基于齒輪結(jié)構(gòu)的日光定向反射系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于齒輪結(jié)構(gòu)的日光定向反射系統(tǒng)，它包括反射板（1）、驅(qū)動電機A（32）、旋轉(zhuǎn)中心軸（35）、驅(qū)動電機B（41）、旋轉(zhuǎn)連接件A（54）、旋轉(zhuǎn)連接件B（55）、定日桿（61）、傳感單元（7）、控制系統(tǒng)（9）以及多個齒輪、支柱和支架，所述的旋轉(zhuǎn)中心軸（35）與反射光線接收目標中心（10）對準，定日桿（61）通過固定其上的傳感單元（7）定位陽光方向（11），并將信號傳遞給控制系統(tǒng)（9），控制系統(tǒng)（9）將信號轉(zhuǎn)換成驅(qū)動電機A（32）和驅(qū)動電機B（41）的驅(qū)動信號，并通過齒輪的配合運動，實現(xiàn)定日桿（61）對日光方向的精確對準，最終實現(xiàn)反射面（1）的定向反射。
【專利說明】基于齒輪結(jié)構(gòu)的日光定向反射系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種太陽能應(yīng)用【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種基于齒輪結(jié)構(gòu)的日光定向反射系統(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)也逐漸被重視，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)，而關(guān)于定向反射系統(tǒng)的機械結(jié)構(gòu)創(chuàng)新并不多見。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”和專利申請?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)”，均具體講述了一種與反射鏡、傳感器、運動軸位置有關(guān)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提出了以鄰邊等邊平行四邊形為核心的定向反射裝置結(jié)構(gòu)；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”，講述了如何用齒輪配比結(jié)構(gòu)實現(xiàn)以鄰邊等邊平行四邊形為核心的定向反射裝置結(jié)構(gòu)；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”，則分別講述了用錐齒輪和柱齒輪兩種具體的齒輪配比結(jié)構(gòu)實現(xiàn)定向反射功能；專利申請?zhí)枮?01220613868.5所公布的“一種太陽光定向反射裝置”，講述了一種用撐桿電機和旋轉(zhuǎn)電機與錐齒輪和帶螺紋外殼的撐桿配合來實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)和俯仰雙向運動的定向反射機制。
[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。
實用新型內(nèi)容
[0004]本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、易于實現(xiàn)，同時極大地提高設(shè)備對太陽能利用效率的基于齒輪結(jié)構(gòu)的日光定向反射系統(tǒng)。
[0005]本實用新型的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的:基于齒輪結(jié)構(gòu)的日光定向反射系統(tǒng)，它包括反射板、支柱A、支柱B、支柱C、支柱D、支座、驅(qū)動電機A、齒輪A、齒輪B、旋轉(zhuǎn)中心軸、驅(qū)動電機B、齒輪C、齒輪D、支架A、支架B、支架C、旋轉(zhuǎn)連接件A、旋轉(zhuǎn)連接件B、定日桿、固定連接件A、固定連接件B、傳感單元、傳感單元控制線、驅(qū)動單元控制線A、驅(qū)動單元控制線B和控制系統(tǒng)，所述的旋轉(zhuǎn)中心軸與反射光線接收目標中心對準，定日桿通過固定其上的傳感單元定位陽光方向，并將信號傳遞給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)將信號轉(zhuǎn)換成驅(qū)動電機A和驅(qū)動電機B的驅(qū)動信號，并通過齒輪A、齒輪B、齒輪C和齒輪D的配合運動，實現(xiàn)定日桿對日光方向的精確對準，并通過巧妙的結(jié)構(gòu)設(shè)計最終實現(xiàn)反射板的定向反射。
[0006]本實用新型所述的反射板為日光定向反射系統(tǒng)的反射單元，通過支柱A、支柱B、支柱C、支柱D垂直支撐，與軸心連接支架B、支架C平行，在驅(qū)動電機A和驅(qū)動電機B的帶動和齒輪A、齒輪B、齒輪C、齒輪D的配合運動下實現(xiàn)光線到目標區(qū)域的定向反射。
