CN103309012B - 可变焦菲涅尔透镜聚焦器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及太阳能应用设备技术领域，更具体地说，特别涉及一种可变焦菲涅尔透镜聚焦器，包括菲涅尔透镜，支架系统，包括外支架和内支架，内支架设置于外支架内侧，可进行相对于外支架的移动，其上设置有滑动装置，可滑动地设置于内支架上；安装组件，包括镜片框和安装架，菲涅尔透镜固定设置于镜片框上，镜片框可转动地设置于安装架上，安装架可转动地设置于滑动装置上，安装架转动方向与镜片框转动方向垂直；调节系统，包括旋转调节组件和位移调节组件。上述设计，透镜通过安装组件安装于支架系统上，调节系统则可以对透镜以及安装组件进行角度旋转以及竖直和水平方向上调节，使得本发明提供的可变焦菲涅尔透镜聚焦器具有可变焦的功能。

Description

可变焦菲涅尔透镜聚焦器

技术领域

本发明涉及太阳能应用设备技术领域，更具体地说，特别涉及一种可变焦菲涅尔透镜聚焦器。

背景技术

目前国内外的太阳能利用主要有光电和光热系统两大类，无论是光电系统还是光热系统，除调整太阳光的跟踪角度外，其聚焦器的焦距一般是相对固定的。聚焦器焦距的不可变焦，使太阳光的采集相对困难，太阳能的利用相对较低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可变焦菲涅尔透镜聚焦器，以解决上述技术问题。

在本发明的实施例中提供了一种可变焦菲涅尔透镜聚焦器，包括有菲涅尔透镜，还包括：支架系统，所述支架系统包括有外支架和内支架，所述内支架设置于所述外支架的内侧，所述内支架可进行相对于所述外支架的移动，所述内支架上设置有滑动装置，所述滑动装置可滑动地设置于所述内支架上；安装组件，所述安装组件包括有镜片框和安装架，所述菲涅尔透镜固定设置于所述镜片框上，所述镜片框可转动地设置于所述安装架上，所述安装架可转动地设置于所述滑动装置上，所述安装架的转动方向与所述镜片框的转动方向垂直；调节系统，所述调节系统包括有旋转调节组件和位移调节组件，所述旋转调节组件包括有第一动力装置、旋转从动轮、连接所述第一动力装置和所述旋转从动轮的第一传动带，所述第一动力装置设置于所述外支架上，所述旋转从动轮可转动地设置于所述安装架上，所述位移调节组件包括有第二动力装置、位移从动轮、连接所述第二动力装置和所述位移从动轮的第二传动带，所述第二动力装置设置于所述外支架上，所述位移从动轮设置于所述滑动装置上。

通过上述结构设计，在本发明中，透镜通过安装组件安装于支架系统上，调节系统则可以对透镜以及安装组件进行角度旋转以及竖直和水平方向上的调节，从而使得本发明提供的可变焦菲涅尔透镜聚焦器具有可变焦的功能。

附图说明

图1示出了本发明第一种实施例中采用点聚焦圆形结构设计的菲涅尔透镜的结构示意图；

图2示出了本发明第二种实施例中采用点聚焦方形结构设计的菲涅尔透镜的结构示意图；

图3示出了本发明第三种实施例中采用线聚焦结构设计的菲涅尔透镜的结构示意图；

图4示出了本发明一种实施例中镜片框的结构示意图；

图5示出了本发明一种实施例中安装架的结构示意图；

图6示出了本发明第一种实施例中采用弧形结构设计的可变焦菲涅尔透镜聚焦器的结构示意图；

图7示出了本发明一种实施例中采用弧形结构设计的支架系统的结构示意图；

图8示出了本发明第二种实施例中采用折角形结构设计的可变焦菲涅尔透镜聚焦器的结构示意图；

图9示出了本发明第三种实施例中采用梯形或宝塔形结构设计的可变焦菲涅尔透镜聚焦器的结构示意图；

图1至图9中部件名称与附图标记的对应关系为：

外支架1；

内支架2；滑动装置21；

镜片框3；第一转轴31；

安装架4；第二转轴41；

旋转调节组件5；第一动力装置51；旋转从动轮52；第一传动带53；

位移调节组件6；第二动力装置61；位移从动轮62；第二传动带63；

顶部支架系统7；

顶部调节组件8；第三动力装置81；第三传动带82；

智控系统9。

具体实施方式

下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明做进一步的详细描述。

请参考图1至图5

取圆形、方形、矩形或其他形状的菲涅尔透镜a（下述将菲涅尔透镜a简称为透镜）若干片，分别将透镜设置于镜片框3内。按镜片透光面垂直方向，确定镜片框3外端能使镜片和镜片框3保持平衡的两个支点，分别安装直径和长度合适并能使镜片框3自由转动的第一转轴31。

