CN100585296C - 自主式日光反射装置和控制该装置的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种带有独立自主控制功能，无需由计算机或类似设备作复杂控制的自主式日光反射装置(1)。日光反射装置包括目标传感器(19)，用于控制将从反射镜元件(5)反射的光线(R)指向目标传感器(19)，和搜索传感器(12)，用于捕捉太阳光(S)以引导从反射镜元件反射的光线到目标传感器上，从而通过目标传感器自主启动控制。

Description

自主式日光反射装置和控制该装置的方法

技术领域

本发明涉及一种无需计算机精密控制而能够跟踪太阳，将太阳光会聚到一个预定区域的自主式日光反射装置和控制该装置的方法。

背景技术

为了有效利用太阳能，一种已知的方案采用安装很多日光反射装置反射并在跟踪太阳的同时将日光会聚到一个预定的区域。反射装置有一个随着太阳的移动而转动的反射镜，用这个反射镜将太阳光收集到热转换装置中，比如说太阳光被转换成用于发电的热能。将太阳光的热能加到煤炭和天然气中，在不发出二氧化碳的情况下产生燃料酒精的方案也已经被研究。

发明内容

在这样的常规的日光反射装置中，需要分别控制多个安装的日光反射装置的反射镜的转动以和太阳的运动一致，这就需要一个大计算机，而且在费用上也比较多。为了控制经常在如沙漠之类的场地上使用的日光反射装置，采用一台大计算机，就需要保护计算机免受外界因素比如说热，沙尘等影响的措施，就使得用于这个目的的费用增加。而且，在多个日光反射装置统一由一个大计算机控制的系统中，如果系统瘫痪，所有的日光反射装置被停止，在可靠性方面不好。

本发明针对现有技术的这些问题，涉及带有各自独立的自主控制功能的自主式日光反射装置，消除了由计算机或类似设备复杂控制的需要。

根据本发明的第一技术方面，提供了一个自主式日光反射装置，包括：带有至少一个反射镜的反射镜元件，该反射镜元件以可倾斜的方式安装在日光反射装置支座上；不可移动地固定在一个不是反射镜元件的区域的目标传感器，目标传感器带有用于探测由部分反射镜元件反射的太阳光在第一方向的位移和与反射太阳光的第一方向交叉的第二方向上的位移的光电传感器；用来探测和周日运动相关的方向的太阳光的位移的搜索传感器，该搜索传感器和反射镜元件在和太阳周日运动相关的方向上一起转动，搜索传感器能转动的范围是反射镜元件转动范围的两倍；用于根据搜索传感器的探测结果控制反射镜元件的方向，使得被部分反射镜元件反射的太阳光被目标传感器探测到，以及控制反射镜元件的方向使得被目标传感器探测到的反射太阳光保持一个预定的位移的控制器和根据控制器的指示驱动反射镜元件的驱动装置。根据本发明的第二技术方面，自主式日光反射装置进一步包括：安装在日光反射装置支座上的赤经驱动器，赤经驱动器被用于控制反射镜元件在和太阳周日运动相关的方向上的转动；和赤经驱动器相连的赤纬驱动器，赤纬驱动器被用于控制反射镜元件在太阳季节性运动相关的方向上的转动；其中，赤经驱动器和赤纬驱动器根据控制器的指示驱动反射镜元件。

根据本发明的第三技术方面，自主式日光反射装置的特点是：赤经驱动器包括用于给反射镜元件施加第一转矩的第一驱动器，第一驱动器被固定在日光反射装置的支座上，以及连接第一驱动器和赤纬驱动器的减速装置，减速装置可转动地安装在日光反射装置支座上，并且能够施加用于精密转动的第二转矩；控制器控制用于使反射镜元件在赤经方向倾斜直到搜索传感器捕捉到太阳的第一转矩，并且控制用于控制反射镜元件的方向使得反射的太阳光保持预定的位移动第二转矩，或选择性地控制反射镜元件的方向，使得它保持和太阳的周日运动相对应的预定转速。根据本发明的第四技术方面，提供了一种控制反射镜元件在预定的方向上反射太阳光的控制自主式日光反射装置的方法，该方法包括以下步骤：利用和反射镜元件在和太阳周日运动相关的方向上一起转动的搜索传感器探测和太阳光周日运动相关的方向上的转动角度，使反射镜在该方向上倾斜太阳光转动角度二分之一的角度，使得被反射镜反射的太阳光接近预定方向的第一操作；反复探测反射的太阳光偏离预定方向的位移以倾斜反射镜元件使得反射的太阳光被指向预定方向的第二操作。

