传动装置、动力装置和光伏设备的制作方法

1.本技术涉及一种传动装置、动力装置和光伏设备。


背景技术：

2.蜗轮蜗杆啮合传动是一种常见的机械传动方式，通常应用于传递交错轴之间的回转运动。蜗轮蜗杆传动装置包括相互啮合的蜗杆和蜗轮，其中蜗杆是主动件，蜗轮是被动件。工作时，蜗杆接收外部驱动力例如电机的驱动力而旋转，进而带动与之啮合的蜗轮旋转，蜗轮再将该旋转动力传递给下游的目标物，以带动目标物产生预定运动。
3.在实际应用中，一些目标物需获得较大的驱动力后才能产生预定运动，这就对动力件(例如电机)的功率要求较高，而高功率的动力件通常存在成本高、体型大、能耗多等缺点。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本技术提出一种传动装置、动力系统和光伏设备，将本技术提供的这种传动装置应用于相关结构的光伏设备中，可以降低对动力件的功率要求。
5.第一方面，本技术提出一种传动装置，包括壳体、旋转设置于所述壳体中的蜗杆、以及旋转设置于所述壳体中且与所述蜗杆啮合连接的蜗轮，所述传动装置还包括连接于所述蜗轮和所述壳体之间的弹性元件，其中，
6.当所述蜗轮处于第一角度时，所述弹性元件对所述蜗轮施加的旋转力矩为零；
7.当所述蜗轮从所述第一角度沿第一旋转方向旋转时，所述弹性元件产生形变而对所述蜗轮施加有沿第二旋转方向的弹力，其中，所述第二旋转方向与所述第一旋转方向相反；
8.当所述蜗轮从所述第一角度沿所述第二旋转方向旋转时，所述弹性元件产生形变而对所述蜗轮施加有沿所述第一旋转方向的弹力。
9.结合第一方面，在第一种可能的实现方式中，所述弹性元件包括多个弹簧，每个所述弹簧均连接于所述蜗轮和所述壳体之间，其中，
10.所述多个弹簧中的一部分弹簧用于：当所述蜗轮从所述第一角度沿所述第一旋转方向旋转时，产生形变而对所述蜗轮施加沿所述第二旋转方向的弹力；
11.所述多个弹簧中的另一部分弹簧用于：当所述蜗轮从所述第一角度沿所述第二旋转方向旋转时，产生形变而对所述蜗轮施加沿所述第一旋转方向的弹力。
12.结合第一方面，在第二种可能的实现方式中，所述弹性元件包括扭簧，所述扭簧的第一端连接到所述壳体，所述扭簧的第二端连接到所述蜗轮。
13.结合第一方面第二种可能的实现方式，在第三种可能的实现方式中，所述蜗轮包括带有齿圈的轮体以及与所述轮体同轴固定的轮轴，所述扭簧套设于所述轮轴外。
14.结合第一方面第三种可能的实现方式，在第四种可能的实现方式中，所述扭簧设有多个，多个所述扭簧均套设于所述轮轴上、且沿着所述轮轴的长度方向依次排列；
15.其中，在所述轮轴的长度方向上，任意相邻的两个所述扭簧的旋向相反。
16.结合第一方面第三种可能的实现方式，在第五种可能的实现方式中，所述弹性元件设置于所述蜗杆的传动下游侧。
17.结合第一方面或第一方面任一种可能的实现方式，在第六种可能的实现方式中，所述传动装置用于连接动力件和光伏板，以将所述动力件提供的驱动力传递至所述光伏板，从而带动所述光伏板绕第一轴线旋转，其中，
18.当所述蜗轮处于所述第一角度时，所述光伏板对应地处于第四角度，所述光伏板的重心处于铅垂面内且处于所述第一轴线的上方，其中，所述第一轴线处于所述铅垂面内；
19.当所述蜗轮从所述第一角度沿所述第一旋转方向旋转时，所述光伏板对应地从所述第二角度沿第三旋转方向旋转，所述光伏板的重心处于所述铅垂面的第一侧、而使得所述光伏板的重力帮助该光伏板沿所述第三旋转方向旋转，所述弹性元件对所述蜗轮施加的弹力具有促使所述光伏板沿第四旋转方向旋转的趋势，其中，所述第四旋转方向与所述第三旋转方向相反；
