專利名稱：反射式線性菲涅爾太陽聚光集熱器跟蹤傳動控制裝置的制作方法
技術領域：
本發明屬于太陽能利用技術領域，公開了一種反射式線性菲涅爾太陽聚光集熱器 跟蹤傳動控制裝置。
背景技術：
反射式線性菲涅爾太陽聚光集熱發電是近年來新研究的一種中高溫太陽能熱發 電的方式，反射式線性菲涅爾太陽聚光集熱器是該發電方式的核心。如圖1所示，每個反射 鏡100下面對應安裝傳動控制裝置101，傳動控制裝置101安裝在支架102上，多個反射反 射鏡100成反射鏡場103，反射鏡場103上面安裝有聚光器104，聚光器104平行于反射鏡 場103設置，反射式線性菲涅爾聚光集熱器的工作原理是，眾多單軸轉動的反射鏡100組成 的矩形反射鏡場103自動跟蹤太陽105，將太陽光反射聚集到平行于反射鏡場103的線性聚 光器104內，聚光器104內的鍍膜鋼管吸收太陽光將光能轉化為熱能，從而加熱鋼管內流動 的工質，產生高溫達400°C以上。菲涅爾太陽聚光集熱系統聚光器內的鍍膜鋼管采集光線的多少是影響聚光集熱 效率的重要原因之一，為此，必須引導反射反射鏡精確跟蹤太陽，將光線反射到聚光器內， 只有這樣才能實現提高集熱系統的熱轉換效率；因此，菲涅爾太陽聚光集熱器的傳動控制 裝置就至關重要了，它也決定了反射鏡場跟蹤太陽的精度。目前國外的研發機構或公司有采用單軸連桿機構(電機驅動移動桿)或單軸電機 減速驅動，這些反射鏡場跟蹤太陽的方法存在跟蹤精度不高、成本高的問題，同時，由于反 射鏡面不能同時翻轉過來，不便于鏡面的清理，這樣不僅大大降低了聚光集熱效率，也不利 于商業化推廣。
發明內容
本發明的目的是針對上述現有技術的缺陷，提供了一種跟蹤精度準、控制方便、成 本低廉、鏡面清理方便的反射式線性菲涅爾太陽聚光集熱器跟蹤傳動控制裝置。為了實現上述目的本發明采取的技術方案是一種反射式線性菲涅爾太陽聚光集 熱器跟蹤傳動控制裝置，包括一組驅動裝置，一組初級減速裝置，多組次級減速裝置，多組 角度調整裝置；所述的驅動裝置，包括驅動電機及其控制系統，所述的控制系統預設太陽跟 蹤程序，用來驅動電機工作，自動跟蹤太陽；所述的初級減速裝置，包括初級減速機，所述初 級減速機的輸入端與驅動電機相連；所述的次級減速裝置，包括次級減速機，所述次級減 速機的輸出軸與反射鏡支撐軸相連，每個次級減速機之間通過傳動軸相連接，所述初級減 速機的輸出端通過聯軸器I與次級減速機的傳動軸連接，所述角度調整裝置包括電磁離合 器，所述電磁離合器的從動端固定在次級減速機的輸入端，所述電磁離合器的主動端連接 傳動軸。所述初級減速機的輸出軸通過法蘭連接聯軸器I 一端，所述聯軸器另一端設置在 軸承支座上，所述軸承支座固定在固定座上，所述固定座固定在支架上；所述次級減速機的
3輸出軸通過聯軸器II連接支撐軸，所述支承軸上固定反射鏡，所述支承軸通過軸承及軸承 座固定在支架上，與所述初級減速機相鄰的次級減速機輸入軸一端與聯軸器I相連，另一 端通過傳動軸與下一臺次級減速機軸連接，所述的傳動軸是一根通軸，所述傳動軸之間通 過聯軸器III連接，所述的次級減速機均設置在固定座上；所述的支架、支撐軸、傳動軸、固定座、法蘭由具有膨脹系數一致的材料制成。所述的材料為45號鋼。所述的次級減速機通過固定座與支架連接，所述固定座與支架上設有沿豎向的長 橢圓孔，次級減速機底座上設有沿橫向長橢圓孔。所述次級減速機上安裝自鎖裝置或采用蝸輪蝸桿減速機。所述電磁離合器采用失電離合器，所述電磁離合器在斷電的情況下，主動端和從 動端結合，反射鏡運轉；在通電的情況下，主動端和從動端分開，反射鏡停止轉動。所述控制系統分別連接時間測量器、限位開關和電磁離合器，所述限位開關用來 控制其中某一個電磁離合器斷開，所述控制系統根據預設的時間差依次斷開相鄰的電磁離 合器，使反射鏡轉動到跟蹤角度。本發明實施例的有益效果是本發明可實現反射式線性菲涅爾聚光集熱器反射鏡 場反射鏡的任意角度的擺放、轉動和自動跟蹤太陽將光反射到聚光器內，能有效的提高聚 光的效率，而且提高了反射鏡抗風能力，降低冰雹、墜物等對鏡場破壞的風險，同時反射鏡 反射面朝下后也便于鏡面清理，具有跟蹤精度準、控制方便、成本低廉的優點。
