专利名称：一种太阳能跟踪与驱动控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种太阳能跟踪与驱动控制系统。
背景技术：
太阳能热发电由于其发电方式与传统发电方式相似，具有并网容易、易于大规模 推广等特点，在世界范围内得到了广泛关注。太阳能热发电主要有四类太阳能槽式发电， 太阳能塔式发电，太阳能碟式发电，太阳能烟囱发电。太阳能碟式发电是太阳能热发电方式 中光电转化效率最高的一种方式，同时具有可标准化生产、灵活性高等特点，在未来将有很 大的发展空间。通过旋转抛物面蝶形聚光器将入射太阳光聚焦到接受器中，加热工质，驱动 发电机发电。太阳能碟式发电工作温度高，工作温度的变化将极大影响整个系统的工作状 态，需对聚焦处温度实现实时控制，而最经济的办法是将其和太阳光跟踪系统结合起来。目 前的跟踪技术国内外都做了大量的研究，如中国科学院上海物理技术研究所研制的两维程 控太阳跟踪器，中国科学院理论物理研究所陈应天教授创新的提出数字化太阳跟踪和聚光 理论，美国亚利桑那大学推出的采用铝型材框架结构的新型太阳能跟踪装置。但这些技术 都是在非聚焦点处实施跟踪，无法实时反映出聚焦处的实际工作状况，这样就会导致跟踪 反应速度也不快、跟踪精度不够高等缺点。目前传统的蜗轮蜗杆传动机构大多是采用单个的蜗杆和单个的蜗轮传动，并广 泛地用于传递动力和减速器上，其种类繁多，型号各异，应用范围十分广泛。随着科学技 术的不断发展和生产水平的日益提高，普通蜗轮蜗杆传动机构由于接触齿数少、工作不平 稳、抗冲击能力不强、传动力矩小和使用寿命短等缺点已经不能满足人们的使用要求。
发明内容
本发明的目的是要提供一种跟踪反应速度快、跟踪精度高、低成本、其驱动部分工 作平稳、抗冲击能力强、传动力矩大、使用寿命长的太阳能跟踪与驱动控制系统。本发明实现上述目的的技术方案是，一种太阳能跟踪与驱动控制系统，其创新点 在于包括接收器、防护板、至少三个热电偶温度传感器、中央控制单元、高度角角度传感 器、方位角角度传感器、方位角驱动机构、高度角驱动机构、GPS模块、电源、方位角蜗轮蜗杆 传动机构、高度角蜗轮蜗杆传动机构、轴承座、高度旋转轴、方向旋转轴和至少一个驱动电 源；所述热电偶温度传感器、高度角角度传感器、方位角角度传感器和GPS模块均与中央控 制单元电连接，所述热电偶温度传感器传送温度信号至中央控制单元，所述高度角角度传 感器传送高度角信号至中央控制单元，所述方位角角度传感器传送方位角信号至中央控制 单元，所述GPS模块传送太阳坐标至中央控制单元，所述方位角驱动机构和高度角驱动机 构均与中央控制单元的输出端电连接，所述电源为中央控制单元供电，所述驱动电源与中 央控制单元电连接；所述方位角驱动机构驱动方位角蜗轮蜗杆传动机构，所述高度角驱动 机构驱动高度角蜗轮蜗杆传动机构；所述方位角驱动机构具有至少两个第一驱动电机，所 述高度角驱动机构具有至少两个第二驱动电机，所述第一驱动电机与驱动电源电连接，所述第二驱动电机与驱动电源电连接，所述驱动电源接收中央控制单元的信号，从而控制第 一驱动电机和第二驱动电机；所述方位角蜗轮蜗杆传动机构包括方位角输出蜗轮和至少两 套方位角蜗杆传动机构，方位角输出蜗轮和至少两套方位角蜗杆传动机构传动连接，且每 