CN104503484A - 一种全方位太阳追踪器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种全方位太阳追踪器，包括光信号采集控制模块、方向控制模块、角度调整模块和采光模块。光信号采集控制模块包括阴影投射装置、电信号比较电路和驱动芯片；方向调整模块包括旋转底盘、方向调整电动机、连接台；角度调整模块包括连接件、角度支撑板、电动机；所述采光模块包括采光板、固定装置。阴影投射装置安装于采光板上，光敏元件置于阴影投射装置上，采光板与太阳光线入射方向垂直或形成一定角度时，阴影投射装置的立杆阴影投射到光敏元件，光敏元件变化的电信号传输到电信号比较电路后，向驱动芯片输出信号，驱动芯片控制方向调整电动机、电动机运作。本发明结构简单，安装方便，可全方位调整，可安装于任何纬度而不需前期调整。

Description

一种全方位太阳追踪器

技术领域

 本发明涉及一种全方位太阳追踪器，具体是一种驱动太阳能利用装置正对太阳光线入射方向的装置，属于太阳能开发利用领域。

背景技术

我国能源消费结构存在不合理性，煤炭占了绝大部分且具于主导地位，不适合现阶段的经济发展条件。随着经济的发展，人类对能源需求越来越高，造成不可再生能源越来越紧缺，并且造成严重的环境污染。因此，开发新能源成了中国的当务之急，尤其是太阳能的开发利用。太阳能分布广泛，取之不尽，是一种清洁的可再生能源。

但是太阳光线在不同季节、不同时日的照射方向不一致，想要最大化利用太阳能，趋光系统就有了开发的必要性。而现有的太阳追踪系统一般使用电脑、微电脑或单片机控制，程序复杂繁琐，调整不便且兼容性不好。本发明则利用光敏元件结合逻辑电路对趋光系统进行控制，具有结构简单、紧凑，安装方便，寿命长，成本低廉，可全方位调整等优点，可安装于任何纬度而不需前期调整，可以迅速自动调整到最佳采光方位。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种全方位太阳追踪器。本发明结构简单，移动性、适应性好，可全方位调整。

本发明是一种全方位太阳追踪器，包括光信号采集控制模块，方向调整模块，角度调整模块和采光模块，其中光信号采集控制模块包括阴影投射装置、电信号比较电路和驱动芯片；方向调整模块包括连接台、旋转底盘、方向调整电动机；角度调整模块包括同步带、连接件、角度支撑板、电动机；采光模块包括采光板、固定装置，阴影投射装置安装于采光板上，阴影投射装置安装于采光板上，方向调整电动机固定于旋转底盘上，连接台的一端通过固定件固定于旋转底盘上，上述连接台的一侧通过铰链与采光板连接，采光板能绕铰链转动，连接件固定于旋转底盘的连接台上，连接台通过连接件与角度调整模块中的角度支撑板铰接，角度支撑板能绕连接件转动；电动机固定于角度支撑板上，带动同步带运动；同步带与采光模块中的采光板通过固定装置连接，使采光板与同步带同步运动，电动机及方向调整电动机与驱动芯片电连接，驱动芯片控制电动机及方向调整电动机按指定方向旋转。

本发明由于采用包括有方向调整模块、角度调整模块、采光模块的结构。方向调整模块由旋转底盘、方向调整电动机、连接板组成；角度调整模块由连接件、角度支撑板、同步带、电动机组成；采光模块由采光板、固定装置组成。方向调整模块通过旋转底盘固定于地面或其它物体上；采光板通过铰链与旋转底盘的连接台连接，其可调节与连接台的角度，调整范围为0°～110°。采光板通过固定装置固定于同步带上，角度调整模块通过连接件与连接台连接，可调整角度。本发明利用光敏材料接收光线照射方向信号，通过驱动芯片控制电动机运作，实现趋光功能。本发明的采光板可分为东西方向旋转和南北角度调整，以方向调整电动机驱动旋转底盘实现东西方向转向，以电动机带动同步带驱动采光板改变南北角度实现南北角度的调整，本发明结构简单，移动性、适应性好，可全方位调整。本发明还结合光敏元件和电信号比较电路控制，其需要的原材料及组装配件成本非常低廉，且只要具备机械、电器的基本知识即可安装、调整此装置，使太阳能利用装置在任何地方均可正常工作而不需复杂的调试，更好地提高太阳能的利用率及效率。

