基於齒輪結構的日光定向反射系統的製作方法

2023-10-08 08:58:54 3

基於齒輪結構的日光定向反射系統的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種基於齒輪結構的日光定向反射系統，它包括反射板（1）、驅動電機A（32）、旋轉中心軸（35）、驅動電機B（41）、旋轉連接件A（54）、旋轉連接件B（55）、定日杆（61）、傳感單元（7）、控制系統（9）以及多個齒輪、支柱和支架，所述的旋轉中心軸（35）與反射光線接收目標中心（10）對準，定日杆（61）通過固定其上的傳感單元（7）定位陽光方向（11），並將信號傳遞給控制系統（9），控制系統（9）將信號轉換成驅動電機A（32）和驅動電機B（41）的驅動信號，並通過齒輪的配合運動，實現定日杆（61）對日光方向的精確對準，最終實現反射面（1）的定向反射。
【專利說明】基於齒輪結構的日光定向反射系統
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種太陽能應用【技術領域】，具體涉及一種基於齒輪結構的日光定向反射系統。
【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，其應用範圍也更加廣泛，例如太陽能熱水、太陽能空調、太陽能光伏發電及太陽能光熱發電等。針對這些應用，太陽能自動追日技術得到了長足的發展，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於陽光直射的範疇，太陽能定向反射技術也逐漸被重視，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電系統中，其傳感和動作機制基本沿用於自動追日技術，而關於定向反射系統的機械結構創新並不多見。專利申請號為201210205805.0所公布的「塔式太陽能集熱發電系統定日鏡自動調整轉換控制裝置」和專利申請號為201210205821.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」，均具體講述了一種與反射鏡、傳感器、運動軸位置有關的系統結構，提出了以鄰邊等邊平行四邊形為核心的定向反射裝置結構；專利申請號為201310058179.1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」，講述了如何用齒輪配比結構實現以鄰邊等邊平行四邊形為核心的定向反射裝置結構；專利申請號為201310058388.6所公布的「塔式太陽能定日鏡錐齒輪被動自動追日支架」及專利申請號為201310058178.7所公布的「塔式太陽能定日鏡圓柱齒輪被動自動追日支架」，則分別講述了用錐齒輪和柱齒輪兩種具體的齒輪配比結構實現定向反射功能；專利申請號為201220613868.5所公布的「一種太陽光定向反射裝置」，講述了一種用撐杆電機和旋轉電機與錐齒輪和帶螺紋外殼的撐杆配合來實現旋轉和俯仰雙向運動的定向反射機制。
[0003]如何使用一種結構簡單、成本低廉、易於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]本實用新型的目的在於克服現有技術的不足，提供一種結構簡單、成本低廉、易於實現，同時極大地提高設備對太陽能利用效率的基於齒輪結構的日光定向反射系統。
[0005]本實用新型的目的是通過以下技術方案來實現的:基於齒輪結構的日光定向反射系統，它包括反射板、支柱A、支柱B、支柱C、支柱D、支座、驅動電機A、齒輪A、齒輪B、旋轉中心軸、驅動電機B、齒輪C、齒輪D、支架A、支架B、支架C、旋轉連接件A、旋轉連接件B、定日杆、固定連接件A、固定連接件B、傳感單元、傳感單元控制線、驅動單元控制線A、驅動單元控制線B和控制系統，所述的旋轉中心軸與反射光線接收目標中心對準，定日杆通過固定其上的傳感單元定位陽光方向，並將信號傳遞給控制系統，控制系統將信號轉換成驅動電機A和驅動電機B的驅動信號，並通過齒輪A、齒輪B、齒輪C和齒輪D的配合運動，實現定日杆對日光方向的精確對準，並通過巧妙的結構設計最終實現反射板的定向反射。
