基于曲轴连杆传动的单轴/双轴太阳能跟踪装置的制作方法

本发明涉及一种太阳能的跟踪装置，尤其涉及一种基于曲轴连杆传动的单轴/双轴太阳能跟踪装置。

背景技术：

现有的太阳能单轴跟踪装置，一般只能在平整的场地安装，且各个跟踪单元之间串联的方向必须在东西向的轴线上，限制了应用范围或增加了施工成本；而现有的太阳能双轴跟踪装置，都是采用两套驱动装置分别驱动高度角和方位角的跟踪，且各个跟踪单元都独立工作，这就大大增加了成本。

技术实现要素：

针对上述不足，本发明提供一种基于曲轴连杆传动的单轴/双轴太阳能跟踪装置。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：一种基于曲轴连杆传动的单轴太阳能跟踪装置，它由多个单轴跟踪单元依次排列连接而成，所述单轴跟踪单元包括立柱，在立柱上铰接有第一曲轴，在其中一个单轴跟踪单元上安装有第一蜗轮蜗杆减速机和驱动机构，驱动机构驱动第一蜗轮蜗杆减速机，第一蜗轮蜗杆减速机输出端与第一曲轴同轴固定连接，相邻两个单轴跟踪单元的第一曲轴通过连杆连接，在立柱上球铰接有组件支撑架，铰接点为a，组件支撑架通过第一曲柄连杆机构与第一曲轴相连，所述组件支撑架上固定有光伏组件。

进一步的，所述第一曲柄连杆机构包括链轮、滚子链盘和传动杆，所述链轮与第一曲轴同轴固定连接，滚子链盘铰接在立柱上，铰接点为b，传动杆的一端与滚子链盘球铰接，铰接点为c，传动杆的另一端与组件支撑架球铰接，铰接点为d，链轮与滚子链盘啮合传动。

进一步的，铰接点bc之间的距离L1小于铰接点ad之间的距离L2。

本发明的另一目的是一种基于曲轴连杆传动的双轴太阳能跟踪装置，其特征在于，它由多个双轴跟踪单元矩形阵列排布连接而成，所述双轴跟踪单元包括立柱，在立柱上铰接有第一曲轴，在其中一南北列上的所有双轴跟踪单元上安装有第一蜗轮蜗杆减速机，第一蜗轮蜗杆减速机输出端与第一曲轴同轴固定连接，第一曲轴同轴固定连接有第二曲轴，第一蜗轮蜗杆减速机输入端同轴固定连接有第三曲轴，在该南北列上的一个双轴跟踪单元上安装有驱动机构，驱动机构驱动第一蜗轮蜗杆减速机，在该南北列上相邻两个双轴跟踪单元的第三曲轴通过连杆连接；在东西列上相邻两个双轴跟踪单元的第一曲轴通过连杆连接；在立柱上铰接有旋转支撑架，铰接点为i，旋转支撑架通过第一曲柄连杆机构与第一曲轴相连，旋转支撑架上铰接有第四曲轴和组件支撑架，组件支撑架的铰接点为e，第四曲轴通过第二曲柄连杆机构与组件支撑架相连，第四曲轴和第二曲轴通过连杆相连，所述组件支撑架上固定有光伏组件。

进一步的，所述第一曲柄连杆机构和第二曲柄连杆机构结构相同，均包括链轮、滚子链盘和传动杆；在所述旋转支撑架通过第一曲柄连杆机构与第一曲轴相连时，所述链轮与第一曲轴同轴固定连接，滚子链盘铰接在立柱上，铰接点为j，传动杆的一端与滚子链盘球铰接，铰接点为k，传动杆的另一端与旋转支撑架球铰接，铰接点为l，链轮与滚子链盘啮合传动；在所述第四曲轴通过第二曲柄连杆机构与组件支撑架相连时，第四曲轴与第二曲柄连杆机构之间连接有换向器，所述换向器包括主动锥齿轮和从动锥齿轮，从动锥齿轮铰接在旋转支撑架上，所述主动锥齿轮与第四曲轴同轴固定连接，从动锥齿轮与链轮同轴固定连接，滚子链盘铰接在旋转支撑架上，铰接点为f，传动杆的一端与滚子链盘球铰接，铰接点为g，传动杆的另一端与组件支撑架球铰接，铰接点为h，链轮与滚子链盘啮合传动。

