[发明专利]一种单电机二自由度追光式太阳能热收集器及其集热方法

说明书

本发明公开了一种单电机二自由度追光式太阳能热收集器及其集热方法。该太阳能发电装置，包括底座、周转盘、中心转轴、俯仰传动组件和太阳能集热板。所述周转盘安装在底座上，且与底座构成单向转动的转动副。中心转轴与周转盘构成单向转动的转动副。周转盘相对于底座允许转动的方向与周转盘相对于中心转轴允许转动的方向相反。中心转轴由驱动电机驱动旋转。太阳能集热板的一侧边缘与周转盘铰接。太阳能集热板与中心转轴通过俯仰传动组件连接。俯仰传动组件将中心转轴相对于周转盘的单向转动转换为太阳能集热板的往复翻转运动。本发明利用驱动电机的正转、反转分别实现对太阳能集热板的方位角、仰角的调整，使太阳能集热板始终正对太阳。

技术领域

本发明属于太阳能集热技术领域，具体涉及一种单电机二自由度追光式太阳能热收集器及其集热方法。

背景技术

在一天之中的不同时间，太阳所在仰角和方位角均是不同的。若是太阳能热收集器的位置固定，太阳能热收集器所接受的阳光辐射就有限的，导致太阳能热收集器的集热效率也比较少。这就需要太阳能热收集器具有追光功能，能够根据太阳所在天空中的仰角和方位角不同，调整太阳能热收集器的仰角的方位角，使太阳能热收集器始终正对太阳。目前的具有多自由度追光能力太阳能热收集器，需要两个或两个以上电机协同工作或需要使用电机配合离合器进行工作，设备复杂，不够便捷，不能仅使用一个电机作为动力源，实现根据太阳所在天空中的仰角和方位角，实时调整太阳能热收集器的仰角和方位角。因此，需要设计一种通过单动力元件驱动的二自由度追光能够显著降低太阳能集热设备的成本，提高集热效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种单电机二自由度追光式太阳能热收集器及其集热方法。

本发明一种单电机二自由度追光式太阳能热收集器，包括底座、周转盘、中心转轴、俯仰传动组件和太阳能集热板。所述周转盘安装在底座上，且与底座通过单向锁止机构构成单向转动的转动副。中心转轴与周转盘之间通过单向锁止机构构成单向转动的转动副。周转盘相对于底座允许转动的方向与中心转轴相对于周转盘允许转动的方向相反。在该结构下，中心转轴正转时带动周转盘一同转动，反转时单独转动，周转盘保持锁止；中心转轴由驱动电机驱动旋转。太阳能集热板的一侧边缘与周转盘铰接。太阳能集热板与中心转轴通过俯仰传动组件连接。俯仰传动组件将中心转轴相对于周转盘的单向转动转换为太阳能集热板的往复翻转运动。

作为优选，所述的周转盘与底座之间允许相对转动的方向，根据太阳在一天中相对于底座的方位角变化情况来确定，使得周转盘相对于底座允许转动的方向与太阳在一天中方位角变化的方向一致。

作为优选，所述的周转盘与底座之间的单向锁止机构为第一棘轮棘爪机构；所述的中心转轴与周转盘之间的单向锁止机构为第二棘轮棘爪机构。

作为优选，所述的第一棘轮棘爪机构包括第一棘爪、复位板簧和第一棘轮。第一棘轮采用端面棘轮。多个第一棘爪沿着周转盘的周向均匀分布。各第一棘爪的内端均与底座铰接，外端抵住第一棘轮上的棘齿圈。各第一棘爪的下侧均设置有复位板簧，所述的复位板簧呈片状弧形，提供第一棘爪抵住第一棘轮棘齿圈的弹力。

所述的第二棘轮棘爪机构包括轴套、第二棘轮、第二棘爪和弹簧。轴套与中心转轴固定；第二棘轮固定在周转盘的中心孔内。第二棘轮采用内棘轮。多个第二棘爪沿着轴套外侧面的周向均布。各第二棘爪的内端均与轴套铰接，外端均抵住第二棘轮内侧的棘齿圈。各第二棘爪与轴套之间均安装有弹簧。

作为优选，所述的周转盘、底座之间的单向锁止机构，以及中心转轴与周转盘之间的单向锁止机构均采用单向轴承。

作为优选，所述的俯仰传动组件包括锥齿轮机构、连接杆和曲轴；曲轴支承在周转盘的顶部。曲轴的转动轴线与太阳能集热板、周转盘之间的铰接轴线平行。锥齿轮机构包括第一锥齿轮和第二锥齿轮。第一锥齿轮、第二锥齿轮与中心转轴的顶端、曲轴的中部分别固定。第一锥齿轮与第二锥齿轮啮合；曲轴上设置有一个或多个作为曲柄的曲轴轴颈。连接杆的一端与曲轴上的曲轴轴颈构成转动副。连接杆的另一端均与太阳能集热板的背面构成转动副。