用于定位物体的定位系统和方法
【专利说明】用于定位物体的定位系统和方法
[0001]本发明的实施例涉及一种定位系统和用于定位物体的方法。
[0002]借助定位系统可以可控地将物体从初始位置引导至最终位置，这种定位系统在许多实施例中已知。例如在许多太阳能应用中，面板具有光伏电池或用于将光线聚焦到公共的燃点上的镜子/棱镜(例如在CPV(聚光光伏系统)、定日镜、碟式系统、槽式太阳能聚光装置(Solar Trough)或线性菲涅尔太阳能聚光设备(Linear Fresnel设备)中)，这种面板以下统一概括为太阳能面板，其必须确定地相对太阳定向，其中需要高精度系统，用于跟随太阳的日间运行。尤其在这种系统中，其中照射的光线能量被聚焦到一个点或特定的面上，则必须借助定位系统定位以尽可能高的精度进行对物体的定向。因此在该系统的机构中的缝隙(游隙)必须被避免。
[0003]使用线性致动器或蜗杆驱动器的传统的定位系统具有这种由系统导致的缝隙。例如在一些系统中，蜗杆驱动器作用在齿轮上，用于引起面板的转动。缝隙例如由此形成，即在驱动过程中齿轮或蜗杆与齿面相互接触，而在驱动之后或在进给切断之后可能会发生齿面的设备变化，例如由于动态的、作用在面板上的载荷造成的设备变化。其中在太阳能应用的情况中，0.105°至0.135°的不精确度已经可以导致效率的明显降低和整个设备的不经济性。此外在这种传统的设备中，用于运行这种定位系统所需的能量相对较高，因为驱动电机在使用太阳能系统的情况下的定位过程中、也就是说在太阳照射的整个时间过程中必须被通电，这导致了明显的功率损失。
[0004]虽然在前述用于太阳能应用的跟踪系统或定位系统中主要是随着定位系统运动的物体的定向发生改变，但是相同的思路也适用于定位系统，其中物体改变其位置，而该物体从初始位置沿运动路径可控地转移至最终位置中。在这种系统中，物体也会沿空间中的三维位置曲线改变其位置，该位置曲线被定位系统控制。
[0005]在此，无论定位系统是否具有一个或多个自由度，该系统是否还可以控制一个、两个或三个轴或一个、两个或三个位置坐标，都会产生相同的技术问题。
[0006]考虑到当前已知的现有技术存在这种需要，提供一种定位系统，其比当前的定位系统更节省能量和灵活地被驱动。
[0007]按照本发明的一种实施例这由此实现，即用于将物体从初始位置沿包含方位旋转的运动路径可控地转移至最终位置的定位系统具有与物体相连的预紧设备，该预紧设备在物体上施加沿运动路径方向持久作用的力，所述力具有沿方位方向作用的分量。为了将物体沿运动路径固定在预定位置或固定在预定定向中，定位系统还额外地具有制动设备，所述制动设备设计用于将物体固定在预定位置中，也就是说用于这样克服持久作用的力，使得该物体被固定制动设备所作用的预定位置中。
[0008]也就是说，物体不会主动地借助电机沿运动路径被加速或运动，而是相反被沿运动路径的方向持久作用的力加载，其中所述力在任意位置或定向上(其中物体被置于其中或固定其中)借助制动设备被抵消，制动设备将物体固定在其当前定向或位置中。与传统的系统相比这导致了在定位时显著的能量节省，因为在系统中可能使用的电动机不必为了适当地定位物体而被持久地施加电压。
[0009]此外，物体的位置的沿运动路径的固定提高了可实现的定位精度，因为本来就包含在电动驱动中的缝隙不能影响定位精度。
[0010]按照一些实施例，沿运动路径的方向作用的力由弹簧引起，所述弹簧与运动路径相反地被预紧，因此弹性弹簧的复位力被用于将持久作用的力施加在物体上。在此弹簧力显然可以被用于沿一个、两个或三个轴或空间坐标系的运动。这可以通过对几何边界条件的适当选择而被确定。通常来讲，在本发明的一些实施例中所述力由这样的元件引起，所述元件可以存储势能或机械能，也可以这样改变其状态，使得该元件在初始状态中具有比在最终状态中更大的势能。
[0011]按照一些其他的实施例，持久作用的力由配重产生，所述配重在物体定位或运动开始之前沿运动路径克服重力设置在起始位置中。该配重与物体这样耦连或连接，使得作用在配重上的重力在物体上引起沿运动路径的方向作用的力。这种方法可以导致明显的能量节省，因为引起持久作用在物体上的力的机械装置仅在运动开始时或运动路径的起始时必须向初始位置预紧。也就是说，被用于将预紧设备置于初始位置中的内燃机或电动机仅需短暂地供电或被控制。