根据本发明的第五技术方面，自主式日光反射装置的控制方法在第二操作中有这样的特点，当反射的太阳光的光量减小到一个预定值时，反射镜元件根据太阳的周日运动的计算被倾斜。

附图说明

图1是根据本发明的第一实施例的日光反射装置的总体透视图；

图2是搜索传感器的透视图；

图3是在赤经方向搜索传感器的剖视图；

图4是在赤纬方向搜索传感器的剖视图；

图5是目标传感器的透视图；

图6是显示日光反射装置的控制框图；

图7显示搜索传感器和反射镜元件在赤经方向的转角；

图8显示反射镜元件在赤纬方向的转角；

图9是第一实施例的操作流程图；

图10是说明为将反射光线引入目标传感器，反射镜元件在赤经方向的转角的示意图；

图11是根据本发明的第二实施例的搜索传感器的透视图；

图12是根据本发明的第三实施例的日光反射装置的透视图；

图13是根据本发明的第四实施例的采用四单元光电传感器的目标传感器的透视图。

具体实施方式

下面将参考附图描述本发明的实施例。

图1到图10说明发明的第一实施例。图1显示该实施例的多个日光反射装置中的一个，该日光反射装置以包围图中未示出的热转换装置的方式安装。在该实施例中，日光反射装置1将以在北半球使用的情况来描述。当然，本发明也适于在南半球或赤道地区使用。

日光反射装置1的支撑(体)2被固定在地上。在如图所示的日光反射装置1中，支撑2的上部向南倾斜。在支撑2的上部，和地球的转动轴平行，并和与地面成一个固定角θ1的第一理论线L1一致的第一极轴K1被设置得可以绕第一理论线L1沿赤经方向A转动，并穿透支撑2。

U形臂3在第一极轴K1的南端被支撑在它的中心部分。具体的说，臂3是带有分叉的远端的叉形构件，可以沿着赤经方向A转动。在臂3的对端之间，由一个单个反射镜构成的反射镜元件5被支撑得可以通过赤纬轴4沿赤纬方向B转动。赤纬轴4的转动轴和第一理论线L1正交。

在臂3的一端，带有一个电机和减速机构的赤纬驱动器6被固定在那里。赤纬驱动器6的齿轮G1和设置在赤纬轴4一端的齿轮G2啮合，通过赤纬驱动器6产生的赤纬方向B的转矩来转动反射镜元件5。因此反射镜元件5通过极轴K1倾斜地被安装在日光反射装置1的支撑2上。

带有精密驱动器7和快速驱动器8的赤经驱动器9被设置在支撑2的上部。精密驱动器7包括第二电机和连接到电机的转子第二减速机构并且通过图中未示出的轴承可绕着理论线L3相对于支撑2沿″a″方向(参考图1)可转动地被支撑。一种情况是，精密驱动器7被固定在第二电机的定子上，其中齿轮G3形成在该定子的周围。齿轮G3和快速驱动器8的齿轮G4啮合。快速驱动器8包括第一电机和连接到该电机的转子的第一减速机构。由于快速驱动器8通过支撑托臂10和支撑2的相对位置固定，齿轮G4的转动可以导致精密驱动器7自身的转动。带有第二电机的精密驱动器7可以通过齿轮G5施加第二转矩(精密转动)给极轴K1，而且可以通过减速机构的减小快速驱动器8的转动速度的功能施加第一转矩(快速转动)给极轴K1，以用于对极轴K1的传动。

由于精密驱动器7有一固定在第二电机的定子的部分和一固定在转子的部分，两者都可以绕着理论线L3转动，不可能不用扭曲的接线来实现通过普通导线进行电源供应。精密驱动器7的电源供应是用一种已知的转动接触的形式来实现，比如说滑环来代替普通导线。

在快速驱动器8的远端的齿轮G4的转数是精密驱动器7的远端的齿轮G5的转数的大约6到10倍。如果在精密驱动器7的远端齿轮G5是在不旋转的状态，精密驱动器7整体上就由快速驱动器8来转动，使得在精密驱动器7的远端的齿轮G5被转动。如果精密驱动器7停止，第二电机和精密驱动器7中的齿轮G5之间的减速机构的转动阻力使得自精密驱动器7的远端的齿轮G5和精密驱动器7一起转动(而不是空转)。

在精密驱动器7的远端的齿轮G5和第一极轴K1上的齿轮G6啮合。由精密驱动器7产生的第二转矩可以直接导致G5转动，或者由快速驱动器8产生的第一转矩可以导致齿轮G5通过精密驱动器7转动。因此，第一极轴K1可以和臂3和反射镜元件5一起沿赤经方向A转动。快速驱动器8，精密驱动器7和齿轮G6构成反射镜元件5和臂3的驱动机构。

