一種日光定向反射系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種日光定向反射系統(tǒng)，它包括反射面(2)、旋轉(zhuǎn)軸(5)、滑槽機構(gòu)(6)、連桿A(71)、連桿B(72)、傳感單元A(81)、傳感單元B(91)、驅(qū)動單元A(83)、驅(qū)動單元B(93)、和控制系統(tǒng)(10)。本發(fā)明根據(jù)反射光線接收目標(biāo)不變的情況，首先確定反射光線接收目標(biāo)中心的方向，通過對準(zhǔn)技術(shù)固定系統(tǒng)中一個運動軸的方向，并保證該軸只發(fā)生旋轉(zhuǎn)運動，然后采用自動追日技術(shù)，讓系統(tǒng)中另一個運動軸尋找太陽，并通過巧妙的結(jié)構(gòu)設(shè)計，讓定日鏡始終以兩運動軸所成夾角的角平分線為法線，最終實現(xiàn)定向反射的目的。
【專利說明】一種日光定向反射系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及太陽能應(yīng)用【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種基于光電傳感和等腰連桿結(jié)構(gòu)的自動日光定向反射系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]太陽能作為一種可再生清潔能源，越來越受到社會各界的普遍關(guān)注，其應(yīng)用范圍也更加廣泛，例如太陽能熱水、太陽能空調(diào)、太陽能光伏發(fā)電及太陽能光熱發(fā)電等。針對這些應(yīng)用，太陽能自動追日技術(shù)得到了長足的發(fā)展，這也為太陽能利用效率的提高做出了很大的貢獻。然而，太陽能的應(yīng)用已逐漸不再局限于陽光直射的范疇，太陽能定向反射技術(shù)也開始被關(guān)注，這對太陽能效率的突破性提高有著至關(guān)重要的作用。太陽能定向反射技術(shù)更多地應(yīng)用在塔式光熱發(fā)電系統(tǒng)中，其傳感和動作機制基本沿用于自動追日技術(shù)，近來，也涌現(xiàn)出了較多的新思想。例如:專利申請?zhí)枮?01210590027.1所公布的“一種定日鏡控制裝置”，通過現(xiàn)有的物聯(lián)網(wǎng)概念，記錄太陽運行的軌跡參數(shù)，代入運算模塊，再通過控制指令結(jié)合通信模塊實現(xiàn)人為控制定日鏡的運動，這樣可以降低整個裝置的成本，但其運算精度與整個控制模塊實現(xiàn)的復(fù)雜程度有待實踐考察。專利申請?zhí)枮?01110247994.3所公布的“基于光斑識別的控制日光反射裝置自動跟蹤太陽的方法”，公開了如何利用光斑成像技術(shù)計算反射裝置的調(diào)整角度，實現(xiàn)反射裝置將日光反射到指定位置。專利申請?zhí)枮?00810007862.1所公布的“定日鏡裝置”、專利申請?zhí)枮?00980158900.6所公布的“用傳感器控制反射方向的定日鏡裝置”，均公開了如何通過探測定位反射光方向來調(diào)整反射裝置的運動，最終實現(xiàn)將日光反射到指定位置。雖然這些專利都從控制思想上提供了反射鏡的動作調(diào)整依據(jù)，但并未對其機械調(diào)整結(jié)構(gòu)進行相關(guān)創(chuàng)新研究。專利申請?zhí)枮?01210205805.0所公布的“塔式太陽能集熱發(fā)電系統(tǒng)定日鏡自動調(diào)整轉(zhuǎn)換控制裝置”，專利申請?zhí)枮?01210205821.X所公布的“新型塔式太陽能集熱系統(tǒng)定日鏡的被動自動跟蹤系統(tǒng)”，具體公開了一種與反射鏡、傳感器、運動軸位置有關(guān)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，相比于之前的相關(guān)研究而言思想上具有一定的創(chuàng)新性，但其實現(xiàn)思想中描述的以鄰邊等邊平行四邊形為核心的反射裝置結(jié)構(gòu)冗余，且定日鏡安裝于兩運動軸交點的結(jié)構(gòu)容易導(dǎo)致系統(tǒng)的重心不穩(wěn)、支撐不牢。