一種大角度旋轉(zhuǎn)聚光器支撐架機(jī)構(gòu)制造技術(shù)

一種大角度旋轉(zhuǎn)聚光器支撐架機(jī)構(gòu)，其包括聚光器、動平臺、機(jī)架、第一支鏈、第二支鏈、第三支鏈和被動支鏈；所述的三條支鏈和被動支鏈分別連接于機(jī)架和動平臺之間，與機(jī)架和動平臺構(gòu)成空間閉環(huán)機(jī)構(gòu)。通過驅(qū)動第一和第二支鏈可實現(xiàn)動平臺沿豎直方向的自轉(zhuǎn)運動，驅(qū)動第三支鏈可實現(xiàn)動平臺的俯仰運動，從而使安裝在動平臺上的聚光器完成跟蹤太陽運動。該機(jī)構(gòu)連接動平臺和被動支鏈之間的兩個轉(zhuǎn)動副分別可旋轉(zhuǎn)180度和360度，減小了鉸鏈轉(zhuǎn)動限制對于機(jī)構(gòu)工作空間的影響，從而使該支撐架機(jī)構(gòu)具有大旋轉(zhuǎn)角度。該機(jī)構(gòu)可靠性強(qiáng)，容錯率高，在其中一個主動支鏈損壞的情況下，依然可以實現(xiàn)相關(guān)運動，適合用于室外作業(yè)；結(jié)構(gòu)對稱，容易實現(xiàn)模塊化，制造成本低。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及能源領(lǐng)域，具體涉及一種能夠應(yīng)用于支撐聚光器跟蹤太陽運動的一種大角度旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。
技術(shù)介紹
隨著傳統(tǒng)能源消費的持續(xù)增長，化石等能源的稀缺性越來越明顯。隨著化石能源日趨枯竭的趨勢，大規(guī)模開發(fā)可再生能源成為當(dāng)下急需解決的問題。太陽能是人類取之不竭的可再生能源，具有充分的清潔性，絕對的安全性和相對的廣泛性，其在可再生能源中占據(jù)了重要地位。太陽能聚光器是一種切實可行的提高太陽能采集效率并加以利用的裝備，也是很多太陽能發(fā)電裝置不可或缺的組成部分。太陽能聚光器通過實時跟蹤太陽運動方位，使得跟蹤機(jī)構(gòu)上的電池板或聚光鏡能夠始終正對太陽光，最大程度地吸收太陽光。目前根據(jù)跟蹤系統(tǒng)軸數(shù)分類，可分為單軸和雙軸兩種。采用單軸跟蹤方式，一天之中一般只有正午時刻太陽光能夠垂直入射到電池板或聚光鏡，此時收集熱能能量密度最大；而在早上或下午太陽光線都是斜射，此時收集熱能能量密度較小。單軸跟蹤的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，但由于入射光線不能始終垂直入射到電池板或聚光鏡，收集太陽能的效果并不理想。采用雙軸跟蹤方式，可實現(xiàn)全天聚光器采光面始終垂直太陽光線，對太陽光進(jìn)行實時跟蹤。傳統(tǒng)二軸聚光器跟蹤機(jī)構(gòu)通常為串聯(lián)機(jī)構(gòu)，串聯(lián)二軸太陽能聚光器跟蹤機(jī)構(gòu)一般采用一個豎直轉(zhuǎn)動軸和一個水平轉(zhuǎn)動軸機(jī)構(gòu)，豎直轉(zhuǎn)動軸用于支撐整個機(jī)構(gòu)的載荷，并驅(qū)動跟蹤機(jī)構(gòu)完成太陽方位角的跟蹤。水平轉(zhuǎn)動軸安裝在豎直轉(zhuǎn)動軸的頂部，用于完成高度角的跟蹤。串聯(lián)跟蹤機(jī)構(gòu)設(shè)計簡單，但是受到材料和結(jié)構(gòu)的剛度約束，傳統(tǒng)的串聯(lián)二軸太陽能聚光器跟蹤機(jī)構(gòu)必須使用直徑更大的豎直軸來支撐電池板或聚光鏡，這樣就造成了機(jī)構(gòu)的成本上升。同時聚光器一般在戶外進(jìn)行作業(yè)，經(jīng)常受到風(fēng)沙、暴雨等惡劣天氣的影響，對跟蹤機(jī)構(gòu)的可靠性能具有較高的要求。