附图说明

图1为本发明全方位太阳追踪器分解状态的立体图。

图2为本发明全方位太阳追踪器组装后的立体图。

图3为阴影投射装置的基板分区域示意图。

图4为旋转底座的装配状态剖面图。

具体实施方式

下面对本发明的实施方式进行具体描述。

如图1～4所示，本发明全方位太阳追踪器，包括光信号采集控制模块，方向调整模块，角度调整模块和采光模块。其中光信号采集控制模块包括阴影投射装置11，电信号比较电路12和驱动芯片13；方向调整模块包括连接台21、旋转底盘23、方向调整电动机24；角度调整模块包括同步带31、连接件34、角度支撑板32、电动机33；采光模块包括采光板41、滑动轮43、固定装置42，阴影投射装置11安装于采光板41上，阴影投射装置11安装于采光板41上，方向调整电动机24固定于旋转底盘23上，连接台21的一端通过固定件52固定于旋转底盘23上，上述连接台21的一侧通过铰链51与采光板41连接，采光板41能绕铰链51转动，连接件34固定于旋转底盘23的连接台21上，连接台21通过连接件34与角度调整模块中的角度支撑板32铰接，角度支撑板32可绕连接件34中的铰接轴旋转；电动机33固定于角度支撑板32上，带动同步带31运动；同步带31与采光模块中的采光板41通过固定装置42连接，使采光板41与同步带31同步运动，电动机33及方向调整电动机24与驱动芯片13电连接，驱动芯片13控制电动机33及方向调整电动机24按指定方向旋转。当电动机33运作时，同步带31做直线运动，采光板41能绕铰链51转动，实现采光板41角度的调整。驱动芯片13控制电动机33及方向调整电动机24按指定方向旋转。本实施例中，固定件52是螺钉。

当采光板41与太阳光线入射方向不垂直时，阴影投射装置11的立杆阴影投射到光敏元件上，光敏元件的物理性质会发生改变，引起其电路状态发生变化，变化的电信号传输到电信号比较电路12经过比较放大后，向驱动芯片13输出正或负电压信号，进而控制方向调整电动机24、电动机33工作使采光板41的方向、角度改变，使其垂直于太阳光线入射方向。

上述驱动芯片13集成了控制、调配功能，可同时或分立控制两台电动机工作。驱动芯片13接收电信号比较电路12输出的正负电压信号，分别控制方向调整电动机24、电动机33顺时针或逆时针旋转。

本实施例中，上述方向调整电动机24的输出轴通过变速装置22与同步带31连接。

本实施例中，电动机33是双头电动机，上述双头电动机两头的转子分别与两条同步带31接触，当电动机运作时，两条同步带31与其同步运动。

本实施例中，上述角度调整模块中的角度支撑板32与连接件34上所设的铰接轴连接，角度支撑板32能绕铰接轴旋转。

本实施例中，上述采光模块还包括有滑动轮43，采光板41的上端设有横杆，滑动轮43安装于横杆上，同步带31绕在滑动轮43上，采光板41与同步带31通过安装于横杆的固定装置42连接。滑动轮43安装于采光板41的横杆上，滑动轮43与角度支撑板32接触，起到限制自由度、增强稳定性、减少滑动摩擦的作用。

本实施例中，上述采光模块中的采光板41通过固定装置42固定于两条同步带31上。

本实施例中，上述阴影投射装置11由基板、立杆和四个光敏元件组成,上述基板分为a、b、c、d、e五个区域，四个光敏元件分别置于a、b、c、d四个区域，立杆置于e区域。所述光敏元件可以是光敏电阻、热敏电阻、光电二极管、光伏电池等，只要受光照射或光照条件发生变化使其发生物理性质、化学性质改变，均可用作本发明的光敏元件。

本实施例中，上述电信号比较电路12是电学比较电路。当阴影投射在光敏元件上时，光敏元件的物理性质会发生改变，引起其电路状态发生变化，变化的电信号传输到电信号比较电路12经过比较放大后，向驱动芯片13输出正或负电压信号，分别控制方向调整电动机24、电动机33工作。

