专利名称：太阳能电池组聚能器系统及集聚太阳能的方法
技术领域：
本发明涉及一种太阳能电池组聚能器系统及方法，尤其涉及一种太阳能电池组，具有用于改变太阳能电池组板和聚能器之间的相对角度的可调节的聚能器。
背景技术：
太阳能电池组将阳光转换成电。这种转换的结果是形成用于如太空船等许多应用的经济的电源。总的来说，由太阳能电池组接收的阳光越多，产生的电力越多。当接收到最大可利用的太阳能时太阳能电池组运行最有效。然而，关于引入太阳能的太阳能电池组的位置经常不能使电池组接收最大的能量。现在使用的有些系统设置太阳能电池组以使电池组接收最大的太阳能。这些系统笨重而且采用有些复杂的机构。当太阳能电池组用于重量为一个重要的因素的应用中时，调节太阳能电池组的机构成为装置总重量不可接受的部分。
为了将阳光聚集在电池组上，可以在太阳能电池组上加聚能器，或反射器，因此从电池组提供更多的电力输出。然而，固定的聚集其倾向于在某角度遮盖电池组并且可导致基片的过热。在由太阳能电池组驱动器驱动的太阳能电池组上的固定聚能器是产生电力的一个有效方法。然而，在驱动太阳组电池上的固定聚能器的缺点是制造太阳能电池组驱动器和用于跟踪太阳和命令驱动器的机构的成本高。
发明概述本发明提供一种太阳能电池组聚能器系统及方法，其基本消除或减少至少某些与现有系统和方法相关的缺点和问题。
按照本发明的一个优选实施例，一种太阳能电池组聚能器装置，包括构造成接收太阳能的第一太阳能电池组板及连接到第一太阳能电池组板上的第一可调节聚能器。第一可调节聚能器将太阳能反射到第一太阳能电池组板。第一驱动轴连接到第一可调节聚能器。第一驱动轴构造成相对第一太阳能电池组板旋转第一可调节聚能器以使反射到第一太阳能电池组板的太阳能最大。
该太阳能电池组聚能器装置可包括与第一驱动轴连接的定位马达，该定位马达调节第一聚能器相对第一太阳能电池组板的位置以使反射到第一太阳能板的太阳能的量最多。该装置还包括构造成接收太阳能的第二太阳能电池组板，其中第二太阳能电池组板可折叠式地连接到第一太阳能组板上。第二可调节聚能器连接到第二太阳能电池组板上，该第二可调节聚能器将太阳能反射到第二太阳能组板。第二驱动轴连接到该可调节聚能器上，其中第二驱动轴构造成相对第二太阳能电池组板旋转第二可调节聚能器以使反射到第二太阳能电池组板的太阳能最大。一拉伸机构连接第一和第二驱动轴，其中该拉伸机构构造成将第一驱动轴和第二驱动轴啮合以在第一和第二太阳能电池组板之间形成一连续驱动轴和铰链。
本发明优选的实施例的技术优点包括可调节聚能器铰链到太阳能电池组上以改变聚能器和太阳能电池组板之间的相对角度。因此，与不具有聚能器相比可提供更多的能量到该板上。本发明的另一个技术优点是除去连接到太阳能电池组上的机构以定位该电池组接收更多的能量。太阳能电池组板的这种机构成本高且驱动复杂。与过去驱动太阳能电池组的装置相比，本发明的可调节聚能器的装置重量轻，成本低，因此对于如太空船或其他车辆等重量为因素及操作性重要的应用中使用本发明的可调节聚能器是明智的选择。
本领域的技术人员从下面的附图，说明书及权利要求很明显看出其他技术优点。另外，上面已经列举出其特定优点，可变实施例还包括所有的，某些或没列举的优点。
附图的简要说明为了更完整的理解本发明的特定实施例及其优点，将结合附图进行下面的说明，其中