根据镜片框3的形状、尺寸以及镜片框3设置在聚焦器的具体位置，制作用于安装镜片框3的安装架4。安装架4略宽于一个镜片框，长于两个以上镜片框。安装架4设置有多列，其中，每列安装架4可平行安置或弧形安置两个以上镜片框3。安装架4分内边、外边和侧边，在聚焦器安装后，靠近受热器的一边为内边，反之为外边，之外的两边为侧边。侧边与内边的两边角处，分别装置旋转从动轮52。侧边与外边的两边角处，分别安装能使安装架4旋转的第二转轴41。内、外边上，按镜片框3的数量，设置有能安装镜片框3两端第一转轴31的轴孔，镜片框3两端第一转轴31安装在安装架4内、外边的轴孔内，栓锁装置固定，并使镜片框3保持一定的旋转自由度。

请参考图5至图9

还包括：支架系统，支架系统包括有外支架1和内支架2；

根据受热体的形状、聚焦器聚光集热量、安装架排列方式、数量、尺寸等要求，制作外支架1和聚焦器内支架2。从中心剖面看，外支架1可以制成穹顶抛物面形（如图6）、八字形（如图9）、门形（如图8）等多种形状。

内支架2设置于外支架1的内侧，内支架2可进行相对于外支架1的移动，内支架2上设置有滑动装置21，滑动装置21可滑动地设置于内支架2上。

安装组件，安装组件包括有镜片框3和安装架4，透镜固定设置于镜片框3上，镜片框3可转动地设置于安装架4上，安装架4一端安装于旋转从动轮52上，另一端第二转轴41通过位移从动轮62设置于滑动装置21上，安装架4的转动方向与镜片框3的转动方向垂直。

调节系统，调节系统包括有旋转调节组件5和位移调节组件6。旋转调节组件5包括有第一动力装置51、旋转从动轮52、连接第一动力装置51和旋转从动轮52的第一传动带53；第一动力装置51设置于外支架1上，旋转从动轮52可转动地设置于安装架4上。位移调节组件6包括有第二动力装置61、位移从动轮62、连接第二动力装置61和位移从动轮62的第二传动带63；第二动力装置61设置于外支架1上，位移从动轮62设置于滑动装置21上。

支架系统用于安装透镜，使得透镜能够固定安装，并且还可以通过其他组件（例如安装组件）进行角度、高度、水平位置等的调节，从而使得支架系统上安装的透镜能够通过该调节，实现焦点的汇聚和改变。支架系统包括有外支架1和内支架2。

在本发明进行安装时，外支架1固定设置于外部的永久结构体上，保证外支架1固定安装的稳定性，外支架是整个聚焦器的骨架和固定部件。

内支架2的外形与外支架1相同，但尺寸小于外支架，并具有相同形状的顶部框架。内支架2不定位固定，构成内支架2的撑杆下端装有万向球连接器和转轮，转轮连接有连杆，外支架1的撑杆下端设置有传动装置，连杆的另一端连接传动装置。

内支架2可进行相对于外支架1的移动，该结构具体可以为：通过转轮和连杆装置实现内支架2的线性移动；通过万向球支座上实现内支架2的方位移动。

内支架2上设置有滑动装置21，滑动装置21能够在内支架2上进行滑动。滑动装置21上设置有位移从动装置62，滑动装置21相对于内支架2进行滑动时，位移装置62可同时带动安装架4进行水平方向上的位移，从而使透镜随滑动装置21进行竖直方向移动时，可同时实现水平方向上的位移调节。

在本发明中，安装组件的作用为：第一、用于安装透镜，使得透镜能够通过安装组件设置于支架系统上；第二、用于对透镜进行角度调节。安装组件包括有镜片框3和安装架4，透镜固定设置于镜片框3上，镜片框3可转动地设置于安装架4上，安装架4可转动地设置于滑动装置21上，安装架4的转动方向与镜片框3的转动方向垂直。通过设置安装组件，实现了透镜在空间上的自由旋转，从而使得透镜能够根据太阳照射的角度不同进行调整。

