專利名稱：太陽光跟蹤反射、定位準(zhǔn)直采光照明系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種自然光照明系統(tǒng)，特別是一種適合設(shè)定的太陽投射柱狀區(qū)域用的太陽光跟蹤反射、定位準(zhǔn)直采光照明系統(tǒng)，屬于太陽能應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，住宅平面普遍按照建筑設(shè)計(jì)要求，形成許多凹凸結(jié)構(gòu)，以求外墻與陽光的接觸面盡可能大一些，從而滿足住戶的采光要求。很多公共場(chǎng)所的大型建筑，例如大商場(chǎng)均設(shè)計(jì)了比較大的中空建筑區(qū)域(俗稱為天窗)。即使如此，這類大型建筑內(nèi)的采光依然需要大量采用人工照明的方法。然而人工照明不僅消耗大量能源，而且這種光環(huán)境遠(yuǎn)不及自然光有益人體健康，所以人們一直在通過種種辦法對(duì)取之不盡、用之不竭的太陽光進(jìn)行有效的采集，并設(shè)法將陽光送到需要的場(chǎng)所。
以本專利申請(qǐng)人為主要發(fā)明人的已授權(quán)發(fā)明專利《全自動(dòng)跟蹤太陽的采光裝置》(申請(qǐng)?zhí)枮?9114216.0、申請(qǐng)日為1999.05.19)公開了一種由聚光采光器、驅(qū)動(dòng)聚光采光器轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)械傳動(dòng)裝置、控制機(jī)械傳動(dòng)裝置的光信號(hào)反饋處理電路、向光信號(hào)反饋處理電路傳送探測(cè)信號(hào)的光敏探測(cè)器組成的采光裝置，該發(fā)明的核心是建立了交叉主軸和輔軸構(gòu)成的復(fù)合運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，同時(shí)提出了由四組位于聚光元件的軸向會(huì)聚光斑四周四個(gè)方位的光敏接收器件和聚光元件組成的光敏探測(cè)器，因此可以實(shí)現(xiàn)采光器對(duì)太陽光的自動(dòng)跟蹤。
除此之外，現(xiàn)有技術(shù)中另一類實(shí)現(xiàn)采光器對(duì)太陽光自動(dòng)跟蹤的技術(shù)方案為，根據(jù)太陽相對(duì)于地球的運(yùn)行規(guī)律，設(shè)定計(jì)算機(jī)程序，以該程序通過處理電路，控制驅(qū)動(dòng)采光器轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)械傳動(dòng)裝置。例如專利申請(qǐng)?zhí)枮?5107312.5、申請(qǐng)日為95年5月30日、名稱為《太陽光采光裝置及控制該太陽光采光裝置的太陽光采光控制裝置》即是如此。
在對(duì)自動(dòng)跟蹤太陽技術(shù)的研究基礎(chǔ)上，發(fā)明人對(duì)采集太陽光照明的技術(shù)進(jìn)行了探索研究。
據(jù)申請(qǐng)人了解，采集太陽光照明技術(shù)按傳輸介質(zhì)分類大體可分為導(dǎo)光管傳光、光纖傳光和反射鏡直接傳光三種方式。其中，導(dǎo)光管和光纖傳光雖然具有一定的優(yōu)越性，但制約兩者應(yīng)用的最大缺陷是價(jià)格比較昂貴，如美國著名的3M公司生產(chǎn)的棱鏡導(dǎo)光管售價(jià)約在5000元/米，日本制造的六眼光纖采光器HIMAWARI系統(tǒng)價(jià)格也在3000美元/套左右，因此很難在我國推廣應(yīng)用。
反射鏡直接傳光是一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用、性能價(jià)格比較高的采光方式，也就是通常所用的兩次反射法。這種采光方式將一塊反射鏡安裝在建筑物上部，另一塊安裝在地面附近。當(dāng)陽光照射到建筑物上部的反射鏡后，被垂直反射向地面，照射到第二塊反射鏡，再將光反射進(jìn)室內(nèi)。將建筑物諸如天窗的區(qū)域設(shè)定為太陽投射柱狀區(qū)域，采用此采光方式時(shí)，存在如下明顯問題1、固定在一處的反射鏡即使采用自動(dòng)跟蹤太陽的技術(shù)，也無法從早到晚將反射光全部照射到設(shè)定投射柱狀區(qū)域內(nèi)，因而不能充分有效地利用太陽光；2、如要達(dá)到整個(gè)設(shè)定投射柱狀區(qū)域完全被反射光照明的目的，反射鏡尺寸勢(shì)必非常龐大，其驅(qū)動(dòng)和防風(fēng)機(jī)構(gòu)將相當(dāng)復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
