申请/专利权人：吉林大学

申请日：2019-03-15

公开（公告）日：2024-03-19

公开（公告）号：CN109787546B

主分类号：H02S20/32

分类号：H02S20/32;F24S30/48;F24S50/20

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.19#授权;2019.06.14#实质审查的生效;2019.05.21#公开

摘要：本发明属于太阳能应用技术领域，主要涉及太阳跟踪器的驱动支架；包括用于安装结构相同的四个用螺纹连接网架结构的连接杆件、一个连杆、二个连接杆件和球形铰链连接的连接件、两个与基础联结的球形铰链、两个相对球形轴线垂直的用于固定连接杆件和太阳跟踪器的连接铰链和锁定球形铰链球头的开口销钉；连接件与球形铰链分别联结两个连接杆件和连杆的两端，连接杆件的另一端分别两两与连接铰链联结，形成一个五连杆空间结构，并限定两个球形铰链和两个连接铰链只能按其轴线旋转，本发明整体刚度较高，抗风能力强，受力性能好，杆件之间通过螺纹连接，维修安装方便，结构简单而具有稳定性，使用寿命长，成本低效率高。

主权项：1.一种太阳跟踪器的驱动支架，其特征在于：包括四个连接杆件：连接杆件a1、连接杆件b8、连接杆件c9、连接杆件d10；一个连杆2；二个连接件：连接件a5、连接件b13；二个球形铰链：球形铰链a4、球形铰链b12；二个连接铰链：连接铰链a7、连接铰链b14；所述球形铰链a4固定在基础b11上，球铰杆为球形铰链a4的组成部分，连接件a5与球铰杆固定连接；球形铰链a4通过连接件a5与连接杆件c9、连接杆件d10螺纹连接，球形铰链a4通过球铰杆与连杆2的一端螺纹连接；所述球形铰链b12固定在基础a3上，球铰杆为球形铰链b12的组成部分，连接件b13与球铰杆固定连接；球形铰链b12通过连接件b13与连接杆件a1、连接杆件b8螺纹连接，球形铰链b12通过球铰杆与连杆2的另一端螺纹连接；所述连接杆件a1、连接杆件c9和连接铰链a7通过螺纹连接在D节点，连接铰链a7通过带有轴套的销轴与太阳跟踪器的驱动器一端连接；所述连接杆件b8、连接杆件d10和连接铰链b14通过螺纹连接在C节点，连接铰链b14联结通过带有轴套的销轴与太阳跟踪器的驱动器另一端连接；所述球形铰链a4与球形铰链b12东西向安置，并且两个球形铰链采用球型轴承结构，其中球头能够在球型轴承内转动，整体驱动支架能够以两个球形铰链球头中心点连线为轴南北转动；所述连接铰链a7和连接铰链b14通过带轴套的销轴连接太阳跟踪器的驱动器的两端，销轴能够在轴套内转动，太阳跟踪器的驱动器能够以两个销轴的中心点连线为轴东西转动，实现太阳能系统同步跟踪太阳；所述球形铰链a4的球头中心点与球形铰链b12的球头中心点连线与地轴相垂直。