图1示出了具有按照本发明的一个实施例的连接到太阳能电池组板的可调节聚能器的系统；图2A，2B和2C示出了按照本发明的一个实施例的图1的在相对于太阳能电池组板不同的位置的可调节聚能器；图3示出了包括按照本发明的一个实施例的连接到太阳能电池组板上的可调节聚能器的系统；图4示出了按照本发明的一个实施例的用于图3的系统的弹簧，其目的在于调整连接到太阳能电池组板上的聚能器；图5示出了按照本发明的一个实施例的用于图3的系统的马达和驱动轴，用于相对太阳能电池组板旋转聚能器；图6示出了按照本发明的一个实施例的连接到太空船主体的太阳能电池组板和可调节聚能器；图7示出了按照本发明的一个实施例的连接到太空船主体的展开的可调节聚能器和太阳能电池组板；图8示出了按照本发明的一个实施例的具有处于折叠位置的太阳能电池组板和聚能器的太空船的主体；图9示出了按照本发明的一个实施例的具有处于特别展开位置的太阳能电池组板和聚能器的太空船的主体；图10示出了按照本发明的一个实施例的通过用于相对太阳能电池组旋转聚能器的驱动轴的空驱动轴部分的拉线；图11A示出了按照本发明的一个实施例的图10的拉线处于折叠位置；以及图11B示出了按照本发明的一个实施例的图10的拉线处于非折叠位置。
发明的详细说明图1示出了按照本发明的一个实施例的用于提高太阳能电池组板的电力输出的系统11。太阳能电池组板10连接到聚能器12上。太阳能电池组板10包括传统的响应太阳能的太阳能电池，其用于将输入太阳能转换成电能。太阳能电池组板10可电连接到如太空船等物体上，以为该物体提供一定电压和电流的电能。聚能器12反射太阳能到太阳能电池组板10上。这种反射提供更多的太阳能给太阳能电池组板10，因此提高自太阳能电池组板10的电力输出。聚能器12铰链到太阳能电池组板10上并通过连接到驱动轴的步进式驱动马达24可调节，该驱动轴在太阳能电池组板10和聚能器12之间形成铰链元件。采用可调节聚能器12允许聚能器为可移动的或固定的以使反射到太阳能电池组板10上的太阳能量最佳。另外，可调节聚能器可减少太阳能电池组板的遮盖，该遮盖由于固定的太阳能电池组板/聚能器装置而出现。
图2A到2C为图1的系统的侧视图，其中聚能器12定位在不同的角度以反射太阳能16到太阳能电池组板10上。如图所示，聚能器12依据自接收太阳能16的方向相对太阳能电池组板10可调节。因此，聚能器12基于太阳能电池组板10相对太阳的位置可调节。
图3示出了一种系统，其包括通过具有驱动轴20的驱动轴装置18连接到聚能器12上的太阳能电池组板10。当连接到驱动轴20的马达(未示出)旋转驱动轴时，聚能器12和太阳能组板10之间的角度将改变，因此允许太阳能反射到太阳能电池组板10上。马达逆着弹簧22驱动驱动轴20。
图4示出了图3的弹簧22处于中间松弛位置。当弹簧22处于这种中间位置时，聚能器12相对太阳能电池组板10的角度为180°，或与太阳能电池组板10成直线。在这种位置上，没有太阳能反射到太阳能电池组板10上，聚能器12将不遮盖太阳能电池组板10。逆着弹簧22旋转驱动轴20有利于减弱振动，该振动在工作过程中出现在聚能器12中。
当马达驱动驱动轴20超过上述的180°位置时，驱动力将抵抗弹簧的拉伸。如果马达故障，弹簧22将返回到中间位置，这样使得聚能器12与太阳能电池组板10成直线。该中间位置保证了不覆盖或遮盖太阳能电池组板10，阻止了系统异常的情况下自太阳能电池组板10的全电力输出。
