专利名称：一种高刚度轻质的梁结构的利记博彩app
技术领域：
本发明的领域大体涉及用于在制造结构中使用的一种高刚度轻质的梁。更具体地，本发明涉及用于并入光伏板(photovoltaic panel)组件的纵向结构元件。
背景技术：
太阳能发电板(Solar electric panel)将光能转化成电能。这样，它们能够潜在地与常规发电方法例如以煤、核燃料或天然气为燃料的蒸汽涡轮发电机竞争。为了使太阳能大规模地与常规发电竞争，太阳能系统的成本必须显著降低。商业上普遍的(Commercially-prevalent)太阳能板几乎完全通过自动化制造，因此其劳动力成本构成已最小化。商业上普遍的太阳能板的真正成本动因是用于提纯和“生长”单晶硅的设备、设施和能量的成本，而单晶硅自身组成太阳能电池。目前，太阳能工业通过设计将昂贵的提纯硅材料的使用最小化的系统而进行根本的成本降低。将硅材料使用最小化的一个方法是这样设计太阳能系统，即使用在衬底 (substrate)上间隔开的小太阳能电池，并且使用不贵的会聚透镜，从而将大面积的阳光集中在这些太阳能电池上。这个方法通过接近于透镜聚光比(optical concentration ratio)的因素减少了每千瓦发电能力的硅的使用。在一些情形中，所需硅的量可减少至 l/200th或小于常规平板太阳能板所需的量。这一基于透镜的光伏集中系统的构造趋向于类似均勻厚度的“三明治体”，而透镜安装在该三明治体的顶侧，在衬底上隔开的太阳能电池安装在三明治体的底侧，而阳光会聚路径穿过两者之间的空间。随着地球在太阳下转动，使得太阳看起来仿佛穿过天空移动，为了保持聚焦光束集中在太阳能电池上，整个太阳能模块结构必须准确地追踪太阳，并且太阳能模块结构必须是明显地刚性的，以便其弯曲的“下陷”不会显著地降低透镜和太阳能电池的相对对齐。所需要的是用于形成安装在支座上的太阳能板系统的结构的梁构件，该系统具有成本效率，其提高了弯曲刚度与梁的材料体积比，其包括利于组件结合至该系统的形状和大小，并且具有用预电镀或预涂层金属板或片制造的能力。
发明内容
在本发明的一方面，结构梁包括具有期望长度的平的片材或板材或网，平的片材或板材或网具有第一或顶部边缘和第二或底部边缘。顶部和底部边缘在平的片材或板材的近端与远端之间延伸。沿顶边缘，至少第一弦杆(chord)或者凸缘基本垂直于平片连接，该弦杆具有五条边的横截面。沿第二边缘，第二弦杆或者凸缘基本垂直于平片连接，该第二弦杆具有五条边的横截面。—方面，弦杆的横截面形状具有以非对称、非闭合多边形形状布置的至少五条边。 每个弦杆都包括基本互相平行并且基本垂直于平的片材或板材的三条边。还有平面基本互相平行并且与平的片材或板材平行的弦杆的两个相对边。同样，每个弦杆的横截面包括基本成四边形形状(例如矩形或正方形)的四条边。
在另一方面，该结构梁用一块连续材料例如金属片制造。进一步，该结构梁可以用常规的滚轧成型或弯曲或弯折成型(brake forming)制造工艺制造。在进一步方面，结构梁可被用来作为用于太阳能板系统的机械结构的主要纵向梁构件，太阳能板系统例如为安装在支座上的太阳能板系统。机械结构的框架由结构梁形成， 每个结构梁都包括期望长度的具有顶部边缘和底部边缘的平的片材或板材或者网。第一弦杆或凸缘沿顶部边缘基本垂直于平片连接，而第二弦杆或凸缘沿底部边缘基本垂直于平片连接。第一和第二弦杆每个都具有五条边的横截面。太阳能板系统还包括被固定到结构梁的顶部边缘上的第一弦杆的多个会聚透镜。多个太阳能电池隔开并结合在衬底上，而衬底被固定到结构梁的底部边缘上的第二弦杆。会聚透镜和太阳能电池相对于彼此被布置在太阳能板系统中，使得透镜将光线(阳光)聚焦到被结合到衬底上的单独的太阳能电池上。使用结构梁形成的框架具有刚度，使得其弯曲的“下陷”不会影响会聚透镜和太阳能电池的相对对齐。