调节组件的作用为实现镜片框3和安装架4相对于内支架的调节。调节组件包括有旋转调节组件5和位移调节组件6。

其中，

旋转调节组件5包括有第一动力装置51、旋转从动轮52、连接第一动力装置51和旋转从动轮52的第一传动带53。第一动力装置51设置于外支架1上，第一动力装置51采用伺服电机或者液压马达等。

第一动力装置51的作用一为对镜片框3的旋转提供动力；作用二为第一动力装置51旋转收紧第一传动带53。第一传动带53与旋转从动轮52连接，旋转从动轮52设置于安装架4上，从而能够使安装架4安装有旋转从动轮52的一端抬起或者落下，实现安装架4旋转角度的调节。

位移调节组件6包括有第二动力装置61、位移从动轮62、连接第二动力装置61和位移从动轮62的第二传动带63。第二动力装置61设置于外支架1上，位移从动轮62设置于滑动装置21上。位移调节组件6的作用一为直接对镜片框3和安装架4进行调节，使得镜片框3在调节组件6的作用下，实现竖直方向和水平方向上的位移调节。在本实施例中，调节组件6的第二动力装置61可以为伺服电机或者线性马达等。第二动力装置61的旋转，能够收紧或者放松第二传动带63，从而对滑动装置21提供作用力，使得滑动装置21在内支架2上上移或者下降。由于安装架4通过位移从动轮62设置于滑动装置21上，因此，当滑动装置21在竖直方向上产生位移，能够带动安装架4于竖直方向上进行调节。

内支架2的顶部设置有顶部支架系统7，顶部支架系统7往下依次设置数列平列式或弧列式的安装架用于安装镜片框。在内支架2的内侧设置有受热器，以受热器为中心，安装架内侧朝向受热器，从上往下，依次往外排列。即形成为：第一列的内沿基本平齐顶部安装架的外沿，第二列的内沿平齐第一列的外沿，往下类推。每两列固定架之间间距略宽于固定架自身的宽度。

构成内支架的两撑杆之间的端面上设置有滑槽，滑槽内装置数个滑动装置，滑动装置一端与外支架上对应的连杆和传动装置连接，滑动装置上安装有镜片框固定架垂直位移从动轮，从动轮中心留有轴孔，镜片框固定架的转轴安装于从动轮轴孔内，栓锁装置固定，镜片框固定架可自由旋转并随滑动装置上下位移。

当外支架以及内支架采用门形结构时，本发明还可以省略内支架的使用，采用吊杆和传动装置连接并控制镜片框固定架。传感器信息反馈装置安装于门形外架上。

聚焦器底部地面或略高于地面位置设置有受热器。

受热器可以是各种形状，也可以是各种工况类型，如蒸汽发生器类、外燃机类以及其他类型。

受热器可以置于聚焦器底部中心位置，也可以偏离聚焦器底部中心位置。

受热器可以固定于聚焦器底部，但以不固定为宜，受热器安装于可灵活移动的轮架上，更利于聚焦器整个部件的收放。

受热器外侧装有阳光和温度传感器。

实施例一

如图6和图7所示，具体地，在本发明的一个具体实施方式中，对支架系统进行限定：支架系统至少包括有两个，其中，外支架1为弧形结构设计，内支架2为弧形结构设计，内支架2沿其长度方向开设有滑槽，滑动装置21可滑动地设置于滑槽中。

当支架系统设置有两个时，两个支架系统位于同一平面内对称设置，受热器设置于支架系统的对称中心处。外支架1为弧形结构设计，所述外支架1朝向其圆心外用弧形结构设计，在这里圆心指弧形的圆心的一侧相对设置。

内支架2也采用弧形结构设计，所述内支架2朝向其圆心的一侧相对设置。滑动装置21可滑动地设置于内支架2上。在本实施例中，滑动的滑动设置是通过如下结构实现的：在内支架2上设置滑槽，滑槽为沿内支架2的两支杆间相向端面方位开设，滑动装置21可滑动地设置于滑槽中，如此能够实现滑动装置21的滑动限位，使得滑动装置21能够沿弧形的轨迹进行滑行。