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是提供一種用于支撐聚光器實現(xiàn)跟蹤太陽運動的大角度旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)屬于冗余機(jī)構(gòu)，在其中一個主動支鏈損壞的情況下，依然可實現(xiàn)跟蹤運動，具有可靠性強(qiáng)，容錯率高的特點，適合用于室外作業(yè)，同時該機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)對稱，易于制造，容易實現(xiàn)模塊化，制造成本低。本專利技術(shù)的技術(shù)方案如下：一種大角度旋轉(zhuǎn)聚光器支撐架機(jī)構(gòu)，其特征在于，該機(jī)構(gòu)包括機(jī)架、第一支鏈、第二支鏈、第三支鏈、被動支鏈和動平臺；所述的第一支鏈、第二支鏈、第三支鏈和被動支鏈分別連接于機(jī)架和動平臺之間，并與機(jī)架和動平臺構(gòu)成空間閉環(huán)機(jī)構(gòu)；所述的第一支鏈包括第一虎克鉸、第一桿件、第二桿件、套筒和第二虎克鉸；所述的第一桿件通過第一虎克鉸連接動平臺；所述的第二桿件通過第一轉(zhuǎn)動副連接第一桿件；所述的第一轉(zhuǎn)動副的轉(zhuǎn)動軸線與第一虎克鉸的兩條轉(zhuǎn)動軸線垂直，且該三條轉(zhuǎn)動軸線相交于一點；所述的套筒通過第一移動副連接第二桿件；所述的套筒通過第二虎克鉸連接機(jī)架；所述的第二支鏈、第三支鏈和第一支鏈的結(jié)構(gòu)和連接方式完全相同；所述的被動支鏈包括第三桿件和第四桿件；所述的第三桿件通過第二轉(zhuǎn)動副連接動平臺，所述的第二轉(zhuǎn)動副的轉(zhuǎn)動軸線沿水平方向，所述的第四桿件通過第三轉(zhuǎn)動副連接第三桿件；所述的第三轉(zhuǎn)動副的轉(zhuǎn)動軸線沿豎直方向；所述的第四桿件固接在機(jī)架上。本專利技術(shù)所述的一種大角度旋轉(zhuǎn)聚光器支撐架機(jī)構(gòu)，其特征在于，當(dāng)動平臺處于水平姿態(tài)時，第三支鏈與第二轉(zhuǎn)動副的轉(zhuǎn)動軸線垂直。本專利技術(shù)所述的一種大角度旋轉(zhuǎn)聚光器支撐架機(jī)構(gòu)，其特征在于，第一支鏈、第二支鏈和第三支鏈的移動副采用絲杠螺母驅(qū)動、液壓驅(qū)動或者氣壓驅(qū)動。本專利技術(shù)具有以下優(yōu)點及突出性的技術(shù)效果：本專利技術(shù)提出一種用于跟蹤太陽運動的聚光器跟蹤機(jī)構(gòu)，通過驅(qū)動三個主動支鏈，可實現(xiàn)聚光器在動平臺上的大角度范圍轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)跟蹤太陽運動；其具有較大轉(zhuǎn)動工作空間、剛度高的優(yōu)點。②本專利技術(shù)機(jī)構(gòu)通過將第二轉(zhuǎn)動副轉(zhuǎn)動軸線設(shè)計為水平方向，第三轉(zhuǎn)動副轉(zhuǎn)動軸線設(shè)計為豎直方向，使第二轉(zhuǎn)動副和第三轉(zhuǎn)動副的轉(zhuǎn)動角度分別可達(dá)到180度和360度，減小了鉸鏈轉(zhuǎn)動限制對于機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動工作空間的影響，從而使該支撐架機(jī)構(gòu)具有大旋轉(zhuǎn)角度。③本專利技術(shù)機(jī)構(gòu)在室外作業(yè)時受到風(fēng)沙、暴雨等惡劣天氣，出現(xiàn)其中一個主動支鏈損壞的情況下，依然可實現(xiàn)跟蹤運動，具有可靠性強(qiáng)，容錯率高的特點。④本專利技術(shù)結(jié)構(gòu)對稱，易于制造，容易實現(xiàn)模塊化；結(jié)構(gòu)簡單，運動學(xué)控制簡單，靈活性好。