20.当所述蜗轮从所述第一角度沿所述第二旋转方向旋转时，所述光伏板对应地从所述第二角度沿所述第四旋转方向旋转，所述光伏板的重心处于所述铅垂面的与所述第一侧相对的第二侧、而使得所述光伏板的重力帮助该光伏板沿所述第四旋转方向旋转，所述弹性元件对所述蜗轮施加的弹力具有促使所述光伏板沿所述第三旋转方向旋转的趋势。
21.第二方面，本技术提出一种动力装置，包括：
22.动力件，以及
23.如第一方面或第一方面任一种可能的实现方式提供的传动装置；
24.其中，所述动力件的输出端与所述蜗杆相连，以用于驱动所述蜗杆旋转。
25.第三方面，本技术提出一种光伏设备，包括支架和光伏板，所述光伏板以能够围绕第一轴线旋转的方式连接到所述支架，其特征在于，所述光伏设备还包括如第二方面所述的动力装置，所述蜗轮与所述光伏板连接，以用于驱动所述光伏板围绕所述第一轴线旋转；
26.当所述蜗轮处于所述第一角度时，所述光伏板对应地处于第二角度，所述光伏板的重心处于铅垂面内且处于所述第一轴线的上方，其中，所述第一轴线处于所述铅垂面内；
27.当所述蜗轮从所述第一角度沿所述第一旋转方向旋转时，所述光伏板对应地从所述第二角度沿第三旋转方向旋转，所述光伏板的重心处于所述铅垂面的第一侧、而使得所述光伏板的重力帮助该光伏板沿所述第三旋转方向旋转，所述弹性元件对所述蜗轮施加的弹力具有促使所述光伏板沿第四旋转方向旋转的趋势，其中，所述第四旋转方向与所述第三旋转方向相反；
28.当所述蜗轮从所述第一角度沿所述第二旋转方向旋转时，所述光伏板对应地从所述第二角度沿所述第四旋转方向旋转，所述光伏板的重心处于所述铅垂面的与所述第一侧相对的第二侧、而使得所述光伏板的重力帮助该光伏板沿所述第四旋转方向旋转，所述弹性元件对所述蜗轮施加的弹力具有促使所述光伏板沿所述第三旋转方向旋转的趋势。
29.结合第三方面，在第一种可能的实现方式中，处于所述第二角度的所述光伏板，其光伏工作面与所述铅垂面垂直；
30.结合第三方面，在第二种可能的实现方式中，所述光伏设备还包括约束部件，所述约束部件通过阻挡所述光伏板的方式将所述光伏板的旋转范围约束在第三角度和第四角
度之间，其中，所述第二角度处于所述第三角度和所述第四角度之间，所述第三角度与所述第二角度之间的角度不大于180
°
，所述第四角度与所述第二角度之间的角度不大于180
°
。
31.第四方面，本技术提出一种传动装置，包括壳体、旋转设置于所述壳体中的蜗杆、以及旋转设置于所述壳体中且与所述蜗杆啮合连接的蜗轮，其特征在于，所述蜗杆包括：
32.蜗杆轴；
33.带有齿的蜗杆套，所述蜗杆套套设于所述蜗杆轴上、且与所述蜗轮啮合；以及
34.约束机构，所述约束机构用于连接所述蜗杆套和所述蜗杆轴，而且所述约束机构允许所述蜗杆套沿所述蜗杆轴的长度方向运动，并限制所述蜗杆套围绕所述长度方向转动；
35.其中，所述蜗杆轴上设置有分别位于所述蜗杆套的相对两侧的两个限位件，每个所述限位件与所述蜗杆套之间沿所述长度方向夹设有弹性元件。
36.将根据本技术提供的传动装置应用于根据本技术的光伏设备中，在动力件驱动光伏板进行预定方向的转动而调节迎光角度时，不仅可以利用光伏板的自重为弹性元件蓄能并帮助光伏板进行角度调节，而且可以利用蓄能后的弹性元件为光伏板的转动提供辅助力，从而降低了对动力件的功率要求。
附图说明
37.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本技术的一些实施例，而非对本技术的限制。
38.图1是本技术实施例中光伏设备的结构示意图。
39.图2是图1中动力装置的内部结构示意图之一。
40.图3是图1中动力装置的内部结构示意图之二，其中，蜗轮的轮体被移除。