在支撑2的顶部，和第一理论线L1平行，和第二理论线L2一致的第二极轴K2被可转动地支撑。第二极轴K2也可以绕着第二线L2沿着赤经方向A转动，并且和第一极轴K1同步转动。齿轮G7和G8分别设置在第一极轴K1和第二极轴K2的北端。同步皮带11运行在齿轮G7和G8之间，同步皮带11将第一极轴K1的转矩传递给第二极轴K2，使第二极轴K2沿着和第一极轴一样的转动方向转动。在同步皮带11在其中运行的两个齿轮中，第二极轴K2的齿轮G8的齿数是第一极轴K1的齿轮G7的一半。因此第一极轴K1和第二极轴K2之间的转数比是1比2。

第二极轴K2的南端，用于跟踪太阳S的搜索传感器12被固定在那里(参见图2)。搜索传感器12在不透光盒13的上表面有狭缝窗14。在不透光盒13的内底部，设置了一个线性光电传感器。在不透光盒13的内表面，形成多个肋16以防止引入的太阳光S从内表面反射出去，并且还设置了图中未示出的减反射膜。因此，如图3所示，只有从窗14进来的直线移动并到达光电传感器15的太阳光S被光电传感器15所探测。狭缝窗14配置成，如图4所示，能够将太阳光S引入光电传感器15，即使入射的纬度随着太阳的季节性运动而改变。具体的说，窗14在赤纬方向有足够的长度，以将太阳光S引入到光电传感器15，以适应太阳的季节性运动。窗14在赤经方向上基本上相当于一个针孔，使得太阳每个季节的周日运动可以被光电探测器可靠的探测到。当反射镜元件5绕着赤经轴(极轴)K1转动的过程中，当太阳光S在光电传感器15的基本中心区域被探测到时，下面将描述的目标传感器19可以捕捉到反射的太阳光，精确地探测到位移，并且能够精确和快速的朝照明目标定位。

在支撑2的顶部，光通量传感器17设置在最顶端的位置。光通量传感器17测量太阳光S的通量。当测量到的通量等于或低于一个预定的值时，传感器17以信号的形式输出该信息。

在如图所示的日光反射装置1中，目标传感器19设置在由支撑2向南延伸的杆18的远端一个预定的高度上。目标传感器19用于探测反射光线R使由反射镜元件5反射的太阳光R向照明目标P定向。目标传感器19在其中引入了部分反射的太阳光R，因此探测反射的太阳光R的方向。目标传感器19不一定需要和日光反射装置1的照明目标P的方向完全一致。只需要将目标传感器19相对于日光反射装置的体(支撑)位置固定。也就是说，目标传感器19可以位于偏离照明目标P某个角度，因此可以避免部分干扰反射光使得反射光线到照明目标P的传输更加有效。除了固定在支撑2，目标传感器19还可以固定在地面或固定在照明目标P上，只要反射光线R可以被引到照明目标P。换句话说，目标传感器19相对于日光反射装置的照明目标P的位置固定。在权利要求中，目标传感器19被描述成不动地固定在不是反射镜元件的某个区域。在这个实施例中，反射镜元件5被描述成由单个反射镜构成。也可以相对于反射镜元件5固定另一个反射镜(未示出)专门用来将从反射镜反射的光线引到目标传感器19上。

目标传感器19包括主要用于探测太阳光R在赤经方向A的移动的赤经传感器20和主要用于探测太阳光R在赤纬方向B(参考图5)移动的赤纬探测器21。赤经探测器20在和赤经方向A交叉的方向上有一个狭缝窗22(在图5的垂直方向)，而且一个二单元光电传感器25设置在它的内底表面，并且在和赤经方向A(在图5中的水平方向)相对应的方向上分成相对的两个部分。赤经传感器20像搜索传感器12那样被不透光盒包围，并且和相似的肋和全反射膜一起设置在它的里面。赤纬传感器21基本有和赤经传感器20相同的结构，除了窗24和光电传感器25的方向和赤经传感器20相差90度。具体的说，赤纬传感器21在和赤纬方向B(在图5的水平方向)交叉的方向上有一个狭缝窗24，而且一个二单元光电传感器25设置在它的内底表面，并且在和赤纬方向B(在图5中的垂直方向)对应的方向上分开成相互相对的两部分。当通过窗22和24引入的光射在两个单元23和25的量相等时，目标传感器19中的光电传感器23和25为中性。偏离中性点的方向和量以控制信号的形式输出。