專利申請?zhí)枮?01310058179.1所公布的“塔式太陽能定日鏡圓柱齒輪光線角度轉(zhuǎn)換控制裝置”，公開了如何用齒輪配比結(jié)構(gòu)實現(xiàn)前面所述的申請?zhí)枮?01210205805.0和申請?zhí)枮?01210205821.X的兩個專利中所述的鄰邊等邊平行四邊形反射結(jié)構(gòu)的光線角度轉(zhuǎn)換控制裝置，而專利申請?zhí)枮?01310058388.6所公布的“塔式太陽能定日鏡錐齒輪被動自動追日支架”及專利申請?zhí)枮?01310058178.7所公布的“塔式太陽能定日鏡圓柱齒輪被動自動追日支架”，則是申請?zhí)枮?01310058179.1所公布的“塔式太陽能定日鏡圓柱齒輪光線角度轉(zhuǎn)換控制裝置”專利的兩種具體實現(xiàn)結(jié)構(gòu)。
[0003]如何使用一種結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、易于實現(xiàn)的定向反射技術(shù)，在太陽能應(yīng)用的各種場合(如太陽能熱水工程，太陽能光伏、光熱發(fā)電等)提高設(shè)備對太陽能的利用效率，是目前有待攻克的課題。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的問題是:如何使用一種結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、易于實現(xiàn)的定向反射技術(shù)，在太陽能應(yīng)用的各種場合(如太陽能熱水工程，太陽能光伏、光熱發(fā)電等)提高設(shè)備對太陽能的利用效率。
[0005]本發(fā)明所述的技術(shù)問題是這樣解決的:一種日光定向反射系統(tǒng)，它包括日光源、反射面，目標(biāo)中心、旋轉(zhuǎn)軸、滑槽機構(gòu)、連桿A、連桿B，傳感單元A、傳感單元B、驅(qū)動單元A、驅(qū)動單元B和控制系統(tǒng)(10)。旋轉(zhuǎn)軸始終對準(zhǔn)目標(biāo)中心，連桿A與旋轉(zhuǎn)軸固定連接，也始終對準(zhǔn)目標(biāo)中心，連桿A、連桿B長度始終相等，構(gòu)成等腰連桿結(jié)構(gòu)，反射面以連桿A、連桿B的夾角平分線為法線?？刂葡到y(tǒng)根據(jù)傳感單元A、傳感單元B的輸出信號控制驅(qū)動單元A、驅(qū)動單元B的運動，最終使連桿B對準(zhǔn)日光源，又因連桿A對準(zhǔn)目標(biāo)中心，連桿A、連桿B的夾角平分線為反射面的法線，即實現(xiàn)了反射面將日光反射到目標(biāo)區(qū)域。
[0006]日光源為本發(fā)明的光線來源，在系統(tǒng)中被視為平行光源，強度在傳感單元A和傳感單元B能檢測到的范圍內(nèi)。
[0007]反射面為系統(tǒng)的反射單元，始終以連桿A、連桿B的夾角平分線為法線，在驅(qū)動單元A和驅(qū)動單元B的帶動下實現(xiàn)將日光源反射到目標(biāo)區(qū)域。
[0008]目標(biāo)中心為本發(fā)明的反射光線接收目標(biāo)中心，即通過反射面中心的入射光線經(jīng)過反射后到達此處。
[0009]旋轉(zhuǎn)軸為帶動整個反射裝置轉(zhuǎn)動的軸,并始終指向目標(biāo)中心。
[0010]滑槽機構(gòu)為連桿A、連桿B與反射面的連接單元，保證連桿A、連桿B在長度不變的情況下通過張合運動帶動反射面運動。
[0011]連桿A、連桿B兩者長度相等，構(gòu)成等腰連桿結(jié)構(gòu)，并通過滑槽機構(gòu)與反射面連接，其中的連桿A與旋轉(zhuǎn)軸固定連接，也始終對準(zhǔn)目標(biāo)中心。
[0012]旋轉(zhuǎn)連接點A連接連桿A、連桿B，保證連桿A、連桿B能以旋轉(zhuǎn)連接點A為軸心實現(xiàn)張合運動。
[0013]旋轉(zhuǎn)連接點B連接連桿A和滑槽機構(gòu)，保證連桿A和滑槽機構(gòu)能以旋轉(zhuǎn)連接點B為軸心實現(xiàn)張合運動。
[0014]滑動支撐點連接連桿B和滑槽機構(gòu)，保證連桿B能在滑槽機構(gòu)上自由滑動，且長度不變。