基于上述情況，本發(fā)明的首要目的在于提出一種不僅可以自動(dòng)跟蹤太陽、而且可以始終將反射的太陽光投射到設(shè)定柱狀區(qū)域內(nèi)的太陽光跟蹤反射、定位準(zhǔn)直采光系統(tǒng)，從而使太陽光得到充分有效的利用。
本發(fā)明進(jìn)一步的目的是提出一種以小面積平面反射鏡實(shí)現(xiàn)設(shè)定投射柱狀區(qū)域完全被照明的太陽光跟蹤反射、定位準(zhǔn)直采光系統(tǒng)，尤其是要解決太陽高度升高后、高度角很大時(shí)，以小面積平面反射鏡使設(shè)定太陽投射柱狀區(qū)域完全照明的問題。
本發(fā)明更進(jìn)一步的目的在于提出一種可以監(jiān)控設(shè)定太陽投射柱狀區(qū)域是否始終充滿太陽光的太陽光跟蹤反射、定位準(zhǔn)直采光系統(tǒng)。
為了達(dá)到上述首要目的，本發(fā)明太陽光跟蹤反射、定位準(zhǔn)直采光照明系統(tǒng)的基本方案為本系統(tǒng)包括自動(dòng)跟蹤太陽反射裝置，該裝置由平面反射鏡、驅(qū)動(dòng)平面反射鏡轉(zhuǎn)動(dòng)的二維主、輔軸機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、控制機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的處理電路組成，此外還包括平面導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述平面導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)含有布置在被設(shè)定的太陽投射柱狀區(qū)域上端口的導(dǎo)軌以及由處理電路控制、在導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)的基座，所述自動(dòng)跟蹤太陽反射裝置中二維主、輔軸機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的底座安裝在所述基座上。
以上系統(tǒng)開始工作時(shí)，平面導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)使自動(dòng)跟蹤太陽反射裝置處在處理電路預(yù)先設(shè)定的起步位置，接著自動(dòng)跟蹤太陽反射裝置通過處理電路的處理，控制二維主、輔軸機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，不斷調(diào)整平面反射鏡的空間角度，使平面反射鏡始終跟蹤太陽；與此同時(shí)，自動(dòng)跟蹤太陽反射裝置還在平面導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的帶動(dòng)下，隨基座一起逐漸在太陽投射柱狀區(qū)域上端口布置的導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)，以使反射光始終投射到所需設(shè)定柱狀區(qū)域內(nèi)。結(jié)果，平面反射鏡不僅始終自動(dòng)跟蹤太陽，充分接收太陽光，而且將所接收到的太陽光全部經(jīng)反射后投射到設(shè)定的柱狀區(qū)域內(nèi)，從而使太陽光得到最大限度地利用。值得一提的是，本發(fā)明二維主、輔軸機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)跟蹤太陽的運(yùn)動(dòng)與平面導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)調(diào)整基座所處位置的運(yùn)動(dòng)不是簡(jiǎn)單的疊加，而是有機(jī)的結(jié)合。
眾所周知，當(dāng)太陽高度很高、即高度角很大時(shí)，反射光的投影面積變小，因此尺寸有限的單片平面反射鏡無法全部照明被設(shè)定太陽投射柱狀區(qū)域。為了解決這一問題，即為了達(dá)到本發(fā)明進(jìn)一步的目的以上系統(tǒng)中還含有兩片以上的平面反射鏡，各平面反射鏡平行安裝在各自的伸縮機(jī)構(gòu)上，所述伸縮機(jī)構(gòu)主要由滑板、固定板、滑竿、滑竿套、平面反射鏡框架及驅(qū)動(dòng)滑板運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)組成，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)安裝于固定板，固定板與滑竿套一端固連，滑板兩端分別與滑竿固連，滑竿另一端固連平面反射鏡框架，各平面反射鏡背面的底側(cè)裝有能感知后片平面反射鏡相對(duì)位置、間距大小的光敏元件，構(gòu)成間距傳感器，間距傳感器的信號(hào)輸出端接處理電路的信號(hào)輸入端。
