專利名稱：陽光自動追蹤凹凸曲面反光鏡傳輸照明裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型公開了一種陽光自動追蹤并通過凹凸曲面反光鏡傳輸陽光的照明裝 置，屬于太陽能應用技術領域。
技術背景照明是人類消耗能量最多的一項需求。據(jù)統(tǒng)計，發(fā)達國家的照明能耗占總能耗的 9%以上，我國發(fā)達地區(qū)的照明能耗占總能耗的6% 9%。以美國為例，每天花在照明上的 費用高達1億美元以上，占全部發(fā)電量的1/4左右，而在照明用電中真正用于發(fā)光的不過 25%，其余則變?yōu)榱藷崮?。眾所周知，太陽光是最典型、能量最強的自然光源，并且取之不盡，用之不竭。但實 際上，僅有很少的太陽光通過玻璃窗、天窗，為人們用做室內(nèi)照明，因此進一步開發(fā)利用太 陽光不僅具有極大的潛力，可以有效節(jié)能，同時也符合人類追求高品質(zhì)生活質(zhì)量和生活環(huán) 境的現(xiàn)代生活理念。太陽光光纖采光照明技術由于具有系統(tǒng)體積小巧、照明方式特殊等優(yōu)點，因此長 期以來一直是國外的研究熱點之一。這項技術通過聚光元件高效采集太陽光，借助柔軟的 光纖將太陽光很方便地傳至任何所需場所使用，并且為提高采光效率，整機還配備有實時、 精確跟蹤太陽的裝置。本實用新型申請人對該課題也進行了長期深入的研究，其核心技術 成果曾向國家知識產(chǎn)權(quán)局提交過申請?zhí)枮?00710022259. 6、200810196402. 8多項專利申 請，其中已授權(quán)的200720037444. 8《陽電采光器》公開了一種有聚光采光器、驅(qū)動聚光采光 器轉(zhuǎn)動的機械傳動裝置、控制機械傳動裝置的光信號反饋處理電路、向光信號反饋處理電 路傳送探測信號的光敏探測器組成的采光裝置。該裝置的具體情況可以參見已公開的專 利文件，有光自動跟蹤控制的基本過程為當光敏探測器中的探測器件感知太陽光入射光 線角度變化時，將向跟蹤控制電路發(fā)出相應信號，在跟蹤控制電路中信號經(jīng)比較、放大處理 后，控制機械傳動機構(gòu)向調(diào)整入射光線的相應方向運轉(zhuǎn)，直至太陽光入射角度達到理想狀 態(tài)。雖然本實用新型申請人經(jīng)過對聚光、跟蹤、傳光等多項技術的成功攻關，使自行研 制的自動跟蹤太陽采光裝置的性能價格比已處于國際領先水平，但由于該裝置對光纖的長 距離、低損耗傳輸性能和低成本制造技術要求都很高，而特定光纖的傳輸波長受到限制，力口 之國內(nèi)家庭經(jīng)濟承受能力有限，因此尚未能在國內(nèi)得到大面積推廣應用
實用新型內(nèi)容
基于上訴情況，本實用新型的目的在于避開和減少上述技術中采用傳光光纖存在的高傳輸性能與價格的矛盾，提出一種長距離、高效率、全光譜、低成本采集并傳輸太陽 光的陽光自動追蹤凹凸曲面反光鏡傳輸照明裝置，從而使其適合國情，得以推廣。為了達到上述目的，本實用新型采集陽光的陽光自動追蹤凹凸曲面反光鏡傳輸照 明裝置基本技術方案為采光反射傳輸系統(tǒng)、感光探測傳感器、追蹤控制系統(tǒng)、機械傳動裝置、陽光轉(zhuǎn)化電能系統(tǒng)、自動燈光補充系統(tǒng)、自動清潔裝置、限位開關、防護罩所組成；采用 遮光板兩邊的太陽能光伏電池作為方位角傳感器，以及凹曲面聚光反光鏡旁邊裝有高度角 傳感器，在凹曲面聚光反光鏡和III號軸上、中、下端位置，裝有高、中、低叁個對應的陸個 限位開關；該裝置適合高層天井建筑樓，利用屋頂陽光改善有天井高樓內(nèi)的光線，讓高樓的 內(nèi)部各處變得如同室外一樣明亮。 