基于齿轮结构的日光定向反射系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于齿轮结构的日光定向反射系统，它包括反射板（1）、驱动电机A（32）、旋转中心轴（35）、驱动电机B（41）、旋转连接件A（54）、旋转连接件B（55）、定日杆（61）、传感单元（7）、控制系统（9）以及多个齿轮、支柱和支架，所述的旋转中心轴（35）与反射光线接收目标中心（10）对准，定日杆（61）通过固定其上的传感单元（7）定位阳光方向（11），并将信号传递给控制系统（9），控制系统（9）将信号转换成驱动电机A（32）和驱动电机B（41）的驱动信号，并通过齿轮的配合运动，实现定日杆（61）对日光方向的精确对准，最终实现反射面（1）的定向反射。
【专利说明】基于齿轮结构的日光定向反射系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种太阳能应用【技术领域】，具体涉及一种基于齿轮结构的日光定向反射系统。
【背景技术】
[0002]太阳能作为一种可再生清洁能源，越来越受到社会各界的普遍关注，其应用范围也更加广泛，例如太阳能热水、太阳能空调、太阳能光伏发电及太阳能光热发电等。针对这些应用，太阳能自动追日技术得到了长足的发展，这也为太阳能利用效率的提高做出了很大的贡献。然而，太阳能的应用已逐渐不再局限于阳光直射的范畴，太阳能定向反射技术也逐渐被重视，这对太阳能效率的突破性提高有着至关重要的作用。太阳能定向反射技术更多地应用在塔式光热发电系统中，其传感和动作机制基本沿用于自动追日技术，而关于定向反射系统的机械结构创新并不多见。专利申请号为201210205805.0所公布的“塔式太阳能集热发电系统定日镜自动调整转换控制装置”和专利申请号为201210205821.X所公布的“新型塔式太阳能集热系统定日镜的被动自动跟踪系统”，均具体讲述了一种与反射镜、传感器、运动轴位置有关的系统结构，提出了以邻边等边平行四边形为核心的定向反射装置结构；专利申请号为201310058179.1所公布的“塔式太阳能定日镜圆柱齿轮光线角度转换控制装置”，讲述了如何用齿轮配比结构实现以邻边等边平行四边形为核心的定向反射装置结构；专利申请号为201310058388.6所公布的“塔式太阳能定日镜锥齿轮被动自动追日支架”及专利申请号为201310058178.7所公布的“塔式太阳能定日镜圆柱齿轮被动自动追日支架”，则分别讲述了用锥齿轮和柱齿轮两种具体的齿轮配比结构实现定向反射功能；专利申请号为201220613868.5所公布的“一种太阳光定向反射装置”，讲述了一种用撑杆电机和旋转电机与锥齿轮和带螺纹外壳的撑杆配合来实现旋转和俯仰双向运动的定向反射机制。
[0003]如何使用一种结构简单、成本低廉、易于实现的定向反射技术，在太阳能应用的各种场合(如太阳能热水工程，太阳能光伏、光热发电等)提高设备对太阳能的利用效率，是目前有待攻克的课题。
实用新型内容
[0004]本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种结构简单、成本低廉、易于实现，同时极大地提高设备对太阳能利用效率的基于齿轮结构的日光定向反射系统。
[0005]本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的:基于齿轮结构的日光定向反射系统，它包括反射板、支柱A、支柱B、支柱C、支柱D、支座、驱动电机A、齿轮A、齿轮B、旋转中心轴、驱动电机B、齿轮C、齿轮D、支架A、支架B、支架C、旋转连接件A、旋转连接件B、定日杆、固定连接件A、固定连接件B、传感单元、传感单元控制线、驱动单元控制线A、驱动单元控制线B和控制系统，所述的旋转中心轴与反射光线接收目标中心对准，定日杆通过固定其上的传感单元定位阳光方向，并将信号传递给控制系统，控制系统将信号转换成驱动电机A和驱动电机B的驱动信号，并通过齿轮A、齿轮B、齿轮C和齿轮D的配合运动，实现定日杆对日光方向的精确对准，并通过巧妙的结构设计最终实现反射板的定向反射。