為了達(dá)到更進(jìn)一步的發(fā)明目的，本發(fā)明的系統(tǒng)還包括太陽光定位傳感器，所述定位傳感器由四組光敏接收器件構(gòu)成，對(duì)稱布置于被設(shè)定太陽投射柱狀區(qū)域的四個(gè)上頂角位置。這樣，當(dāng)投射到設(shè)定柱狀區(qū)域的太陽光不能充滿被設(shè)定太陽投射柱狀區(qū)域時(shí)，勢(shì)必引起太陽光定位傳感器中光敏接收器件的感光不均衡，此不均衡信號(hào)輸入到處理電路后，可以通過機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)調(diào)整起作用的平面反射鏡的個(gè)數(shù)和位置以及基座在導(dǎo)軌上的位置，確保被設(shè)定太陽投射柱狀區(qū)域充滿反射光。
改進(jìn)后的本發(fā)明系統(tǒng)早上工作時(shí)，首先由第一片平面反射鏡跟蹤太陽光，并將太陽光反射后投射到被設(shè)定區(qū)域。隨著時(shí)間推移，太陽位置即方位角和高度角發(fā)生了變化，由于太陽高度角較高，導(dǎo)致單片平面反射鏡的投射無法充滿整個(gè)區(qū)域，于是定位傳感器、間距傳感器起作用，通過處理電路驅(qū)動(dòng)電機(jī)，并通過伸縮機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)第一片平面反射鏡前移一段距離，使得后片平面反射鏡也起作用，從而增加反射光照射面積，讓投射的太陽光充滿整個(gè)設(shè)定區(qū)域。依次類推，不斷重復(fù)上述過程，直至中午。過了正午時(shí)刻，太陽高度角開始降低，系統(tǒng)按以上相反過程，依次撤回反射鏡。
總之，本發(fā)明與以往反射鏡反射的光斑只能在被設(shè)定投射柱狀區(qū)域某一局部范圍內(nèi)移動(dòng)甚至移出設(shè)定區(qū)域外的采光方案相比，不僅能實(shí)現(xiàn)整個(gè)區(qū)域始終充滿太陽光，而且在照明相同區(qū)域面積的前提下，大幅度縮小了所需平面反射鏡的面積，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊、實(shí)用。這樣，從建筑上可以減小天窗的面積，盡可能少耗費(fèi)空間資源。如果與采用光纖、導(dǎo)光管等傳光的采光系統(tǒng)相比，本發(fā)明顯然成本較低，優(yōu)勢(shì)明顯，更便于推廣應(yīng)用。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
圖1是本發(fā)明實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明實(shí)施例一的平面反射鏡前后伸縮運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)及其力矩平衡用彈簧機(jī)構(gòu)示意圖。
圖3是本發(fā)明實(shí)施例一的光學(xué)原理圖。
圖4是本發(fā)明實(shí)施例一的平面反射鏡背面的間距傳感器位置示意圖。
圖5是本發(fā)明實(shí)施例一的準(zhǔn)直傳感器結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6是本發(fā)明實(shí)施例一的處理電路控制流程示意圖。
圖7是本發(fā)明實(shí)施例二的環(huán)形平面導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例一本實(shí)施例太陽光跟蹤反射、定位準(zhǔn)直采光照明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意如圖1和圖2所示，可以分解成如下主要機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)多片平行平面反射鏡轉(zhuǎn)動(dòng)以跟蹤太陽的二維主輔軸機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，受單片機(jī)程序電路控制可預(yù)先設(shè)定基座位置的平面導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)多片平行平面反射鏡做前后伸縮滑行的多套伸縮運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)及其力矩平衡用彈簧機(jī)構(gòu)，平行平面反射鏡轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。此外，本實(shí)施例還包括控制機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的處理電路，向處理電路傳送信號(hào)的太陽光準(zhǔn)直、間距、定位傳感器。本實(shí)施例實(shí)現(xiàn)太陽位置的跟蹤探測(cè)由太陽光跟蹤傳感器完成，并向處理電路傳送跟蹤信號(hào)。圖中天窗AA’BB’CC’DD’表示一個(gè)設(shè)定的太陽投射柱狀區(qū)域。