在本實用新型上述技術方案基礎上的進一步改進是陽光轉(zhuǎn)化電能系統(tǒng)是由光伏 電池組件、蓄電池、控制器、逆變器、照明和驅(qū)動負載構(gòu)成；電池板電源經(jīng)過大功率二極管及 控制系統(tǒng)給蓄電池充電。所述的凹凸曲面反光鏡為冷光反射鏡面，其材質(zhì)為金屬鋁、不銹鋼、玻璃、塑料，且 工作表面均須經(jīng)過真空鍍銀膜制鏡處理；凹曲面聚光反光鏡的內(nèi)表面為近似拋物線的弧面 組成，陽光在拋物面反射面直接形成聚集光斑光束，依據(jù)光斑光束大小需求，來確定曲面半 徑的大小，凸曲面擴光反光鏡表面為近似平面圓弧，經(jīng)光反射后為發(fā)散光，依據(jù)發(fā)散光面積 的大小需求，來確定曲面半徑的大小。所述的追蹤控制系統(tǒng)是環(huán)境光感光探測器，將用來檢測環(huán)境光的亮度以此來判斷 是否有太陽；方位角傳感器和高度角傳感器將東西南北方向的太陽能信號轉(zhuǎn)換成電信號； 中央處理電路對太陽光跟蹤傳感器的信號進行采集后，經(jīng)運算放大電路放大信號后傳輸 給中央處理器，中央處理器分析后給出控制信號至動作驅(qū)動電路；動作驅(qū)動電路有驅(qū)動 器、限位開關、繼電器和電機組成，中央處理器給出的控制信號經(jīng)驅(qū)動器放大后驅(qū)動繼電 器，由繼電器控制電機動作。值得一提的是凹曲面聚光反光鏡上正前端和凸曲面擴光反光鏡下方都裝有透光 平面防塵玻璃罩，其材質(zhì)為玻璃或PC+υν透光板，表面至少被覆一層一定厚度的防止光線 在表面上反射用的氟系列防反射膜；并安裝了 2個自動清潔刷。本實用新型的有益效果是凹曲面聚光反光鏡始終以最大接收面積接受陽光，并 將陽光聚集光斑光束，并以反射效率和反光面積最大化始終傳輸?shù)焦潭ㄎ恢玫耐骨鏀U光 反光鏡上，凸曲面擴光反光鏡反射發(fā)散光，其光路最大化和垂直朝向下，使光的采集面積得 到最大效果的利用，有效降低了成本；各反光鏡均經(jīng)過真空鍍銀膜制鏡處理；將太陽能輻 射直接轉(zhuǎn)化為電能，并儲存和使用日產(chǎn)電能，在陽光不足的情況下，自動燈光照明；安裝了 自動清潔刷，減少日常維護工作量，設施安裝方便靈活，可以適應各種建筑形成的需要，尤 其可以應用于高層天井建筑樓，利用屋頂陽光改善有天井高樓內(nèi)的光線。綜上所述，本實用 新型不僅能傳輸可見光，還能傳輸紅外光、紫外光，因此真正實現(xiàn)了太陽光的全光譜利用； 具有設計方案科學合理，適合各種建筑的大面積采光需求，同時經(jīng)濟適用，采光效果高。是 一套完整的采光解決方案，推廣后將產(chǎn)生較高的社會效益和經(jīng)濟效益。

圖1是陽光自動追蹤凹凸曲面反光鏡傳輸照明裝置結(jié)構(gòu)正視示意圖；圖2是陽光自動追蹤凹凸曲面反光鏡傳輸照明裝置結(jié)構(gòu)俯視示意視圖。
具體實施方式
