CN111984037B - 一种定日镜驱动装置及定日镜 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种定日镜驱动装置，包括：万向轴、第一动力子系统、第二动力子系统；万向轴包括第一转动片、第二转动片、第一旋转轴、第二旋转轴；第一转动片成环状，通过第一旋转轴与定日镜立柱连接，第二转动片成环状且其内径略大于第一转动片的外径，第一转动片位于第二转动片内，第二转动片通过第二旋转轴与第一转动片连接；第一旋转轴与第二旋转轴正交，当第一转动片围绕第一旋转轴转动时，第一转动片带动第二转动片一同旋转，当第二转动片围绕第二旋转轴转动时，第二转动片独自转动；第一动力子系统位于第二旋转轴所在垂直面上，第二动力子系统位于第一旋转轴所在垂直面上，第一动力子系统与第二动力子系统相配合，实现定日镜镜面转动。

Description

一种定日镜驱动装置及定日镜

技术领域

本发明涉及机械领域，特别涉及一种定日镜驱动装置及定日镜。

背景技术

在绿色减排已经成为大势所趋的今天，太阳能作为一种清洁、无污染、取之不尽用之不竭的绿色能源已经被人们广泛利用，成为新能源的主流。太阳能热利用是太阳能利用的典型方式。

太阳能热发电是太阳能热利用的一种主要利用方式，它的原理是利用大面积的镜面将太阳辐射能量反射到集热器上，集热器将太阳辐射能转换成热能，并通过热力循环过程进行发电。太阳能热发电具有一系列明显优点。首先，其全生命周期的碳排放量非常低，根据国外研究仅有18g/kWh。另外，太阳能热发电还具有非常强的与现有火电站及电网系统的相容性优势。

太阳能热发电技术主要有以下四种：槽式聚光热发电、塔式聚光热发电、碟式聚光热发电和菲涅尔式聚光热发电。槽式聚光热发电、塔式聚光热发电是目前应用最为广泛的两种太阳能热发电方式。

塔式太阳能热电站包括聚光镜场、吸热器、储能罐、常规岛等，其中的聚光镜场将太阳光反射到吸热器上，吸热器内的传热介质吸收太阳光热后被传输到常规岛，由常规岛中的发电设备将热能转换为电能。当热能有多余时，可将热能储存在储能罐中，待需要时再将储能罐中的热能转换为电能。

定日镜是聚光镜场的主要设备，是将太阳的光线反射到固定方向的光学装置。定日镜通常由反射镜、反射镜支撑件、桁架结构、控制系统、驱动装置、立柱和基础等多个部件组成。其中，驱动装置用于带动反射镜转动，使得反射镜所反射的太阳光能照射到指定的方向与位置。

在现有技术中已经提出了多种结构的驱动装置，图1为一种典型的定日镜驱动装置的结构示意图。如图所示，在一个定日镜中，驱动装置的转动连接结构安装在立柱1的顶端，在该驱动装置的带动下，定日镜镜面2向指定方向发生转动。具体的说，该驱动装置包括第一旋转轴3、第二旋转轴4，所述第一旋转轴3与第二旋转轴4之间正交安装，其中所述第一旋转轴3位于第二旋转轴4之上。该驱动装置还包括有两个相互独立的拉杆：第一驱动拉杆5、第二驱动拉杆6；其中第一驱动拉杆5用于驱动镜面2围绕第一旋转轴3转动，第二驱动拉杆6用于驱动镜面2围绕第二旋转轴4转动。第一驱动拉杆5与第二驱动拉杆6相互独立，第一驱动拉杆5布置在第二驱动拉杆6之上且所述第一驱动拉杆5位于第一旋转轴3和第二旋转轴4之间。这一结构特点使得整个驱动装置的结构重量和转动惯量都很大，在驱动时需要较大的推杆力。需要较大推杆力的这一要求又使得驱动装置在生产制造时必须对材料和一些元器件有很高的工艺要求，大大拉高了驱动装置的成本。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的定日镜驱动装置结构重量和转动惯量都很大，从而造成较高制造成本的缺陷，从而提供一种结构重量与转动惯量有明显降低的驱动装置。

