CN2781288Y

CN2781288Y - 太阳自动跟踪装置

Info

Publication number: CN2781288Y
Application number: CNU2005200050613U
Authority: CN
Inventors: 贾殿友
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-03-02
Filing date: 2005-03-02
Publication date: 2006-05-17
Anticipated expiration: 2015-03-02

Abstract

一种太阳自动跟踪装置，密封空腔壳体由隔板分为上下两室，上室装设控制电路板和水平轴，轴从壳体两侧壁穿出，两端分别连装太阳能电池板，板上装有传感器。在右侧内壁处的轴上装有复位凸轮，其固定套装在水平轴上，凸轮触碰在微动开关上。在隔板上装设由电机、蜗杆、蜗轮组成的俯仰角调节机构。电机轴与蜗杆相连，蜗轮与蜗杆啮合，蜗轮与水平轴连接；在下室隔板中心内装设竖轴上端，轴下端从壳体底穿出与一固定支架连接。在隔板上装设方位角复位凸轮，其固定套装在竖轴上，凸轮触碰在微动开关上。隔板上装设由电机、蜗杆、蜗轮组成的方位角调节机构，电机轴与蜗杆相连，蜗轮蜗杆啮合，蜗轮套装在竖轴上。本装置能自动精确跟踪太阳，易于普及。

Description

太阳自动跟踪装置

1、技术领域：本实用新型的太阳自动跟踪装置属于太阳能领域。

2、背景技术：现有的太阳自动跟踪装置，有的技术含量高但结构复杂成本高，难以普及；有的采用时钟控制，跟踪精度低。而采用传感器跟踪的大多采用光电池作为感光器件，因其对阳光射线入射角的敏感性差及易受散射光线影响，故跟踪精度很低。一些现有传感器，捕捉太阳的角度范围不够，造成整机效率较低；在整机性能上，存在抗风载能力差，结构复杂，不利于小型化和难以低成本推广等缺陷。

3、发明内容：本实用新型的目的在于提供一种能精确调整太阳能转换装置的受光面，可长期在无人值守条件下自动工作的太阳自动跟踪装置。

本实用新型的目的是这样实现的：装置由光电太阳位置传感器、控制电路板、方位角与俯仰角调节机构组成。将密封空腔壳体由隔板分为上下两室，上室装设控制电路板和水平轴，轴两端从壳体两侧壁穿出，分别装设有太阳能电池板，板上装设有光电太阳位置传感器。在右侧内壁处的轴上固定套装有复位凸轮，轮两侧的壳体壁上各装设有微动开关，凸轮触碰在开关触点上。在隔板上装设由电机、蜗杆、蜗轮组成的俯仰角调整机构，电机轴与蜗杆相连，蜗轮与蜗杆啮合，蜗轮套装在水平轴中部；在下室隔板中心内装设有竖轴上端，轴上固定套装有复位凸轮，轮两侧隔板上各装设有微动开关，凸轮触碰在开关触点上；轴下端从壳体底穿出与一固定支架连接。在隔板上装设由电机、蜗杆、蜗轮组成的方位角调整机构，电机轴与蜗杆相连，蜗轮与蜗杆啮合，蜗轮套装在竖轴上。传感器由若干组安装在PCB板上相互垂直的两条直径线上的光电二极管组成，每条直径线上各管的聚光中心轴线与直径线的夹角为除0°、90°和180°以外的夹角，各管以圆心为对称中心互成镜像；各管根据阳光射线入射角度所感应出的光电流差别信号，经电流电压信号的转换电路输出到控制电路板，驱动方位角和俯仰角调节机构动作，精确跟踪太阳。

由于采用上述方案，本装置就能使太阳能电池板的受光面始终保持在阳光直射位置，跟踪精度高，且不受杂散射光源干扰。本装置抗风载能力强，能长期在无人值守环境下工作，结构简单，维护方便，易于推广应用。

4、附图说明：下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明

图1是传感器俯视示意图

图2是传感器A-A剖面示意图

图3是传感器电路原理图

图4是控制电路板电路原理图

图5是方位角与俯仰角调节机构结构示意图

图6是微动开关电路图

图7是电机电路图

图8是复位凸轮与微动开关全触碰位置关系示意图

图9是复位凸轮与左侧微动开关触碰位置关系示意图

图10是复位凸轮与右侧微动开关触碰位置关系示意图

图11是太阳自动跟踪装置结构示意图

5、具体实施方式：

图例：1、电路板2、测光轴线3、罩4、发光二极管5、传感器6、壳体7、键8、蜗轮9、控制电路板10、微动开关11、尼龙轴套12、复位凸轮13、蜗杆14、电机15、水平轴16、螺钉17、竖轴18、太阳能电池板

