專(zhuān)利名稱(chēng)：采集太陽(yáng)光的導(dǎo)光管傳輸照明裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種太陽(yáng)光采光照明裝置，特別是一種依靠光傳輸器件傳輸太陽(yáng)光的采光照明裝置，屬于太陽(yáng)能應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。
眾所周知，太陽(yáng)光是最典型、能量最強(qiáng)的自然光源，并且取之不盡，用之不竭。但實(shí)際上，僅有很少的太陽(yáng)光通過(guò)玻璃窗、天窗，為人們用做室內(nèi)照明，因此進(jìn)一步開(kāi)發(fā)利用太陽(yáng)光不僅具有極大的潛力，可以有效節(jié)能，同時(shí)也符合人類(lèi)追求高品質(zhì)生活質(zhì)量和生活環(huán)境的現(xiàn)代生活理念。
太陽(yáng)光光纖采光照明技術(shù)由于具有系統(tǒng)體積小巧、照明方式特殊等優(yōu)點(diǎn)，因此長(zhǎng)期以來(lái)一直是國(guó)外的研究熱點(diǎn)之一。這項(xiàng)技術(shù)通過(guò)聚光元件高效采集太陽(yáng)光，借助柔軟的光纖將太陽(yáng)光很方便地傳至任何所需場(chǎng)所使用，并且為提高采光效率，整機(jī)還配備有實(shí)時(shí)、精確跟蹤太陽(yáng)的裝置。本發(fā)明申請(qǐng)人對(duì)該課題也進(jìn)行了長(zhǎng)期深入的研究，其核心技術(shù)成果曾向國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局提交過(guò)申請(qǐng)?zhí)枮?9114216.0、99228399.X、01127157.4多項(xiàng)專(zhuān)利申請(qǐng)，其中已授權(quán)的99114216.0《全自動(dòng)跟蹤太陽(yáng)的采光裝置》公開(kāi)了一種由聚光采光器、驅(qū)動(dòng)聚光采光器轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)械傳動(dòng)裝置、控制機(jī)械傳動(dòng)裝置的光信號(hào)反饋處理電路、向光信號(hào)反饋處理電路傳送探測(cè)信號(hào)的光敏探測(cè)器組成的采光裝置。該裝置的具體情況可以參見(jiàn)已公開(kāi)的專(zhuān)利文件。有關(guān)自動(dòng)跟蹤控制的基本過(guò)程為當(dāng)光敏探測(cè)器中的探測(cè)器件感知太陽(yáng)光入射光線角度變化時(shí)，將向跟蹤控制電路發(fā)出相應(yīng)信號(hào)，在跟蹤控制電路中該信號(hào)經(jīng)比較、放大、處理后，控制機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)向調(diào)整入射光線的相應(yīng)方向運(yùn)轉(zhuǎn)，直至太陽(yáng)光入射角度達(dá)到理想狀態(tài)。
雖然本發(fā)明申請(qǐng)人經(jīng)過(guò)對(duì)聚光、跟蹤、傳光等多項(xiàng)技術(shù)的成功攻關(guān)，使自行研制的自動(dòng)跟蹤太陽(yáng)采光裝置的性能價(jià)格比已處于國(guó)際領(lǐng)先水平，但由于該裝置對(duì)光纖的長(zhǎng)距離、低損耗傳輸性能和低成本制造技術(shù)要求都很高，而特定光纖的傳輸波長(zhǎng)受到限制，加之國(guó)內(nèi)家庭經(jīng)濟(jì)承受能力有限，因此尚未能在國(guó)內(nèi)得到大面積推廣應(yīng)用。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采集太陽(yáng)光的導(dǎo)光管傳輸照明裝置基本技術(shù)方案為主要由采光系統(tǒng)、機(jī)械傳動(dòng)裝置、導(dǎo)光管傳輸系統(tǒng)組成。