專利名稱：用于成型菲涅爾聚光透鏡的模具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于成型菲涅爾聚光透鏡的模具。
背景技術(shù)：
聚光光伏發(fā)電技術(shù)是公認(rèn)的可降低光伏發(fā)電成本的有效途徑。一個完整的聚光光伏發(fā)電系統(tǒng)主要包括復(fù)眼式聚光太陽電池組件、太陽跟蹤器、電能存儲或逆變設(shè)備等幾部分。復(fù)眼式聚光太陽電池組件作為光電轉(zhuǎn)換部件，主要由復(fù)眼式透鏡聚光器和安裝有光伏電池晶片的電路板所組成。其中，復(fù)眼式透鏡聚光器包括多塊平面陣列的聚光透鏡，使用時通過太陽跟蹤器使聚光透鏡基本正對陽光照射方向，然后通過這些聚光透鏡分別將太陽光匯聚并投射到電路板上與各個聚光透鏡相對應(yīng)的光伏電池晶片的接收面上，從而使各個光伏電池晶片中產(chǎn)生電流，這些電流通過電路板上的線路輸出。公開號為CN101640502A的發(fā)明專利申請文件所公開的聚光太陽電池組件極具代表性。該電池組件中采用的點(diǎn)聚光菲涅爾透鏡已成為業(yè)界公認(rèn)的聚光透鏡的最佳選折。仍有許多公開了采用聚光菲涅爾透鏡作聚光透鏡的聚光光伏發(fā)電技術(shù)的參考文獻(xiàn)，在此不再贅述。如圖5a、圖5b所示,現(xiàn)有的菲涅爾聚光透鏡包括入射面3和出射面I,所述入射面3為平面，所述出射面I上設(shè)有多條凹陷的齒槽2，所述齒槽2包括起聚光作用的第一表面2a和與該第一表面相交的第二表面2b。當(dāng)這些齒槽設(shè)計(jì)為同心的環(huán)形槽時，該聚光透鏡可以將入射光線匯聚在一點(diǎn)上，即成為點(diǎn)聚光菲涅爾透鏡；當(dāng)這些齒槽設(shè)計(jì)為相互平行的直槽時，該聚光透鏡可將入射光線匯聚在一條直線上，即成為線聚光菲涅爾透鏡。受加工影響，連接于相鄰兩個第一表面首尾之間的第二表面的兩端將不可避免的通過內(nèi)圓角Rl 和外圓角R2與所述相鄰兩個第一表面連接；即便是高超的清角工藝也只能將內(nèi)圓角和外圓角的半徑控制在O. I毫米左右。此外，對于連接于相鄰兩個第一表面首尾之間的第二表面，如圖5a所示，現(xiàn)有的菲涅爾聚光透鏡多是將其設(shè)計(jì)為朝聚光透鏡的焦點(diǎn)方向傾斜的形式，即使得第二表面2b面向聚光透鏡的焦點(diǎn)一側(cè)，這樣設(shè)計(jì)的主要目的是使第二表面產(chǎn)生一定的拔模斜度，以滿足透鏡模具成型時的脫模要求；此外，也有的菲涅爾聚光透鏡是將第二表面2b設(shè)計(jì)成與入射面垂直，即如圖5b所示的情形?？傊鲜龅姆颇鶢柧酃馔哥R一直存在光損失較大的問題。對于圖5a所示的菲涅爾聚光透鏡，從內(nèi)圓角R1、外圓R2角以及第二表面2b這三個區(qū)域通過的光線將全部偏離透鏡焦點(diǎn)，即從上述這三個區(qū)域通過的光線將全部損失；而對于圖5b所示的菲涅爾聚光透鏡，從內(nèi)圓角Rl和外圓角R2這兩個區(qū)域通過的光線將全部偏離透鏡焦點(diǎn)，即從這兩個區(qū)域通過的光線全部損失，而由于其第二表面2b與入射面3垂直，因此可視為第二表面2b上未產(chǎn)生光損失?？梢?，雖然圖5b所示的菲涅爾聚光透鏡光損失較圖5a所示的菲涅爾聚光透鏡小，但由于內(nèi)圓角和外圓角的存在，故圖5b所示的菲涅爾聚光透鏡的光損失問題依然有待改善