圖1是本發明實施例反射式線性菲涅爾聚光集熱器原理圖；圖2是本發明實施例跟蹤傳動控制裝置總體簡圖；圖3是本發明實施例次級減速機可調結構簡圖；圖4是本發明實施例次級減速機電磁離合器聯動控制示意圖；圖5為本發明控制系統原理圖。圖中1_支架 2-電機 3-連接法蘭 4-聯軸器I 5-軸承支座 6_次級減速機7-傳動軸 8-聯軸器III 9-反射鏡 10-電磁離合器 11-固 定座 12-聯軸器1113-軸承 14-支撐軸 15-初級減速機。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步說明，但不作為對本發明的限定。參見圖2，一種反射式線性菲涅爾太陽聚光集熱器跟蹤傳動控制裝置，包括一組驅 動裝置，一組初級減速裝置，多組次級減速裝置，多組角度調整裝置；所述的驅動裝置，包括 驅動電機2及其控制系統，所述的控制系統預設太陽跟蹤程序，用來驅動電機2工作，自動 跟蹤太陽；所述的初級減速裝置，包括初級減速機15，初級減速機15的輸入端與驅動電機2 相連，初級減速機15的輸出軸通過法蘭3連接聯軸器I 4 一端，聯軸器I 4另一端設置在 軸承支座5上，軸承支座5固定在固定座11上，固定座11固定在支架1上；所述的次級減 速裝置，包括次級減速機6，次級減速機6的輸出軸通過聯軸器1112連接支撐軸14，支承軸 14上固定反射鏡9，支承軸14通過軸承13及軸承座固定在支架1上，反射反射鏡按一定的間隔距離通過軸承座固定在支架的上方，每個軸承座在支架上方的同一平面上，而每個反 射鏡9的支撐軸與與其相對應的次級減速機6的輸出端連接，從而帶動反射鏡的轉動，實現 按預設程序的跟蹤太陽；與初級減速機15相鄰的次級減速機6輸入軸一端與聯軸器14相 連，次級減速機6輸入軸另一端通過傳動軸7與下一臺次級減速機6連接，次級減速機6均 設置在固定座11上；多組次級減速機6按照一定的間隔距離沿著傳動軸7的方向通過固定 座11固定在支架1上，每個次級減速機6的傳動軸7通過聯軸器III 8依次連接，傳動軸 7是一根通軸，所旋轉的速度是一致的，同理，在同樣工作狀態下，對應的每個次級減速機6 的輸入速度是一致的。將傳動軸7分段連接，這樣提高軸的加工精度，并保證同軸度一致 性；所述角度調整裝置包括電磁離合器10，電磁離合器10的從動端固定在次級減速機6的 輸入端，電磁離合器10的主動端連接傳動軸7。通過預設程序驅動電磁離合器工作，來確定 每組反射鏡的初始角度，和聯動同步跟蹤太陽，以及在大風或冰雹氣候情況下保證每個反 射鏡回到水平和豎直的位置。參見圖3，每個次級減速機6的安裝底座有四個朝一個方向的長橢圓孔，減速機6 固定座11有朝另兩個方向的長橢圓孔，次級減速機6的安裝底座上的長橢圓孔沿橫向設 置，固定座11上的長橢圓孔沿豎向設置，次級減速機6與固定座11的裝配可以實現沿傳動 軸方向先后和左右的安裝調整；而固定座11與支架1連接的另一個方向的長圓孔，可以實 現上下方向的安裝調整。通過這三個方向的長圓孔，可以實現次級減速機6六個方向的調 整，從而可以實現傳動軸在較長距離的連接后的同軸度，保證傳遞的準確性和一致性，從而 也可以保證每個次級減速機6的聯動傳動。支架、支撐軸、傳動軸、固定座、法蘭等由至少基本上材料膨脹系數一致的材料制 成，在出現受熱或變冷造成材料膨脹或收縮的情況下，可以至少接近于確保，所述的跟蹤傳 動控制裝置的所有結構部分相互的膨脹以相同的程度進行。可以確保，減速機內部結構以 及轉動過程中的角度關系不會變化或者只發生很小的變化，從而保證每組鏡面的傳動的一 致性。在設計過程中不必對材料的膨脹或收縮進行復雜的補充調節或進行試驗。