[0007]本實用新型所述的支柱A、支柱B、支柱C和支柱D為日光定向反射系統(tǒng)中反射板的支撐結(jié)構(gòu)，其垂直立于齒輪C和齒輪D的軸心連接支架A和支架B上，帶動反射板隨著齒輪配比結(jié)構(gòu)的運動而運動。
[0008]本實用新型其中的支座固定支撐驅(qū)動電機A，而與旋轉(zhuǎn)中心軸活動連接，連接位置固定，使旋轉(zhuǎn)中心軸只能在其上發(fā)生自由旋轉(zhuǎn)運動，其中的驅(qū)動電機A，為帶動整個系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)運動的驅(qū)動單元，其中的齒輪A為主動輪,齒輪B為從動輪,齒輪A、齒輪B相齒合,其中的旋轉(zhuǎn)中心軸與定日桿共面，為齒輪B的中心軸，旋轉(zhuǎn)中心軸與齒輪B固定連接，隨著齒輪B的轉(zhuǎn)動帶動整個系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動，而與支座活動連接，可在其上自由旋轉(zhuǎn)。
[0009]本實用新型所述的驅(qū)動電機B為帶動反射板定向轉(zhuǎn)動的驅(qū)動單元，其中的齒輪C和齒輪D等徑，齒輪C與電機B的旋轉(zhuǎn)軸固定連接，齒輪D與齒輪C齒合，且齒輪D與支架A保持固定連接，電機B動作時，齒輪D不動，齒輪C繞著齒輪D做圓周運動。
[0010]本實用新型的支架A固定在旋轉(zhuǎn)中心軸上，并固定連接齒輪D，支架B和支架C始終連接齒輪C和齒輪D的軸心，其中旋轉(zhuǎn)連接件A和旋轉(zhuǎn)連接件B固定在齒輪C和齒輪D的軸心處，連接兩個齒輪與支架B、支架C，保證電機B運動時，齒輪D固定不動，齒輪C繞著齒輪D做圓周運動，反射板隨著連接齒輪C和齒輪D軸心的支架B、支架C 一起轉(zhuǎn)動。
[0011]本實用新型的定日桿與旋轉(zhuǎn)中心軸共面，并在一端裝有傳感單元，定日桿通過固定連接件A和固定連接件B與齒輪C固定連接，保證定日桿隨著齒輪的運動而同步運動。
[0012]本實用新型所述的傳感單元為整個定向反射系統(tǒng)的光感應(yīng)區(qū)，分別由位于齒輪D兩側(cè)的光敏器件及與該方向垂直的方向上靠近和遠離齒輪C兩側(cè)的光敏器件構(gòu)成，這兩組光敏器件決定電機A和電機B的旋轉(zhuǎn)方向。
[0013]本實用新型所述的傳感單元控制線，實現(xiàn)傳感單元的光感應(yīng)信號到控制系統(tǒng)的信號輸入，其中驅(qū)動單元控制線A和驅(qū)動單元控制線B分別實現(xiàn)控制系統(tǒng)的控制信號到電機A、電機B的信號輸出。
[0014]本實用新型所述的傳感單元的輸出信號連接到控制系統(tǒng)的信號輸入端，控制系統(tǒng)的輸出信號分別連接驅(qū)動電機A和驅(qū)動電機B，控制整個系統(tǒng)的運動。
[0015]本實用新型所提供的日光定向反射系統(tǒng)，根據(jù)反射光線接收目標不變的情況，首先確定反射光線接收目標中心的方向，通過現(xiàn)有的對準技術(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，再沿用現(xiàn)有的自動追日技術(shù)，讓系統(tǒng)中另一個運動軸尋找太陽，并讓兩運動軸共面，然后通過巧妙的結(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。
[0016]本實用新型的有益效果是:采用光電傳感單元和齒輪配合結(jié)構(gòu)構(gòu)成的自動日光定向反射系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，定向反射易于實現(xiàn)，同時提高了對太陽能的利用效率，適用于太陽能熱水工程、太陽能光伏、太陽能發(fā)電等多個太陽能應(yīng)用場合?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0017]圖1為系統(tǒng)核心結(jié)構(gòu)的設(shè)計原理圖；
[0018]圖2為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的左側(cè)視圖；
[0019]圖3為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的右側(cè)視圖；
[0020]圖中，1-反射板，21-支柱A，22-支柱B，23-支柱C，24-支柱D，31-支座，32-驅(qū)動電機A，33-齒輪A，34-齒輪B，35-旋轉(zhuǎn)中心軸，41-驅(qū)動電機B，42-齒輪A，43-齒輪B，51-支架A，52-支架B，53-支架C，54-旋轉(zhuǎn)連接件A，55-旋轉(zhuǎn)連接件B，61-定日桿，62-固定連接件A, 63-固定連接件B, 7-傳感單元,81-傳感單元控制線,82-驅(qū)動單元控制線A,83-驅(qū)動單元控制線B，9-控制系統(tǒng)。
