双极型太阳能聚光跟踪器调节驱动机构 【技术领域】
本发明属太阳能光伏发电技术领域，特别是涉及一种双极型太阳能聚光跟踪器调节驱动机构。
背景技术
世界经济的迅猛发展，使得能源的消耗量越来越大。如何寻找到可替代的能源，以解决能源带来的危机，成为人类研究的热点。太阳能，这种清洁的、可再生的能源，成了人们争相开发的对象。但是，在太阳能开发利用当中，存在着一系列问题，如：太阳能不能被充分利用、太阳能发电效率低等。太阳能聚光跟踪器的出现很好的解决了这个难题，它不但可以大幅地提高光伏发电的效率，而且节省了昂贵的光伏材料。目前，国内外常用的太阳能聚光跟踪器采用的是双极型结构。与传统的单轴式太阳能跟踪器相比，双极型结构具有灵敏度高的优点。但是，它仍需要两台电机进行驱动，这必然增加了机构成本。
【发明内容】
本发明所要解决的技术问题是提供一种采用单电机调节驱动机构，以实现太阳位置的精确跟踪的双极型太阳能聚光跟踪器调节驱动机构。该发明不仅可以降低机构的成本，而且能提高机构的可靠性和效率，对于太阳跟踪器的普及使用具有重要意义。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种双极型太阳能聚光跟踪器调节驱动机构，包括电机、轴、齿轮减速机构和同步器，所述的电机通过轴与第一齿轮固结，第一齿轮和第二齿轮是一对常啮合的齿轮，第二齿轮与中间轴通过键连接，第三齿轮和第五齿轮空套在中间轴上，第三齿轮和第五齿轮的旁边对应安装着第一同步器和第二同步器，并通过花键与中间轴固结；在第一同步器与第三齿轮及第二同步器与第五齿轮上分别安装一个电磁继电器和电磁铁的组合；所述的第三齿轮与第四齿轮啮合，第四齿轮通过键与南北跟踪轴固结；第五齿轮和第六齿轮常啮合齿轮，与第六齿轮通过东西方向跟踪轴与涡轮蜗杆机构同轴连接；在第四齿轮右侧安装一个与壳体固结的滑动轴承，在滑动轴承的安装支架上开一个孔，在其中安装一个锁止机构实现此轴的锁止。
所述的锁止机构由锁止销、电磁继电器、电磁铁和弹簧组成如附图3所示此锁止机构的上轴支撑与跟踪器的外壳体固结。当此一锁止机构所在的轴跟踪工作开始时，控制器给锁止机构发出控制指令，在电磁铁的作用下锁止销收回，与齿轮不接触，齿轮可以转动；当此轴跟踪任务完成后，控制器向锁止机构发出关断指令，此时继电器断电、电磁铁磁性消失，锁止销在弹簧的作用下向外伸出，与齿轮接触，且有一定的接触力(接触力的大小有弹簧决定)，实现锁止。
所述的同步器为惯性式同步器，其套筒的齿轮的锥形凸出刚好卡进套筒的锥形缺口；同步环的内锥面与待接合齿轮齿圈外锥面接触，接合套、同步环和待接合齿轮的齿圈上均有倒角。
有益效果
1、本发明驱动机构采用单个电机实现了双极型太阳跟踪器的双轴驱动，不但极大地节省了加工成本，且加速了太阳跟踪器的普及使用的步伐。
2、本发明驱动机构全部采用齿轮传动结构，工作可靠寿命长、承载能力高结构紧凑，利于提高跟踪器跟踪精度，能够实现大功率和大扭矩的传递。
3、本发明驱动机构采用了涡轮蜗杆机构，可以实现机构自锁，提高跟踪精度。
4、本发明驱动机构采用电磁继电器、电磁铁与同步器的配套使用，利于自动化控制。
5、本发明驱动机构只采用了一台电机驱动双轴，结构简单，易于管理、检测与维修。
6、本发明驱动机构采用了同步器，减小电机惯性运动对跟踪精度的影响，使得当两个同步器都不工作时，中间轴的转动不影响两轴工作，保证了跟踪器的跟踪精度。
7、本发明驱动机构采用自行设计的锁止机构，简单、有效且有利于自动化控制。此处锁止力的大小可以根据实际情况选择合适的弹簧来实现，同时电磁铁的型号也要根据弹簧情况来选择。
【附图说明】
图1为双极轴太阳跟踪器驱动器结构图。
图2为同步器结构、工作原理图。
图3为锁止器结构图。