[0012]这种复位设备使物体克服持久作用的力从最终位置转移至初始位置，并且同时将预紧设备置于初始位置中，这种复位设备例如是电动机、内燃机、借助替代性能量如水力、太阳能电流、风力或类似能量驱动的机构或电机。
[0013]按照一些实施例，具有一个或两个轴的定位系统被用于使太阳能面板跟踪太阳位置的日间轨迹。通过在定位中可实现的能量节省，这可以显著改善系统的整体能量平衡或整体效率。
[0014]按照一些实施例，太阳能面板的定位系统是单轴的。也就是说，围绕沿水平方向延伸的旋转轴被可旋转地支承的太阳能面板借助定位系统跟踪太阳位置。在此按照一种实施形式，这样设有用于要被安装在框架上的太阳能面板的框架，使得太阳能面板的重心、尤其当太阳能面板已经安装在框架上时位于太阳能面板的旋转轴线之外，因此沿运动路径的方向持久作用的重力由太阳能面板的几何形状自行产生。预紧设备的功能性也可以通过框架或太阳能面板的几何形状自身被提供。
[0015]在一些实施例中，所述力的大小由此改变，即太阳能面板或其框架附加地具有垂直于所述轴线延伸的悬架，配重以相对旋转轴线预定的间距安装在悬架上，由此持久作用的力的大小可以根据实际情况被调整。在一些实施例中，所述力的大小也可以与所用面板的大小相适配，即通过附加的配重在悬架上的位置来改变尤其与旋转轴的间距。
[0016]在一些实施例中，太阳能面板的位置不仅沿一个轴、亦即相对升角(关于水平面的高度)，而且也可以沿第二轴、例如方位角被跟踪。在这些实施例中，沿运动方向持久作用的力也可以具有沿方位方向作用的分量。所述分量或力可以借助位于两个臂之间的弹簧产生，所述臂中的一个设置在基座上并且另一个设置在定位系统的可移动部分上。在备选的实施例中，也可以在两个相对旋转的部件之间使用旋转弹簧。
[0017]在用于太阳能面板或其他物体的单轴以及两轴的定位系统中(其指向沿两个轴被改变)，制动装置设计用于相对每个旋转轴、亦即相对轴向或水平的旋转轴固定物体的位置。也就是说待定位的物体的旋转相对一个或两个轴被阻止，并且物体因此相对这些轴被固定。通过借助附加的制动设备相对所述轴的固定，可以由于分开了待定位的物体的驱动和固定来避免驱动器内部的机械缝隙，因此提高了定位精度。
[0018]以下参照附图进一步阐述本发明一些优选的实施例。在附图中:
[0019]图1示出用于具有可动轴线的太阳能面板的定位系统；和
[0020]图2示出用于具有第二可动轴线的太阳能面板的定位系统。
[0021]图1示出本发明的实施例，其中太阳能面板2、例如光伏模块或镜面借助定位系统这样定向，使得所述太阳能面板跟随太阳在日间运行中所改变的位置。
[0022]太阳能面板2被安装在框架4上，所述框架借助在水平方向6上延伸的旋转轴8相对于位置固定的并且沿垂直方向10延伸至基座12的支杆14被可转动地支承。
[0023]在从旋转轴8延伸出来的悬架16上还安装配重18，所述配重可以从图1所示的配重18的初始位置移动至最终位置，在该最终位置中，配重18处于通过几何学所确定的最低的可能的位置中。通过所述配重可以在所述两个位置之间在太阳能面板2或框架4上持久地施加为定位太阳能面板2所需的、也就是说作用在沿太阳能面板2的运动路径的方向上的力。在此为便于理解，在图1所示的实施例中，运动路径理解为定向或升角20在太阳能面板2的平面法向和水平方向6之间的改变，太阳能面板2在围绕轴8完全倾斜时经过该水平方向。通常来讲，运动路径理解为参数的任何改变，所述参数描述物体的定向和位置并且所述参数在跟踪或可控地移动物体时自身发生或应该发生改变。
[0024]若开始运动，在图1中所示的太阳能面板2的初始位置中，配重18的重力朝向运动路径作用，因此若没有制动设备该太阳能面板2将不停地从初始位置运动至最终位置。为了避免这种情况，图1中的实施例具有制动器形式的制动设备22，所述制动设备能阻止面板2或框架4相对轴线8的转动，所述制动设备也可以相对水平轴线8固定框架4或面板2的位置。
[0025]图1的