附圖說明圖1為本專利技術(shù)提供的一種大角度旋轉(zhuǎn)聚光器支撐架機(jī)構(gòu)的實施例的三維結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本專利技術(shù)的去除聚光器的支撐架機(jī)構(gòu)的實施例三維結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本專利技術(shù)的第一支鏈實施例結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本專利技術(shù)的動平臺和被動支鏈實施例結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為本專利技術(shù)的去除第二支鏈的支撐架機(jī)構(gòu)實施例結(jié)構(gòu)示意圖。圖中：1-機(jī)架；2-第一支鏈；3-第二支鏈；4-聚光器；5-動平臺；6-第三支鏈；7-被動支鏈；21-第一虎克鉸；22-第一桿件；23-第二桿件；24-套筒；25-第二虎克鉸；71-第三桿件；72-第四桿件。具體實施方式下面結(jié)合附圖及實施例對本專利技術(shù)做進(jìn)一步的詳細(xì)說明：圖1為本專利技術(shù)提供的一種大角度旋轉(zhuǎn)聚光器支撐架機(jī)構(gòu)的實施例的三維機(jī)構(gòu)示意圖，該機(jī)構(gòu)包括機(jī)架1、第一支鏈2、第二支鏈3、第三支鏈6、被動支鏈7、動平臺5和聚光器4；所述的聚光器4固接在動平臺5上。圖2為本專利技術(shù)去除聚光器4的支撐架機(jī)構(gòu)的實施例三維結(jié)構(gòu)示意圖，所述的第一支鏈2、第二支鏈3、第三支鏈6和被動支鏈7分別連接動平臺5和機(jī)架1組成空間閉環(huán)機(jī)構(gòu)。圖3為本專利技術(shù)的第一支鏈2實施例結(jié)構(gòu)示意圖，所述的第一支鏈2包括第一虎克鉸21、第一桿件22、第二桿件23、套筒24和第二虎克鉸25；所述的第一桿件22通過第一虎克鉸21連接動平臺5；所述的第二桿件23通過第一轉(zhuǎn)動副連接第一桿件22；所述的第一轉(zhuǎn)動副的轉(zhuǎn)動軸線與第一虎克鉸21的兩條轉(zhuǎn)動軸線垂直，且該三條轉(zhuǎn)動軸線相交于一點；所述的套筒24通過第一移動副連接第二桿件23；所述的套筒24通過第二虎克鉸25連接機(jī)架1；所述的第一移動副采用絲杠螺母驅(qū)動、液壓驅(qū)動或者氣壓驅(qū)動實現(xiàn)第一支鏈的伸縮運動。所述的第二支鏈3和第三支鏈6與第一支鏈2的結(jié)構(gòu)和連接方式完全相同，第一支鏈2和第二支鏈3對稱分布在動平臺5的兩側(cè)。通過驅(qū)動所述的第三支鏈6可實現(xiàn)動平臺5的俯仰運動；通過驅(qū)動第一支鏈2和第二支鏈3，可實現(xiàn)動平臺5沿豎直方向的自轉(zhuǎn)運動。圖4為本專利技術(shù)的動平臺5和被動支鏈7實施例結(jié)構(gòu)示意圖，所述的被動支鏈7包括第三桿件71、第四桿件72；所述的第三桿件71通過第二轉(zhuǎn)動副連接動平臺5；所述的第二轉(zhuǎn)動副的轉(zhuǎn)動軸線沿水平方向；當(dāng)動平臺5處于水平姿態(tài)時，第三支鏈6與第二轉(zhuǎn)動副的轉(zhuǎn)動軸線垂直；所述的第四桿件通過第三轉(zhuǎn)動副連接第三桿件71；所述的第三轉(zhuǎn)動副的轉(zhuǎn)動軸線沿豎直方向；所述的第四桿件固接在機(jī)架上。