驅(qū)動(dòng)多片平行平面反射鏡轉(zhuǎn)動(dòng)以跟蹤太陽的二維主、輔軸機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)如圖1所示，包括主軸7、輔軸8和輔軸座9，主軸7通過軸承鉸裝在底座2中，由主軸電機(jī)帶動(dòng)；輔軸座9與主軸7固連，輔軸8通過軸承鉸裝在輔軸座9中，由輔軸電機(jī)帶動(dòng)。此相互疊加的二維轉(zhuǎn)軸機(jī)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)太陽方位角和高度角的調(diào)整，在與現(xiàn)有技術(shù)相同的控制機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的處理電路、向處理電路傳送信號(hào)的太陽光跟蹤傳感器作用下，成為自動(dòng)跟蹤太陽反射裝置，達(dá)到自動(dòng)跟蹤太陽的目的。
平面導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)如圖1所示，可以分成二組直線主、副導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)，其中主導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)包括主基座27、燕尾槽導(dǎo)軌27’(本發(fā)明不限于燕尾槽導(dǎo)軌，其他形式的導(dǎo)軌也可)以及由絲桿28、電機(jī)及其減速機(jī)構(gòu)29構(gòu)成的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。電機(jī)及其減速機(jī)構(gòu)29的輸出軸與絲桿28連接，燕尾槽導(dǎo)軌27’固定在被設(shè)定的太陽投射柱狀區(qū)域上端口一側(cè)，主基座27的底面插裝在燕尾槽導(dǎo)軌27’中，并固定有與絲桿28構(gòu)成絲桿螺母機(jī)構(gòu)(本發(fā)明不限于絲桿螺母機(jī)構(gòu)，其他的平移機(jī)構(gòu)也可)的螺母。副導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)的構(gòu)成與主導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)類同，包括副基座30和燕尾槽導(dǎo)軌30’等，可以類推。其中，燕尾槽導(dǎo)軌30’固定在主基座27上，二維主、輔軸機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的底座2固定在副基座30上。燕尾槽導(dǎo)軌30’的四個(gè)端角還裝有起支撐作用的四個(gè)滾輪30”。這樣，在設(shè)定的單片機(jī)程序控制下，通過二組導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)的復(fù)合運(yùn)動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)底座2圍繞設(shè)定太陽投射柱狀區(qū)域AA’BB’CC’DD’上端口的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而與太陽光自動(dòng)跟蹤反射裝置共同作用，使反射光始終投射到該區(qū)域內(nèi)。
驅(qū)動(dòng)多片平行平面反射鏡做前后伸縮滑行的多套伸縮運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)參見圖2(圖中只示出一套)，主要由滑板13、固定板14、兩根滑竿15和15’、兩根側(cè)面開槽的滑竿套16和16’、平面反射鏡框架17以及由電機(jī)及其減速機(jī)構(gòu)10、絲桿11、螺母12構(gòu)成的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)組成。電機(jī)受控端接處理電路的控制輸出端，電機(jī)及其減速機(jī)構(gòu)10安裝于固定板14上，其輸出軸與絲桿11一端固連。