CN106322782A - 一种穹顶式定焦点自动跟踪装置及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种穹顶式定焦点自动跟踪装置，包括支架、第一转盘、第二转盘、弧形架和透镜，所述第一转盘和第二转盘分别可摆动安装于所述支架的两端，所述弧形架的两端分别固定安装于第一转盘和第二转盘上；所述透镜可滑动安装于所述弧形架上。还提供一种制造方法，1)根据透镜的尺寸，确定弧形架的轨道半径；2)根据使用地的日照时间，确定弧形架的角度大小；3)确定第一转盘和第二转盘的半径大小；4)将各个已确定尺寸的零件安装于支架上，完成装配。本发明结构简单、小型化、太阳能利用率高和制造成本低的有益效果。

Description

一种穹顶式定焦点自动跟踪装置及其制造方法

技术领域

本发明属于太阳能热利用技术领域，涉及一种自动跟踪装置及其制造方法，尤其是指一种穹顶式定焦点自动跟踪装置及其制造方法。

背景技术

随着化石能源的大量开发和利用，能源日趋枯竭，并且环境污染也越来越严重。太阳能作为一种清洁、绿色和环保的能源越来越被重视并开发利用。由于太阳能辐射到地球表面的能量密度相对较低，所以高效利用太阳能的关键在于提高太阳聚光和跟踪水平，以保持太阳光能垂直照射于透镜上和透镜聚焦的位置稳定性。

按照聚光原理，现有跟踪式装置主要分为反射聚光和折射聚光两种。其中，反射聚光器主要是采用镜面反光板，通过根据聚光倍数的不同制作成长条状或圆盘状。采用该种反射聚光器的聚光系统需要在聚光器下方增加一个二次聚光器，以达到使射入接收设备表面光谱更均匀、减少光损失、缩减聚光器到接收设备距离等目的，使用的零件多、结构较复杂且制造成本较高。而折射聚光器主要采用菲涅尔透镜，这种透镜具有质量轻和厚度薄的优点，但是采用该种折射聚光器的聚光系统的二维跟踪机械结构复杂，并且占地面积大，无法被小型化使用，制造成本高，极大影响了商业化推广使用。

发明内容

本发明的目的在于解决现有折射聚光器的聚光系统的二维跟踪机械结构复杂，并且占地面积大而导致无法被小型化使用和制造成本高的问题，提供一种结构简单、小型化、太阳能利用率高和制造成本低的穹顶式定焦点自动跟踪装置及其制造方法

本发明的目的可采用以下技术方案来达到：

一种穹顶式定焦点自动跟踪装置，包括支架、第一转盘、第二转盘、弧形架和透镜，所述第一转盘和第二转盘分别可摆动安装于所述支架的两端，所述弧形架的两端分别固定安装于第一转盘和第二转盘上；所述透镜可滑动安装于所述弧形架上。

进一步地，所述支架上设有第一电机，所述第一转盘和第二转盘通过连接轴可摆动安装于所述支架上，所述第一电机的输出轴与所述第一转盘的连接轴固定连接。

进一步地，所述连接轴通过轴承可摆动安装于所述支架上。

作为一种优选的方案，所述第二转盘的下端安装有配重块。

进一步地，所述弧形架上设有齿条，所述透镜上安装有第二电机，所述第二电机通过齿轮与所述齿条啮合而驱动透镜在弧形架上滑动。

一种穹顶式定焦点自动跟踪装置的制造方法，包括以下步骤：

1)根据透镜的尺寸，确定弧形架的轨道半径；

设透镜的长宽为a和b，焦距为r₁，则可得

弧形架的轨道半径

2)根据使用地的日照时间，确定弧形架的角度大小；

以弧形架的轨道半径r₂作圆O₁，AB为透镜的长a，AC为第一转盘与弧形架的轨道的交点投影，且设透镜的聚光时间从当地时间早上x点至下午y点，共计(12-x+y)小时，则透镜在弧形架的轨道运动的最小度数为15°×(12-x+y)；

