專利名稱：太陽自動跟蹤裝置的制作方法
技術(shù)領域：
本實用新型的太陽自動跟蹤裝置屬于太陽能領域。
2、背景技術(shù)現(xiàn)有的太陽自動跟蹤裝置，有的技術(shù)含量高但結(jié)構(gòu)復雜成本高，難以普及；有的采用時鐘控制，跟蹤精度低。而采用傳感器跟蹤的大多采用光電池作為感光器件，因其對陽光射線入射角的敏感性差及易受散射光線影響，故跟蹤精度很低。一些現(xiàn)有傳感器，捕捉太陽的角度范圍不夠，造成整機效率較低；在整機性能上，存在抗風載能力差，結(jié)構(gòu)復雜，不利于小型化和難以低成本推廣等缺陷。

發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于提供一種能精確調(diào)整太陽能轉(zhuǎn)換裝置的受光面，可長期在無人值守條件下自動工作的太陽自動跟蹤裝置。
本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的裝置由光電太陽位置傳感器、控制電路板、方位角與俯仰角調(diào)節(jié)機構(gòu)組成。將密封空腔殼體由隔板分為上下兩室，上室裝設控制電路板和水平軸，軸兩端從殼體兩側(cè)壁穿出，分別裝設有太陽能電池板，板上裝設有光電太陽位置傳感器。在右側(cè)內(nèi)壁處的軸上固定套裝有復位凸輪，輪兩側(cè)的殼體壁上各裝設有微動開關，凸輪觸碰在開關觸點上。在隔板上裝設由電機、蝸桿、蝸輪組成的俯仰角調(diào)整機構(gòu)，電機軸與蝸桿相連，蝸輪與蝸桿嚙合，蝸輪套裝在水平軸中部；在下室隔板中心內(nèi)裝設有豎軸上端，軸上固定套裝有復位凸輪，輪兩側(cè)隔板上各裝設有微動開關，凸輪觸碰在開關觸點上；軸下端從殼體底穿出與一固定支架連接。在隔板上裝設由電機、蝸桿、蝸輪組成的方位角調(diào)整機構(gòu)，電機軸與蝸桿相連，蝸輪與蝸桿嚙合，蝸輪套裝在豎軸上。傳感器由若干組安裝在PCB板上相互垂直的兩條直徑線上的光電二極管組成，每條直徑線上各管的聚光中心軸線與直徑線的夾角為除0°、90°和180°以外的夾角，各管以圓心為對稱中心互成鏡像；各管根據(jù)陽光射線入射角度所感應出的光電流差別信號，經(jīng)電流電壓信號的轉(zhuǎn)換電路輸出到控制電路板，驅(qū)動方位角和俯仰角調(diào)節(jié)機構(gòu)動作，精確跟蹤太陽。
由于采用上述方案，本裝置就能使太陽能電池板的受光面始終保持在陽光直射位置，跟蹤精度高，且不受雜散射光源干擾。本裝置抗風載能力強，能長期在無人值守環(huán)境下工作，結(jié)構(gòu)簡單，維護方便，易于推廣應用。


以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進一步說明圖1是傳感器俯視示意圖圖2是傳感器A-A剖面示意圖圖3是傳感器電路原理圖圖4是控制電路板電路原理圖圖5是方位角與俯仰角調(diào)節(jié)機構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖圖6是微動開關電路圖圖7是電機電路圖圖8是復位凸輪與微動開關全觸碰位置關系示意圖
圖9是復位凸輪與左側(cè)微動開關觸碰位置關系示意圖圖10是復位凸輪與右側(cè)微動開關觸碰位置關系示意圖圖11是太陽自動跟蹤裝置結(jié)構(gòu)示意圖具體實施方式