弹簧22也可用作某些应用中将聚能器12从装载位置展开，诸如当聚能器连接到太空船的太阳能电池组板10上时，如后面所述。当处于装载位置时聚能器12可后折叠到太阳能电池组板10的后面，且基于太阳能电池组板10的展开，弹簧22可展开到中间位置，因此将聚能器12旋转到上述的180°。
图5是示出了连接到用作铰链因此确保聚能器12相对太阳能电池组板10的旋转的驱动轴20上的定位马达24的框图。当定位马达24旋转轴20时，聚能器12和太阳能电池组板10之间的角度改变，使得太阳能从聚能器12反射到太阳能电池组板10上。马达24由自动控制系统控制。例如，计算机基于太阳能电池组板10和太阳的位置确定聚能器12相对太阳能电池组板10的最佳位置。计算机输出指示信号以控制马达24使得马达24旋转聚能器12到由输入到计算机的确定的最佳位置。在特定实施例中，太阳能电池组板10连接到太空船上，计算机可机载在太空船上。
如上所述，在本发明的特定实施例中，为了提供从太阳能产生的电力给太空船，这里所述的聚能器和太阳能电池组板连接到太空船上。在这种情况下，太空船的导航系统可基于太空船的移动和方向调节相对于太阳能电池组板的角度以最佳接收和反射太阳能到太阳能电池组板上。当前，同样的系统可用于飞行过程中太阳能电池组驱动装置的调节。
当太空船沿地球作圆周运动(或行驶在其它轨道)时，太空船相对太阳的角度不断改变。太空船的机载计算机读出从机载回转仪的改变的速度，产生合适的信号给旋转驱动轴20的马达24。马达24旋转驱动轴20以相对太阳能电池组板10移动聚能器12，因此使反射到太阳能电池组板的太阳能量最佳。
这里描述的某些实施例包括为了改变聚能器相对于太阳能电池组板的位置而旋转驱动轴的马达，应该知道的是改变聚能器位置的其他方法可用在其他实施例中。另外，其他实施例可包括除了这里描述的以提供聚能器的展开的弹簧以外的方法。
图6是示出了具有主体30的太空船28的框图。太空船28包括在某个装载，发射位置折叠的太阳能电池组板10。为了保存空间和避免如果聚能器12不正确展开而进行太阳能电池组板10的遮盖，聚能器12折叠在太阳能电池组板12之后。如图所示，太空船28设置在助推器上，整流片或罩设置在其上用于发射过程中保护。一旦太空船发射且到达预定高度，投弃整流片。随后在飞行过程中，太空船28从助推器脱离，太阳能电池组板展开。
图7示出了具有太阳能电池组板10在展开位置的太空船28。聚能器12也示为用于太阳能反射到太阳能电池组板10上的展开位置。图7中的聚能器12的所示位置与图2A所示的聚能器12的位置相同。一旦太阳能电池组板10展开，自太空船28的记载计算机的信号释放，展开聚能器12。马达24和弹簧22(上面已经示出和说明)将是驱动轴20旋转并将聚能器12展开到工作位置用于反射太阳能到太阳能电池组板10上。聚能器12还可基于太阳能电池组板10和太阳的相对位置进行调节。
图8示出了具有主体42的太空船40，该主体42具有为发射在装载位置折叠的太阳能电池组板10。通过采用铰链和弹簧的连接，太阳能电池组板10可进行折叠，因此减少太空船40的助推器上需要的速度。聚能器12可通过折叠驱动轴连接到太阳能电池组板10上，该折叠驱动轴起到如下面将要描述的旋转聚能器的作用。
图9示出了显示在面板从图8所示的它们的装载位置展开的过程太阳能电池组板10的位置的太空船40。一旦太阳能电池组板10完全展开(在如图7所示的近似垂直于主体的位置)并朝向太阳，聚能器12可展开。聚能器12的这种展开作为由针对图3和图4的上述弹簧在它们移动到中间位置时所施加的旋转力的结果出现。然后激励马达24旋转驱动轴20(见图5)，将聚能器12相对太阳能电池组板10进行铰链，使得聚能器可旋转到合适的位置以反射太阳能到太阳能电池组板。