所述采光系統(tǒng)包含聚光鏡、準(zhǔn)直鏡、平面反射鏡，所述機(jī)械傳動(dòng)裝置包括主軸機(jī)構(gòu)和輔軸機(jī)構(gòu)，輔軸機(jī)構(gòu)安裝在主軸機(jī)構(gòu)的主軸上，構(gòu)成復(fù)合運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。其中采光系統(tǒng)還包含采光管，采光管由至少兩根“L”形前置導(dǎo)光管和位于其中間的匯總導(dǎo)光管組成，聚光鏡和準(zhǔn)直鏡安裝在“L”形前置導(dǎo)光管的入口，平面反射鏡以保證入射光線可沿導(dǎo)光管軸線傳輸?shù)奈恢冒惭b在導(dǎo)光管的轉(zhuǎn)折或過(guò)渡處，“L”形前置導(dǎo)光管的出口與匯總導(dǎo)光管連接。采光系統(tǒng)通過(guò)支架與輔軸機(jī)構(gòu)中的輔軸固連；主軸機(jī)構(gòu)中的主軸呈空心狀，空心主軸內(nèi)裝有將采集光線傳輸?shù)剿杼幍膶?dǎo)光管傳輸系統(tǒng)，匯總導(dǎo)光管的出口對(duì)著導(dǎo)光管傳輸系統(tǒng)的入口。
當(dāng)上述技術(shù)方案中包括前述專(zhuān)利已公開(kāi)的跟蹤系統(tǒng)時(shí)，便構(gòu)成了具有自動(dòng)跟蹤太陽(yáng)功能的采集太陽(yáng)光的導(dǎo)光管傳輸照明裝置。通常跟蹤系統(tǒng)由驅(qū)動(dòng)采光系統(tǒng)的機(jī)械傳動(dòng)裝置、控制機(jī)械傳動(dòng)裝置的跟蹤控制電路、向跟蹤控制電路傳送探測(cè)信號(hào)的太陽(yáng)光跟蹤傳感器組成。
這樣，本發(fā)明采集太陽(yáng)光的導(dǎo)光管傳輸照明裝置在晴朗白天工作時(shí)，不僅可以像現(xiàn)有光纖傳輸?shù)娜詣?dòng)跟蹤太陽(yáng)的采光裝置那樣，首先由太陽(yáng)光跟蹤傳感器探測(cè)太陽(yáng)位置，將探測(cè)信號(hào)傳遞給跟蹤控制電路，并由跟蹤控制電路控制機(jī)械傳動(dòng)裝置中的主軸機(jī)構(gòu)和輔軸機(jī)構(gòu)分別作東西向和南北向旋轉(zhuǎn)，始終保持采光系統(tǒng)作復(fù)合運(yùn)動(dòng)的聚光鏡對(duì)準(zhǔn)太陽(yáng)，而且可以使采集到的太陽(yáng)光被平面反射鏡反射，引入空心主軸內(nèi)的導(dǎo)光管傳輸系統(tǒng)，傳輸?shù)叫枰彰魈帯?br> 本發(fā)明與已有的太陽(yáng)光光纖采光照明裝置相比，不僅能傳輸可見(jiàn)光，還能傳輸紅外光、紫外光，因此真正實(shí)現(xiàn)了太陽(yáng)光的全光譜利用；同時(shí)，本發(fā)明合理的采光系統(tǒng)設(shè)計(jì)使得導(dǎo)光管傳輸系統(tǒng)中的導(dǎo)光管可以采用內(nèi)壁鏡面不銹鋼管、鋁管或采用真空鍍銀塑料管，具有理想的全反射效果，可以長(zhǎng)距離傳輸光線，加工工藝簡(jiǎn)單，成本低廉，結(jié)果使本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，更適合國(guó)情，具有在國(guó)內(nèi)外推廣應(yīng)用的良好前景。


圖1(a)是本發(fā)明實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖1(b)是本發(fā)明實(shí)施例一的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明實(shí)施例三的主軸聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)示意圖。
