CN1097058A - 簧轮自动跟日机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了簧轮自动跟日机。对各中小型采 能器，无论重心和形状如何或光斑动否都能运载，用 于集热、泵水、造氢、致冷、阳光发动机和发电等。能 多样方式跟踪，有成本低、不用电、体积和自重小、跟 踪精度高、载重大、起动轻快、适于世界各地等优点。 它用弹簧作储能和动力元件，通过变传部件和其他变 速传动副及滤力器连于控制部件，实现广义时角自动 跟踪。广义赤纬跟踪是每隔一日或数日调整一下蜗 杆的啮合位置。

Description

簧轮自动跟日机涉及一种承载采能器的利用太阳能的双轴跟日装置。

现有利用太阳能的自动跟日装置，用电能的有计算机程控式、传感式、光电阴影跟踪式等双轴跟踪装置，其虽各具优点，但均存在如下缺点：成本高，要用一个或几个驱动电机，既耗电，又要受停电的制约;在利用采能器和托架的重量来辅助马达拖动时，还要受纬度限制，而且要求拖架和采能器相对于转轴具有严格的静平衡，或要附加较重的配重物，使自重增加，难以普及到家用采能器上。不用电的自动跟日装置，有液压式、压差式、浮力式、重锤式、沙漏式等等，其成本虽较低，但跟踪动力都是直接或间接的完全依靠重力，故受地理纬度制约，适用区域较小;体积和自重大，安装、使用不便;难以承载偏心重量较大的采能器;并且它们多是单轴跟踪，误差较大，采能器的聚光倍数小;因驱动力小，故其运转不灵，抗风干扰力差，因此至今难以推广普及，尤其不适于在沙漠、高山上使用。中国专利中给出了本人所发明的簧盘多能自动跟日机，在一定程度上能克服上述缺点，但当载重较大时，弹簧在导杆上摩擦问题表现突出，力速变换不够充分，跟踪时间不能太长。

本发明的任务是要解决上述问题，克服其缺点，提供一种在体积小、自重轻、成本低、载重大的条件下，具有较长跟踪时间，能够运转流畅、速度均匀平稳的以多种方式自动跟踪太阳时角，并能跟踪太阳赤纬的双轴跟日装置。本发明由于设置了非园齿轮副作变传部件，或用伸缩杠杆机构作变传部件，别具特色，所以能实现上述任务。

本发明的设计方案如下：

一种簧轮自动跟日机，包括广义时角自动跟踪系统和广义赤纬跟踪部件或托架，其特殊之处在于：

1、广义时角自动跟踪系统由主轴部件、弹传子系统、变换子系统和控制部件构成：

a、所述主轴部件包括主轴和在主轴上固定连接着的主传轮构成;

b、所述弹传子系统，是能够储存能量的并能给主轴部件在工作肘随时提供在方向和数值上符合其所需的恢复力矩的子系统，包括弹簧部件、成矩部件和变传部件，弹簧部件是能够保证使弹簧上需要运动的各点，依照所设计的路线运行并产生恢复力的部件，弹簧部件由弹簧及其静接头和动簧头构成，或者由弹簧及其静接头和动簧头与导杆或导套构成，成矩部件是能够把弹簧提供的恢复力变为恢复力矩并传给变传部件的部件，它包括力传器件及导传器件和成矩器件，它通过力传器件和动簧头作可传动力的连接，另方面它又通过成矩器件和变传部件作可传力矩的连接，变传部件是能够把成矩部件提供的力矩变为在方向和数值上符合主轴部件所需要的恢复力矩的部件，它由相互啮合的非园齿轮副及其轴构成，或者由伸缩杠杆机构构成;非园齿轮副中的一个非园齿轮能包容其轴并以其轴心为支点而转动，并和成矩器件作可传力矩的连接，另一非园齿轮与主轴作可传力矩的连接;

c、所述变换子系统，是一方面能够和主轴部件的跟踪太阳所需的运转速度相对应，另方面能够给控制部件提供适当的力信号的子系统，它一方面和主轴部件作成可传力矩的连接，另方面和控制部件作可传力矩的连接;它由一个或多个变速的传动副构成，或者由一个或多个变速的传动副和一个或多个滤力器构成;

d、所述控制部件，是能对时角跟踪系统的运转速度进行控制的部件，它是能接受外界力信号的能传动的能计时的元器件，或是带有助动簧组件的计时元器件，或是小时钟。

2、所述力传器件可以是挠传器件或是刚传器件，挠传器件是挠性传力器件，它可以是链条，或者是可挠屈的杆件或管件或板件或机械软轴，刚传器件是刚性传力器件，它或是齿条，或是连杆机构;

