一种定日镜远轴控制方法及定日镜远轴控制装置

摘要

本发明涉及太阳能发电技术领域，尤其是涉及一种定日镜远轴控制方法及定日镜远轴控制装置，该方法包括：在镜架与上支柱之间设置第一控制杆组件，调整第一控制杆组件的伸展长度，驱使镜架相对于上支柱转动，以控制镜架的高度角；和/或，在上支柱与下支柱分别设置径向凸出的连接件，两个连接件之间设置第二控制杆组件，控制第二控制杆组件的伸展长度，驱使两个连接件沿圆周方向的夹角发生变化，以调整镜架的方位角。该定日镜远轴控制装置，包括镜架、上支柱和下支柱；镜架与上支柱之间设置有第一控制杆组件；上支柱与下支柱分别设置有径向凸出的连接件；两个连接件之间设置有第二控制杆组件。本发明大大提升了对太阳的跟踪精度。

权利要求

1.一种定日镜远轴控制方法，所述定日镜包括能够相对转动的镜架和上支柱，以及包括下支柱，所述上支柱能够相对于所述下支柱绕其轴线转动，其特征在于，所述上支柱与所述下支柱通过回转支承连接；

在所述镜架与所述上支柱之间设置第一控制杆组件，调整所述第一控制杆组件的伸展长度，驱使所述镜架相对于所述上支柱转动，以控制所述镜架的高度角，调整所述第一控制杆组件的安装位置，使所述第一控制杆组件远离所述镜架的高度角旋转轴，以加长所述第一控制杆组件与所述镜架的高度角旋转轴之间的控制力臂的长度；所述第一控制杆组件包括第一伸缩装置和两个活动关节，所述第一伸缩装置通过两个所述活动关节分别与所述镜架和所述上支柱连接；所述第一伸缩装置为电动缸；

和/或，

在所述上支柱与所述下支柱分别设置径向凸出的连接件，两个所述连接件之间设置第二控制杆组件，调整所述第二控制杆组件的伸展长度，驱使两个所述连接件沿圆周方向的夹角发生变化，以控制所述镜架的方位角，调整所述第二控制杆组件的安装位置，使所述第二控制杆组件远离所述镜架的方位角旋转轴，以加长所述第二控制杆组件与所述镜架的方位角旋转轴之间的控制力臂的长度；所述第二控制杆组件包括第二伸缩装置和两个活动关节，所述第二伸缩装置通过两个所述活动关节分别与两个所述连接件连接，所述第二伸缩装置的伸展方向垂直于所述上支柱的旋转轴线；所述第二伸缩装置为电动缸。

2.根据权利要求1所述的定日镜远轴控制方法，其特征在于，在调整所述第一控制杆组件的伸展长度和/或调整所述第二控制杆组件的伸展长度之前，还包括将所述下支柱固定于地面。

3.一种适用于权利要求1或2所述的定日镜远轴控制方法的定日镜远轴控制装置，其特征在于，包括镜架、上支柱和下支柱；所述镜架与所述上支柱转动连接；所述镜架与所述上支柱之间设置有第一控制杆组件，用于驱使所述镜架相对于所述上支柱转动，以控制所述镜架的高度角；所述上支柱与所述下支柱转动连接；所述上支柱与所述下支柱分别设置有径向凸出的连接件；两个所述连接件之间设置有第二控制杆组件，用于驱使两个所述连接件沿圆周方向的夹角发生变化，以控制所述镜架的方位角；

所述第一控制杆组件包括第一伸缩装置和两个活动关节，所述第一伸缩装置通过两个所述活动关节分别与所述镜架和所述上支柱连接；

所述第二控制杆组件包括第二伸缩装置和两个活动关节，所述第二伸缩装置通过两个所述活动关节分别与两个所述连接件连接，所述第二伸缩装置的伸展方向垂直于所述上支柱的旋转轴线；

所述第一伸缩装置为电动缸；所述上支柱与所述下支柱通过回转支承连接；所述第二伸缩装置为电动缸。

4.根据权利要求3所述的定日镜远轴控制装置，其特征在于，两个所述连接件分别为第一连接件和第二连接件；其中：所述第二连接件与所述上支柱固定连接，所述第一连接件与所述下支柱固定连接，所述第二连接件与所述上支柱之间的连接点位于所述第一连接件与所述下支柱之间的连接点的上方；

