[发明专利]一种直线驱动装置及其用于太阳能跟踪的控制及使用方法

权利要求书

1.一种直线驱动装置，其特征在于：包括外管（1）以及设置在外管（1）端部的密封端盖（2），在所述外管（1）内设置有丝杆（3），所述丝杆（3）一端与驱动机构连接，在所述丝杆（3）上设置有与之螺纹配合的传动螺母（4），在所述外管（1）与丝杆（3）之间设置有伸缩杆（5），所述伸缩杆（5）一端与传动螺母（4）连接，其另一端穿过密封端盖（2），在所述伸缩杆（5）与密封端盖（2）之间设置有密封组件，在所述外管（1）上设置有防水防油透气塞（6）。

2.根据权利要求1所述的直线驱动装置，其特征在于：所述外管（1）内、丝杆（3）与驱动机构连接端对应设置有单列圆锥滚子轴承（7），所述单列圆锥滚子轴承（7）的外圈与外管（1）内壁连接，其内圈与丝杆（3）紧密配合，在所述伸缩杆（5）与密封端盖（2）之间设置有滑动轴承（8）。

3.根据权利要求2所述的直线驱动装置，其特征在于：在所述密封端盖（2）端部、伸缩杆（5）与密封端盖（2）之间设置有防尘圈（9），所述密封组件设置在防尘圈（9）与滑动轴承（8）之间，所述密封组件由至少一组O型密封圈（12）组成。

4.根据权利要求1所述的直线驱动装置，其特征在于：所述丝杆（3）的长径比为20～25，所述传动螺母（4）的长径比为3～5，在所述伸缩杆（5）表面设置有耐磨防锈层。

5.根据权利要求1至4中任意一项所述的直线驱动装置，其特征在于：所述驱动机构为带行星减速器及霍尔信号反馈的直流电机（10），所述直流电机（10）的动力输出端通过连轴器（11）与丝杆（3）一端连接。

6.根据权利要求5所述的直线驱动装置，其特征在于：所述外管（1）由前、后段两部分螺纹连接且焊接为一整体结构，所述丝杆（3）前端置于外管（1）的前段部分内并通过连轴器（11）与直流电机（10）驱动连接，所述密封端盖（2）设置在外管（1）的后段部分的端部，所述伸缩杆（5）置于外管（1）的后段部分内，在所述密封端盖（2）与外管（1）后段部分的端部之间设置有O型密封圈（12），在所示丝杆（3）与连轴器（11）接口处设置有密封圈（13）。

7.一种如上述权利要求所述的直线驱动装置用于太阳跟踪的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

a）、首先通过太阳跟踪装置的控制器计算确定太阳的轨迹方位，通过太阳的轨迹方位确定在不同时段太阳当前的角度P1；

b）、将太阳当前的角度P1与太阳跟踪装置初始角度P0进行比较，判断当前直线驱动装置是否需要动作，其中太阳跟踪装置初始角度由结构设计确定；

c）、若需要直线驱动装置动作，由处理器根据太阳当前的角度P1与太阳跟踪装置初始角度P0计算出本次跟踪的脉冲数M，再根据脉冲数M控制直线驱动装置中电机转动；

d）、处理器将本次跟踪转动的信号发送给驱动器，驱动器在收到控制命令后驱动直线驱动装置中的电机动作，驱动器给电机输入电压的正负确定了直线驱动装置的伸长和缩短；

在所述步骤c）中，具体计算方法是：

首先确定直线驱动装置中行星减速器的减速比为1：T，编码器在电机转动一圈产生N个正交编码信号，伸缩杆在丝杆转动一周后伸长量为S，其中T根据采用的行星减速器确定，正交编码信号产生个数N由编码器确定，丝杆转动一周伸缩杆伸长量S为丝杆螺距值，即电机每当输出T*N个信号时就表示伸长臂伸长了S毫米，每毫米对应T*N/S个脉冲；

其次，在初始位置时，直线驱动装置的长度为H，伸缩杆端部通过连杆与太阳能帆板转动点连接的长度为B，直线驱动装置下部与安装座的连接点距离为Z，直线驱动装置下部与安装座的连接点到太阳能帆板转动点的长度为A，直线驱动装置下部与安装座的连接点到伸缩杆与连杆的连接点长度为C，在HZC三角形中，H的变化直接影响C的变化，在ABC三角形中，A和B固定，C的变化会直接影响AB之间的夹角，

根据上述三角关系可以得到如下关系：

     在三角形ABC中，公式1：C²= A²+B²-2ABCOS(P)，其中P为AB的夹角，

     在三角形HCZ中，公式2：C²= H²+Z²，

     公式3：H²=A²+B²-Z²-2ABCOS(P)，

跟踪起始角度由结构设计确定，根据初始角度P0，可以得到初始H0；

设伸长量为y，太阳能帆板转动角度为X，那么可以得到如下关系

公式4：y=H-H0=A²+B²-Z²-2ABCOS(X)-H0，

在公式4中，A、B、Z、H0都是确定的，任意给定的X将会直接确定y的值，y 的正负决定了跟踪方向；

根据控制器得到太阳当前角度为P1，跟踪器当前的角度为P0，那么根据公式4：y(p1)-y(p0)=d，d为此次直线驱动装置的驱动量；

最后M=d*T*N/S就是本次驱动的脉冲数，根据本次驱动的脉冲数得到电机转动的圈数，从而由驱动器控制电机转动，使直线驱动装置的伸缩杆伸长或缩短到所需量。