[0006]本實用新型所述的反射板為日光定向反射系統的反射單元，通過支柱A、支柱B、支柱C、支柱D垂直支撐，與軸心連接支架B、支架C平行，在驅動電機A和驅動電機B的帶動和齒輪A、齒輪B、齒輪C、齒輪D的配合運動下實現光線到目標區域的定向反射。
[0007]本實用新型所述的支柱A、支柱B、支柱C和支柱D為日光定向反射系統中反射板的支撐結構，其垂直立於齒輪C和齒輪D的軸心連接支架A和支架B上，帶動反射板隨著齒輪配比結構的運動而運動。
[0008]本實用新型其中的支座固定支撐驅動電機A，而與旋轉中心軸活動連接，連接位置固定，使旋轉中心軸只能在其上發生自由旋轉運動，其中的驅動電機A，為帶動整個系統旋轉運動的驅動單元，其中的齒輪A為主動輪,齒輪B為從動輪,齒輪A、齒輪B相齒合,其中的旋轉中心軸與定日杆共面，為齒輪B的中心軸，旋轉中心軸與齒輪B固定連接，隨著齒輪B的轉動帶動整個系統的轉動，而與支座活動連接，可在其上自由旋轉。
[0009]本實用新型所述的驅動電機B為帶動反射板定向轉動的驅動單元，其中的齒輪C和齒輪D等徑，齒輪C與電機B的旋轉軸固定連接，齒輪D與齒輪C齒合，且齒輪D與支架A保持固定連接，電機B動作時，齒輪D不動，齒輪C繞著齒輪D做圓周運動。
[0010]本實用新型的支架A固定在旋轉中心軸上，並固定連接齒輪D，支架B和支架C始終連接齒輪C和齒輪D的軸心，其中旋轉連接件A和旋轉連接件B固定在齒輪C和齒輪D的軸心處，連接兩個齒輪與支架B、支架C，保證電機B運動時，齒輪D固定不動，齒輪C繞著齒輪D做圓周運動，反射板隨著連接齒輪C和齒輪D軸心的支架B、支架C 一起轉動。
[0011]本實用新型的定日杆與旋轉中心軸共面，並在一端裝有傳感單元，定日杆通過固定連接件A和固定連接件B與齒輪C固定連接，保證定日杆隨著齒輪的運動而同步運動。
[0012]本實用新型所述的傳感單元為整個定向反射系統的光感應區，分別由位於齒輪D兩側的光敏器件及與該方向垂直的方向上靠近和遠離齒輪C兩側的光敏器件構成，這兩組光敏器件決定電機A和電機B的旋轉方向。
[0013]本實用新型所述的傳感單元控制線，實現傳感單元的光感應信號到控制系統的信號輸入，其中驅動單元控制線A和驅動單元控制線B分別實現控制系統的控制信號到電機A、電機B的信號輸出。
[0014]本實用新型所述的傳感單元的輸出信號連接到控制系統的信號輸入端，控制系統的輸出信號分別連接驅動電機A和驅動電機B，控制整個系統的運動。
[0015]本實用新型所提供的日光定向反射系統，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，通過現有的對準技術固定系統中一個運動軸的方向，並保證該軸只發生旋轉運動，再沿用現有的自動追日技術，讓系統中另一個運動軸尋找太陽，並讓兩運動軸共面，然後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。
[0016]本實用新型的有益效果是:採用光電傳感單元和齒輪配合結構構成的自動日光定向反射系統，結構簡單，成本低廉，定向反射易於實現，同時提高了對太陽能的利用效率，適用於太陽能熱水工程、太陽能光伏、太陽能發電等多個太陽能應用場合。【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為系統核心結構的設計原理圖；
[0018]圖2為系統結構的左側視圖；
[0019]圖3為系統結構的右側視圖；
[0020]圖中，1-反射板，21-支柱A，22-支柱B，23-支柱C，24-支柱D，31-支座，32-驅動電機A，33-齒輪A，34-齒輪B，35-旋轉中心軸，41-驅動電機B，42-齒輪A，43-齒輪B，51-支架A，52-支架B，53-支架C，54-旋轉連接件A，55-旋轉連接件B，61-定日杆，62-固定連接件A, 63-固定連接件B, 7-傳感單元,81-傳感單元控制線,82-驅動單元控制線A,83-驅動單元控制線B，9-控制系統。