进一步的，铰接点fg之间的距离L3小于铰接点he之间的距离L4；铰接点jk之间的距离L5小于铰接点ie之间的距离L6。

进一步的，所述第四曲轴和第二曲轴通过连杆相连，其传动比为1；在第一曲柄连杆机构中，链轮和滚子链盘的传动比为i1，在第二曲柄连杆机构中，链轮和滚子链盘的传动比为i2，i1和i2的比值为1:2。

进一步的，所述驱动机构包括电机和第二蜗轮蜗杆减速机，电机驱动第二蜗轮蜗杆减速机转动。

进一步的，所述滚子链盘包括圆盘、滚子和铆钉，所述滚子通过铆钉均匀铰接在圆盘的圆周上。

进一步的，所述连杆由两个杆端关节轴承、两个双头螺柱和一个螺纹套管组成，两个双头螺柱通过螺纹套管相连接，每根双头螺柱的外端部连接一个杆端关节轴承。

本发明的有益效果如下：太阳能单轴跟踪装置由多个跟踪单元联动组成，采用一套驱动装置即可驱动所有跟踪单元实现对太阳方位角的跟踪，且地形适应性强，在不平整和不规则边界的场地均可正常安装，安装成本低、适用范围广；太阳能双轴跟踪装置由多个跟踪单元矩形阵列联动组成，采用一套驱动装置即可驱动所有跟踪单元实现对太阳高度角和太阳方位角的同时跟踪，生产及安装成本低。

附图说明

图1为本发明实施例1的整体结构示意图；

图2为本发明实施例1的单轴跟踪单元结构示意图；

图3为本发明实施例1的组件支撑架安装在立柱上的爆炸示意图；

图4为本发明实施例1的组件支撑架安装在立柱上的装配示意图；

图5为本发明实施例的滚子链盘的安装示意图；

图6为本发明实施例1的跟踪太阳方位角示意图；

图7为本发明实施例1的滚子链盘与链轮啮合的示意图；

图8为本发明实施例的连杆结构示意图；

图9为本发明实施例2的整体结构示意图；

图10为本发明实施例2的双轴跟踪单元结构示意图；

图11为本发明实施例2的滚子链盘与链轮啮合结构示意图；

图12为本发明实施例2的换向器结构示意图；

图13为本发明实施例2的跟踪太阳高度角示意图；

图14为本发明实施例2的跟踪太阳方位角示意图；

图中：立柱1、第一曲轴2、第一蜗轮蜗杆减速机3、驱动机构4、连杆5、组件支撑架6、第一曲柄连杆机构7、光伏组件8、第三曲轴9、旋转支撑架10、第二曲轴11、第二曲柄连杆机构12、换向器13、螺栓14、第一挡圈15、关节轴承16、第二挡圈17、平垫圈18、弹簧垫圈19、螺母20、轴承固定板21、第四曲轴22、主动锥齿轮131、从动锥齿轮132、电机401、第二蜗轮蜗杆减速机402、杆端关节轴承501、双头螺柱502、螺纹套管503、链轮701、滚子链盘702、传动杆703、圆盘7021、滚子7022、铆钉7023、第三曲轴901。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。

实施例1：

如图1-2所示，一种基于曲轴连杆传动的单轴太阳能跟踪装置，它由多个执行跟踪太阳方位角工作的单轴跟踪单元依次排列连接而成，所述单轴跟踪单元包括立柱1，在立柱1上铰接有第一曲轴2，在其中一个单轴跟踪单元上安装有第一蜗轮蜗杆减速机3和驱动机构4，驱动机构4驱动第一蜗轮蜗杆减速机3，第一蜗轮蜗杆减速机3与第一曲轴2相连，驱动第一曲轴2转动，所述驱动机构4包括电机401和第二蜗轮蜗杆减速机402，电机401驱动第二蜗轮蜗杆减速机402转动，第二蜗轮蜗杆减速机402与第一蜗轮蜗杆减速机3相连；相邻两个单轴跟踪单元的第一曲轴2通过连杆5连接，实现同步运动；在立柱1上球铰接有组件支撑架6，铰接点为a，组件支撑架6通过第一曲柄连杆机构7与第一曲轴2相连，所述组件支撑架6上固定有光伏组件8。

