CN2043329U - 时钟式太阳能跟踪装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型可使太阳能接收器对准太阳以每昼夜旋转360度的时钟运动方式，进行单轴、间歇式主动跟踪，由于采用了石英晶体为振荡源，故时钟脉冲精度高、积累误差小，具有全天候自动跟踪特点，无需人工每天操作，整个装置包括时钟式控制系统，步进式驱动机械和人工手动操作机构，本装置适用于小功率太阳能发电系统、太阳灶和太阳能热水器的跟踪，其结构简单整个跟踪系统每天耗电量为0.06AH，是理想的时钟式太阳能节能跟踪装置。
Description
本实用新型涉及一种时钟式太阳能跟踪装置，特别适用于对太阳能利用的跟踪。
目前国内现有的时钟式跟踪装置，一般需要一个步进电机或直流电磁铁作动力元件，但价格昂贵，且由于成本高，起动频繁，输出力矩亦小耗电量大而未能推广。
为了克服上述缺点，本实用新型的目的是提供一种采用廉价的非步进转动普通微型电机，达到步进转动、高输出力矩和抗风性能，且能全天候跟踪不需人工每天操作、结构简单、动作可靠、制造容易、耗电极小的时钟式太阳能跟踪装置。
本实用新型是由一个时钟控制系统、一个步进式驱动装置和手动操作机构组成。
本实用新型的步进式驱动装置是由三级变速器和步进转变机构，步进驱动机械在时钟控制信号驱动下，能将普通微型电机的非步进转动变为步进转动，径轴作相应的步进转动，使接收器始终跟踪太阳，且输出径轴指向北极星可随太阳作周日运动。其端部还有一与之相垂直的纬轴，可支撑接收器和改变接收器的仰角。同时通过高变速比减速器使输出端具有抗风自锁性能及足够大的力矩。
时钟控制系统是以石英晶体为振荡源，经手表集成电路分频，从中取出周期为5分钟的脉冲信号，并分别将两信号放大、倒相、单稳态处理、功放，最后它能高精度地输出间隔为5分钟的极性交替变化的驱动信号。由于采用了石英晶体为振荡源，故时钟脉冲精度高，积累误差小。另外由于是间歇式的步进跟踪和采用了微型电机的步进驱动机械，时钟控制采用了CMOS集成电路，使的跟踪部分的自身耗电仅每天0.06安培小时。因此耗电极小。
本实用新型的优点是结构简单紧凑，控制系统稳定，使的非步进转动普通型电机达到步进转动，耗电小，是一种理想可靠节电的跟踪装置。
下面结合附图对本实用新型作进一步的描述。
附图说明：
图1为步进驱动机械结构原理图；
图2为弹簧离合器原理图；
图3为时钟跟踪控制系统方框图；
（1）微型电机、（2）小蜗杆、（3）、（4）斜齿轮、（5）、（6）直齿轮、（7）、（8）、（13）离合器弹簧、（9）、间歇齿轮、（10）、大蜗杆、（11）、大蜗轮、（12）、输出径轴。
本实用新型的步进驱动机械由三级变速器和步进转变机构组成。第一级为蜗轮蜗杆变速，它由小蜗杆（2）和斜齿轮（3）组成，然后通过齿轮组（3）－（5）－（4）－（6）－（9）进一步减速，末级为蜗轮（11）和蜗杆（10）变速，总变速比达3万：1。
步进驱动机械中非步进转动变为步进转动的过程是这样实现的：斜齿轮（3）与直齿轮（5），还有斜齿轮（4）与直齿轮（6）分别通过弹簧（7）（8）同轴连接组成弹簧离合器，其中弹簧绕向一定，它具有单向传动特性，当斜齿轮（3）或斜齿轮（4）相对直齿轮（5）或直齿轮（6）作正向转动时，弹簧因摩擦力作用而越抱越紧，因此使两齿轮有效传递力矩，反之当两齿轮相对作反向转动时，将使弹簧松驰，而使两齿轮脱离联系无法传递力矩。另外在步进驱动机械中斜齿轮（3）与斜齿轮（4），直齿轮（5）与间歇齿轮（9），直齿轮（6）与间歇齿轮（9）同时两两啮合与上述的弹簧配合构成了特殊的步进转变机构。其中间歇齿轮（9）开有若干等间隔槽，槽的分布和宽度可按一定要求设计，使的不管什么时候，直齿轮（5）和直齿轮（6）两齿中总有一个与间歇齿轮（9）的齿部相啮合，而间歇齿轮（9）的槽数由步进转动的步距角决定。下述为步进传动机械的原理，亦为本实用新型中的实例：
开始位置直齿轮（5）与间歇齿轮（9）的齿部啮合而直齿轮（6）正处于间歇齿轮（9）的空槽中，当正极性时钟脉冲驱动微型电机（1）作正向旋转时，它一方面使斜齿轮（3）相对直齿轮（5）作正向转动，在弹簧（7）的作用下，有效传递力矩，并通过直齿轮（5）驱动间歇齿轮（9）正向转动一个角度，转到直齿轮（5）进入间歇齿轮（9）的槽中时为止。同时直齿轮（6）也由空槽开始进入间歇齿轮（9）的另一齿段的始端为下一时钟信号的来到作准备。这就完成了一次步进转动，使间歇齿轮（9）转过了一个θ角。