如图6所示，目标传感器19，搜索传感器12，光通量传感器17，赤经驱动器9和赤纬驱动器6分别连到控制器26上。根据目标探测器19的信号，搜索传感器器12和光通量传感器17，赤经驱动器9和赤纬驱动器6被控制。下面将在操作过程描述中描述控制。

如图7所示，搜索传感器12和反射镜元件5在赤经方向A的转动角度根据光学杠杆原理有大致二比一的关系，如上所述。为了方便描述，图7显示了太阳光S从反射镜元件5上的一点反射，法线在这一点上的角度变化组成反射镜元件5的转动角θ2，这个角度是搜索传感器12的转动角度θ3的一半(也就是说，太阳的周日运动的角度)。

在设置搜索传感器12和反射镜元件5方向的第一阶段，一旦反射镜元件5是如此设置，即使得当搜索传感器12在赤经方向A捕捉到太阳时，被反射镜元件5反射的太阳光在赤经方向A被引入到目标传感器19，不管太阳的位置如何，这样的关系就可以保持。也就是说，不管搜索传感器12和反射镜元件5以何种方式一起转动，当搜索传感器12捕捉到太阳，被反射镜元件5反射的光线R可以总是在赤经方向A上和目标传感器19一致。

而且，如图8所示，反射镜元件5在赤纬方向B的转动角度θ4根据光学杠杆原理是太阳在赤纬方向B的转动角度θ5的一半，这个在此就不再赘述。

现在，将参考图9，描述这个实施例中的自主式日光反射装置1的操作。描述讲基于这样的假设，在启动日光反射装置1之前，反射镜元件5朝着和目标传感器19在赤经方向A没有关系的一个方向，被反射元件5反射的光线R不是指向目标传感器19。

开始信号由手动或通过定时器发射给日光反射装置1。在发射开始信号时，首先，快速驱动器8开始操作，齿轮G6啮合齿轮G5通过精密驱动器7使第一极轴K1转动。如上所述，精密驱动器7的齿轮G5不是通过精密驱动器7中的第二电机转动，而是通过快速驱动器8带着精密驱动器7来转动。也就是说，由于精密驱动器7中的第二减速机构有一个大的转动阻力，第二电机没有被转动。精密驱动器7随着快速驱动器8一起转动。

当第一极轴K1转动，互锁在那里的反射镜元件5和搜索传感器12都沿赤经方向A转动。搜索传感器12，在这个实施例中，在一个范围内转动以覆盖太阳所有的周日运动范围。在转动过程中，搜索传感器12到达可以捕捉到太阳光S的位置。在这个位置，通过搜索传感器12的窗14进入的太阳光S射到内部的光电传感器15。当一个单光电传感器单元用于光电传感器15时，接收的光线强度最大的位置可以被探测到。搜索传感器12有一个不透光盒13使得只有通过窗14进入的太阳光S被引入到光电传感器15，阻挡外界的杂散光，用光电传感器15可靠地探测到太阳光S。

搜索传感器12在太阳捕捉位置停止反射镜元件5的转动。如上所述，当搜索传感器12捕捉到太阳光S，预先的设置使得从反射镜元件5反射的光线R的一部分在赤经方向A和目标传感器19一致。如果从反射镜元件5反射的光线R首先被指向如图10所示的偏离目标传感器19的一个点，反射光线R就在目标传感器19的附近，因为反射光线R和目标传感器19在赤经方向A上一致。根据搜索传感器12转动反射镜元件5可以由快速驱动器8迅速完成，使得从反射镜元件5反射的光线R可以在很短时间内在赤经方向A和目标传感器19一致。

然后，赤纬驱动器6被操作在赤纬方向B上转动反射镜元件5。由于搜索传感器12已经使反射镜元件5的反射的光线R和目标传感器19在赤经方向A上一致，当赤纬驱动器6在赤纬方向B上转动反射镜元件5时，反射光线R到达一个位置，在该位置反射光线R和目标传感器19在赤纬方向B上一致。也就是说，反射镜元件5在赤纬方向B上被转动直到赤纬传感器21探测到反射光线。结果，从反射镜元件5反射的光线R在赤经方向A和赤纬方向B上都和目标传感器19一致，并完全被指向目标传感器19。

