一种大角度旋转聚光器支撑架机构制造技术

一种大角度旋转聚光器支撑架机构，其包括聚光器、动平台、机架、第一支链、第二支链、第三支链和被动支链；所述的三条支链和被动支链分别连接于机架和动平台之间，与机架和动平台构成空间闭环机构。通过驱动第一和第二支链可实现动平台沿竖直方向的自转运动，驱动第三支链可实现动平台的俯仰运动，从而使安装在动平台上的聚光器完成跟踪太阳运动。该机构连接动平台和被动支链之间的两个转动副分别可旋转180度和360度，减小了铰链转动限制对于机构工作空间的影响，从而使该支撑架机构具有大旋转角度。该机构可靠性强，容错率高，在其中一个主动支链损坏的情况下，依然可以实现相关运动，适合用于室外作业；结构对称，容易实现模块化，制造成本低。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及能源领域，具体涉及一种能够应用于支撑聚光器跟踪太阳运动的一种大角度旋转机构。
技术介绍
随着传统能源消费的持续增长，化石等能源的稀缺性越来越明显。随着化石能源日趋枯竭的趋势，大规模开发可再生能源成为当下急需解决的问题。太阳能是人类取之不竭的可再生能源，具有充分的清洁性，绝对的安全性和相对的广泛性，其在可再生能源中占据了重要地位。太阳能聚光器是一种切实可行的提高太阳能采集效率并加以利用的装备，也是很多太阳能发电装置不可或缺的组成部分。太阳能聚光器通过实时跟踪太阳运动方位，使得跟踪机构上的电池板或聚光镜能够始终正对太阳光，最大程度地吸收太阳光。目前根据跟踪系统轴数分类，可分为单轴和双轴两种。采用单轴跟踪方式，一天之中一般只有正午时刻太阳光能够垂直入射到电池板或聚光镜，此时收集热能能量密度最大；而在早上或下午太阳光线都是斜射，此时收集热能能量密度较小。单轴跟踪的优点是结构简单，但由于入射光线不能始终垂直入射到电池板或聚光镜，收集太阳能的效果并不理想。采用双轴跟踪方式，可实现全天聚光器采光面始终垂直太阳光线，对太阳光进行实时跟踪。传统二轴聚光器跟踪机构通常为串联机构，串联二轴太阳能聚光器跟踪机构一般采用一个竖直转动轴和一个水平转动轴机构，竖直转动轴用于支撑整个机构的载荷，并驱动跟踪机构完成太阳方位角的跟踪。水平转动轴安装在竖直转动轴的顶部，用于完成高度角的跟踪。串联跟踪机构设计简单，但是受到材料和结构的刚度约束，传统的串联二轴太阳能聚光器跟踪机构必须使用直径更大的竖直轴来支撑电池板或聚光镜，这样就造成了机构的成本上升。同时聚光器一般在户外进行作业，经常受到风沙、暴雨等恶劣天气的影响，对跟踪机构的可靠性能具有较高的要求。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于支撑聚光器实现跟踪太阳运动的大角度旋转机构，该机构属于冗余机构，在其中一个主动支链损坏的情况下，依然可实现跟踪运动，具有可靠性强，容错率高的特点，适合用于室外作业，同时该机构结构对称，易于制造，容易实现模块化，制造成本低。本专利技术的技术方案如下：一种大角度旋转聚光器支撑架机构，其特征在于，该机构包括机架、第一支链、第二支链、第三支链、被动支链和动平台；所述的第一支链、第二支链、第三支链和被动支链分别连接于机架和动平台之间，并与机架和动平台构成空间闭环机构；所述的第一支链包括第一虎克铰、第一杆件、第二杆件、套筒和第二虎克铰；所述的第一杆件通过第一虎克铰连接动平台；所述的第二杆件通过第一转动副连接第一杆件；所述的第一转动副的转动轴线与第一虎克铰的两条转动轴线垂直，且该三条转动轴线相交于一点；所述的套筒通过第一移动副连接第二杆件；所述的套筒通过第二虎克铰连接机架；所述的第二支链、第三支链和第一支链的结构和连接方式完全相同；所述的被动支链包括第三杆件和第四杆件；所述的第三杆件通过第二转动副连接动平台，所述的第二转动副的转动轴线沿水平方向，所述的第四杆件通过第三转动副连接第三杆件；所述的第三转动副的转动轴线沿竖直方向；所述的第四杆件固接在机架上。本专利技术所述的一种大角度旋转聚光器支撑架机构，其特征在于，当动平台处于水平姿态时，第三支链与第二转动副的转动轴线垂直。本专利技术所述的一种大角度旋转聚光器支撑架机构，其特征在于，第一支链、第二支链和第三支链的移动副采用丝杠螺母驱动、液压驱动或者气压驱动。本专利技术具有以下优点及突出性的技术效果：本专利技术提出一种用于跟踪太阳运动的聚光器跟踪机构，通过驱动三个主动支链，可实现聚光器在动平台上的大角度范围转动，实现跟踪太阳运动；其具有较大转动工作空间、刚度高的优点。②本专利技术机构通过将第二转动副转动轴线设计为水平方向，第三转动副转动轴线设计为竖直方向，使第二转动副和第三转动副的转动角度分别可达到180度和360度，减小了铰链转动限制对于机构转动工作空间的影响，从而使该支撑架机构具有大旋转角度。③本专利技术机构在室外作业时受到风沙、暴雨等恶劣天气，出现其中一个主动支链损坏的情况下，依然可实现跟踪运动，具有可靠性强，容错率高的特点。④本专利技术结构对称，易于制造，容易实现模块化；结构简单，运动学控制简单，灵活性好。附图说明图1为本专利技术提供的一种大角度旋转聚光器支撑架机构的实施例的三维结构示意图。图2为本专利技术的去除聚光器的支撑架机构的实施例三维结构示意图。