[0006]本实用新型所述的反射板为日光定向反射系统的反射单元，通过支柱A、支柱B、支柱C、支柱D垂直支撑，与轴心连接支架B、支架C平行，在驱动电机A和驱动电机B的带动和齿轮A、齿轮B、齿轮C、齿轮D的配合运动下实现光线到目标区域的定向反射。
[0007]本实用新型所述的支柱A、支柱B、支柱C和支柱D为日光定向反射系统中反射板的支撑结构，其垂直立于齿轮C和齿轮D的轴心连接支架A和支架B上，带动反射板随着齿轮配比结构的运动而运动。
[0008]本实用新型其中的支座固定支撑驱动电机A，而与旋转中心轴活动连接，连接位置固定，使旋转中心轴只能在其上发生自由旋转运动，其中的驱动电机A，为带动整个系统旋转运动的驱动单元，其中的齿轮A为主动轮,齿轮B为从动轮,齿轮A、齿轮B相齿合,其中的旋转中心轴与定日杆共面，为齿轮B的中心轴，旋转中心轴与齿轮B固定连接，随着齿轮B的转动带动整个系统的转动，而与支座活动连接，可在其上自由旋转。
[0009]本实用新型所述的驱动电机B为带动反射板定向转动的驱动单元，其中的齿轮C和齿轮D等径，齿轮C与电机B的旋转轴固定连接，齿轮D与齿轮C齿合，且齿轮D与支架A保持固定连接，电机B动作时，齿轮D不动，齿轮C绕着齿轮D做圆周运动。
[0010]本实用新型的支架A固定在旋转中心轴上，并固定连接齿轮D，支架B和支架C始终连接齿轮C和齿轮D的轴心，其中旋转连接件A和旋转连接件B固定在齿轮C和齿轮D的轴心处，连接两个齿轮与支架B、支架C，保证电机B运动时，齿轮D固定不动，齿轮C绕着齿轮D做圆周运动，反射板随着连接齿轮C和齿轮D轴心的支架B、支架C 一起转动。
[0011]本实用新型的定日杆与旋转中心轴共面，并在一端装有传感单元，定日杆通过固定连接件A和固定连接件B与齿轮C固定连接，保证定日杆随着齿轮的运动而同步运动。
[0012]本实用新型所述的传感单元为整个定向反射系统的光感应区，分别由位于齿轮D两侧的光敏器件及与该方向垂直的方向上靠近和远离齿轮C两侧的光敏器件构成，这两组光敏器件决定电机A和电机B的旋转方向。
[0013]本实用新型所述的传感单元控制线，实现传感单元的光感应信号到控制系统的信号输入，其中驱动单元控制线A和驱动单元控制线B分别实现控制系统的控制信号到电机A、电机B的信号输出。
[0014]本实用新型所述的传感单元的输出信号连接到控制系统的信号输入端，控制系统的输出信号分别连接驱动电机A和驱动电机B，控制整个系统的运动。
[0015]本实用新型所提供的日光定向反射系统，根据反射光线接收目标不变的情况，首先确定反射光线接收目标中心的方向，通过现有的对准技术固定系统中一个运动轴的方向，并保证该轴只发生旋转运动，再沿用现有的自动追日技术，让系统中另一个运动轴寻找太阳，并让两运动轴共面，然后通过巧妙的结构设计，让定日镜始终以两运动轴所成夹角的角平分线为法线，最终实现定向反射的目的。
[0016]本实用新型的有益效果是:采用光电传感单元和齿轮配合结构构成的自动日光定向反射系统，结构简单，成本低廉，定向反射易于实现，同时提高了对太阳能的利用效率，适用于太阳能热水工程、太阳能光伏、太阳能发电等多个太阳能应用场合。【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1为系统核心结构的设计原理图；
[0018]图2为系统结构的左侧视图；
[0019]图3为系统结构的右侧视图；
[0020]图中，1-反射板，21-支柱A，22-支柱B，23-支柱C，24-支柱D，31-支座，32-驱动电机A，33-齿轮A，34-齿轮B，35-旋转中心轴，41-驱动电机B，42-齿轮A，43-齿轮B，51-支架A，52-支架B，53-支架C，54-旋转连接件A，55-旋转连接件B，61-定日杆，62-固定连接件A, 63-固定连接件B, 7-传感单元,81-传感单元控制线,82-驱动单元控制线A,83-驱动单元控制线B，9-控制系统。