41.图4是本技术实施例中动力装置的蜗轮处于0
°
位置时的内部示意图。
42.图5是本技术实施例中光伏板处于0
°
位置时的结构示意图，与图4中动力装置的状态对应。
43.图6是本技术实施例中动力装置的蜗轮处于+120
°
位置时的内部示意图。
44.图7是本技术实施例中光伏板处于+90
°
位置时的结构示意图，与图6中动力装置的状态对应。
45.图8是本技术实施例中动力装置的蜗轮处于﹣120
°
位置时的内部示意图。
46.图9是本技术实施例中光伏板处于负90
°
位置时的结构示意图，与图8中动力装置的状态对应。
47.图10是本技术实施例中扭簧与轮轴的配合示意图。
48.图11是本技术实施例中蜗杆的剖视结构示意图。
49.图12是本技术实施例中蜗杆轴的立体结构示意图。
50.图13是本技术实施例中蜗杆套的立体结构示意图。
51.图14是本技术另一实施例中传动装置的原理示意图。
52.附图标记说明：
53.l1-第一轴线，l2-第二轴线；
54.1-支架；
55.2-光伏板，201-光伏工作面；
56.3-电机；
57.4-壳体；
58.5-蜗杆，501-蜗杆轴，502-蜗杆套，503-限位件，504-碟簧，501a-凹槽，502a-凸棱；
59.6-蜗轮，601-轮体，602-轮轴；
60.7-扭簧，701-第一端，702-第二端；
61.8-细销；
62.9-联轴器；
63.10-转轴；
64.11-弹簧。
具体实施方式
65.为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例的附图，对本技术实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本技术的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本技术保护的范围。可以理解，在不冲突的情况下，本文所描述的各个实施例的一些技术手段可相互替换或结合。
66.在本技术说明书和权利要求书的描述中，若存在术语“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。由此，限定有“第一”、“第二”等的对象可以明示或者隐含地包括一个或者多个该对象。并且，“一个”或者“一”等类似词语，不表示数量限制，而是表示存在至少一个，“多个”表示不少于两个。
67.在本技术说明书和权利要求书的描述中，若存在术语“连接”、“安装”、“固定”、“收容”等，均应做广义理解。例如，“连接”可以是分体连接，也可以是一体地连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连；可以是不可拆卸地连接，也可以是可拆地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；还可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。又例如，“收容”并不一定表示整体完全收容，该概念还包括一部分突出于外部的部分收容情况。对于本领域的技术人员而言，可以根据具体情况理解前述术语在本技术中的具体含义。
68.在本技术说明书和权利要求书的描述中，若存在术语“上”、“下”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于清楚且简化地描述本技术，而不是指示或暗示所指的元件必须具有特定的方向、以特定的方位构造和操作，这些方向性术语是相对的概念，用于相对于的描述和澄清，可以根据附图中部件所放置的方位的变化而相应地发生变化。例如，若图中装置被翻转，被描述为在其他元件“下方”的元件将被定位在其他元件的“上方”。对于本领域的技术人员而言，可以根据具体情况理解前述术语在本技术中的具体含义。