为了实现上述目的，本发明提供了一种定日镜驱动装置，包括：万向轴21、第一动力子系统、第二动力子系统；其中，

所述万向轴21包括第一转动片211、第二转动片212、第一旋转轴213、第二旋转轴214；所述第一转动片211成环状，第一转动片211通过第一旋转轴213与定日镜立柱的柱头24连接，所述第二转动片212成环状且其内径略大于所述第一转动片211的外径，所述第一转动片211位于所述第二转动片212内，所述第二转动片212通过所述第二旋转轴214与所述第一转动片212连接；所述第一旋转轴213与第二旋转轴214正交，当所述第一转动片211围绕第一旋转轴213转动时，所述第一转动片211带动第二转动片212一同旋转，当所述第二转动片212围绕所述第二旋转轴214转动时，所述第一转动片211不动，所述第二转动片212独自转动；

所述第一动力子系统位于所述第二旋转轴214所在的垂直面上，所述第二动力子系统位于所述第一旋转轴213所在的垂直面上，所述第一动力子系统与所述第二动力子系统相配合，用于实现定日镜镜面围绕万向轴21的转动。

上述技术方案中，所述第一动力子系统为第一拉杆22，所述第二动力子系统为第二拉杆23；其中，

所述第一拉杆22的一端安装在定日镜的立柱上，其另一端通过第二万向轴25安装在定日镜的镜面背板上，且这两端均处于所述第二旋转轴214所在的垂直面上；所述第二拉杆23的一端安装在定日镜的立柱26上，其另一端通过万向轴安装在定日镜的镜面背板上，且这两端均处于第一旋转轴213所在的垂直面上。

上述技术方案中，当所述第一拉杆22在控制下运动时，所述第一转动片211围绕所述第一旋转轴213转动，第二拉杆23与镜面背板相连接的点的位置保持不变，所述第二拉杆23的长度不会发生变化，所述第二拉杆23不会有运动；

当所述第二拉杆23在控制下运动时，所述第二转动片212围绕第二旋转轴214转动，所述第一拉杆22与镜面背板相连接的点沿圆形转动，该圆半径及连接点所处圆上角度与沿所述第一旋转轴213转动角度和沿所述第二旋转轴214转动角度相关，根据所述第一旋转轴213、第二旋转轴214当前角度调整所述第一旋转轴213所对应第一拉杆22的长度以适应所述第二旋转轴214的角度变化。

上述技术方案中，所述第一动力子系统包括第一拉索41、第二拉索42，所述第二动力子系统包括第三拉索43、第四拉索44；其中，

所述第一拉索41的一端穿过定日镜立柱上的套孔进而安装在定日镜的底座上，另一端安装在定日镜的镜面背板上，在定日镜镜柱的相对侧，所述第二拉索42的一端穿过定日镜立柱上的套孔进而安装在定日镜的底座上，另一端则安装在定日镜的镜面背板上，所述第一拉索41、第二拉索42均处于所述第二旋转轴214所在的垂直面上；

所述第三拉索43的一端穿过定日镜立柱上的套孔进而安装在定日镜的底座上，另一端则安装在定日镜的镜面背板上，在定日镜镜柱的相对侧，所述第四拉索44的一端穿过定日镜立柱上的套孔进而安装在定日镜的底座上，另一端则安装在定日镜的镜面背板上，所述第三拉索43、第四拉索44均处于第一旋转轴213所在的垂直面上。

上述技术方案中，当所述第一拉索41、第二拉索42在控制下运动，所述第一转动片211围绕所述第一旋转轴213转动，所述第三拉索43、第四拉索44与镜面背板相连接的点的位置保持不变，第三拉索43、第四拉索44的长度不会发生变化，第三拉索43、第四拉索44不会有运动；

当第三拉索43、第四拉索44在控制下运动时，所述第二转动片212围绕所述第二旋转轴214转动，第一拉索41、第二拉索42与镜面背板相连接的点将沿圆形转动，该圆半径及连接点所处圆上角度与沿第一旋转轴213转动角度和沿第二旋转轴214转动角度相关，根据第一旋转轴213、第二旋转轴214当前角度调整第一旋转轴213所对应第一拉索41、第二拉索42的长度以适应第二旋转轴214的角度变化。