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明首先要解決的技術(shù)問題是提供一種光損失較小的菲涅爾聚光透鏡。為此，本發(fā)明的菲涅爾聚光透鏡包括入射面和出射面，所述入射面為平面，所述出射面上設(shè)有多條凹陷的齒槽，所述齒槽包括起聚光作用的第一表面和與該第一表面相交的第二表面，所述第二表面的兩端分別通過內(nèi)圓角和外圓角與相鄰兩個第一表面的首尾連接，且所述第二表面朝所述入射面方向傾斜以使通過該透鏡的光損失小于當(dāng)?shù)诙砻娲怪迸c入射面時而通過透鏡的光損失。由于第二表面朝入射面傾斜，即第二表面面向聚光透鏡的入射面一側(cè)，故第二表面與入射面之間的夾角為銳角。當(dāng)?shù)诙砻媾c入射面之間的夾角較大(即第二表面傾斜程度偏小)時，相鄰的內(nèi)圓角和外圓角之間在透鏡的徑向方向上部分重疊，在重疊區(qū)域光線不通過外圓角，即外圓角上只有部分區(qū)域會產(chǎn)生光的損失，故整個菲涅爾聚光透鏡的光損失相比當(dāng)?shù)诙砻娲怪迸c入射面時得以減?。划?dāng)?shù)诙砻媾c入射面之間的夾角較繼續(xù)減小時，最終可使光線完全不通過外圓角區(qū)域，且此時光線經(jīng)第一表面偏折后亦不會通過第二表面，故對于整個菲涅爾聚光透鏡而言，光線僅在內(nèi)圓角區(qū)域產(chǎn)生損失，使得整個菲涅爾聚光透鏡的光損失得以進(jìn)一步減??；若第二表面與入射面之間的夾角較繼續(xù)減小，達(dá)到使部分光線經(jīng)第一表面偏折后仍能通過第二表面的程度時，此時第二表面傾斜程度偏大，整個菲涅爾聚光透鏡的光損失將隨之增大，但依然可以在一定程度內(nèi)小于當(dāng)?shù)诙砻娲怪迸c入射面時而通過透鏡的光損失。由此可見，本發(fā)明應(yīng)優(yōu)先選擇使第二表面的傾斜程度以使光既不通過與該第二表面連接的外圓角也不通過該第二表面為宜；其次，若在不得不適當(dāng)減小第二表面的傾斜度(如透鏡材料所限等)的情況下，也可選擇讓第二表面的傾斜程度能夠使光僅通過與該第二表面連接的外圓角的部分區(qū)域。內(nèi)圓角和外圓角的半徑當(dāng)然越小越好，本發(fā)明優(yōu)選內(nèi)圓角和外圓角的半徑在O. I 毫米以下。此外，本發(fā)明優(yōu)選的第二表面的傾斜程度為第二表面的兩端點(diǎn)在所述入射面上的投影距離為O. 3至O. 6毫米之間。由于第二表面朝入射面傾斜的設(shè)計(jì)使得第二表面的拔模斜度為負(fù)，從而對產(chǎn)品脫模造成一定程度的阻礙，因此在產(chǎn)品脫模時有可能造成菲涅爾聚光透鏡表面損傷。對此， 本發(fā)明的菲涅爾聚光透鏡最好是由經(jīng)模具成型時不產(chǎn)生拔模損傷的柔性材料制成，比如硅膠。綜上所述，本發(fā)明的菲涅爾聚光透鏡采用了與現(xiàn)有菲涅爾聚光透鏡的表面齒槽不同的結(jié)構(gòu)，從而減小了光的損失，提高了光能的利用效率，如將其運(yùn)用至聚光光伏發(fā)電領(lǐng)域時可提聞發(fā)電效率。