在此需要说明的是，内支架2安装后，滑动装置21做滑行轨迹变化，其具有竖直方向上的位移变化。

本发明中，在进行支架系统安装时，还可以设置顶部支架系统7。

具体地，顶部支架系统7包括有第一顶架和第二顶架，第一顶架设置于外支架1的端部，第二顶架设置于内支架2的端部；调节系统还包括有顶部调节组件8，顶部调节组件8包括第三动力装置81和第三传动带82，安装架可转动地设置于第二顶架上，第三动力装置81通过第三传动带82与安装架连接。顶部支架设置于内支架2以及外支架1的端部，其采用水平设置。第三动力装置81采用伺服电机或者线性马达，第三动力装置81旋转，能够收紧或者放松第三传动带82。安装架可转动地设置于第二顶架上，第三动力装置81通过第三传动带82与安装架连接，当第三传动带82收紧或者放松时，对安装架的角度进行调节，从而实现顶部支架系统7上安装的透镜进行焦距调节。

实施例二

请参考图8，图8示出了本发明第二种实施例中采用折角形结构设计的可变焦菲涅尔透镜聚焦器的结构示意图。

具体地，在本发明的另一个实施方式中，外支架1和内支架2均为折角形结构设计，内支架2上开设有滑槽，滑动装置21可滑动地设置于滑槽中。

在上述结构设计中，内支架2与外支架1以受热器的预设位置为对称中心进行对称设置。

从中线剖面看，外支架1形状与现有技术中门框结构相似。

具体地，本发明还包括有顶部支架系统7，顶部支架系统7包括有第一顶架和第二顶架，第一顶架设置于外支架1的端部，第二顶架设置于内支架2的端部；调节系统还包括有顶部调节组件8，顶部调节组件8包括第三动力装置81和第三传动带82，安装架可转动地设置于第二顶架上，第三动力装置81通过第三传动带82与安装架连接。

在本实施例中，顶部支架系统7与实施例一中的顶部支架系统7结构相同，在此将不再赘述。

实施例三

请参考图9，图9示出了本发明第三种实施例中采用梯形或宝塔形结构设计的可变焦菲涅尔透镜聚焦器的结构示意图。

外支架1为直杆形结构设计，全部的外支架1倾斜设置，并形成截面为梯形的支架；内支架2为直杆形结构设计，内支架2倾斜设置，并形成截面为梯形的支架。并且，基于上述结构设计，内支架2与外支架1平行设置。

在实施例三中，内支架2沿其长度方向开设有滑槽，滑动装置21可滑动地设置于滑槽中。开设有滑槽，能够使得滑动装置21沿既定轨迹进行滑动。

在本实施例中，也设计有顶部支架系统7，顶部支架系统7与实施例一中的顶部支架系统7结构相同，在此将不再赘述。

具体地，所述实施例中，内支架2为钢制内支架2，外支架1为钢制外支架1。由上述可知，内支架2以及外支架1均具有安装透镜的作用，为了提高本发明的结构强度，保证透镜安装的可靠性以及稳定性，本发明采用钢材制成外支架1以及内支架2，从而提高内支架2以及外支架1的结构强度。

为了提高本发明的智能性，在所述实施例中，还提供了智控系统9，智控系统9设置于支架系统上，智控系统9有控制器、执行器以及光线追踪器，执行器与光线追踪器均与控制器连接，光线追踪器能够跟踪太阳并确定太阳的位置，光线追踪器能够生成跟踪信号并将该跟踪信号发送至智控系统9上。智控系统9根据跟踪信号，确定透镜的调节方案，并生成调节信号。该调节信号被执行器接受，执行器控制与调节系统信号连接并可控制其启动或停止。

聚焦器整体可以做垂直、水平运动和角度旋转。每个镜片组更可以整体或单独做垂直、水平运动和角度旋转。所有的运动都由跟踪器、信息反馈器和智能控制器控制完成。

当受热器所处位置焦距过长或过短，内支架2会上下位移调整焦距距离，受热器偏离了焦点位置，聚焦器会自动调整角度，并跟进至最佳位置。某一组镜片焦距距离或角度偏移，该镜片组会自动进行位移和角度调整，始终保持最佳焦距和角度。