圖1-2所示，示意了本設施的結(jié)構(gòu)與工作原理，圖中的電燈(1)，凸 曲面擴光反光鏡(2)，凸曲面擴光反光鏡調(diào)節(jié)支架(3)，I號空心軸(4)，I號軸的蝸輪、蝸 桿(5)，III號軸的帶減速器可逆電機(6)，組合支撐架(7)，C'限位開關(8)，B'限位開關(9)，III號軸的蝸輪、蝸桿(10)，A'限位開關(11)，III號軸(12)，撬桿(13)，光伏電池組 件(14)，可調(diào)高度角傳感器(15)，凹曲面聚光反光鏡調(diào)節(jié)支架(16)，C限位開關(17)，凹曲 面聚光反光鏡(18)，II號軸的蝸輪、蝸桿(19)，II號軸(20)，II號軸的帶減速器可逆電機 (21)，A限位開關(22)，B限位開關(23)，高層天井建筑樓屋頂(24)，太陽(25)，自動清潔 刷(26)，垂直方向移動板(27)，D限位開關(28)，I號軸的帶減速器可逆電機(29)，E限位 開關(30)，滾動軸承(31)，防護罩(32)。由此可見陽光自動追蹤凹凸曲面反光鏡傳輸照 明的裝置，主要包括采光反射傳輸系統(tǒng)、感光探測傳感器、追蹤控制系統(tǒng)、機械傳動裝置、陽 光轉(zhuǎn)化電能系統(tǒng)、自動燈光補充系統(tǒng)、自動清潔裝置、雷電保護避雷器電路、限位開關、防護 罩所組成。采光反射傳輸系統(tǒng)由凹曲面聚光反光鏡18安裝在調(diào)節(jié)支架16上，調(diào)節(jié)支架可根 據(jù)反光鏡大小 和形狀任意調(diào)節(jié)，采集最大面積匯聚陽光，將陽光反射聚焦傳輸?shù)焦潭ㄎ恢?的凸曲面擴大反光鏡2上，再由凸曲面擴大反光鏡2反射發(fā)散光垂直朝下照亮高層建筑樓 天井內(nèi)。感光探測傳感器是在設有檢測太陽光位置的傳感器分為三組環(huán)境光傳感器14、 方位角傳感器14、光亮度的光敏傳感器14、高度角傳感器15 ；并利用光伏電池特性，用作環(huán) 境光傳感器、方位角傳感器和光亮度的光敏傳感器，方位角傳感器起作判斷是否有太陽和 檢測太陽的水平位置；以及在陽光不足時，光亮度的光敏傳感器又起到了光控作用，輸出電 壓，燈光照明；光伏電池設有隔光板，安裝在撬桿13上，高度角傳感器15安裝凹曲面聚光反 光鏡調(diào)節(jié)支架16上，高度角傳感器的結(jié)構(gòu)是一塊隔光板、隔板下端分開設有二個光電傳 感器，一個傳感器固定板組成，固定板下安裝了螺桿鎖定調(diào)節(jié)器。追蹤控制系統(tǒng)是環(huán)境光傳感器、方位角傳感器和高度角傳感器將判斷是否有太 陽，和東西南北方向的太陽能信號轉(zhuǎn)換成電信號；中央處理電路對太陽光跟蹤傳感器的 信號進行采集后，經(jīng)運算放大電路放大信號后傳輸給中央處理器，中央處理器分析后給出 控制信號至動作驅(qū)動電路；動作驅(qū)動電路有驅(qū)動器、限位開關、繼電器和電機組成，中央 處理器給出的控制信號經(jīng)驅(qū)動器放大后驅(qū)動繼電器，由繼電器控制電機動作；追蹤控制系 統(tǒng)可以借用《陽光導入器電路》和《陽光導入器控制方法》等專利的現(xiàn)有技術。機械傳動裝置包括I號軸機構(gòu)、II號軸機構(gòu)、III號軸機構(gòu)；滾動軸承安裝在組合 支撐架7的I號軸4上，I號軸4中間固連蝸輪、蝸桿5，帶減速器的可逆電機29，下端固連 凸曲面擴光反光鏡調(diào)節(jié)支架3，凸曲面擴光反光鏡2安裝在調(diào)節(jié)支架3上，上端固連III號 軸12，III號軸12右端部固連蝸輪和蝸桿10，帶減速器的可逆電機6，III號軸12通過滾 動軸承與垂直方向移動板27和撬桿13連接，以圓錐滾動連接II號軸20，II號軸20右端 固連蝸輪和蝸桿19和帶減速器的可逆電機21，II號軸20中間固連凹曲面聚光反光鏡調(diào)節(jié) 支架16 ；凹曲面聚光反光鏡18安裝調(diào)節(jié)支架16上，要使凹曲面聚光反光鏡18以最大面積 反射陽光傳輸?shù)焦潭ㄎ恢玫耐骨鏀U光反光鏡2上，特在帶動凹曲面聚光反光鏡18轉(zhuǎn)動的 蝸輪旁的上、中、下位置，裝有A22、B23、C17的叁個限位開關，和撬桿的III號軸端裝有對 稱的A' 1KB' 9、C' 8的叁個限位開關。