本發(fā)明其次要解決的技術(shù)問題是提供一種用于成型菲涅爾聚光透鏡的模具，以便制造出上述的這種光損失較小的菲涅爾聚光透鏡。為此，該模具包括動模和定模，所述動?；蚨Ｉ霞庸び谐尚头颇鶢柧酃馔哥R出射面上的多條凹陷齒槽的齒紋，所述齒紋包括用于成型所述齒槽的第二表面的第二成型面，所述第二成型面沿齒紋的齒底至齒尖方向朝動模的外側(cè)傾斜以使成型后的透鏡的第二表面朝透鏡的入射面方向傾斜，進(jìn)而使通過該透鏡的光損失小于當(dāng)?shù)诙砻娲怪迸c入射面時而通過透鏡的光損失。作為優(yōu)選，所述第二成型面的傾斜程度以使光既不通過成型后的透鏡上與所述第二表面連接的外圓角也不通過該第二表面?；蛘?，所述第二成型面的傾斜程度以使光僅通過成型后的透鏡上與所述第二表面連接的外圓角的部分區(qū)域。下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。本申請附加的方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本申請的實(shí)踐了解到。


圖I為本發(fā)明菲涅爾聚光透鏡的立體示意圖。圖2為圖I中的A向示圖。圖3為圖2中的局部放大圖。圖4a為本發(fā)明透鏡中第二表面的傾斜程度偏小時的示意圖。圖4b為本發(fā)明透鏡中第二表面的傾斜程度適中時的示意圖。圖4c為本發(fā)明透鏡中第二表面的傾斜程度偏大時的示意圖。圖5為本發(fā)明透鏡與現(xiàn)有透鏡的光損失區(qū)域比較示意圖。圖5a為現(xiàn)有透鏡(第二表面面向焦點(diǎn)一側(cè)傾斜)的光損失區(qū)域示意圖。圖5b為現(xiàn)有透鏡(第二表面與入射面垂直)的光損失區(qū)域示意圖。圖5c為本發(fā)明透鏡的光損失區(qū)域示意圖。圖6為成型本發(fā)明透鏡的模具示意圖。圖7為圖6中動模的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式如圖I所示的菲涅爾聚光透鏡，包括入射面3和出射面I，所述入射面3為平面，所述出射面I上設(shè)有多條凹陷的齒槽2，所述齒槽2包括起聚光作用的第一表面2a和與該第一表面2a相交的第二表面2b ;從圖2至圖3中可以清楚看出，所述第二表面2b的兩端分別通過內(nèi)圓角Rl和外圓角R2與相鄰兩個第一表面2a的首尾連接，且所述第二表面2b朝所述入射面3方向傾斜；而通過圖4a至圖4c可以看出，當(dāng)?shù)诙砻?b的傾斜程度處于圖4a 所示的偏小情形時，垂直于入射面3射入的光線Al從與該第二表面2b連接的內(nèi)圓角Rl的左端點(diǎn)外發(fā)生折射后指向透鏡的焦點(diǎn)，另一垂直于入射面3射入的光線A2從與該第二表面 2b連接的外圓角R2的右端點(diǎn)外發(fā)生折射后指向透鏡的焦點(diǎn)，而位于光線Al和光線A2之間的關(guān)光束則在通過內(nèi)圓角Rl和外圓角R2時損失，不再匯聚于焦點(diǎn)，但值得注意時的是，由于相鄰的內(nèi)圓角Rl和外圓角R2之間在透鏡的徑向方向上部分重疊，在重疊區(qū)域(即內(nèi)圓角Rl的右端點(diǎn)與外圓角R2的左端點(diǎn)之間的區(qū)域)光線不通過外圓角R2，即外圓角R2上只有部分區(qū)域會產(chǎn)生光的損失，故整個菲涅爾聚光透鏡的光損失相比當(dāng)?shù)诙砻?b垂直與入射面時得以減??