CN102645036B - 一种日照轨迹同步器 - Google Patents

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Abstract

一种日照轨迹同步器，包括驱动采光器随日照轨迹同步转动的纬轴驱动机构和经轴驱动机构及其控制器。经轴驱动机构包括经轴步进电机啮合蜗杆轴上的齿轮，并通过蜗杆变速箱驱动连接经轴；所述的纬轴驱动机构与经轴驱动机构结构相同。在经轴上设置安装纬轴驱动机构及采光器的安装架；纬轴驱动机构连接并驱动主动链轮，主动链轮通过传动链驱动从动链轮，从动链轮紧固在纬轴上，纬轴上通过采光器撑脚连接采光器；在经轴还设置经轴角度限位摇臂，并适配经轴角度限位摇臂设置经轴180°角限位开关及0°角限位开关；在主动链轮轴上还设置纬轴角度限位摇臂，并适配纬轴角度限位摇臂设置南纬角度限位开关及北纬角度限位开关。解决跟踪精度不高、不能实现无人值守的问题。

Description

一种日照轨迹同步器
所属领域
本发明涉及一种日照轨迹同步装置，尤其是涉及一种采用日照来集热或发电的日照轨迹同步器。
背景技术
太阳能的综合利用是新能源领域的热门课题，伴随着出现大量如何高效利用太阳能的发明创造。作为太阳能高效利用中的关键部件——日照轨迹同步装置也有多种结构公布于世。目前使用的太阳跟踪装置大多是阴影跟踪式、光线传感式或计算机控制式等类型，但基本上都是以被动方式运行的，也就是说当装置运行与太阳运行产生偏差时才会指令伺服系统将其矫正，随着太阳运行又产生新的偏差，伺服系统又重新矫正，是被牵着鼻子走的被动运行，这类装置的缺点是：1、结构复杂，2、成本高，3、可靠性得不到保证。比如说，当光线传感器或阴影跟踪器的表面被灰尘或树叶之类的杂物所覆盖时，装置便不能正常工作。
此外，最为典型的是中国专利93107487.8公开的一种簧轮自动跟日机。它用弹簧作储能和动力元件，通过变传部件和其他变速传动副及滤力器连于控制部件，实现广义时角自动跟踪。广义赤纬跟踪是每隔一日或数日调整一下蜗杆的啮合位置。有成本低、不用电、起动轻快、适于世界各地等优点。其不足之处，一、“簧轮自动跟日机”的运行动力来自于弹簧蓄能后的能量释放。弹簧蓄能的过程就是施加外力使弹簧发生形变的过程，由胡克定律的表达式F=-kx或△F=-kΔx可知，施加在弹簧上的外力随弹簧的变形量的增大而增大，弹簧在释放能量时，其弹力随变形量的减小而减小，也就是说，作用在簧轮自动跟日机上的动力在运行过程中是在随之减小的。动力的变化必然导致“簧轮自动跟日机”运行速度产生变化，“簧轮自动跟日机”变化的运行速度不可能与太阳运行的恒定速度同步一致，因此，其所谓“跟踪精度高”与实际不符。二、由“簧轮自动跟日机”附图1和附图2分析可知以弹簧为动力元件的传动机构，只作用于绕主轴转动的部件，即东西方向转动的部件，南北方向转动的部件，即绕赤纬轴转动的部件与弹簧动力元件并无传动关联，其赤纬轴转动机构是无动力的，在一天的运行中，赤纬轴是不转的，要调整赤纬角日误差只能由人工完成。还有，主轴由东到西完成一天运行后，其采能器部件也不能自动返回到起始位置（早晨东方日出时的位置）。因此，在每天早晨日出前，必须由人力完成：使采能器回到起始位置，并对准阳光，给弹簧蓄能，并调整赤纬角度误差等工作后，才能开始新的一天的运行。由此可见，所谓“自动跟日机”，其实并不能自动，试想一下，若真的将此“自动跟日机”安装在高山上或沙漠里，岂不是还得先盖一间值班室吗？三、作为动力元件的弹簧，其弹力必须远大于“跟日机”运行所需的驱动力，人工为弹簧蓄能时所施加的力，又必须大于弹簧最大形变时的弹力，受人力蓄能所能达到的功率限制，决定了“簧轮自动跟日机”只能带动体型较小，重量较轻的采能器。而且，当受到大风或其他的外部阻力时，“跟日器”就可能因带不动而停顿。由此可知，“簧轮自动跟日机”既不能保证其跟日精度，又不能脱离人工自动运行，可见其实用价值并不大。
发明内容
本发明的目的是提供一种日照轨迹同步器，解决现有技术存在的跟踪精度不高、不能实现无人值守的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种日照轨迹同步器，包括驱动采光器随日照轨迹同步转动的纬轴驱动机构和经轴驱动机构及其控制器。所述的经轴驱动机构包括经轴步进电机啮合蜗杆轴上的齿轮，并通过蜗杆变速箱驱动连接经轴；所述的纬轴驱动机构与经轴驱动机构结构相同。在经轴上设置安装纬轴驱动机构及采光器的安装架；纬轴驱动机构连接并驱动主动链轮，主动链轮通过传动链驱动从动链轮，从动链轮紧固在纬轴上，纬轴上通过采光器撑脚连接采光器；在经轴还设置经轴角度限位摇臂，并适配经轴角度限位摇臂设置经轴180°角限位开关及0°角限位开关；在主动链轮轴上还设置纬轴角度限位摇臂，并适配纬轴角度限位摇臂设置南纬角度限位开关及北纬角度限位开关。
