专利名称：太阳能板控制结构及方法
技术领域：
本发明关于一种太阳能板控制结构和方法，特别是关于一种通过太阳轨迹数据计
算太阳位置，并将电机与编码器分离以精准控制太阳能板旋转角度，达到追踪太阳轨迹目 的的太阳能板控制结构和方法。
背景技术：
在科技进步的今日，人们生活水准提高，因此环境保护的问题益加受到重视，而对 于能源的使用，主要必须考虑其经济效益及公害防治为前提，尤其今日全球各地环保意识 逐日高涨，因此开发使用一项低污染、无公害、高经济效益的能源，以弥补传统能源的不足， 已是刻不容缓的事。然而，太阳光的入射角由于纬度或四季的变化，甚至一天内因时间不同 而有所差异，因此，最有效利用太阳能的方式是必须使太阳板的板面与太阳光束保持垂直 角度，请参阅图l，其显示传统太阳能发电装置利用光传感器来检测太阳光的角度，该支架 16为底圆盘式的结构设计，其中第一轴杆131用以控制太阳能板10呈垂直向角度的作动， 其第二轴杆132则用以控制太阳能板10呈水平角度的旋转作动，由光传感器11受光，传感 前后左右的光量差值，光传感器11产生的电压信号经运算后，送出控制信号启动电机141、 142运转，并通过传动链条151U52移动太阳能板IO，而整个动作会使光源与太阳能板10 板面垂直，而亮度传感器12会在傍晚阳光亮度过低时关闭电源。 但是利用光传感器追踪太阳位置，其追踪的精密度会受到气候及光传感器灵敏度 的影响，当气候不佳或光传感器被灰尘、鸟粪的物体遮蔽时，其追踪效率便会受到很大的影 响，使得太阳能板板面无法准确的面对太阳光源。
发明内容
本发明的目的在于提供一种太阳能板控制结构和方法，特别是有关于一种通过太 阳轨迹数据计算太阳位置，并将电机与编码器分离以精准控制太阳能板旋转角度，达到追 踪太阳轨迹目的的太阳能板控制结构和方法。 于是，为达到上述目的，依据本发明的太阳能板控制结构，用以控制一太阳能板， 该太阳能板控制结构包括一第一转轴、一第一编码器、一连杆、一第一电机及一控制器，该 第一转轴用以控制该太阳能板垂直向的旋转，该第一编码器设置于该第一转轴，用以读取 该太阳能板的一垂直向角度，该连杆连接该太阳能板的一端，该第一电机设置于该连杆，用 以驱动该连杆移动，使该连杆带动该太阳能板在垂直向旋转，该控制器分别连接该第一编 码器及该第一电机，用以根据该第一编码器所读取的该垂直向角度而控制该第一电机作动 或不作动。 其中该太阳能板控制结构还包括一第二转轴、一第二电机及一第二编码器，该第 二转轴用以控制该太阳能板水平向的旋转，该第二电机设置于该第二转轴上，用以驱动该 第二转轴，以带动该太阳能板在水平向旋转，该第二编码器优选为设置于该第二转轴，并连 接该第二电机，用以读取该太阳能板的一水平向角度或该第二电机的一旋转圈数。该控制器分别连接该第二编码器及该第二电机，用以根据该第二编码器所读取的该水平向角度或 该第二电机的该旋转圈数而控制该第二电机作动或不作动。 该控制器内设一太阳轨迹数据，该控制器根据该太阳轨迹数据产生该太阳能板的
一预设垂直向角度，并比对该预设垂直向角度及该第一编码器所读取的该垂直向角度，以
控制该第一电机作动或不作动，使连杆带动该太阳能板垂直向旋转至该预设垂直向角度。 此外，该控制器亦根据该太阳轨迹数据产生该太阳能板的一预设水平向角度，该
第二编码器可设置于第二转轴以读取太阳能板的水平向角度，或连接第二电机以读取第二
电机的旋转圈数。当第二编码器用以读取太阳能板的水平向角度时，控制器比对该预设水
平向角度及该第二编码器所读取的该水平向角度，以控制该第二电机作动或不作动，使该
太阳能板水平向旋转至该预设水平向角度；而当第二编码器用以读取第二电机的旋转圈数
时，控制器根据预设水平向角度，计算第二电机的一预设旋转圈数，并比对该预设旋转圈数
及该第二编码器所读取的该旋转圈数，以控制该第二电机作动或不作动，使该太阳能板水