为了将图8和9所示的实施例中所述的图1的太阳能电池组板1进行折叠，驱动轴20也进行折叠，该驱动轴将聚能器12铰链到太阳能电池组板10上并采用马达24(图5所示)将聚能器12相对于太阳能电池组板10进行旋转。该可折叠驱动轴包括具有空驱动轴部分，拉线穿过该部分。图10示出了具有花键部分50的空驱动轴55，该花键部分50具有穿过该部分的拉线52。驱动轴不分50包括啮合相邻部分50的配合端部以形成连续驱动轴的花键端53，该连续驱动轴铰链太阳能电池组板10和聚能器12。
图11A和11B示出了驱动轴55的操作。图11A示出了驱动轴55处于折叠位置。将拉线52穿线通过空驱动轴部分50，如图10所示。参考图1，每个驱动轴部分50将聚能器12铰链到相应的太阳能电池组板10上。拉线52在空驱动轴部分50之间是可视的。如图所示，在拉线52中提供有效的松弛，并在每个驱动轴50之间提供一些空隙，以确保拉线不拉紧直到太阳能电池组板10开始不折叠。马达24连接到驱动轴55的端部。马达24包括用于拉紧拉线52以使驱动轴部分50一起形成统一驱动轴55的拉线机构61。
图11B示出了在不折叠以形成旋转轴的驱动轴55。在操作过程中，当太阳能电池组板10不进行折叠时(如图9所示)，驱动轴部分啮合相邻部分以形成驱动轴55，因此使聚能器能旋转到用于反射太阳能的预定位置。驱动轴55连接到太阳能电池组板和聚能器上(如关于驱动轴20，聚能器12和太阳能电池组板10的图5所示)。当包括驱动轴部分50和拉线52的驱动轴55不进行折叠时，拉线机构61操作以拉引拉线52从端部变紧，使得驱动轴部分50通过相邻花键端部的啮合合适的锁定。因此，驱动轴55成为铰链地连接太阳能电池组板和聚能器的刚性轴。拉线机构61包括实现该功能的电线拉伸装置。这种电线拉伸装置通过机构的任一部件实现，如通过绕线管上所附的盘簧，当释放时，提供拉伸动力以拉伸电线52。
示出了两个马达24(驱动轴55的每一端一个)使得如果一个马达24故障，还有一附加马达以拉伸拉线52并旋转聚能器。马达24构造成将马达连接到驱动轴55的螺线管装置。因此，如果动力或计算机故障，马达24将从驱动轴55脱离，且聚能器移动到故障安全位置以便不遮盖太阳能电池组板。
当马达24不启动，并且拉线52保持驱动轴部分50一起成为连续部分驱动轴时，如图3所示，弹簧22旋转驱动轴部分50以将聚能器定位为与太阳能电池组板呈直线。为了基于太阳相对于太阳能电池组板的位置将聚能器定位到最佳光反射位置，激励马达相对弹簧22驱动，如上所述。当旋转驱动轴部分50时，聚能器和太阳能电池组板之间的角度改变，因此使反射的光集中在太阳能电池组板上。这种角度的改变的实施例已在图2A，2B和2C示出。在优选实施例中，聚能器动作的范围可从直线位置即与太阳能电池组板在一条线上到接近150度。