所述的控制器包括石英振荡器连接多级分频器，多级分频器分别连接分脉冲发生器、秒脉冲发生器及日脉冲发生器；分脉冲发生器通过分脉冲功率放大后再通过经轴换向脉冲后输入经轴驱动环形分配器后驱动经轴步进电机；日脉冲发生器通过日脉冲功率放大后再通过纬轴换向脉冲后输入纬轴驱动环形分配器后驱动纬轴步进电机；秒脉冲发生器连接时钟并经同步校准后分别产生经轴换向脉冲或纬轴换向脉冲；所述的经轴换向脉冲控制分别来自经轴180°角限位开关及0°角限位开关信号，所述的纬轴换向脉冲控制分别来自南纬角度限位开关及北纬角度限位开关信号。
本日照轨迹同步器是根据太阳运行的轨迹以及随时间随季节变化的规律设计而成的，本同步器为双轴主动同步式运行机构，当安装在同步器上的采光面对准太阳启动运行后便可与太阳保持同方向同角速度的精准的主动式同步运行，日复一日，月复一月，年复一年地自动运行，无需人为操作。
与现有太阳跟踪装置相比，本发明以下特点：1、能主动与太阳轨迹精准同步，因采光器固定在纬轴上，纬轴驱动机构能使纬轴带动采光器正对太阳从冬至日的南纬23°27′，以每天0.257°的速度向北转动到夏至日，刚好转到北纬23°27′，然后往回转动，以同样的速度从夏至到冬至回到南纬23°27′，因为冬至日太阳在南回归线上，夏至日太阳在北回归线上，因此，采光器在纬轴上的偏转是和太阳南北方向的偏转是完全同步的。又因为采光器以及纬轴驱动机构均安装在经轴上，能随经轴沿东西方向的转动，经轴驱动器能使采光器的对光方向从早上6点东方日出的0°开始，以每分钟0.25°的速度向西偏转，到晚上18点，转到太阳西下时的180°，然后返回，从18点到次日6电，回到0°，又开始新的一天的同步运行，这也与太阳由东到西偏转方向速度完全同步，经向和纬向的同步精准度取决于石英振荡器组成的时钟精度，石英钟的年计时误差仅几分钟，所以说本同步器是能与太阳轨迹主动精准同步的。2、运行平稳，抗干扰力强，因为在经轴和纬轴的驱动机构中，采用了大速比蜗杆减速箱，而蜗杆减速箱具有单向传动和自锁的特性，所以采光器偏转时重心的变化以及大风等外力都不会影响同步器的正常运行。3、结构简单，高可靠，低成本。4、低压直流供电，耗电低，不受停电影响。本发明运行一天只需要1441个经纬驱动脉冲，因而耗电极省，即使由一块12V10Ah蓄电池单独供电，也能运行半年之久，所以，电网停电不影响其正常运行。5、脉冲驱动，便于群控。很显然脉冲控制器可以控制单机，也可以控制机群，并且可以步调一致，同步运行。
下面结合附图和具体实施方式对本日照轨迹同步器做进一步详细说明。
附图说明
图1为日照轨迹同步器的结构示意图。
图2为日照轨迹同步器控制器结构原理框图，示意脉冲发生及控制过程。
图中：1、经轴步进电机，2、齿轮，3、蜗杆轴，4、变速箱，5、经轴，6、经轴角度限位摇臂，7、经轴180°角限位开关，8、经轴0°角限位开关，9、安装架，10、纬轴角度限位摇臂，11、南纬角度限位开关，12、北纬角度限位开关，13、纬轴驱动机构，14、主动链轮，15、传动链，16、从动链轮，17、纬轴，18、采光器撑脚，19、采光器。
具体实施方式
如图1、2所示，一种日照轨迹同步器，包括驱动采光器19随日照轨迹同步转动的纬轴驱动机构和经轴驱动机构及其控制器。所述的经轴驱动机构包括经轴步进电机1啮合蜗杆轴3上的齿轮2，并通过蜗杆变速箱4驱动连接经轴5；所述的纬轴驱动机构13与经轴驱动机构结构相同，也有如纬轴步进电机、齿轮及蜗杆变速箱，只是减速器的传动比不同。在经轴5上设置安装纬轴驱动机构13及采光器19的安装架15；纬轴驱动机构13连接并驱动主动链轮14，主动链轮14通过传动链15驱动从动链轮16，从动链轮16紧固在纬轴17上，纬轴17上通过采光器撑脚18连接采光器；在经轴5还设置经轴角度限位摇臂6，并适配经轴角度限位摇臂6设置经轴180°角限位开关7及0°角限位开关8；在主动链轮14轴上还设置纬轴角度限位摇臂10，并适配纬轴角度限位摇臂10设置南纬角度限位开关11及北纬角度限位开关12。
所述的控制器包括石英振荡器连接多级分频器，多级分频器分别连接分脉冲发生器、秒脉冲发生器及日脉冲发生器；分脉冲发生器通过分脉冲功率放大后再通过经轴换向脉冲后输入经轴驱动环形分配器后驱动经轴步进电机；日脉冲发生器通过日脉冲功率放大后再通过纬轴换向脉冲后输入纬轴驱动环形分配器后驱动纬轴步进电机；秒脉冲发生器连接时钟并经同步校准后分别产生经轴换向脉冲或纬轴换向脉冲；所述的经轴换向脉冲控制分别来自经轴180°角限位开关及0°角限位开关信号，所述的纬轴换向脉冲控制分别来自南纬角度限位开关及北纬角度限位开关信号。
步进电机每接受一个脉冲就会转动一个固定的角度，称之为步距角，当步进电机接收60个脉冲时，蜗杆轴齿轮转动1.25转。
纬轴驱动机构中内部结构与经轴驱动机构是完全相同的结构。纬轴偏转的换向点是南纬23°27′和北纬23°27′。
控制器的工作原理是，控制器向经轴驱动机构每分钟输出一个驱动电脉冲，每天需输出1440个经轴驱动脉冲和每天一个纬轴驱动脉冲，并且在接收到相应角限位开关发出的信号时，向相应的步进电机输出换向电脉冲，使其换向运行，如此周而复始。