当反射光线R被指向目标传感器19，目标传感器19上的赤经传感器20和赤纬传感器21的光电传感器23和25接收到光线，使得目标传感器19来控制反射镜元件5。在这种情况下，如果知道光电传感器单元23a和23b中的至少一个和光电传感器单元25a和25b中至少一个探测到反射光R，则光电传感器23和25就处于光接收状态。赤经传感器23和赤纬传感器21分别探测到反射光R的光学中心，量化地计算反射光线R在赤经方向A和赤纬方向B方向上的偏差和量，并且精确的控制反射镜元件5以进行校正。在反射光线射到二单元光电传感器23的接近中性点的位置的情况下，比如说，从一分为二的光电传感器23的两个光电传感器单元23a和23b的光接收信号不同的输出可以实现对反射光位移的高灵敏度的探测。对于二单元光电传感器25同样是如此。因此，一旦反射光线R被指向目标传感器19，这个状态就维持住了，即使太阳移动了也是如此。反射光线R可以连续地射到太阳光S的照明目标(比如说热转换设备)P上(参考图10)，这个目标在目标传感器19之前放置。

在目标传感器10启动控制度时刻，搜索传感器12作为引导反射光才能够反射镜元件5到目标传感器19的引导作用已完成。停止搜索传感器12的作用，而切换到只由目标控制器19来控制。

在目标传感器19的控制下，精密驱动器7和赤纬驱动器6被目标传感器19控制以精密转动。精密驱动器7和赤纬驱动器6可以以比目标传感器19所控制度速度更高的速度转动。在用目标传感器19进行反射光线R的跟踪控制的过程中，转动角可以精确地控制得和太阳的周日运动和季节变化一致。根据目标传感器19的探测信息进行控制的精密驱动器7的精密转动被称为″第一功能″。

精密驱动器7有一个独立于目标传感器19控制的″第二功能″。在目标传感器19控制的过程中，在目标传感器19控制用的所需要的太阳光S的量由于云或类似的原因不能得到的情况下，光通量传感器17探测这个状态，并将精密驱动器7转换到″第二功能″。

在第二功能，根据一个定时器(赤道控制)，反射镜元件5对应于太阳的周日运动自动以一个预定的速度转动。如果太阳光S被云或类似的物体所阻挡，反射镜元件5根据太阳周日运动的计算结果来控制，使得反射镜元件5自动连续地转动，就像被目标传感器19控制一样。结果，当天空晴朗了，太阳光S可以重新被目标传感器19追踪时，反射光线在目标传感器19的中性点的附近，能迅速回到第一功能。

即使在目标传感器19的控制下，在这个实施例中的日光反射装置1在需要维护或类似的原因时可以停止操作。当维护或类似的原因完成时，重启信号被发射，以使搜索传感器12重新定位太阳将反射光线R从反射镜元件5引到目标传感器19上，很容易地用上面所述的一样的方式重新开始控制。

如上所述，根据第一实施例，反射镜元件5可以用搜索传感器12进行方向控制，使得从反射镜元件5反射的光线R至少在太阳主要移动的赤经方向A上和目标传感器19一致。结合反射镜元件5在太阳少量运动的赤纬方向B上的移动，从反射镜元件5反射的光线R可以容易地被引向目标传感器19使得目标传感器19立刻开始控制。无需一个大的用于整体控制的计算机，每个日光反射装置利于搜索传感器12的导向功能来自动启动目标传感器19的控制，在费用上更有利。每个日光反射装置1有独立的自主控制系统。如果一些安装的日光反射装置失效，其他日光反射装置1不会被影响，可以继续光线收集操作，使得可靠性提高。

第二实施例

图11显示本发明的第二实施例。在第二实施例中，在搜索传感器27中的光电传感器28有一个一分为二的结构。这个类似于目标传感器19的分为二部分结构使得单个光电传感器可以通过组合从两个光电传感器单元的信号来探测太阳光S。光电探测器28的两个单元接收到等量的光线时探测到的中性点使得入射太阳光线S的光学中心的精确探测成为可能，使得搜索传感器27进行更加精密的探测。

第三实施例

图12显示本发明的第三实施例。在这个第三实施例中，反射镜元件29包括多个反射镜30和31。具体地说，反射镜元件29由传输反射光线到目标传感器32的圆形反射镜30和绕着圆形反射镜30的多个矩形反射镜31构成。在反射镜元件29的底部连接着能给日光反射装置33提供能源的太阳能电池板34。搜索传感器35和目标传感器32通过圆形反射镜30和周围反射镜31之间的空隙伸出。支撑反射镜元件29在赤经方向和赤纬方向可以转动的结构基本上和第一实施例中的相同。那就是说，在第一实施例中的反射镜元件5被分成用于目标传感器32的反射镜30和用于照明的反射镜31。和第一实施例中相同的元件用同样的数字表示，在这里将不再赘述。目标传感器32不需要放在连接反射镜元件29和照明目标P之间的连线上，只要当太阳光的反射光线以最佳状态照射到照明目标P时，进入目标传感器32的反射光线被引入到分裂传感器的中心部分。