平向旋转至该预设水平向角度。 该第一电机与该第一编码器优选为分离设置，该太阳能板控制结构还包括一光传 感器，用以在该太阳能板控制结构初始化时传感太阳位置，以提供该控制器作该太阳能板 基准点的定位。 该第一转轴及该第二转轴优选为分别具有一机构箱，分别连接该第一编码器及该 第二编码器，以增加该第一编码器及该第二编码器读取太阳能板的垂直或水平向角度的精 密度。 该第二转轴的机构箱优选为连接该第二电机，该太阳能板的旋转角度与该第二电 机的旋转圈数具有一比例关系，该比例关系优选为对应于该机构箱的加速或减速比。
该第一电机或该第二电机优选为一伺服电机、一步进电机、一交流电机或一直流 电机，该机构箱为多个齿轮所构成的齿轮组，优选为一加速机构箱或一减速机构箱，该太阳 能板控制结构包括一立柱型或一底圆盘型支架，用以承载该太阳能板，该第一编码器或该 第二编码器优选为一磁性编码器、一光学式编码器或一读取传感器(read sensor)。
依据本发明的太阳能板控制方法，其步骤包括提供一太阳能板，连接于一连杆的 一端；计算一太阳轨迹数据，产生该太阳能板的一预设垂直向角度；驱动一第一电机，使该 连杆移动，以带动该太阳能板垂直向旋转；通过一第一编码器读取该太阳能板的一垂直向 角度；以及比对该预设垂直向角度及该垂直向角度，当该预设垂直向角度等于该垂直向角 度时，使该第一电机不作动。 该连杆带动该太阳能板以一第一转轴为轴心垂直向旋转，该第一编码器优选为设 置于该第一转轴，该第一电机优选为设置于该连杆。 此外，一第二编码器可设置于一第二转轴以读取太阳能板的水平向角度，或连接 一第二电机以读取第二电机的旋转圈数。当第二编码器用以读取太阳能板的水平向角度 时，该太阳能板控制方法还进一步包括下列步骤计算该太阳轨迹数据，产生该太阳能板的 一预设水平向角度；驱动第二电机，带动该太阳能板水平向旋转；通过第二编码器读取该 太阳能板的一水平向角度；以及比对该预设水平向角度及该第二编码器所读取的该水平向 角度，当该预设水平向角度等于该水平向角度时，使该第二电机不作动。 而当第二编码器用以读取第二电机的旋转圈数时，该太阳能板控制方法还进一步
5包括下列步骤计算该太阳轨迹数据，产生该太阳能板的一预设水平向角度，并根据该预设 水平向角度，计算一第二电机的一预设旋转圈数；驱动一第二电机，带动该太阳能板水平向 旋转；通过一第二编码器读取该第二电机的该旋转圈数；以及比对该预设旋转圈数及该第 二编码器所读取的该旋转圈数，当该预设旋转圈数等于该旋转圈数时，使该第二电机不作 动。
图1显示传统技术以光传感器检测太阳光角度的太阳能发电装置的示意图2显示本发明的太阳能板控制结构的优选实施例的示意图3A和图3B显示本发明的太阳能板控制结构的优选实施例的方块图；以及图4A及图4B显示本发明的太阳能板控制方法的优选实施例的步骤流程图。主要元件符号说明10 :太阳能板11 :光传感器12 :亮度传感器131 :第一轴杆132 :第二轴杆141 、142 :电机151、 152 :传动链条16 :支架211 :第一转轴212 :第二转轴221 :第一编码器222 :第二编码器231 :第一电机232 :第二电机24 :连杆25 :控制器26 :太阳能板27 :光传感器28 :支架29 :机构箱31 :太阳轨迹数据321 :预设垂直向角度322:预设水平向角度33 :预设旋转圈数Al :垂直向角度A2 :水平向角度A3 :旋转圈数S41 S454 :步骤流程
具体实施例方式