情况需要时，受热器也可以做位置调整。

夜晚和雨雪天，可以移动受热器，把镜片降到地面进行保养，然后遮盖好，这样可以提高镜片的透光率和使用寿命以及聚焦器抗风振能力，减少投资成本。

本技术可以应用于卧式抛物面聚焦器、环式和半环式聚焦器、穹式聚焦器、球式和半球式聚焦器以及各类反射式聚焦器。

本发明的优点

1、焦距可调，集光和集热效率更高。

2、更便于安装、养护和维修。

3、可以忽略风振系数，利于降低成本。

4、镜片使用寿命更长。

5、更利于大型产业化。

6、适用于多种类型和多种聚焦器。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种可变焦菲涅尔透镜聚焦器，包括有菲涅尔透镜，其特征在于，还包括：

支架系统，所述支架系统包括有外支架和内支架，所述内支架设置于所述外支架的内侧，所述内支架可进行相对于所述外支架的移动，所述内支架上设置有滑动装置，所述滑动装置可滑动地设置于所述内支架上；

安装组件，所述安装组件包括有镜片框和安装架，所述菲涅尔透镜固定设置于所述镜片框上，所述镜片框可转动地设置于所述安装架上，所述安装架可转动地设置于所述滑动装置上，所述安装架的转动方向与所述镜片框的转动方向垂直；

调节系统，所述调节系统包括有旋转调节组件和位移调节组件，所述旋转调节组件包括有第一动力装置、旋转从动轮、连接所述第一动力装置和所述旋转从动轮的第一传动带，所述第一动力装置设置于所述外支架上，所述旋转从动轮可转动地设置于所述安装架上，所述位移调节组件包括有第二动力装置、位移从动轮、连接所述第二动力装置和所述位移从动轮的第二传动带，所述第二动力装置设置于所述外支架上，所述位移从动轮设置于所述滑动装置上。

2.根据权利要求1所述的可变焦菲涅尔透镜聚焦器，其特征在于，所述外支架为弧形结构设计，所述内支架为弧形结构设计，所述内支架沿其长度方向开设有滑槽，所述滑动装置可滑动地设置于所述滑槽中。

3.根据权利要求2所述的可变焦菲涅尔透镜聚焦器，其特征在于，还包括有顶部支架系统，所述顶部支架系统包括有第一顶架和第二顶架，所述第一顶架设置于所述外支架的端部，所述第二顶架设置于所述内支架的端部；所述调节系统还包括有顶部调节组件，所述顶部调节组件包括第三动力装置和第三传动带，所述安装架可转动地设置于所述第二顶架上，所述第三动力装置通过所述第三传动带与所述安装架连接。

4.根据权利要求1所述的可变焦菲涅尔透镜聚焦器，其特征在于，所述外支架为折角形结构设计，所述内支架为折角形结构设计，所述内支架上开设有滑槽，所述滑动装置可滑动地设置于所述滑槽中。

5.根据权利要求4所述的可变焦菲涅尔透镜聚焦器，其特征在于，还包括有顶部支架系统，所述顶部支架系统包括有第一顶架和第二顶架，所述第一顶架设置于所述外支架的端部，所述第二顶架设置于所述内支架的端部；所述调节系统还包括有顶部调节组件，所述顶部调节组件包括第三动力装置和第三传动带，所述安装架可转动地设置于所述第二顶架上，所述第三动力装置通过所述第三传动带与所述安装架连接。

6.根据权利要求1所述的可变焦菲涅尔透镜聚焦器，其特征在于，所述外支架倾斜设置，并形成截面为梯形的支架；所述内支架为直杆形结构设计，全部的所述内支架倾斜设置，并形成截面为梯形的支架。

7.根据权利要求6所述的可变焦菲涅尔透镜聚焦器，其特征在于，所述内支架与所述外支架平行设置。

8.根据权利要求7所述的可变焦菲涅尔透镜聚焦器，其特征在于，所述内支架沿其长度方向开设有滑槽，所述滑动装置可滑动地设置于所述滑槽中。

9.根据权利要求1至8任一项所述的可变焦菲涅尔透镜聚焦器，其特征在于，还包括有智控系统，所述智控系统设置于所述支架系统上，所述智控系统有控制器、执行器以及光线追踪器，所述执行器与所述光线追踪器均与所述控制器信号连接，所述执行器与所述调节系统信号连接并可控制其启动或停止。