一種日光定向反射系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開一種日光定向反射系統，它包括反射面(2)、旋轉軸(5)、滑槽機構(6)、連桿A(71)、連桿B(72)、傳感單元A(81)、傳感單元B(91)、驅動單元A(83)、驅動單元B(93)、和控制系統(10)。本實用新型根據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，通過對準技術固定系統中一個運動軸的方向，并保證該軸只發(fā)生旋轉運動，然后采用自動追日技術，讓系統中另一個運動軸尋找太陽，并通過巧妙的結構設計，讓定日鏡始終以兩運動軸所成夾角的角平分線為法線，最終實現定向反射的目的。
【專利說明】一種日光定向反射系統
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及太陽能應用【技術領域】，具體涉及一種基于光電傳感和等腰連桿結構的自動日光定向反射系統。
【背景技術】
[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注，其應用范圍也更加廣泛，例如太陽能熱水、太陽能空調、太陽能光伏發(fā)電及太陽能光熱發(fā)電等。針對這些應用，太陽能自動追日技術得到了長足的發(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也開始被關注，這對太陽能效率的突破性提高有著至關重要的作用。太陽能定向反射技術更多地應用在塔式光熱發(fā)電系統中，其傳感和動作機制基本沿用于自動追日技術，近來，也涌現出了較多的新思想。例如:專利申請?zhí)枮?01210590027.1所公布的“一種定日鏡控制裝置”，通過現有的物聯網概念，記錄太陽運行的軌跡參數，代入運算模塊，再通過控制指令結合通信模塊實現人為控制定日鏡的運動，這樣可以降低整個裝置的成本，但其運算精度與整個控制模塊實現的復雜程度有待實踐考察。專利申請?zhí)枮?01110247994.3所公布的“基于光斑識別的控制日光反射裝置自動跟蹤太陽的方法”，公開了如何利用光斑成像技術計算反射裝置的調整角度，實現反射裝置將日光反射到指定位置。專利申請?zhí)枮?00810007862.1所公布的“定日鏡裝置”、專利申請?zhí)枮?00980158900.6所公布的“用傳感器控制反射方向的定日鏡裝置”，均公開了如何通過探測定位反射光方向來調整反射裝置的運動，最終實現將日光反射到指定位置。雖然這些專利都從控制思想上提供了反射鏡的動作調整依據，但并未對其機械調整結構進行相關創(chuàng)新研究。專利申請?zhí)枮?01210205805.0所公布的“塔式太陽能集熱發(fā)電系統定日鏡自動調整轉換控制裝置”，專利申請?zhí)枮?01210205821.X所公布的“新型塔式太陽能集熱系統定日鏡的被動自動跟蹤系統”，具體公開了一種與反射鏡、傳感器、運動軸位置有關的系統結構，相比于之前的相關研究而言思想上具有一定的創(chuàng)新性，但其實現思想中描述的以鄰邊等邊平行四邊形為核心的反射裝置結構冗余，且定日鏡安裝于兩運動軸交點的結構容易導致系統的重心不穩(wěn)、支撐不牢。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換控制裝置”，公開了如何用齒輪配比結構實現前面所述的申請?zhí)枮?01210205805.0和申請?zhí)枮?01210205821.X的兩個專利中所述的鄰邊等邊平行四邊形反射結構的光線角度轉換控制裝置，而專利申請?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”，則是申請?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換控制裝置”專利的兩種具體實現結構。