所述驱动机构4包括电机401和第二蜗轮蜗杆减速机402，电机401驱动第二蜗轮蜗杆减速机402转动。

如图3和4所示，组件支撑架6通过螺栓14、第一挡圈15、关节轴承16、第二挡圈17、平垫圈18、弹簧垫圈19、螺母20、轴承固定板21连接与在立柱1上，立柱1固定不动，轴承固定板21与立柱1固定安装，关节轴承16与轴承固定板21固定安装，螺栓14依次穿过第一挡圈15、关节轴承16、第二挡圈17、平垫圈18和弹簧垫圈19与螺母20连接，从而将组件支撑架6连接在轴承固定板21上；此时，组件支撑架6即可以关节轴承16为轴心转动。基于关节轴承具有调心功能的特性，且传动杆703两端与滚子链盘702和组件支撑架6连接处采用的杆端关节轴承也具有调心功能的特性，使滚子链盘702可以带动组件支撑架6与立柱1成一定夹角做转动。这种工作原理的特点是两个同步运动的滚子链盘702带动的两个组件支撑架可以不在同一轴线上转动，提高跟踪装置在不规则地形上安装使用的能力。

如图7所示，所述第一曲柄连杆机构7包括链轮701、滚子链盘702和传动杆703，所述链轮701与第一曲轴2同轴固定连接，滚子链盘702铰接在立柱1上，铰接点为b，传动杆703的一端与滚子链盘702球铰接，铰接点为c，传动杆703的另一端与组件支撑架6球铰接，铰接点为d，链轮701与滚子链盘702啮合传动。链轮701与第一曲轴2同轴固定连接，在第一曲轴2转动的同时链轮701带动滚子链盘702转动，滚子链盘702通过传动杆703将运动传递给组件支撑架6，从而带动固定在组件支撑架6上的光伏组件8实现追踪太阳方位角的运动。

如图5所示，所述滚子链盘702包括圆盘7021、滚子7022和铆钉7023，所述滚子7022通过铆钉7023均匀铰接在圆盘7021的圆周上；滚子链盘702通过传动杆703带动组件支撑架6转动时，形成一个曲柄连杆的传动副，使铰接点bc之间的距离L1小于铰接点ad之间的距离L2，在滚子链盘702一直转动时，组件支撑架6会在α角范围内摆动，通过调节L1、L2和传动杆703的长度可以调节α的大小，这种工作原理的特点在于电机不需要正反转就能实现光伏组件对太阳方位角的跟踪和复位，且不会出现电机失控造成跟踪装置损坏的情况，如图6所示。

滚子链盘702的转动通过固定在第一曲轴2上的链轮701带动，各个跟踪单元的第一曲轴2通过连杆5实现同步运动，所述连杆5由两个杆端关节轴承501、两个双头螺柱502和一个螺纹套管503组成，两个双头螺柱502通过螺纹套管503相连接，每根双头螺柱502的外端部连接一个杆端关节轴承501，通过调节双头螺柱502拧入螺纹套筒503的深度，可以调节两个杆端关节轴承501的轴心距离，如图8所示。基于杆端关节轴承具有调心功能的特性，使连杆5可以与第一曲轴2成一定夹角，且不影响个跟踪单元的曲轴的同步运动。这种工作原理的特点是通过连杆联动的各个跟踪单元可以不在一条轴线上安装，提高跟踪装置在不规则地形上安装使用的能力。

实施例2：

如图9和10所示，一种基于曲轴连杆传动的双轴太阳能跟踪装置，它由多个执行跟踪太阳高度角和太阳方位角的双轴跟踪单元矩形阵列排布连接而成，所述双轴跟踪单元包括立柱1，在立柱1上铰接有第一曲轴2，在其中一南北列上的所有双轴跟踪单元上安装有第一蜗轮蜗杆减速机3，第一蜗轮蜗杆减速机3输出端与第一曲轴2同轴固定连接，第一曲轴2同轴固定连接有第二曲轴11，第一蜗轮蜗杆减速机3输入端同轴固定连接有第三曲轴9，在该南北列上的一个双轴跟踪单元上安装有驱动机构4，驱动机构4驱动第一蜗轮蜗杆减速机3，在该南北列上相邻两个双轴跟踪单元的第三曲轴9通过连杆5连接，实现同步运动，从而实现该南北列上双轴跟踪单元的第一蜗轮蜗杆减速机3同步运动；在东西列上相邻两个双轴跟踪单元的第一曲轴2通过连杆5连接，实现该列的同步运动；在立柱1上铰接有旋转支撑架10，铰接点为i，旋转支撑架10通过第一曲柄连杆机构7与第一曲轴2相连，旋转支撑架10上铰接有第四曲轴22和组件支撑架6，组件支撑架6的铰接点为e，第四曲轴22通过第二曲柄连杆机构12与组件支撑架6相连，第四曲轴22和第二曲轴11通过连杆5相连，实现同步运动，所述组件支撑架6上固定有光伏组件8。