图1是抗弯曲梁的透视图；图2是沿图1的线2-2截取的横截面图；图3A是图1中所示的抗弯曲梁的弦杆的一个实施例的详细横截面图；图3B是抗弯曲梁的弦杆的另一个实施例的详细横截面图；图4A和图4B是图1的抗弯曲梁的横截面图，其中代表性的邻近组件紧固在梁上。图5是具有预先穿孔的抗弯曲梁的弦杆的一个实施例的详细横截面图；图6是安装在支座上的太阳能板系统的透视图；图7是图6的安装在支座上的太阳能板系统的拐角部分的分解图。
具体实施例方式如图1至3所示，结构梁10包括具有期望长度的平的片材或板材或网12，该平的片材或板材具有第一或顶部边缘14和第二或底部边缘16。顶部和底部边缘在平的片材或板材的近端或第一端18与远端或第二端20之间延伸。沿顶部边缘，第一弦杆或凸缘22基本垂直于平片连接，弦杆具有五条边的横截面形状。沿第二边缘，第二弦杆或凸缘24基本垂直于平片连接，第二弦杆具有五条边的横截面形状。在这个实施例中，弦杆与网成整体， 然而，在其他实施例中，弦杆可由结合在网上的单独的材料形成。图中也示出，第一和第二弦杆在相同方向远离网延伸，但是取决于梁的使用，弦杆可在相反方向延伸。在优选实施例中，弦杆22和24的形状具有以非对称、非闭合多边形形状布置的至少五条边。如图3A中最佳示出，弦杆包括面向外部的边26、相邻的面向右侧的边28、进一步相邻的面向底部的边30、进一步相邻的面向左侧的边32和向网12延伸的另一个面向底部的边34，边34被布置得邻近并平行于面向外部的边26。如图所示，边26和34可具有彼此靠近的平面接触。优选的是，弦杆边26、28、30、32、34与网12形成整体，然而，每个边都可机械地连接至彼此和网。弦杆的边26、30和34每个都具有基本彼此平行并且基本垂直于网的平面。弦杆边28和32彼此相对，并且具有基本彼此平行并平行于网平面的平面。在一个实施例中，例如，边28和边32之间的距离优选为大约0. 75英寸，但是可在大约0. 125英寸至6英尺之间。同样，边26和边30之间的距离大约为0. 75英寸，但可在大约0. 125英寸至6英尺之间。在优选实施例中，弦杆的横截面包括基本成四边形形状的四条边26、28、 30和32。在这种情形中，该四边形是矩形形状，但是可以是如正方形或其他任意四边形的形状。该四边形限定腔36，腔36可完全或部分封闭。在另一个实施例中，例如如图3B中描述的实施例，弦杆22可具有包括局部圆形或者类似曲线的横截面形状。在这个实施例中，弦杆包括面向外部的边26、弯曲部分42和面向底部的边34。弯曲部分42使弦杆具有P形的横截面。也已设想，其他的实施例可包括边数等于2、3、4、5、6、7或者更多的弦杆，而不偏离本发明的范围。在一个实施例中，选择抗弯曲梁10的横截面形状，从而利于最终结构的相邻组件结合或连接。这些相邻组件可包括会聚透镜的板和衬底，衬底包括间隔开的太阳能电池，如在下文中进一步讨论的。选择梁10的材料厚度范围，使得常规的自攻螺纹件可轻易地被打入梁中。在一个实施例中，用来形成网和弦杆的材料的厚度在大约0. 02英寸至0. 25英寸之间，并且优选为大约0. 06英寸。