阻尼器、可旋转光伏面板组件及相关减少振动的方法与流程

本申请涉及用于减少光伏面板阵列中的振动的系统和方法。例如，但不限于，所公开的主题包括设计成旋转以追踪太阳运动的光伏面板阵列。

背景技术：

太阳能可以通过光伏面板(pv)的应用为转换成电能。一个或多个光伏面板可以附接到旋转结构上，形成配置成追踪太阳的阵列。光伏面板阵列可以在一天中保持旋转以与太阳对准，从而增加发电量。这样的阵列可以包括驱动旋转梁的马达，光伏面板附接至旋转梁。所述梁可以具有适于显示扭转特性的长度。在运行中，光伏面板的表面区域可以被风推动，从而向旋转梁施加扭力。变化的风速(例如，风振)会在旋转结构中引起谐波振动，这会增加阵列上的负载。

其他应用的阻尼器已经被用来减少风振引起的振动。这样的阻尼器可以在低输入速度下提供较大的阻尼力，并且随着输入速度的增加，保持或仅略微增加该阻尼力。这就是所谓的非渐进阻尼(digressivedamping，离散阻尼)。非渐进阻尼在某些应用中效果很好，例如汽车应用，至少部分是因为低输入速度下的高阻尼力防止汽车振动，同时仍然允许弹簧吸收高速撞击力，例如撞击坑洞产生的力。然而，非渐进阻尼可能不适用于光伏面板应用，至少部分是因为风振会在光伏面板阵列中引起高速振动，需要更大的阻尼力来抵消这种高速振动。

也可以使用另一种类型的阻尼，称为渐进阻尼。渐进阻尼设计成随着输入速度的增加而增加阻尼力。然而，在运行中，随着风振引起高速振动，由渐进阻尼器施加的相应高阻尼力可能超过光伏面板阵列的结构强度，这可能导致光伏面板阵列的结构失效。

因此，有机会提供一种改进的光伏面板阵列阻尼组件，该组件可以提供渐进阻尼以减少由风振引起的光伏面板阵列中的振动，同时不超过光伏面板阵列的结构强度。

技术实现要素：

所公开的主题的目的和优点将在下面的描述中阐明并从下面的描述中变得明显，并且将通过实践所公开的主题来了解。通过在书面描述和权利要求以及附图中特别指出的方法和系统，将实现和获得所公开主题的其他优点。

为了实现这些和其他优点，并且根据所公开的主题的目的，如本文具体和广泛描述的，所公开的主题包括用于减少可旋转光伏面板阵列中的振动的阻尼器组件。阻尼器配置成在光伏阵列缓慢移动期间提供第一阻尼力，并且在阵列快速移动期间提供第二阻尼力，第二阻尼力大于第一阻尼力。阻尼器组件包括：具有近端和远端的壳体；接近(proximate，紧接)壳体的远端的第一附接点；具有近端和远端的杆，所述杆至少部分地设置在所述壳体内并且能够相对于所述壳体在延伸位置和压缩位置之间移动；接近杆的近端的第二附接点；在壳体内联接到杆并接近杆的远端的活塞，所述活塞包括旁通槽，所述旁通槽具有限定在其中的流动区域，以允许流体从活塞的第一侧流向活塞的相反侧；以及第一垫圈，该垫圈设置在活塞的第一端附近并且至少部分地覆盖旁通槽的流动区域，该垫圈配置成偏转以在选定的最大阻尼力下使旁通槽的流动区域露出，这样使得阻尼器组件被配置成施加的力不超过选定的最大阻尼力。

此外，如本文所体现的，第一附接点可以配置成附接到可旋转光伏面板阵列的扭矩臂。另外地或可选地，第二附接点可以配置成附接到光伏阵列的不可旋转支撑构件。

此外，如本文所体现的，活塞可以包括第二旁通槽，所述第二旁通槽具有限定在其中的流动区域，以允许流体从活塞的第一侧流向活塞的相反侧。活塞可以包括第二垫圈，该第二垫圈设置在活塞的第二端附近并且至少部分地覆盖第二旁通槽的流动区域。第二垫圈可以配置成偏转以在选定的最大阻尼力下使第二旁通槽的流动区域露出。