根据第三实施例，太阳光的更多的一部分可以被反射。将反射镜元件29整体做成凹形或将反射镜31做成会聚的凹面镜使得光线收集更有效。反射镜元件29的转动和传感器控制所需要的功率可以由太阳能面板34提供。当有足够量的太阳光时，日光反射装置33的操作所需要的功率可以由太阳能面板34提供。将电能分配给日光反射装置33的设备可以被简化和省略，可以进一步减少开销。

第四实施例

在上面的描述中，目标传感器包括一对用于在交叉方向上探测太阳光R的移动的一分为二的光电传感器。也可以包括采用如图13所示的四单元光电传感器53作为单个的一分为四的光电传感器的目标传感器50。从图50可以看出，光电传感器53的四个部分配置成分别沿第一方向和第二方向排列的两组，该两组分别探测反射镜元件反射的太阳光在所述第一方向的位移和反射镜元件反射的太阳光在第二方向的位移。

目标传感器50，像图5中的目标传感器19一样，探测反射光线以将被反射元件5反射的光线R指向照明目标P。目标传感器50在那里引入部分反射光线R，以探测反射R的方向。目标传感器50有用于接收反射光线的单个开口窗52，并且将反射光传到带有四个独立的光电传感器单元53a到53d的光电传感器53的内底部。光电传感器53，像搜索传感器12一样，被一个设置有相似的肋和减反射膜的不透光盒53所包围。在这个实施例中目标传感器50的光电传感器53可以作为如图5所示的赤经传感器和赤纬传感器，这个将在下面描述。

来自光电传感器53的光电传感器单元53a，53b，53c和53d的探测信号被一个未示出的前置放大器放大。通过组合从四个光电传感器单元输出的信号，光电传感器单元53a到53d可以作为单个的光电传感器来探测反射光是否存在。为了将光电传感器53用于赤纬传感器，光电传感器单元53c和53d被作为如上所述的一分为二的光电传感器使用。为了将光电传感器53用于赤经传感器，光电传感器单元53a和53b将被作为如上所述的二单元光电传感器使用。四单元光电传感器53的使用可以探测反射光R偏离中性区域的二维位移。

由于从四单元光电传感器53的单元53a到53d的探测信号被独立的放大用于计算，在这个实施例中目标传感器50可以既作为赤经传感器又作为赤纬传感器，而且可以同时作为赤经传感器和赤纬传感器。

在上述的实施例中，目标传感器19，32或50被固定在支撑2上。目标传感器19，32或50还可以固定在地面或如上所述的其他地方。只要目标传感器19，32或50相对于反射镜元件5或29的位置固定，可以以任何方式固定。在这个实施例中，支撑2在它的上部倾斜，但它可以直立构造而第一极轴K1和第二极轴K2对其倾斜。也可以使用目标传感器19，32或50的光电传感器23，25或53作为光通量传感器，而不需要提供光通量传感器17，使得在目标传感器19，32和50的控制期间没有足够的反射光R到达光电传感器23，25或53时，自动转换精密驱动器7到第二功能。

本发明的效果

根据本发明，采用反射镜元件在和太阳的少量季节性运动相关的方向上的组合运动，从反射镜元件反射的光线可以很容易地被引导到目标传感器使得目标传感器立刻开始控制。不需要用于整体控制的大计算机，通过搜索传感器的导向功能，每个日光发射装置可以通过目标传感器自动开始控制，节约了费用。每个日光反射装置有独立的自主控制系统。如果一些安装的日光反射装置失效，其他的日光反射装置不会被影响，而且可以继续光线收集操作，使得可靠性提高。

反射镜元件在太阳周日运动的赤经方向和太阳季节性运动的赤纬方向可以转动。在由搜索传感器进行控制期间使得从反射镜元件反射的光线至少在赤经方向上和目标传感器一致时，只需要在赤经方向转动反射镜元件，使得控制简单易行。为了用地平经纬仪系统在和太阳周日运动相联系的方向上控制反射镜元件，反射镜元件必须在转动的方位角(水平)方向和高度(垂直)方向上被控制，使得控制非常麻烦。在说明书中所述的结构只需要赤经方向的转动，简化了控制。