图3为本专利技术的第一支链实施例结构示意图。图4为本专利技术的动平台和被动支链实施例结构示意图。图5为本专利技术的去除第二支链的支撑架机构实施例结构示意图。图中：1-机架；2-第一支链；3-第二支链；4-聚光器；5-动平台；6-第三支链；7-被动支链；21-第一虎克铰；22-第一杆件；23-第二杆件；24-套筒；25-第二虎克铰；71-第三杆件；72-第四杆件。具体实施方式下面结合附图及实施例对本专利技术做进一步的详细说明：图1为本专利技术提供的一种大角度旋转聚光器支撑架机构的实施例的三维机构示意图，该机构包括机架1、第一支链2、第二支链3、第三支链6、被动支链7、动平台5和聚光器4；所述的聚光器4固接在动平台5上。图2为本专利技术去除聚光器4的支撑架机构的实施例三维结构示意图，所述的第一支链2、第二支链3、第三支链6和被动支链7分别连接动平台5和机架1组成空间闭环机构。图3为本专利技术的第一支链2实施例结构示意图，所述的第一支链2包括第一虎克铰21、第一杆件22、第二杆件23、套筒24和第二虎克铰25；所述的第一杆件22通过第一虎克铰21连接动平台5；所述的第二杆件23通过第一转动副连接第一杆件22；所述的第一转动副的转动轴线与第一虎克铰21的两条转动轴线垂直，且该三条转动轴线相交于一点；所述的套筒24通过第一移动副连接第二杆件23；所述的套筒24通过第二虎克铰25连接机架1；所述的第一移动副采用丝杠螺母驱动、液压驱动或者气压驱动实现第一支链的伸缩运动。所述的第二支链3和第三支链6与第一支链2的结构和连接方式完全相同，第一支链2和第二支链3对称分布在动平台5的两侧。通过驱动所述的第三支链6可实现动平台5的俯仰运动；通过驱动第一支链2和第二支链3，可实现动平台5沿竖直方向的自转运动。图4为本专利技术的动平台5和被动支链7实施例结构示意图，所述的被动支链7包括第三杆件71、第四杆件72；所述的第三杆件71通过第二转动副连接动平台5；所述的第二转动副的转动轴线沿水平方向；当动平台5处于水平姿态时，第三支链6与第二转动副的转动轴线垂直；所述的第四杆件通过第三转动副连接第三杆件71；所述的第三转动副的转动轴线沿竖直方向；所述的第四杆件固接在机架上。本专利技术机构通过将第二转动副转动轴线设计为水平方向，第三转动副转动轴线设计为竖直方向，使第二转动副和第三转动副的转动角度分别可达到180度和360度，减小了铰链转动限制对于机构转动工作空间的影响，从而使该支撑架机构具有大旋转角度。图5为本专利技术的去除第二支链2的支撑架机构实施例结构示意图，该机构属于冗余机构，当去除所述的第一支链2或者第二支链3，同样能实现聚光器4绕着水平转动轴和竖直转动轴的两自由度转动。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大角度旋转聚光器支撑架机构，其特征在于，该机构包括机架(1)、第一支链(2)、第二支链(3)、第三支链(6)、被动支链(7)和动平台(5)；所述的第一支链(2)、第二支链(3)、第三支链(6)和被动支链(7)分别连接于机架(1)和动平台(5)之间，并与机架(1)和动平台(5)构成空间闭环机构；所述的第一支链(2)包括第一虎克铰(21)、第一杆件(22)、第二杆件(23)、套筒(24)和第二虎克铰(25)；所述的第一杆件(22)通过第一虎克铰(21)连接动平台(5)；所述的第二杆件(23)通过第一转动副连接第一杆件(22)；所述的第一转动副的转动轴线与第一虎克铰(21)的两条转动轴线垂直，且该三条转动轴线相交于一点；所述的套筒(24)通过第一移动副连接第二杆件(23)；所述的套筒(24)通过第二虎克铰(25)连接机架(1)；所述的第二支链(3)、第三支链(6)和第一支链(2)的结构和连接方式完全相同；所述的被动支链(7)包括第三杆件(71)和第四杆件(72)；所述的第三杆件(71)通过第二转动副连接动平台(5)，所述的第二转动副的转动轴线沿水平方向，所述的第四杆件通过第三转动副连接第三杆件(71)；所述的第三转动副的转动轴线沿竖直方向；所述的第四杆件固接在机架上。...

【技术特征摘要】
1.一种大角度旋转聚光器支撑架机构，其特征在于，该机构包括机架(1)、第一支链(2)、第二支链(3)、第三支链(6)、被动支链(7)和动平台(5)；所述的第一支链(2)、第二支链(3)、第三支链(6)和被动支链(7)分别连接于机架(1)和动平台(5)之间，并与机架(1)和动平台(5)构成空间闭环机构；所述的第一支链(2)包括第一虎克铰(21)、第一杆件(22)、第二杆件(23)、套筒(24)和第二虎克铰(25)；所述的第一杆件(22)通过第一虎克铰(21)连接动平台(5)；所述的第二杆件(23)通过第一转动副连接第一杆件(22)；所述的第一转动副的转动轴线与第一虎克铰(21)的两条转动轴线垂直，且该三条转动轴线相交于一点；所述的套筒(24)通过第一移动副连接第二杆件(23)；所述的套...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴军，王立平，张彬彬，许天睿，吴昊，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11