這樣，當太陽位置發(fā)生變化時，太陽光追蹤傳感 器將太陽位置信號傳遞給追蹤控制系統(tǒng)，驅(qū)動機械傳動裝置動作，即帶減速器的可逆電機 29，并通過蝸輪、蝸桿5驅(qū)動采光反射傳輸系統(tǒng)圍繞空心I號軸的軸線作東西向位置調(diào)整， 同時在帶減速器的可逆電機21，并經(jīng)蝸輪、蝸桿19的驅(qū)動下，采光反射傳輸系統(tǒng)還圍繞II號軸20的軸線作南北向傾角調(diào)整，當凹曲面聚光反光鏡轉(zhuǎn)動到某一極限時，帶減速器的可 逆電機6，并通過蝸輪、蝸桿10的驅(qū)動下，采光反射傳輸系統(tǒng)圍繞III號軸12的軸線作上、 中、下向傾角調(diào)整，其復合運動的結(jié)果使采光系統(tǒng)的采光面可以始終正對太陽，保持最有效 的采光反射。陽光轉(zhuǎn)化電能系統(tǒng)是由光伏電池組件14、蓄電池、控制器、逆變器、照明1和驅(qū)動 負載6、21、29構(gòu)成；由太陽能光伏電池板組件14將太陽能輻射直接轉(zhuǎn)化為電能，作為發(fā) 電系統(tǒng)，讓電池板電源經(jīng)過大功率二極管及控制系統(tǒng)給蓄電池充電，當蓄電池電源達到一 定程度時，控制系統(tǒng)內(nèi)設的自動保護系統(tǒng)動作，電池板自動切斷電源，實行自動保護；并利 用光伏電池特性，用作環(huán)境光傳感器、方位角傳感器和光亮度的光敏傳感器，判斷是否有太 陽，檢測太陽的水平位置，驅(qū)動凹曲面聚光反光鏡圍繞I號軸作東、西平面方向角度調(diào)整； 以及在陽光不足時，太陽能電池板又起到了光控作用，給控制系統(tǒng)發(fā)出指令，此時控制系統(tǒng) 自動開啟，輸出電壓，自動燈光照明；系統(tǒng)中的逆變器將直流電轉(zhuǎn)換成一般電器所需的交流 電，經(jīng)由配電系統(tǒng)供照明和驅(qū)動系統(tǒng)供電的使用，以及蓄電池儲存電力，尚可提供防災緊急 用電需求。其中，的凹凸曲面反光鏡2、18為冷光反射鏡面，其材質(zhì)為金屬鋁、不銹鋼、玻璃、 塑料，且工作表面均須經(jīng)過真空鍍銀膜制鏡處理；凹曲面聚光反光鏡的內(nèi)表面為近似拋物 線的弧面組成，陽光在拋物面反射面直接形成聚集光斑光束，依據(jù)光斑光束大小需求，來確 定曲面半徑的大小，凸曲面擴光反光鏡表面為近似平面圓弧，經(jīng)光反射后為發(fā)散光，依據(jù)發(fā) 散光面積的大小需求，來確定曲面半徑的大小。值得一提的是為了防止灰塵聚集，凹曲面聚光反光鏡18上正前端和凸曲面擴光 反光鏡下方都裝有透光平面防塵玻璃罩32，其材質(zhì)為玻璃或PC+UV透光板，表面至少被覆 一層一定厚度的防止光線在表面上反射用的氟系列防反射膜；并安裝了 2個自動清潔刷 26。實踐證明，本陽光自動追蹤凹凸曲面反光鏡傳輸照明裝置不耗電、長距離、高效 率、全光譜、低成本地采集并傳輸太陽光，并且工藝簡單，便于推廣應用。本實用新型提供了陽光自動追蹤凹凸曲面反光鏡傳輸照明裝置結(jié)構(gòu)原理的思路， 應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可 以做出若干改進和變化，這些改進和變化也應視為本實用新型和保護范圍。