两个所述连接件能够通过弯曲结构或倾斜安装的方式以使所述第二伸缩装置的伸展方向垂直于所述上支柱的旋转轴线。

5.根据权利要求3所述的定日镜远轴控制装置，其特征在于，所述镜架与所述上支柱通过活动关节连接。

6.根据权利要求3或5所述的定日镜远轴控制装置，其特征在于，所述活动关节的内部安装有轴承。

说明书

一种定日镜远轴控制方法及定日镜远轴控制装置

技术领域

[0001] 本发明涉及太阳能发电技术领域，尤其是涉及一种定日镜远轴控制方法及定日镜远轴控制装置。

背景技术

[0002] 近年来，太阳能光热发电技术已成为世界范围内可再生能源领域的热点，由于太阳周期性运动的特点，必须采取跟踪系统对太阳位置进行实时跟踪，以实现对太阳光能的最有效收集。研究表明，对日跟踪与不跟踪，能量的接收率相差37.7％，精确地跟踪太阳可使接收器的热效率大大提高，进而提高整个发电系统的太阳能利用率。定日镜是收集太阳能最为有效的装置之一，它是一种跟踪太阳位置并将阳光反射汇聚到固定位置的聚光装置，主要用于太阳能光热发电领域，特别是塔式太阳能光热发电。塔式太阳能光热发电是通过反射镜将大量的太阳光反射到吸热塔，以增加太阳光的能流密度，实现聚光效果，从而将吸热塔中的介质加热到发电所需的温度。

[0003] 目前，太阳位置的跟踪常采用双轴跟踪方法，主要的双轴控制方法有四种形式：自旋—俯仰、方位—俯仰、俯仰—倾斜和极轴式。太阳能聚光定日镜中最为关键的部件是双轴运动控制的传动件，在太阳能光热发电领域，传统的传动控制方法主要是通过蜗轮蜗杆传动件直接控制定日镜两个维度的旋转角度，以实现对太阳高度角和方位角的跟踪；但是由于成本的制约以及齿轮的尺寸规格的限制，导致传统双轴控制的力臂较短；由于双轴控制的力臂较短，因此同等条件下，使用蜗轮蜗杆等传动件的传统控制方法，误差越大，定日镜对太阳的跟踪也就较低，传动系统承受的负荷较大。

[0004] 传统的传动控制方法还有液压传动和齿轮传动，但是普通的液压传动装置由于加工工艺的限制，存在定位精度低、磨损程度高、温度效应高、使用寿命短等缺点；而齿轮传动与蜗轮蜗杆传动都有齿间啮合间隙，由此导致的回程误差目前也没有很好的解决方法，导致传动精度低，累计误差大，同时由于齿轮副啮合齿数少，啮合面或啮合线接触应力大，局部的摩擦生热容易引起齿轮的不均匀热变形，并影响齿轮的润滑效果，进而影响传动稳定性等性能，对精确跟踪产生不利后果，因此难以满足设计精度要求；另外如果采用先进设备，将导致建站投入成本过高，从而又无法满足太阳能光热发电站建设的经济性要求。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于提供一种定日镜远轴控制方法及定日镜远轴控制装置，以解决现有技术中存在的太阳能光热发电站的定日镜对太阳的跟踪精度较低、可靠性较差和成本较高等问题。

[0006] 本发明提供了一种定日镜远轴控制方法，所述定日镜包括能够相对转动的镜架和上支柱，以及包括下支柱，所述上支柱能够相对于所述下支柱绕其轴线转动，该方法包括：

[0007] 在所述镜架与所述上支柱之间设置第一控制杆组件，调整所述第一控制杆组件的伸展长度，驱使所述镜架相对于所述上支柱转动，以控制所述镜架的高度角，调整所述第一控制杆组件的安装位置，使所述第一控制杆组件远离所述镜架的高度角旋转轴，以加长所述第一控制杆组件与所述镜架的高度角旋转轴之间的控制力臂的长度；

[0008] 和/或，

[0009] 在所述上支柱与所述下支柱分别设置径向凸出的连接件，两个所述连接件之间设置第二控制杆组件，调整所述第二控制杆组件的伸展长度，驱使两个所述连接件沿圆周方向的夹角发生变化，以控制所述镜架的方位角，调整所述第二控制杆组件的安装位置，使所述第二控制杆组件远离所述镜架的方位角旋转轴，以加长所述第二控制杆组件与所述镜架的方位角旋转轴之间的控制力臂的长度。