所述驱动机构4包括电机401和第二蜗轮蜗杆减速机402，电机401驱动第二蜗轮蜗杆减速机402转动，第二蜗轮蜗杆减速机402与第一蜗轮蜗杆减速机3相连。

所述第一曲柄连杆机构7和第二曲柄连杆机构12结构相同，均包括链轮701、滚子链盘702和传动杆703；在所述旋转支撑架10通过第一曲柄连杆机构7与第一曲轴2相连时，所述链轮701与第一曲轴2同轴固定连接，滚子链盘702铰接在立柱1上，铰接点为j，传动杆703的一端与滚子链盘702球铰接，铰接点为k，传动杆703的另一端与旋转支撑架10球铰接，铰接点为l，链轮701与滚子链盘702啮合传动；在所述第四曲轴22通过第二曲柄连杆机构12与组件支撑架6相连时，第四曲轴22与第二曲柄连杆机构12之间连接有换向器13，所述换向器13包括主动锥齿轮131和从动锥齿轮132，如图11和12所示，主动锥齿轮131和从动锥齿轮132垂直安装在壳体上，传动比为1，所述从动锥齿轮132铰接在旋转支撑架10上，所述主动锥齿轮131与第四曲轴22同轴固定连接，从动锥齿轮132与链轮701同轴固定连接，滚子链盘702铰接在旋转支撑架10上，铰接点为f，传动杆703的一端与滚子链盘702球铰接，铰接点为g，传动杆703的另一端与组件支撑架6球铰接，铰接点为h，链轮701与滚子链盘702啮合传动。

所述滚子链盘702包括圆盘7021、滚子7022和铆钉7023，所述滚子7022通过铆钉7023均匀铰接在圆盘7021的圆周上；使铰接点fg之间的距离L3小于铰接点he之间的距离L4，在滚子链盘702一直转动时，组件支撑架6会在β角范围内摆动，通过调节L3、L4和传动杆703的长度可以调节β的大小，这种工作原理的特点在于电机不需要正反转就能实现光伏组件对太阳高度角的跟踪和复位，且不会出现电机失控造成跟踪装置损坏的情况，如图13所示。使铰接点jk之间的距离L5小于铰接点il之间的距离L6，在滚子链盘702一直转动时，旋转支撑架10会在γ角范围内摆动，通过调节L5、L6和传动杆703的长度可以调节γ的大小，这种工作原理的特点在于电机不需要正反转就能实现光伏组件对太阳方位角的跟踪和复位，且不会出现电机失控造成跟踪装置损坏的情况，如图14所示。

第一曲轴2上固定有链轮701，在第一曲轴2转动的同时链轮701带动滚子链盘702转动，滚子链盘702通过传动杆703带动旋转支撑架10转动，从而带动安装在旋转支撑架10上的组件支撑架6转动，进而带动固定在组件支撑架6的光伏组件8实现追踪太阳方位角的运动，同时第一曲轴2同轴固定有第二曲轴11，第二曲轴11通过连杆5带动安装在旋转支撑架10上的第四曲轴22做同步运动，进而带动换向器13转动，换向器13带动与其连接的链轮701转动，链轮701带动滚子链盘702转动，滚子链盘702通过传动杆703带动组件支撑架6转动，从而带动固定在组件支撑架6上的光伏组件8实现追踪太阳高度角的运动；在实施过程中，第二曲轴11与第四曲轴22的传动比为1，在第一曲柄连杆机构中，链轮和滚子链盘的传动比为i1，在第二曲柄连杆机构中，链轮和滚子链盘的传动比为i2，i1和i2的比值为1:2。通过对链轮701、滚子链盘702传动比的设定，使双轴跟踪装置完成一个自东向西跟踪太阳方位角的动作的同时，完成跟踪太阳高度角从早到晚由小变大再变小的动作，即驱动旋转支撑架10的滚子链盘702转一圈，驱动组件支撑架6的滚子链盘702转两圈。