实施例：如图1-11所示，装置由光电太阳位置传感器6、控制电路板9、方位角与俯仰角调节机构组成。制做一密封铸钢空腔壳体6，由隔板分为上下两室，上室装设水平轴15，其从壳体6左、右两侧壁上的尼龙轴套11穿出，两端分别连装有太阳能电池板18，板上装设有光电太阳位置传感器5。在右侧内壁处的轴上通过螺钉16固定套装有复位凸轮12，轮两侧的壳体6壁上各装设有微动开关10，凸轮触碰在微动开关10的触点上。在上室隔板上装设俯仰角调节机构，其由电机14、蜗杆13、蜗轮8组成，电机轴与蜗杆13相连，蜗轮8与蜗杆13啮合，蜗轮8通过键7套装在水平轴15中部。在上室顶内壁装设有控制电路板9。在下室装设竖轴13，其上端装设在隔板中心的尼龙轴套11内，下端从壳体6底中部的尼龙轴套11穿出。在竖轴上通过螺钉16固定套装有复位凸轮12，轮两侧隔板上各装设有微动开关10，凸轮触碰在微动开关10的触点上；轴下端从壳体6底穿出与一固定支架连接。隔板上还装设有方位角调整机构，该机构由电机14、蜗杆13、蜗轮8组成，电机轴与蜗杆13相连，蜗轮8与蜗杆13啮合，蜗轮8通过键7套装在竖轴17上。竖轴17下端与一固定支架连接。如图6、7所示，微动开关10的常开触点K1-K4通过CK3与控制电路板9电连接，二电机14通过CK4与控制电路板9电连接。如图8-10所示，为竖轴17上的复位凸轮12与微动开关10的相对位置关系示意，复位凸轮12可顺、逆时针复位，在复位过程中始终有一微动开关10的触点与复位凸轮12触碰。待复位过程结束时，复位凸轮12同时与两侧的微动开关10的触点触碰。水平轴15上的复位凸轮12与微动开关10的相对位置关系同此。如图1、2所示，传感器5的迎光面为透光半球形罩3，电路板1设置在罩3内的PCB板上，板上在相互垂直的两条直径线上排布有四组聚光型光电二极管、红外发射管或发光二极管4，每组2管，每条直径线上均自0°-180°角度排列，每条直径线上各管的聚光中心轴线与直径线的夹角为除0°、90°和180°以外的夹角，各管以圆心为对称中心互成镜像；如图3所示，D11、D12为同一组的两个聚光型发光二极管4，Rd为短路电阻，当阳光射线照射到发光二极管4的PN结上时，D11、D12产生的电动势Ud1、Ud2，在Rd中产生光电流Id1、Id2，光电流的大小与照射在PN结上的光通量成正比。当Rd足够小时，Id的大小与发光二极管4的聚光中心轴线和阳光射线的夹角成强相关关系，夹角越小，光电流越大，D11、D12与运算放大器A1组成加法电路及电流电压的转换电路，其输出电压信号和D11、D12光电流之和成正比。当阳光射线与测光轴线2平行时，四组发光二极管4所感应的光电流相等；当阳光射线与测光轴线2不平行时，夹角小的发光二极管4所感应的光电流太，夹角大的发光二极管4所感应的光电流小。如图4所示，CK1与图3中CK1电连接，3、4脚为互成镜像的两组发光二极管4所感应电压信号，3脚信号通过R2输入到A1同相输入端，同时通过R6接入A2的反相输入端。同样，4脚信号通过R1输入到A1反相输入端，同时通过R7接入A2的同相输入端。运算放大器的两组输入信号接成减法运算模式，输出为经过放大的差动电压信号。本实用新型采用以上电路，目的是为了适合单电源工作的需要以简化电源电路。运放A1的输出信号UA1经输入施密特触发器S1的输入端，当UA1大于此施密特触发器的门限电压时，S1输出低电压，经R25、Q1、Q5、Q8通过CK4的1、2脚驱动电机14工作。随着机构调节UA1下降，当低于S1的下门限电压时，S1反转输出高电压，电机14停转。本装置的复位电路由时基集成电路IC4及外围电路组成，Q17、C9、R42、R43组成放电回路，当IC2四个施密特触发器任一输出为低电压时，Q16饱和导通，C9充电至电源电压UDD。当IC2的四个触发器全部输出高电平，电容C9通过Q17、R42、R43放电，因Q17的存在其放电常数非常大，本例为3小时。当IC4经长时间放电，其2脚电压低于1/3UDD时，IC4的3脚输出高电压，此高电压通过D14、R37、R38、R39、R40形成复位电压信号。复位位置由CK3外接的4个微动开关10限定，在正确复位位置时，开关全部处于闭合状态，复位电压输出A、B、C、D全部对地短路，无输出电压；Q18的作用是在复位过程中将IC4的2脚锁定于低电压，从而锁定复位输出。复位结束时，A、B、C、D因输出全为低电平，Q18载止，IC4由于6脚电位大于2/3UDD而使3脚输出低电平，从而使复位结束。Q13的作用是在复位过程中，饱合导通将运放的输出旁路到地，从而避免传感器5的输出信号对复位动作的干扰。本装置在控制电路板9的电源电路部分设置一传感器供电锁定电路，由时基电路IC3、C8、R48、R47组成双稳态电路，由于电容C8的容量和R48阻值较大，因而其充电常数较大，本例为300秒，而R47阻值较小，因而当IC3的7脚放电端导通时，放电的时间常数很小，本例为2秒。IC3的7脚对地放电时，其3脚输出低电压能使Q14饱合导通，这时，传感器电路得电，输出信号电压，IC2的任何一输出端有低电压输出时，Q15即饱合导通，从而将IC3的6脚锁定于高电位，使传感器电路保持供电。当机构调节结束，IC2的四个输出端为高电平输出时，Q15截止，电容C8经R47通过IC3的7脚迅速放电。当IC3的2脚低于1/3UDD时，IC3的3脚输出高电压，Q14截止，电路停止给传感器5供电。此部分电路的主要作用是每隔300秒提供一个位置检测信号，检测与机构调节结束后，自动停止给传感器5供电，使电路处于锁定状态。