θ＝ (180°)/(n) 。
其中n为槽数，θ为步距角。
另一方面斜齿轮（3）又与斜齿轮（4）啮合，使齿轮斜轮（4）相对直齿轮（6）是反向转动，所以弹簧（8）的作用松弛，直齿轮（6）不受约束而可任意作反向转动。当反极性时钟脉冲到来时，微型电机（1）作反向转动，它一方面由于斜齿轮（3）相对直齿轮（5）是反向转动，因此不起传动作用。但斜齿轮（3）却使斜齿轮（5）相对直齿轮（6）作正向转动，因此通过斜齿轮（4）将力矩传递给直齿轮（6），并同时驱动间歇齿轮（9）作又一次的正向步进转动。直到直齿轮（6）进入后面的槽中，同时直齿轮（5）进入间歇齿轮（9）的下一段齿部始端。通过上述可知，在交替极性时钟脉冲作用下，直齿轮（5）和直齿轮（6）也交替推动间歇齿轮（9）每次前进一个θ角，起到步进转动的目的。
本实施例的时钟控制系统采用CMOS集成电路，工作在开关状态，所耗电流为1毫安，电源电压为12伏，所以耗电功率仅为12毫瓦。步进驱动机械每5分钟转动一次，每次持续时间为T2＝3秒，电机耗电为150毫安，故全天平均功率（P＝P1／P2）为18毫瓦，因此跟踪部分总平均功率为30毫瓦，每天耗电量为0.06安培小时。本实施例中带动了30公斤聚光太阳电池方阵作为负载工作，日发电量为14安培小时，因此跟踪部分自身耗电量仅占太阳电池发电量的0.428％，因此是一种低耗电的跟踪装置。另外，本实施例石英晶体的时钟控制信号精确度很高，仅每月调节一次日轴的积累误差即可。
本实例中时钟脉冲间隔为5分钟，间歇齿轮的槽数为2，所以本实例中间歇齿轮（9）的步距角为90°，又因为末级蜗轮蜗杆变速比是72：1，所以最后输出径轴的步距为每5分钟1°15′，此值恰好与太阳周日运转角速度相同。
本实用新型的手动操作机构是这样工作的，由于弹簧（13）的作用，当人工转动大蜗杆（12）向前转动时，正是大蜗杆（12）相对间歇齿轮（9）作反向转动，因此弹簧（13）松开使大蜗杆与间歇齿轮脱离关系而可任意向前转动。当人工转动大蜗杆（12）向后转动时，按理弹簧（13）将越来越紧，大蜗杆（12）受间歇齿轮（9）牵连而无法转动，但由于手动把柄的凸爪强迫拨动紧靠间歇齿轮的弹簧（13）的末端，使弹簧反向旋转而松开，从而也能使蜗杆（12）脱离间歇齿轮（9）约束而任意反向转动。
Claims (5)
1、一种时钟式太阳能跟踪装置是由机械传动机构和控制系统组成，其特征在于有一个时钟控制系统、一个步进式驱动机械和一个手动操作机构。
2、根据权利要求1所述的时钟式太阳能跟踪装置，其特征在于一个步进式驱动机械中装有步进转变机构。
3、根据权利要求2所述的时钟式太阳能跟踪装置，其特征在于斜齿轮（3）与直齿轮（5）、斜齿轮（4）与直齿轮（6）分别通过弹簧（7）（8）同轴连接，组成弹簧离合器。
4、根据权利要求2所述的时钟式太阳能跟踪装置，其特征在于间歇齿轮（9）上开有等间隔的槽。
5、根据权利要求1所述的时钟式太阳能跟踪装置，其特征在于大蜗杆（12）与间歇齿轮（9）连接的延升部装有弹簧（13）。
Priority Applications (1)
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ID=4853439
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|---|---|---|---|
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Country Status (1)
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|---|---|
| CN (1) | CN2043329U (zh) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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1988
- 1988-12-18 CN CN88221402U patent/CN2043329U/zh not_active Withdrawn
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