圖例1、電路板2、測光軸線3、罩4、發(fā)光二極管5、傳感器6、殼體7、鍵8、蝸輪9、控制電路板10、微動開關11、尼龍軸套12、復位凸輪13、蝸桿14、電機15、水平軸16、螺釘17、豎軸18、太陽能電池板實施例如圖1-11所示，裝置由光電太陽位置傳感器6、控制電路板9、方位角與俯仰角調(diào)節(jié)機構(gòu)組成。制做一密封鑄鋼空腔殼體6，由隔板分為上下兩室，上室裝設水平軸15，其從殼體6左、右兩側(cè)壁上的尼龍軸套11穿出，兩端分別連裝有太陽能電池板18，板上裝設有光電太陽位置傳感器5。在右側(cè)內(nèi)壁處的軸上通過螺釘16固定套裝有復位凸輪12，輪兩側(cè)的殼體6壁上各裝設有微動開關10，凸輪觸碰在微動開關10的觸點上。在上室隔板上裝設俯仰角調(diào)節(jié)機構(gòu)，其由電機14、蝸桿13、蝸輪8組成，電機軸與蝸桿13相連，蝸輪8與蝸桿13嚙合，蝸輪8通過鍵7套裝在水平軸15中部。在上室頂內(nèi)壁裝設有控制電路板9。在下室裝設豎軸13，其上端裝設在隔板中心的尼龍軸套11內(nèi)，下端從殼體6底中部的尼龍軸套11穿出。在豎軸上通過螺釘16固定套裝有復位凸輪12，輪兩側(cè)隔板上各裝設有微動開關10，凸輪觸碰在微動開關10的觸點上；軸下端從殼體6底穿出與一固定支架連接。隔板上還裝設有方位角調(diào)整機構(gòu)，該機構(gòu)由電機14、蝸桿13、蝸輪8組成，電機軸與蝸桿13相連，蝸輪8與蝸桿13嚙合，蝸輪8通過鍵7套裝在豎軸17上。豎軸17下端與一固定支架連接。如圖6、7所示，微動開關10的常開觸點K1-K4通過CK3與控制電路板9電連接，二電機14通過CK4與控制電路板9電連接。如圖8-10所示，為豎軸17上的復位凸輪12與微動開關10的相對位置關系示意，復位凸輪12可順、逆時針復位，在復位過程中始終有一微動開關10的觸點與復位凸輪12觸碰。待復位過程結(jié)束時，復位凸輪12同時與兩側(cè)的微動開關10的觸點觸碰。水平軸15上的復位凸輪12與微動開關10的相對位置關系同此。如圖1、2所示，傳感器5的迎光面為透光半球形罩3，電路板1設置在罩3內(nèi)的PCB板上，板上在相互垂直的兩條直徑線上排布有四組聚光型光電二極管、紅外發(fā)射管或發(fā)光二極管4，每組2管，每條直徑線上均自0°-180°角度排列，每條直徑線上各管的聚光中心軸線與直徑線的夾角為除0°、90°和180°以外的夾角，各管以圓心為對稱中心互成鏡像；如圖3所示，D11、D12為同一組的兩個聚光型發(fā)光二極管4，Rd為短路電阻，當陽光射線照射到發(fā)光二極管4的PN結(jié)上時，D11、D12產(chǎn)生的電動勢Ud1、Ud2，在Rd中產(chǎn)生光電流Id1、Id2，光電流的大小與照射在PN結(jié)上的光通量成正比。當Rd足夠小時，Id的大小與發(fā)光二極管4的聚光中心軸線和陽光射線的夾角成強相關關系，夾角越小，光電流越大，D11、D12與運算放大器A1組成加法電路及電流電壓的轉(zhuǎn)換電路，其輸出電壓信號和D11、D12光電流之和成正比。當陽光射線與測光軸線2平行時，四組發(fā)光二極管4所感應的光電流相等；當陽光射線與測光軸線2不平行時，夾角小的發(fā)光二極管4所感應的光電流太，夾角大的發(fā)光二極管4所感應的光電流小。