[0010] 可选的，在调整所述第一控制杆组件的伸展长度和/或调整所述第二控制杆组件的伸展长度之前，还包括将所述下支柱固定于地面。

[0011] 本发明还提供了一种适用于所述的定日镜远轴控制方法的定日镜远轴控制装置，包括镜架、上支柱和下支柱；所述镜架与所述上支柱转动连接；所述镜架与所述上支柱之间设置有第一控制杆组件，用于驱使所述镜架相对于所述上支柱转动，以控制所述镜架的高度角；所述上支柱与所述下支柱转动连接；所述上支柱与所述下支柱分别设置有径向凸出的连接件；两个所述连接件之间设置有第二控制杆组件，用于驱使两个所述连接件沿圆周方向的夹角发生变化，以控制所述镜架的方位角。

[0012] 进一步地，所述第一控制杆组件包括第一伸缩装置和两个活动关节，所述第一伸缩装置通过两个所述活动关节分别与所述镜架和所述上支柱连接。

[0013] 进一步地，所述第二控制杆组件包括第二伸缩装置和两个活动关节，所述第二伸缩装置通过两个所述活动关节分别与两个所述连接件连接，所述第二伸缩装置的伸展方向垂直于所述上支柱的旋转轴线。

[0014] 进一步地，两个所述连接件分别为第一连接件和第二连接件；其中：所述第二连接件与所述上支柱固定连接，所述第一连接件与所述下支柱固定连接，所述第二连接件与所述上支柱之间的连接点位于所述第一连接件与所述下支柱之间的连接点的上方；

[0015] 两个所述连接件能够通过弯曲结构或倾斜安装的方式以使所述第二伸缩装置的伸展方向垂直于所述上支柱的旋转轴线。

[0016] 进一步地，所述镜架与所述上支柱通过活动关节连接。

[0017] 进一步地，所述活动关节的内部安装有轴承。

[0018] 进一步地，所述第一伸缩装置为电动缸。

[0019] 进一步地，所述上支柱与所述下支柱通过回转支承连接；所述第二伸缩装置为电动缸。

[0020] 与现有技术相比，本发明的有益效果为：

[0021] 本发明提供的定日镜远轴控制方法，通过第一控制杆组件和第二控制杆组件分别安装在远离镜架的高度角旋转轴和方位角旋转轴的位置，从而有效地增加了高度角的控制力臂和方位角的控制力臂的长度，大大减小了传动件的误差对跟踪精度的影响；并且通过第一控制杆组件和第二控制杆组件有效地减小机械传动间隙的影响，提高了传动精度，进而大大提升了对镜架的控制精度、提高了对太阳的跟踪精度以及跟踪系统的稳定性与可靠性，还提高了跟踪系统的使用寿命，降低了投资成本，可满足未来大型太阳能光热发电站的设计要求。

[0022] 本发明提供的定日镜远轴控制装置，具有定日镜远轴控制方法的优点，解决了现有技术中存在的太阳能光热发电站的定日镜对太阳的跟踪精度较低、可靠性较差和成本较高等问题。

附图说明

[0023] 为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0024] 图1为本发明实施例二提供的一种定日镜远轴控制装置的示意图；

[0025] 图2为图1中A处的局部放大示意图；

[0026] 图3为本发明实施例二中第二伸缩装置、第一连接件和第二连接件的连接关系的示意图；

[0027] 图4为本发明实施例三提供的一种定日镜远轴控制装置的示意图。

[0028] 附图标记：

[0029] 101-镜架；102-上支柱；103-下支柱；

[0030] 104-第一伸缩装置；105-活动关节；106-第二伸缩装置；

[0031] 107-第一连接件；108-第二连接件；109-第一杆部；

[0032] 110-第二杆部；111-回转支承。

具体实施方式

[0033] 下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0034] 在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