采光系統(tǒng)由菲涅耳透鏡1、凹透準(zhǔn)直鏡3、“L”形前置導(dǎo)光管19和匯總導(dǎo)光管20、平面反射鏡2、2’、2”、支架4組成。菲涅耳透鏡1和凹透準(zhǔn)直鏡3以錐形框架結(jié)構(gòu)安裝在“L”形前置導(dǎo)光管19的入口，各平面反射鏡以保證入射光線可沿導(dǎo)光管軸線傳輸?shù)奈恢冒惭b在各導(dǎo)光器件的轉(zhuǎn)折或過(guò)渡處。具體說(shuō)，其中平面反射鏡2’、2”分別安裝在“L”形前置導(dǎo)光管19的轉(zhuǎn)折處和匯總導(dǎo)光管20的折光處?！癓”形前置導(dǎo)光管19的出口與匯總導(dǎo)光管20固連，并通過(guò)支架4固定在跟蹤系統(tǒng)的輔軸7’上。當(dāng)太陽(yáng)光經(jīng)過(guò)菲涅耳透鏡1的聚焦、凹透準(zhǔn)直鏡3的準(zhǔn)直，進(jìn)入“L”形前置導(dǎo)光管19后，在平面反射鏡2’、2”的作用下進(jìn)入?yún)R總導(dǎo)光管20，并從中射出。源自至少兩根(由圖1(b)中可以看出，本實(shí)施例為4根)“L”形前置導(dǎo)光管19的太陽(yáng)光全部匯集于匯總導(dǎo)光管20。
導(dǎo)光管傳輸系統(tǒng)主要由安裝于跟蹤裝置中空心主軸7內(nèi)的導(dǎo)光管11構(gòu)成，導(dǎo)光管可以有若干節(jié)，所有導(dǎo)光管均采用內(nèi)表面真空鍍銀的圓形塑料管材制成，相鄰導(dǎo)光管之間通過(guò)彎頭關(guān)節(jié)耦合，耦合處安裝有與導(dǎo)光管中心軸線成45°角的平面反射鏡12。
跟蹤系統(tǒng)由太陽(yáng)光跟蹤傳感器、跟蹤控制電路以及機(jī)械傳動(dòng)裝置構(gòu)成。跟蹤傳感器和跟蹤控制電路可以借用已授權(quán)的《全自動(dòng)跟蹤太陽(yáng)的采光裝置》等專(zhuān)利以及有關(guān)專(zhuān)業(yè)書(shū)籍中的現(xiàn)有技術(shù)。機(jī)械傳動(dòng)裝置包括空心主軸機(jī)構(gòu)和輔軸機(jī)構(gòu)，輔軸機(jī)構(gòu)安裝在空心主軸機(jī)構(gòu)的空心主軸7上，構(gòu)成復(fù)合運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。具體而言，機(jī)械傳動(dòng)裝置的空心主軸機(jī)構(gòu)中，固定安裝的可逆電機(jī)5的主軸通過(guò)減速齒輪機(jī)構(gòu)6與通過(guò)軸承安裝在固定箱體上的空心主軸7銜接；輔軸機(jī)構(gòu)通過(guò)與空心主軸7固連的輔軸支架安裝在主軸機(jī)構(gòu)主軸上，其中可逆電機(jī)5’的主軸通過(guò)蝸輪減速機(jī)構(gòu)6’與安裝在輔軸支架上的輔軸7’銜接。平面反射鏡2固定在轉(zhuǎn)軸10上，轉(zhuǎn)軸10同軸空套在輔軸7’上。通過(guò)主動(dòng)齒輪固定在輔軸7’上的過(guò)渡齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)9的銜接，輔軸7’與轉(zhuǎn)軸10的轉(zhuǎn)角關(guān)系為二比一。
這樣，當(dāng)太陽(yáng)位置發(fā)生變化時(shí)，太陽(yáng)光跟蹤傳感器將太陽(yáng)位置信號(hào)傳遞給跟蹤控制電路，驅(qū)動(dòng)機(jī)械傳動(dòng)裝置動(dòng)作，即可逆電機(jī)5通過(guò)齒輪減速機(jī)構(gòu)6驅(qū)動(dòng)采光系統(tǒng)圍繞空心主軸7的軸線作東西向位置調(diào)整，同時(shí)在可逆電機(jī)5’的驅(qū)動(dòng)下，采光系統(tǒng)還圍繞輔軸7’的軸線作南北向傾角調(diào)整，其復(fù)合運(yùn)動(dòng)的結(jié)果使采光系統(tǒng)的采光面可以始終正對(duì)太陽(yáng)，保持最有效的采光。
