[发明专利]一种摆臂补偿型的驱动绳索补偿张紧机构及其设计方法

说明书

本发明公开了一种摆臂补偿型的驱动绳索补偿张紧机构，包括旋转轴承，旋转轴承上安装有驱动横梁，驱动横梁向下设置有补偿摆臂，旋转轴承的下方安装有驱动轮，驱动轮左右两侧输出柔性驱动绳索分别连接在驱动横梁左右两端，补偿摆臂远离驱动横梁的一端为补偿摆臂牵拉点C，旋转轴承下方设置有补偿绳固定点，补偿绳固定点与补偿摆臂牵拉点C之间连接有补偿绳索，补偿绳固定点处设置有关联机构，关联机构将补偿绳索和两侧的驱动绳索关联在一起，使得补偿绳索的长度增加量补偿驱动绳索的长度缩减量。本发明解决现有索驱动型太阳跟踪机构存在的绳索张紧装置结构复杂且制造成本高的问题。本发明还公开了一种摆臂补偿型的驱动绳索补偿张紧机构的设计方法。

技术领域

本发明属于太阳跟踪装置技术领域，涉及一种摆臂补偿型的驱动绳索补偿张紧机构，本发明还涉及上述摆臂补偿型的驱动绳索补偿张紧机构的设计方法。

背景技术

太阳跟踪系统广泛应用于太阳能光伏发电领域，其主要功能是通过调节跟踪系统的旋转角度，实时追踪太阳的运动轨迹，消除或减小电池板法线与太阳光入射角之间的夹角，从而达到最大化吸收太阳辐射能量的目的。

传统上驱动光伏跟踪支架旋转的装置主要是“回转减速机”和“电动推杆”。回转减速机在光伏跟踪领域是一种成熟耐用的驱动方式，但是存在设备造价较高的问题。电动推杆通过电动推出和回缩驱动杆，进而带动跟踪支架绕轴承旋转，改变跟踪系统工作角度。电动推杆的成本较低，但是实际使用中存在可靠性差寿命短的问题。

采用绳索从不同方向牵拉跟踪支架，使其绕轴旋转跟踪太阳运动，是一类新型的光伏跟踪支架驱动方式，具有驱动力臂大、抗风能力强且造价低廉的独特优势。由于柔性绳索只能承受单方向的牵拉力，因此这种驱动方式通常需要两根绳索从两个方向分别牵拉跟踪支架实现正反旋转。为了消除跟踪支架运动间隙，提高稳定性，当一根牵拉绳索牵引支架旋转时另一个反方向的张紧绳索需要保持一定的反向拉力，用以维持绳索的张紧状态消除间隙。

在采用一个电动机同时驱动正反两根牵拉绳索调整跟踪支架角度的情况下，由于跟踪机构上正反两根牵拉绳索连接点的运动轨迹呈圆弧状，而正反两根牵拉绳索的张紧状态为一直线，导致驱动系统存在因直线牵拉运动与圆弧旋转运动之间距离变化不匹配引起的绳索长度变化问题。

为了维持太阳跟踪支架运动过程中双向牵拉绳索的张紧状态，进而维持跟踪角度的唯一性和稳定性，采用单电机双向牵拉驱动的光伏跟踪支架，都需要配置驱动绳索的长度补偿装置，达到张紧绳索的目的。

目前单电机双向牵拉驱动光伏跟踪支架常用的绳长补偿张紧装置包括：

1.圆弧补偿张紧装置，这一补偿装置的明显特征是在跟踪支架上存在一个以旋转轴为圆心，半径等于牵拉力臂长度的圆弧结构，驱动绳索被张紧在圆弧上。借助同一圆弧上旋转角度与弧长变化的线性对应关系，实现绳索长度变化补偿。驱动电机在牵拉侧收入多少绳长，就可以在张紧侧释放多少绳长。因此可以在不同跟踪角度上保持绳索的张紧状态。这一方法存在的问题是，为了增加驱动扭矩，牵拉驱动机构的牵拉力臂通常较大，导致圆弧张紧装置的尺寸也很大，引起制造和安装成本的上升。

2.渐开线轮补偿张紧装置，在驱动电机的输出轴上采用渐开线轮作为驱动绳索的收放装置，渐开线轮在不同工作角度下的半径大小按照可以吸收多余驱动绳索长度的补偿关系设定。借助渐开线轮半径随转角变化的规律吸收多余长度，保持绳索的张紧状态。这一方法的主要问题是，渐开线轮的加工难度大且使用中容易发生绳索脱槽的问题。

3.多边形补偿张紧装置，在连接牵拉驱动点和驱动电机的绳索通路上，设置若干定滑轮装置改变绳索方向，将牵拉机构中简单的三角型牵拉关系修正为四边形或者多边形关系，进而降低不同工作角度下的绳索长度变化量，实现绳索长度的部分补偿。这种方式的主要问题是辅助固定点多，支架的安装和调试比较麻烦，同时绳索长度补偿和张紧的效果较差。

发明内容