固定板14與兩根滑竿套16、16’一端固連，兩根滑竿15、15’分別插裝在兩根滑竿套16、16’中，其一端與從兩根滑竿套16、16’的側(cè)面槽中伸出的滑板13固連。螺母12與滑板13固連，并與絲桿11嚙合構(gòu)成絲桿螺母機(jī)構(gòu)。平面反射鏡1固定在平面反射鏡框架17上，框架17與兩根滑竿15、15’的伸出端固連。整個(gè)機(jī)構(gòu)在電機(jī)及其減速機(jī)構(gòu)10的驅(qū)動(dòng)下，可以通過滑板13沿側(cè)面開槽的滑竿套16、16’軸線方向滑行，從而帶動(dòng)滑竿及反射鏡1作伸縮運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)多片反射鏡共同作用，使反射光充滿設(shè)定的太陽投射柱狀區(qū)域。
每片平面反射鏡背面的底側(cè)裝有能感知后片平面反射鏡相對(duì)位置、間距大小的兩組光敏元件18、18’構(gòu)成的間距傳感器(參見圖4)，間距傳感器的信號(hào)輸出端接處理電路的信號(hào)輸入端。這樣可以實(shí)現(xiàn)各片平面反射鏡是否重疊作用的自動(dòng)探測(cè)，保證每片平面反射鏡最大限度的利用。
為了防止平面反射鏡1作前后伸縮運(yùn)動(dòng)時(shí)平面反射鏡轉(zhuǎn)軸單側(cè)力矩過大，系統(tǒng)還設(shè)有圖2所示平衡該單側(cè)力矩變化用的彈簧機(jī)構(gòu)，該彈簧機(jī)構(gòu)主要由彈簧19、滑輪20、鋼絲繩21組成，彈簧19一端與輔軸座延伸板22相連，另一端通過滑輪20與滑板13固連，通過調(diào)節(jié)彈簧19的張緊程度，可以平衡平面反射鏡前后伸縮而變化的力矩。
平行平面反射鏡轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)也在圖2中示出，主要由平面反射鏡轉(zhuǎn)軸23、兩支撐塊24、24’、同步齒形帶25、半徑比為2∶1的兩個(gè)帶輪26組成。平面反射鏡轉(zhuǎn)軸23與輔軸8都通過軸承平行鉸裝在輔軸座9上，兩端分別固連兩塊支撐塊24、24’，該兩支撐塊上分別固連與轉(zhuǎn)軸23垂直的多根平行滑竿套16、16’，平面反射鏡轉(zhuǎn)軸23與輔軸8經(jīng)由速比為1∶2的兩個(gè)帶輪26，通過同步齒形帶25銜接。這樣，平面反射鏡轉(zhuǎn)軸23南北向的旋轉(zhuǎn)角始終是輔軸8旋轉(zhuǎn)角的一半，從而保證將反射光垂直向下投射。
從圖2還可以看出，太陽光定位傳感器4由四組光敏接收器件(4’、4”、4、4””)構(gòu)成、對(duì)稱布置于被設(shè)定太陽投射柱狀區(qū)域的四個(gè)上頂角ABCD位置，控制機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的處理電路可以根據(jù)來自定位傳感器4的信號(hào)，控制平行滑竿的滑動(dòng)和底座沿平面導(dǎo)軌的滑移，從而確保被設(shè)定太陽投射柱狀區(qū)域始終充滿反射光。
安裝于AB中心位置處的準(zhǔn)直傳感器5具體結(jié)構(gòu)如圖5所示，由四組沿柱狀長孔5底部周邊布置的光敏元件5’、5”、5、5””組成。當(dāng)太陽光不準(zhǔn)直時(shí)，必然引起5’、5”、5、5””的信號(hào)不平衡，從而通過處理電路控制機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)微調(diào)平面反射鏡的角度，使反射光準(zhǔn)直。
整個(gè)系統(tǒng)的工作程序是這樣的單片機(jī)程序電路預(yù)先設(shè)定底座位置——使平面反射鏡基本跟蹤上太陽——使投射的陽光準(zhǔn)直——確定多片平面反射鏡相互間距——底座微調(diào)，具體流程如圖6所示。詳細(xì)運(yùn)行過程為早上，太陽高度角很低，依靠最前反射鏡就能使太陽光充滿整個(gè)被設(shè)定太陽投射柱狀區(qū)域。隨著時(shí)間推移，太陽位置即方位角和高度角發(fā)生了變化。這時(shí)，首先由單片機(jī)程序控制平面導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)工作并預(yù)先設(shè)定底座2位置，接著太陽光跟蹤傳感器3及其處理電路完成對(duì)二維主輔軸機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的控制，使得反射鏡基本跟蹤上太陽。由于平面反射鏡轉(zhuǎn)軸23是輔軸8旋轉(zhuǎn)角度的一半，使得太陽光經(jīng)過平面反射鏡后投射到被設(shè)定區(qū)域。這時(shí)設(shè)置的準(zhǔn)直傳感器5起作用，判斷太陽光是否完全準(zhǔn)直，如果不完全準(zhǔn)直，通過準(zhǔn)直傳感器5的控制電路微調(diào)反射鏡1位置。