CN104483982B - 一种太阳光反射式室内采光设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种太阳光反射式室内采光设备，包括底座、铰接在底座上的俯仰角调整机构、铰接在俯仰角调整机构上的方向角调整机构及活动连接在方向角调整机构上的曲率调整机构。本发明根据光照强度，控制俯仰角调整机构、方向角调整机构和曲率调整机构运动，进而控制反射镜的俯仰角、方向角和曲率，完成设定区域的跟踪采光。本采光设备结构简单、紧凑，制造成本低；本采光设备放置在地上，除采光功能外能实现日常的照镜子功能，能实现多功能。

Description

一种太阳光反射式室内采光设备

技术领域

本发明属于太阳能采光设备领域，具体涉及一种太阳光反射式室内采光设备。

背景技术

反射镜传光是一种日常应用广、机构简单、性价比高的采光方式。目前常用的用反射镜采光方式是将一块平面反射镜安装在需采光房间的对面建筑上，当阳光照到安装在建筑物上的反射镜，就会将阳光反射到室内，达到采光的目的。当然还能通过反射镜和控制电路相结合的方式实现采光的自动化，如公告号为CN103134001A的中国专利文献“一种控制隧道口太阳光反射采光设备的系统”，通过采用转动反射镜和处理控制电路，从而进行隧道口采光的自动化控制。

非平面反射镜分为凸面镜和凹面镜两种，凸面镜要称为广角镜，主要用于弯道路口等位置，用于拓宽司机的视野，凹面镜由于其聚光的性质，常用在太阳炉灶、大型反射式望远镜中。原有的采光技术，多采用平面反射镜采光，均为对系统机构的改进，大多技术方案均在尽量减少空间占用和平面反射镜面积的基础上进行室内采光，并在系统中加入控制电路及传感器，实现对太阳光的自动跟踪。同时由于追求减少空间的占用和减少反射镜面积，存在一定的问题：整体结构复杂，加工成本高；驱动部件多，为利用太阳能而耗费过多电能；由于平面镜结构固定，采光的最大面积受到平面镜大小的限制。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种太阳光反射式室内采光设备，通过将太阳光通过可弯曲反射镜反射后投射到设定区域内，解决现有系统结构复杂、驱动部件多、采光面积受平面镜大小限制等问题，从而使采光设备结构简单、驱动控制功耗低、成本更低。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种太阳光反射式室内采光设备，包括底座、铰接在底座上的俯仰角调整机构、铰接在俯仰角调整机构上的方向角调整机构及活动连接在方向角调整机构上的曲率调整机构，其中

俯仰角调整机构，包括俯仰角调整框架，俯仰角调整框架通过第一销轴铰接在底座上，第一销轴的轴线水平设置；

方向角调整机构，包括方向角调整框架，方向角调整框架通过第二销轴铰接在俯仰角调整框架上，第二销轴的轴线与第一销轴的轴线的夹角大于零；

曲率调整机构，包括可弯曲反射镜，可弯曲反射镜的上下两端分别通过第三销轴和第四销轴铰接在方向角调整框架上，第三销轴与第四销轴的轴线平行，方向角调整框架上活动安装有第一滑块，第三销轴安装在第一滑块上，第三销轴的轴线与第一滑块的移动方向垂直，第一滑块和第四销轴之间安装有用于推动可弯曲反射镜产生弯曲变形的第一动力装置。

优选地，所述底座包括折叠脚轮机构及安装在折叠脚轮机构上的支座，俯仰角调整框架通过所述的第一销轴铰接在支座上。

优选地，所述俯仰角调整机构还包括安装在底座上的第二动力装置，所述第二动力装置通过第一传动机构带动第一销轴转动，从而使俯仰角调整框架绕第一销轴的轴线转动。

优选地，所述第一传动机构为蜗轮蜗杆传动机构。

优选地，所述方向角调整机构还包括安装在俯仰角调整框架上的第三动力装置，所述第三动力装置通过第二传动机构带动第二销轴转动，从而使方向角调整框架绕第二销轴的轴线转动。