上述的本发明的优选实施例提供了将太阳能反射到太阳能电池组板的聚能器的旋转。为了基于太阳相对聚能器和太阳能电池组板的位置最佳反射太阳能，聚能器可调节。当聚能器进行调节时，太阳能电池组板保持固定。相对聚能器驱动太阳能电池组板是有利的变形，这是由于用于太阳能电池组板的成本高和复杂驱动可避免。另外，这里所述的用于调节聚能器的机构比定位太阳能电池组板的机构轻，因此在使用这些机构的应用，如太空船应用中，节省重量并增加了可操作性。另外，当这里所述的优选实施例讨论可调节聚能器的使用时，该聚能器可旋转连接到太阳能电池组板以用于太空船应用中，应该知道可旋转连接到太阳能电池组板上的可调节聚能器也可用于其他应用中。例如，这种可调节聚能器用在不同的其他的应用中，其中接收太阳能用于转换为电力，如在太阳能电力汽车中。
尽管本发明已经详细描述，对本领域的技术人员来说可进行不同的改变和变形。其旨在说明本发明包括落在所附权利要求范围内的这种改变和变形。
权利要求
1.一种太阳能电池组聚能器装置，包括构造成接收太阳能的第一太阳能电池组板；连接到第一太阳能电池组板的第一可调节聚能器，该第一可调节聚能器将太阳能反射到第一太阳能电池组板；以及连接到第一可调节聚能器的第一驱动轴，该第一驱动轴构造成相对第一太阳能电池组板旋转该第一可调节聚能器以使反射到第一太阳能电池组板的太阳能最大。
2.如权利要求1所述的太阳能电池组聚能器装置，还包括连接到第一驱动轴的定位马达，以调节第一聚能器相对第一太阳能电池组板的位置，从而使反射到第一太阳能电池组板太阳能的量最多。
3.如权利要求1所述的太阳能电池组聚能器装置，还包括可折叠连接到第一太阳能电池组板的第二太阳能电池组板；连接到第二太阳能电池组板的第二可调节聚能器，该第二可调节聚能器将太阳能反射到第二太阳能电池组板；连接到第二可调节聚能器的第二驱动轴，该第二驱动轴构造成相对第二太阳能电池组板旋转该第二可调节聚能器以使反射到第二太阳能电池组板的太阳能最多；以及连接到第一和第二驱动轴的拉伸机构，以啮合第一驱动轴和第二驱动轴而在第一和第二太阳能电池组板之间形成连续驱动轴和铰链。
4.如权利要求3所述的太阳能电池组聚能器装置，其中第一和第二驱动轴包括花键端部；以及该拉伸机构包括拉线，当拉紧该拉线时导致第一驱动轴的一个端部的花键啮合第二驱动轴的一个端部的花键，从而在第一和第二太阳能电池组板之间形成连续的驱动轴和铰链。
5.如权利要求4所述的太阳能电池组聚能器装置，其中拉线延伸通过第一和第二驱动轴以拉伸第一和第二驱动轴的花键进入啮合状态，从而在第一和第二太阳能电池组板之间形成连续的驱动轴和铰链。
6.如权利要求3所述的太阳能电池组聚能器装置，还包括连接到第一和第二太阳能电池组板之间的连续驱动轴和铰链上的定位马达，以调节第一和第二聚能器相对第一和第二太阳能电池组板的位置，从而使反射到第一和第二太阳能面板的太阳能的量最多。
7.如权利要求1所述的太阳能电池组聚能器装置，还包括连接到第一太阳能电池组板的太空船主体。
8.一种太阳能电池组聚能器装置，包括构造成接收太阳能的第一太阳能电池组板；连接到第一太阳能电池组板的第一可调节聚能器，该第一可调节聚能器将太阳能反射到第一太阳能电池组板；以及连接到第一可调节聚能器的第一驱动轴部分，该第一驱动轴部分构造成相对第一太阳能电池组板旋转该第一可调节聚能器以使反射到第一太阳能电池组板的太阳能最多。
9.如权利要求8所述的太阳能电池组聚能器装置，还包括连接到第一驱动轴部分的定位马达，以调节第一聚能器相对第一太阳能电池组板的位置，从而使反射到第一太阳能电池组板的太阳能的量最多。
