CN104571146B - 一种矩阵并联式2自由度回转的太阳光能定向反射设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种矩阵并联式2自由度回转的太阳光能定向反射(或接收)设备，多个反光板呈矩阵排列安装在活动框架的转动板上，活动框架设置在机架上，活动框架设置有水平轴和俯仰轴，第一电机和第二电机分别设置有减速器，第一电机分别与电源、控制器和第一转轴相连，第二电机分别用于电源、控制器和第二转轴相连，第一电机在控制器的控制下减速第一传动轴，使水平轴转动，带动各水平轴转动，带动各排反光板(或接收板)左右摆动，并实现旋转机构自锁，利用限位开关进行限位控制和零位回归；第二电机在控制器的控制下减速第二传动轴，使俯仰轴转动，带动各排反光板上下摆动，旋转机构自锁，利用限位开关进行限位控制和零位回归。

Description

一种矩阵并联式2自由度回转的太阳光能定向反射设备

技术领域

本发明涉及节能环保领域，具体而言，涉及一种矩阵并联式2自由度回转的太阳光能定向反射(或接收)设备。

背景技术

目前光能的应用主要在转化电能以及水加热等。有的光能装置则采用光纤传导方式实现室内照明。

国内的光源转化产品的跟踪传感器可以完成对太阳光的跟踪，是在光源跟踪传感器的前、后、左、右四个方向分别安放着遮光板、光纤、散光片、暗室和光敏器件等，当有阳光照射时，此装置根据阳光的照射点来判断太阳的方位，然后进行跟踪，但此种方式的成本较高。

发明内容

本发明提供一种矩阵并联式2自由度回转的太阳光能定向反射设备，用以使一些长年不见阳光的室内“阳光明媚，生机盎然”。

为达到上述目的，本发明提供了一种矩阵并联式2自由度回转的太阳光能定向反射设备，包括：2自由度旋转机构、阳光接收装置和控制系统，其中：

所述2自由度旋转机构包括机架、活动框架、第一转轴、第二转轴，所述阳光接收装置包括多个反光板(或接收板)，所述控制系统包括电控箱、第一电机、第二电机、第一传动轴和第二传动轴，所述电控箱内设置有电源和控制器，所述多个反光板呈矩阵排列安装在所述活动框架的转动板上，所述活动框架设置在所述机架上，所述活动框架设置有水平轴和俯仰轴，所述第一电机和所述第二电机分别设置有减速器，所述第一电机分别与所述电源、所述控制器和所述第一转轴相连，所述第二电机分别用于所述电源、所述控制器和所述第二转轴相连，所述第一电机在所述控制器的控制下减速所述第一传动轴，使水平轴转动，带动各排反光板左右摆动，并实现所述旋转机构自锁，利用限位开关进行限位控制和零位回归；所述第二电机在所述控制器的控制下减速所述第二传动轴，使所述俯仰轴转动，带动各排反光板上下摆动，并所述旋转机构自锁，利用限位开关进行限位控制和零位回归；

其中，所述机架上还设置有摇杆和小支架，用于通过摇杆和小支架的配合实现手动驱动所述第一转动轴、所述第二转动轴调整第二旋转自由度；

其中，所述控制器还连接有光传感器，所述控制器根据光传感器采集的阳光的强度变化，确定光反射位置和阳光方向，自动调整所述2自由度旋转机构的自由度，实现阳光的跟踪和定向反射；

其中，所述中还存储有对应于季节及时间的阳光方向角度表，所述控制器根据当前的季节、时间以及被反射方位，自动调整所述2自由度旋转机构的自由度实现阳光的定向反射。

进一步地，所述转动板上还可设置有太阳能电池板，进行太阳能的定向高效采集，并可用于为所述第一电机和所述第二电机提供电能，并由蓄电池或变压器对多余的电能进行储存。

进一步地，所述控制器还设置有无线接收单元，用于接收无线遥控装置的控制信号，控制反光板上、下、左、右转动。

本发明利用阳光的直接反射及定向发送，使一些长年不见阳光的室内“阳光明媚，生机盎然”。本发明的驱动都直接来源于阳光能量，主要以壁挂和立桩支撑方式安装，在对向接收反射的阳光；电机驱动二自由度的精确回转定向机构，定向将反射阳光照射到对面的窗内，解决高层等建筑长年不见阳光的难题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一个实施例的矩阵并联式2自由度回转的太阳光能定向反射设备整体示意图；