本发明还提供了一种定日镜，该定日镜采用了所述定日镜驱动装置。

本发明的优点在于：

本发明的定日镜驱动装置较现有技术中的驱动装置在结构上有极大的简化，可以大大降低整个驱动装置的结构重量以及转动惯量，因此对拉杆的拉力需求也大大降低。

附图说明

图1是现有技术中一种典型的定日镜驱动装置的结构示意图；

图2是本发明的定日镜驱动装置在一个实施例中的结构示意图；

图3是本发明的定日镜驱动装置中的万向轴装配在镜面上的示意图；

图4是本发明的定日镜驱动装置中的万向轴的透视图；

图5是本发明的定日镜驱动装置在另一个实施例中的结构示意图；

图6是本发明的定日镜驱动装置的旋转轴与现有定日镜驱动装置的旋转轴之间的比较图。

图面说明

1 立柱 2 定日镜镜面

3 第一旋转轴 4 第二旋转轴

5 第一拉杆 6 第二拉杆

21 万向轴 22 第一拉杆

23 第二拉杆 24 定日镜立柱柱头

25 第二万向轴 26 定日镜立柱

27 定日镜底座 211 第一转动片

212 第二转动片 213 第一旋转轴

214 第二旋转轴

具体实施方式

现结合附图对本发明作进一步的描述。

在一个实施例中，参考图2、图3和图4，本发明的定日镜驱动装置包括：万向轴21、第一拉杆22、第二拉杆23；其中，所述万向轴21包括第一转动片211、第二转动片212、第一旋转轴213、第二旋转轴214；所述第一转动片211成环状，第一转动片211通过第一旋转轴213与定日镜立柱的柱头24连接，所述第二转动片212成环状且其内径略大于第一转动片211的外径，第一转动片211位于第二转动片212内，第二转动片212通过第二旋转轴214与第一转动片212连接。如图4所示，所述第一旋转轴213与第二旋转轴214正交，当第一转动片211围绕第一旋转轴213转动时，第一转动片211带动第二转动片212一同旋转，当第二转动片212围绕第二旋转轴214转动时，第一转动片211不动，第二转动片212独自转动。

所述第一拉杆22的一端安装在定日镜的立柱上，其另一端通过第二万向轴25安装在定日镜的镜面背板上，且这两端均处于第二旋转轴214所在的垂直面上；所述第二拉杆23的一端安装在定日镜的立柱26上，其另一端通过万向轴安装在定日镜的镜面背板上，且这两端均处于第一旋转轴213所在的垂直面上。所述第一拉杆22与第二拉杆23均具有动力机构(未在图中示出)，通过该动力机构可调节拉杆自身长度，进而实现对定日镜镜面的推或拉等操作。

在图1所示的现有定日镜中，采用传统的俯仰-侧滚跟踪方式，在该跟踪方式下，定日镜的姿态描述拆分为“俯仰角”和“侧滚角”两个分量，这两个分量由驱动装置中的第一拉杆5、第二拉杆6分别控制、相互独立，分别通过第一旋转轴3、第二旋转轴4的转动来实现俯仰角或侧滚角的变化。采用本发明的驱动装置后，由于驱动装置结构的变化，使得定日镜的跟踪方式也产生了相应的变化：定日镜在旋转时，两个旋转轴之间不再是相互独立的，而是存在一定的联动关系。具体的，当第一拉杆22在控制下运动时，第一转动片211围绕第一旋转轴213转动，第二拉杆23与镜面背板相连接的点(即用于带动第二旋转轴214的点)的位置保持不变，因此第二拉杆23的长度不会发生变化，第二拉杆23不会有运动；当第二拉杆23在控制下运动时，第二转动片212围绕第二旋转轴214转动，如图3所示，第一拉杆22与镜面背板相连接的点(即用于带动第一旋转轴213的点)将沿圆形转动，该圆半径及连接点所处圆上角度与沿第一旋转轴213转动角度和沿第二旋转轴214转动角度相关，该变化存在唯一确定的变化关系，因此可以根据沿第一旋转轴213、第二旋转轴214当前角度调整第一旋转轴213所对应第一拉杆22的长度以适应第二旋转轴214的角度变化。