【具体实施方式】
[0021]下面结合附图进一步详细描述本实用新型的技术方案，但本实用新型的保护范围不局限于以下所述。
[0022]如图1所示，基于齿轮结构的日光定向反射系统，以两相切等径圆Op O2代替两个齿合等径齿轮，O1A与圆O1位置固定，O2B与圆O2位置固定，假设初始状态时广AO1O2= Z BO2O1,两圆切点为C，如图(a)所示，贝U，若O1A与O2B交于D1点，贝IjZ D1O1C= Z D1O2C7D1O1=D1O2,由于两圆等径，即 O1C=O2C，贝丨J D1C 丄 O1O2, Z O1D1C= Z O2D1Cq 让圆O1不动，圆O2沿着圆O1圆周滚动，当滚动到两圆切点为C1时，圆O1上C点位置不变，圆O2上C点位置发生改变，如图(b)所示，此时，两圆的长度相等，又有，则，Z AO1C1= Z BO2C1，假设 AO1 与 BO2 交于 D2 点，则有 D2O1=D2O2,而 O1C1=O2C1，贝丨J D2C1 丄 O1O2, Z O1D2C1= Z O2D2C10 由此可得出如下结论:无论圆O2运动到圆O1的哪个部位，两圆上的固定线段O1A' O2B的夹角平分线总是垂直于两圆心的连线O1O2。
[0023]如图2、图3所示，在其结构设计中，正利用了如上理论。首先，它包括反射板1、支柱A21、支柱B22、支柱C23、支柱D24、支座31、驱动电机A32、齿轮A33、齿轮B34、旋转中心轴35、驱动电机B41、齿轮C42、齿轮D43、支架A51、支架B52、支架C53、旋转连接件A54、旋转连接件B55、定日杆61、固定连接件A62、固定连接件B63、传感单元7、传感单元控制线81、驱动单元控制线A82、驱动单元控制线B83和控制系统9，所述的旋转中心轴35与反射光线接收目标中心10对准，定日杆61通过固定其上的传感单元7定位阳光方向11，并将信号传递给控制系统9，控制系统9将信号转换成驱动电机A32和驱动电机B41的驱动信号，并通过齿轮A33、齿轮B34和齿轮C42、齿轮D43的配合运动，实现定日杆61对日光方向的精准对准，并通过巧妙的结构设计最终实现反射板的定向反射。
[0024]本实用新型的具体工作过程是:旋转中心轴35与支架51固定，与定日杆61共面，支架51与齿轮43固定，则旋转中心轴35相当于固定在齿轮D43上、并与定日杆61共面的不动轴。系统工作时，首先由传感单元7将位于齿轮D43两侧的光强差异信号传递给控制系统9，控制系统9将其转换成电机A32的驱动信号，使旋转轴35带动整个系统转动，直到齿轮C42两侧的光强相等，此时，光源11、反射光线接收目标中心10、旋转中心轴35与定日杆61共面；同时，传感单元7将靠近或远离齿轮D43两侧的光强差异信号传递给控制系统9，控制系统9将其转换成电机B41的驱动信号，使定日杆61随着齿轮C42转动到两侧光强相等，此时定日杆61对准了阳光方向11，而旋转中心轴35对准反射光线接收目标中心。在本结构中，支柱A21、支柱B22、支柱C23、支柱D24垂直立于齿轮C42、齿轮D43轴心连杆支架B52、支架C53上，根据上述理论，则支柱A21、支柱B22、支柱C23、支柱D24与旋转中心轴35和定日杆61的夹角平分线方向相同，反射板I与轴心连杆支架B52、支架C53平行，即支柱A21、支柱B22、支柱C23、支柱D24垂直支撑反射板1，相当于反射板的法线，即旋转轴35和定日杆61的夹角平分线方向为反射板I的法线方向，反射板I实现了将光源反射到反射光线接收目标区域。
【权利要求】