当透镜运动到第一转盘的接触位置时，透镜的中心点与圆心O₁的连线D O₁与圆的中线的夹角为γ＝(180-15x)°，则A O₁与水平线之间的夹角为

当透镜运动到第二转盘的接触位置时，透镜的中心点与圆心O₁的连线D’O₁与圆的中线的夹角为δ＝15y°，则B’O₁与水平线之间的夹角为

从而通过式(1)可得弧形架从A运动到圆的中线的度数为90°-β，通过式(2)可得从圆的中心线运动到B’的度数为90°-ε；

3)确定第一转盘和第二转盘的半径大小；

由式(2)可得长度l₁＝L_AC＝r₂sinβ，长度l₂＝L_B'E＝r₂sinε，则可得

第一转盘的半径

第二转盘的半径

4)将各个已确定尺寸的零件安装于支架上，完成装配。

实施本发明，具有如下有益效果：

1、本发明在使用时，弧形架的长度方向以东西方向设置。透镜可在弧形架的左端到右端之间滑动，以保持太阳光能垂直照射到透镜上，实现透镜的日调节的目的，最大化地提高透镜对光阳光的利用率。其中，透镜位于弧形架的最左端时，对应于天亮的时刻，而透镜位于弧形架的最右端时，对应于天黑的时刻，因此，在不同纬度的地区使用，弧形架的弧度是不同的，例如在同一半球上，纬度高越高的地区，弧形架的弧度越大，反之，则越小。而通过驱动第一转盘或第二转盘摆动，而带动弧形架以南北方向进行摆动，对弧形架进行季节调节，使透镜随着季节的变化而逐渐摆动，以保持太阳光能垂直照射到透镜上，提高透镜对光阳光的利用率，具有结构简单、小型化和太阳能利率高的特点。

2、本发明通过第一电机驱动第一转盘转动，第一转盘带动弧形架和第二转盘一起摆动，从而使位于弧形架上的透镜进行南北方向的摆动，以对弧形架进行季节调节，使透镜随着季节的变化而逐渐摆动，以保持太阳光能垂直照射到透镜上，最大化提高透镜对光阳光的利用率。

3、本发明的方法根据透镜的尺寸大小来确定弧形架、第一转盘、第二转盘和其它零件的尺寸大小，然后再将各个零件装配起来，从而制造出跟踪装置。由于该制造方法可根据相同半球的不同纬度之间的日照时间长度通过计算而精确地对各个零件的尺寸进行确定，从而使透镜能以最长时间以对光阳光进行聚焦，实现最大化利用太阳能的目的，具有结构设计灵活、制造方法、太阳能利用率高和制造成本低的特点。

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是本发明穹顶式定焦点自动跟踪装置的结构示意图；

图2是本发明穹顶式定焦点自动跟踪装置的透镜的结构示意图；

图3是本发明穹顶式定焦点自动跟踪装置的弧形架的结构示意图；

图4是本发明穹顶式定焦点自动跟踪装置制造方法的示意图。

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作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。

实施例

参照图1，本实施例涉及穹顶式定焦点自动跟踪装置，包括支架1、第一转盘2、第二转盘3、弧形架4和透镜5，所述第一转盘2和第二转盘3分别可摆动安装于所述支架1的两端，所述弧形架4的两端分别固定安装于第一转盘2和第二转盘3上；所述透镜5可滑动安装于所述弧形架4上。

本发明在使用时，弧形架4的长度方向以东西方向设置。透镜5可在弧形架4的左端到右端之间滑动，以保持太阳光能垂直照射到透镜5上，实现透镜5的日调节的目的，最大化地提高透镜5对光阳光的利用率。其中，透镜5位于弧形架4的最左端时，对应于天亮的时刻，而透镜5位于弧形架4的最右端时，对应于天黑的时刻，因此，在不同纬度的地区使用，弧形架4的弧度是不同的，例如在同一半球上，纬度高越高的地区，弧形架4的弧度越大，反之，则越小。而通过驱动第一转盘2或第二转盘3摆动，而带动弧形架4以南北方向进行摆动，对弧形架4进行季节调节，使透镜5随着季节的变化而逐渐摆动，以保持太阳光能垂直照射到透镜5上，提高透镜5对光阳光的利用率，具有结构简单、小型化和太阳能利率高的特点。

