专利名称：一种基于球面副的磁悬浮式太阳能二维实时跟踪装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种基于球面副的磁悬浮式太阳能二维实时跟踪装置，当太阳的位置发生变化时，太阳能板能实现自动跟踪，使其时刻与太阳光垂直，达到最大的利用效率，本发明属于自动控制装置。
背景技术：
随着太阳能的迅速推广，广大消费者对太阳能产品的要求越来越高，许多太阳能生产厂家为使自己的产品在市场上生存和发展，对太阳能跟踪装置的要求越来越高。
目前现有的太阳能跟踪装置通过驱动电机来改变太阳能板的方位，但都是阶段性地进行跟踪，不能实时地进行跟踪，且其机械部分都是由一些复杂的轴系组成。此类太阳能跟踪装置在工作时，驱动电机会浪费较多的电能且有噪声干扰；机械部分轴系复杂，设计难度大且减弱了系统的承载能力和抗剪切能力，对振动、冲击、回转等动态工作环境没有适应性。复杂的轴系会使系统整体的空间利用率降低，不易安装和运输；复杂的轴系在响应跟踪动作时不够迅速，且由于惯性力的存在使得方位容易产生偏差又不易校正。因此，设计一种电能消耗低，有较强工作环境适应性且能实现实时、精准跟踪的太阳能自动跟踪装置意义重大。
针对现有的太阳能跟踪装置在跟踪太阳时存在的耗能高、太阳能利用率低，不能实时、精准地进行跟踪的缺点，本发明公开一种基于球面副的磁悬浮式太阳能二维实时跟踪装置，能够达到实时精准地跟踪太阳从而大大提高太阳能的利用率。
发明内容
本设计针对现有技术的问题和缺陷，本发明的目的是公开一种基于球面副的磁悬浮式太阳能二维实时跟踪装置，其特征在于能根据太阳方位变化实现太阳能的自动跟踪。 研究设计一种耗能低、经济效益好、工作适应性好，能实时、精准的自动跟踪且结构简单、灵活、紧凑的装置。实现太阳方位变化时，计算出太阳的移动方位并通过调控式可充电直流电流源调节软磁体上绕组线圈中电流的大小。通过改变软磁体与永久磁铁之间的斥力使太阳板方位发生变化且将太阳板正交方向的位移通过线位移传感器反馈给单片机，单片机将反馈结果进行校对，校正后重新发出指令，重复上述动作达到实时、精准的自动跟踪。
针对现有技术的问题和缺陷，本发明的目的是公开一种基于球面副的磁悬浮式太阳能二维实时跟踪装置，其由单片机[1]，四象限探测器[2]，永久磁铁[3]，球面副机构[4]，软磁体[5]，调控式可充电直流电流源[6]，线位移测量传感器[7]，硬质弹簧[8]，太阳能板[9]，基座[10]构成。
所述太阳能二维实时跟踪装置，其特征在于调控式可充电直流电流源[6]改变永久磁铁[3]与软磁体[5]之间的斥力来改变太阳能板[9]的方位；
所述太阳能二维实时跟踪装置，其特征在于线位移测量传感器[7]将太阳能板[9]在正交方向的位移变化反馈给单片机[1]，从而达到精确跟踪。
所述太阳能二维实时跟踪装置，其特征在于硬质弹簧[8]的钢球与太阳能板[9] 中心底部的球面凹槽块形成球面副，使太阳能板[9]能快速灵活的改变方位从而进行跟足示O
本发明公开的基于球面副的磁悬浮式太阳能二维实时跟踪装置，可根据太阳方位的改变进行实时精准地跟踪，大大提高太阳能的利用率且具有耗能低、工作环境适应性好、 结构简单、灵活紧凑等优点。
图I为太阳能实时跟踪装置组成结构示意图
图2为太阳能板底部结构示意图
图3为太阳能实时跟踪装置系统原理图
图4为太阳能实时跟踪装置系统工作流程图
具体实施例方式
下面结合具体实施方式
对本装置作进一步说明
如图1，2所示，一种基于球面副的磁悬浮式太阳能二维实时跟踪装置，包括太阳能板组件安装架、电磁驱动装置、球面副传动装置、检测装置、反馈装置、电磁控制系统等模块。
太阳能板组件安装架包括用于支撑太阳能板[9]的硬质弹簧[8]、基座[10]，用于连接太阳能板[9]和硬质弹簧[8]的球面副机构[4]。太阳能板[9]能够通过球面副机构[4]相对于基座[10]在二维空间内旋转。球面副传动装置由球面副机构[4]组成，组成球面副机构[4]的钢球和球面凹槽分别固定在硬质弹簧[8]和太阳能板[9]底部中心处。 太阳能板[9]可绕球面副机构[4]的钢球在二维空间内旋转。