本發明中的驅動電機是通過其控制系統內預設程序來控制其工作的，預設程序就 是按照太陽運行規律計算反射鏡的位置和角度，來確定驅動電機的正常跟蹤太陽的轉動速 度和方向，以及在出現非常情況下，比如在刮大風、下冰雹或有其他墜物的情況下，來確定 驅動電機非正常跟蹤太陽的轉動速度和方向。驅動電機工作從而帶動第一臺次級減速機的 傳動軸的轉動。本發明中的每個次級減速機都帶有自鎖功能，比如在次級減速機上安裝自鎖裝置 或次級減速機采用蝸輪蝸桿減速機，這樣既可以保證每組鏡面任意位置的放置，也可以防 止因為風力或外力造成反射鏡的自由轉動，從而保證反射鏡及時跟蹤太陽。參見圖4，本發明中的每個次級減速機6的輸入端都安裝有一個電磁離合器10，其 能實現所有反射鏡的自動跟蹤太陽并反射太陽光于聚光器內。電磁離合器10的從動端與 次級減速機10的輸入端固定連接，而其主動端與傳動軸連接，電磁離合器10設置在離合器 固定座內，電磁離合器10與離合器驅動電控部件相連，電磁離合器10的電壓為24V，當電磁 離合器10斷電時，主動端就滑向從動端，與從動端結合，傳動軸的轉動就能帶動次級減速 機工作，從而反射鏡就能轉動；當電磁離合器通電時，主動端就離開從動端，與從動端分開， 主動端空轉，次級減速機停止工作，鏡面也就停止轉動了。
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由于反射式線性菲涅爾聚光集熱器的每組反射鏡的位置不一樣，但所有反射光都 聚集在同一聚光器內，所以每個反射鏡跟蹤太陽的角度是不一樣的。這樣可以通過程序來 控制每個電磁離合器的通電和斷電時間，進而調整每組反射鏡的角度，當每組反射鏡調到 合適的位置，驅動電機可以持續的工作，從而實現所有反射鏡的聯動控制。本發明所采用的電磁離合器為失電離合器，即電磁離合器在斷電的情況下，主動 端和從動端結合，反射鏡運轉；在通電的情況下，主動端和從動端分開，反射鏡停止轉動。因 為大部分時間或正常工作的情況下，反射鏡是運轉的，也就是電磁離合是斷電不工作的，這 樣可以延長電磁離合器的使用壽命，也可以降低用電的消耗功率。本發明的裝置對菲涅爾聚光集熱器的反射反射鏡進行聯動精準控制，能夠自動跟 蹤太陽將光反射到聚光器內。參見圖5，本發明的工作原理1、控制系統預設太陽跟蹤程序，根據太陽運行的周期和規律，從而設計相應的程 序控制電機和電磁離合器的工作，來保證每組反射鏡即時跟蹤將光反射到聚光器內。2、啟動系統，從所有反射鏡平放狀態到自動跟蹤太陽時間測量器給控制系統信 號，系統啟動，驅動電機快速轉動，此時所有電磁離合器全為閉合狀態，所有反射鏡按同一 速度快速轉動，當第一面反射鏡碰觸到限位開關，即第一面反射鏡轉到初始跟蹤角度，電磁 離合器1斷開，第一面反射鏡停止工作，其余電磁離合器仍為閉合狀態，即其余反射鏡繼續 快速轉動；根據預設時間差，電磁離合器2斷開，第二面反射鏡停止工作，即第二面反射鏡 轉到初始跟蹤角度；依次類推，根據預設時間差，后續的電磁離合器依次斷開，所有反射鏡 都轉到初始跟蹤角度；然后，驅動電機按跟蹤速度轉動，所有電磁離合器閉合，所有反射鏡 按跟蹤速度跟蹤太陽將太陽光反射到聚光器內。3、停止系統，結束跟蹤太陽到所有反射鏡平放狀態時間測量器給控制系統信號， 驅動電機快速反轉，此時所有電磁離合器全為閉合狀態，所有反射鏡將快速往回轉動。當第 一面反射鏡碰觸到限位開關后，此時第一面反射鏡并未放平，根據預設時間差，電磁離合器 1在運轉預設時間后斷開，此時第一面反射鏡放平；依次類推，根據預設時間差，后續的電 磁離合器依次斷開，所有反射鏡都轉到水平狀態。4、自動控制其他狀態，如豎放或其他任意角度，通過同樣的原理即可實現。5、當異常情況發生，如當大風出現時，有可能給系統帶來安全隱患時，風速傳感器 給控制系統信號，所有反射鏡快速回到水平狀態，減小風阻，當預測有異常情況發生時，或 有必要人為進行控制時，系統在手動控制輸入下也可按預設的程序控制或手動控制每個電 磁離合器達到任何反射鏡任意角度。以上所述的實施例，只是本發明較優選的具體實施方式