所述支架1上设有第一电机，所述第一转盘2和第二转盘3通过连接轴6可摆动安装于所述支架1上，所述第一电机的输出轴与所述第一转盘2的连接轴6固定连接。通过第一电机驱动第一转盘2转动，第一转盘2带动弧形架4和第二转盘3一起摆动，从而使位于弧形架4上的透镜5进行南北方向的摆动，以对弧形架4进行季节调节，使透镜5随着季节的变化而逐渐摆动，以保持太阳光能垂直照射到透镜5上，最大化提高透镜5对光阳光的利用率。

为了减小连接轴6转动产生的摩擦力，保证连接轴6转动的流畅性和稳定性，所述连接轴6通过轴承可摆动安装于所述支架1上。

所述第二转盘3的下端安装有配重块7。该配重与弧形架4之间相对于第一转盘2和第二转盘3的中心轴线对称。在弧形架4摆动的过程中，第一转盘2和第二转盘3的上、下两侧的受力平衡，可防止弧形架4产生失重的情况，整个支架1不易倾倒，且减少了第一电机的负荷，提高电机的工作寿命，以及电机控制的准确性和安全性。

如图2和图3所示，所述弧形架4上设有齿条8，所述透镜5上安装有第二电机9，所述第二电机9通过齿轮10与所述齿条8啮合而驱动透镜5在弧形架4上滑动。第二电机9驱动齿轮10转动而使透镜5沿着齿条8进行滑动，以保持太阳光能垂直照射到透镜5上，实现透镜5的日调节的目的，最大化地提高透镜5对光阳光的利用率。

本实施例还提供了一种穹顶式定焦点自动跟踪装置的制造方法，如图1、图2和图4所示，包括以下步骤：

1)根据透镜5的尺寸，确定弧形架4的轨道半径；

设透镜5的长宽为a和b，焦距为r₁，则可得

弧形架4的轨道半径

2)根据使用地的日照时间，确定弧形架4的角度大小；

以弧形架4的轨道半径r₂作圆O₁，AB为透镜5的长a，AC为第一转盘2与弧形架4的轨道的交点投影，且设透镜5的聚光时间从当地时间早上x点至下午y点，共计(12-x+y)小时，则透镜5在弧形架4的轨道运动的最小度数为15°×(12-x+y)；

当透镜5运动到第一转盘2的接触位置时，透镜5的中心点与圆心O₁的连线D O₁与圆的中线的夹角为γ＝(180-15x)°，则A O₁与水平线之间的夹角为

当透镜5运动到第二转盘3的接触位置时，透镜5的中心点与圆心O₁的连线D’O₁与圆的中线的夹角为δ＝15y°，则B’O₁与水平线之间的夹角为

从而通过式(1)可得弧形架4从A运动到圆的中线的度数为90°-β，通过式(2)可得从圆的中心线运动到B’的度数为90°-ε；

3)确定第一转盘2和第二转盘3的半径大小；

由式(2)可得长度l₁＝L_AC＝r₂sinβ，长度l₂＝L_B'E＝r₂sinε，则可得

第一转盘2的半径

第二转盘3的半径

4)将各个已确定尺寸的零件安装于支架1上，完成装配。

例如，设正方形透镜的长和宽为a＝b＝1m，焦距为r₁＝1m，弧形架4的半径以弧形架4的半径r₂作圆O₁，AB为正方形透镜5的长，聚光从当地时间从早上9点至下午3点，共计6h，这时弧形架4关于圆心O₁的中线对称，即第一转盘2和第二转盘3的半径相同，则正方形透镜在弧形架4上运动的最小度数为90°。