由于此時(shí)的太陽高度角較高，單片反射鏡的投射無法充滿整個(gè)區(qū)域，間距傳感器(18、18’)和定位傳感器4起作用，反射鏡前移一段距離，后片反射鏡也起作用，再微調(diào)底座位置。此時(shí)，四個(gè)角落都能接收到陽光。當(dāng)太陽高度角再次發(fā)生變化，重新預(yù)先設(shè)定底座位置、跟蹤準(zhǔn)直傳感器再起作用，這時(shí)可能要求第一、二反射鏡繼續(xù)前移一段由間距傳感器(18、18’)決定的距離，即滿足后片反射鏡前點(diǎn)的反射陽光恰好落在18、18’之間(圖4所示)，第三塊反射鏡起作用，同時(shí)定位傳感器微調(diào)底座位置，以后不斷重復(fù)上述過程直至中午。過了正午時(shí)刻，由于太陽高度角開始降低，此后又不斷需要每過一段時(shí)間，依次撤回反射鏡。
整體系統(tǒng)的光學(xué)原理如圖3所示，若干塊反射鏡33、34、35各自接收平面反射鏡的部分準(zhǔn)直光反射進(jìn)入采光建筑36玻璃窗內(nèi)。由于設(shè)定太陽投射柱狀區(qū)域的四周粘貼了高效反光材料，使得天空中太陽散射光被反射起輔助照明作用。所述系統(tǒng)整體置于塑料或玻璃的透明防塵罩37內(nèi)。
實(shí)施例二本實(shí)施例與實(shí)施例一相比，其不同之處在于被設(shè)定的太陽投射柱狀區(qū)域上端口周圍固定兩條環(huán)形導(dǎo)軌，其中一條導(dǎo)軌為環(huán)形齒條導(dǎo)軌40，如圖7所示，二維主、輔軸機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)底座固定的基座下裝有受電機(jī)驅(qū)動(dòng)的、與齒條導(dǎo)軌40齒牙嚙合的主動(dòng)齒輪39、39’以及與緊靠另一導(dǎo)軌的滾輪38、38’。這樣，在程序電路控制下，同樣可以實(shí)現(xiàn)底座圍繞被設(shè)定的太陽投射柱狀區(qū)域運(yùn)行，從而使反射光始終投射到該區(qū)域內(nèi)。
除以上實(shí)施例外，本發(fā)明還有其他多種實(shí)施方式。例如，處理電路對(duì)太陽的跟蹤不是通過太陽光跟蹤傳感器確定太陽方位，而是采用程序完成跟蹤；或者將這兩種跟蹤控制方式相結(jié)合。再如，實(shí)現(xiàn)平面反射鏡轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)一半輔軸角度的機(jī)構(gòu)采用三個(gè)齒輪(半徑比為2∶1∶1)；安裝在支撐塊上的多根平行滑竿套可設(shè)計(jì)在一水平面內(nèi)間隔布置；平面導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)中基座的運(yùn)動(dòng)和平面反射鏡的前后伸縮運(yùn)動(dòng)由電機(jī)——鏈輪機(jī)構(gòu)或其他驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)；平面導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)由PLC程序電路或某傳感器電路控制；齒輪39’改換為滾輪；其它可使底座圍繞被設(shè)定投射區(qū)域轉(zhuǎn)動(dòng)的平面導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)等等。凡是本領(lǐng)域技術(shù)人員在本發(fā)明基礎(chǔ)上所做的等同替換或類似組合變換均屬于本發(fā)明保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種太陽光跟蹤反射、定位準(zhǔn)直采光照明系統(tǒng)，包括自動(dòng)跟蹤太陽反射裝置，該裝置由平面反射鏡、驅(qū)動(dòng)平面反射鏡轉(zhuǎn)動(dòng)的二維主、輔軸機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、控制機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的處理電路組成，其特征在于還包括平面導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述平面導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)含有布置在被設(shè)定的太陽投射柱狀區(qū)域上端口的導(dǎo)軌以及由處理電路控制、在導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)的基座，所述自動(dòng)跟蹤太陽反射裝置中二維主、輔軸機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的底座安裝在所述基座上。