包括弦杆的梁的各侧边基本是平面的以利于相邻组件的连接和结合。如图4A和图4B所示，优选实施例的梁的横截面呈现出面向几个不同方向的安装表面，使得相邻组件44、46、48、50和52可以根据其用途安装在梁的任何边和任何部分上。 设计梁10的腔36以容纳穿过梁的表面的紧固件的伸出长度。如图4A中所见，组件46用多个紧固件被安装至网12，并且组件44和48每个都分别安装至弦杆22和24。将组件44 和48连接至弦杆的一个紧固件的尖端和长度被示为位于梁的腔36内。图4B示出组件50 和52用穿过弦杆的边28的紧固件分别安装至弦杆22和24，使得紧固件的尖端和长度位于梁的腔36内。通过预成型穿过边26和边34中的一个或两个边的孔54，可利于紧固件穿过双倍材料厚度的弦杆边26和34。如图5所示，孔54可以预成型在梁10的任意边或部分上以使得紧固件容易结合或连接，紧固件例如为螺钉、螺栓、铆钉、销栓、绳索以及类似物。在优选实施例中，包括弦杆22和24的非闭合横截面的抗弯曲梁10的几何形状被设计成可用单个连续片材或板材(例如金属片)制造。还优选的是，连续片材或板材包括基本均勻的材料厚度，使得有可能使用基本不扰乱预电镀或预涂层材料的机械、抗腐蚀或表面性能的制造方法，用不贵的预电镀或预涂层片材或板材制造本发明。这些制造方法的示例包括辊轧成型或弯曲或弯折成型。在其他实施例中，梁10可通过挤压、拉挤、复合扭转(composite layup)、热轧、热弯曲或其他方法形成。该梁也可用多于一片材料制造。例如，弦杆22和24可使用单独的片材或板材形成，并且通过焊接或者其他机械手段，弦杆可在顶部边缘14或底部边缘16处接合。优选的是，被用来形成梁10的材料包括商业等级的金属片。可被用来形成梁的其他金属包括而不限于钢、铝、或提供刚度、强度和工艺性的期望特性的其他材料。用于该梁的其他组成材料也可包括塑料、复合材料或材料的组合。选择抗弯曲梁10的横截面尺寸，从而产生具有高刚度-材料体积比和高刚度-重量比的结构。在一个实施例中，面积惯性矩与材料体积的比至少是每平方英寸的横截面35 英寸4，弯曲刚度_重量比至少是3. 7 X IO9Ib X每平方英寸(磅/英寸梁长度)，而强度_重量比取决于抵抗的机械载荷的具体类型。在本发明的实施例中，通过将横截面形状与关于弯曲中心轴线的大面积惯性矩合并来获得高弯曲刚度。这个实施例还提供用于重量和成本最小化目的的小材料体积。通过增加组成梁10的顶部和底部弦杆22和M的材料的体积， 并减小组成梁的网12的材料的体积，实现增加梁10的弯曲刚度并减小材料体积。由于优选实施例由用基本均勻厚度的片材或板材制造，如图2中最佳示出的，通过设计具有多个折叠材料厚度的顶部和底部弦杆，以及通过设计具有单一材料厚度的网，增加组成弦杆的材料的体积。通过增加由最终结构的总尺寸约束的梁的顶部和底部弦杆之间的距离来实现高刚度-重量比。在一个实施例中，虽然梁10可用于形成任何机械结构的任何部分，但是多个梁10 可用作用于图6和图7所示的安装在支座上的太阳能板系统56的机械结构的主要纵向梁构件。由本发明各种实施例提供的这一梁的使用降低了安装在支座上的太阳能板系统的成本。该梁通过提高弯曲刚度-材料体积的比并减少在梁的那些区域中(例如网12)材料的使用来提供至少有助于结构的弯曲刚度和机械强度的这些优点。因为梁能够用不贵的、高速度、高度自动化的制造工艺制造，并且该梁能够用预电镀或预涂层金属片制造，安装在支座上的太阳能板系统也更有成本效率。