以下将参照相关附图，以说明依据本发明的优选实施例，其中相同的元件将以相 同的参照符号加以说明。 请参阅图2，其显示本发明的太阳能板控制结构的优选实施例，光传感器27用以 在该太阳能板控制结构初始化时传感太阳位置，以提供该控制器25作该太阳能板26基准 点的定位，该第一转轴211用以控制该太阳能板26垂直向旋转v，该第一编码器221设置于 该第一转轴211，用以读取该太阳能板26的垂直向角度，该连杆24连接该太阳能板26的一 端，该第一电机231设置于该连杆24，用以驱动该连杆24移动，使该连杆24带动该太阳能 板26在垂直向旋转v，该控制器25分别连接该第一编码器221及该第一电机231，用以根 据该第一编码器221所读取的该垂直向角度而控制该第一电机231作动或不作动。
该第二转轴222用以控制该太阳能板水平向旋转h，该第二电机232设置于该第二 转轴212上，用以驱动该第二转轴212，以带动该太阳能板26在水平向旋转h，该第二编码
6器222优选为设置于该第二转轴212，并连接该第二电机232，用以读取该太阳能板26的水 平向角度或该第二电机232的旋转圈数。该控制器25分别连接该第二编码器222及该第 二电机232，用以根据该第二编码器222所读取的该水平向角度或该第二电机232的该旋转 圈数而控制该第二电机232作动或不作动。 该第二转轴212设置有一机构箱29，为多个齿轮所构成的齿轮组，该太阳能板26 的旋转角度与该第二电机232的旋转圈数具有一比例关系，该比例关系优选为对应于该机 构箱29的加速或减速比。该太阳能板控制结构另具有一立柱型支架28，用以承载该太阳能 板26。 请参阅图3A和图3B，其显示本发明的太阳能板控制结构的控制方块图，该控制器 25内设一太阳轨迹数据31，该控制器25根据该太阳轨迹数据31产生该太阳能板的一预设 垂直向角度321，并比对该预设垂直向角度321及该第一编码器221所读取的该垂直向角度 Al，以控制该第一电机231作动或不作动，使连杆24带动该太阳能板26垂直向旋转至该预 设垂直向角度321。 此外，该控制器25亦根据该太阳轨迹数据31产生该太阳能板26的一预设水平向 角度322，该第二编码器222可设置于第二转轴以读取太阳能板的水平向角度A2，或连接第 二电机以读取第二电机的旋转圈数A3。当第二编码器222用以读取太阳能板的水平向角 度A2时，控制器25比对该预设水平向角度322及该第二编码器222所读取的该水平向角 度A2，以控制该第二电机232作动或不作动，使该太阳能板26水平向旋转至该预设水平向 角度322，如图3A所示。 而当第二编码器222用以读取第二电机232的旋转圈数A3时，控制器25根据预 设水平向角度322，计算第二电机232的一预设旋转圈数33，并比对该预设旋转圈数33及 该第二编码器222所读取的该旋转圈数A3，以控制该第二电机232作动或不作动，使该太阳 能板26水平向旋转至该预设水平向角度322，如图3B所示。 该第一转轴及该第二转轴优选为分别具有一机构箱，分别连接该第一编码器及该
第二编码器，以增加该第一编码器及该第二编码器读取太阳能板的垂直或水平向角度的精
密度，该第一电机或该第二电机优选为伺服电机、步进电机、交流电机或直流电机，该第一
编码器或该第二编码器优选为磁性编码器、光学式编码器或读取传感器。 请参阅图4A和图4B，其显示本发明的太阳能板控制方法的优选实施例，其中第二
编码器可读取太阳能板的水平向角度或读取第二电机的旋转圈数，当第二编码器用以读取
太阳能板的水平向角度时，如图4A所示，其步骤包括 步骤S41 :提供一太阳能板，连接于一连杆的一端； 步骤S42 :计算一太阳轨迹数据，产生该太阳能板的一预设垂直向角度及一预设 水平向角度； 步骤S431 :驱动一第一电机，使该连杆移动，以带动该太阳能板垂直向旋转； 步骤S432 :通过一第一编码器读取该太阳能板的一垂直向角度； 步骤S433 :比对该预设垂直向角度及该第一编码器所读取的该垂直向角度，当该
预设垂直向角度等于该垂直向角度时，使该第一电机不作动； 步骤S441 :驱动该第二电机，带动该太阳能板水平向旋转； 步骤S442 :通过一第二编码器读取该太阳能板的一水平向角度；以及