此外，如本文所体现的，第一附接点和/或第二附接点可以包括硬化钢的球头销(ballstud，球头螺栓)。阻尼器可以在杆的压缩和延伸期间提供类似的阻尼力。

如本文所体现的，阻尼器组件可以包括设置在壳体内的底阀。另外地或可选地，阻尼器组件可以包括接近壳体近端的外部压力密封件(wiperseal，刮片式密封件)。此外，或者作为另一种选择，阻尼器组件可以包括壳体的外表面，该外表面包括耐腐蚀和抗刮擦涂层。另外，或者作为另外的替代方案，密封环可以设置在活塞周围，以防止或阻止流体在活塞周围流动。

此外，阻尼器可以包括设置在壳体内的流体，并且如本文所体现的，流体可以包括可生物降解的油。

根据所公开主题的其它方面，提供了一种可旋转光伏面板组件，该可旋转光伏面板组件包括用于减少光伏面板中的振动的阻尼器。可旋转光伏面板组件包括配置成旋转以保持与太阳对准的光伏面板，以及附接到光伏面板的阻尼器，这样使得光伏面板的旋转转化为阻尼器的线性运动。阻尼器配置成在光伏阵列缓慢移动期间提供第一阻尼力，并且在光伏阵列快速移动期间提供第二阻尼力，第二阻尼力大于第一阻尼力。阻尼器可以包括本文描述的特征的任何组合。

根据所公开主题的其他方面，提供了一种用于减少可旋转光伏面板阵列中的振动的方法。所述方法包括将阻尼器附接到可旋转光伏面板阵列，这样使得第一阻尼器附接点随可旋转光伏面板阵列移动，而第二阻尼器附接点不随可旋转光伏阵列移动。阻尼器被配置成在光伏阵列缓慢移动期间提供第一阻尼力，并且在阵列快速移动期间提供第二阻尼力，第二阻尼力大于第一阻尼力。阻尼器可以包括本文描述的特征的任何组合。

应当理解，前面的一般描述和下面的详细描述都是示例性的，并且旨在提供对所要求保护的公开主题的进一步解释。

包含在本说明书中并构成其一部分的附图是为了说明和提供对所公开主题的方法和系统的进一步理解。附图与说明书一起用于解释所公开主题的原理。

附图说明

图1是根据所公开主题的阻尼器组件的示例性实施例的透视图，出于说明的目的，部分壳体未示出。

图2是沿图1的阻尼器组件的纵向轴线截取的局部剖视图。

图3a是根据所公开主题的活塞的示例性实施例的侧视图。

图3b是图3a的活塞的俯视图，出于说明的目的，移除了垫圈。

图4是沿图3b的线4-4截取的活塞的剖视图。

图5a是根据所公开主题的阻尼器组件的另一示例性实施例的前视图，在每一端示出了用于阻尼器组件的端部配件的替代实施例。

图5b是沿图5a的阻尼器组件的纵向轴线截取的局部剖视图。

图5c是图5a的阻尼器组件的前视图，其中部分外部壳体被移除，以示出所公开主题的更多细节。

具体实施方式

现在将详细参考所公开主题的各种示例性实施例，其示例性实施例在附图中示出。下面结合系统的详细描述来说明所公开主题的结构和相应的操作方法。

本文中呈现的装置和方法可用于阻尼任何物体的运动。所公开的主题特别适合于阻尼光伏面板阵列中的可旋转光伏面板(pv)的运动。

根据本文公开的主题，阻尼器组件包括限定内部并且具有近端和远端的壳体，壳体包括接近壳体的远端的附接点，该附接点用于将壳体附接到光伏面板阵列。阻尼器组件还包括具有近端和远端的杆。所述杆在其近端具有用于将所述杆附接到光伏面板阵列的附接点，同时所述杆至少部分地设置在壳体内，并且能够相对于壳体在延伸位置和压缩位置之间移动。阻尼器组件中还包括活塞。所述活塞在壳体内附接到杆并接近杆的远端。所述活塞包括旁通槽，所述旁通槽具有限定在其中的流动区域，以允许流体从活塞的第一侧流向活塞的相反侧。阻尼器组件还包括垫圈，该垫圈设置在活塞的第一侧附近并且至少部分地覆盖旁通槽的流动区域。垫圈能够偏转以在选定的最大阻尼力下使旁通槽的流动区域露出，这样使得阻尼器组件被配置成施加的力不超过选定的最大阻尼力。