在另一个实施例中，参考图5，本发明的定日镜驱动装置包括：万向轴21、第一拉索41、第二拉索42、第三拉索43、第四拉索44；即用拉索替换前一实施例中所提到的拉杆。由于拉杆本身既可以向定日镜镜面施加推力，也可以施加拉力，而拉索只能向定日镜镜面施加拉力，因此在本实施例中需要用四根拉索来替换前一实施例中的两根拉杆。一根拉索的一端可穿过定日镜立柱上的套孔进而安装在定日镜的底座上，另一端安装在定日镜的镜面背板上。两根拉索组成一对，分别位于定日镜镜柱的两侧且均处于同一旋转轴所在的垂直面内。例如，所述第一拉索41、第二拉索42组成一对，第一拉索41的一端可穿过定日镜立柱上的套孔进而安装在定日镜的底座上，另一端安装在定日镜的镜面背板上，在定日镜镜柱的相对侧，第二拉索42的一端可穿过定日镜立柱上的套孔进而安装在定日镜的底座上，另一端则安装在定日镜的镜面背板上，第一拉索41、第二拉索42均处于第二旋转轴214所在的垂直面上。第三拉索43、第四拉索44组成一对，第三拉索43的一端可穿过定日镜立柱上的套孔进而安装在定日镜的底座上，另一端则安装在定日镜的镜面背板上，在定日镜镜柱的相对侧，第四拉索44的一端可穿过定日镜立柱上的套孔进而安装在定日镜的底座上，另一端则安装在定日镜的镜面背板上，第三拉索43、第四拉索44均处于第一旋转轴213所在的垂直面上。

在该实施中，万向轴21的结构与前一实施例并无不同，因此不对其技术细节做重复描述。

安装有该驱动装置的定日镜在跟踪时，当第一拉索41、第二拉索42在控制下运动，第一转动片211围绕第一旋转轴213转动，第三拉索43、第四拉索44与镜面背板相连接的点(即用于带动第二旋转轴214的点)的位置保持不变，因此第三拉索43、第四拉索44的长度不会发生变化，第三拉索43第四拉索44不会有运动；当第三拉索43、第四拉索44在控制下运动时，第二转动片212围绕第二旋转轴214转动，如图3所示，第一拉索41、第二拉索42与镜面背板相连接的点(即用于带动第一旋转轴213的点)将沿圆形转动，该圆半径及连接点所处圆上角度与沿第一旋转轴213转动角度和沿第二旋转轴214转动角度相关，该变化存在唯一确定的变化关系，因此可以根据沿第一旋转轴213、第二旋转轴214当前角度调整第一旋转轴213所对应第一拉索41、第二拉索42的长度以适应第二旋转轴214的角度变化。

图6是本发明的定日镜驱动装置的旋转轴与现有定日镜驱动装置的旋转轴之间的比较图，如图6的左侧所示，在本发明的定日镜驱动装置中，第一旋转轴213、第二旋转轴214处于同一高度，而在图6右侧所示的现有定日镜驱动装置中，第一旋转轴3位于第二旋转轴4之上，由此可见，在本发明的定日镜驱动装置中，驱动装置的旋转轴及轴连接结构整体上较现有的驱动装置有显著降低，这就有效降低了驱动装置的转动惯量，在对定日镜做驱动时只要较小的推力或拉力，在选用拉杆时可采用材料要求较低、制造工艺较为简单的拉杆，甚至可采用拉索来实现对定日镜的拉动。最终达到降低驱动装置成本的目的。

综上所述，本发明的定日镜驱动装置较现有技术中的驱动装置在结构上有极大的简化，可以大大降低整个驱动装置的结构重量以及转动惯量，因此对拉杆的拉力需求也大大降低。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种定日镜驱动装置，其特征在于，包括：万向轴(21)、第一动力子系统、第二动力子系统；其中，

所述万向轴(21)包括第一转动片(211)、第二转动片(212)、第一旋转轴(213)、第二旋转轴(214)；所述第一转动片(211)成环状，第一转动片(211)通过第一旋转轴(213)与定日镜立柱的柱头(24)连接，所述第二转动片(212)成环状且其内径略大于所述第一转动片(211)的外径，所述第一转动片(211)位于所述第二转动片(212)内，所述第二转动片(212)通过所述第二旋转轴(214)与所述第一转动片(211)连接；所述第一旋转轴(213)与第二旋转轴(214)正交，当所述第一转动片(211)围绕第一旋转轴(213)转动时，所述第一转动片(211)带动第二转动片(212)一同旋转，当所述第二转动片(212)围绕所述第二旋转轴(214)转动时，所述第一转动片(211)不动，所述第二转动片(212)独自转动；