；當(dāng)?shù)诙砻?b的傾斜程度處于如圖4b所示的情形時，垂直于入射面3 射入的光線Al從與該第二表面2b連接的內(nèi)圓角Rl的左端點(diǎn)外發(fā)生折射后指向透鏡的焦點(diǎn)，另一垂直于入射面3射入的光線A2從該內(nèi)圓角Rl的右端點(diǎn)外經(jīng)過并到達(dá)上部的第一表面2a后發(fā)生折射而指向透鏡的焦點(diǎn)，由于光線完全不通過外圓角R2區(qū)域，且此時光線經(jīng)第一表面2b偏折后亦不會通過第二表面2b，故對于整個菲涅爾聚光透鏡而言，光線僅在內(nèi)圓角Rl區(qū)域產(chǎn)生損失，使得整個菲涅爾聚光透鏡的光損失得以進(jìn)一步減?。欢?dāng)?shù)诙砻?2b的傾斜程度處于如圖4c所示的情形時，這時，垂直于入射面3射入的光線Al從與該第二表面2b連接的內(nèi)圓角Rl的左端點(diǎn)外發(fā)生折射后即將與該第二表面2b接觸，一旦當(dāng)?shù)诙砻?b的傾斜程度繼續(xù)增大,光線Al將通過第二表面2b，由此將在第二表面2b上產(chǎn)生光的損失，但即便如此，在一定程度內(nèi)繼續(xù)增大第二表面2b的傾斜程度仍舊能使通過透鏡的光損失相比當(dāng)?shù)诙砻?b垂直與入射面時更小。由此可以看出，最好的選擇是使第二表面2b的傾斜程度以使光既不通過與該第二表面2b連接的外圓角R2也不通過該第二表面2b為宜。在此基礎(chǔ)上，最好使內(nèi)圓角Rl 和外圓角R2的半徑在O. I毫米以下，這樣，當(dāng)?shù)诙砻?b的兩端點(diǎn)在所述入射面3上的投影距離D為O. 3至O. 6毫米之間可使光既不通過與該第二表面2b連接的外圓角R2也不通過該第二表面2b。圖5為本發(fā)明透鏡與現(xiàn)有透鏡的光損失區(qū)域比較示意圖。其中，圖5a為現(xiàn)有透鏡 (第二表面2b面向焦點(diǎn)一側(cè)傾斜)的光損失區(qū)域示意圖；圖5b為現(xiàn)有透鏡(第二表面2b 與入射面3垂直)的光損失區(qū)域示意圖；圖5c為本發(fā)明透鏡(第二表面2b的傾斜程度以使光既不通過與該第二表面2b連接的外圓角R2也不通過該第二表面2b)的光損失區(qū)域示意圖。在圖5a至圖5c中，虛線之間的區(qū)域表示透鏡的光損失區(qū)域4。從三圖的比較可以看出，圖5c中的光損失區(qū)域4明顯小于圖5a和圖5b的光損失區(qū)域4。本發(fā)明的菲涅爾聚光透鏡可以通過硅膠注射成型，由此需要設(shè)計(jì)成型模具。如圖6 至圖7所示，用于成型菲涅爾聚光透鏡的模具包括動模5和定模6，所述動模5或定模6上加工有成型菲涅爾聚光透鏡出射面I上的多條凹陷齒槽2的齒紋8，所述齒紋8包括用于成型所述齒槽2的第二表面2b的第二成型面Sb，所述第二成型面Sb沿齒紋8的齒底至齒尖方向朝動模5的外側(cè)傾斜以使成型后的透鏡的第二表面2b朝透鏡的入射面3方向傾斜，進(jìn)而使通過該透鏡的光損失小于當(dāng)?shù)诙砻?b垂直與入射面3時而通過透鏡的光損失。在圖6所示的動、定模合模狀態(tài)下，動模5和定模6之間會形成注射型腔7，在不考慮材料收縮等變形情況下，該注射型腔7的形狀和大小理論上與成型后的菲涅爾聚光透鏡的形狀、大小一致。