一種新型聯動定日鏡的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種新型聯動定日鏡，其特征在于，包括高度角驅動機構，所述高度角驅動機構帶動至少兩個反射鏡模塊共同作高度角旋轉運動；本發明提供的一種新型聯動定日鏡通過采用多個反射鏡模塊聯合運動的設置，通過一根力矩軸將單元鏡串聯起來組成反射鏡模塊，多個反射鏡模塊之間相互通過法蘭盤連接，采用一個高度角驅動機構可以同時驅動多個反射鏡模塊同時運動，這樣通過降低反射鏡模塊的高度、減小反射鏡模塊的反光面積以減小風載荷，進而降低單位反光面積反射鏡模塊的重量，降低安裝調試難度，以降低相關成本；此外，所述一種新型聯動定日鏡可以保證眾多單元鏡在高度角方向的跟蹤精度，以進一步降低高度角驅動機構的成本。
【專利說明】一種新型聯動定曰鏡
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種太陽能熱利用及熱發電裝置，特別涉及一種新型聯動定日鏡。
【背景技術】
[0002]目前在太陽能熱發電領域中，塔式熱電站具有聚光比高，發電效率高的優點。塔式熱電站是由多臺定日鏡組成的鏡場，將太陽光聚焦到高塔上的吸熱器表面，其定日鏡的成本占電站成本的50%左右。據美國Sandia國家實驗室測算，當定日鏡的成本降到每平米反光面積為100美元時，太陽能熱發電成本電價為5.9美分，此時太陽能熱發電在經濟上將能夠與常規火力發電相競爭，因此如何消減定日鏡成本就成為降低塔式熱發電成本的關鍵，具有重要的經濟意義和環保價值。
[0003]單臺定日鏡的基本結構主要包括地基、立柱、電機、傳動箱、控制系統、支架和反射鏡等幾部分。其中反射鏡安裝在支架上，支架由立柱和地基支撐，電機和傳動箱組成驅動機構驅動反射鏡產生二維運動。驅動機構可以分為高度角驅動機構和方位角驅動機構，兩者共同作用使得定日鏡的反射鏡面能夠始終追蹤太陽。驅動機構的成本占定日鏡總成本的50%左右，而方位角傳動機構的成本又大于高度角傳動機構。
[0004]目前國際上降低定日鏡的成本主要有兩條技術路線:一是制作單臺具有100平米以上超大反光面積的定日鏡，以此降低單位反光面積所分攤的傳動成本，但是由于風載荷的影響，這種“大定日鏡”也帶來了定日鏡重量增大，安裝調試困難等種種缺陷。另一條技術路線是制作單臺反光面積在20平米以下的“小定日鏡”，“小定日鏡”可以有效降低了單位反光面積定日鏡的重量，易于安裝調試，但是驅動結構在定日鏡成本所占的比重進一步增加了。在兩條技術路線的競爭中，目前還難以判斷哪條技術路線對減小定日鏡的成本更占優勢。
[0005]還有一種定日鏡的設計方案就是采用多臺定日鏡聯動，即由一個傳動機構驅動多臺定日鏡，聯動定日鏡通常反射面積不會很大，這樣既可以減少傳動機構的成本又可以減少風阻以降低用鋼量。美國專利US4466423公開了一種聯動定日鏡，其特點是采用四根鋼索將一排定日鏡組合起來，高度角通過一個傳動機構帶動，方位角則通過每臺小定日鏡的單獨驅動機構驅動，這種聯動定日鏡的問題在于其抗彎剛度和抗扭剛度都無法達到要求。美國專利US4110010提供了另一種聯動定日鏡，其結構是單片反射鏡沿著兩個方向縱橫排列，高度角和方位角分別依靠一個驅動裝置帶動連桿共同驅動，這種結構過于復雜，每面反射鏡的位置精度都很難保證。美國專利US4832002公開的聯動定日鏡為每臺定日鏡都有各自的基座和立柱，一個高度角驅動機構帶動一條傳動帶從地下穿過，將每一臺定日鏡串聯起來，再通過齒輪傳動將一排定日鏡的高度角驅動裝置共同驅動起來，其結構復雜，傳動精度低。由以色列維里萊特公司申請的中國專利CN101595405A，采用多定日鏡聚光系統，其聚光方式和腓尼爾式類似，也是有一個驅動器通過連桿機構帶動多個相互平行的轉軸，每個轉軸上帶有多臺反射鏡。這種方式只能保證焦距較近的情況下的精度。