[0003]如何使用一種結構簡單、成本低廉、易于實現的定向反射技術，在太陽能應用的各種場合(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。實用新型內容
[0004]本實用新型所要解決的問題是:如何使用一種結構簡單、成本低廉、易于實現的定向反射技術，在太陽能應用的各種場合(如太陽能熱水工程，太陽能光伏、光熱發(fā)電等)提高設備對太陽能的利用效率。
[0005]本實用新型所述的技術問題是這樣解決的:一種日光定向反射系統，它包括日光源、反射面，目標中心、旋轉軸、滑槽機構、連桿A、連桿B，傳感單元A、傳感單元B、驅動單元A、驅動單元B和控制系統(10)。旋轉軸始終對準目標中心，連桿A與旋轉軸固定連接，也始終對準目標中心，連桿A、連桿B長度始終相等，構成等腰連桿結構，反射面以連桿A、連桿B的夾角平分線為法線?？刂葡到y根據傳感單元A、傳感單元B的輸出信號控制驅動單元A、驅動單元B的運動，最終使連桿B對準日光源，又因連桿A對準目標中心，連桿A、連桿B的夾角平分線為反射面的法線，即實現了反射面將日光反射到目標區(qū)域。
[0006]日光源為本實用新型的光線來源，在系統中被視為平行光源，強度在傳感單元A和傳感單元B能檢測到的范圍內。
[0007]反射面為系統的反射單元，始終以連桿A、連桿B的夾角平分線為法線，在驅動單元A和驅動單元B的帶動下實現將日光源反射到目標區(qū)域。
[0008]目標中心為本實用新型的反射光線接收目標中心，即通過反射面中心的入射光線經過反射后到達此處。
[0009]旋轉軸為帶動整個反射裝置轉動的軸,并始終指向目標中心。
[0010]滑槽機構為連桿A、連桿B與反射面的連接單元，保證連桿A、連桿B在長度不變的情況下通過張合運動帶動反射面運動。
[0011]連桿A、連桿B兩者長度相等，構成等腰連桿結構，并通過滑槽機構與反射面連接，其中的連桿A與旋轉軸固定連接，也始終對準目標中心。
[0012]旋轉連接點A連接連桿A、連桿B，保證連桿A、連桿B能以旋轉連接點A為軸心實現張合運動。
[0013]旋轉連接點B連接連桿A和滑槽機構，保證連桿A和滑槽機構能以旋轉連接點B為軸心實現張合運動。
[0014]滑動支撐點連接連桿B和滑槽機構，保證連桿B能在滑槽機構上自由滑動，且長度不變。
[0015]傳感單元A、驅動單元A與控制系統結合，構成旋轉軸的傳感驅動控制單元，傳感單元A由位于連桿A、連桿B所在平面兩側的光敏器件構成，其將連桿A、連桿B所在平面兩側的光強差異信號經傳感單元控制連接線A傳遞給控制系統，控制系統將該信號轉化為驅動單元A的控制信號，該控制信號經驅動單元控制連接線A傳遞，驅動旋轉軸帶動整個裝置向減少這種光強差異的方向旋轉，最終使兩側光強相等。
[0016]傳感單元B、驅動單元B與控制系統結合，構成連桿B的傳感驅動控制單元，其中的傳感單元B由位于連桿B上靠近連桿A和背離連桿A兩側的光敏器件構成，其將靠近連桿A和背離連桿A兩側的光強差異信號經傳感單元控制連接線B傳遞給控制系統，控制系統將該信號轉化為驅動單元B的控制信號，該控制信號經驅動單元控制連接線B傳遞，驅動連桿B帶動反射板向減少這種光強差異的方向旋轉，最終使兩側光強相等。[0017]控制系統為本實用新型的控制核心，能完成對傳感單元A、傳感單元B輸入信號的處理，并按設定邏輯向驅動單元A、驅動單元B輸出驅動指令，最終實現定向反射的核心控制功能。
[0018]本實用新型的有益效果是:根據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，通過對準技術固定系統中一個運動軸的方向，并保證該軸只發(fā)生旋轉運動，然后采用自動追日技術，讓系統中另一個運動軸尋找太陽，并通過巧妙的結構設計，讓定日鏡始終以兩軸所成夾角的角平分線為法線，最終實現定向反射的目的。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為系統總體結構不意圖；