值得一提的是，速比1∶2的過(guò)渡齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)9的巧妙合理設(shè)計(jì)，使得平面反射鏡2南北向旋轉(zhuǎn)角度恰好為菲涅耳透鏡1南北向旋轉(zhuǎn)角度的一半，從而保證了來(lái)自菲涅耳透鏡1的太陽(yáng)光經(jīng)過(guò)平面反射鏡2的反射，方向始終向下，有效進(jìn)入空心主軸7’內(nèi)的導(dǎo)光管傳輸系統(tǒng)中，最終進(jìn)入所需場(chǎng)所照明。
實(shí)踐證明，本實(shí)施例采集太陽(yáng)光的導(dǎo)光管傳輸照明裝置可以長(zhǎng)距離、高效率、全光譜、低成本地采集并傳輸太陽(yáng)光，并且工藝簡(jiǎn)單，便于推廣應(yīng)用。
與實(shí)施例一相比，由于采用了聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)，東西向方位角的調(diào)整僅需一套驅(qū)動(dòng)裝置就能同時(shí)帶動(dòng)若干采集太陽(yáng)光的采光系統(tǒng)，因此整體性能價(jià)格比更高。
除以上實(shí)施例外，本發(fā)明還有其他多種的實(shí)施方式。如實(shí)施例三中機(jī)械傳動(dòng)裝置中的輔軸采用凸輪聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)；導(dǎo)光管的全反射層為圓管、六邊形或其他正多邊形塑料管材內(nèi)表面真空鍍銀制鏡、內(nèi)表面鑲貼鋁膜等等。凡是本領(lǐng)域技術(shù)人員在本發(fā)明的基礎(chǔ)上所作的等同替換或類(lèi)似組合變換均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種采集太陽(yáng)光的導(dǎo)光管傳輸照明裝置，主要由采光系統(tǒng)、機(jī)械傳動(dòng)裝置、導(dǎo)光管傳輸系統(tǒng)組成；所述采光系統(tǒng)包含聚光鏡(1)、準(zhǔn)直鏡(2)、平面反射鏡(2、2’、2”)；所述機(jī)械傳動(dòng)裝置包括主軸機(jī)構(gòu)和輔軸機(jī)構(gòu)，輔軸機(jī)構(gòu)安裝在主軸機(jī)構(gòu)的主軸上，構(gòu)成復(fù)合運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)；其特征在于所述采光系統(tǒng)還包含采光管，所述采光管由至少兩根“L”形前置導(dǎo)光管(19)和位于其中間的匯總導(dǎo)光管(20)組成，所述聚光鏡(1)和準(zhǔn)直鏡(3)安裝在“L”形前置導(dǎo)光管(19)的入口，平面反射鏡(2、2’、2”)以保證入射光線可沿導(dǎo)光管軸線傳輸?shù)奈恢冒惭b在導(dǎo)光管的轉(zhuǎn)折或過(guò)渡處，“L”形前置導(dǎo)光管(19)的出口與匯總導(dǎo)光管(20)相連；采光系統(tǒng)通過(guò)支架(4)與輔軸機(jī)構(gòu)中的輔軸(7’)固連；主軸機(jī)構(gòu)中的主軸(7)呈空心狀，空心主軸(7)內(nèi)裝有將采集光線傳輸?shù)剿杼幍膶?dǎo)光管傳輸系統(tǒng)，匯總導(dǎo)光管(20)的出口對(duì)著導(dǎo)光管傳輸系統(tǒng)的入口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述采集太陽(yáng)光的導(dǎo)光管傳輸照明裝置，其特征在于還包括跟蹤系統(tǒng)，所述跟蹤系統(tǒng)由驅(qū)動(dòng)采光系統(tǒng)的機(jī)械傳動(dòng)裝置、控制機(jī)械傳動(dòng)裝置的跟蹤控制電路、向跟蹤控制電路傳送探測(cè)信號(hào)的太陽(yáng)光跟蹤傳感器組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述采集太陽(yáng)光的導(dǎo)光管傳輸照明裝置，其特征在于所述平面反射鏡(2)之一固定在轉(zhuǎn)軸(10)上，所述轉(zhuǎn)軸(10)同軸空套在輔軸(7’)上，并通過(guò)主動(dòng)齒輪固定在輔軸(7’)上的過(guò)渡齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(9)的銜接，輔軸(7’)與轉(zhuǎn)軸(10)轉(zhuǎn)角關(guān)系為二比一。