专利名称：全方位自动跟日机的制作方法
技术领域：
本发明属于一种在利用太阳能技术中承载采能器的全方位自动跟日装置。
太阳的视运动可分为两种分运动，其一是由于地球自转造成的周日视运动，即自东向西绕地轴作匀速园周运动，其二是由于地球绕太阳公转和地轴与公转面(黄道面)有一不变的夹角(66°33′)，使一年内太阳在天球子午面内以天赤道为中心的摆动一次。因此对太阳的全方位跟踪应该同时满足上述两种分运动。
在我国发明专利申请88102996.3和实用新型专利申请87209856中同时公开了一种弹簧自动跟日器。该跟日器的时角跟踪即日跟踪是用弹簧作为储能和动力元件，用时钟作为主控元件进行同步跟踪，而赤纬跟踪即年跟踪是采用手动调整蜗杆在蜗扇上的啮合位置来实现年跟踪，此跟日装置的缺点在于每日时角跟踪均需人工复位，同时赤纬跟踪也是人工跟踪、精度不高。
本发明的目的在于公开一种能满足太阳视运动规律的模拟系统，同时公开根据该模拟系统设计的能对太阳全方位跟踪的跟日机。
本发明的技术方案如下太阳的周年视运动规律，可用关系式Sinβ＝Sinθ·Sinα表示(证明从略)，式中β为日地连线(即太阳射向地球的光线)与天赤道面的夹角。θ是黄赤交角为一定值23°27′，α为日地连线与太阳和秋分点连线的夹角(即地日连线与地球和春分点连线的夹角)。
以上规律，可用
图1所示的太阳视运动规律模拟图来表示，图中，Aβ⊥EE′园O和EE′相切于B点，DD′⊥AB，∠ODO′＝φ＝23°27′，AD⊥DO′，弧DCD′为园O′上的半园弧，动点P在弧DCD′上，设PO和PA与AB的夹角分别为α和β，P点在弧DCD′上任一点时β和α都附合关系式，Sinβ＝Sinθ·Sinα(证明从略)。
根据以上关系式和模拟图，设计者提出用EE′作天轴，AB作天赤径，AP作黄径，即太阳射向地球的光线，动点P做成滑块置于园O的滑动槽口和AP的滑动叉中，并和称为黄径调整杆的拉杆O′P铰链，让整个机构以天轴为轴以24小时为周期做跟地球自转方向相反的匀速转动，并在一日中拨动园O转360°/365的角度，使动点P在弧CD、DC、CD′、D′C上以年为周期运动。这样，只要开始时将黄径对准太阳，在以后的运动中，黄径和太阳的光线就能始终保持平行，将受日器垂直装于黄径PA的A端处，就可使受日器始终正对太阳同步跟踪。
该模拟跟日机与现有技术相比具有以下优点，(1)跟日机原理符合太阳的视运动规律，跟踪精度很高;(2)独立机械跟踪适合于地球上任何纬度的地方。
以下结合附图给出的最佳实施例对该全方位自动跟日机作进一步详细说明。
图1为本发明的全方位自动跟日机的结构原理图。
图2为本发明的跟日机的自动控制电路图。
图3为拔齿轮与齿拔的示意图。
图4为年跟踪部件装配图。
图5为跟日机及太阳能热水器示意图。
参见附图，天轴26做成中空园管形，悬壁按装，其轴承架47铰支于支座10上，使天轴能在水平位置和竖直位置之间任一角度放置，以适应不同纬度的地方使用。天赤径29为构架式，垂直固定在天轴10上。如图4所示，有一带拨叉44的蜗轮28其中心轴固定在天赤经上，黄径30的一端与天赤径29的顶端铰接，另一端为音叉式45，由黄径调整杆27及滑块铰接于蜗轮的拨叉44内，使黄径30在蜗轮拨叉44及调整杆27的共同作用下，可在23°27′范围内左右摆动，调整杆27的另一端铰支在天赤经上固定。在天轴的中心空腔内有一蜗杆22，其上端由轴承固定在天轴26内，其下端通过齿轮及齿轮箱8与固定在天轴26上的拨齿轮6相齿接，该蜗杆22与蜗轮28相连接。该拨齿在齿拨阻碍下相对于天轴转动，从而带动齿轮箱8和蜗杆22转动。