[0035] 在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

[0036] 实施例一

[0037] 本发明实施例一提供了一种定日镜远轴控制方法，定日镜包括能够相对转动的镜架和上支柱，以及包括下支柱，上支柱能够相对于下支柱绕其轴线转动，该方法包括：在镜架与上支柱之间设置第一控制杆组件，调整第一控制杆组件的伸展长度，驱使镜架相对于上支柱转动，以控制镜架的高度角，调整第一控制杆组件的安装位置，使第一控制杆组件远离镜架的高度角旋转轴，以加长第一控制杆组件与镜架的高度角旋转轴之间的控制力臂的长度；

[0038] 和/或，在上支柱与下支柱分别设置径向凸出的连接件，两个连接件之间设置第二控制杆组件，调整第二控制杆组件的伸展长度，驱使两个连接件沿圆周方向的夹角发生变化，以控制镜架的方位角，调整第二控制杆组件的安装位置，使第二控制杆组件远离镜架的方位角旋转轴，以加长第二控制杆组件与镜架的方位角旋转轴之间的控制力臂的长度。

[0039] 本实施例一中，在调整第一控制杆组件的伸展长度和/或调整第二控制杆组件的伸展长度之前，还包括将下支柱固定于地面，且下支柱的轴线与水平面垂直；上支柱的轴线与下支柱的轴线共线。

[0040] 本实施例一提供的定日镜远轴控制方法，通过调整第一控制杆组件的安装位置，以调整第一控制杆组件与镜架的高度角旋转轴之间的控制力臂的长度，从而可以使第一控制杆组件远离镜架的高度角旋转轴实现对镜架的高度角的控制；通过调整第二控制杆组件的安装位置，以调整第二控制杆组件与镜架的方位角旋转轴之间的控制力臂的长度，从而可以使第二控制杆组件远离镜架的方位角旋转轴实现对镜架的方位角的控制。这样有效地增加了高度角的控制力臂和方位角的控制力臂的长度，由于控制力臂的长度的增加，大大减小了传动件的误差对跟踪精度的影响，极大地降低了成本，以及降低了对镜架的高度角和方位角控制的难度；并且通过第一控制杆组件和第二控制杆组件有效地减小机械传动间隙的影响，提高了传动精度，进而大大提升了对镜架的控制精度、提高了对太阳的跟踪精度以及跟踪系统的稳定性与可靠性，还提高了跟踪系统的使用寿命，降低了投资成本，可满足未来大型太阳能光热发电站的设计要求。

[0041] 实施例二

[0042] 图1为本发明实施例二提供的一种定日镜远轴控制装置的示意图，图2为图1中A处的局部放大示意图，图3为本发明实施例二中第二伸缩装置、第一连接件和第二连接件的连接关系的示意图，参见图1至图3所示，本实施例二提供了一种定日镜远轴控制装置，包括镜架101、上支柱102和下支柱103；镜架101与上支柱102转动连接；镜架101与上支柱102之间设置有第一控制杆组件，用于驱使镜架101相对于上支柱102转动，以控制镜架101的高度角；上支柱102与下支柱103转动连接；上支柱102与下支柱103分别设置有径向凸出的连接件；两个连接件之间设置有第二控制杆组件，用于驱使两个连接件沿圆周方向的夹角发生变化，以控制镜架101的方位角。

[0043] 本实施例二中，通过第一控制杆组件和第二控制杆组件分别安装在远离镜架的高度角旋转轴和方位角旋转轴的位置，有效地增加了高度角的控制力臂和方位角的控制力臂的长度，降低了控制的难度，减轻了机械传动件的负荷，，大大减小了传动件的误差对跟踪精度的影响。通过该定日镜远轴控制装置有效地减小机械传动间隙的影响，提高了传动精度，进而大大提升了对镜架的控制精度、对太阳的跟踪精度以及跟踪系统的稳定性与可靠性，还提高了跟踪系统的使用寿命，降低了投资成本，可满足未来大型太阳能光热发电站的设计要求。另外，还可以适时分别调整第一控制杆组件和第二控制杆组件的安装位置，以更好的实现对镜架的高度角和方位角的控制。

[0044] 参见图1和图2所示，本实施例二中，第一控制杆组件包括第一伸缩装置104和两个活动关节105，第一伸缩装置104通过两个活动关节105分别与镜架101和上支柱102连接。

[0045] 本实施例二中，第二控制杆组件包括第二伸缩装置106和两个活动关节105，第二伸缩装置106通过两个活动关节105分别与两个连接件连接，第二伸缩装置106的伸展方向垂直于上支柱的旋转轴线。