如圖4所示，CK1與圖3中CK1電連接，3、4腳為互成鏡像的兩組發(fā)光二極管4所感應電壓信號，3腳信號通過R2輸入到A1同相輸入端，同時通過R6接入A2的反相輸入端。同樣，4腳信號通過R1輸入到A1反相輸入端，同時通過R7接入A2的同相輸入端。運算放大器的兩組輸入信號接成減法運算模式，輸出為經(jīng)過放大的差動電壓信號。本實用新型采用以上電路，目的是為了適合單電源工作的需要以簡化電源電路。運放A1的輸出信號UA1經(jīng)輸入施密特觸發(fā)器S1的輸入端，當UA1大于此施密特觸發(fā)器的門限電壓時，S1輸出低電壓，經(jīng)R25、Q1、Q5、Q8通過CK4的1、2腳驅(qū)動電機14工作。隨著機構(gòu)調(diào)節(jié)UA1下降，當?shù)陀赟1的下門限電壓時，S1反轉(zhuǎn)輸出高電壓，電機14停轉(zhuǎn)。本裝置的復位電路由時基集成電路IC4及外圍電路組成，Q17、C9、R42、R43組成放電回路，當IC2四個施密特觸發(fā)器任一輸出為低電壓時，Q16飽和導通，C9充電至電源電壓UDD。當IC2的四個觸發(fā)器全部輸出高電平，電容C9通過Q17、R42、R43放電，因Q17的存在其放電常數(shù)非常大，本例為3小時。當IC4經(jīng)長時間放電，其2腳電壓低于1/3UDD時，IC4的3腳輸出高電壓，此高電壓通過D14、R37、R38、R39、R40形成復位電壓信號。復位位置由CK3外接的4個微動開關10限定，在正確復位位置時，開關全部處于閉合狀態(tài)，復位電壓輸出A、B、C、D全部對地短路，無輸出電壓；Q18的作用是在復位過程中將IC4的2腳鎖定于低電壓，從而鎖定復位輸出。復位結(jié)束時，A、B、C、D因輸出全為低電平，Q18載止，IC4由于6腳電位大于2/3UDD而使3腳輸出低電平，從而使復位結(jié)束。Q13的作用是在復位過程中，飽合導通將運放的輸出旁路到地，從而避免傳感器5的輸出信號對復位動作的干擾。本裝置在控制電路板9的電源電路部分設置一傳感器供電鎖定電路，由時基電路IC3、C8、R48、R47組成雙穩(wěn)態(tài)電路，由于電容C8的容量和R48阻值較大，因而其充電常數(shù)較大，本例為300秒，而R47阻值較小，因而當IC3的7腳放電端導通時，放電的時間常數(shù)很小，本例為2秒。IC3的7腳對地放電時，其3腳輸出低電壓能使Q14飽合導通，這時，傳感器電路得電，輸出信號電壓，IC2的任何一輸出端有低電壓輸出時，Q15即飽合導通，從而將IC3的6腳鎖定于高電位，使傳感器電路保持供電。當機構(gòu)調(diào)節(jié)結(jié)束，IC2的四個輸出端為高電平輸出時，Q15截止，電容C8經(jīng)R47通過IC3的7腳迅速放電。當IC3的2腳低于1/3UDD時，IC3的3腳輸出高電壓，Q14截止，電路停止給傳感器5供電。此部分電路的主要作用是每隔300秒提供一個位置檢測信號，檢測與機構(gòu)調(diào)節(jié)結(jié)束后，自動停止給傳感器5供電，使電路處于鎖定狀態(tài)。
跟蹤時，下室的電機14、蝸桿13和蝸輪8驅(qū)動殼體6整體繞豎軸17水平轉(zhuǎn)動，完成方位角的調(diào)節(jié)。上室的電機14、蝸桿13和蝸輪8驅(qū)動水平軸15轉(zhuǎn)動，完成俯仰角的調(diào)節(jié)；本裝置的水平軸15兩端連接相同的太陽能電池板18，因而機構(gòu)處于平衡狀態(tài)，只需很小的功率即可轉(zhuǎn)動。因采用蝸輪蝸桿傳動方式，機構(gòu)具有自鎖功能，抗風載荷強。因方位角與俯仰角調(diào)節(jié)機構(gòu)共裝一殼內(nèi)，就使體積小巧，安裝維護方便。因控制電路板9置于殼體6內(nèi)，其與微動開關10、電機14間無相對運動，就使線路連接既方便又安全可靠。