[0015]傳感單元A、驅(qū)動單元A與控制系統(tǒng)結(jié)合，構(gòu)成旋轉(zhuǎn)軸的傳感驅(qū)動控制單元，傳感單元A由位于連桿A、連桿B所在平面兩側(cè)的光敏器件構(gòu)成，其將連桿A、連桿B所在平面兩側(cè)的光強差異信號經(jīng)傳感單元控制連接線A傳遞給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)將該信號轉(zhuǎn)化為驅(qū)動單元A的控制信號，該控制信號經(jīng)驅(qū)動單元控制連接線A傳遞，驅(qū)動旋轉(zhuǎn)軸帶動整個裝置向減少這種光強差異的方向旋轉(zhuǎn)，最終使兩側(cè)光強相等。
[0016]傳感單元B、驅(qū)動單元B與控制系統(tǒng)結(jié)合，構(gòu)成連桿B的傳感驅(qū)動控制單元，其中的傳感單元B由位于連桿B上靠近連桿A和背離連桿A兩側(cè)的光敏器件構(gòu)成，其將靠近連桿A和背離連桿A兩側(cè)的光強差異信號經(jīng)傳感單元控制連接線B傳遞給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)將該信號轉(zhuǎn)化為驅(qū)動單元B的控制信號，該控制信號經(jīng)驅(qū)動單元控制連接線B傳遞，驅(qū)動連桿B帶動反射板向減少這種光強差異的方向旋轉(zhuǎn)，最終使兩側(cè)光強相等。
[0017]控制系統(tǒng)為本發(fā)明的控制核心，能完成對傳感單元A、傳感單元B輸入信號的處理，并按設(shè)定邏輯向驅(qū)動單元A、驅(qū)動單元B輸出驅(qū)動指令，最終實現(xiàn)定向反射的核心控制功能。
[0018]本發(fā)明的有益效果是:根據(jù)反射光線接收目標(biāo)不變的情況，首先確定反射光線接收目標(biāo)中心的方向，通過對準(zhǔn)技術(shù)固定系統(tǒng)中一個運動軸的方向，并保證該軸只發(fā)生旋轉(zhuǎn)運動，然后采用自動追日技術(shù)，讓系統(tǒng)中另一個運動軸尋找太陽，并通過巧妙的結(jié)構(gòu)設(shè)計，讓定日鏡始終以兩軸所成夾角的角平分線為法線，最終實現(xiàn)定向反射的目的。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)不意圖；
圖2為實施例1結(jié)構(gòu)前側(cè)視圖；
圖3為實施例1結(jié)構(gòu)后側(cè)視圖；
圖4為實施例1部分結(jié)構(gòu)圖；
圖5為實施例2結(jié)構(gòu)前側(cè)視圖；
圖6為實施例2結(jié)構(gòu)后側(cè)視圖；
圖7為實施例2部分結(jié)構(gòu)圖；
其中，1-日光源，2-反射面，3-目標(biāo)中心，41-水平參考面，42-旋轉(zhuǎn)參考面，43-夾角平分線，5-旋轉(zhuǎn)軸，6-滑槽機構(gòu)，71-連桿A，72-連桿B，73-旋轉(zhuǎn)連接點A，74旋轉(zhuǎn)連接點B，75-滑動支撐點,81-傳感單元A,82-傳感單元控制連接線A,83-驅(qū)動單元A,84_驅(qū)動單元控制連接線A, 91-傳感單元B, 92-傳感單元控制連接線B, 93-驅(qū)動單元B, 94-驅(qū)動單元控制連接線B，10-控制系統(tǒng)，11-反射板，12-旋轉(zhuǎn)軸，13-張合軸，141-旋轉(zhuǎn)運動傳感單元，142-旋轉(zhuǎn)運動驅(qū)動電機，143-蝸桿，144-渦輪，151-張合運動傳感單元，152-張合運動驅(qū)動電機，153-蝸桿，154-潤輪,16-滑桿，17-兩折拉桿，18-固定桿，19-底座,21-反射板，22-系統(tǒng)傳感單元，23-旋轉(zhuǎn)運動驅(qū)動電機，24-張合運動驅(qū)動電機，251-固定底板，252-旋轉(zhuǎn)運動帶動板，253-張合運動帶動板，26-固定滑槽，27-滑桿，28-固定桿。
【具體實施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步描述:
圖1為本發(fā)明的總體結(jié)構(gòu)示意圖，該系統(tǒng)包括日光源1，反射面2，目標(biāo)中心3，水平參考面41，旋轉(zhuǎn)參考面42，夾角平分線43，旋轉(zhuǎn)軸5，滑槽機構(gòu)6，連桿A71，連桿B72，旋轉(zhuǎn)連接點A73，旋轉(zhuǎn)連接點B74，滑動支撐點75，傳感單元A81，傳感單元B91，傳感單元控制連接線A82，傳感單元控制連接線B92，驅(qū)動單元A83，驅(qū)動單元B93，驅(qū)動單元控制連接線A84，驅(qū)動單元控制連接線B94，控制系統(tǒng)10。
[0021]反射面2通過一定的布置始終以連桿A71、連桿B72的夾角平分線43為法線；旋轉(zhuǎn)軸5始終對準(zhǔn)目標(biāo)中心3，其中的連桿A71與旋轉(zhuǎn)軸5固定連接，也始終對準(zhǔn)目標(biāo)中心3，連桿A71和連桿B72長度相等，構(gòu)成等腰連桿結(jié)構(gòu)，并通過旋轉(zhuǎn)連接點A73連接，保證連桿A71、連桿B72能以旋轉(zhuǎn)連接點A73為軸心實現(xiàn)張合運動；其中的連桿A71與反射面2上的滑槽機構(gòu)6通過旋轉(zhuǎn)連接點B74連接，保證連桿A71和滑槽機構(gòu)6能以旋轉(zhuǎn)連接點B74為軸心實現(xiàn)張合運動，連桿B72與反射面2上的滑槽機構(gòu)6通過滑動支撐點75連接，保證連桿B72能在滑槽機構(gòu)6上自由滑動，且長度不變。[0022]傳感單元A81由位于連桿A71、連桿B72所在平面兩側(cè)的光敏器件構(gòu)成，其將連桿A71、連桿B72所在平面兩側(cè)的光強差異信號經(jīng)傳感單元控制連接線A82傳遞給控制系統(tǒng)10，控制系統(tǒng)10將該信號轉(zhuǎn)化為驅(qū)動單元A83的控制信號，經(jīng)驅(qū)動單元控制連接線A84傳遞，驅(qū)動旋轉(zhuǎn)軸5帶動整個裝置向減少這種光強差異的方向旋轉(zhuǎn)，最終使兩側(cè)光強相等，即實現(xiàn)了日光源I與等腰連桿結(jié)構(gòu)所在面共面，又由于旋轉(zhuǎn)軸5始終對準(zhǔn)目標(biāo)中心3，而整個等腰連桿結(jié)構(gòu)又由連桿B72固定于旋轉(zhuǎn)軸5上，則最終實現(xiàn)了日光源1、目標(biāo)中心3與整個等腰連桿結(jié)構(gòu)的共面。
[0023]傳感單元B91由位于連桿B72上靠近連桿A71和背離連桿A71兩側(cè)的光敏器件構(gòu)成，其將靠近連桿A71和背離連桿A71兩側(cè)的光強差異信號經(jīng)傳感單元控制連接線B92傳遞給控制系統(tǒng)10，控制系統(tǒng)10將該信號轉(zhuǎn)化為驅(qū)動單元B93的控制信號，經(jīng)驅(qū)動單元控制連接線B94傳遞，驅(qū)動連桿B72帶動反射板向減少這種光強差異的方向旋轉(zhuǎn)，最終使兩側(cè)光強相等，當(dāng)旋轉(zhuǎn)軸5的運動實現(xiàn)日光源1、目標(biāo)中心3與整個等腰連桿結(jié)構(gòu)的共面之后，該運動即實現(xiàn)了連桿B72對準(zhǔn)日光源I的目標(biāo)，又由于連桿A71始終對準(zhǔn)目標(biāo)中心3，連桿A71、連桿B72的夾角平分線43又反射面2的法線，即實現(xiàn)了反射面2將日光反射到目標(biāo)中心3。
[0024]圖2、圖3和圖4為本發(fā)明的一種實施結(jié)構(gòu)，其中，圖2為前側(cè)視圖，圖3為后側(cè)視圖，圖4為局部結(jié)構(gòu)圖。該實施方案中，旋轉(zhuǎn)軸12既為轉(zhuǎn)軸，也是等腰連桿結(jié)構(gòu)中的連桿之一，張合軸13為另一連桿，兩者的連接點到各自與反射板11接觸點的距離始終相等；其中的旋轉(zhuǎn)運動傳感單元141中的光敏器件位于旋轉(zhuǎn)軸12左右側(cè)，張合運動傳感單元151中的光敏器件位于張合軸13前后側(cè)，可以分開放置，也可以集成后同時置于張合軸13上，放置方式及結(jié)構(gòu)也可多樣化，只需保證在上述兩種方向上對稱布置；旋轉(zhuǎn)運動驅(qū)動電機142為旋轉(zhuǎn)電機，通過蝸桿143與渦輪144齒合，帶動旋轉(zhuǎn)軸12轉(zhuǎn)動；張合運動驅(qū)動電機152也為旋轉(zhuǎn)電機，以同樣的方式通過蝸桿153與渦輪154齒合，帶動旋轉(zhuǎn)軸13向旋轉(zhuǎn)軸12張合運動；旋轉(zhuǎn)軸12與反射板11通過固定桿18固定連接，這樣可以帶動反射板隨旋轉(zhuǎn)軸12旋轉(zhuǎn)運動；張合軸13與反射板11則通過滑竿16和兩折拉桿17連接，帶動反射板隨張合軸13俯仰運動。