[0020]圖2為實施例1結構前側視圖；
[0021]圖3為實施例1結構后側視圖；
[0022]圖4為實施例1部分結構圖；
[0023]圖5為實施例2結構前側視圖；
[0024]圖6為實施例2結構后側視圖；
[0025]圖7為實施例2部分結構圖；
[0026]其中，1-日光源，2-反射面，3-目標中心，41-水平參考面，42-旋轉參考面，43-夾角平分線，5-旋轉軸，6-滑槽機構，71-連桿A，72-連桿B，73-旋轉連接點A，74旋轉連接點B, 75-滑動支撐點,81-傳感單元A, 82-傳感單元控制連接線A, 83-驅動單元A, 84-驅動單元控制連接線A, 91-傳感單元B, 92-傳感單元控制連接線B, 93-驅動單元B, 94-驅動單元控制連接線B，10-控制系統，11-反射板，12-旋轉軸，13-張合軸，141-旋轉運動傳感單元，142-旋轉運動驅動電機，143-蝸桿，144-渦輪，151-張合運動傳感單元，152-張合運動驅動電機，153-蝸桿，154-渦輪，16-滑桿，17-兩折拉桿，18-固定桿，19-底座，21-反射板，22-系統傳感單元，23-旋轉運動驅動電機，24-張合運動驅動電機，251-固定底板，252-旋轉運動帶動板，253-張合運動帶動板，26-固定滑槽，27-滑桿，28-固定桿。
【具體實施方式】
[0027]下面結合附圖對本實用新型作進一步描述:
[0028]圖1為本實用新型的總體結構示意圖，該系統包括日光源1，反射面2，目標中心3，水平參考面41，旋轉參考面42，夾角平分線43，旋轉軸5，滑槽機構6，連桿A71，連桿B72，旋轉連接點A73，旋轉連接點B74，滑動支撐點75，傳感單元A81，傳感單元B91，傳感單元控制連接線A82，傳感單元控制連接線B92，驅動單元A83，驅動單元B93，驅動單元控制連接線A84，驅動單元控制連接線B94，控制系統10。
[0029]反射面2通過一定的布置始終以連桿A71、連桿B72的夾角平分線43為法線；旋轉軸5始終對準目標中心3，其中的連桿A71與旋轉軸5固定連接，也始終對準目標中心3，連桿A71和連桿B72長度相等，構成等腰連桿結構，并通過旋轉連接點A73連接，保證連桿A71、連桿B72能以旋轉連接點A73為軸心實現張合運動；其中的連桿A71與反射面2上的滑槽機構6通過旋轉連接點B74連接，保證連桿A71和滑槽機構6能以旋轉連接點B74為軸心實現張合運動，連桿B72與反射面2上的滑槽機構6通過滑動支撐點75連接，保證連桿B72能在滑槽機構6上自由滑動，且長度不變。
[0030]傳感單元A81由位于連桿A71、連桿B72所在平面兩側的光敏器件構成，其將連桿A71、連桿B72所在平面兩側的光強差異信號經傳感單元控制連接線A82傳遞給控制系統10，控制系統10將該信號轉化為驅動單元A83的控制信號，經驅動單元控制連接線A84傳遞，驅動旋轉軸5帶動整個裝置向減少這種光強差異的方向旋轉，最終使兩側光強相等，即實現了日光源I與等腰連桿結構所在面共面，又由于旋轉軸5始終對準目標中心3，而整個等腰連桿結構又由連桿B72固定于旋轉軸5上，則最終實現了日光源1、目標中心3與整個等腰連桿結構的共面。
[0031]傳感單元B91由位于連桿B72上靠近連桿A71和背離連桿A71兩側的光敏器件構成，其將靠近連桿A71和背離連桿A71兩側的光強差異信號經傳感單元控制連接線B92傳遞給控制系統10，控制系統10將該信號轉化為驅動單元B93的控制信號，經驅動單元控制連接線B94傳遞，驅動連桿B72帶動反射板向減少這種光強差異的方向旋轉，最終使兩側光強相等，當旋轉軸5的運動實現日光源1、目標中心3與整個等腰連桿結構的共面之后，該運動即實現了連桿B72對準日光源I的目標，又由于連桿A71始終對準目標中心3，連桿A71、連桿B72的夾角平分線43又反射面2的法線，即實現了反射面2將日光反射到目標中心3。