图2为本发明一个实施例的矩阵并联式2自由度回转的太阳光能定向反射设备的后侧结构示意图；

图3为本发明一个实施例的矩阵并联式2自由度回转的太阳光能定向反射设备的前侧结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

光传感技术：光感元件可感受光的强度变化，用于确定光反射位置和阳光的方向。

定向光采集：已有使太阳能电池板垂直于阳光，使接收光能达到最大化的阳光转化系统。

图1为本发明一个实施例的矩阵并联式2自由度回转的太阳光能定向反射设备整体示意图；图2为本发明一个实施例的矩阵并联式2自由度回转的太阳光能定向反射设备的后侧结构示意图；图3为本发明一个实施例的矩阵并联式2自由度回转的太阳光能定向反射设备的前侧结构示意图。如图所示，矩阵并联式2自由度回转的太阳光能定向反射设备包括：2自由度旋转机构、阳光接收装置和控制系统，其中：

所述2自由度旋转机构包括机架、活动框架、第一转轴、第二转轴，所述阳光接收装置包括多个反光板，所述控制系统包括电控箱、第一电机、第二电机、第一传动轴和第二传动轴，所述电控箱内设置有电源和控制器，所述多个反光板呈矩阵排列安装在所述活动框架的转动板上，所述活动框架设置在所述机架上，所述活动框架设置有水平轴和俯仰轴，所述第一电机和所述第二电机分别设置有减速器，所述第一电机分别与所述电源、所述控制器和所述第一转轴相连，所述第二电机分别用于所述电源、所述控制器和所述第二转轴相连，所述第一电机在所述控制器的控制下减速所述第一传动轴，使水平轴转动，带动各排反光板左右摆动，并实现所述旋转机构自锁，利用限位开关进行限位控制和零位回归；所述第二电机在所述控制器的控制下减速所述第二传动轴，使所述俯仰轴转动，带动各排反光板上下摆动，并所述旋转机构自锁，利用限位开关进行限位控制和零位回归；

其中，所述机架上还设置有摇杆和小支架，用于通过摇杆和小支架的配合实现手动驱动所述第一转动轴、所述第二转动轴调整所述2自由度旋转机构的自由度；

其中，所述控制器还连接有光传感器，所述控制器根据光传感器采集的阳光的强度变化，确定光反射位置和阳光方向，自动调整所述2自由度旋转机构的自由度，实现阳光的跟踪和定向反射；