【發明內容】
[0006]為解決上述技術問題，本發明所采取的技術方案是:一種新型聯動定日鏡，其特征在于，包括高度角驅動機構，所述高度角驅動機構帶動至少兩個反射鏡模塊共同作高度角旋轉運動，所述高度角驅動機構位于中間位置，在所述高度角驅動機構兩側是反射鏡模塊。
[0007]所述反射鏡模塊包括反射鏡模塊支撐立柱、反射鏡模塊支撐地腳、力矩軸承座、調心球軸承、力矩軸軸套、力矩法蘭盤、力矩軸壓蓋、力矩軸、單元鏡和方位角驅動機構，所述反射鏡模塊支撐地腳一端與地面連接，另一端與所述反射鏡模塊支撐立柱連接，反射鏡模塊支撐立柱上面是力矩軸承座，力矩軸承座內裝有調心球軸承，力矩法蘭盤一端與調心球軸承內環配合，通過力矩軸壓蓋完成一端軸向定位。高度角步進電機驅動高度角電動推桿伸長，在通過力矩臂推動力矩軸產生旋轉運動。力矩軸兩端分別與兩個力矩法蘭盤連接。力矩軸上有兩個單元鏡。
[0008]所述高度角驅動機構包括高度角步進電機、高度角電動推桿、高度角支撐立柱、高度角支撐地腳、高度角電動推桿底座、高度角定位銷軸、高度角傳動銷軸、力矩臂和關節軸承，高度角支撐地腳一端與地面連接，另一端與高度角支撐立柱聯接，主要起固定作用，所述高度角步進電機與高度角電動推桿連接，所述高度角電動推桿一端通過高度角電動推桿底座、高度角定位銷軸與高度角支撐立柱連接，高度角電動推桿另一端通過高度角傳動銷軸、關節軸承和力矩臂與兩側的反射鏡模塊連接。
[0009]所述高度角驅動機構包括高度角步進電機、高度角液壓缸、高度角支撐立柱、高度角支撐地腳、高度角電動推桿底座、高度角定位銷軸、高度角傳動銷軸、力矩臂和關節軸承，所述高度角步進電機與高度角液壓缸連接，所述高度角液壓缸一端通過高度角電動推桿底座、高度角定位銷軸與高度角支撐立柱連接，所述高度角液壓缸另一端通過高度角傳動銷軸、關節軸承和力矩臂與兩側的反射鏡模塊連接。
[0010]所述單元鏡包括玻璃反光鏡、型鋼、單元鏡軸、吸盤，單元鏡軸套、單元鏡軸套座和擋圈，所述單元鏡軸與單元鏡軸套焊接連接，所述多條型鋼焊接成平面桁架，所述平面桁架與單元鏡軸焊接連接，所述平面桁架設置有孔，所述吸盤安裝在孔上，所述玻璃反光鏡與吸盤通過膠粘連接，所述單元鏡軸套與單元鏡軸套座連接，所述單元鏡軸套可以在單元鏡軸套座轉動，所述單元鏡軸套座與力矩軸焊接連接。
[0011 ] 所述方位角驅動機構包括方位角步進電機、方位角電動推桿、方位角定位銷軸、方位角傳動銷軸和關節軸承，所述方位角步進電機是方位角電動推桿的動力源，所述方位角電動推桿通過定位銷軸安裝在力矩軸上，所述方位角電動推桿通過關節軸承和方位角傳動銷軸與所述單元鏡連接。步進電機驅動電動推桿成直線運動，電動推桿推動單元鏡成旋轉運動。
[0012]所述方位角驅動機構包括方位角步進電機、方位角減速器、方位角定位銷軸、方位角傳動銷軸和關節軸承，所述方位角步進電機是方位角減速器的動力源，所述方位角減速器通過定位銷軸安裝在力矩軸上，所述方位角減速器的通過關節軸承和方位角傳動銷軸與所述單元鏡連接。
[0013]所述單元鏡由獨立的方位角驅動機構驅動。
[0014]所述單元鏡的方位角旋轉軸與力矩軸的高度角旋轉軸相互垂直。
[0015]至少有兩個反射鏡模塊能繞著一條公用旋轉軸線旋轉，所述公用旋轉軸線為相互平行的一到三條。
[0016]本發明所達到的有益效果:本發明提供的一種新型聯動定日鏡通過采用多個反射鏡模塊聯合運動的設置，克服現有技術中“大定日鏡”用鋼量大，安裝調試困難，“小定日鏡”傳動機構成本高等缺陷，通過一根力矩軸將單元鏡串聯起來組成反射鏡模塊，多個反射鏡模塊之間相互通過法蘭盤連接，采用一個高度角驅動機構可以同時驅動多個反射鏡模塊同時運動，這樣通過降低反射鏡模塊的高度、減小反射鏡模塊的反光面積以減小風載荷，進而降低單位反光面積反射鏡模塊的重量，降低安裝調試難度，以降低相關成本；此外，所述一種新型聯動定日鏡采用單個驅動器驅動多臺反射鏡模塊跟蹤太陽高度角降低了高度角傳動成本，通過力矩軸和法蘭盤連接單元鏡可以確保反射鏡模塊整體結構的扭轉剛度，以保證眾多單元鏡在高度角方向的跟蹤精度，還可以通過合理的設計，將反射鏡模塊置于力矩軸的旋轉中心，以減小高度角扭轉力矩，以進一步降低高度角驅動機構的成本；另外，所述一種新型聯動定日鏡也可以采用直線運動的電動推桿與連桿組合，形成旋轉運動，以降低方位角傳動機構的成本。