带动天轴旋转的动力，本实施例采用重锤和单摆，如图1所示，在天轴的中下部有一蜗轮19，此蜗轮以天轴26为中心轴，与蜗杆20相齿接，蜗杆20的一端通过齿轮箱31与一带有重锤1的鼓轮46相齿接，蜗杆20的另一端通过一碟形弹簧和一逆止齿轮17及齿轮箱18与单摆定时机构15相齿接。齿轮箱31及鼓轮46又通过离合装置受电机40的控制。用重锤1作动力，单摆定时，齿轮箱减速使蜗杆20带动蜗轮19及天轴26以每小时15°的角速度匀速旋转，此时固定在天轴26上的天赤经29及黄径30及固定在黄径A端的受日器37等，均作匀速旋转，实现日跟踪。这里由于逆止齿轮17和蜗杆之间由碟形弹簧传递动力，因此外力使天轴快速正转或反转(较准复位)时单摆和定时齿轮箱不动。带动天轴旋转的动力还可以全部采用电动或弹簧、发条等。
天轴在日跟踪过程中，固定在天轴下端的拨齿轮6随天轴一起转动，在天轴的轴承座上还固定一个单向齿拨24，如图3所示，当拨齿轮6转到齿拨24的位置时，(太阳中天前后约两小时)，该齿拨对拨齿轮施加，一个阻力，此阻力使拨齿轮转过一个角度1/6周，该拨齿轮的转动又经固定在天轴下端的齿轮箱8传递带动蜗杆22转过一个角度，同时使日历盘7转过一日，蜗杆22带动蜗轮28转动360°/365，在蜗轮拨叉的拨动和黄径调整杆27的控制下，使黄径30转过一角，实现年跟踪或叫赤纬跟踪。
该单向齿拨可以由转向杆人工调整齿拨的阻力方向，调整时间在一年中的夏至和冬至日进行，在冬至-春分-夏至期间内(前半年)天轴由东向西转时单向齿拨的阻力工作，即拨动拨齿6转动并通过齿轮箱和蜗杆22蜗轮28使黄径偏转实现年跟踪;到夏至这天太阳达到北回归线上，这天调整单向齿拨的阻力方向，使齿拨在夏至-秋分-冬至期间的阻力方向与前半年相反，即天轴由东向西转时齿拨不对拨齿轮施加阻力，而每日天轴反向由西向东复位转动时该单向齿拨才对拨齿轮施加阻力，通过齿轮箱使蜗杆22带动蜗轮28反向转动，黄径也向回偏转跟随太阳到达南回归线，以此往复。
在年跟踪中为了平衡单向齿拨24对拨齿轮6的阻力，天轴26上还固定有一个和天轴一起转动的带有缺口的摩擦轮48，与摩擦轮摩擦连接的摩擦杆49固定在轴承座47上，当天轴转动时，该摩擦杆通过摩擦轮对天轴有一个摩擦阻力，当天轴上的拨齿轮6转到单向齿拨24的位置时，齿拨通过拨齿轮对天轴亦有一个阻力，此时，摩擦轮恰到缺口处与摩擦杆无摩擦，以此平衡摩擦阻力，使天轴受力均衡。
为了使跟踪起停自动化，本实施例还公开了一套自动控制系统，该系统由安装在跟日机上的触头和自控电路、电机等组成。
自控电路参见图2，图中虚线方框内的触头O1、O2，a、b、c的安装位置参见图1，a、b为条形静触头分别水平上固定在天轴轴承座47的两边，当天轴倾斜安装时，该条形静触头则水平弯曲一个弧度，环绕着天轴，使触头各处距天轴表面等距离，以便随天轴一起转动的动触头O1能与之接触。动触头O1是由拉杆固定，位于拉杆的下端，拉杆21另一端与拨叉23通过滑块铰接，该拨叉的一端固定铰接在天轴上，另一端与黄径调整杆27的尾端也通过滑块铰接，使在年跟踪过程中，黄径调整杆在运动时，其尾端拨动拨叉带动拉杆使触头，O1能在天轴上下移动一个位置，该位置使O1随天轴转到和条形静触头a或b接触时，黄径处水平状态，并指向日落或日出地平线的方向，以适应不同季节日跟踪的起停时间变化。C是固定在天轴上的一个固定触头，它和固定在大齿轮12上的动触头O2相接触时，跟日机就会起动运行。该大齿轮环接于天轴并通过小齿轮9独立由钟表带动，以每小时24小时为一周期匀速准确运行。