附图用于进一步说明各种实施例，并解释所有根据所公开主题的各种原理和优点，其中同样的附图标记在各个视图中指代相同或功能相似的元件。为了解释和说明而非限制的目的，图1-图5c示出了根据所公开主题的阻尼器组件的示例性实施例。阻尼器适用于阻尼任何物体的运动。如本文所使用的，诸如“前”、“后”、“侧”、“顶”和“底”的术语仅用于说明的目的，而非限制的目的。也就是说，应该认识到，术语“前”、“后”、“侧”、“顶”和“底”是可互换的，并且在本文中仅用作参考点。

如图1和图2所示，提供了阻尼装置100的示例性实施例。示例性阻尼装置包括具有近端170和远端180的壳体140。壳体140可以配置成封闭的壳体，并且因此可以填充有流体介质，包括但不限于空气、压缩气体、油或任何其他合适的介质。出于说明而非限制的目的，如本文所体现的，流体介质可以是可生物降解的油。例如但不限于，可生物降解的油可以符合生物可降解的油的一个或多个标准。

壳体140可以是任何合适的形状。例如，如本文所体现的，壳体140可以是圆柱形的。出于说明而非限制的目的，壳体140可以具有25cm至30cm范围内的直径。参照图2，壳体180近端处的示例性附接点220可以用于将阻尼组件附接到物体，例如光伏面板阵列的部件。附接点的任何合适的配置都可以用于将阻尼组件附接到光伏面板阵列。例如，如本文所体现的，附接点220可以是硬化钢的球头销。

此外，如本文所体现的，壳体140可以由底阀160分成工作腔室190和补偿腔室195。现在参照图1，示出了示例性底阀160。当杆120移动到壳体中时，可以在工作腔室190中的活塞的一侧产生真空，这会使空气或其他污染物进入壳体。底阀160可以通过允许容纳在工作腔室190中的阻尼流体随着杆120行进到壳体140中而膨胀到补偿腔室195中，来防止真空的形成。当杆120伸出壳体140时，底阀160还可以允许阻尼流体从补偿腔室195返回到工作腔室190。

再次参照图1，示出了部分设置在壳体140内的杆120的示例性实施例。杆120具有近端110和远端130。杆120可以具有任何合适的尺寸和形状。例如，如本文所体现的，杆可以是圆柱形的。出于说明而非限制的目的，杆可以具有10cm至15cm范围内的直径。杆120可以在壳体140内从压缩位置移动到延伸位置，在压缩位置，杆120最大程度地设置在壳体140内，在延伸位置，杆120最小程度地设置在壳体140内。出于说明而非限制的目的，压缩位置和延伸位置之间的行程长度可以在350cm至400cm的范围内。参照图2，杆120的近端110处的示例性附接点210可以用于将阻尼组件附接到光伏面板阵列。附接点的任何合适的配置都可以用于将阻尼组件附接到光伏面板阵列。例如，如本文所体现的，附接点210可以是硬化钢的球头销。至少部分地因为阻尼器组件可以配置成施加不超过选定的最大阻尼力的力，如本文进一步描述的，阻尼器100可以配置成施加不超过光伏面板阵列的结构强度的力。这样，附接点可以配置成具有大于光伏面板阵列的结构强度的强度，而不会对光伏面板阵列施加过大的力。

此外，如本文所体现的，阻尼器组件还可以包括设置在壳体140和杆120之间的压力密封件，以改善壳体140和杆120之间的流体密封。现在参照图1，压力密封件可以具有适于在壳体140和杆120之间形成流体密封的直径。因此，压力密封件可以防止污染物在杆压缩和延伸期间进入壳体。压力密封件可以由任何合适的材料形成以提供流体密封，包括但不限于橡胶、聚氨酯、氟橡胶、尼龙、聚四氟乙烯或任何其它合适的材料。

此外，如本文所体现的，阻尼器组件100可以包括施加到壳体140外表面的耐腐蚀和/或抗刮擦涂层。抗刮擦涂层可以由任何合适的材料组成。因此，涂层可以防止或抑制由于腐蚀或刮擦而对阻尼器组件的损坏。

再次参照图1，可以在杆130的远端设置活塞组件150的实施例。杆130的远端可以包括一个或多个接合部，以固定活塞组件150的一个或多个部件。例如，如本文所体现的，杆130的远端可以包括接合区域135，其直径小于杆120的直径。接合区域还可以包括螺纹155。活塞组件的一个或多个部件可以联接到接合区域以及固定到杆120，例如但不限于，通过螺母145和接合区域的螺纹155。