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1為本發明實施例一的結構示意圖。
[0018]圖2為本發明實施例一的側視圖。
[0019]圖3為本發明實施例一的俯視圖。
[0020]圖4為本發明實施例一的反射鏡模塊結構示意圖。
[0021]圖5為本發明實施例一的高度角驅動機構結構示意圖。
[0022]圖6為本發明實施例一的單元鏡結構示意圖。
[0023]圖7為本發明實施例一的方位角驅動機構結構示意圖。
[0024]圖8為本發明實施例二的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0025]下面結合附圖對本發明作進一步描述。以下實施例僅用于更加清楚地說明本發明的技術方案，而不能以此來限制本發明的保護范圍。
[0026]本發明實施例一:如圖1至圖7所示，一種新型聯動定日鏡，其特征在于，包括高度角驅動機構31，所述高度角驅動機構31帶動至少兩個反射鏡模塊21共同作高度角旋轉運動，所述高度角驅動機構31位于中間位置，在所述高度角驅動機構31兩側是反射鏡模塊
21ο
[0027]所述反射鏡模塊21包括反射鏡模塊支撐立柱114、反射鏡模塊支撐地腳115、力矩軸承座41、調心球軸承42、力矩軸軸套44、力矩法蘭盤43、力矩軸壓蓋17、力矩軸23、單元鏡22和方位角驅動機構32，所述反射鏡模塊支撐地腳115 —端與地面連接，另一端與所述反射鏡模塊支撐立柱114連接，反射鏡模塊支撐立柱114上面是力矩軸承座41，力矩軸承座41內裝有調心球軸承42，力矩法蘭盤43 —端與調心球軸承42內環配合，通過力矩軸壓蓋17完成一端軸向定位。高度角步進電機15驅動高度角電動推桿16伸長，在通過力矩臂51推動力矩軸23產生旋轉運動。力矩軸23兩端分別與兩個力矩法蘭盤43連接。力矩軸23上有兩個單元鏡22。
[0028]所述高度角驅動機構31包括高度角步進電機15、高度角電動推桿16、高度角支撐立柱12、高度角支撐地腳11、高度角電動推桿底座13、高度角定位銷軸14、高度角傳動銷軸52、力矩臂51和關節軸承，高度角支撐地腳11 一端與地面連接，另一端與高度角支撐立柱12連接，主要起固定作用，所述高度角步進電機15與高度角電動推桿12連接，所述高度角電動推桿12 —端通過高度角電動推桿底座13、高度角傳動銷軸52與高度角支撐立柱12連接，高度角電動推桿16另一端通過高度角傳動銷軸52、關節軸承和力矩臂51與兩側的反射鏡模塊21連接。
[0029]所述單元鏡22包括玻璃反光鏡113、型鋼、單元鏡軸63、吸盤111，單元鏡軸套62、單元鏡軸套座61和擋圈，所述單元鏡軸套座61與力矩軸23焊接連接，單元鏡軸套座61與單元鏡軸套62連接，單元鏡軸套62可以在單元鏡軸套座61內轉動。單元鏡軸套62與單元鏡軸63焊接連接，多條型鋼焊接成平面桁架，平面桁架與單元鏡軸63焊接連接，所述平面桁架設置有孔，吸盤111安裝在孔上，玻璃反光鏡113與吸盤111通過膠粘連接。
[0030]所述方位角驅動機構32包括方位角步進電機19、方位角電動推桿110、方位角定位銷軸18、方位角傳動銷軸71和關節軸承，所述方位角步進電機19是方位角電動推桿110的動力源，所述方位角電動推桿110通過方位角定位銷軸18安裝在力矩軸23上，所述方位角電動推桿110的一端通過關節軸承和方位角傳動銷軸71與所述單元鏡22連接。方位角步進電機19驅動方位角電動推桿110成直線運動，方位角電動推桿110推動單元鏡22成旋轉運動。