[0046] 本实施例二中，两个连接件分别为第一连接件107和第二连接件108；其中：第二连接件108与上支柱固定连接，第一连接件107与下支柱固定连接，第二连接件与上支柱之间的连接点位于第一连接件与下支柱之间的连接点的上方；两个连接件能够通过弯曲结构或倾斜安装的方式以使第二伸缩装置的伸展方向垂直于上支柱的旋转轴线。

[0047] 参见图1和图3所示，本实施例二中，第一连接件107为水平杆，第二连接件108为弯杆；具体的说，第二连接件包括第一杆部109以及与第一杆部109呈夹角设置的第二杆部110，第一杆部109与上支柱102固定连接，第二杆部110与第二伸缩装置106连接；上支柱102的轴线与下支柱103的轴线共线，第一杆部109和第一连接件均与水平面平行。为了提高传动精度，本实例施二中，第一杆部109与第二杆部110之间的夹角为90度。需要说明的是本实施例二中，通过调整第一杆部109和第一连接件的长度，可以调整第一伸缩装置104与镜架
101的垂直旋转轴之间的距离，以控制方位角跟踪精度的误差。需要说明的是，本实施例一中，第一连接件和第二连接件还可以为其它的形式的杆，但要保证第二伸缩装置的伸展方向垂直于上支柱的旋转轴线，以保证对镜架的方位角的控制精度。

[0048] 本实施例二中，镜架101与上支柱102通过活动关节105连接。

[0049] 本实施例二中，活动关节105为的内部安装有轴承。活动关节可以提供在多方向上的自由度。

[0050] 本实施例二中，第一伸缩装置104为电动缸。

[0051] 本实施例二中，上支柱102与下支柱103通过回转支承111连接；第二伸缩装置106为电动缸。

[0052] 本实施例二中，定日镜远轴控制装置还包括桩基础(未示出)，下支柱103固定于桩基础上，下支柱的轴线与水平面垂直。

[0053] 本实施例二中，定日镜远轴控制装置的工作原理为：

[0054] 1、高度角的控制

[0055] 控制中心把高度角的控制命令转换为电机的旋转控制命令发送给第一控制杆组件的电动缸中的电机，电机的旋转运动通过电动缸中的丝杆转换为丝杆螺母的直线运动，也就是电动缸的伸缩运动。电动缸的伸缩运动通过活动关节传动给镜架101后，镜架101相对于上支柱102转动，也就是说镜架101绕镜架的高度角旋转轴做旋转运动；镜架101和上支柱102之间的夹角变化的大小等于镜架101的高度角变化的大小，这样便实现了对高度角的控制。

[0056] 2、方位角的控制

[0057] 控制中心把方位角的控制命令转换为电机的旋转控制命令发送给第二控制杆组件的电动缸中的电机，电机的旋转运动通过电动缸中的丝杆转换为丝杆螺母的直线运动，也就是电动缸的伸缩运动。电动缸的伸缩运动通过活动关节传动给第一连接件和第二连接件后，第二连接件使上支柱102绕下支柱103的轴线做水平旋转转动，也就是说镜架101绕方位角旋转轴做水平旋转运动；第二连接件的第一杆部109和第二连接件沿圆周方向的水平夹角发生变化的大小等于镜架101的方位角发生变化的大小，这样便实现了对方位角的控制。

[0058] 实施例三

[0059] 图4为本发明实施例三提供的一种定日镜远轴控制装置的示意图，参见图4所示，本实施例三也提供了定日镜远轴控制装置，本实施例三的定日镜远轴控制装置描述了第一连接件、第二连接件、下支柱和上支柱连接关系的另一种实现方案，除此之外的实施例二的技术方案也属于本实施例三，不再重复描述；相同的零部件使用与实施例二相同的附图标记，在此参照对实施例二的描述。

[0060] 本实施例三中，第一连接件107设计成弯杆，第二连接件108为水平杆；具体的说，第一连接件包括第一杆部109以及与第一杆部109呈夹角设置的第二杆部110，第一杆部109与下支柱103固定连接，第二杆部110与第二伸缩装置106连接；上支柱102的轴线与下支柱103的轴线共线，第一杆部109和第二连接件均与水平面平行。为了提高传动精度，本实施例三中，第一杆部109与第二杆部110之间的夹角为90度。

[0061] 最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。