專利名稱：可自動跟蹤太陽的聚能裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種可使拋物面聚能鏡連續(xù)、自動跟蹤太陽，且焦點即聚能點位置固定的太陽能裝置。
現(xiàn)在使用的太陽能裝置大都是平面采光或拋物鏡面聚能等方式。平面采光方式只是靠太陽的自然光線照射來工作，對太陽能的利用率極低大部分能量沒有得到利用。拋物面聚能鏡可將太陽的能量聚于一點，即拋物面的焦點，使拋物面內(nèi)接受到的太陽能充分聚集利用。但是由于地球自轉(zhuǎn)時，南北極軸線傾斜于地球公轉(zhuǎn)而形成的平面，使地球上不同緯度地區(qū)的水平面與地球公轉(zhuǎn)平面成不同的角度，所以，在地球上觀察太陽得到的是一種即有南北方向，又有東西方向的復(fù)合曲線運(yùn)動。因而不論平面采光方式還是拋物面聚能方式對太陽的跟蹤，大都使用復(fù)雜的電子、光學(xué)儀器搜索跟蹤，這樣不僅制造時的成本高，維護(hù)也不方便，難以普及，而且拋物面聚能鏡在跟蹤過程中，聚能點的位置不固定隨聚能鏡一起轉(zhuǎn)動，給太陽能的利用帶來不便。
本實用新型的目的是利用拋物面可將平行光線聚于一點的原理，及地球與太陽之間相對運(yùn)動的規(guī)律，提供一種不依賴其他能源只靠機(jī)械傳動方式使拋物面聚能鏡連續(xù)、自動跟蹤太陽且聚能點位置固定不動的太陽能聚能裝置。
本實用新型的目的是通過以下方式實現(xiàn)的將拋物面聚能鏡以某一仰角對準(zhǔn)太陽，并隨平行于南北極軸線，同時其軸線與拋物面聚能鏡焦點重合的旋轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動，其轉(zhuǎn)速用機(jī)械定時器如發(fā)條定時器控制為每天一周。由于一天是地球相對太陽自轉(zhuǎn)一周形成的，而自轉(zhuǎn)時南北極軸線與其公轉(zhuǎn)平面成一定的角度，所以，如果將地球看作靜止參照系，則太陽與地球的相對運(yùn)動，就是其太陽在地球南北回歸線之間，不同緯度角上繞地球南北極軸線的勻速圓周運(yùn)動，也可近似看做是繞拋物面聚能鏡的旋轉(zhuǎn)軸做勻速圓周運(yùn)動，而拋物面聚能鏡以某一仰角對準(zhǔn)太陽，用每天一周的恒速隨旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，便可實現(xiàn)在一天之內(nèi)對太陽的跟蹤。這里應(yīng)說明兩點拋物面聚能鏡的旋轉(zhuǎn)軸與南北極軸線并不重合，有一定的偏差，拋物面聚能鏡對太陽的跟蹤會出現(xiàn)誤差，造成焦點的偏移，但由于地球的平均半徑僅為6367公里，而日地平均距離為1.496×108公里，偏差率為0.00004，又由于太陽的平均直徑大于地球平均直徑109倍，這樣在拋物面聚能鏡的工作時間范圍內(nèi)，即日出之后至日落之前，這一誤差可忽略不計。另外，由于地球的公轉(zhuǎn)以及南北極軸線與這一公轉(zhuǎn)形成的平面傾斜約47°角，每一天太陽相對地球南北極軸線的勻速圓周運(yùn)動會有約026°即15′36″的螺旋角度，這一螺旋角度也會造成焦點的偏移，但若拋物面聚能鏡的尺寸以米為單位這一螺旋角度在每一天之內(nèi)造成的焦點偏移，僅以毫米為單位，而在其工作的時間范圍內(nèi)，這一偏移更小，不影響拋物面聚能鏡的工作。如果在拋物面聚能鏡旋轉(zhuǎn)軸的垂直方向，經(jīng)過焦點的軸線上安裝一鉸接軸，根據(jù)太陽在不同時期緯度的變化，調(diào)整拋物面聚能鏡對太陽的仰角，就能在一天之內(nèi)實現(xiàn)對太陽的跟蹤，并得到一位置固定的聚能點。
本實用新型實現(xiàn)了拋物面聚能鏡對太陽的跟蹤，并使聚能點的位置固定且動力源不受外界條件限制，不論居家或野外使用，都可根據(jù)需要在聚能點安裝不同的受能裝置如光電裝置、熱能裝置對太陽能加以利用同時本實用新型是根據(jù)地球與太陽之間的相對運(yùn)動規(guī)律和原理，利用機(jī)械傳動實現(xiàn)對太陽的跟蹤，相對于電子、光學(xué)儀器的搜索跟蹤，制造、維護(hù)更簡便，更易于普及。另外，在使用中不借助任何調(diào)整儀器，也不需要更高的操作技能和操作訓(xùn)練，只要將拋物面聚能鏡對準(zhǔn)太陽，便可自行工作。