优选地，所述第二传动机构包括连接在第三动力装置上的驱动齿轮和连接在第二销轴上的不完全齿轮。

优选地，所述不完全齿轮包括轮体及设置在轮体上的多个轮齿，该多个轮齿均匀设置在轮体上弧度为180°的圆弧上。

优选地，第一动力装置包括可伸缩的驱动杆，驱动杆通过第五销轴与可弯曲反射镜连接。

优选地，所述可弯曲反射镜上固定连接有能与可弯曲反射镜同步弯曲的导杆，所述导杆上活动安装有第二滑块，第五销轴设置在第二滑块上。

优选地，还包括用于检测光照强度的光照传感器。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：本发明包括三组相互关联的调整机构：俯仰角调整机构、方向角调整机构和曲率调整机构。根据光照强度，控制俯仰角调整机构、方向角调整机构和曲率调整机构运动，进而控制可弯曲反射镜的俯仰角、方向角和曲率，完成设定区域的跟踪采光。本采光设备结构简单、紧凑，制造成本低；本采光设备放置在地上，除采光功能外能实现日常的照镜子功能，能实现多功能。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2～图6分别是图1中A～E处的放大图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1～图6所示，一种太阳光反射式室内采光设备，包括底座1、铰接在底座1上的俯仰角调整机构2、铰接在俯仰角调整机构2上的方向角调整机构3及活动连接在方向角调整机构3上的曲率调整机构4，其中

俯仰角调整机构2，包括俯仰角调整框架21，俯仰角调整框架21通过第一销轴22铰接在底座1上，第一销轴22的轴线水平设置，这样俯仰角调整框架21可以绕水平轴线转动；所述底座1包括折叠脚轮机构11及安装在折叠脚轮机构11上的支座12，俯仰角调整框架21通过所述的第一销轴22铰接在支座12上。第一销轴22的数量为两个，两个第一销轴22左右布置且轴线同线，这样可以使俯仰角调整框架21在转动时更加平稳。

所述俯仰角调整机构2还包括安装在底座1上的第二动力装置23，所述第二动力装置23通过第一传动机构24带动第一销轴22转动，从而使俯仰角调整框架21绕第一销轴22的轴线转动。优选地，所述第一传动机构24为蜗轮蜗杆传动机构，这样可以使传动平稳和精确。另外，作为优选，本发明中的第二电动装置选用直流电机，直流电机固定于支座12上，且电机轴与蜗杆相连，俯仰角调整框架21上安装蜗轮，并使蜗轮与蜗杆相啮合，蜗轮固定连接在第一销轴22上，第一销轴22固定连接在俯仰角调整框架21上，第一销轴22与支座12之间设置有轴承，这样俯仰角调整框架21能绕第一销轴22的轴线转动。

方向角调整机构3，包括方向角调整框架31，方向角调整框架31通过第二销轴32铰接在俯仰角调整框架21上，能绕第二销轴32的轴线转动，第二销轴32的轴线与第一销轴22的轴线的夹角大于零；作为优选，二者的夹角为90°。第二销轴32的数量为两个，两个第二销轴32上下布置且轴线同线，这样可以使方向角调整框架31在转动时更加平稳。所述方向角调整机构3还包括安装在俯仰角调整框架21上的第三动力装置33，作为优选，第三动力装置33采用步进电机。所述第三动力装置33通过第二传动机构34带动第二销轴32转动，从而使方向角调整框架31绕第二销轴32的轴线转动。优选地，所述第二传动机构34包括连接在第三动力装置33上的驱动齿轮341和连接在第二销轴32上的不完全齿轮342。步进电机比较容易控制驱动齿轮341的转动行程。由于本发明优选采用两个第二销轴32，因此只需要将其中某个第二销轴32固定连接在不完全齿轮342上即可，本发明优选在下的第二销轴32连接在不完全齿轮342上，该在下的第二销轴32的一端固定连接在方向角调整框架31上，另一端通过轴承安装在俯仰角调整框架21上。所述不完全齿轮342包括轮体及设置在轮体上的多个轮齿，该多个轮齿均匀设置在轮体上弧度为180°的圆弧上。采用不完全齿轮342，可以将可反射光控制在180°的范围内，可以使反射光只将光线反射进屋内，无需将光线反射到屋外。

曲率调整机构4，包括可弯曲反射镜41，其中可弯曲反射镜41可以选用不锈钢镜面板或亚克力镜面板，二者都是可以弯曲的。可弯曲反射镜41的上下两端分别通过第三销轴42和第四销轴43铰接在方向角调整框架31上，第三销轴42与第四销轴43的轴线平行。方向角调整框架31上活动安装有第一滑块44，第三销轴42安装在第一滑块44上，第三销轴42的轴线与第一滑块44的移动方向垂直，第三销轴42的数量为两个，两个第三销轴42左右布置且轴线同线。相应地，第一滑块44的数量也为两个，这样可以使可弯曲反射镜41的上端在移动时更加平稳。第一滑块44和第四销轴43之间安装有用于推动可弯曲反射镜41产生弯曲变形的第一动力装置45。第一动力装置45包括可伸缩的驱动杆，驱动杆通过第五销轴46与可弯曲反射镜41连接；所述可弯曲反射镜41上固定连接有能与可弯曲反射镜41同步弯曲的导杆47，所述导杆47上活动安装有第二滑块48，第五销轴46设置在第二滑块48上。