【具體實施方式】
[0021]下面結合附圖進一步詳細描述本實用新型的技術方案，但本實用新型的保護範圍不局限於以下所述。
[0022]如圖1所示，基於齒輪結構的日光定向反射系統，以兩相切等徑圓Op O2代替兩個齒合等徑齒輪，O1A與圓O1位置固定，O2B與圓O2位置固定，假設初始狀態時廣AO1O2= Z BO2O1,兩圓切點為C，如圖(a)所示，貝U，若O1A與O2B交於D1點，貝IjZ D1O1C= Z D1O2C7D1O1=D1O2,由於兩圓等徑，即 O1C=O2C，貝丨J D1C 丄 O1O2, Z O1D1C= Z O2D1Cq 讓圓O1不動，圓O2沿著圓O1圓周滾動，當滾動到兩圓切點為C1時，圓O1上C點位置不變，圓O2上C點位置發生改變，如圖(b)所示，此時，兩圓的長度相等，又有，則，Z AO1C1= Z BO2C1，假設 AO1 與 BO2 交於 D2 點，則有 D2O1=D2O2,而 O1C1=O2C1，貝丨J D2C1 丄 O1O2, Z O1D2C1= Z O2D2C10 由此可得出如下結論:無論圓O2運動到圓O1的哪個部位，兩圓上的固定線段O1A' O2B的夾角平分線總是垂直於兩圓心的連線O1O2。
[0023]如圖2、圖3所示，在其結構設計中，正利用了如上理論。首先，它包括反射板1、支柱A21、支柱B22、支柱C23、支柱D24、支座31、驅動電機A32、齒輪A33、齒輪B34、旋轉中心軸35、驅動電機B41、齒輪C42、齒輪D43、支架A51、支架B52、支架C53、旋轉連接件A54、旋轉連接件B55、定日杆61、固定連接件A62、固定連接件B63、傳感單元7、傳感單元控制線81、驅動單元控制線A82、驅動單元控制線B83和控制系統9，所述的旋轉中心軸35與反射光線接收目標中心10對準，定日杆61通過固定其上的傳感單元7定位陽光方向11，並將信號傳遞給控制系統9，控制系統9將信號轉換成驅動電機A32和驅動電機B41的驅動信號，並通過齒輪A33、齒輪B34和齒輪C42、齒輪D43的配合運動，實現定日杆61對日光方向的精準對準，並通過巧妙的結構設計最終實現反射板的定向反射。
[0024]本實用新型的具體工作過程是:旋轉中心軸35與支架51固定，與定日杆61共面，支架51與齒輪43固定，則旋轉中心軸35相當於固定在齒輪D43上、並與定日杆61共面的不動軸。系統工作時，首先由傳感單元7將位於齒輪D43兩側的光強差異信號傳遞給控制系統9，控制系統9將其轉換成電機A32的驅動信號，使旋轉軸35帶動整個系統轉動，直到齒輪C42兩側的光強相等，此時，光源11、反射光線接收目標中心10、旋轉中心軸35與定日杆61共面；同時，傳感單元7將靠近或遠離齒輪D43兩側的光強差異信號傳遞給控制系統9，控制系統9將其轉換成電機B41的驅動信號，使定日杆61隨著齒輪C42轉動到兩側光強相等，此時定日杆61對準了陽光方向11，而旋轉中心軸35對準反射光線接收目標中心。在本結構中，支柱A21、支柱B22、支柱C23、支柱D24垂直立於齒輪C42、齒輪D43軸心連杆支架B52、支架C53上，根據上述理論，則支柱A21、支柱B22、支柱C23、支柱D24與旋轉中心軸35和定日杆61的夾角平分線方向相同，反射板I與軸心連杆支架B52、支架C53平行，即支柱A21、支柱B22、支柱C23、支柱D24垂直支撐反射板1，相當於反射板的法線，即旋轉軸35和定日杆61的夾角平分線方向為反射板I的法線方向，反射板I實現了將光源反射到反射光線接收目標區域。
【權利要求】