全文数据：太阳跟踪器的驱动支架技术领域本发明属于太阳能应用技术领域，涉及一种太阳跟踪器的驱动支架。技术背景以往的太阳跟踪器的驱动端一般为悬臂结构、落地式转盘或立式悬臂结构安装，直接驱动太阳跟踪器，其运行驱动时受力条件不好，为保证运行稳定要把基础做得很大，即便如此仍然有一定数量的太阳能跟踪发电装置被风刮倒而损坏。发明内容本发明提出用4个连接杆件和1个连杆固定两组互相垂直的铰链，分别与基础和太阳跟踪器形成一个由4个三角支架构成的驱动支架，支撑驱动太阳能装置，跟踪太阳接收太阳能，包括两个与基础联结、东西向安装的球形铰链、支撑用连接杆件和连杆、将联结杆包括2个连接杆件和1个连杆与球形铰链连接的连接件、联结太阳跟踪器的连接铰链和锁定球形的开口销组成驱动支架，两球形铰链轴线相对垂直于两联结太阳跟踪器连接铰链的轴线，两球形铰链的球头可以转动并与基础联结可调整太阳跟踪器的倾斜角度，使其与地轴平行或低于当地的纬度角，还可消除基础间由于温度变化、冻融和冻胀等产生的变形和位移对连接结构形成内应力的影响和破坏；两个转动轴线相互垂直的铰链即两个球形铰链和两个连接铰链可消除系统安装、运行时产生的超定位现象带来的破坏，保证太阳能系统可靠地运行。本发明针对性地解决了现有太阳跟踪器稳定性差、抗风能力不足、连接结构内应力破坏、基础成本高和系统寿命短等问题。实现上述目的的技术方案是：两个相对一定距离的、与包括但不限于混凝土、螺旋桩和建筑梁等基础联结的球形铰链支撑驱动支架，支架的另一侧固定与两球形铰链轴线相对垂直的两连接铰链联结太阳跟踪器的驱动器，这种两轴线相对垂直的铰链联结即两个球形铰链和两个连接铰链基础与安装太阳跟踪器并可按安装地点调节安装角度的安装方法，包括用于安装结构相同的四个用螺纹连接网架结构的连接杆件、一个连杆、两个将联结杆包括2个连接杆件和1个连杆和球形铰链连接的连接件、两个与基础联结的球形铰链、两个相对球形轴线垂直的用于固定连接杆件和太阳跟踪器的连接铰链和锁定球形铰链球头的开口销钉组成的用于安装太阳跟踪器的驱动支架。用连接件与球形铰链分别联结两个连接杆件和连杆的两端，连接杆件的另一端分别两两与连接铰链联结，形成一个五连杆空间结构，并限定铰链即两个球形铰链和两个连接铰链只能按其轴线旋转并消除对基础变形对支架的影响；两个球形铰链与基础联结能够调整太阳跟踪器的倾斜角度，使跟踪器轴线与地面夹角等于或小于当地的纬度角，当用于太阳同步跟踪器时，跟踪器旋转轴线与地面夹角等于当地的纬度角，当用于单轴跟踪器时跟踪器旋转轴线与地面夹角能够小于当地纬度角4-8度；两个球形铰链的球头中心点连线保证与地轴垂直。两球形铰链距离越大，所受的拉力越小，太阳能系统可靠性愈好，用于建筑屋顶时必须使球形铰链固定于屋面梁上，并且使建筑结构具有足够可靠性；“地轴”是指地球自转所绕的轴。两个基础所受的载荷小于落地式转盘或立式悬臂结构的一半左右；基础所受拉力与两球形铰链端距离、太阳能系统重量成反比，与系统承受的最大扭矩成正比，当系统所受扭矩小于或者等于系统重量产生的力矩时，可实现基础拉力小于或者等于零，更有利于将跟踪式太阳能系统安装在建筑屋顶。连接杆件另一端的连接铰链与太阳跟踪器联结，两连接铰链间的距离大小决定支架杆件的受力强度，作用在四个连接杆件上。两个转动轴线相互垂直的铰链即两个球形铰链和两个连接铰链可消除系统安装、运行时产生的超定位现象带来的破坏，保证太阳能系统可靠地行。球形铰链可消除基础间由于温度变化、冻融和冻胀等产生的变形和位移对连接结构形成内应力，消除这种内应力的影响和破坏。一种太阳跟踪器的驱动支架，包括四个连接杆件：连接杆件a1、连接杆件b8、连接杆件c9、连接杆件d10；一个连杆2；二个连接件：连接件a5、连接件b13；二个球形铰链：球形铰链a4、球形铰链b12；二个连接铰链：连接铰链a7、连接铰链b14；所述球形铰链a4固定在基础b11上，球铰杆为球形铰链a4的组成部分，连接件a5与球铰杆固定连接；球形铰链a4通过连接件a5与连接杆件c9、连接杆件d10螺纹连接，球形铰链a4通过球铰杆与连杆2的一端螺纹连接；所述球形铰链b12固定在基础a3上，球铰杆为球形铰链b12的组成部分，连接件b13与球铰杆固定连接；球形铰链b12通过连接件b13与连接杆件a1、连接杆件b8螺纹连接，球形铰链b12通过球铰杆与连杆2的另一端螺纹连接；所述连接杆件a1、连接杆件c9和连接铰链a7通过螺纹连接在D节点，连接铰链a7通过带有轴套的销轴与太阳跟踪器的驱动器一端连接；所述连接杆件b8、连接杆件d10和连接铰链14通过螺纹连接在C节点，连接铰链b14联结通过带有轴套的销轴与太阳跟踪器的驱动器另一端连接。