Claims (1)

1.一种日照轨迹同步器，包括驱动采光器（19）随日照轨迹同步转动的纬轴驱动机构和经轴驱动机构及控制器；其特征在于：所述的经轴驱动机构包括经轴步进电机一（1）啮合蜗杆轴（3）上的齿轮一（2），并通过蜗杆变速箱一（4）驱动连接经轴（5）；所述的纬轴驱动机构（13）采用与经轴驱动机构相同的结构；包括纬轴步进电机二、齿轮二及蜗杆变速箱二，只是蜗杆变速箱的传动比不同；在经轴（5）上设置安装纬轴驱动机构（13）及采光器（19）的安装架（15）；纬轴驱动机构（13）连接并驱动主动链轮（14），主动链轮（14）通过传动链（15）驱动从动链轮（16），从动链轮（16）紧固在纬轴（17）上，纬轴（17）上通过采光器撑脚（18）连接采光器；在经轴（5）还设置经轴角度限位摇臂(6)，并适配经轴角度限位摇臂(6)设置经轴180°角限位开关(7)及0°角限位开关（8）；在主动链轮（14）轴上还设置纬轴角度限位摇臂（10），并适配纬轴角度限位摇臂（10）设置南纬角度限位开关（11）及北纬角度限位开关（12）；所述的控制器包括石英振荡器连接多级分频器，多级分频器分别连接分脉冲发生器、秒脉冲发生器及日脉冲发生器；分脉冲发生器通过分脉冲功率放大后再通过经轴换向脉冲后输入经轴驱动环形分配器后驱动经轴步进电机一；日脉冲发生器通过日脉冲功率放大后再通过纬轴换向脉冲后输入纬轴驱动环形分配器后驱动纬轴步进电机二；秒脉冲发生器连接时钟并经同步校准后分别产生经轴换向脉冲或纬轴换向脉冲；所述的经轴换向脉冲控制分别来自经轴180°角限位开关及0°角限位开关信号，所述的纬轴换向脉冲控制分别来自南纬角度限位开关及北纬角度限位开关信号。
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