反射镜元件的转动角是用于捕捉太阳的搜索传感器的转动角度一半，使得从反射镜元件反射的光线可以连续和恒定地在赤经方向同一方向上被反射。半角是反射镜元件在和反射镜元件垂直的平面内反射的太阳光时的比例。当太阳光的反射方向偏离平面以外(翘曲)，根据目标传感器相对于太阳光的位置，一半的比例会稍微变动。因此在本发明中定义″基本上1比2的比例″。在″基本上1比2的比例″下，在设置搜索传感器和反射镜元件的定向的第一阶段，一旦反射镜元件以下述的方式被设置好方向，即当搜索传感器在赤经方向捕捉到太阳时，反射镜元件在赤经方向上和目标传感器一致，这个关系就可以被维持。在搜索传感器捕捉到太阳后，反射的光线在赤经方向上总是和目标传感器一致。用反射传感器在赤纬方向上的组合转动，反射光线可以总是指向目标传感器而且被目标传感器接收用于启动控制。在启动目标传感器控制时，搜索传感器的将反射光线从反射镜元件导引到目标传感器的导引功能也就完成了。搜索传感器的功能就停止，转换成只由目标传感器控制。

直到搜索传感器捕捉到太阳，反射镜元件和互锁定搜索传感器被快速驱动以高速转动，使得从反射镜元件反射的光线可以在短时间内引入到目标传感器来快速启动目标传感器的对转动的控制。在启动目标传感器的控制时，精密驱动器执行第一功能根据来自目标传感器的控制信号精确控制反射镜元件使得它和太阳的移动一致。当需要的时候，精密驱动器被转换到第二功能来自动控制反射镜元件以相对于太阳(赤道控制)的周日运动的预定速度转动。

当太阳光的量减少时，精密驱动器的转动控制自动转换到第二功能。如果由目标传感器的控制期间太阳光被云或类似的物体阻挡时，反射镜元件可以自动继续转动好像被目标传感器控制一样。当太阳光回来后，精密驱动器可以回到第一功能，反射镜元件继续转动。

搜索传感器和目标传感器有被带有窗的不透光盒包围的光电传感器。只要通过窗入射的光线可以被引入到光电传感器上。外界的杂散光可以被阻挡使得光电传感器可以可靠地探测太阳光。

光电传感器的一分为二或一分为四的构型使得当两个分立的光电传感器接收到等量的光线时探测到一个中性点，使得探测更加精确。

不透光盒的窗有一个允许在季节性运动的过程中不同位置的太阳光被引入到光电传感器的长度，使得搜索传感器只需要固定在某个状态，而不需要构造得按季节运动方向转动。

进一步，根据本发明，反射镜元件的转动和传感器控制所需要的功率可以由太阳能电池面板提供。当得到足够量的太阳光时，日光反射装置本身的操作所需要的所有功率都可以由太阳能电池面板提供。给日光反射装置分配电能的设备可以简化或省略，使得这方面的费用降低。

虽然本发明是通过参考本发明的某些实施例来描述的，但本发明并不局限于上述这些实施例。本发明原理的启示下，对本领域的专业人士很容易做成对这些实施例的修改和变形。本申请要求申请日为2003年5月6日的专利号为2003-128243的35USC$119的日本专利申请的优先权的利益，该申请的所有内容附在这里作为参考。本发明的范围由权利要求所定义。

Claims (14)

1.一种自主式日光反射装置，其特征在于，包含：

带有至少一个反射镜的反射镜元件，所述反射镜元件以可倾斜的方式安装在日光反射装置的支座上；

不可移动地固定在一个不是反射镜元件的区域的目标传感器，该目标传感器带有用于探测部分由反射镜元件反射的太阳光在第一方向的位移和与反射太阳光的第一方向交叉的第二方向上的位移的光电传感器；

用来探测和周日运动相关的方向的太阳光的位移的搜索传感器，该搜索传感器和反射镜元件在和太阳周日运动相关的方向上一起转动，搜索传感器能转动的范围是反射镜元件转动范围的两倍；

用于根据搜索传感器的探测结果控制反射镜元件的方向，使得部分被反射镜元件反射的太阳光被目标传感器探测到，以及控制反射镜元件的方向使得被目标传感器探测到的反射太阳光保持一个预定的位移的控制器；和