所述第一动力子系统位于所述第二旋转轴(214)所在的垂直面上，所述第二动力子系统位于所述第一旋转轴(213)所在的垂直面上，所述第一动力子系统与所述第二动力子系统相配合，用于实现定日镜镜面围绕万向轴(21)的转动。

2.根据权利要求1所述的定日镜驱动装置，其特征在于，所述第一动力子系统为第一拉杆(22)，所述第二动力子系统为第二拉杆(23)；其中，

所述第一拉杆(22)的一端安装在定日镜的立柱上，其另一端通过第二万向轴(25)安装在定日镜的镜面背板上，且这两端均处于所述第二旋转轴(214)所在的垂直面上；所述第二拉杆(23)的一端安装在定日镜的立柱(26)上，其另一端通过万向轴安装在定日镜的镜面背板上，且这两端均处于第一旋转轴(213)所在的垂直面上。

3.根据权利要求2所述的定日镜驱动装置，其特征在于，当所述第一拉杆(22)在控制下运动时，所述第一转动片(211)围绕所述第一旋转轴(213)转动，第二拉杆(23)与镜面背板相连接的点的位置保持不变，所述第二拉杆(23)的长度不会发生变化，所述第二拉杆(23)不会有运动；

当所述第二拉杆(23)在控制下运动时，所述第二转动片(212)围绕第二旋转轴(214)转动，所述第一拉杆(22)与镜面背板相连接的点沿圆形转动，该圆半径及连接点所处圆上角度与沿所述第一旋转轴(213)转动角度和沿所述第二旋转轴(214)转动角度相关，根据所述第一旋转轴(213)、第二旋转轴(214)当前角度调整所述第一旋转轴(213)所对应第一拉杆(22)的长度以适应所述第二旋转轴(214)的角度变化。

4.根据权利要求1所述的定日镜驱动装置，其特征在于，所述第一动力子系统包括第一拉索(41)、第二拉索(42)，所述第二动力子系统包括第三拉索(43)、第四拉索(44)；其中，

所述第一拉索(41)的一端穿过定日镜立柱上的套孔进而安装在定日镜的底座上，另一端安装在定日镜的镜面背板上，在定日镜镜柱的相对侧，所述第二拉索(42)的一端穿过定日镜立柱上的套孔进而安装在定日镜的底座上，另一端则安装在定日镜的镜面背板上，所述第一拉索(41)、第二拉索(42)均处于所述第二旋转轴(214)所在的垂直面上；

所述第三拉索(43)的一端穿过定日镜立柱上的套孔进而安装在定日镜的底座上，另一端则安装在定日镜的镜面背板上，在定日镜镜柱的相对侧，所述第四拉索(44)的一端穿过定日镜立柱上的套孔进而安装在定日镜的底座上，另一端则安装在定日镜的镜面背板上，所述第三拉索(43)、第四拉索(44)均处于第一旋转轴(213)所在的垂直面上。

5.根据权利要求4所述的定日镜驱动装置，其特征在于，当所述第一拉索(41)、第二拉索(42)在控制下运动，所述第一转动片(211)围绕所述第一旋转轴(213)转动，所述第三拉索(43)、第四拉索(44)与镜面背板相连接的点的位置保持不变，第三拉索(43)、第四拉索(44)的长度不会发生变化，第三拉索(43)、第四拉索(44)不会有运动；

当第三拉索(43)、第四拉索(44)在控制下运动时，所述第二转动片(212)围绕所述第二旋转轴(214)转动，第一拉索(41)、第二拉索(42)与镜面背板相连接的点将沿圆形转动，该圆半径及连接点所处圆上角度与沿第一旋转轴(213)转动角度和沿第二旋转轴(214)转动角度相关，根据第一旋转轴(213)、第二旋转轴(214)当前角度调整第一旋转轴(213)所对应第一拉索(41)、第二拉索(42)的长度以适应第二旋转轴(214)的角度变化。

6.一种定日镜，其特征在于，该定日镜采用了所述权利要求1-5之一的定日镜驱动装置。