当透镜5运动到第一转盘2的接触位置时，透镜5的中心点与圆心O₁的连线D O₁与圆的中线的夹角为γ＝(180-15x)°＝45°，则A O₁与水平线之间的夹角为

当透镜5运动到第二转盘3的接触位置时，透镜5的中心点与圆心O1的连线D’O₁与圆的中线的夹角为δ＝15y°＝45°，则B’O₁与水平线之间的夹角为

从而通过上式计算可得到制造弧形架4的弧度为180-2*18.435°＝143.13°。

进一步地，l₁＝L_AC＝r₂sinβ＝0.354m，长度l₂＝L_B'E＝r₂sinε＝0.354m，则可得

第一转盘2的半径

第二转盘3的半径

该方法根据透镜5的尺寸大小来确定弧形架4、第一转盘2、第二转盘3和其它零件的尺寸大小，然后再将各个零件装配起来，从而制造出跟踪装置。由于该制造方法可根据相同半球的不同纬度之间的日照时间长度通过计算而精确地对各个零件的尺寸进行确定，从而使透镜5能以最长时间以对光阳光进行聚焦，实现最大化利用太阳能的目的，具有结构设计灵活、制造方法、太阳能利用率高和制造成本低的特点。

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (7)

1.一种穹顶式定焦点自动跟踪装置，其特征在于，包括支架、第一转盘、第二转盘、弧形架和透镜，所述第一转盘和第二转盘分别可摆动安装于所述支架的两端，所述弧形架的两端分别固定安装于第一转盘和第二转盘上；所述透镜可滑动安装于所述弧形架上。

2.根据权利要求1所述的一种穹顶式定焦点自动跟踪装置，其特征在于，所述支架上设有第一电机，所述第一转盘和第二转盘通过连接轴可摆动安装于所述支架上，所述第一电机的输出轴与所述第一转盘的连接轴固定连接。

3.根据权利要求2所述的一种穹顶式定焦点自动跟踪装置，其特征在于，所述连接轴通过轴承可摆动安装于所述支架上。

4.根据权利要求1或2所述的一种穹顶式定焦点自动跟踪装置，其特征在于，所述第二转盘的下端安装有配重块。

5.根据权利要求1所述的一种穹顶式定焦点自动跟踪装置，其特征在于，所述弧形架上设有齿条，所述透镜上安装有第二电机，所述第二电机通过齿轮与所述齿条啮合而驱动透镜在弧形架上滑动。

6.根据权利要求5所述的一种穹顶式定焦点自动跟踪装置，其特征在于，所述透镜为菲涅尔透镜。

7.一种穹顶式定焦点自动跟踪装置的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)根据透镜的尺寸，确定弧形架的轨道半径；

设透镜的长宽为a和b，焦距为r₁，则可得

弧形架的轨道半径

2)根据使用地的日照时间，确定弧形架的角度大小；

以弧形架的轨道半径r₂作圆O₁，AB为透镜的长a，AC为第一转盘与弧形架的轨道的交点投影，且设透镜的聚光时间从当地时间早上x点至下午y点，共计(12-x+y)小时，则透镜在弧形架的轨道运动的最小度数为15°×(12-x+y)；

当透镜运动到第一转盘的接触位置时，透镜的中心点与圆心O₁的连线DO₁与圆的中线的夹角为γ＝(180-15x)°，则AO₁与水平线之间的夹角为

当透镜运动到第二转盘的接触位置时，透镜的中心点与圆心O₁的连线D’O₁与圆的中线的夹角为δ＝15y°，则B’O₁与水平线之间的夹角为

从而通过式(1)可得弧形架从A运动到圆的中线的度数为90°-β，通过式(2)可得从圆的中心线运动到B’的度数为90°-ε；

3)确定第一转盘和第二转盘的半径大小；

由式(2)可得长度l₁＝L_AC＝r₂sinβ，长度l₂＝L_B'E＝r₂sinε，则可得

第一转盘的半径

第二转盘的半径

4)将各个已确定尺寸的零件安装于支架上，完成装配。