3、所述导传器件是能使力传器件遵循所需的轨道运行的器件，它是用于和力传器件相互作用的能限定其运行轨道的有轴的能转动的轮子或滚子，也可以是珠子或导轨;

4、所述成矩器件是能接受力传器件的作用力而产生定点转动的器件，它是能绕其中心支点作转动的链轮，或是皮带轮，或是槽轮，或是齿轮，也可以是绕其支点转动的悬臂杠杆，它一方面和力传器件作可传动力的连接，另方面和变传部件作可传动力矩的连接，杠杆式成矩器件也可和主轴直接固定连接，并以其轴心为支点。

5、所述对于齿条式的力传器件，成矩器件必须是齿轮，齿条一方面与齿轮啮合，另方面与动簧头作可传动力的连接。齿轮与变传部件作可传力矩的连接。

6、所述作为力传器件的挠传器件，和作为成矩器件的传力轮的连接方式是：对于能和链条相互啮合的链轮是以啮合方式连接的，对于不能相互啮合的挠传器件和传力轮之间，都具有能持续传力的固定连接处，并有能对于挠传器件的轨道进行限定以使它能和传力轮进行相互持续传力的导传器件来和挠传器件保持接触。

7、所述对于伸缩杠杆式的变传部件，其变传部件与成矩部件可以合二为一，伸缩杠杆以主轴为支点，与主轴牢固连接，导传器件设为环绕主轴的能构成夹缝式导槽的内外导轨，力传器件采用能在导槽中穿过的挠性传力器件，杠杆的伸缩端通过活接头与挠传器件作传动连接，挠传器件的端部与动簧头作传动连接，活接头是既可沿非园导槽作切向移动，又可沿伸缩杠杆作径向移动的连接件。

8、所述对于含有滤力器的此种变换子系统，其中所含滤力器是由传板、分力盘、滤力轮和由它所支持着的一个或几个销杆与档块、传力轮、传力轴、轴插板、弹簧、接力组件和超过一个的轴轮器件构成，所述滤力轮以可活动的方式套在传力轴上，所述轴插板固定于传力轴上并与之相平行，可沿分力盘周壁运动的每个轴轮器件都由传板支持，所述弹簧的一端接档块，另一端接轴插板，所述滤力轮上的一个或几个销杆用于以活动方式连接传板，所述接力组件是介于轴插板和传板之间并固定在传板上的刚性传力组件，它和轴插板可接触可分离，所述轴插板的一个面和所述弹簧与接力组件相对，另一面和所述挡块的另一部分或固结在滤力轮上的另一挡块相对，所述传力轮与传力轴牢固连接，所述分力盘和传板是所述传力轴的包容件。

9、所述分力盘对传力轴可以是全环绕封闭式的套在其上，或相接触而部分包围式的骑于其上，或不相接触而部分包围式的跨于其上。

10、所述传板对传力轴可以是封闭的全环绕式套于其上，或相接触而部分包围式的骑于其上，或不相接触而部分包围式的跨于其上。

本发明的附图图面说明如下：

图1为本发明的实施例的主视图，

图2为本发明的实施例的侧视图，

下面将结合附图对本发明作进一步详述：

参看图1和图2，本发明在早晨起动时，可给托架31或传动系统中某构件，例如给齿轮施一外力矩，使托架31沿着与图2中箭头F相反的方向转向左方即东方，使阳光垂直照射于托架31的平面上，于是，两个弹簧部件，即由弹簧35及其导杆36和静接头34和动簧头25构成的，和由弹簧18及其导杆17和静接头15和动簧头26构成的弹簧部件，便储存了能量，亦即其中各弹簧产生了应变。所述弹簧部件中的动力弹簧可以是拉压簧或扭簧或蜗卷弹簧或空气弹簧等。如果动力弹簧的长粗比满足某些条件的话，弹簧部件中可不含导杆，即只由弹簧和静接接和动簧头构成弹簧部件。