技术方案中所述球形铰链a4与球形铰链b12东西向安置，并且两个球形铰链采用球型轴承结构，其中球头能够在球型轴承内转动，整体驱动支架能够以两个球形铰链球头中心点连线为轴南北转动；所述连接铰链a7和连接铰链b14通过带轴套的销轴连接太阳跟踪器的驱动器的两端，销轴能够在轴套内转动，太阳跟踪器的驱动器能够以两个销轴的中心点连线为轴东西转动，实现太阳能系统同步跟踪太阳。技术方案中所述球形铰链a4的球头中心点与球形铰链b12的球头中心点连线与地轴相垂直。技术方案中所述拉杆2是两端带有与球铰杆螺纹吻合的内螺纹和径向锁定开口销孔的钢管。技术方案中所述连杆2和球形铰链a4的球铰杆连接处设置开口销a6，位于连杆2和球形铰链b12的球铰杆连接处设置开口销b15；连杆2的一端与球形铰链a4的球铰杆螺纹连接处设有锁定孔，开口销a6插在该锁定孔内，防止连杆2的螺母与球铰杆的螺杆松动；连杆2的另一端与球形铰链b12的球铰杆螺纹连接处设有锁定孔，开口销b15插在该锁定孔内，防止连杆2的螺母与球铰杆的螺杆松动。本发明与现有技术相比有益技术效果是：本发明可根据安装地点的纬度，调整南北倾斜角度，在一日之内随着地球的自转，驱动器时时朝着太阳东西向转动，比多数固定的支架能更大程度的接受太阳能。并且因为采用类似网架结构，整体刚度较高，抗风能力强，受力性能好，杆件之间通过螺纹连接，安装方便，结构简单而具有稳定性，使用寿命高，维修起来也方便，达到成本低效率高的目的。即便两端支撑节点处产生不均匀沉降，由于两端支撑节点处采用的是球形铰链，球头可转动协调变形，使支架结构适应性更强不被破坏。附图说明图1是本发明所述太阳跟踪器的驱动支架的主视图；图2是本发明所述太阳跟踪器的驱动支架的俯视图；图3是图2中N-N剖面的放大视图；图4是本发明所述太阳跟踪器的驱动支架置于北半球的西向视图；图5是C节点处主视连接详图；图6是D节点处俯视连接详图；图7是A节点处的详图；图中：1、连接杆件a；2、连杆；3、基础a；4、球形铰链a、5、连接件a；6、开口销a；7、连接铰链a；8、连接杆件b；9、连接杆件c；10、连接杆件d；11、基础b；12、球形铰链b；13、连接件b；14、连接铰链b；15、开口销b。具体实施方式参阅图1、图2所示，太阳跟踪器的驱动支架结构中，E为连杆2中心点，F为C、D两节点连线的中点，整个太阳跟踪器的驱动支架结构关于面ABF对称，同时关于面CDE对称。参阅图3、图2、图7所示:连接件a5、连接杆件d10、连杆2和球形铰链a4联结在A节点，固定在基础b11上。所述球形铰链a4固定在基础b11上，球铰杆为球形铰链a4的组成部分，连接件a5与球铰杆焊接；同理，参阅图7，连接件a5、连接杆件c9、连杆2和球形铰链a4联结在A节点，固定在基础b11上；参阅图2，连接件b13、连接杆件a1、连接杆件b8、连杆2和球形铰链b12联结在B节点，固定在基础a3上。所述球形铰链b12固定在基础a3上，球铰杆为球形铰链b12的组成部分，连接件b13与球铰杆焊接。参阅图6、图2所示，连接杆件a1和连接杆件c9的一端与连接铰链a7联结在D节点，与太阳跟踪器的驱动器一端连接；参阅图5、图2所示，连接杆件8和连接杆件10的一端与连接铰链14联结在C节点，与太阳跟踪器的驱动器另一端连接；以上构件形成一个由4个三角支架构成的驱动支架。图3中连杆2的一端与球形铰链a4的球铰杆螺纹连接处设有锁定孔，开口销a6插在该锁定孔内，防止连杆2的螺母与球铰杆的螺杆松动卸扣。驱动支架以东西向按置的两个球形铰链的球头为转动支撑点南北转动，调整跟踪器的倾斜角度，与销轴连接比较，球形铰链可消除基础a3、基础b11由于温度变化、冻融和冻胀等情况下产生的变形和位移对连接结构产生的应力，消除这种的影响和破坏。