跟踪时，下室的电机14、蜗杆13和蜗轮8驱动壳体6整体绕竖轴17水平转动，完成方位角的调节。上室的电机14、蜗杆13和蜗轮8驱动水平轴15转动，完成俯仰角的调节；本装置的水平轴15两端连接相同的太阳能电池板18，因而机构处于平衡状态，只需很小的功率即可转动。因采用蜗轮蜗杆传动方式，机构具有自锁功能，抗风载荷强。因方位角与俯仰角调节机构共装一壳内，就使体积小巧，安装维护方便。因控制电路板9置于壳体6内，其与微动开关10、电机14间无相对运动，就使线路连接既方便又安全可靠。

Claims

1、一种太阳自动跟踪装置，由光电太阳位置传感器、控制电路板、方位角与俯仰角调节机构组成，其特征是：密封空腔壳体由隔板分为上下两室，上室装设控制电路板和水平轴，轴两端从壳体两侧壁穿出，分别装设有太阳能电池板，板上装设有光电太阳位置传感器，在右侧内壁处的轴上固定套装有复位凸轮，轮两侧的壳体壁上各装设有微动开关，凸轮触碰在开关触点上，在隔板上装设由电机、蜗杆、蜗轮组成的俯仰角调整机构，电机轴与蜗杆相连，蜗轮与蜗杆啮合，蜗轮套装在水平轴中部；在下室隔板中心内装设有竖轴上端，轴上固定套装有复位凸轮，轮两侧隔板上各装设有微动开关，凸轮触碰在开关触点上，轴下端从壳体底穿出与一固定支架连接，在隔板上装设由电机、蜗杆、蜗轮组成的方位角调整机构，电机轴与蜗杆相连，蜗轮与蜗杆啮合，蜗轮套装在竖轴上，传感器由至少4组安装在PCB板上相互垂直的两条直径线上的光电二极管组成，每组光电二极管为1个以上，每条直径线上均自0°-180°角度排列，每条直径线上各管的聚光中心轴线与直径线的夹角为除0°、90°和180°以外的夹角，各管以圆心为对称中心互成镜像。

2、如权利要求1所述的太阳自动跟踪装置，其特征是：传感器的迎光面为透光半球形罩，电路板设置在罩内PCB板上。

3、根据权利要求1所述的太阳自动跟踪装置，其特征是：同一组光电二极管电路以并联或光电流的算术相加形式连接。

4、根据权利要求1所述的太阳自动跟踪装置，其特征是：控制电路板上装有差动电压放大电路、施密特触发器电路、电机驱动电路、复位电路和给传感器间歇供电锁定的控制电路。