电机通过皮带36和皮带轮35传动，由蜗轮39、蜗杆34减速再通过离合爪和花键轴32与齿轮箱31相齿接，该齿轮箱同时连接着鼓轮46，鼓轮46上绕有绳索并牵挂着重锤1。
自动控制过程参见图2，起动前和停机时，离合瓜和蜗轮39咬合AC和13接触。合上闸刀HK，此时若C恰与准确运转中的O2接触，电路1-3-12-13-C-O2一地接通，时间继电器SJ2通电，触头JS2吸合，通过15-16使电路1-3-12-15-16-17-2接通，交流接触器JCF通电，主触头JCF吸合，电动机反转，同时辅助触头JCF吸合，15-16自锁，7-8接通，电磁铁MO2动作使AC离开13，使离合爪33与蜗轮39分离，重锤下落，经鼓轮46，动力齿轮箱蜗杆20，蜗轮19并由单摆定时，带动天轴以15°/小时的角速度跟地球自转方向相反的方向匀速旋转，实现起动和进行日跟踪。日跟踪准确时，C和O2相接触并同步运行。当C和O2不接触时，合上HK电动机不动，跟日机不起动，这时若C落后于O2，(观察太阳和黄径或受日器面可知)，按下QAF，电路路1-3-12-15-16-17-2接通，JCF通电，电动机反转带动天轴正转，这时7-8虽接通，但8-17不通，MO2不动作，离合瓜和蜗轮不分离，电机持续转动、天轴快速转动，使C赶上并和O2接触，这时离合瓜断开，重锤下落进入正常日跟踪，这时放开QAF。若C超前于Q2按下开关QAZ，电路1-3-4-9-10-11-17-2接通，JCZ通电，主触头JC2吸合，电动机正转，辅助触头吸合9-10自锁，7-8接通，b-6接通，MQ1动作使离合瓜和蜗轮咬合，电机带动天轴反转，转到使C和O2接触时为止。
当日跟踪到日落地平线时，O1与a接触，电路1-3-5-a-O一地接通，SJ11通电，触头SJ11吸合，电路1-3-4-9-10-11-17-2接通，接触器JC2通电，电动机正转，带动天轴反转倒回，(由于固定在轴承座上的齿拨为单向齿拨，因此，在前半年天轴反转时，单向齿拨不起作用;同理在后半年，天轴正转时单向齿拨不起作用。)倒回到O1和b接触时，电路1-3-6-b-O1一地接通，SJ2通电，触头SJ12断开，JC2断电，电动机停转，SJ12断电，这时由于离合瓜和蜗轮咬合，随天轴反转升起的重锤被制动。即夜间跟日机自动停机，此时黄径指向次日日出地平线的位置，天轴反转时，Q2和C分离继续运转，次日日出地平线时，Q2转到与C接触，SJZ通电，并通过JCF、MO2等动作使跟日机起动。
图中标号说明1、重锤 2、条形静触头a、b 3、触头座 4、触头O15、摇把 6、拨齿轮 7、日历盘 8、齿轮箱 9、小齿轮 10、支座 11、摆锤 12、大齿轮13、摆叉 14、摆轮 15、单摆定时机构 16、节摆件 17、逆止轮 18、齿轮箱 19、蜗轮 20、蜗杆 21、拉杆 22、蜗杆 23、拨叉 24、单向齿拨 26、天轴 27、黄径调整杆 28、蜗轮 29、天赤径 30、黄径 31、齿轮箱 32、花键轴 33、离合爪 34、蜗杆 35、皮带轮 36、皮带 37、受日器 38、园锥轴承 39、蜗轮 40、电动机 41、铰销轴 42、离合器拨叉AC 43、电磁铁 44、蜗轮28的拨叉 45、黄径音叉 46、鼓轮 47、天轴轴承架 48、摩擦轮 49、摩擦杆
权利要求