当外力矩取消后，各弹簧部件便把动力传给成矩部件而变为力矩。成矩部件由力传器件如图2的链条27和成矩器件如图2的链轮6以及导传器件如图2的各个压轮28构成。压轮当然应不少于两个。力传器件可是挠传器件或刚传器件。挠传器件是可挠屈的传力器件，如链条或机械软轴，或可挠屈而传力的杆件或管件或板件等。导传器件能保证力传器件按所需要的轨道运行，导传器件可以是压轮或压滚或压珠或导轨等。力传器件通过成矩器件而把力变为力矩。成矩器件可以是链轮或皮带轮或槽轮或齿轮等各种传力轮，也可以是杠杆或连杆等。当挠传器件是如附图中的链条27时，成矩器件可以是与它相互啮合的如附图中的链轮6。当力传器件是刚传器件如齿条时，成矩器件必须是齿轮，从而导传器件是限定齿条轨迹的导轨，在挠传器件（包括链条）与传力轮（包括链轮）不能相互啮合的情况下，挠传器件与传力轮之间必有固定的能传动力的连接处，为了能使二者之间持续传力，必须采用相应的导传器件限定挠传器件的轨道。

成矩器件能够把所得力矩传给变传部件。当时角跟踪系统工作时，变传部件是能够给主轴部件不断的提供符合其所需的力矩的部件。变传部件可以由非园齿轮副及其轴构成，如图2的A非园齿轮29和B非园齿轮33及转轴30就构成了变传部件。B非园齿轮33与主轴牢固连接。当力传器件是挠性传力器件时，变传部件也可以是它的非园导轨，此非园导轨是由内外两层导传器件构成的夹缝式的导槽，挠传器件在此夹槽中通过，所对应的成矩器件应是可伸缩的悬臂杠杆，挠传器件与杠杆的伸缩端用活接头连接之，活接头既可沿夹槽作切向移动，又可沿此悬臂杠杆作径向伸缩移动，因为导轨不全部是园弧。此杠杆的支点可直接置于主轴上，或置在与主轴作传动连接的轴上。

主轴部件既受到来自变传部件的力矩作用，同时又受到来自赤纬部件及其所载采能器的重力矩的作用。因为赤纬部件中的蜗扇2和赤纬支板32是与主轴7作固定连接的。赤纬轴1用于把赤纬支板32和托架31铰接，蜗杆3在蜗扇2上的啮合位置可随太阳赤纬角而调节。当图2中的托架偏东时，重力矩的方向与箭头F的相反，即与主轴7所得的弹簧力矩反向，故必须适当选择弹传子系统，使后者比前者大许多，才能使这两种力矩的总合力矩躯动托架和主轴部件由东向西运转，当主轴部件和托架31转到图2所示位置时，重力矩为零，主轴部件和托架31可在弹簧力矩作用下继续运转，当托架31和主轴部件转到适当偏西角时，可使此角对应于弹簧35和18的中性面，此时托架31和主轴部件在重力矩的作用下继续西转，此后弹簧力矩改变方向，但总合力矩仍将躯动主轴部件及托架和所载采能器继续向西转，直到跟踪结束。

为使主轴部件和托架所载采能器能够跟踪太阳，其运转速度最终要受控制部件的控制，下面详述之，主传轮4通过与之作传动连接的变换子系统与控制部件14作传动连接。变换子系统包括一个或多个变速的传动器，如图示的轮轴组24，即为一个变速的传动副;变换子系统也可以由一个或多个变速的传动副和一个或多个滤力器构成。滤力器能使控制调速元器件在不可避免的多种干扰下正常工作。所述滤力器由包括传板19、分力盘20、滤力轮10和由它所支持着的一个或几个销杆9与挡块13、传力轴22、轴插板11、弹簧12、接力组件21和超过一个的轴轮器件8以及传力轮23构成。在图1所示的实施例中，主传轮4把总合力矩经过变速传动副24传到传力轮23上，传力轮23通过与之牢固连接的传力轴22把力矩传给轴插板11，轴插板11的作用力由弹簧12和接力组件21共同承受。因挡块13固定于滤力轮10，所以弹簧12能通过挡块13把力矩传给滤力轮10。滤力轮10通过与之相啮合的控制部件的接外齿轮16把力信号传到控制部件内部，以对其速度进行控制。控制部件可以是计时元器件或是带有助动簧组件的计时元器件，或采用小时钟。助动簧组件是能给计时元器件提供一部分动力的组件。另一方面，轴插板11通过接力组件21把剩余的力传给传板19，然后传板19通过可在分力盘20的周壁上运动的几个轴轮器件，即有轴的轮子，把此力矩传给分力盘20和机架而抵消。这是因为接力组件21在工作时是固定在传板11上的，所述的几个轴轮器件8的轴都由传板19支持。滤力轮10上固接有一个或几个销杆9，滤力轮10通过销杆9与传板活动连接。传板19可随滤力轮一起转动。分力盘20的周壁的内外表面是全园周或部分园周的同心园柱面，分力盘20固定于机架上，其中心和传力轴22的中心重合。