這樣，整個結(jié)構(gòu)就完整地實現(xiàn)了自動追日機制到定向反射機制的轉(zhuǎn)換。
[0025]圖5、6、7為本發(fā)明另一種實施結(jié)構(gòu)，其中，圖5為前側(cè)視圖，圖6為后側(cè)視圖，圖7為局部結(jié)構(gòu)圖。該實施方案中，系統(tǒng)傳感單元22將系統(tǒng)中兩個互為垂直的運動方向上的傳感器集為一體，置于張合運動帶動板253上，旋轉(zhuǎn)運動驅(qū)動電機23、張合運動驅(qū)動電機24均為直線電機，固定底板251是該結(jié)構(gòu)的固定單元，其與旋轉(zhuǎn)運動帶動板252的連接軸對準(zhǔn)反射光線接收中心，旋轉(zhuǎn)運動帶動板252通過合頁結(jié)構(gòu)與反射板上的固定軸28連接；張合運動帶動板253通過合頁結(jié)構(gòu)與固定在反射板21上的滑槽滑桿結(jié)構(gòu)連接。其中，電機、固定板、帶動板及反射板都通過合頁連接，保證整個動作機構(gòu)的靈便性，這樣，整個結(jié)構(gòu)也完整地實現(xiàn)了自動追日機制到定向反射機制的轉(zhuǎn)換。
【權(quán)利要求】
1.一種日光定向反射系統(tǒng)，其特征在于:它包括反射面(2)、旋轉(zhuǎn)軸(5)、滑槽機構(gòu)(6)、連桿A (71)、連桿B (72)、傳感單元A (81)、傳感單元B (91)、驅(qū)動單元A (83)、驅(qū)動單元B (93)和控制系統(tǒng)(10);旋轉(zhuǎn)軸(5)始終對準(zhǔn)目標(biāo)中心(3)，旋轉(zhuǎn)軸(5)的一端安裝有傳感單元A(81)，旋轉(zhuǎn)軸(5)的另一端通過旋轉(zhuǎn)連接點(73)與連桿A(71)和連桿B(72)的一端連接；連桿A (71)的另一端對準(zhǔn)目標(biāo)中心(3)并通過旋轉(zhuǎn)連接點(74)與滑槽機構(gòu)(6)連接，連桿B(72)的另一端尋找日光源(I)并安裝有傳感單元B (91)，連桿B(72)的上部通過滑動支撐點(75)與滑槽機構(gòu)(6)連接；反射面⑵與滑槽機構(gòu)(6)連接并以連桿A(71)、連桿B(72)的夾角平分線(43)為法線；傳感單元A(81)、傳感單元B(91)的輸出與控制系統(tǒng)(10)連接，控制系統(tǒng)(10)的輸出與驅(qū)動單元A (83)和驅(qū)動單元B (93)連接，分別控制旋轉(zhuǎn)軸(5)和連桿B(72)的運動；控制系統(tǒng)(10)根據(jù)傳感單元A(81)、傳感單元B(91)的輸出信號控制驅(qū)動單元A (83)、驅(qū)動單元B (93)的運動，使連桿B (72)對準(zhǔn)日光源(I)，因連桿A (71)始終對準(zhǔn)目標(biāo)中心(3)，連桿A(71)、連桿B(72)的夾角平分線(43)為反射面(2)的法線，即實現(xiàn)反射面(2)將日光反射到以目標(biāo)中心(3)為中心的區(qū)域。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的日光定向反射系統(tǒng)，所述的連桿A(71)和連桿A(72)長度相等，構(gòu)成等腰連桿結(jié)構(gòu)。
【文檔編號】G05D3/12GK103576700SQ201310531516
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年11月1日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月1日
【發(fā)明者】高椿明, 龔艷麗 申請人:高椿明