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述采集太陽(yáng)光的導(dǎo)光管傳輸照明裝置，其特征在于所述準(zhǔn)直鏡(3)為凹透鏡組，所述聚光鏡(1)為菲涅耳透鏡，所述凹透鏡與菲涅耳透鏡保持同軸。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述采集太陽(yáng)光的導(dǎo)光管傳輸照明裝置，其特征在于所述準(zhǔn)直鏡(3)為凸透鏡組，所述聚光鏡(1)為菲涅耳透鏡組，所述凸透鏡組與菲涅耳透鏡保持同軸。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述采集太陽(yáng)光的導(dǎo)光管傳輸照明裝置，其特征在于含有兩套以上的采光系統(tǒng)，所述兩套以上采光系統(tǒng)機(jī)械傳動(dòng)裝置的空心主軸分別支撐于各自的箱體中，相互之間通過(guò)鏈條(18)和鏈輪傳動(dòng)聯(lián)動(dòng)銜接，其中一根空心主軸通過(guò)減速機(jī)構(gòu)與可逆電機(jī)的主軸銜接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述采集太陽(yáng)光的導(dǎo)光管傳輸照明裝置，其特征在于所述導(dǎo)光管采用內(nèi)壁鏡面不銹鋼管材或鋁管。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述采集太陽(yáng)光的導(dǎo)光管傳輸照明裝置，其特征在于所述導(dǎo)光管采用真空鍍銀塑料管。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述采集太陽(yáng)光的導(dǎo)光管傳輸照明裝置，其特征在于所述導(dǎo)光管橫截面為正多邊形或圓形。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種采集太陽(yáng)光的導(dǎo)光管傳輸照明裝置，屬于太陽(yáng)能應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。該裝置主要由主要由采光系統(tǒng)、機(jī)械傳動(dòng)裝置、導(dǎo)光管傳輸系統(tǒng)組成。其中采光系統(tǒng)包含采光管，采光管由至少兩根“L”形前置導(dǎo)光管和位于其中間的匯總導(dǎo)光管組成。采光系統(tǒng)通過(guò)支架與輔軸機(jī)構(gòu)中的輔軸相連；主軸機(jī)構(gòu)中的主軸呈空心狀，內(nèi)裝有導(dǎo)光管傳輸系統(tǒng)，匯總導(dǎo)光管的出口對(duì)著導(dǎo)光管傳輸系統(tǒng)的入口。本發(fā)明不僅能傳輸可見(jiàn)光，還能傳輸紅外光、紫外光，因此真正實(shí)現(xiàn)了太陽(yáng)光的全光譜利用；同時(shí)，本發(fā)明中的導(dǎo)光管具有理想的全反射效果，可以長(zhǎng)距離傳輸光線，加工工藝簡(jiǎn)單，成本低廉，具有在國(guó)內(nèi)外推廣應(yīng)用的良好前景。
文檔編號(hào)F21V8/00GK1465882SQ02137879
公開(kāi)日2004年1月7日 申請(qǐng)日期2002年7月1日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月1日
發(fā)明者張耀明, 張文進(jìn), 徐明泉, 張振遠(yuǎn), 孫利國(guó), 陳強(qiáng), 劉曉暉 申請(qǐng)人:南京春輝科技實(shí)業(yè)有限公司