本发明有多种用途，对于各种中小型采能器，无论形状是否对称，重量较大较小，重心位置高低，光斑动与不动，本装置都能运载。例如，若要运载采光面积可变，光斑不动的定日镜，可调整传动链中某个变速传动副，使主轴的转速与太阳在赤经方向的角速度之比，由普通跟踪时的1∶1变为1∶2。把各种情况的时角跟踪包含在内，总名为广义时角跟踪。若要运载采光面积不变，光斑不动的采能器，可使托架绕赤纬轴的角位移的调整量与太阳赤纬运动的对应时段中的角位移之比，由普通跟踪的1∶1变为1∶2。把各种意义的赤纬跟踪包含在内，总名为广义赤纬跟踪。又如，若要用于太阳能制氢或制蒸馏水以作高级矿泉水或磁化医疗保健水，则其聚光镜和制作用具可用本装置一并承载。

此外，若需要实现多样方式跟踪的话，例如若要差距跟踪，或为了调整而需托架快进一角度，或要使托架停在所需方位上等，只要对本发明进行适当操作则皆可实现。

上述实施例仅是本发明的一个具体实施方式，显而易见，根据本发明的设计方案，还可实现多种属于本发明保护范围内的具体实施方式。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、对各种中小型采能器，无论重量大小、重心位置高低、形状是否对称、光斑动或不动，皆能运载。

2、运转平稳，时角自动跟踪精度较高，赤纬跟踪要否及其精度高低随意。

3、成本低，体积小，自重轻，载重量大。

4、一天只需起动一次，无隔日积累误差。

5、安装使用方便，能安装于楼房阳台的边角或院边屋顶等向阳处。

6、抗风干扰能力强，即便是在高山、沙漠和海岛上也能使用。

7、不用煤、电、石油等常规能源、无污染、无噪声，不出电费，不受停电影响。

8、不受阴晴多变的天气影响。

9、能适用于除两极附近之外的全世界各纬度区。

Claims (10)

1、一种簧轮自动跟日机，包括广义时角自动跟踪系统和广义赤纬跟踪部件或托架，其特征在于：广义时角自动跟踪系统由主轴部件、弹传子系统、变换子系统和控制部件构成；

a、所述主轴部件包括主轴和在主轴上固定连接着的主传轮构成；

b、所述弹传子系统，是能够储存能量的并能给主轴部件在工作肘随时提供在方向和数值上符合其所需的恢复力矩的子系统，包括弹簧部件、成矩部件和变传部件，弹簧部件是能够保证使弹簧上需要运动的各点，依照所设计的路线运行并产生恢复力的部件，弹簧部件由弹簧及其静接头和动簧头构成，或者由弹簧及其静接头和动簧头与导杆或导套构成，成矩部件是能够把弹簧提供的恢复力变为恢复力矩并传给变传部件的部件，它包括力传器件及导传器件和成矩器件，它通过力传器件和动簧头作可传动力的连接，另方面它又通过成矩器件和变传部件作可传力矩的连接，变传部件是能够把成矩部件提供的力矩变为在方向和数值上符合主轴部件所需要的恢复力矩的部件，它由相互啮合的非园齿轮副及其轴构成，或者由伸缩杠杆机构构成；非园齿轮副中的一个非园齿轮能包容其轴并以其轴心为支点而转动，并和成矩器件作可传力矩的连接，另一非园齿轮与主轴作可传力矩的连接；