套方位角蜗杆传动机构均包括方位角主动蜗杆、方位角过渡蜗轮和方位角过渡蜗杆，方位 角主动蜗杆与方位角过渡蜗轮啮合，方位角过渡蜗轮与方位角过渡蜗杆固定连接，方位角 过渡蜗杆与方位角输出蜗轮啮合，各个第一驱动电机分别与各套方位角蜗杆传动机构的方 位角主动蜗杆传动连接，所述方位角角度传感器与方向旋转轴固定连接；所述高度角蜗轮 蜗杆传动机构包括高度角输出蜗轮和至少两个高度角蜗杆，高度角输出蜗轮和至少两个高 度角蜗杆传动连接，各个第二驱动电机分别与各套高度角蜗杆传动连接，所述高度角角度 传感器与高度旋转轴固定连接；所述高度角蜗轮蜗杆传动机构安装在轴承座上，所述高度 角蜗轮蜗杆传动机构与高度旋转轴固定连接，所述方位角蜗轮蜗杆传动机构与方向旋转轴 固定连接，且所述方向旋转轴与轴承座固定连接；所述热电偶温度传感器分布在防护板上， 且以接收器的接收口为中心成至少一圈的圆形排布，每一圈的圆形排布上有至少三个热电 偶温度传感器。所述方位角蜗杆传动机构为两套，且两套方位角蜗杆传动机构的两个方位角过渡 蜗杆的轴线相互平行，两个方位角主动蜗杆的轴线相互平行。还包括显示电路，所述显示电路与中央控制单元的输出端电连接。所述热电偶温度传感器采用K型Φ Imm铠装热电偶或快速响应的膜片热电偶。所述高度角角度传感器和方位角角度传感器采用光电角度编码器、电阻角度传感 器或绕线电阻角度传感器。所述中央控制单元采用PLC可编程控制器或单片机。所述高度角驱动机构和方向角驱动机构采用伺服机构或者步进机构或普通交流、 直流驱动系统。所述中央控制单元具有通信接口，且采用RS232通信接口或RS495通信接口或USB 通信接口。所述驱动电源为一个，所述第一驱动电机和第二驱动电机分别由两个独立的开关 控制且该两个独立的开关均与驱动电源连接。所述驱动电源为两个，一个驱动电源与第一驱动电机电连接，另一个驱动电源与 第二驱动电机电连接。本发明在热电偶温度传感器捕捉到经反射镜聚光后的光斑温度并输出信号，经过 中央控制单元对热电偶传感器的温度比较处理后，输出控制信号控制驱动电动机对聚光镜 的微小调节，从而实现对太阳的精跟踪，它采用基于温度传感器的温度跟踪和视日运动轨 迹跟踪、GPS定位相结合的方式，具有全自动、全天候、跟踪反应速度快、跟踪精度高、累积误 差比其它系统小等优点，可满足太阳能应用领域的需求；本发明的驱动部分采用上述结构 后，由于包括输出蜗轮和至少两套蜗杆传动机构，输出蜗轮和至少两套蜗杆传动机构传动 连接，两套蜗杆传动机构中的过渡蜗杆与输出蜗轮啮合传动，传递动力给输出蜗轮，因此接 触齿数多，工作平稳，而且承载能力强，传动功率大，提高了使用寿命。
图1为本发明的结构示意图2为本发明的热电偶温度传感器1的排布示意图； 图3为本发明的的驱动部分的结构示意图； 图4为本发明的的驱动电路框图。
具体实施例方式以下结合附图对本发明做进一步详细描述。