参照图3，示出了根据所公开主题的示例性活塞组件150。活塞组件150可以包括活塞350，活塞350可以是任何合适的形状。例如，如本文所体现的，活塞350可以是圆柱形的。活塞350的直径可以选择为在活塞350的外直径和壳体140的内直径之间形成流体密封。活塞350可以包括设置在其中的密封环330，以改善活塞350和壳体140的内直径之间形成的流体密封。密封环可以由任何合适的材料形成以提供流体密封，包括但不限于橡胶、聚氨酯、氟橡胶、尼龙、聚四氟乙烯或任何其它合适的材料。

此外，如本文所体现的，活塞350还可以具有旁通槽340，旁通槽340具有限定在其中的流动区域，以允许流体从活塞350的第一侧流动到活塞350的相反侧。现在参照图3a和图4，示例性活塞组件150可以包括垫圈320，垫圈320设置在活塞的第一端附近，并且至少部分覆盖旁通槽340的流动区域。在活塞运动期间，垫圈320可以偏转，以便露出旁通槽340的流动区域，例如如图3a所示。当活塞在指示的方向420上移动时，流体410的流动可以使垫圈320偏转，从而露出旁通槽340的流动区域。图3b示出了活塞350的俯视图，其中垫圈320被移除以示出流体410通过旁通槽340的流动。垫圈320可以具有不同的厚度。随着垫圈厚度的增加，偏转该垫圈320和露出旁通槽340的流动区域所需的力增加。因此，垫圈320可以配置成偏转以在选定的最大阻尼力下使旁通槽的流动区域露出。以这种方式，活塞350可以在所附接物体(例如光伏面板阵列)缓慢移动期间施加初始阻尼力，并且随着物体移动加速，阻尼力可以逐渐增加到选定的最大阻尼力。这样，在运行中，阻尼器组件100可以配置成对所附接物体施加不超过选定的最大阻尼力的力。

现在参照图5a-图5c，示出了阻尼器组件的另一示例性实施例。例如但不限于，图5a中示出了用于阻尼器组件的端部配件的替代实施例。

根据所公开主题的另一方面，提供了包括替代活塞组件的阻尼器组件的替代实施例。阻尼器组件和活塞组件可以具有本文描述的任何特征。另外地或可选地，如本文所体现的，活塞组件可以配置有两个尺寸相似的旁通槽和两个厚度相似的垫圈，它们设置在活塞组件的各端。在这种配置中，在杆120压缩或延伸的过程中，从活塞350的一侧到活塞350的另一侧的流体流动的特性可以是相似的。此外，如本文所体现的，活塞组件可以配置成在杆压缩和延伸期间施加类似的阻尼力。

根据所公开主题的另一方面，提供了一种制造阻尼器组件的方法。应当理解，本文描述的阻尼器组件的部件可以使用任何合适的技术制造，包括但不限于机械加工。例如但不限于，阻尼器组件可以由任何合适的材料制成，例如金属，也可以由其他材料制成，例如木材、塑料、陶瓷和复合材料。制造阻尼器的示例性方法在例如但不限于美国专利第7,631,922号中示出和描述，该专利全文以引用方式并入本文。

根据所公开主题的另一方面，示例性光伏面板阵列可以配置有如本文所公开的阻尼器100。光伏面板阵列可以具有布置在能够旋转的纵梁上的光伏面板。如本文所体现的，阻尼器可以安装成使得一个附接点210附接到随纵梁旋转的扭矩臂上，并且第二附接点220附接到不可旋转的支撑构件上。扭矩臂将梁的旋转运动转换成作用在阻尼器上的线性力。此外，如本文所体现的，多个阻尼器100可以附接到光伏面板阵列。例如，如本文所体现的，光伏面板阵列可以在光伏面板阵列的每个相对端配置有阻尼器100。

除了下面要求保护的具体实施例之外，所公开主题还涉及具有下面要求保护的从属特征和上面公开的那些特征的任何其他可能组合的其他实施例。这样，在从属权利要求中呈现并在上面公开的特定特征可以在所公开主题的范围内以其他方式彼此组合，这样使得所公开主题应该被认为也特别涉及具有任何其他可能组合的其他实施例。因此，出于说明和描述的目的，已经呈现了所公开主题的特定实施例的上述描述。这并不旨在穷举或将所公开主题限制于所公开的那些实施例。

对于本领域技术人员显而易见的是，在不脱离所公开主题的精神或范围的情况下，可以对所公开主题的方法和系统进行各种修改和变化。因此，所公开主题旨在包括在所附权利要求及其等同物的范围内的修改和变化。