步骤S443 :比对该预设水平向角度及该第二编码器所读取的该水平向角度，当该 预设水平向角度等于该水平向角度时，使该第二电机不作动。 而当第二编码器用以读取第二电机的旋转圈数时，如图4B所示，其与图4A的差异 在于步骤S451 S454，包括 步骤S451 :根据该预设水平向角度，计算一第二电机的一预设旋转圈数； 步骤S452 :驱动该第二电机，带动该太阳能板水平向旋转； 步骤S453 :通过一第二编码器读取该第二电机的该旋转圈数；以及 步骤S454 :比对该预设旋转圈数及该第二编码器所读取的该旋转圈数，当该预设
旋转圈数等于该旋转圈数时，使该第二电机不作动。 其中该连杆带动该太阳能板以第一转轴为轴心垂直向旋转，该第一编码器优选为 设置于该第一转轴上，该第一电机优选为设置于该连杆上。 综上所述，本发明的太阳能板控制结构通过太阳轨迹数据计算太阳位置，使太阳 能板不受气候或光传感器灵敏度的影响，在气候不佳或灰尘遮蔽的情况下，仍能精准的追 踪太阳位置，而发挥太阳能板的最佳效能。此外，本发明以连杆带动太阳能板在垂直向旋 转，并进一步将驱动连杆的电机与编码器分离，将编码器直接设置在太阳能板垂直向旋转 的转轴上，可减少组立公差及零件间设计间隙造成连杆带动太阳能板旋转角度不精确的问 题。 以上所述仅为举例性，而非为限制性。任何未脱离本发明的精神与范畴，而对其进 行的等效修改或变更，均应包括在本发明的范围中。
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权利要求
一种太阳能板控制结构，用以控制一太阳能板，该太阳能板控制结构包括一第一转轴，用以控制该太阳能板垂直向的旋转；一第一编码器，设置于该第一转轴，用以读取该太阳能板的一垂直向角度；一连杆，连接该太阳能板的一端；一第一电机，设置于该连杆，用以驱动该连杆移动，使该连杆带动该太阳能板在垂直向旋转；以及一控制器，分别连接该第一编码器及该第一电机，用以根据该第一编码器所读取的该垂直向角度而控制该第一电机作动或不作动。
2. 根据权利要求1所述的太阳能板控制结构，其中该控制器内设一太阳轨迹数据，该 控制器根据该太阳轨迹数据产生该太阳能板的一预设垂直向角度，并比对该预设垂直向角 度及该第一编码器所读取的该垂直向角度，以控制该第一电机作动或不作动，使连杆带动 该太阳能板垂直向旋转至该预设垂直向角度。
3. 根据权利要求1所述的太阳能板控制结构，其中该第一电机与该第一编码器为分离 设置。
4. 根据权利要求1所述的太阳能板控制结构，其还包括一光传感器，用以在该太阳能 板控制结构初始化时传感太阳位置，以提供该控制器作该太阳能板基准点的定位。
5. 根据权利要求1至4任一项所述的太阳能板控制结构，其还包括 一第二转轴，用以控制该太阳能板水平向的旋转；一第二电机，设置于该第二转轴，用以驱动该第二转轴，以带动该太阳能板在水平向旋 转；以及一第二编码器，用以读取该该太阳能板的一水平向角度或该第二电机的一旋转圈数。
6. 根据权利要求5所述的太阳能板控制结构，其中该控制器分别连接该第二编码器及 该第二电机，用以根据该第二编码器所读取的该太阳能板的该水平向角度或该第二电机的 该旋转圈数，控制该第二电机作动或不作动。
7. 根据权利要求6所述的太阳能板控制结构，其中该控制器根据该太阳轨迹数据产生 该太阳能板的一预设水平向角度，并比对该预设水平向角度及该第二编码器所读取的该水 平向角度，以控制该第二电机作动或不作动，使该太阳能板水平向旋转至该预设水平向角 度。
8. 根据权利要求5所述的太阳能板控制结构，其中该控制器根据该太阳轨迹数据产生 该太阳能板的一预设水平向角度，再根据该预设水平向角度，计算该第二电机的一预设旋 转圈数，并比对该预设旋转圈数及该第二编码器所读取的该旋转圈数，以控制该第二电机 作动或不作动，使该太阳能板水平向旋转至该预设水平向角度。