權(quán)利要求一種陽光自動跟蹤凹凸曲面反光鏡傳輸照明裝置，主要由采光反射傳輸系統(tǒng)、感光探測傳感器、追蹤控制系統(tǒng)、機械傳動裝置、陽光轉(zhuǎn)化電能系統(tǒng)、自動燈光補充系統(tǒng)、自動清潔裝置、限位開關、防護罩所組成；所述的采光反射傳輸系統(tǒng)包含凹曲面聚光反光鏡(18)、凸曲面擴光反光鏡(2)統(tǒng)稱凹凸曲面反光鏡，兩者形成反射發(fā)散光路；所述的感光探測傳感器為環(huán)境光傳感器(14)、方位角傳感器(14)、高度角傳感器(15)；追蹤系統(tǒng)包含太陽光追蹤傳感器(14)、(15)、追蹤控制系統(tǒng)、以及機械傳動裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述陽光自動追蹤凹凸曲面反光鏡傳輸照明裝置，其特征是反射發(fā) 散光路垂直朝下的凸曲面擴光反光鏡(2)，背面上方安裝在調(diào)節(jié)支架(3)上，調(diào)節(jié)支架(3) 與I號空心軸(4)下端成夾角45°用平鍵固連，蝸輪箱固連組合支撐架(7)，固定安裝的帶 減速器的可逆電機(6)，經(jīng)過蝸輪、蝸桿(5)與通過軸承安裝在固定組合支撐架(7)上的I 號空心軸(4)銜接，I號空心軸(4)采用一個推力球軸承、2個深溝球軸承、一個圓錐滾子軸 承支撐在組合支撐架(7)上，組合支撐架(7)與屋頂(24)用地腳螺釘連接，III號固定軸(12)套在I號空心軸上端，用平鍵連接，III號固定軸(12)經(jīng)2個圓錐滾子軸承與垂直方 向移動板(27)連接，蝸輪箱與垂直方向移動板(27)固連，電機裝在蝸輪箱下面，在帶減速 器的可逆電機驅(qū)動下，蝸桿圍繞固定軸(12)，固連的蝸輪圓周轉(zhuǎn)動，III號固定軸(12)固連 罩殼，經(jīng)垂直方向移動板(27)垂直連接III號固定軸(12)與撬桿(13)，撬桿兩邊有垂直遮 光板固連光伏電池組件(14)，撬桿(13)的另一端經(jīng)2個圓錐滾子軸承與II號軸(20)連 接，蝸輪與II號軸(20)固連，II號軸與凹曲面聚光反光鏡調(diào)節(jié)支架(16)固連，調(diào)節(jié)支架 (16)上安裝可調(diào)高度角傳感器(15)，減速可逆電機(21)安裝在蝸輪箱下面，蝸輪箱與撬桿(13)固連，減速可逆電機(21)驅(qū)動經(jīng)蝸桿(19)帶動蝸輪轉(zhuǎn)動；特在帶動凹曲面聚光反光 鏡18轉(zhuǎn)動的蝸輪旁的上、中、下位置，裝有A22、B23、C17的叁個限位開關，和撬桿的III號 軸端裝有對稱的(A' 11)、(B' 9)、(C' 8)的叁個限位開關。