[0031]所述單元鏡22由獨立的方位角驅動機構32驅動。
[0032]所述單元鏡22的方位角旋轉軸與力矩軸23的高度角旋轉軸相互垂直。
[0033]至少有兩個反射鏡模塊21能繞著一條公用旋轉軸線旋轉，所述公用旋轉軸線為相互平行的一到三條。
[0034]本發明實例一的實施過程如下，由兩個單元鏡22組成一個反射鏡模塊21，由高度角驅動機構31帶動兩個反射鏡模塊21共同作高度角旋轉運動，每臺單元鏡22由自帶獨立的方位角驅動機構32驅動，使得四臺單元鏡22的反射光斑能夠匯聚到一點。
[0035]本發明的整體結構分別如圖2、圖3和圖4所示。如圖2所示，首先確定高度角支撐立柱12和反射鏡模塊支撐立柱114的位置，固定高度角電動推桿底座13，通過高度角定位銷軸14與高度角電動推桿16尾部定位孔連接，約束高度角電動推桿16三個方向的平動自由度和一個方向的轉動自由度。
[0036]在兩個反射鏡模塊支撐立柱114上固定力矩軸承座41，力矩軸承座41與反射鏡模塊支撐立柱114采用螺栓連接，兩個力矩軸承座41保持同心，調心球軸承42位于力矩軸承座41內，軸承外圈兩端面分別與力矩軸承座41和力矩軸承座的壓蓋接觸。力矩軸23為方形截面，力矩軸兩端分別與兩個力矩法蘭盤43采用螺栓連接。如圖5所示，力矩軸23 —端與力矩法蘭盤43的一端通過螺栓連接，力矩法蘭盤43另一端與調心球軸承42配合，力矩法蘭盤43通過軸肩與調心球軸承42內圈接觸，力矩法蘭盤43與調心球軸承42配合端的端面與力矩軸壓蓋17通過螺栓連接。調心球軸承42外圈與力矩軸壓蓋17之間是力矩軸套44。
[0037]如圖5所示，力矩軸23另一端與力矩法蘭盤43的一端通過螺栓連接，力矩法蘭盤43另一端與調心球軸42配合，力矩法蘭盤43通過軸肩與調心球軸承42內圈接觸，力矩法蘭盤43與調心球軸承42配合端的端面與力矩臂51通過螺栓連接，調心球軸承42外圈與力矩臂51之間是力矩軸套44。力矩臂51兩端圓弧面的圓心連線與力矩軸23方形截面的某一邊成45°夾角。如圖6所示，力矩臂51 —端具有定位孔，定位孔內置關節軸承，通過高度角傳動銷軸52與高度角電動推桿16連接，使得電動推桿16產生的直線運動轉化為力矩軸23的旋轉運動。
[0038]如圖2所示，力矩軸23通過方位角定位銷軸18和方位角電動推桿110的尾部定位孔連接，約束方位角電動推桿I1三個方向的平動自由度和一個方向的轉動自由度。
[0039]如圖6所示，單元鏡軸63與單元鏡軸套62焊接連接，軸套62與單元鏡軸套座61配合，軸套63—端通過軸套的臺階定位，另一端通過環形擋圈定位。單元鏡軸套座61具有一個凹槽，通過這個凹槽，單元鏡軸套座61與力矩軸23焊接連接。單元鏡22的方位角旋轉軸與力矩軸23的高度角旋轉軸相互垂直。
[0040]如圖1、圖2所示，玻璃反光鏡面113與吸盤111用膠連接，吸盤111與單元鏡鋼架112采用螺栓連接，通過調整螺栓、螺母的相對位置可以調整單元反光鏡面113的鏡面面型。
[0041]如圖7所示，單元鏡鋼架上內置關節軸承，通過方位角傳動銷軸71與方位角電動推桿110連接，使得電動推桿110產生的直線運動轉化為單元鏡22的旋轉運動。
[0042]本發明實施例二，如圖8所示，采用高度角液壓缸81替代本發明實施例一里面的高度角電動推桿16，采用液壓缸的好處是推力大，比電動推桿能夠帶動更多的單元鏡，以便進一步消減高度角驅動機構的成本；而對于單元鏡的方位角驅動機構，可以采用方位角減速器82來替代本發明實施例一里面的方位角電動推桿110，這樣做的優勢是單元鏡能夠旋轉360度，使得聯動定日鏡的在定日鏡場中布置更為靈活。