c、所述变换子系统，是一方面能够和主轴部件的跟踪太阳所需的运转速度相对应，另方面能够给控制部件提供适当的力信号的子系统，它一方面和主轴部件作成可传力矩的连接，另方面和控制部件作可传力矩的连接；它由一个或多个变速的传动副构成，或者由一个或多个变速的传动副和一个或多个滤力器构成；

d、所述控制部件，是能对时角跟踪系统的运转速度进行控制的部件，它是能接受外界力信号的能传动的能计时的元器件，或是带有助动簧组件的计时元器件，或是小时钟。

2、据权利要求1所述的簧轮自动跟日机，其特征是：所述力传器件可以是挠传器件或是刚传器件，挠传器件是挠性传力器件，它可以是链条，或者是可挠屈的杆件或管件或板件或机械软轴，刚传器件是刚性传力器件，它或是齿条，或是连杆机构;

3、据权利要求1所述的簧轮自动跟日机，其特征是：所述导传器件是能使力传器件遵循所需的轨道运行的器件，它是用于和力传器件相互作用的能限定其运行轨道的有轴的能转动的轮子或滚子，也可以是珠子或导轨;

4、据权利要求1所述的簧轮自动跟日机，其特征是：所述成矩器件是能接受力传器件的作用力而产生定点转动的器件，它是能绕其中心支点作转动的链轮，或是皮带轮，或是槽轮，或是齿轮，也可以是绕其支点转动的悬臂杠杆，它一方面和力传器件作可传动力的连接，另方面和变传部件作可传动力矩的连接，杠杆式成矩器件也可和主轴直接固定连接，并以主轴心为支点;

5、据权利要求2和4所述的簧轮自动跟日机，其特征是：所述对于齿条式的力传器件，成矩器件必须是齿轮，齿条一方面与齿轮啮合，另方面与动簧头作可传动力的连接，齿轮与变传部件可传力矩的连接;

6、据权利要求2和4所述的簧轮自动跟日机，其特征是：所述作为力传器件的挠传器件，和作为成矩器件的传力轮的连接方式是：对于能和链条相互啮合的链轮是以啮合方式连接的，对于不能相互啮合的挠传器件和传力轮之间，都具有能持续传力的固定连接处，并有能对于挠传器件的轨道进行限定以使它能和传力轮进行相互持续传力的导传器件来和挠传器件保持接触;

7、据权利要求1所述的簧轮自动跟日机，其特征是：所述对于伸缩杠杆式的变传部件，变传部件与成矩部件可以合二为一，伸缩杠杆以主轴为支点，与主轴牢固连接，导传器件设为环绕主轴的能构成夹缝式导槽的内外导轨，力传器件采用能在导槽中穿过的挠性传力器件，杠杆的伸缩端通过活接头与挠传器件作传动连接，挠传器件的端部与动簧头作传动连接，活接头是既可沿非园导槽作切向移动，又可沿伸缩杠杆作径向移动的连接件;

8、据权利要求1所述的簧轮自动跟日机，其特征是：所述对于含有滤力器的此种变换子系统，其中所含滤力器是由传板、分力盘、滤力轮和由它所支持着的一个或几个销杆与档块、传力轮、传力轴、轴插板、弹簧、接力组件和超过一个的轴轮器件构成，所述滤力轮以可活动的方式套在传力轴上，所述轴插板固定于传力轴上并与之相平行，可沿分力盘周壁运动的每个轴轮器件都由传板支持，所述弹簧的一端接档块，另一端接轴插板，所述滤力轮上的一个或几个销杆用于以活动方式连接传板，所述接力组件是介于轴插板和传板之间并固定在传板上的刚性传力组件，它和轴插板可接触可分离，所述轴插板的一个面和所述弹簧与接力组件相对，另一面和所述挡块的另一部分或固结在滤力轮上的另一挡块相对，所述传力轮与传力轴牢固连接，所述分力盘和传板是所述传力轴的包容件;

9、据权利要求8所述的簧轮自动跟日机，其特征是：所述分力盘对传力轴可以是全环绕封闭式的套在其上，或相接触而部分包围式的骑于其上，或不相接触而部分包围式的跨于其上;

10、据权利要求8所述的簧轮自动跟日机，其特征是：所述传板对传力轴可以是封闭的全环绕式套于其上，或相接触而部分包围式的骑于其上，或不相接触而部分包围式的跨于其上。

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