第一动力装置45、第五销轴46、导杆47、第二滑块48均设置为两个，且左右布置，以便于推动可弯曲反射镜41产生弯曲变形。两个第五销轴46的轴线同线。

驱动可弯曲反射镜41曲率变化的第一动力装置45可以选用电动推杆，或者电机与连杆滑块机构配合，来使可弯曲反射镜41弯曲变形。本发明优选为电动推杆，电动推杆的一端固定在方向角调整框架31上，电动推杆的驱动杆的末端与可弯曲反射镜41侧边上的第二滑块48相连。

采用可弯曲反射镜41作为采光反射件，可弯曲反射镜41的曲率变化采用电动推杆作为动力源，可弯曲反射镜41的一端铰接，另一端铰接并连接第一滑块44，用来保证可弯曲反射镜41的镜面的曲率变化时方向角调整框架31本身不发生形变。

方向角调整框架31的转动采用步进电机作为动力源，步进电机的转动容易控制。电机轴连接驱动齿轮341，方向角调整框架31通过第二销轴32固定连接一不完全齿轮342，用来限定方向角调整框架31的转动角度。

俯仰角调整框架21的转动采用直流电机作为动力源，采用减速比相对较大的蜗轮蜗杆副传动，达到自锁的目的。

支座12结构紧凑，且支座12上设置有加强横梁13，加强横梁13可用于放置控制电路板。

支座12下部有折叠脚轮机构11，移动时用折叠脚轮机构11支起整个系统，固定放置时可折起，降低重心。

本发明采用一种用可弯曲反射镜41实现设定采光区域内充满太阳光的智能太阳光反射式室内采光系统，重点解决现有系统结构复杂、驱动部件多、采光面积受平面镜大小限制等问题，从而使系统结构简单、驱动控制功耗低、成本更低。

本发明构建由可弯曲反射镜41为核心的智能反射式采光控制系统，根据光照传感器所在的位置，控制系统控制俯仰角调整机构2、方向角调整机构3和曲率调整机构4运动，进而控制反射镜的俯仰角、方向角和曲率，完成设定区域的自动跟踪采光。

本采光设备工作时，先将光照传感器放置在设定阳光投射区，光照传感器信号输送到处理电路，处理电路通过直流电机驱动蜗杆、蜗轮和俯仰角调整框架21组成的俯仰角调整机构2运动，使俯仰角调整框架21绕第一销轴22的轴线转动；同时，步进电机通过驱动齿轮341带动不完全齿轮342转动，进而调整方向角调整框架31，使得可弯曲反射镜41及方向角调整框架31绕第二销轴32旋转来调整位置，实现对太阳位置的跟踪，并将接收到的太阳光反射到光照传感器的位置；随着太阳相对位置的改变，为保证反射光线照射到光照传感器所在的区域，电动推杆推动第二滑块48，使得可弯曲反射镜41的曲率发生改变，进而改变反射光的投射面积，达到采光目的。

为实现设定区域内充满阳光，本发明的系统包括三组相互关联的调整机构：由直流电机和蜗轮蜗杆副构成的俯仰角调整机构2；由步进电机和不完全齿轮342副构成的方向角调整机构3；由电动推杆和导杆47第一滑块44构成的反射镜曲率调整机构4。三组调整机构与光照传感器配合，使得系统能够自动跟踪太阳光并始终将太阳光投射到光照传感器所在的区域，而且整个采光设备结构简单、紧凑，制造成本低，整体外观类似于大厅中常用的落地镜，除采光外可用于日常人们的照镜子，可收折的折叠脚轮机构11使得设备便于移动且可稳定放置于任意位置。

上述系统工作时，首先控制电路检测来自太阳光投射区的光照传感器的信号，然后控制电路调节俯仰角传动机构和方向角传动机构，进而不断调整反射镜的俯仰角和方向角，使得反射镜始终跟踪太阳并将太阳光投射到光照传感器所设定的位置。在此基础上，如果太阳相对于装置所处的角度较特殊时，反射镜的投射面积不足以覆盖光照传感器所处的区域，处理电路就会控制反射镜曲率调节机构，从而使光照强度满足要求。