[0043]以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本發明技術原理的前提下，還可以做出若干改進和變形，這些改進和變形也應視為本發明的保護范圍。
【權利要求】
1.一種新型聯動定日鏡，其特征在于，包括高度角驅動機構，所述高度角驅動機構帶動至少兩個反射鏡模塊共同作高度角旋轉運動。
2.根據權利要求1所述的一種新型聯動定日鏡，其特征在于，所述反射鏡模塊包括反射鏡模塊支撐立柱、反射鏡模塊支撐地腳、力矩軸承座、調心球軸承、力矩軸軸套、力矩法蘭盤、力矩軸壓蓋、力矩軸、單元鏡和方位角驅動機構，所述反射鏡模塊支撐地腳一端與地面連接，另一端與所述反射鏡模塊支撐立柱連接，反射鏡模塊支撐立柱上面是力矩軸承座，力矩軸承座內裝有調心球軸承，力矩法蘭盤一端與調心球軸承內環配合，通過力矩軸壓蓋完成一端軸向定位。
3.根據權利要求1所述的一種新型聯動定日鏡，其特征在于，所述高度角驅動機構包括高度角步進電機、高度角電動推桿、高度角支撐立柱、高度角支撐地腳、高度角電動推桿底座、高度角定位銷軸、高度角傳動銷軸、力矩臂和關節軸承，所述高度角步進電機與高度角電動推桿連接，所述高度角電動推桿一端通過高度角電動推桿底座、高度角定位銷軸與高度角支撐立柱連接，高度角電動推桿另一端通過高度角傳動銷軸、關節軸承和力矩臂與兩側的反射鏡模塊連接。
4.根據權利要求1所述的一種新型聯動定日鏡，其特征在于，所述高度角驅動機構包括高度角步進電機、高度角液壓缸、高度角支撐立柱、高度角支撐地腳、高度角電動推桿底座、高度角定位銷軸、高度角傳動銷軸、力矩臂和關節軸承，所述高度角步進電機與高度角液壓缸連接，所述高度角液壓缸一端通過高度角電動推桿底座、高度角定位銷軸與高度角支撐立柱連接，所述高度角液壓缸另一端通過高度角傳動銷軸、關節軸承和力矩臂與兩側的反射鏡模塊連接。
5.根據權利要求2所述的一種新型聯動定日鏡，其特征在于，所述單元鏡由獨立的方位角驅動機構驅動。
6.根據權利要求2所述的一種新型聯動定日鏡，其特征在于，所述單元鏡的方位角旋轉軸與力矩軸的高度角旋轉軸相互垂直。
7.根據權利要求2所述的一種新型聯動定日鏡，其特征在于，所述單元鏡包括玻璃反光鏡、型鋼、單元鏡軸、吸盤，單元鏡軸套、單元鏡軸套座和擋圈，所述單元鏡軸與單元鏡軸套焊接連接，所述型鋼焊接成平面桁架，所述平面桁架與單元鏡軸焊接連接，所述平面桁架設置有孔，所述吸盤安裝在孔上，所述玻璃反光鏡與吸盤通過膠粘連接，所述單元鏡軸套與單元鏡軸套座連接，所述單元鏡軸套座與力矩軸焊接連接。
8.根據權利要求2所述的一種新型聯動定日鏡，其特征在于，所述方位角驅動機構包括方位角步進電機、方位角電動推桿、方位角定位銷軸、方位角傳動銷軸和關節軸承，所述方位角步進電機是方位角電動推桿的動力源，所述方位角電動推桿通過定位銷軸安裝在力矩軸上，所述方位角電動推桿通過關節軸承和方位角傳動銷軸與所述單元鏡連接。
9.根據權利要求2所述的一種新型聯動定日鏡，其特征在于，所述方位角驅動機構包括方位角步進電機、方位角減速器、方位角定位銷軸、方位角傳動銷軸和關節軸承，所述方位角步進電機是方位角減速器的動力源，所述方位角減速器通過定位銷軸安裝在力矩軸上，所述方位角減速器的通過關節軸承和方位角傳動銷軸與所述單元鏡連接。
10.根據權利要求1至9任一項所述的一種新型聯動定日鏡，其特征在于，至少有兩個反射鏡模塊能繞著一條公用旋轉軸線旋轉，所述公用旋轉軸線為相互平行的一到三條。
【文檔編號】G05D3/12GK104483979SQ201410602270
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年10月31日 優先權日:2014年10月31日
【發明者】張劍寒, 馮煒, 王志峰 申請人:國家電網公司, 中國科學院電工研究所, 南京南瑞太陽能科技有限公司, 河北省電力公司