1.基于齿轮结构的日光定向反射系统，其特征在于: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)、驱动电机A (32)、齿轮A (33)、齿轮B (34)、旋转中心轴(35)、驱动电机B (41)、齿轮C (42)、齿轮D (43)、支架A (51)、支架B (52)、支架C (53)、旋转连接件A (54)、旋转连接件B (55)、定日杆(61)、固定连接件A (62)、固定连接件B (63)、传感单元(7)、传感单元控制线(81)、驱动单元控制线A (82)、驱动单元控制线B (83)和控制系统(9)，所述的旋转中心轴(35)与反射光线接收目标中心(10)对准，定日杆(61)通过固定其上的传感单元(7)定位阳光方向(11)，并将信号传递给控制系统(9)，控制系统(9)将信号转换成驱动电机A (32)和驱动电机B (41)的驱动信号，并通过齿轮A(33)、齿轮B (34)和齿轮C (42)、齿轮D (43)的配合运动，实现定日杆(61)对日光方向的精确对准，最终实现反射面I的定向反射。
2.根据权利要求1所述的基于齿轮结构的日光定向反射系统，其特征在于:所述的反射板(I)通过支柱A (21)、支柱B (22)、支柱C (23)、支柱D (24)垂直支撑，并与轴心连接支架B (52)和支架C (53)平行。
3.根据权利要求1所述的基于齿轮结构的日光定向反射系统，其特征在于:所述的支柱A (21)、支柱B (22)、支柱C (23)和支柱D (24)垂直立于齿轮C (42)、齿轮D (43)的轴心连接支架B (52)、支架C (53)上，带动反射板(I)随着齿轮配比结构的运动而运动。
4.根据权利要求1所述的基于齿轮结构的日光定向反射系统，其特征在于:所述的旋转中心轴(35)与定日杆(61)共面，为齿轮B (34)的中心轴，并与齿轮B (34)固定连接，齿轮A (33)为主动轮，齿轮B (34)为从动轮，齿轮A (33)与齿轮B (34)齿合。
5.根据权利要求1所述的基于齿轮结构的日光定向反射系统，其特征在于:所述的齿轮C (42)与齿轮D (43)等径，齿轮C (42)与电机B (41)的旋转轴固定连接，齿轮D (43)与齿轮C (42)齿合，并与支架A (51)保持固定连接，电机B (41)运作时，齿轮D (43)不动，齿轮C (42)绕着齿轮D (43)做圆周运动。
6.根据权利要求1所述的基于齿轮结构的日光定向反射系统，其特征在于:支架A(51)固定在旋转中心轴(35)上，并和齿轮D (43)固定连接，支架B (52)和支架C (53)始终连接齿轮C (42)和齿轮D (43)的轴心，旋转连接件A (54)、旋转连接件B (55)固定在齿轮C (42)和齿轮D (43)轴心处，齿轮C (42)绕着齿轮D (43)做圆周运动，反射板(I)随着连接于齿轮C (42)和齿轮D (43)轴心的支架B (52)、支架C (53)—起转动。
7.根据权利要求1所述的基于齿轮结构的日光定向反射系统，其特征在于:所述的定日杆(61)与旋转中心轴(35)共面，通过固定连接件A (62)和固定连接件B (63)与齿轮C(42)固定连接，并在一端装有传感单元(7)。
8.根据权利要求1所述的基于齿轮结构的日光定向反射系统，其特征在于:所述的传感单元(7)分别由齿轮D (43)两侧的光敏器件及与该方向垂直的方向上靠近和远离齿轮C (42)两侧的光敏器件构成。
9.根据权利要求1所述的基于齿轮结构的日光定向反射系统，其特征在于:所述的支座(31)固定支撑驱动电机A (32)，并与旋转中心轴(35)活动连接，连接位置固定。
10.根据权利要求1所述的基于齿轮结构的日光定向反射系统，其特征在于:所述的传感单元(7)的输出信号连接到控制系统(9)的信号输入端，控制系统(9)的输出信号分别连接驱动电机A (32)和驱动电机B (41)，控制整个系统的运动。
【文档编号】G05D3/12GK203552074SQ201320734145
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2013年11月20日 优先权日:2013年11月20日
【发明者】高椿明, 龚艳丽 申请人:高椿明