此外，该采光设备的辅助机构中，支座12为整个系统提供了一个稳定的平台，各个调整机构均是以支座12作为基础。当系统需要移动时，用折叠脚轮机构11支起整个系统，使得系统可以依靠折叠脚轮机构11很方便的移动，当系统需要放于某处使用时，即将折叠脚轮机构11折起，达到使系统重心降低，安放稳定的目的。加强横梁13有两个作用，其一是提高支座12的刚度，使支座12不易发生形变，其二是用于放置电路板，给系统提供一个安放系统辅助部件的位置。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种太阳光反射式室内采光设备，包括底座(1)、铰接在底座(1)上的俯仰角调整机构(2)、铰接在俯仰角调整机构(2)上的方向角调整机构(3)及活动连接在方向角调整机构(3)上的曲率调整机构(4)，其特征在于：其中

俯仰角调整机构(2)，包括俯仰角调整框架(21)，俯仰角调整框架(21)通过第一销轴(22)铰接在底座(1)上，第一销轴(22)的轴线水平设置；

方向角调整机构(3)，包括方向角调整框架(31)，方向角调整框架(31)通过第二销轴(32)铰接在俯仰角调整框架(21)上，第二销轴(32)的轴线与第一销轴(22)的轴线的夹角大于零；

曲率调整机构(4)，包括可弯曲反射镜(41)，可弯曲反射镜(41)为不锈钢镜面板或亚克力镜面板，可弯曲反射镜(41)的上下两端分别通过第三销轴(42)和第四销轴(43)铰接在方向角调整框架(31)上，第三销轴(42)与第四销轴(43)的轴线平行，方向角调整框架(31)上活动安装有第一滑块(44)，第三销轴(42)安装在第一滑块(44)上，第三销轴(42)的轴线与第一滑块(44)的移动方向垂直，第一滑块(44)和第四销轴(43)之间安装有用于推动可弯曲反射镜(41)产生弯曲变形的第一动力装置(45)。

2.根据权利要求1所述的一种太阳光反射式室内采光设备，其特征在于：所述底座(1)包括折叠脚轮机构(11)及安装在折叠脚轮机构(11)上的支座(12)，俯仰角调整框架(21)通过所述的第一销轴(22)铰接在支座(12)上。

3.根据权利要求1所述的一种太阳光反射式室内采光设备，其特征在于：所述俯仰角调整机构(2)还包括安装在底座(1)上的第二动力装置(23)，所述第二动力装置(23)通过第一传动机构(24)带动第一销轴(22)转动，从而使俯仰角调整框架(21)绕第一销轴(22)的轴线转动。

4.根据权利要求3所述的一种太阳光反射式室内采光设备，其特征在于：所述第一传动机构(24)为蜗轮蜗杆传动机构。

5.根据权利要求1所述的一种太阳光反射式室内采光设备，其特征在于：所述方向角调整机构(3)还包括安装在俯仰角调整框架(21)上的第三动力装置(33)，所述第三动力装置(33)通过第二传动机构(34)带动第二销轴(32)转动，从而使方向角调整框架(31)绕第二销轴(32)的轴线转动。

6.根据权利要求5所述的一种太阳光反射式室内采光设备，其特征在于：所述第二传动机构(34)包括连接在第三动力装置(33)上的驱动齿轮(341)和连接在第二销轴(32)上的不完全齿轮(342)。

7.根据权利要求6所述的一种太阳光反射式室内采光设备，其特征在于：所述不完全齿轮(342)包括轮体及设置在轮体上的多个轮齿，该多个轮齿均匀设置在轮体上弧度为180°的圆弧上。

8.根据权利要求1所述的一种太阳光反射式室内采光设备，其特征在于：第一动力装置(45)包括可伸缩的驱动杆，驱动杆通过第五销轴(46)与可弯曲反射镜(41)连接。

9.根据权利要求8所述的一种太阳光反射式室内采光设备，其特征在于：所述可弯曲反射镜(41)上固定连接有能与可弯曲反射镜(41)同步弯曲的导杆(47)，所述导杆(47)上活动安装有第二滑块(48)，第五销轴(46)设置在第二滑块(48)上。

10.根据权利要求1所述的一种太阳光反射式室内采光设备，其特征在于：还包括用于检测光照强度的光照传感器。