69.在本技术说明书的描述中，参考“一个实施例”或“一些实施例”等意味着在本技术的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此，在本说明书中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”、“在一些实施例中”、“在其他一些实施例中”、“在另外一些实施例中”等不是必然都参考相同的实施例，而是意味着“一个或多个但不是
90
°
位置，在此第二过程中，光伏板2的重心也相对于第一轴线l1逆时针旋转、不再位于铅垂面内，而是处于铅垂面的左侧，由此，使得光伏板2的重力对第一轴线l1产生了力矩，而且该力矩帮助光伏板2沿逆时针方向旋转。并且，在此第二过程中，弹性元件发生了变形从而对蜗轮6施加弹力，该弹力具有促使光伏板2沿顺时针方向旋转的趋势。
78.在另一些实施例中，蜗轮6从0
°
位置沿顺时针方向旋转+540
°
(一圈半)后，光伏板2 才对应地从的0
°
位置沿逆时针旋转至﹣90
°
位置，蜗轮6至光伏板2的传动比为6:1。蜗轮 6的旋转角度不宜过大，以防止弹性元件因自身形变量过大而损坏。
79.在本实施例中，处于0
°
位置的光伏板2，其光伏工作面201与上述铅垂面垂直，此时光伏工作面201基本上正对着天空，多被选为光伏板2在正午时分的工作角度。处于+90
°
位置的光伏板2，其光伏工作面201呈竖直状态且朝向正东，多被选为光伏板2在清晨时分的工作角度。处于﹣90
°
位置的光伏板2，其光伏工作面201呈竖直状态且朝向正西，多被选为光伏板2在傍晚时分的工作角度。使用者可根据需要，通过向电机3写入对应的指令，使电机3经由传动装置带动光伏板2以一天周期(例如早5点到晚7点)由+90
°
位置缓缓转动至﹣90
°
位置，从而让光伏板2尽可能地实时接收到更多的光照，提升光伏转化效率。
80.由上述描述可知，在蜗轮6从图4所示的0
°
位置沿顺时针方向旋转的过程中，光伏板2 的重力和弹性元件的弹力对蜗轮6的旋转力矩相反，其中，光伏板2的重力用于帮助蜗轮6 旋转，而弹性元件的弹力用于阻止蜗轮6旋转，故而只要弹力作用小于重力作用或者弹力作用没有过多地超出重力作用，那么作为动力件的电机3只需提供较小的输出扭力和功率便可实现光伏板2从0
°
位置的顺时针旋转。对应地，在蜗轮6从图4所示的0
°
位置沿逆时针方向旋转的过程中，光伏板2的重力和弹性元件的弹力对蜗轮6的旋转力矩也相反，其中，光伏板2的重力用于帮助蜗轮6旋转，而弹性元件的弹力用于阻止蜗轮6旋转，故而只要弹力作用小于重力作用或者弹力作用没有过多地超出重力作用，那么作为动力件的电机3只需提供较小的输出扭力和功率便可实现蜗轮6从0
°
位置的逆时针旋转。
81.显然，在蜗轮6从图6所示的+120
°
位置沿逆时针方向返回旋转至图4所示的0
°
位置的第三过程中，光伏板2的重力和弹性元件的弹力对蜗轮6的旋转力矩也相反，不过与上述第一过程不同的是，在该第三过程中，弹性元件的弹力用于帮助蜗轮6旋转，而光伏板2的重力用于阻止蜗轮6旋转，且弹力作用小于重力作用或者弹力作用没有过多地超出重力作用，故而在此第三过程中，作为动力件的电机3也只需提供较小的输出扭力和功率便可实现光伏板2从+90
°
位置的逆时针旋转。
82.在蜗轮6从图8所示的﹣120
°
位置沿顺时针方向返回旋转至图4所示的0
°