【具体实施方式】
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
附图1是本发明所设计的单电机驱动的双极型太阳能聚光跟踪器地驱动器结构组成图，由电机、轴、齿轮减速机构、同步器包括自回位弹簧机构(电磁继电器从属于同步器部分)和锁止器等五个部分组成。图1中，齿轮1和齿轮2是一对常啮合的齿轮。当太阳跟踪器的控制部分向驱动部分即电机发出跟踪指令后，电机开始转动。齿轮2与中间轴通过键连接，因此电机的转动可以通过常啮合齿轮1、2传到中间轴上。齿轮3与齿轮5空套在中间轴上，旁边对应安装着同步器15、16，通过花键与中间轴固结。同时，在同步器15与齿轮3，同步器16与齿轮5上又分别安装一个电磁继电器和电磁铁的组合。当跟踪器的控制器向电机发出跟踪指令时，同步器15的继电器发出接通指令，使电磁铁带电产生磁场。在电磁铁的吸引作用下，同步器15开始工作，进而使齿轮3与同步器结合。由于同步器与中间轴是通过花键固结的，因此中间轴的转动可以通过常啮合齿轮3和4的共同作用，传到南北跟踪轴上(此处齿轮4与轴通过键固结)，进而使电机可以驱动南北方向跟踪轴17转动，实现对太阳能发电组件方位角的调整，使发电组件在南北方向上实现对太阳的跟踪。
当南北方向调整完成后，控制器向同步器A继电器发出关断指令，同时向继电器16发出接通指令。此时，同步器在自带的回位弹簧作用下与齿轮3断开连接，齿轮3再次与中间轴空套，中间轴的转动不会传递到南北方向跟踪轴上。当同步器A继电器断开，同时同步器16继电器接通，使得与其配套的电磁铁接通带电产生磁场。在电磁铁的吸引作用下，同步器16与齿轮5结合，实现齿轮5与中间轴的结合，中间轴14的转动可通过常啮合齿轮5和6传递到涡轮轴上。涡轮蜗杆机构可以将涡轮轴上的转动转化为蜗杆上的转动，使电机可以驱动东西方向跟踪轴18的转动，进而可以调节发电组件的高度角，在东西方向上实现对太阳的跟踪。
锁止机构：
由于东西方向跟踪轴采用了涡轮蜗杆结构，因此太阳跟踪器可以实现在东西方向上的自锁，从而可以保证跟踪器的跟踪精度。但是，在南北方向跟踪轴未采用涡轮蜗杆机构，不具有自锁功能。为了保证南北方向的跟踪精度，在此轴上需要设计额外的锁止结构19。设计的锁止方法如下：在齿轮4右侧安装一个与壳体固结的滑动轴承，在滑动轴承的安装支架上开一个孔，在其中安装一个锁止机构实现此轴的锁止。该锁止机构由锁止销、电磁继电器、电磁铁和弹簧组成。当此轴跟踪工作开始时，控制器给锁止机构发出控制指令，在电磁铁的作用下锁止销收回，与齿轮4不接触，齿轮4可以转动；当此轴跟踪任务完成后，控制器向锁止机构发出关断指令，此时继电器断电、电磁铁磁性消失，锁止销在弹簧的作用下向外伸出，与齿轮4接触，且有一定的接触力(接触力的大小有弹簧决定)，实现锁止，此处所描述的锁止机构通过上轴支撑与跟踪器外壳固结而其下轴支撑于上轴支撑之间通过螺栓连接其相对于轴起到一个滑动轴承的作用。
同步器工作原理：
同步器有常压式和惯性式。目前普遍采用的是惯性式同步器，它的特点是依靠摩擦作用实现同步。附图2所示为同步器结构图，箭头表示工作时同步套的运动方向。套筒13上的齿和齿轮10啮合之前产生一个摩擦接触，使齿轮上的锥形凸出刚好卡进套筒的锥形缺口，两者之间的摩擦力使得套筒和齿轮同步。同步环13的内锥面与待接合齿轮齿圈外锥面接触产生摩擦。锥面摩擦使得待啮合的齿套与齿圈迅速同步，由于接合套、同步环和待接合齿轮的齿圈上均有倒角(锁止角)，因此可以产生一种锁止作用，防止齿轮在同步前进行啮合。当同步环内锥面与待接合齿轮齿圈外锥面接触后，在摩擦力矩的作用下，齿轮转速迅速降低(或升高)到与同步环转速相等，两者同步旋转，齿轮相对于同步环的转速为零，因而惯性力矩也同时消失。