如图广4所示，一种太阳能跟踪与驱动控制系统，包括接收器9、防护板10、至少 三个热电偶温度传感器1、中央控制单元U1、高度角角度传感器2、方位角角度传感器3、方 位角驱动机构5、高度角驱动机构6、GPS模块4、电源8、方位角蜗轮蜗杆传动机构11、高度 角蜗轮蜗杆传动机构12、轴承座13、高度旋转轴14、方向旋转轴15和至少一个驱动电源； 所述热电偶温度传感器1、高度角角度传感器2、方位角角度传感器3和GPS模块4均与中 央控制单元Ul电连接，所述热电偶温度传感器1传送温度信号至中央控制单元U1，所述高 度角角度传感器2传送高度角信号至中央控制单元U1，所述方位角角度传感器3传送方位 角信号至中央控制单元U1，所述GPS模块4传送太阳坐标至中央控制单元U1，所述方位角 驱动机构5和高度角驱动机构6均与中央控制单元Ul的输出端电连接，所述电源8为中央 控制单元Ul供电，所述驱动电源与中央控制单元Ul电连接；所述方位角驱动机构5驱动方 位角蜗轮蜗杆传动机构11，所述高度角驱动机构6驱动高度角蜗轮蜗杆传动机构12 ；所述 方位角驱动机构5具有至少两个第一驱动电机5-1，所述高度角驱动机构6具有至少两个 第二驱动电机6-1，所述第一驱动电机5-1与驱动电源电连接，所述第二驱动电机6-1与驱 动电源电连接，所述驱动电源接收中央控制单元Ul的信号，从而控制第一驱动电机5-1和 第二驱动电机6-1 ；所述方位角蜗轮蜗杆传动机构11包括方位角输出蜗轮11-1和至少两 套方位角蜗杆传动机构11-2，方位角输出蜗轮11-1和至少两套方位角蜗杆传动机构11-2 传动连接，且每套方位角蜗杆传动机构11-2均包括方位角主动蜗杆11-2-1、方位角过渡蜗 轮11-2-2和方位角过渡蜗杆11-2-3，方位角主动蜗杆11-2-1与方位角过渡蜗轮11_2_2啮 合，方位角过渡蜗轮11-2-2与方位角过渡蜗杆11-2-3固定连接，方位角过渡蜗杆11-2-3 与方位角输出蜗轮11-1啮合，各个第一驱动电机5-1分别与各套方位角蜗杆传动机构11-2 的方位角主动蜗杆11-2-1传动连接或者第一驱动电机5-1与方位角主动蜗杆11-2-1之间 通过其他减速机连接，所述方位角角度传感器3与方向旋转轴15固定连接；所述高度角蜗 轮蜗杆传动机构12包括高度角输出蜗轮12-1和至少两个高度角蜗杆12-2，高度角输出蜗 轮12-1和至少两个高度角蜗杆12-2传动连接，各个第二驱动电机6-1分别与各套高度角 蜗杆12-2传动连接或者第二驱动电机6-1与高度角蜗杆12-2之间通过其他减速机连接， 所述高度角角度传感器2与高度旋转轴14固定连接；所述高度角蜗轮蜗杆传动机构12安 装在轴承座13上，所述高度角蜗轮蜗杆传动机构12与高度旋转轴14固定连接，所述方位 角蜗轮蜗杆传动机构11与方向旋转轴15固定连接，且所述方向旋转轴15与轴承座13固 定连接；所述热电偶温度传感器1分布在防护板10上，且以接收器9的接收口为中心成至 少一圈的圆形排布，每一圈的圆形排布上有至少三个热电偶温度传感器1。所述高度角蜗轮 蜗杆传动机构12随着方位角蜗轮蜗杆传动机构11转动。
所述方位角蜗杆传动机构11-2为两套，且两套方位角蜗杆传动机构11-2的两个 方位角过渡蜗杆11-2-3的轴线相互平行，两个方位角主动蜗杆11-2-1的轴线相互平行。还包括显示电路7，所述显示电路7与中央控制单元Ul的输出端电连接。所述热电偶温度传感器1采用K型Φ Imm铠装热电偶或快速响应的膜片热电偶。所述高度角角度传感器2和方位角角度传感器3采用光电角度编码器、电阻角度 传感器或绕线电阻角度传感器。所述中央控制单元Ul采用PLC可编程控制器或单片机。所述高度角驱动机构6和方向角驱动机构5采用伺服机构或者步进机构或普通交 流、直流驱动系统。本实施例采用三菱HC-KFS023伺服系统。所述中央控制单元Ul具有通信接口，且采用RS232通信接口或RS495通信接口或 USB通信接口，可以和其它控制设备交换数据。所述驱动电源为一个，所述第一驱动电机5-1和第二驱动电机6-1分别由两个独 立的开关控制且该两个独立的开关均与驱动电源连接。