这些优点也通过具有利于太阳能板系统的其他组件结合的形状和大小的梁实现。在图6和图7中安装在支座上的太阳能板系统56的一个实施例被示为包括具有基本为矩形形状的单独子框架61的结构框架60 ；然而，该结构框架可为包括正方形的任意其他多边形形状。框架60和子框架61由多个梁10形成，梁10被用作具有横梁58的主要纵向梁构件，该横梁58用于将纵向梁构件连接在一起，并且形成用于系统的框架60。在一个实施例中，横梁也可为本发明的梁10。在图6中所示的实施例中有48个子框架，其全部以12行、4列的形式对齐。但是在其他实施例中，例如，安装在支座上的太阳能板系统可包括但不限于少至一个子框架或多至400个框架。通常地，总的结构框架60具有但不限于例如大约40英尺至大约60英尺的长度， 以及具有但不限于例如大约6英尺至大约12英尺的宽度。每个子框架61都可具有但不限于例如大约2英尺至大约6英尺的长度，以及具有但不限于例如2英尺至大约6英尺的宽度，并且优选地是大约4英尺长、3英尺宽。同样，梁10的高度(从顶部边缘14至底部边缘16的距离)可以是但不限于例如大约6英寸至大约3英尺，并且优选为大约2英尺。同样，第一和第二弦杆22和M的宽度，即弦杆边沈的长度，也可以但不限于例如从大约1英寸至大约6英寸的范围变化，并且优选大约为3英寸。仍然参考图6和图7，会聚透镜62的板，例如菲涅耳透镜板，每个都具有光学透镜模式(optical lens pattern) 63，并且被固定至梁的顶部弦杆22。衬底64安装至梁的底部弦杆对，该衬底M包括在衬底上间隔开的多个太阳能电池66，使得单独的会聚透镜与单独的太阳能电池对齐或对准。在这个实施例中，M个光学透镜模式(pattern) 63以6行、4 列的形式布置在板上，其与衬底64上的太阳能电池66的模式匹配。使用中，会聚透镜模式将阳光聚焦在结合在衬底上的单独的太阳能电池上。包括梁10的框架具有刚度使得其弯曲的“下陷”不会随着时间的推移而降低会聚透镜和太阳能电池的相对对齐。尽管本发明已参照优选实施例进行了描述，但无意将本发明限制于描述的实施例。因此，可对公开的实施例做更改而不偏离本发明的精神和范围。还考虑到实施例的特定特征和方面的各种组合或子组合可相互结合或者取代以便形成本发明的变化模式。因此， 本发明仅由随附的权利要求限定。
权利要求
1. 一种结构梁，其包含具有长度的平片，所述平片具有第一边缘和第二边缘；以及第一弦杆，其沿所述第一边缘基本平行于所述平片布置，所述弦杆具有五条边的横截
2.根据权利要求1所述的结构梁，其进一步包含第二弦杆，所述第二弦杆沿所述第二边缘基本平行于所述平片布置，所述第二弦杆具有五条边的横截面。
3.根据权利要求1所述的结构梁，其中所述第一弦杆包括基本互相平行并且基本垂直于所述平片的三条边。
4.根据权利要求1所述的结构梁，其中所述第一弦杆包括以大约等于或小于0.25英寸的间隔隔开的两条相对的边。
5.根据权利要求1所述的结构梁，其中所述第一弦杆的横截面包括基本成四边形形状的四条边。
6.根据权利要求1所述的结构梁，其中，用于形成所述平片和所述第一弦杆的材料的厚度适合用常规自攻螺丝攻入。
7.根据权利要求1所述的结构梁，其中所述平片和所述第一弦杆用一块材料制造。
8.根据权利要求1所述的结构梁，其中弯曲刚度与材料重量的比至少是3.7X109磅X 每平方英寸(磅/英寸梁宽度)。