10.如权利要求8所述的太阳能电池组聚能器装置，还包括构造成接收太阳能的第二太阳能电池组板，该第二太阳能电池组板可折叠连接到第一太阳能电池组板上；连接到第二太阳能电池组板的第二可调节聚能器，该第二可调节聚能器构造成向第二太阳能电池组板反射太阳能；连接到第二可调节聚能器的第二驱动轴部分，该第二驱动轴部分构造成相对第二太阳能电池组板旋转该第二可调节聚能器以使反射到第二太阳能电池组板的太阳能最多；以及连接到第一和第二驱动轴部分的拉伸机构，以啮合第一驱动轴部分和第二驱动轴部分而在第一和第二太阳能电池组板之间形成连续驱动轴和铰链。
11.如权利要求10的太阳能电池组聚能器装置，其中第一和第二驱动轴部分包括花键端部；以及该拉伸机构包括拉线，当拉紧该拉线时导致第一驱动轴部分的一个端部的花键啮合第二驱动轴的一个端部的花键，从而在第一和第二太阳能电池组板之间形成连续的驱动轴和铰链。
12.如权利要求11的太阳能电池组聚能器装置，其中拉线延伸通过第一和第二驱动轴部分以拉伸第一和第二驱动轴部分的花键进入啮合状态，从而在第一和第二太阳能电池组板之间形成连续的驱动轴和铰链。
13.如权利要求10的太阳能电池组聚能器装置，还包括连接到连续驱动轴和铰链上的定位马达，以调节第一和第二聚能器相对第一和第二太阳能电池组板的位置，从而使反射到第一和第二太阳能面板的太阳能的量最多。
14.一种用于将太阳能聚集到太阳能电池组板的方法，包括在第一可调节聚能器上接收太阳能；反射所接收的太阳能到第一太阳能电池组板上；旋转连接第一可调节聚能器到第一太阳能电池组板上；以及相对第一太阳能电池组板旋转第一可调节聚能器以使反射到第一太阳能电池组板的太阳能最多。
15.如权利要求14所述的方法，其中相对第一太阳能电池组板旋转第一可调节聚能器包括激励定位马达。
16.如权利要求14所述的方法，还包括在第二可调节聚能器上接收太阳能；反射所接收的太阳能到第二太阳能电池组板上；旋转连接第二可调节聚能器到第一太阳能电池组板上；以及相对第二太阳能电池组板旋转第二可调节聚能器以使反射到第二太阳能电池组板的太阳能最多。
17.如权利要求16所述的方法，其中旋转连接第一可调节聚能器和旋转连接第二可调节聚能器包括通过连接到第一和第二驱动轴部分的拉伸机构啮合第一驱动轴部分和第二驱动轴部分以在第一和第二太阳能电池组板之间形成连续的驱动轴和铰链。
18.如权利要求17所述的方法，其中通过拉伸机构啮合第一驱动轴部分和第二驱动轴部分包括通过拉线啮合第一驱动轴部分的一个端部的花键和第二驱动轴部分的一个端部的花键以在第一和第二电池组板之间形成连续的驱动轴和铰链。
19.如权利要求18所述的方法，其中通过拉线啮合第一驱动轴部分的一个端部的花键和第二驱动轴部分的一个端部的花键包括拉紧该拉线以拉伸第一和第二驱动轴部分的花键进入啮合状态。
20.如权利要求16所述的方法，其中相对第一太阳能电池组板旋转第一可调节聚能器及相对第二太阳能电池组板旋转第二可调节聚能器包括激励定位马达。
全文摘要
一种太阳能电池组聚能器装置，包括构造成接收太阳能的第一太阳能电池组板及连接到第一太阳能电池组板的第一可调节聚能器。该第一可调节聚能器将太阳能反射到第一太阳能电池组板。第一驱动轴连接到第一可调节聚能器上。该第一驱动轴构造成相对第一太阳能电池组板旋转第一可调节聚能器，以使反射到第一太阳能电池组板的太阳能最多。
文档编号F24J2/00GK1555582SQ02817974
公开日2004年12月15日 申请日期2002年9月23日 优先权日2001年9月21日
发明者G·G·笛尔, G G 笛尔 申请人:雷西昂公司