[0032]圖2、圖3和圖4為本實用新型的一種實施結構，其中，圖2為前側視圖，圖3為后側視圖，圖4為局部結構圖。該實施方案中，旋轉軸12既為轉軸，也是等腰連桿結構中的連桿之一，張合軸13為另一連桿，兩者的連接點到各自與反射板11接觸點的距離始終相等；其中的旋轉運動傳感單元141中的光敏器件位于旋轉軸12左右側，張合運動傳感單元151中的光敏器件位于張合軸13前后側，可以分開放置，也可以集成后同時置于張合軸13上，放置方式及結構也可多樣化，只需保證在上述兩種方向上對稱布置；旋轉運動驅動電機142為旋轉電機，通過蝸桿143與渦輪144齒合，帶動旋轉軸12轉動；張合運動驅動電機152也為旋轉電機，以同樣的方式通過蝸桿153與渦輪154齒合，帶動旋轉軸13向旋轉軸12張合運動；旋轉軸12與反射板11通過固定桿18固定連接，這樣可以帶動反射板隨旋轉軸12旋轉運動；張合軸13與反射板11則通過滑竿16和兩折拉桿17連接，帶動反射板隨張合軸
13俯仰運動。這樣，整個結構就完整地實現了自動追日機制到定向反射機制的轉換。
[0033]圖5、6、7為本實用新型另一種實施結構，其中，圖5為前側視圖，圖6為后側視圖，圖7為局部結構圖。該實施方案中，系統傳感單元22將系統中兩個互為垂直的運動方向上的傳感器集為一體，置于張合運動帶動板253上，旋轉運動驅動電機23、張合運動驅動電機24均為直線電機，固定底板251是該結構的固定單元，其與旋轉運動帶動板252的連接軸對準反射光線接收中心，旋轉運動帶動板252通過合頁結構與反射板上的固定軸28連接；張合運動帶動板253通過合頁結構與固定在反射板21上的滑槽滑桿結構連接。其中，電機、固定板、帶動板及反射板都通過合頁連接，保證整個動作機構的靈便性，這樣，整個結構也完整地實現了自動追日機制到定向反射機制的轉換。
【權利要求】
1.一種日光定向反射系統，其特征在于:它包括反射面(2)、旋轉軸(5)、滑槽機構(6)、連桿A (71)、連桿B (72)、傳感單元A (81)、傳感單元B (91)、驅動單元A (83)、驅動單元B (93)和控制系統(10);旋轉軸(5)始終對準目標中心(3)，旋轉軸(5)的一端安裝有傳感單元A(81)，旋轉軸(5)的另一端通過旋轉連接點(73)與連桿A(71)和連桿B(72)的一端連接；連桿A (71)的另一端對準目標中心(3)并通過旋轉連接點(74)與滑槽機構(6)連接，連桿B(72)的另一端尋找日光源(I)并安裝有傳感單元B (91)，連桿B(72)的上部通過滑動支撐點(75)與滑槽機構(6)連接；反射面⑵與滑槽機構(6)連接并以連桿A(71)、連桿B(72)的夾角平分線(43)為法線；傳感單元A(81)、傳感單元B(91)的輸出與控制系統(10)連接，控制系統(10)的輸出與驅動單元A (83)和驅動單元B (93)連接，分別控制旋轉軸(5)和連桿B(72)的運動；控制系統(10)根據傳感單元A(81)、傳感單元B(91)的輸出信號控制驅動單元A (83)、驅動單元B (93)的運動，使連桿B (72)對準日光源(I)，因連桿A (71)始終對準目標中心(3)，連桿A(71)、連桿B(72)的夾角平分線(43)為反射面(2)的法線，即實現反射面(2)將日光反射到以目標中心(3)為中心的區(qū)域。
2.根據權利要求1所述的日光定向反射系統，所述的連桿A(71)和連桿A(72)長度相等，構成等腰連桿結構。
【文檔編號】G05D3/12GK203552073SQ201320683724
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2013年11月1日 優(yōu)先權日:2013年11月1日
【發(fā)明者】高椿明, 龔艷麗 申請人:高椿明