本实施例中，上述方向调整模块中的旋转底盘23包括有上盘231、滚珠233、下盘232，连接台21通过固定件52固定于上盘231上，滚珠233置于上盘231与下盘232之间的凹槽上，起到限制上盘231自由度、减少滑动摩擦的作用；下盘232的螺栓孔用于固定作用；上盘231的螺栓孔用于固定连接台21，使连接台21与上盘231共同旋转。上述上盘231、滚珠233、下盘232材质为钢材、铝等金属材料。

本实施例中，上述变速装置22包括有定轮221、行星轮222，定轮221固定在上盘231，行星轮222作为中间传动轮分别与方向调整电动机24的转子和定轮221接触，传递方向调整电动机24的动力，把方向调整电动机24的扭矩传递至旋转底盘23的上盘231上。即方向调整电动机24的转子带动行星轮222运动，行星轮222的运动通过定轮221带动上盘231运动，方向调整电动机24的外壳固定于下盘232上，下盘232通过地钉或螺钉等方式固定于地面或其它物体上。

上述变速装置22中的定轮221和行星轮222夹于上盘231与连接台21之间。上述定轮221以焊接方式固定在旋转底盘 23的上盘231上，上述方向调整电动机24转子的运动通过行星轮222传递至定轮221，由于定轮221固定于旋转底盘 23的上盘231上，故方向调整电动机24的扭矩通过行星轮222及定轮221传到旋转底盘23的上盘231，使上盘231与转子一起旋转。上述的定轮221和行星轮222材质为45钢淬火。上述连接台21通过固定件52固定于旋转底盘23的上盘231上，上盘231上设有一凹槽供角度调整模块摆动。

本实施例中，上述连接台21作为连接采光模块和角度调整模块的部件，以螺钉固定于旋转底盘23的上盘231，其材质为钢材，通过铰链以采光模块的采光板41连接，通过角度调整模块的两个连接件34连接角度支撑板32。连接台21上设有矩形槽，为角度支撑板32提供运动空间，矩形槽长度按照角度支撑板32摆动角度设定；上述连接件34以螺钉固定于连接台21，连接件34上设有铰接轴，用于铰接角度支撑板32，角度支撑板32在电动机33的驱动下可绕上述铰接轴旋转。

所述的角度支撑板32作为角度调整模块的主体和支撑部分，材质为轻质材料，其要求机械性能高。其上固定有电动机33，两条同步带31置于角度支撑板32左右两边，分别与电动机33的两转子接触，增强传动稳定性与同步性，通过固定装置42使采光板41固定于其上；采光板41安装有滑动轮43，滑动轮43与角度支撑板32接触，增强其支撑作用并且减少运动过程中的摩擦力。当电动机33运作时，带动同步带31做定向运动，拉动采光板41顺时针或逆时针转动，同时角度支撑板32绕连接件34的圆柱体逆时针或顺时针转动。

本发明全方位太阳追踪器的控制原理为：当采光板41与太阳光线入射方向不垂直时，安装于采光板41上的阴影投射装置11立杆会投射出阴影落于基板的a、b、c、d其中一个区域内，区域内的光敏元件的物理性质发生改变，引起其电路状态发生变化，变化的电信号传输到电信号比较电路12经过比较放大后，向驱动芯片13输出正或负电压信号，分别控制方向调整电动机24、电动机33工作运作，使采光板41垂直于太阳光线入射方向，投影投射到基板的e区域。

上述阴影投射装置11由基板、立杆、四个光敏元件组成，其中基板分为a、b、c、d、e五个区域，e位于正中央，a、b位于左右两侧，c、d位于上下两端，四个光敏元件分别置于a、b、c、d四个区域上，立杆置于e区域上，光敏元件与立杆均以特定方式固定于基板上。基板必须以指定方式安装于采光板41上，使立杆的投影投射到正确的区域内。

当采光板41与太阳光线入射方向不垂直时，立杆产生的阴影投射到基板上。若投影在a或b时，驱动芯片13驱动方向调整电动机24，使连接在连接台21的采光模块和角度调整模块在东西方向上转动。若投影在c或d区域时，驱动芯片13驱动电动机33，使两条同步带31同步运动，拉动固定于同步带31上的采光板41顺时针或逆时针旋转一定角度。同时，角度支撑板32绕连接件34的圆柱体逆时针或顺时针转动。若阴影在e区域时，即采光板41垂直于太阳光线入射方向，四个光敏元件物理性质相同，电路状态不发生改变，其电路处于平衡状态。