9. 根据权利要求5所述的太阳能板控制结构，其中该第一电机或该第二电机为一伺服 电机、步进电机、交流电机或直流电机，该第一编码器或该第二编码器为一磁性编码器、光 学式编码器或读取传感器。
10. 根据权利要求5所述的太阳能板控制结构，其还包括一机构箱，连接该第二电机， 该太阳能板的该水平向角度的变化与该第二电机的旋转圈数具有一比例关系，其比例对应 于该机构箱的加速或减速比。
11. 根据权利要求5所述的太阳能板控制结构，其还包括一机构箱，设置于该第一转轴或该第二转轴，连接该第一编码器或该第二编码器，以增加该第一编码器读取该太阳能 板的该垂直向角度的精密度，或增加该第二编码器读取该太阳能板的该水平向角度的精密 度。
12. 根据权利要求10-11任一项所述的太阳能板控制结构，其中该机构箱为一加速机 构箱或一减速机构箱，且该机构箱为多个齿轮所构成的齿轮组。
13. 根据权利要求5所述的太阳能板控制结构，其还包括一立柱型或一底圆盘型支架， 用以承载该太阳能板。
14. 一种太阳能板控制方法，包括 提供一太阳能板，连接于一连杆的一端；计算一太阳轨迹数据，产生该太阳能板的一预设垂直向角度； 驱动一第一电机，使该连杆移动，以带动该太阳能板垂直向旋转； 通过一第一编码器读取该太阳能板的一垂直向角度；以及比对该预设垂直向角度及该太阳能板的该垂直向角度，当该预设垂直向角度等于该垂 直向角度时，使该第一电机不作动。
15. 根据权利要求14所述的太阳能板控制方法，其中该连杆带动该太阳能板以一第一转轴为轴心垂直向旋转，该第一编码器设置于该第一转轴，该第一电机设置于该连杆。
16. 根据权利要求14所述的太阳能板控制方法，其步骤还包括计算该太阳轨迹数据，产生该太阳能板的一预设水平向角度，或根据该预设水平向角 度，计算一第二电机的一预设旋转圈数；驱动一第二电机，带动该太阳能板水平向旋转；通过一第二编码器读取该太阳能板的一水平向角度或该第二电机的一旋转圈数；以及 比对该预设水平向角度及该第二编码器所读取的该水平向角度，当该预设水平向角度 等于该水平向角度时，使该第二电机不作动，或是比对该预设旋转圈数及该第二编码器所 读取的该旋转圈数，当该预设旋转圈数等于该旋转圈数时，使该第二电机不作动。
17. 根据权利要求16所述的太阳能板控制方法，其中该第二电机带动该太阳能板以一第二转轴为轴心水平向旋转，该第二编码器设置于该第二转轴或连接该第二电机。
18. 根据权利要求14-17任一项所述的太阳能板控制方法，其还包括提供一光传感器，用以在初始化时传感太阳位置，以提供太阳能板基准点的定位。
19. 根据权利要求16所述的太阳能板控制方法，其还包括提供一机构箱，连接该第二 电机，该太阳能板的该水平向角度的变化与该第二电机的旋转圈数之间具有一比例关系， 其比例对应于该机构箱的加速或减速比。
20. 根据权利要求14或16所述的太阳能板控制方法，其还包括提供一机构箱，连接该 第一编码器或该第二编码器，以增加该第一编码器或该第二编码器读取该太阳能板的该垂 直向角度或该水平向角度的精密度。
全文摘要
本发明公开一种太阳能板控制结构及方法，该太阳能板控制结构包括一第一转轴、一第一编码器、一连杆、一第一电机及一控制器，该第一转轴用以控制该太阳能板垂直向的旋转，该第一编码器设置于该第一转轴，用以读取该第一转轴的一垂直向角度，该连杆连接该太阳能板的一端，该第一电机设置于该连杆，用以驱动该连杆移动，使该连杆带动该太阳能板在垂直向旋转，该控制器分别连接该第一编码器及该第一电机，用以根据该第一编码器所读取的该垂直向角度而控制该第一电机作动或不作动。
文档编号G05D3/12GK101788826SQ20091000297
公开日2010年7月28日 申请日期2009年1月23日 优先权日2009年1月23日
发明者张炫熙 申请人:台达电子工业股份有限公司