的一種，本領域的技術人 員在本發明技術方案范圍內進行的通常變化和替換都應包含在本發明的保護范圍內。
權利要求
一種反射式線性菲涅爾太陽聚光集熱器跟蹤傳動控制裝置，其特征在于包括一組驅動裝置，一組初級減速裝置，多組次級減速裝置，多組角度調整裝置；所述的驅動裝置，包括驅動電機及其控制系統，所述的控制系統預設太陽跟蹤程序，用來驅動電機工作，自動跟蹤太陽；所述的初級減速裝置，包括初級減速機，所述初級減速機的輸入端與驅動電機相連；所述的次級減速裝置，包括次級減速機，所述次級減速機的輸出軸與反射鏡支撐軸相連，每個次級減速機之間通過傳動軸相連接，所述初級減速機的輸出端通過聯軸器I與次級減速機的傳動軸連接，所述角度調整裝置包括電磁離合器，所述電磁離合器的從動端固定在次級減速機的輸入端，所述電磁離合器的主動端連接傳動軸。
2.根據權利要求1所述的反射式線性菲涅爾太陽聚光集熱器跟蹤傳動控制裝置，其特 征在于所述初級減速機的輸出軸通過法蘭連接聯軸器I 一端，所述聯軸器另一端設置在 軸承支座上，所述軸承支座固定在固定座上，所述固定座固定在支架上；所述次級減速機的 輸出軸通過聯軸器II連接支撐軸，所述支承軸上固定反射鏡，所述支承軸通過軸承及軸承 座固定在支架上，與所述初級減速機相鄰的次級減速機輸入軸一端與聯軸器I相連，另一 端通過傳動軸與下一臺次級減速機軸連接，所述的傳動軸是一根通軸，所述傳動軸之間通 過聯軸器III連接，所述的次級減速機均設置在固定座上；
3.根據權利要求2所述的反射式線性菲涅爾太陽聚光集熱器跟蹤傳動控制裝置，其特 征在于所述的支架、支撐軸、傳動軸、固定座、法蘭由具有膨脹系數一致的材料制成。
4.根據權利要求3所述的反射式線性菲涅爾太陽聚光集熱器跟蹤傳動控制裝置，其特 征在于所述的材料為45號鋼。
5.根據權利要求2、3或4所述的反射式線性菲涅爾太陽聚光集熱器跟蹤傳動控制裝 置，其特征在于所述的次級減速機通過固定座與支架連接，所述固定座與支架上設有沿豎 向的長橢圓孔，次級減速機底座上設有沿橫向長橢圓孔。
6.根據權利要求5所述的反射式線性菲涅爾太陽聚光集熱器跟蹤傳動控制裝置，其特 征在于所述次級減速機上安裝自鎖裝置或采用蝸輪蝸桿減速機。
7.根據權利要求6所述的反射式線性菲涅爾太陽聚光集熱器跟蹤傳動控制裝置，其特 征在于所述電磁離合器采用失電離合器，所述電磁離合器在斷電的情況下，主動端和從動 端結合，反射鏡運轉；在通電的情況下，主動端和從動端分開，反射鏡停止轉動。
8.根據權利要求7所述的反射式線性菲涅爾太陽聚光集熱器跟蹤傳動控制裝置，其特 征在于所述控制系統分別連接時間測量器、限位開關和電磁離合器，所述限位開關用來控 制其中某一個電磁離合器斷開，所述控制系統根據預設的時間差依次斷開相鄰的電磁離合 器，使反射鏡轉動到跟蹤角度。
全文摘要
本發明公開了一種反射式線性菲涅爾太陽聚光集熱器跟蹤傳動控制裝置，包括一組驅動裝置，一組初級減速裝置，多組次級減速裝置，多組角度調整裝置；驅動裝置包括驅動電機及其控制系統，控制系統預設太陽跟蹤程序，驅動電機工作，自動跟蹤太陽；初級減速裝置包括初級減速機、法蘭、聯軸器、軸承支座；次級減速裝置包括次級減速機、聯軸器、傳動軸、固定座，每個次級減速機的輸出端與反射鏡軸連接；角度調整裝置包括電磁離合器，通過預設程序驅動電磁離合器工作，來確定每組反射鏡的初始角度，和聯動同步跟蹤太陽，以及在大風或冰雹氣候情況下保證每個反射鏡回到水平和豎直的位置。本發明具有跟蹤精度準、控制方便、成本低廉、鏡面清理方便的優點。
文檔編號F24J2/40GK101986057SQ20091024671
公開日2011年3月16日 申請日期2009年11月26日 優先權日2009年11月26日
發明者劉玉衛, 崔正軍, 徐志斌, 熊勇剛, 陳洪晶 申請人:山東億家能太陽能有限公司