权利要求
1.一种太阳能跟踪与驱动控制系统，其特征在于a、包括接收器(9)、防护板(10)、至少三个热电偶温度传感器(1)、中央控制单元(U1)、 高度角角度传感器(2)、方位角角度传感器(3)、方位角驱动机构(5)、高度角驱动机构(6)、 GPS模块(4)、电源(8)、方位角蜗轮蜗杆传动机构(11)、高度角蜗轮蜗杆传动机构(12)、轴 承座(13)、高度旋转轴(14)、方向旋转轴(15)和至少一个驱动电源；b、所述热电偶温度传感器(1)、高度角角度传感器(2)、方位角角度传感器(3)和GPS模 块(4)均与中央控制单元(Ul)电连接，所述热电偶温度传感器(1)传送温度信号至中央控 制单元(U1)，所述高度角角度传感器(2)传送高度角信号至中央控制单元(U1)，所述方位 角角度传感器(3)传送方位角信号至中央控制单元(U1)，所述GPS模块(4)传送太阳坐标 至中央控制单元(U1)，所述方位角驱动机构(5)和高度角驱动机构(6)均与中央控制单元 (Ul)的输出端电连接，所述电源(8)为中央控制单元(Ul)供电，所述驱动电源与中央控制 单元(Ul)电连接；c、所述方位角驱动机构(5)驱动方位角蜗轮蜗杆传动机构(11)，所述高度角驱动机构 (6)驱动高度角蜗轮蜗杆传动机构(12)；d、所述方位角驱动机构(5)具有至少两个第一驱动电机(5-1)，所述高度角驱动机构 (6)具有至少两个第二驱动电机(6-1)，所述第一驱动电机(5-1)与驱动电源电连接，所述 第二驱动电机(6-1)与驱动电源电连接，所述驱动电源接收中央控制单元(Ul)的信号，从 而控制第一驱动电机(5-1)和第二驱动电机(6-1)；e、所述方位角蜗轮蜗杆传动机构(11)包括方位角输出蜗轮(11-1)和至少两套方位角 蜗杆传动机构(11-2)，方位角输出蜗轮(11-1)和至少两套方位角蜗杆传动机构(11-2)传 动连接，且每套方位角蜗杆传动机构(11-2)均包括方位角主动蜗杆(11-2-1 )、方位角过渡 蜗轮(11-2-2)和方位角过渡蜗杆(11-2-3)，方位角主动蜗杆(11-2-1)与方位角过渡蜗轮 (11-2-2)啮合，方位角过渡蜗轮(11-2-2)与方位角过渡蜗杆(11-2-3)固定连接，方位角过 渡蜗杆(11-2-3)与方位角输出蜗轮(11-1)啮合，各个第一驱动电机(5-1)分别与各套方位 角蜗杆传动机构(11-2)的方位角主动蜗杆(11-2-1)传动连接，所述方位角角度传感器(3) 与方向旋转轴(15)固定连接；f、所述高度角蜗轮蜗杆传动机构(12)包括高度角输出蜗轮(12-1)和至少两个高度角 蜗杆(12-2)，高度角输出蜗轮(12-1)和至少两个高度角蜗杆(12-2)传动连接，各个第二驱 动电机(6-1)分别与各套高度角蜗杆(12-2)传动连接，所述高度角角度传感器(2)与高度 旋转轴(14)固定连接；g、所述高度角蜗轮蜗杆传动机构(12)安装在轴承座(13)上，所述高度角蜗轮蜗杆传 动机构(12)与高度旋转轴(14)固定连接，所述方位角蜗轮蜗杆传动机构(11)与方向旋转 轴(15)固定连接，且所述方向旋转轴(15)与轴承座(13)固定连接；h、所述热电偶温度传感器(1)分布在防护板(10)上，且以接收器(9)的接收口为中心 成至少一圈的圆形排布，每一圈的圆形排布上有至少三个热电偶温度传感器(1)。