驱动支架上的C节点和D节点处的连接铰链与跟踪器的驱动器连接，驱动器可东西向转动，消除跟踪器安装误差和运行时产生超定位现象造成的破坏，保证系统受力均等。参阅图1所示，A节点和B节点为本驱动支架的支撑节点，基础包括但不限于砼、螺旋桩或者是建筑梁结构的结点，在分别承受太阳能装置的重量的同时，还承受风力产生的由A节点→B节或由B节点→A节点方向的切向载荷和连接铰链向的倾斜载荷，其拉载荷的方向与铰链指向倾斜载荷成直角，数值等于P＝Mcosδ-WR2R，从式中可以看出当M＝WRcosδ时，支撑点A节点或B节点所受竖向拉力等于零，并且两球形铰链距离越大，所受的拉力越小。基础所受拉力与两球形铰链端距离、太阳能系统重量成反比，与系统承受的最大扭矩成正比。式中P为A节点或B节点所受的竖向拉力，M是跟踪器承受的在不利条件下最大风载荷产生的扭矩，W是太阳能跟踪装置作用在支架上的重量，R为支架中心点距A节点或B节点的距离。参阅图2所示，C节点和D节点为本驱动支架与太阳跟踪器的连接节点，C节点和D节点的连线与A节点和B节点的连线垂直，C节点和D节点承受的扭矩与跟踪器所受最大扭矩M相等，其受力大小为PC-D＝M2r,公式中PC-D为C节点或D节点所受的力，2r为C节点到D节点的距离，M是跟踪器承受的在不利条件下最大风载荷产生的扭矩。受力作用在连接杆件a1、连接杆件b8、连接杆件c9、连接杆件d10上，同时整个支架和基础还承受不利条件下最大风载荷产生的剪力。连接杆件a1、连接杆件b8与连杆2交汇B节点，连接杆件c9、连接杆件d10与连杆2交汇于A节点。参阅图1、图2、图3所示，球形铰链a4通过连接件a5把连接杆件d10和连杆2用螺纹连接在一起。同理，球形铰链a4通过连接件a5把连接杆件c9和连杆2用螺纹连接在一起，用开口销6锁定球头使其不能松动；参阅图1、图2、图4，球形铰链b12通过连接件b13把连接杆件a1、连接杆件b8和连杆2用螺纹连接在一起，用开口销b15锁定球头使其不能松动。所述连杆2和球形铰链a4连接处设置开口销a6，位于连杆2和球形铰链b12连接处设置开口销b15；用开口销a6锁定球形铰链a4中的球头；用开口销b15锁定球形铰链b12中的球头；参阅图4所示，连接铰链a7与连接杆件a1用螺纹联结在一起，同理，参阅图2，连接铰链a7与连接杆件c9用螺纹联结在一起，连接铰链b14与连接杆件b8用螺纹联结在一起，同理，连接铰链b14与连接杆件d10用螺纹联结在一起；连接铰链a7、连接铰链b14通过带有轴套的销轴与太阳跟踪器的驱动器连接，并可绕C节点与D节点连线轴转动。本驱动支架中的连接杆件a1、连接杆件b8、连接杆件c9、连接杆件d10与网架结构中的杆件结构相同或相似，拉杆2是两端带有与球铰杆螺纹吻合的内螺纹和径向锁定开口销孔的钢管。网架结构是指由多根杆件按照一定的网格形式通过节点连结而成的空间结构。图4中的δ为太阳能安装的角度，太阳同步跟踪器安装时的δ为当地的纬度角，单轴跟踪器安装时的δ绝对值等于或小于当地的纬度角4-8度，以便获得更多的太阳能。连接铰链a7、连接铰链b14,可沿C节点与D节点连线轴东西转动，消除跟踪器安装误差带来的超定位现象，保证系统受力均等。连接铰链a7、连接铰链b14间的距离大小决定支架杆件的受力强度，该作用力传递到四个连接杆件，即连接杆件a1、连接杆件c9、连接杆件b8、连接杆件d10上。支架杆件是指驱动器支架，即C节点与D节点之间的杆件。两个转动轴线相互垂直的铰链，即节点A与节点B连线上两个球形铰链和节点C与节点D连线上两个连接铰链，可消除系统安装、运行时产生的超定位现象带来的破坏，保证太阳能系统可靠地运行。太阳跟踪器的驱动支架的球形铰链a4、连接杆件c9、连接杆件d10、连杆2、球形铰链b12、连接杆件a1、连接杆件b8相互之间通过螺纹连接成一个刚性整体，球形铰链a4与球形铰链b12东西向安置，并且两个球形铰链采用球型轴承结构，其中球头能够在球型轴承内转动，因此整体驱动支架能够以两个球形铰链球头中心点连线为轴南北转动；太阳跟踪器的驱动支架，D节点处的连接铰链a7和C节点处的连接铰链b14通过带轴套的销轴连接太阳跟踪器的驱动器的两端，销轴能够在轴套内转动，太阳跟踪器的驱动器能够以两个销轴的中心点连线为轴东西转动，实现太阳能系统同步跟踪太阳。