9.一种太阳能板系统，其包含框架，所述框架包含结构梁、第一弦杆和第二弦杆，每个结构梁都具有平片，所述平片具有长度、顶部边缘和底部边缘，所述第一弦杆沿所述顶部边缘基本垂直于所述平片连接， 所述第二弦杆沿所述底部边缘基本垂直于所述平片连接，所述第一和第二弦杆每个都具有五条边的横截面；多个会聚透镜，所述会聚透镜被固定到所述框架的结构梁的所述第一弦杆；多个太阳能电池，所述太阳能电池被结合到衬底，所述衬底被固定到所述框架的结构梁的所述第二弦杆；其中，所述会聚透镜将光线聚焦到被结合到所述衬底的单独的太阳能电池上，并且所述框架具有刚度，使得该框架弯曲的下陷不会降低所述会聚透镜和所述太阳能电池的相对对齐。
10.根据权利要求9所述的系统，其中所述第一和第二弦杆包括基本互相平行并且基本垂直于所述平片的三条边。
11.根据权利要求9所述的系统，其中弯曲刚度与材料重量的比至少是1.3X106磅X 平方英寸每磅总太阳能板重量。
12.根据权利要求9所述的系统，其中所述结构梁用一块材料制造。
13.根据权利要求9所述的系统，其中所述第一和第二弦杆的横截面每个都包括基本成四边形形状的四条边。
14.一种制造结构梁的方法，其包含通过弯曲顶部边缘，沿具有平坦表面的单个片材或板材的所述顶部边缘形成第一弦杆，使得所述第一弦杆的横截面包括五条边，其中所述第一弦杆的三条边垂直于所述单个片材或板材的所述平坦表面；以及通过弯曲底部边缘，沿所述单个片材或板材的底部边缘形成第二弦杆，使得所述第二弦杆的横截面包括五条边，其中所述第二弦杆的三条边垂直于所述单个片材或板材的所述平坦表面。
15.根据权利要求14所述的方法，其中使用辊轧成型形成所述第一和第二弦杆。
16.根据权利要求14所述的方法，其中使用弯曲或弯折成型形成所述第一和第二弦杆。
17.根据权利要求14所述的方法，其中所述单个片材或板材是预电镀金属片。
18.根据权利要求14所述的方法，其中形成所述第一和第二弦杆，所述第一和第二弦杆的横截面每个都包括基本成四边形形状的四条边。
19.根据权利要求18所述的方法，其中形成所述第一和第二弦杆，所述第一和第二弦杆的横截面包括以基本等于或小于0. 25英寸的间隔隔开的两条相对的边。
20.根据权利要求14所述的方法，其进一步包含预先穿孔穿过所述第一弦杆以利于将紧固件穿过所述第一弦杆。
21.一种结构梁，其包含具有某长度的平片，所述平片具有第一边缘和第二边缘；以及第一弦杆，所述第一弦杆沿所述第一边缘基本垂直于所述平片布置，所述弦杆具有P 形横截面。
22.根据权利要求21所述的结构梁，其进一步包含沿所述第二边缘基本垂直于所述平片布置的第二弦杆，所述第二弦杆具有P形横截面。
23.根据权利要求21所述的结构梁，其中所述第一弦杆包括基本互相平行并且基本垂直于所述平片的两条边。
24.根据权利要求21所述的结构梁，其中所述第一弦杆包括面向外部的边、平行于所述面向外部的边的面向底部的边以及弯曲部分，所述弯曲部分被布置在所述面向外部的边和所述面向底部的边之间。
全文摘要
一种轻质高刚度的结构梁具有网和弦杆，其以横截面几何形状为特征，该横截面几何形状的特征在于以非对称、非闭合、凸多边形形状布置的多个边。弦杆的至少三条边基本互相平行，并且基本垂直于网。使用完全自动化的制造机械容易制造该梁，并且该梁可用作太阳光聚集光伏模块的主要抗弯曲组件。
文档编号B21K23/00GK102176990SQ200980140167
公开日2011年9月7日 申请日期2009年8月26日 优先权日2008年9月2日
发明者D·杜特拉 申请人:阿莫尼克斯公司