其中，所述中还存储有对应于季节及时间的阳光方向角度表，所述控制器根据当前的季节、时间以及被反射方位，自动调整所述2自由度旋转机构的自由度实现阳光的定向反射。

进一步地，所述转动板上还设置有太阳能电池板，用于为所述第一电机和所述第二电机提供电能，并由蓄电池或变压器对多余的电能进行储存。

进一步地，所述控制器还设置有无线接收单元，用于接收无线遥控装置的控制信号，控制反光板上、下、左、右转动。

本发明的上述实施例可以实现以下功能：

1.系统通过时间、过程及经验等数据实现智能化光能采集；

2.机械及控制部分能实现微小距运动，2个带减速器电机完成阵列的多点强力反光板驱动，即采用二自由度转动方式，精确定向(定位置)进行阳光反射和送达。

3.可利用手工摇控、反馈等多种方式进行阳光的精确反射方向控制。

在具体操作时，可以分为手动调整、反馈运行和自动运行3种状态：

a.手动调整状态：利用遥控器实现反光板的上、下、左、右旋转；

b.反馈运行状态：工作时不需要人为调整，依靠接受光方所安装的光传感器实现方向控制；

c.自动运行状态：初始数据需要进行输入，即阳光方位和被反射方位需进行测算，利用算法实现阳光的定向反射，正常工作时只需调整日期等即可自动运行。

本发明实现了以下有益效果：

a.节能环保：不需其他能源，只是利用太阳能，因结构平衡使电机功率超小，另由于自锁和转速低，能量损耗小；

b.安装方便省空间：利于壁挂和立桩支撑方式进行安装；

c.多种控制方式：可采用手动调整、反馈运行和自动运行等多种方式，使操作十分方便和可靠；

d.除射阳光功能外，可直接在旋转板上加装太阳能电池板，定向接收太阳光，驱动电能来源于光能，并存于蓄电池中，也可由变压器储能；

e.矩阵式的结构布置，便于实现统一的角度和方位；两个电机分别控制两个方向旋转，每块反光板的空间姿态(方向)相同，整体轻薄，便于悬挂和控制。

f.2个轴的旋转机构，实现反射光板的2自由度翻转，并在结构上实现力平衡(即采用竖直轴、力平衡布置等方式)，使得驱动电机功率非常小，有利于节能。

g.在两轴方向各自分别加装了2个限位开关，避免超过转动的行程范围，并便于对起始点的检测；

h.为便于所阵列的反光板方向一致性，对每块板设置了单独的调整机构。

本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

本领域普通技术人员可以理解：实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。

Claims (3)

1.一种矩阵并联式2自由度回转的太阳光能定向反射设备，其特征在于，包括：2自由度旋转机构、阳光接收装置和控制系统，其中：

所述2自由度旋转机构包括机架、活动框架、第一转轴、第二转轴，所述阳光接收装置包括多个反光板，所述控制系统包括电控箱、第一电机、第二电机、第一传动轴和第二传动轴，所述电控箱内设置有电源和控制器，所述多个反光板呈矩阵排列安装在所述活动框架的转动板上，所述活动框架设置在所述机架上，所述活动框架设置有水平轴和俯仰轴，所述第一电机和所述第二电机分别设置有减速器，所述第一电机分别与所述电源、所述控制器和所述第一转轴相连，所述第二电机分别用于所述电源、所述控制器和所述第二转轴相连，所述第一电机在所述控制器的控制下减速所述第一传动轴，使水平轴转动，带动各排反光板左右摆动，并实现所述旋转机构自锁，利用限位开关进行限位控制和零位回归；所述第二电机在所述控制器的控制下减速所述第二传动轴，使所述俯仰轴转动，带动各排反光板上下摆动，旋转机构自锁，利用限位开关进行限位控制和零位回归；

其中，所述机架上还设置有摇杆和小支架，用于通过摇杆和小支架的配合实现手动驱动所述第一转轴、所述第二转轴调整所述2自由度旋转机构的自由度；

其中，所述控制器还连接有光传感器，所述控制器根据光传感器采集的阳光的强度变化，确定光反射位置和阳光方向，自动调整所述2自由度旋转机构的自由度，实现阳光的跟踪和定向反射；

其中，所述控制器中还存储有对应于季节及时间的阳光方向角度表，所述控制器根据当前的季节、时间以及被反射方位，自动调整所述2自由度旋转机构的自由度实现阳光的定向反射；

其中，所述定向反射设备分为手动调整、反馈运行和自动运行3种运行状态。

2.根据权利要求1所述的矩阵并联式2自由度回转的太阳光能定向反射设备，其特征在于，所述转动板上还设置有太阳能电池板，用于为所述第一电机和所述第二电机提供电能，并由蓄电池或变压器对多余的电能进行储存。

3.根据权利要求1所述的矩阵并联式2自由度回转的太阳光能定向反射设备，其特征在于，所述控制器还设置有无线接收单元，用于接收无线遥控装置的控制信号，控制反光板上、下、左、右转动。