權(quán)利要求1.一種太陽自動跟蹤裝置，由光電太陽位置傳感器、控制電路板、方位角與俯仰角調(diào)節(jié)機構(gòu)組成，其特征是密封空腔殼體由隔板分為上下兩室，上室裝設控制電路板和水平軸，軸兩端從殼體兩側(cè)壁穿出，分別裝設有太陽能電池板，板上裝設有光電太陽位置傳感器，在右側(cè)內(nèi)壁處的軸上固定套裝有復位凸輪，輪兩側(cè)的殼體壁上各裝設有微動開關，凸輪觸碰在開關觸點上，在隔板上裝設由電機、蝸桿、蝸輪組成的俯仰角調(diào)整機構(gòu)，電機軸與蝸桿相連，蝸輪與蝸桿嚙合，蝸輪套裝在水平軸中部；在下室隔板中心內(nèi)裝設有豎軸上端，軸上固定套裝有復位凸輪，輪兩側(cè)隔板上各裝設有微動開關，凸輪觸碰在開關觸點上，軸下端從殼體底穿出與一固定支架連接，在隔板上裝設由電機、蝸桿、蝸輪組成的方位角調(diào)整機構(gòu)，電機軸與蝸桿相連，蝸輪與蝸桿嚙合，蝸輪套裝在豎軸上，傳感器由至少4組安裝在PCB板上相互垂直的兩條直徑線上的光電二極管組成，每組光電二極管為1個以上，每條直徑線上均自0°-180°角度排列，每條直徑線上各管的聚光中心軸線與直徑線的夾角為除0°、90°和180°以外的夾角，各管以圓心為對稱中心互成鏡像。
2.如權(quán)利要求1所述的太陽自動跟蹤裝置，其特征是傳感器的迎光面為透光半球形罩，電路板設置在罩內(nèi)PCB板上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽自動跟蹤裝置，其特征是同一組光電二極管電路以并聯(lián)或光電流的算術(shù)相加形式連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽自動跟蹤裝置，其特征是控制電路板上裝有差動電壓放大電路、施密特觸發(fā)器電路、電機驅(qū)動電路、復位電路和給傳感器間歇供電鎖定的控制電路。
專利摘要一種太陽自動跟蹤裝置，密封空腔殼體由隔板分為上下兩室，上室裝設控制電路板和水平軸，軸從殼體兩側(cè)壁穿出，兩端分別連裝太陽能電池板，板上裝有傳感器。在右側(cè)內(nèi)壁處的軸上裝有復位凸輪，其固定套裝在水平軸上，凸輪觸碰在微動開關上。在隔板上裝設由電機、蝸桿、蝸輪組成的俯仰角調(diào)節(jié)機構(gòu)。電機軸與蝸桿相連，蝸輪與蝸桿嚙合，蝸輪與水平軸連接；在下室隔板中心內(nèi)裝設豎軸上端，軸下端從殼體底穿出與一固定支架連接。在隔板上裝設方位角復位凸輪，其固定套裝在豎軸上，凸輪觸碰在微動開關上。隔板上裝設由電機、蝸桿、蝸輪組成的方位角調(diào)節(jié)機構(gòu)，電機軸與蝸桿相連，蝸輪蝸桿嚙合，蝸輪套裝在豎軸上。本裝置能自動精確跟蹤太陽，易于普及。
文檔編號F24J2/38GK2781288SQ20052000506
公開日2006年5月17日 申請日期2005年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月2日
發(fā)明者賈殿友 申請人:賈殿友