[发明专利]一种转动解耦的二轴太阳能聚光器并联跟踪机构

说明书

技术领域

本发明属于机械制造领域，特别涉及一种转动解耦的二轴太阳能聚光器并联跟踪机构。

背景技术

能源是人类赖以生存和发展的物质基础，人类社会的快速发展也伴随着能源的大量消耗，导致石油、煤炭等传统能源逐渐枯竭，利用太阳能发电是解决能源问题的一个有效途径。为了利用太阳能进行光热发电，就需要聚集太阳光，获得高密度光能。通常利用太阳能聚光器实时跟踪太阳运动，聚集太阳光。聚光器跟踪太阳运动由跟踪机构实现，跟踪机构通常是一台自动化机械手，其跟踪太阳精度是影响聚光器聚光效率的一个重要因素。基于跟踪机构机械特性，可以将跟踪机构分为单轴跟踪机构和二轴跟踪机构。由于单轴跟踪机构一般只能实现一个方向的太阳跟踪，而不能同时对太阳的东西和南北方向的角度变化进行自动跟踪，导致聚光器镜面吸收太阳光效率较低。二轴跟踪机构可以保证聚光器镜面在一年四季高精度的跟踪太阳光运动，获得较高的聚光效率。

二轴跟踪机构通常由安装在地下的激励驱动圆柱形竖直杆转动，实现太阳方位角跟踪；另外一个旋转轴安装在竖直杆的顶端，聚光器背面固定在该旋转轴上，实现太阳高度角跟踪。这种跟踪机构原理简单，但是存在刚度低等缺陷。因此，一些学者提出了局部改进措施，如直接采用旋转台代替竖直杆结构、采用液压驱动代替电机和齿轮系统等。但是，这些二轴跟踪机构仍是基于串联机构开发的，由于大型太阳能聚光器结构尺寸及重量大，再加上风沙等外载荷影响，往往需要设计一个重型跟踪机构以获得较高的刚度来支撑聚光器。从而，需要安装大功率激励来驱动跟踪机构，导致系统不能以最优功率运行，能量消耗巨大。另外，由于大负载和力矩，包含多套齿轮传动机构的驱动单元本身也是一个重型单元，并且往往需要在竖直杆旋转轴顶端安装重型配重平衡聚光器重量，所有这些均导致系统能量消耗大、成本高。

发明内容

本发明的目的是为了改善传统串联跟踪机构的结构复杂、刚度低和能量消耗大等问题，提出了一种基于并联机构的二轴太阳能聚光器跟踪机构，利用并联机构高刚度、大负载、结构紧凑的特性，能够有效的减小跟踪机构的尺寸，提高跟踪机构的刚度，并在保证精度的前提下，减少能量消耗。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种转动解耦的二轴太阳能聚光器并联跟踪机构，其特征在于，该机构包括一个定平台，一个安装太阳能聚光器的动平台，以及第一支链和第二支链；所述定平台包括：一个基座、一个顶端具有虎克绞a的限制支链，以及两个具有移动副或转动副的立柱或铰链；动平台通过限制支链连接在定平台上，并通过第一支链和第二支链与定平台进一步相连，形成并联机构；所述动平台能够分别绕限制支链上的虎克绞a的外圈、内圈的转动轴转动，即具有两个转动自由度，且两个转动运动是解耦的。

所述第一支链包括：第一输入件，第一连接件，以及运动副b，c，d，第一输入件一端通过运动副b与定平台连接，另一端通过运动副c与第一连接件一端连接，第一连接件另一端通过运动副d与动平台连接，其中运动副b为驱动副。

所述第二支链包括：第二输入件，第二连接件，以及运动副e，f，g，第二输入件一端通过运动副e与定平台连接，另一端通过运动副f与第二连接件一端连接，第二连接件另一端通过运动副g与动平台连接，其中运动副e为驱动副。

所述限制支链通过虎克绞a与动平台相连，第一支链与第二支链分别通过球副d和球副g与动平台相连，虎克绞a的内圈转动轴通过球副g的球心。

本发明的跟踪机构通过所述第一支链中和第二支链中的驱动副，分别带动动平台绕限制支链上的虎克绞a的内、外圈转动轴转动，从而调整动平台的姿态。当太阳在天空中的方位和高度发生变化时，可以通过调整动平台的姿态，使得太阳光线始终能够垂直入射到太阳能聚光器的镜面上，从而提高太阳能利用率。

本发明的有益效果是：

本发明通过两个解耦的转动实现串联二轴跟踪机构跟踪太阳方位角和高度角的功能。具有机构简单、高刚度和低能耗的特点，能够实现串联跟踪机构太阳角跟踪功能，结合了并联机构的特性，改善了串联跟踪机构结构复杂、刚度低和能量消耗大的问题，能够在保证机构性能的情况下，缩小跟踪机构尺寸，降低成本，减少能量消耗。

附图说明

图1是本发明第一实施例的结构示意图；

图2是本发明第一实施例中的定平台的结构示意图；

图3是本发明第一实施例中的第一支链的结构示意图；

图4是本发明第一实施例安装太阳能聚光器时的结构示意图；

图5是本发明第二实施例的结构示意图；