本專利技術(shù)機(jī)構(gòu)通過將第二轉(zhuǎn)動副轉(zhuǎn)動軸線設(shè)計為水平方向，第三轉(zhuǎn)動副轉(zhuǎn)動軸線設(shè)計為豎直方向，使第二轉(zhuǎn)動副和第三轉(zhuǎn)動副的轉(zhuǎn)動角度分別可達(dá)到180度和360度，減小了鉸鏈轉(zhuǎn)動限制對于機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動工作空間的影響，從而使該支撐架機(jī)構(gòu)具有大旋轉(zhuǎn)角度。圖5為本專利技術(shù)的去除第二支鏈2的支撐架機(jī)構(gòu)實施例結(jié)構(gòu)示意圖，該機(jī)構(gòu)屬于冗余機(jī)構(gòu)，當(dāng)去除所述的第一支鏈2或者第二支鏈3，同樣能實現(xiàn)聚光器4繞著水平轉(zhuǎn)動軸和豎直轉(zhuǎn)動軸的兩自由度轉(zhuǎn)動。本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點】
一種大角度旋轉(zhuǎn)聚光器支撐架機(jī)構(gòu)，其特征在于，該機(jī)構(gòu)包括機(jī)架(1)、第一支鏈(2)、第二支鏈(3)、第三支鏈(6)、被動支鏈(7)和動平臺(5)；所述的第一支鏈(2)、第二支鏈(3)、第三支鏈(6)和被動支鏈(7)分別連接于機(jī)架(1)和動平臺(5)之間，并與機(jī)架(1)和動平臺(5)構(gòu)成空間閉環(huán)機(jī)構(gòu)；所述的第一支鏈(2)包括第一虎克鉸(21)、第一桿件(22)、第二桿件(23)、套筒(24)和第二虎克鉸(25)；所述的第一桿件(22)通過第一虎克鉸(21)連接動平臺(5)；所述的第二桿件(23)通過第一轉(zhuǎn)動副連接第一桿件(22)；所述的第一轉(zhuǎn)動副的轉(zhuǎn)動軸線與第一虎克鉸(21)的兩條轉(zhuǎn)動軸線垂直，且該三條轉(zhuǎn)動軸線相交于一點；所述的套筒(24)通過第一移動副連接第二桿件(23)；所述的套筒(24)通過第二虎克鉸(25)連接機(jī)架(1)；所述的第二支鏈(3)、第三支鏈(6)和第一支鏈(2)的結(jié)構(gòu)和連接方式完全相同；所述的被動支鏈(7)包括第三桿件(71)和第四桿件(72)；所述的第三桿件(71)通過第二轉(zhuǎn)動副連接動平臺(5)，所述的第二轉(zhuǎn)動副的轉(zhuǎn)動軸線沿水平方向，所述的第四桿件通過第三轉(zhuǎn)動副連接第三桿件(71)；所述的第三轉(zhuǎn)動副的轉(zhuǎn)動軸線沿豎直方向；所述的第四桿件固接在機(jī)架上。...

【技術(shù)特征摘要】
1.一種大角度旋轉(zhuǎn)聚光器支撐架機(jī)構(gòu)，其特征在于，該機(jī)構(gòu)包括機(jī)架(1)、第一支鏈(2)、第二支鏈(3)、第三支鏈(6)、被動支鏈(7)和動平臺(5)；所述的第一支鏈(2)、第二支鏈(3)、第三支鏈(6)和被動支鏈(7)分別連接于機(jī)架(1)和動平臺(5)之間，并與機(jī)架(1)和動平臺(5)構(gòu)成空間閉環(huán)機(jī)構(gòu)；所述的第一支鏈(2)包括第一虎克鉸(21)、第一桿件(22)、第二桿件(23)、套筒(24)和第二虎克鉸(25)；所述的第一桿件(22)通過第一虎克鉸(21)連接動平臺(5)；所述的第二桿件(23)通過第一轉(zhuǎn)動副連接第一桿件(22)；所述的第一轉(zhuǎn)動副的轉(zhuǎn)動軸線與第一虎克鉸(21)的兩條轉(zhuǎn)動軸線垂直，且該三條轉(zhuǎn)動軸線相交于一點；所述的套筒(24)通過第一移動副連接第二桿件(23)；所述的套...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：吳軍，王立平，張彬彬，許天睿，吳昊，
申請(專利權(quán))人：清華大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：北京;11