检测装置包括固定在太阳能板[9]上的四象限探测器[2]。当太阳光照射在太阳能板[9]上时，四象限探测器[2]根据输出信号可以计算出太阳相对于太阳能板[9]的方位，并将探测结果传递给单片机[I]。
电磁驱动装置包括固定在基座[10]上的软磁体[5](与永久磁铁[3]的分布位置相对应)、固定在太阳能板[9]底部的永久磁铁[3]、内嵌于基座[10]中的调控式可充电直流电源[6]。当调控式可充电直流电源[6]接收单片机[I]的指令后，改变输出电流，使缠绕在软磁体[5]上绕组中的电流变化，软磁体[5]重新磁化，使得软磁体[5]与永久磁铁[3]之间的斥力改变(同名磁极)从而驱动太阳能板[9]转动，同时软磁体[5]上绕组中的电流流入另一个调控式可充电直流电源[6]对其充电，减少电流的损耗。
反馈装置包括固定在基座[10]上的线位移测量传感器[7]。当太阳能板[9]实现旋转后，线位移测量传感器[7]将太阳能板[9]在各正交方向上的位移量反馈给单片机[1]，单片机[I]对反馈结果进行分析后对系统重新做出指令，从而实现了精准跟踪。
电磁控制系统包括内嵌于基座[10]内部的单片机[I]、调控式可充电直流电源[6]。单片机[I]接收四象限探测器[2]的测量结果，计算出为使太阳能板[9]垂直于太阳光所需移动的位移量和调控式可充电直流电源[6]的输出电流，通过控制输出电流来控制软磁体[5]与永久磁铁[3]之间的斥力，从而控制太阳能板[9]在二维空间内的旋转。
权利要求
1.一种基于球面副的磁悬浮式太阳能二维实时跟踪装置，其特征是由单片机[1]，四象限探测器[2]，永久磁铁[3]，球面副机构[4]，软磁体[5]，调控式可充电直流电流源[6]，线位移测量传感器[7]，硬质弹簧[8]，太阳能板[9]，基座[10]构成；由单片机[I]控制整个跟踪系统，根据四象限探测器[2]的测量结果，单片机[I]通过改变调控式可充电直流电流源[6]中输出电流的大小来控制软磁体[5]与永久磁铁[3]之间的斥力从而达到驱动太阳能板[9]的目的；同时线位移测量传感器[7]将太阳能板[9]在正交方向上的位移变化反馈给单片机[1]，单片机[I]对反馈结果进行对比、计算之后再对跟踪系统发出指令，重复以上动作达到实时精确的跟踪。
2.根据权利要求I所述的太阳能二维实时跟踪装置，其特征是四象限探测器[2]根据光斑在太阳能板[9]上的移动，改变四象限探测器[2]的输出信号，进而确定太阳相对于太阳能板[9]的方位。
3.根据权利要求I所述的太阳能二维实时跟踪装置，其特征是单片机[I]接收四象限探测器[2]的测量结果，单片机[I]计算出太阳能板[9]在正交方向上所需改变的位移和调控式可充电直流电流源[6]的输出电流。
4.根据权利要求I所述的太阳能二维实时跟踪装置，其特征是调控式可充电直流电流源[6]根据单片机[I]的计算数据改变输出电流从而改变缠绕在软磁体[5]上绕组中的电流。
5.根据权利要求I所述的太阳能二维实时跟踪装置，其特征是软磁体[5]根据调控式可充电直流电流源[6]的输出电流(即缠绕在软磁体[5]上的绕组中的电流)产生新的磁化，从而改变软磁体[5]与永久磁铁[3]之间的斥力。
6.根据权利要求I所述的太阳能二维实时跟踪装置，其特征是软磁体[5]与永久磁铁[3]之间斥力的变化来驱动太阳能板[9]并使其与太阳光线垂直。
7.根据权利要求I所述的太阳能二维实时跟踪装置，其特征是线位移测量传感器[7]将太阳能板[9]在正交方向上的位移变化反馈给单片机[1]，单片机[I]根据反馈数据重新发出指令从而实现精确跟踪。
全文摘要
一种基于球面副的磁悬浮式太阳能二维实时跟踪装置，属于自动控制领域。该装置是由单片机、四象限探测器、电磁铁、线位移测量传感器、稳流电路构成。本发明的跟踪装置无复杂的轴系连接，结构简单，能实现对太阳全天候的实时跟踪，大大提高了跟踪的精准度和太阳能的利用效率。
文档编号G05D3/12GK102981514SQ201210512249
公开日2013年3月20日 申请日期2012年12月4日 优先权日2012年12月4日
发明者吴江, 魏秋旭, 李二波, 胡耀华 申请人:西北农林科技大学