位置的第四过程中，光伏板2的重力和弹性元件的弹力对蜗轮6的转力矩也相反，不过与上述第二过程不同的是，在该第四过程中，弹性元件的弹力用于帮助蜗轮6旋转，而光伏板2的重力用于阻止蜗轮6旋转，且弹力作用小于重力作用或者弹力作用没有过多地超出重力作用，故而在此第四过程中，作为动力件的电机3也只需提供较小的输出扭力和功率便可实现光伏板2从﹣90
°
位置的顺时针旋转。
83.上已述及，控制光伏板2围绕第一轴线l1旋转的目的在于调整光伏板2的迎光角度，使其实时接收更多的光照，提升光伏转化效率，因此，光伏板2的旋转范围只要在﹣180
°
至﹢ 180
°
之间即可(优选为﹣90
°
至﹢90
°
的范围)，而恰好在这样的旋转范围内，光伏板2的重力与弹簧元件对蜗轮6的弹力始终满足上述关系，故而可以降低对电机3的功率要求。
84.在本实施例中，如图2、图3和图10所示，上述弹性元件包括扭簧7，扭簧7的第一端 701连接到壳体4，扭簧7的第二端702连接到蜗轮6。当蜗轮6处于图4所示的0
°
位置时，扭簧7为自然状态；当蜗轮6从图4所示的0
°
位置顺时针或逆时针旋转时，扭簧7产生弹性形变而对蜗轮6施加有反方向的旋转力矩。
85.进一步地，在本实施例中，蜗轮6包括带有齿部的轮体601以及与轮体601同轴连接的轮轴602，上述扭簧7共设置有两个，这两个扭簧7分别套设于轮轴602上且位于轮体601 的相对两侧，而且两个扭簧7的旋向相反。如此设置的优势在于：可保证蜗轮6从图4所示的0
°
位置顺时针旋转与逆时针旋转时，所受到的来自所有扭簧7的旋转力矩之和是对称的，从而有利于简化电机3正转和反正的功率控制。
86.弹性元件也可以包括更多数量的扭簧7，并将这些扭簧7套设于轮轴602上、且沿着轮轴602的长度方向依次排列，并且在轮轴602的长度方向上，任意相邻的两个扭簧7的旋向相反，同样能够取得上述利于简化电机3功率控制的效果。当然，弹性元件也可仅包括一个扭簧7。
87.在另一些实施例中，如图14所示，弹性元件包括两个弹簧11，而且这两个弹簧11均连接于壳体4和蜗轮6之间。当蜗轮6处在0
°
位置时，两个弹簧对称分布，两个弹簧11均为自然状态或者两个弹簧11均处于拉伸状态且二者对蜗轮6施加的旋转力矩之和为零。当蜗轮 6从图14中的0
°
位置顺时针旋转时，右边的弹簧11被拉长而对其施加反方向的旋转力矩；当蜗轮6从图14中的0
°
位置逆时针旋转时，左边的弹簧11被拉长而对其施加反方向的旋转力矩。
88.弹性元件与蜗轮6及壳体4的连接，可以是直接连接，也可以是间接连接。在本实施例中，作为弹性元件的扭簧7与蜗轮6的轮轴602直接连接，与壳体4间接连接。具体地，壳体4内固定设置有与轮轴602平行的细销8，扭簧7的第一端701为一环形结构并套设在该细销8上，扭簧7的第二端702则固定插设于蜗轮6的轮轴602中。如此设计具有这样的优势：
89.众所周知，受蜗杆5与蜗轮6的齿配合结构的限制，蜗轮6只能作为蜗杆5的从动件而不能作为驱动蜗杆5的主动件，即，蜗杆5可将其旋转运动传递给蜗轮6，而蜗轮6不能将自身的旋转运动传递给蜗杆5。因此，在本实施例中，扭簧7对蜗轮6施加旋转力矩只对蜗轮6的旋转提供助力，以帮助蜗轮6进行预定方向的旋转，并不会在蜗杆5处于静止状态时带动蜗轮6主动旋转。因此，当电机3停止运行时，即便扭簧7对蜗轮6施加有旋转力矩(或者光伏板2的重心偏离铅垂面)，在蜗轮6与蜗杆5的自锁作用下，蜗轮6仍能稳定在当前的角度位置，进而使得下游的光伏板2也稳定在当前的角度位置。
90.可以理解，弹性元件(例如上述的扭簧7)并非必须直接连接到蜗轮6，其也可以连接在蜗轮6的传动下游侧，这同样能够取得上述稳定光伏板2当前角度位置的效果。