【具體實施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖進一步詳細描述本實用新型的技術(shù)方案，但本實用新型的保護范圍不局限于以下所述。
[0022]如圖1所示，基于齒輪結(jié)構(gòu)的日光定向反射系統(tǒng)，以兩相切等徑圓Op O2代替兩個齒合等徑齒輪，O1A與圓O1位置固定，O2B與圓O2位置固定，假設(shè)初始狀態(tài)時廣AO1O2= Z BO2O1,兩圓切點為C，如圖(a)所示，貝U，若O1A與O2B交于D1點，貝IjZ D1O1C= Z D1O2C7D1O1=D1O2,由于兩圓等徑，即 O1C=O2C，貝丨J D1C 丄 O1O2, Z O1D1C= Z O2D1Cq 讓圓O1不動，圓O2沿著圓O1圓周滾動，當滾動到兩圓切點為C1時，圓O1上C點位置不變，圓O2上C點位置發(fā)生改變，如圖(b)所示，此時，兩圓的長度相等，又有，則，Z AO1C1= Z BO2C1，假設(shè) AO1 與 BO2 交于 D2 點，則有 D2O1=D2O2,而 O1C1=O2C1，貝丨J D2C1 丄 O1O2, Z O1D2C1= Z O2D2C10 由此可得出如下結(jié)論:無論圓O2運動到圓O1的哪個部位，兩圓上的固定線段O1A' O2B的夾角平分線總是垂直于兩圓心的連線O1O2。
[0023]如圖2、圖3所示，在其結(jié)構(gòu)設(shè)計中，正利用了如上理論。首先，它包括反射板1、支柱A21、支柱B22、支柱C23、支柱D24、支座31、驅(qū)動電機A32、齒輪A33、齒輪B34、旋轉(zhuǎn)中心軸35、驅(qū)動電機B41、齒輪C42、齒輪D43、支架A51、支架B52、支架C53、旋轉(zhuǎn)連接件A54、旋轉(zhuǎn)連接件B55、定日桿61、固定連接件A62、固定連接件B63、傳感單元7、傳感單元控制線81、驅(qū)動單元控制線A82、驅(qū)動單元控制線B83和控制系統(tǒng)9，所述的旋轉(zhuǎn)中心軸35與反射光線接收目標中心10對準，定日桿61通過固定其上的傳感單元7定位陽光方向11，并將信號傳遞給控制系統(tǒng)9，控制系統(tǒng)9將信號轉(zhuǎn)換成驅(qū)動電機A32和驅(qū)動電機B41的驅(qū)動信號，并通過齒輪A33、齒輪B34和齒輪C42、齒輪D43的配合運動，實現(xiàn)定日桿61對日光方向的精準對準，并通過巧妙的結(jié)構(gòu)設(shè)計最終實現(xiàn)反射板的定向反射。
[0024]本實用新型的具體工作過程是:旋轉(zhuǎn)中心軸35與支架51固定，與定日桿61共面，支架51與齒輪43固定，則旋轉(zhuǎn)中心軸35相當于固定在齒輪D43上、并與定日桿61共面的不動軸。系統(tǒng)工作時，首先由傳感單元7將位于齒輪D43兩側(cè)的光強差異信號傳遞給控制系統(tǒng)9，控制系統(tǒng)9將其轉(zhuǎn)換成電機A32的驅(qū)動信號，使旋轉(zhuǎn)軸35帶動整個系統(tǒng)轉(zhuǎn)動，直到齒輪C42兩側(cè)的光強相等，此時，光源11、反射光線接收目標中心10、旋轉(zhuǎn)中心軸35與定日桿61共面；同時，傳感單元7將靠近或遠離齒輪D43兩側(cè)的光強差異信號傳遞給控制系統(tǒng)9，控制系統(tǒng)9將其轉(zhuǎn)換成電機B41的驅(qū)動信號，使定日桿61隨著齒輪C42轉(zhuǎn)動到兩側(cè)光強相等，此時定日桿61對準了陽光方向11，而旋轉(zhuǎn)中心軸35對準反射光線接收目標中心。在本結(jié)構(gòu)中，支柱A21、支柱B22、支柱C23、支柱D24垂直立于齒輪C42、齒輪D43軸心連桿支架B52、支架C53上，根據(jù)上述理論，則支柱A21、支柱B22、支柱C23、支柱D24與旋轉(zhuǎn)中心軸35和定日桿61的夾角平分線方向相同，反射板I與軸心連桿支架B52、支架C53平行，即支柱A21、支柱B22、支柱C23、支柱D24垂直支撐反射板1，相當于反射板的法線，即旋轉(zhuǎn)軸35和定日桿61的夾角平分線方向為反射板I的法線方向，反射板I實現(xiàn)了將光源反射到反射光線接收目標區(qū)域。
【權(quán)利要求】
1.基于齒輪結(jié)構(gòu)的日光定向反射系統(tǒng)，其特征在于:它包括反射板(I)、支柱A(21)、支柱B (22)、支柱C (23)、支柱D (24)、支座(31)、驅(qū)動電機A (32)、齒輪A (33)、齒輪B (34)、旋轉(zhuǎn)中心軸(35)、驅(qū)動電機B (41)、齒輪C (42)、齒輪D (43)、支架A (51)、支架B (52)、支架C (53)、旋轉(zhuǎn)連接件A (54)、旋轉(zhuǎn)連接件B (55)、定日桿(61)、固定連接件A (62)、固定連接件B (63)、傳感單元(7)、傳感單元控制線(81)、驅(qū)動單元控制線A (82)、驅(qū)動單元控制線B (83)和控制系統(tǒng)(9)，所述的旋轉(zhuǎn)中心軸(35)與反射光線接收目標中心(10)對準，定日桿(61)通過固定其上的傳感單元(7)定位陽光方向(11)，并將信號傳遞給控制系統(tǒng)(9)，控制系統(tǒng)(9)將信號轉(zhuǎn)換成驅(qū)動電機A (32)和驅(qū)動電機B (41)的驅(qū)動信號，并通過齒輪A(33)、齒輪B (34)和齒輪C (42)、齒輪D (43)的配合運動，實現(xiàn)定日桿(61)對日光方向的精確對準，最終實現(xiàn)反射面I的定向反射。