权利要求：1.一种太阳跟踪器的驱动支架，其特征在于：包括四个连接杆件：连接杆件a1、连接杆件b8、连接杆件c9、连接杆件d10；一个连杆2；二个连接件：连接件a5、连接件b13；二个球形铰链：球形铰链a4、球形铰链b12；二个连接铰链：连接铰链a7、连接铰链b14；所述球形铰链a4固定在基础b11上，球铰杆为球形铰链a4的组成部分，连接件a5与球铰杆固定连接；球形铰链a4通过连接件a5与连接杆件c9、连接杆件d10螺纹连接，球形铰链a4通过球铰杆与连杆2的一端螺纹连接；所述球形铰链b12固定在基础a3上，球铰杆为球形铰链b12的组成部分，连接件b13与球铰杆固定连接；球形铰链b12通过连接件b13与连接杆件a1、连接杆件b8螺纹连接，球形铰链b12通过球铰杆与连杆2的另一端螺纹连接；所述连接杆件a1、连接杆件c9和连接铰链a7通过螺纹连接在D节点，连接铰链a7通过带有轴套的销轴与太阳跟踪器的驱动器一端连接；所述连接杆件b8、连接杆件d10和连接铰链b14通过螺纹连接在C节点，连接铰链14联结通过带有轴套的销轴与太阳跟踪器的驱动器另一端连接。2.根据权利要求1所述的一种太阳跟踪器的驱动支架，其特征在于：所述球形铰链a4与球形铰链b12东西向安置，并且两个球形铰链采用球型轴承结构，其中球头能够在球型轴承内转动，整体驱动支架能够以两个球形铰链球头中心点连线为轴南北转动；所述连接铰链a7和连接铰链b14通过带轴套的销轴连接太阳跟踪器的驱动器的两端，销轴能够在轴套内转动，太阳跟踪器的驱动器能够以两个销轴的中心点连线为轴东西转动，实现太阳能系统同步跟踪太阳。3.根据权利要求1所述的一种太阳跟踪器的驱动支架，其特征在于：所述球形铰链a4的球头中心点与球形铰链b12的球头中心点连线与地轴相垂直。4.根据权利要求1所述的一种太阳跟踪器的驱动支架，其特征在于：所述拉杆2是两端带有与球铰杆螺纹吻合的内螺纹和径向锁定开口销孔的钢管。5.根据权利要求1所述的一种太阳跟踪器的驱动支架，其特征在于：所述连杆2和球形铰链a4的球铰杆连接处设置开口销a6，位于连杆2和球形铰链b12的球铰杆连接处设置开口销b15；连杆2的一端与球形铰链a4的球铰杆螺纹连接处设有锁定孔，开口销a6插在该锁定孔内，防止连杆2的螺母与球铰杆的螺杆松动；连杆2的另一端与球形铰链b12的球铰杆螺纹连接处设有锁定孔，开口销b15插在该锁定孔内，防止连杆2的螺母与球铰杆的螺杆松动。

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