1.基於齒輪結構的日光定向反射系統，其特徵在於:它包括反射板(I)、支柱A(21)、支柱B (22)、支柱C (23)、支柱D (24)、支座(31)、驅動電機A (32)、齒輪A (33)、齒輪B (34)、旋轉中心軸(35)、驅動電機B (41)、齒輪C (42)、齒輪D (43)、支架A (51)、支架B (52)、支架C (53)、旋轉連接件A (54)、旋轉連接件B (55)、定日杆(61)、固定連接件A (62)、固定連接件B (63)、傳感單元(7)、傳感單元控制線(81)、驅動單元控制線A (82)、驅動單元控制線B (83)和控制系統(9)，所述的旋轉中心軸(35)與反射光線接收目標中心(10)對準，定日杆(61)通過固定其上的傳感單元(7)定位陽光方向(11)，並將信號傳遞給控制系統(9)，控制系統(9)將信號轉換成驅動電機A (32)和驅動電機B (41)的驅動信號，並通過齒輪A(33)、齒輪B (34)和齒輪C (42)、齒輪D (43)的配合運動，實現定日杆(61)對日光方向的精確對準，最終實現反射面I的定向反射。
2.根據權利要求1所述的基於齒輪結構的日光定向反射系統，其特徵在於:所述的反射板(I)通過支柱A (21)、支柱B (22)、支柱C (23)、支柱D (24)垂直支撐，並與軸心連接支架B (52)和支架C (53)平行。
3.根據權利要求1所述的基於齒輪結構的日光定向反射系統，其特徵在於:所述的支柱A (21)、支柱B (22)、支柱C (23)和支柱D (24)垂直立於齒輪C (42)、齒輪D (43)的軸心連接支架B (52)、支架C (53)上，帶動反射板(I)隨著齒輪配比結構的運動而運動。
4.根據權利要求1所述的基於齒輪結構的日光定向反射系統，其特徵在於:所述的旋轉中心軸(35)與定日杆(61)共面，為齒輪B (34)的中心軸，並與齒輪B (34)固定連接，齒輪A (33)為主動輪，齒輪B (34)為從動輪，齒輪A (33)與齒輪B (34)齒合。
5.根據權利要求1所述的基於齒輪結構的日光定向反射系統，其特徵在於:所述的齒輪C (42)與齒輪D (43)等徑，齒輪C (42)與電機B (41)的旋轉軸固定連接，齒輪D (43)與齒輪C (42)齒合，並與支架A (51)保持固定連接，電機B (41)運作時，齒輪D (43)不動，齒輪C (42)繞著齒輪D (43)做圓周運動。
6.根據權利要求1所述的基於齒輪結構的日光定向反射系統，其特徵在於:支架A(51)固定在旋轉中心軸(35)上，並和齒輪D (43)固定連接，支架B (52)和支架C (53)始終連接齒輪C (42)和齒輪D (43)的軸心，旋轉連接件A (54)、旋轉連接件B (55)固定在齒輪C (42)和齒輪D (43)軸心處，齒輪C (42)繞著齒輪D (43)做圓周運動，反射板(I)隨著連接於齒輪C (42)和齒輪D (43)軸心的支架B (52)、支架C (53)—起轉動。
7.根據權利要求1所述的基於齒輪結構的日光定向反射系統，其特徵在於:所述的定日杆(61)與旋轉中心軸(35)共面，通過固定連接件A (62)和固定連接件B (63)與齒輪C(42)固定連接，並在一端裝有傳感單元(7)。
8.根據權利要求1所述的基於齒輪結構的日光定向反射系統，其特徵在於:所述的傳感單元(7)分別由齒輪D (43)兩側的光敏器件及與該方向垂直的方向上靠近和遠離齒輪C (42)兩側的光敏器件構成。
9.根據權利要求1所述的基於齒輪結構的日光定向反射系統，其特徵在於:所述的支座(31)固定支撐驅動電機A (32)，並與旋轉中心軸(35)活動連接，連接位置固定。
10.根據權利要求1所述的基於齒輪結構的日光定向反射系統，其特徵在於:所述的傳感單元(7)的輸出信號連接到控制系統(9)的信號輸入端，控制系統(9)的輸出信號分別連接驅動電機A (32)和驅動電機B (41)，控制整個系統的運動。
【文檔編號】G05D3/12GK203552074SQ201320734145
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2013年11月20日 優先權日:2013年11月20日
【發明者】高椿明, 龔豔麗 申請人:高椿明