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述陽光自動追蹤凹凸曲面反光鏡傳輸照明裝置，其特征是在設有 檢測太陽光位置的感光探測傳感器分為三組環(huán)境光傳感器和光亮度的光敏傳感器(14) 方位角傳感器(14)、高度角傳感器(15)；光伏電池設有隔光板，安裝在撬桿(13)上，高度角 傳感器(15)安裝凹曲面聚光反光鏡調(diào)節(jié)支架(16)上，高度角傳感器的結(jié)構(gòu)是一塊隔光 板、隔板下端分開設有二個光電傳感器，一個傳感器固定板組成，固定板下安裝了螺桿鎖定 調(diào)節(jié)器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述陽光自動追蹤凹凸曲面反光鏡傳輸照明裝置，其特征是設有陽 光轉(zhuǎn)化電能系統(tǒng)是由光伏電池組件、蓄電池、控制器、逆變器、照明和驅(qū)動負載構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述陽光自動追蹤凹凸曲面反光鏡傳輸照明裝置，其特征是凹凸曲 面反光鏡為冷光反射鏡面，其材質(zhì)為金屬鋁、不銹鋼、玻璃或塑料，且工作表面均須經(jīng)過真 空鍍銀膜制鏡處理；凹曲面聚光反光鏡的內(nèi)表面為近似拋物線的弧面組成，陽光在拋物面 反射面直接形成聚集光斑光束，依據(jù)光斑光束大小需求，來確定曲面半徑的大小，凸曲面擴 光反光鏡表面為近似平面圓弧，經(jīng)光反射后為發(fā)散光，依據(jù)發(fā)散光面積的大小需求，來確定 曲面半徑小。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述陽光自動追蹤凹凸曲面反光鏡傳輸照明裝置，其特征是追蹤控 制系統(tǒng)既方位角傳感器和高度角傳感器將東西南北方向的太陽能信號轉(zhuǎn)換成電信號；中央 處理電路對太陽光跟蹤傳感器的信號進行采集后，經(jīng)運算放大電路放大信號后傳輸給中央處理器，中央處理器分析后給出控制信號至動作驅(qū)動電路；動作驅(qū)動電路有驅(qū)動器、限 位開關、繼電器和電機組成，中央處理器給出的控制信號經(jīng)驅(qū)動器放大后驅(qū)動繼電器，由繼 電器控制電機動作。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述陽光自動追蹤凹凸曲面反光鏡傳輸照明裝置，其特征是凹曲面 聚光反光鏡上正前端和凸曲面擴光反光鏡下方都裝有透光平面防塵玻璃罩，其材質(zhì)為玻璃 或PC+UV透光板，表面至少被覆一層一定厚度的防止光線在表面上反射用的氟系列防反射 膜；并安裝了 2個自動清潔刷。
專利摘要本實用新型公開了一種陽光自動追蹤凹凸曲面反光鏡傳輸照明裝置，屬于太陽能應用技術領域；該裝置主要由凹曲面聚光反光鏡和固定位置的凸曲面擴光反光鏡組成，并自動調(diào)節(jié)凹曲面聚光反光鏡的反射角度，裝置含蓋采光反射傳輸系統(tǒng)、感光探測傳感器即環(huán)境光傳感器、方位角傳感器和高度角傳感器；追蹤控制系統(tǒng)、機械傳動裝置、陽光轉(zhuǎn)化電能系統(tǒng)、自動燈光補充系統(tǒng)、自動清潔裝置所組成；該裝置適合高層天井建筑樓，利用屋頂陽光改善有天井高樓內(nèi)的光線，讓高樓的內(nèi)部各處變得如同室外一樣明亮，從而改善高樓內(nèi)部封閉的壓抑氣氛，是正在工作的員工心情愉快，提高工作效率。
文檔編號F21S9/02GK201593749SQ200920043929
公開日2010年9月29日 申請日期2009年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月12日
發(fā)明者劉子寧 申請人:劉子寧