如圖7所示，所述動模5上齒紋8的第一成型面8a用于成型透鏡的第一表面2a， 因此要求其具有較高的加工精度；而由于透鏡的第二表面2b并不起聚光作用，只要保證第二表面2b的傾斜角度在要求的范圍內(nèi)即可，故模具第二成型面8b的加工精度可適當(dāng)降低， 但必須盡可能保證第一成型面8a與第二成型面Sb之間的角為尖角。如上文所說，由于本發(fā)明優(yōu)先選擇使第二表面2b的傾斜程度以使光既不通過與該第二表面2b連接的外圓角R2也不通過該第二表面2b為宜，若在不得不適當(dāng)減小第二表面2b的傾斜度(如透鏡材料所限等)的情況下，也可選擇讓第二表面2b的傾斜程度能夠使光僅通過與該第二表面2b連接的外圓角R2的部分區(qū)域，因此，在設(shè)計(jì)模具的第二成型面 8b時也應(yīng)以上該條件為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.用于成型菲涅爾聚光透鏡的模具，包括動模(5)和定?！?，所述動模(5)或定模(6)上加工有成型菲涅爾聚光透鏡出射面(I)上的多條凹陷齒槽(2)的齒紋(8)，所述齒紋 (8)包括用于成型所述齒槽(2)的第二表面(2b)的第二成型面(Sb)，其特征在于所述第二成型面(8b)沿齒紋(8)的齒底至齒尖方向朝動模(5)的外側(cè)傾斜以使成型后的透鏡的第二表面(2b)朝透鏡的入射面(3)方向傾斜，進(jìn)而使通過該透鏡的光損失小于當(dāng)?shù)诙砻?(2b)垂直與入射面(3)時而通過透鏡的光損失。
2.如權(quán)利要求I所述的用于成型菲涅爾聚光透鏡的模具，其特征在于所述第二成型面(8b)的傾斜程度以使光既不通過成型后的透鏡上與所述第二表面(2b)連接的外圓角 (R2)也不通過該第二表面(2b)。
3.如權(quán)利要求I所述的用于成型菲涅爾聚光透鏡的模具，其特征在于所述第二成型面(8b)的傾斜程度以使光僅通過成型后的透鏡上與所述第二表面(2b)連接的外圓角(R2) 的部分區(qū)域。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于成型菲涅爾聚光透鏡的模具，以便制造出光損失較小的菲涅爾聚光透鏡。該模具包括動模和定模，所述動模或定模上加工有成型菲涅爾聚光透鏡出射面上的多條凹陷齒槽的齒紋，所述齒紋包括用于成型所述齒槽的第二表面的第二成型面，所述第二成型面沿齒紋的齒底至齒尖方向朝動模的外側(cè)傾斜以使成型后的透鏡的第二表面朝透鏡的入射面方向傾斜，進(jìn)而使通過該透鏡的光損失小于當(dāng)?shù)诙砻娲怪迸c入射面時而通過透鏡的光損失。通過該模具成型的菲涅爾聚光透鏡采用了與現(xiàn)有菲涅爾聚光透鏡的表面齒槽不同的結(jié)構(gòu)，從而減小了光的損失，提高了光能的利用效率，如將其運(yùn)用至聚光光伏發(fā)電領(lǐng)域時可提高發(fā)電效率。
文檔編號B29C45/26GK102582034SQ20121002856
公開日2012年7月18日 申請日期2012年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月9日
發(fā)明者黃忠 申請人:四川鐘順太陽能開發(fā)有限公司