本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)由以下的實施例及附圖給出


圖1是依據(jù)本發(fā)明提出的，可自動跟蹤太陽的聚能裝置的示意圖。
圖2是該裝置傳動機(jī)構(gòu)示意圖。
圖3是該裝置旋轉(zhuǎn)軸軸端部位結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖4是該裝置旋轉(zhuǎn)軸軸線平行南北極軸線時的幾何關(guān)系示意圖。
下面結(jié)合
圖1、圖2、圖3、圖4詳細(xì)說明依據(jù)本發(fā)明提出的實施例的細(xì)節(jié)及工作情況。
該裝置有一支撐臂6通過鉸接軸5與底座1鉸接，底座1的四角裝有調(diào)整螺栓4以穩(wěn)定底座1。存底座1上靠近鉸接軸5的地方，分別安裝水平儀2和指南針3。水平儀2的安裝方向與鉸接軸5平行。在支撐臂6上有一絲杠8，絲杠8的頂部安裝一圓形手柄7，其底部與底座1連接，旋動手柄7可調(diào)節(jié)支撐臂6與底座1的角度。在支撐臂6的上端固定安裝一傳動箱9，在傳動箱9內(nèi)有一發(fā)條式定時器11由手柄10上緊發(fā)條提供動力，經(jīng)軸12輸出每周一小時的恒速動力轉(zhuǎn)矩，帶動軸12上的齒輪13轉(zhuǎn)動。齒輪13與齒輪14嚙合，齒輪13的齒數(shù)少于齒輪14構(gòu)成第一級降速傳動，降速比為21。在齒輪14的同軸位置安裝一蝸桿15與蝸輪16嚙合，構(gòu)成第二級降速傳動，降速比為121。蝸輪16安裝在旋轉(zhuǎn)軸17上帶動旋轉(zhuǎn)軸17一起轉(zhuǎn)動。這樣，經(jīng)過兩極降速傳動，構(gòu)成了定時器11對旋轉(zhuǎn)軸17的勻速動力傳動，總的傳動比為241。旋轉(zhuǎn)軸17由軸承固定安裝在傳動箱9內(nèi)軸線與支撐臂6底部的鉸接軸5垂直，在傳動箱9外部的明顯位置上，裝一角度指示器18，可指示出旋轉(zhuǎn)軸17與水平面的角度。在靠近旋轉(zhuǎn)軸上端的部位，套一軸套20，軸套20與旋轉(zhuǎn)軸17為動配合，用輕質(zhì)村料制成，由旋轉(zhuǎn)軸17上的軸肩19定位。旋轉(zhuǎn)軸17的頂端一段車有螺紋并旋一螺母21，用以緊固軸套20。在軸套20上安裝U型托架22。U型托架22為輕質(zhì)、剛性、不易變形的材料，在其開口處兩端的同一軸線上分別安裝鉸接軸23，使U型托架22與支架25鉸接。鉸接軸23的軸線與旋轉(zhuǎn)軸17的軸線相交，交點在鉸接軸23軸線的中間位置。鉸接軸23上有一緊固手柄24可鎖定型托架22與支架25之間的角度。支架25的另一端固定安裝拋物面聚能鏡26拋物面聚能鏡26可由不銹鋼材料沖壓而成，其凹面經(jīng)磨光處理，也可由塑料模壓而成，凹面經(jīng)電鍍磨光處理具有良好的反光性能，其準(zhǔn)平面與鉸接軸23的軸線平行。另外拋物面聚能鏡26的焦點同旋轉(zhuǎn)軸17與鉸接軸23兩軸線的交點重合。
使用時，將底座1安裝在地面，調(diào)整其方向并轉(zhuǎn)動螺栓4，根據(jù)指南針3指示的方向及水平儀2的顯示，使鉸接軸5處于東西方向的水平狀態(tài)，然后轉(zhuǎn)動絲杠8，根據(jù)傳動箱9上的角度指示器18顯示的角度通過支撐臂6將旋轉(zhuǎn)軸17與水平面的夾角，調(diào)整到與安裝地點的緯度相等的角度。這時，由于旋轉(zhuǎn)軸17垂直于鉸接軸5則旋轉(zhuǎn)軸17為南北指向同時由于旋轉(zhuǎn)軸17與水平面的夾角等于安裝地點的緯度角，旋轉(zhuǎn)軸即與南北極軸線平行，圖4表示出了旋轉(zhuǎn)軸17與南北極軸線平行時的幾何關(guān)系。