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于齒輪結(jié)構(gòu)的日光定向反射系統(tǒng)，其特征在于:所述的反射板(I)通過支柱A (21)、支柱B (22)、支柱C (23)、支柱D (24)垂直支撐，并與軸心連接支架B (52)和支架C (53)平行。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于齒輪結(jié)構(gòu)的日光定向反射系統(tǒng)，其特征在于:所述的支柱A (21)、支柱B (22)、支柱C (23)和支柱D (24)垂直立于齒輪C (42)、齒輪D (43)的軸心連接支架B (52)、支架C (53)上，帶動反射板(I)隨著齒輪配比結(jié)構(gòu)的運動而運動。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于齒輪結(jié)構(gòu)的日光定向反射系統(tǒng)，其特征在于:所述的旋轉(zhuǎn)中心軸(35)與定日桿(61)共面，為齒輪B (34)的中心軸，并與齒輪B (34)固定連接，齒輪A (33)為主動輪，齒輪B (34)為從動輪，齒輪A (33)與齒輪B (34)齒合。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于齒輪結(jié)構(gòu)的日光定向反射系統(tǒng)，其特征在于:所述的齒輪C (42)與齒輪D (43)等徑，齒輪C (42)與電機B (41)的旋轉(zhuǎn)軸固定連接，齒輪D (43)與齒輪C (42)齒合，并與支架A (51)保持固定連接，電機B (41)運作時，齒輪D (43)不動，齒輪C (42)繞著齒輪D (43)做圓周運動。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于齒輪結(jié)構(gòu)的日光定向反射系統(tǒng)，其特征在于:支架A(51)固定在旋轉(zhuǎn)中心軸(35)上，并和齒輪D (43)固定連接，支架B (52)和支架C (53)始終連接齒輪C (42)和齒輪D (43)的軸心，旋轉(zhuǎn)連接件A (54)、旋轉(zhuǎn)連接件B (55)固定在齒輪C (42)和齒輪D (43)軸心處，齒輪C (42)繞著齒輪D (43)做圓周運動，反射板(I)隨著連接于齒輪C (42)和齒輪D (43)軸心的支架B (52)、支架C (53)—起轉(zhuǎn)動。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于齒輪結(jié)構(gòu)的日光定向反射系統(tǒng)，其特征在于:所述的定日桿(61)與旋轉(zhuǎn)中心軸(35)共面，通過固定連接件A (62)和固定連接件B (63)與齒輪C(42)固定連接，并在一端裝有傳感單元(7)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于齒輪結(jié)構(gòu)的日光定向反射系統(tǒng)，其特征在于:所述的傳感單元(7)分別由齒輪D (43)兩側(cè)的光敏器件及與該方向垂直的方向上靠近和遠離齒輪C (42)兩側(cè)的光敏器件構(gòu)成。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于齒輪結(jié)構(gòu)的日光定向反射系統(tǒng)，其特征在于:所述的支座(31)固定支撐驅(qū)動電機A (32)，并與旋轉(zhuǎn)中心軸(35)活動連接，連接位置固定。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于齒輪結(jié)構(gòu)的日光定向反射系統(tǒng)，其特征在于:所述的傳感單元(7)的輸出信號連接到控制系統(tǒng)(9)的信號輸入端，控制系統(tǒng)(9)的輸出信號分別連接驅(qū)動電機A (32)和驅(qū)動電機B (41)，控制整個系統(tǒng)的運動。
【文檔編號】G05D3/12GK203552074SQ201320734145
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2013年11月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月20日
【發(fā)明者】高椿明, 龔艷麗 申請人:高椿明