根据控制器的指示驱动反射镜元件的驱动装置。

2.如权利要求1所述的自主式日光反射装置，其特征在于，所述驱动装置包括：

安装在日光反射装置支座上的赤经驱动器，所述赤经驱动器被用于控制反射镜元件在和太阳周日运动相关的方向上的转动；和

和赤经驱动器相连的赤纬驱动器，所述赤纬驱动器被用于控制反射镜元件在太阳季节性运动相关的方向上的转动。

3.如权利要求2所述的自主式日光反射装置，其特征在于，

所述反射镜元件可绕着第一极轴沿着和太阳周日运动相关的方向转动；

所述搜索传感器可绕着和第一极轴平行的第二极轴和反射镜元件一起转动；和

搜索传感器和反射镜元件预先设定得使得当搜索传感器在赤经方向捕捉到太阳时，反射镜元件反射的太阳光和目标传感器在赤经方向上一致。

4.如权利要求3所述的自主式日光反射装置，其特征在于，

控制器通过一个预定的启动信号或重启信号，控制反射镜元件的转动，使得搜索传感器可以转到在赤经方向捕捉到太阳的方向，并且反射镜元件可以转到在赤纬方向上和目标传感器一致的方向；和

当反射镜元件被定向在赤经方向和赤纬方向上与目标传感器一致，并且反射镜元件反射的光线被指向目标传感器时，搜索传感器的功能就停止，使得目标传感器控制反射镜元件。

5.如权利要求4所述的自主式日光反射装置，其特征在于，

赤经驱动器包括用于给反射镜元件施加第一转矩的第一驱动器，所述第一驱动器被固定在日光反射装置的支座上，以及连接第一驱动器和赤纬驱动器的之间的减速装置，所述减速装置可转动地安装在日光反射装置支座上，并且能够施加用于精密转动的第二转矩；

控制器控制用于使反射镜元件在赤经方向倾斜直到搜索传感器捕捉到太阳的第一转矩，并且控制用于控制反射镜元件的方向使得反射的太阳光保持预定的位移的第二转矩，或控制反射镜元件的方向，使得它保持和太阳的周日运动相对应的预定转速。

6.如权利要求5所述的自主式日光反射装置，其特征在于，进一步包括测量太阳光量的光通量传感器，其中，当光量减少到一个预定的值时，反射镜元件的方向被控制得保持预定的转速。

7.如权利要求1所述的自主式日光反射装置，其特征在于，所述搜索传感器包括带有用于引入太阳光的窗的不透光盒，和设置在不透光盒里用于探测太阳光的光电传感器。

8.如权利要求7所述的自主式日光反射装置，其特征在于，所述光电传感器有一分为二的构造，该一分为二的构造的两个部分沿和太阳光周日运动相对应的方向排列。

9.如权利要求7所述的自主式日光反射装置，其特征在于，不透光盒的窗在赤纬方向有足够的长度，以适应太阳的季节性运动，将太阳光引入到光电传感器。

10.如权利要求1所述的自主式日光反射装置，其特征在于，

目标传感器包括探测部分由反射镜元件反射的太阳光在所述第一方向的位移的第一光电传感器和探测部分由反射镜元件反射的太阳光在所述第二方向的位移的第二光电传感器；

第一光电传感器包括带有用于引入太阳光的窗的不透光盒，在不透光盒里有一分为二的第一光电传感器，其中该一分为二的第一光电传感器的两个部分沿所述第一方向排列；

第二光电传感器包括带有用于引入太阳光的窗的不透光盒，在不透光盒里，有一分为二的第二光电传感器，其中该一分为二的第二光电传感器的两个部分沿所述第二方向排列。

11.如权利要求1所述的自主式日光反射装置，其特征在于，

目标传感器包括带有用于引入太阳光的窗的不透光盒，在不透光盒里，有一分为四的光电传感器，其中该一分为四的光电传感器的四个部分配置成分别沿所述第一方向和所述第二方向排列的两组，该两组分别探测反射镜元件反射的太阳光在所述第一方向的位移和反射镜元件反射的太阳光在所述第二方向的位移。

12.如权利要求1所述的自主式日光反射装置，其特征在于，进一步包含能够提供控制反射镜元件所需要的功率的太阳能电池面板。

13.一种控制反射镜元件在预定的方向上反射太阳光的控制自主式日光反射装置的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

利用和反射镜元件在和太阳周日运动相关的方向上一起转动的搜索传感器探测太阳光的和周日运动相关的方向上的转动角度，使反射镜在该方向上倾斜太阳光转动角度二分之一的角度，使得被反射镜反射的太阳光接近预定方向的第一操作；

反复探测反射的太阳光偏离预定方向的位移以倾斜反射镜元件使得反射的太阳光被指向预定方向的第二操作。

14.如权利要求13所述的控制自主式日光反射装置的方法，其特征在于，

在第二操作中，当反射的太阳光的光量减小到一个预定的值时，反射镜元件根据太阳的周日运动的计算被倾斜。

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