1.一种模拟太阳视运动规律的方法，含有一个模拟图和关系式，AB⊥EE′园O的中心O点位于AB上，并与EE′相切于B点，DD′过O点与AB垂直，设AB上有另一点O′满足∠ODO′=θ=23°27′，AD⊥DO′，DCD′为园O′上的半园弧，动点P在DCD′上，设∠PAO=β，∠POA=α，P点在DCD′上任一点时β和α都符合太阳周年视运动的规律，Sinβ=Sinθ·Sinα，式中β为日地连线(即太阳射向地球的光线)与天赤道面的夹角，θ为黄赤交角是一定值23°27′，α是日地连线与太阳和秋分点连线的夹角，其特征在于用EE′模拟天轴AB作天赤径，AP作黄径，动点P做成滑块置于园O的滑动槽和AP的滑动叉中，并与称为黄径调整杆的O′P铰链，让整个机构以天轴为轴以24小时为周期做跟地球自转方向相反的匀速转动，并在一日中拨动园O转360°/365的角度，这样，只要开始时，将黄径对准太阳，在以后的运转中，黄径和太阳的光线就能始终保持平行，将受日器垂直装于黄径PA的A端处，就能使受日器始终正对太阳同步跟踪。
2.根据权利要求1提出的模拟机构设计的全方位跟日机，其特征在于，天轴为中空园管形，其顶端的轴承架铰支与支座上，使天轴能在水平位置和竖直位置之间任一角度放置，天赤径为一构架式，垂直固定于天轴上，其A端可与黄径铰接，黄径的另一端为音叉式，在叉中放置有一滑块，有一带拨叉的蜗轮，其中心轴固定在天赤经的O点上，黄径调整杆的一端将滑块铰接在蜗轮的拨叉内，另一端铰支于天赤径上的O′点上，在天轴的中心空腔内有一蜗杆，其上端由轴承固定在天轴内，其下端通过齿轮及齿轮箱与固定在天轴上的拨齿轮相齿接，该蜗杆与带拨叉的蜗轮28相齿接，在天轴的轴承座上，固定有一单向齿拨，当拨齿轮随天轴转到该齿拨位置时，齿拨可以拨动拨齿轮转动一个方向，天轴由动力机构带动，可以每小时以15°的角速度匀速转动。
3.如权利要求2所述的全方位跟日机，其特征在于带动天轴的动力采用重锤为动力，单摆定时、蜗杆、蜗轮传动。
4.如权利要求2所述的全方位跟日机，其特征在于，在天轴的轴承座上水平固定有两个条形静触头a、b，该静触头与天轴表面等距离，在天轴上还有两个随天轴一起旋转的动触头O1和C，O1在随天轴转动时，可以触碰到条形静触头a或b，动触头C可以和固定在大齿轮上的动触头O2相触碰，该大齿轮环接于天轴上并独立时钟带动，以每24小时为一周期匀速运动。触头a、b、c、O1、O2均与一自动控制电路相电连接。
5.如权利要求3所述的全方位跟日机其特征在于，自动控制电路上的电机通过一花键轴与连接鼓轮的齿轮箱相齿接，该花键轴上有离合装置。
6.如权利要求3所述的全方位跟日机，其特征在于，动触头O1通过一拉杆固定在拔叉23上，该拔叉的一端铰接在天轴上，另一端叉铰接在黄经调整杆的尾端。
7.如权利要求所述的全方位跟日机，其特征在于在天轴上还接有一个带缺口的摩擦轮，其摩擦杆固定在天轴的轮承座上，当摩擦轮的缺口与摩擦杆无摩擦时，天轴上的拔齿轮正好与固定在轴承座上的齿拔相遇。
8.如权利要求2、3所述的全方位跟日机，其特征在于，固定在天轴上的齿轮箱，还带有一个日历盘。
全文摘要
一种模拟太阳视运动规律的方法和全方位跟日机，太阳的视运动规律满足关系式Sinβ＝Sinθ·Sinα。跟日机中有一个模拟天轴的中空圆管。其上垂直固定有天赤经和可在天赤经左右以年为周期在±23°27′范围内摆动的黄经，黄经与天赤经的夹角为β，用重锤作动力，单摆定时，使天轴以24小时为周期带动整个天赤经、黄经及固定在黄经上的采日器作日跟踪，在日跟踪过程中，天轴上有拨齿轮通过蜗轮杆传动每日拨动黄经摆一定角度，实现年跟踪或叫赤纬跟，该跟日机还有一套自动控制系统，可以日出起动，日落倒回。
文档编号F24J2/38GK1067726SQ9110954
公开日1993年1月6日 申请日期1991年10月7日 优先权日1991年10月7日
发明者周君胜 申请人:周君胜