式进行说明。

碟式聚光器(1)的分布按照矩形网格分布，网格的横向为高度角调节总线，包括下降调节总线(22)和上升调节总线(23)，每台聚光器的下降调节绳(9)和上升调节绳(10)都连接在相应的高度角调节总线上，高度角调节总线通过高度角总线滑轮组(24)实现方向控制，各个节点的拉力最终归结到一个发力点。网格的纵向为方位角调节总线，包括逆时针调节总线(26)和顺时针节总线(27)，每台聚光器的逆时针调节绳(15)和顺时针调节绳(16)都连接在相应的方位角调节总线上，方位角调节总线通过方位角总线滑轮组(25)实现方向控制，同样，各个节点的拉力最终归结到一个发力点。这样一来，所有聚光器的高度角和方位角调节分别只需要一台有太阳定位系统的动力装置即可，大大降低了控制系统成本。

对图3，进行本发明应用于单轴跟踪高度角的实施例进行说明。

线聚焦聚光器(28)需要采用单轴跟踪调节，此时，只需要高度角调节机构的部分零部件即可。当线聚焦聚光器(28)的安装方式为东-西向，需要进行高度角调节跟踪，此时，拉动上升调节绳(10)，同时对电磁铁(7)通电，使其将高度角齿盘锁合销(5)吸合，高度角齿盘锁合销(5)脱离高度角齿盘(2)从而使高度角齿盘(2)在上升调节绳(10)的拉动下转动。角度调节完成后，对电磁铁(7)断电，高度角齿盘锁合销(5)再压簧1(6)的作用下重新与高度角齿盘(2)结合，锁止高度角齿盘(2)不再转动。反之，拉动下降调节绳(10)可完成高度角降低调节。

对图4，进行本发明应用于单轴跟踪方位角的实施例进行说明。

当线聚焦聚光器(28)的安装方式为南-北方向，需要进行方位角调节跟踪，此时，由于调节角度范围大，需要采用转动角度范围更大的大齿盘(29)作为调节齿盘。当由东向西跟踪太阳时，拉动逆时针调节绳(15)，同时对电磁铁(7)通电，使其将齿盘锁合销(5)吸合，齿盘锁合销(5)脱离大齿盘(29)从而使大齿盘(29)在逆时针调节绳(15)的拉动下转动。角度调节完成后，对电磁铁(7)断电，齿盘锁合销(5)在压簧1(6)的作用下重新与大角齿盘(29)结合，锁止大齿盘(29)不再转动。反之，当每日工作完需要由西向东转动时，拉动顺时针调节绳(16)，重复上述操作即可。

Claims (8)

1.一种机械脉冲式多台联动的太阳能跟踪机构，其特点是：有一个与聚光器刚性连接在一起的高度角调节齿盘(2)，高度角调节齿盘下方有电磁锁止销1(5)，高度角调节齿盘两边各有一根拉力调节绳，拉力调节绳通过滑轮组实现拉力方向改变。整个高度角调节机构与方位角旋转轴(11)连接在一起。方位角旋转轴上固定有绕线轮(12)和方位角旋转齿盘(17)，方位角旋转齿盘两边各固定一根拉力调节绳，拉力调节绳以不同方向绕过绕线轮，以控制不同转向。

2.根据权利要求1所述的一种机械脉冲式多台联动太阳能跟踪机构，其特征是：利用下降调节绳(9)和上升调节绳(10)分别控制高度角调节的两个方向，当需要调节某一个方向角度时，拉动相应的调节绳，同时对电磁锁止销1(5)通电，电磁锁止销打开，当高度角齿盘调整一个齿对应的角度之后电磁锁止销断电，实现一个脉冲调节。

3.根据权利要求1所述的一种机械脉冲式多台联动太阳能跟踪机构，其特征是：高度角调节结构固定在方位角旋转轴(11)上，方位角旋转轴通过角接触轴承(13)与底座(18)连接，方位角旋转轴上固定有方位角齿盘(17)，方位角齿盘两端固定有逆时针调节绳(15)和顺时针调节绳(16)，方位角齿盘一侧有电磁锁止销2(19)。当需要调节某一个方向角度时，拉动相应的调节绳，同时对电磁锁止销2通电，电磁锁止销打开，当方位角齿盘调整一个齿对应的角度之后电磁锁止销断电，实现一个脉冲调节。

4.根据权利要求1所述的一种机械脉冲式多台联动太阳能跟踪机构，其特征是：下降调节绳(9)、上升调节绳(10)分别连接到下降调节总线(22)、上升调节总线(23)；逆时针调节绳(15)、顺时针调节绳(16)分别连接到逆时针调节总线(26)、顺时针调节总线(27)。如此一来，拉动总线即可联动控制调整多台分布在不同位置的聚光器角度。

5.根据权利要求1所述的一种机械脉冲式多台联动太阳能跟踪机构，其特征是：高度角调节齿盘(2)和方位角旋转齿盘(17)的齿距可为3°-0.1°之间。

6.根据权利要求1所述的一种机械脉冲式多台联动太阳能跟踪机构，其特征是：拉力调节绳可以是各种材料的线绳，也可以是各种形式的铰链绳。

7.根据权利要求1所述的一种机械脉冲式多台联动太阳能跟踪机构，其特征是：电磁锁止销1(5)和电磁锁止销2(19)的执行机构可以是电磁元件，也可以是气动元件，也可以是其他执行元件。

8.根据权利要求1所述的一种机械脉冲式多台联动太阳能跟踪机构，其特征是：传递拉力的调节绳(9)(10)(15)和(16)可以是弹簧、电磁铁等元器件。