91.传动下游侧具有这样的含义：例如，第二部件处于第一部件的传动下游侧，是指在动力传递方向上，第二部件位于第一部件的下游；动力件的驱动力由第一部件向第二部件传递。示例性地，在本实施例中，蜗轮6处于蜗杆5的传动下游侧。
92.光伏板2的最大旋转范围可通过写入电机3的控制指令来实现。不过，为了避免电机3 出现故障而导致光伏板2大角度旋转、弹性元件过度变形而损坏，在一些实施例中，光伏设备还可以包括约束部件，约束部件通过阻挡光伏板2的方式将光伏板2的旋转范围约束在﹢ 90
°
和﹣90
°
之间。
93.蜗轮6与蜗杆5长期使用后会在二者齿部之间产生间隙，当蜗杆5反向驱动蜗轮6或者蜗轮6被施加旋转外力时，蜗轮6齿与蜗杆5齿之间会发生刚性碰撞，造成两齿之间的损伤。为了缓解这一问题，本实施例对蜗杆5的结构也进行了改进。请参照图11并结合图4，在本实施例中，蜗杆5包括蜗杆轴501以及带有齿部的蜗杆套502，蜗杆套502套设于蜗杆轴501 外、并于蜗轮6啮合，而且蜗杆套502与蜗杆轴501通过约束机构连接，其中，约束机构允许蜗杆套502沿蜗杆轴501的长度方向移动，并限制蜗杆套502围绕蜗杆轴501的长度方向转动。
94.具体地，请参照图12和图13，上述约束机构包括沿着蜗杆轴501的长度方向延伸的多个凸棱502a和多个凹槽501a，凹槽501a形成于蜗杆套502的内表面，凸棱502a形成于蜗杆轴501的外表面，多个凸棱502a分别嵌于多个凹槽501a中。
95.蜗杆轴501上还固定设置有两个限位件503，这两个限位件503分别位于蜗杆套502的相对两侧，每个限位件503与蜗杆套502之间沿蜗杆轴501的长度方向夹设有碟簧504。限位件503能够限制蜗杆套502沿上述长度方向移动的范围。
96.在一些实施例中，上述过渡元件可以是齿轮组件，即光伏板2的转轴10与蜗轮6的轮轴 602通过该齿轮组件传动连接，由此可以通过配置齿轮组件的具体结构来调整蜗轮6至光伏板2的传动比。
97.在另一些实施例中，光伏板2的转轴10与蜗轮6的轮轴602同轴固定，或者，将光伏板 2直接固定在伸出壳体外的轮轴602上，蜗轮6与光伏板2的旋转传动比为1:1。
98.请参照图11并结合图1至图9，当电机3驱动蜗杆轴501旋转、欲通过蜗杆轴501带动蜗杆套502旋转、进而再由蜗杆套502带动蜗轮6在图4中沿顺时针方向旋转时，随着蜗杆轴501的转动，蜗杆套502会在蜗轮6的反作用力下，先沿蜗杆轴501向右滑移，该过程中位于限位件503和蜗杆套502之间的右侧叠簧不断被蜗杆套502压缩，直至右侧叠簧对蜗杆套502的作用力足以使蜗杆套502驱动蜗轮6。在电机3停止运行、蜗轮6轴停止转动时，若蜗轮6被施加外力(例如来自光伏的外力)而在图4中沿逆时针转动，会引起蜗杆套502 向右移动继续挤压叠簧，直至叠簧对蜗杆套502的作用力足以抵消蜗轮6对蜗杆套502的作用力，蜗杆套502停止向右运动。该过程中，蜗杆齿左侧面与蜗轮齿右侧面之间始终保持抵触状态，相抵触的面之间不存在齿侧间隙，因此蜗轮6即使逆时针转动两者之间不会发生明显的碰撞。若此时蜗轮6再被施加外力(例如来自光伏板2的外力)而沿顺时针转动，会使得蜗轮齿和蜗杆齿原本处于贴合状态的两个面分开，蜗轮齿向左移动并最终与蜗杆齿右侧面碰撞接触。在此过程中，一方面，左侧碟簧504使得蜗轮齿与蜗杆齿的碰撞为弹性碰撞，减小了二者的碰撞力；另一方面，因蜗轮6对蜗杆套502向右的力消失，蜗杆套502在右侧叠簧向左的作用力下左移，恰恰与配合处的蜗轮6同向移动，弹性碰撞的同时，还减小两齿的相对速度，降低碰撞损伤。