2.根据权利要求1所述的太阳能跟踪与驱动控制系统，其特征在于所述方位角蜗 杆传动机构(11-2)为两套，且两套方位角蜗杆传动机构(11-2)的两个方位角过渡蜗杆 (11-2-3)的轴线相互平行，两个方位角主动蜗杆(11-2-1)的轴线相互平行。
3.根据权利要求1所述的太阳能跟踪与驱动控制系统，其特征在于还包括显示电路(7)，所述显示电路(7)与中央控制单元(Ul)的输出端电连接。
4.根据权利要求1所述的太阳能跟踪与驱动控制系统，其特征在于所述热电偶温度 传感器(1)采用K型Φ Imm铠装热电偶或快速响应的膜片热电偶。
5.根据权利要求1所述的太阳能跟踪与驱动控制系统，其特征在于所述高度角角度 传感器(2)和方位角角度传感器(3)采用光电角度编码器、电阻角度传感器或绕线电阻角 度传感器。
6.根据权利要求1所述的太阳能跟踪与驱动控制系统，其特征在于所述中央控制单 元(Ul)采用PLC可编程控制器或单片机。
7.根据权利要求1所述的太阳能跟踪与控制系统，其特征在于所述高度角驱动机构 (6)和方向角驱动机构(5)采用伺服机构或者步进机构或普通交流、直流驱动系统。
8.根据权利要求6所述的太阳能跟踪与驱动控制系统，其特征在于所述中央控制单 元(Ul)具有通信接口，且采用RS232通信接口或RS495通信接口或USB通信接口。
9.根据权利要求1所述的太阳能跟踪与驱动控制系统，其特征在于所述驱动电源为 一个，所述第一驱动电机(5-1)和第二驱动电机(6-1)分别由两个独立的开关控制且该两 个独立的开关均与驱动电源连接。
10.根据权利要求1所述的太阳能跟踪与驱动控制系统，其特征在于所述驱动电 源为两个，一个驱动电源与第一驱动电机(5-1)电连接，另一个驱动电源与第二驱动电机 (6-1)电连接。
全文摘要
一种太阳能跟踪与驱动控制系统，包括接收器、防护板、至少三个热电偶温度传感器、中央控制单元、高度角角度传感器、方位角角度传感器、方位角驱动机构、高度角驱动机构、GPS模块、电源、方位角蜗轮蜗杆传动机构和高度角蜗轮蜗杆传动机构；方位角驱动机构驱动方位角蜗轮蜗杆传动机构，高度角驱动机构驱动高度角蜗轮蜗杆传动机构；方位角驱动机构中的第一电机具有至少两个；高度角驱动机构中的第二电机具有至少两个；热电偶温度传感器分布在防护板上，以接收器的接收口为中心成至少一圈的圆形排布，每一圆圈上至少三个热电偶温度传感器。本发明跟踪反应速度快、跟踪精度高、成本低、其驱动部分工作平稳、抗冲击能力强、传动力矩大、使用寿命长。
文档编号H02N6/00GK102063128SQ20111003435
公开日2011年5月18日 申请日期2011年2月1日 优先权日2011年2月1日
发明者刘巍, 卞新高, 屠越, 张敏, 朱天宇, 杨祥花, 田宏吉, 白建波, 肖洪, 芮欣鹏, 黄菲 申请人:河海大学常州校区