將旋轉(zhuǎn)軸17調(diào)整完畢后，松開旋轉(zhuǎn)軸17頂部的螺母21，調(diào)整軸套20，使鉸接軸的軸線方向垂直于太陽光線，再擰緊螺母21使軸套20與旋轉(zhuǎn)軸17固定。最后通過鉸接軸23調(diào)整拋物面聚能鏡26對太陽的仰角，使其準(zhǔn)平面也垂直于太陽光線，然后鎖定手柄24，調(diào)整工作即告完成。使用時轉(zhuǎn)動手柄10，上緊定時器11的發(fā)條使其以每周一小時的恒速通過軸12輸出動力轉(zhuǎn)矩，帶動齒輪13齒輪13與齒輪14嚙合經(jīng)21的降速傳動，使齒輪14及同軸蝸輪15以每周兩小時的恒速轉(zhuǎn)動。蝸桿15與蝸輪16嚙合，再經(jīng)傳動比為121的降速傳動，使蝸輪16及旋轉(zhuǎn)軸17以每周24小時的恒速轉(zhuǎn)動。由于拋物面聚能鏡26經(jīng)支架25、型架22、手柄24、螺母21及軸套20固定在旋轉(zhuǎn)軸17上，這樣拋物面聚能鏡也以每周24小時的恒速轉(zhuǎn)動，又由于拋物面聚能鏡26在轉(zhuǎn)動中，對太陽的仰角是不變的，而太陽在一天內(nèi)相對于地球的運(yùn)動中，緯度角也被認(rèn)為是不變的，這樣就實現(xiàn)了拋物面聚能鏡26對太陽的自動跟蹤，同時由于拋物面聚能鏡26的焦點和旋轉(zhuǎn)軸17與鉸接軸23兩軸線的交點重合故不論在調(diào)整過程中還是在轉(zhuǎn)動中，焦點即聚能的位置始終保持固定不動。
權(quán)利要求1.一種可自動跟蹤太陽的聚能裝置，由底座(1)、調(diào)整螺栓(4)、拋物面聚能鏡(26)、旋轉(zhuǎn)軸(17)組成，其特征在于支撐臂(6)與底座(1)由鉸接軸(5)鉸接，在支撐臂(6)的另一端安裝旋轉(zhuǎn)軸(17)，同時機(jī)械定時器(11)通過傳動機(jī)構(gòu)帶動旋轉(zhuǎn)軸(17)以每周24小時的恒速轉(zhuǎn)動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的 可自動跟蹤太陽的聚能裝置，其特征在于旋轉(zhuǎn)軸(17)的軸線與地球南北極軸線平行。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可自動跟蹤蹤太陽的聚能裝置，其特征在于軸套(20)與旋轉(zhuǎn)軸(17)為間隙配合，由螺母(21)緊固在旋轉(zhuǎn)軸(17)上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的 可自動跟蹤太陽的聚能裝置，其特征在于拋物面聚能鏡(26)與U型架(22)由鉸接軸(23)鉸接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的 可自動跟蹤太陽的聚能裝置，其特征在于鉸接軸(23)的軸線與旋轉(zhuǎn)軸(17)的軸線，相交于拋物面聚能鏡(26)的焦點。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的 可自動跟蹤太陽的聚能裝置，其特征在于安裝在底座(1)上的水平儀(2)與鉸接軸(5)的軸線平行。
專利摘要一種可自動跟蹤太陽的聚能裝置，適用于對太陽能的利用。該裝置實現(xiàn)了對太陽的連續(xù)、自動跟蹤且聚能點位置回定，是由拋物面聚能鏡以某一仰角對準(zhǔn)太陽，并隨一與水平面成一定角度的旋轉(zhuǎn)軸以每周24小時的恒速轉(zhuǎn)動實現(xiàn)的。該裝置中用于調(diào)整拋物面聚能鏡對太陽仰角的鉸接軸軸線，與旋轉(zhuǎn)軸軸線相交于拋物面聚能鏡的焦點，使焦點在轉(zhuǎn)動中位置始終不動。
文檔編號F24J2/38GK2103109SQ9120937
公開日1992年4月29日 申請日期1991年5月27日 優(yōu)先權(quán)日1991年5月27日
發(fā)明者孟念軍 申請人:孟念軍