当投影在a区域时，驱动芯片13首先驱动方向调整电动机24逆时针旋转，使投影置于c、d或e上，方向调整电动机24停止运作。若此时投影在c区域上，驱动芯片13驱动电动机33顺时针旋转带动同步带31固定装置42一侧自下而上运动，使采光板41逆时针旋转；若此时投影在d区域上，驱动芯片13则驱动电动机33逆时针转动，使采光板41顺时针旋转，使阴影投射在e区域上，电动机33停止运作；若此时投影在e区域上，说明此时采光板41垂直于太阳光线入射方向，电动机33不运作。当投影在b区域时，驱动芯片13首先驱动方向调整电动机24顺时针转动，使投影置于c、d或e上，方向调整电动机24停止运作，其余动作步骤与上面描述一致，不再重复描述。

上述实施方式为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受以上实施方式的限制。如改变光敏元件类型、数量，更换电动机型号，传动方式等，其它任何未背离本发明的精神实质与原理、结构下所作的改变、修饰、替代、简化，均应为等效的置换方式与技术方案，都包括在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种全方位太阳追踪器，其特征在于包括光信号采集控制模块，方向调整模块，角度调整模块和采光模块，其中光信号采集控制模块包括阴影投射装置、电信号比较电路和驱动芯片；方向调整模块包括连接台、旋转底盘、方向调整电动机；角度调整模块包括同步带、连接件、角度支撑板、电动机；采光模块包括采光板、固定装置，阴影投射装置安装于采光板上，阴影投射装置安装于采光板上，方向调整电动机固定于旋转底盘上，连接台的一端通过固定件固定于旋转底盘上，上述连接台的一侧通过铰链与采光板连接，采光板能绕铰链转动，连接件固定于旋转底盘的连接台上，连接台通过连接件与角度调整模块中的角度支撑板铰接，角度支撑板能绕连接件转动；电动机固定于角度支撑板上，带动同步带运动；同步带与采光模块中的采光板通过固定装置连接，使采光板与同步带同步运动，电动机及方向调整电动机与驱动芯片电连接，驱动芯片控制电动机及方向调整电动机按指定方向旋转。

2.根据权利要求1所述的全方位太阳追踪器，其特征在上述方向调整电动机的输出轴通过变速装置与同步带连接。

3.根据权利要求1所述的全方位太阳追踪器，其特征在于上述电动机为双头电动机，电动机两头的转子分别与两条同步带接触，电动机带动两条同步带与其同步运动。

4.根据权利要求1所述的全方位太阳追踪器，其特征在于上述角度调整模块中的角度支撑板与连接件上所设的铰接轴连接，角度支撑板能绕铰接轴旋转。

5.根据权利要求1所述的全方位太阳追踪器，其特征在于上述采光模块还包括有滑动轮，采光板的上端设有横杆，滑动轮安装于采光板所设的横杆上，同步带绕在滑动轮上，采光板与同步带通过安装于横杆的固定装置连接。

6.根据权利要求3所述的全方位太阳追踪器，其特征在于上述采光模块中的采光板通过固定装置固定于两条同步带上。

7. 根据权利要求1至6任一项所述的全方位太阳追踪器，其特征在于上述阴影投射装置由基板、立杆和四个光敏元件组成,上述基板分为a、b、c、d、e五个区域，四个光敏元件分别置于a、b、c、d四个区域，立杆置于e区域。

8.根据权利要求7所述的全方位太阳追踪器，其特征在于上述电信号比较电路是电学比较电路。

9.根据权利要求8所述的全方位太阳追踪器，其特征在于上述方向调整模块中的旋转底盘包括有上盘、滚珠、下盘，连接台通过固定件固定于上盘上，滚珠置于上盘与下盘之间的凹槽上。

10.根据权利要求9所述的全方位太阳追踪器，其特征在于上述变速装置包括有定轮、行星轮，定轮固定在上盘，行星轮作为中间传动轮分别与方向调整电动机的转子和定轮接触，传递方向调整电动机的动力，把方向调整电动机的扭矩传递至旋转底盘的上盘上。