2.如權(quán)利要求1所述的太陽光跟蹤反射、定位準(zhǔn)直采光照明系統(tǒng)，其特征在于還含有兩片以上的平面反射鏡，各平面反射鏡平行安裝在各自的伸縮機(jī)構(gòu)上，所述伸縮機(jī)構(gòu)主要由滑板、固定板、滑竿、滑竿套、平面反射鏡框架及驅(qū)動(dòng)滑板運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)組成，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)安裝于固定板，固定板與滑竿套一端固連，滑板兩端分別與滑竿固連，滑竿另一端固連平面反射鏡框架，各平面反射鏡背面的底側(cè)裝有能感知后片平面反射鏡相對(duì)位置、間距大小的光敏元件，構(gòu)成間距傳感器，間距傳感器的信號(hào)輸出端接處理電路的信號(hào)輸入端。
3.如權(quán)利要求2所述的太陽光跟蹤反射、定位準(zhǔn)直采光照明系統(tǒng)，其特征在于還包括太陽光定位傳感器，所述定位傳感器由四組光敏接收器件構(gòu)成，對(duì)稱布置于被設(shè)定太陽投射柱狀區(qū)域的四個(gè)上頂角位置。
4.如權(quán)利要求1或3所述的太陽光跟蹤反射、定位準(zhǔn)直采光照明系統(tǒng)，其特征在于還配有準(zhǔn)直傳感器，所述準(zhǔn)直傳感器由至少二組光敏接收器件組成，對(duì)稱布置于中心軸線與被設(shè)定太陽投射柱狀區(qū)域的中心軸線平行的柱狀長孔的底部周邊。
5.如權(quán)利要求4所述的太陽光跟蹤反射、定位準(zhǔn)直采光照明系統(tǒng)，其特征在于所述平面導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)分成二組直線主、副導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)，所述主、副導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)為主基座和主導(dǎo)軌、副基座和副導(dǎo)軌以及主、副驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)構(gòu)成的平移機(jī)構(gòu)，其中所述主導(dǎo)軌固定在被設(shè)定的太陽投射柱狀區(qū)域上端口一側(cè)，所述副導(dǎo)軌固定在主基座上，所述二維主、輔軸機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的底座固定在副基座上。
6.如權(quán)利要求4所述的太陽光跟蹤反射、定位準(zhǔn)直采光照明系統(tǒng)，其特征在于所述平面導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)為固定在被設(shè)定的太陽投射柱狀區(qū)域上端口周圍的兩條環(huán)形導(dǎo)軌和底部裝有受電機(jī)驅(qū)動(dòng)的主動(dòng)齒輪和滾輪的基座，其中兩條環(huán)形導(dǎo)軌中的一條為環(huán)形齒條導(dǎo)軌，所述主動(dòng)齒輪與齒條導(dǎo)軌的齒牙嚙合，所述滾輪緊靠另一環(huán)形導(dǎo)軌。
7.如權(quán)利要求2所述的太陽光跟蹤反射、定位準(zhǔn)直采光照明系統(tǒng)，其特征在于還包含平行平面反射鏡轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)主要由平面反射鏡轉(zhuǎn)軸、支撐塊組成，所述平面反射鏡轉(zhuǎn)軸與所述輔軸均通過軸承平行鉸裝在輔軸座上，兩端分別固連支撐塊，支撐塊上固連與平面反射鏡轉(zhuǎn)軸垂直的平行滑竿套，平面反射鏡轉(zhuǎn)軸與輔軸通過速比為1∶2的機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)銜接。
8.如權(quán)利要求2所述的太陽光跟蹤反射、定位準(zhǔn)直采光照明系統(tǒng)，其特征在于還含有平衡單側(cè)力矩變化的彈簧機(jī)構(gòu)，所述彈簧機(jī)構(gòu)主要由彈簧、滑輪、鋼絲繩組成，所述彈簧一端與所述輔軸座延伸板相連，另一端通過滑輪與所述滑板固連。
9.如權(quán)利要求1所述的太陽光跟蹤反射、定位準(zhǔn)直采光照明系統(tǒng)，其特征在于還包含反射平面反射鏡的部分準(zhǔn)直光進(jìn)入采光建筑內(nèi)的若干塊反射鏡，所述設(shè)定太陽投射柱狀區(qū)域的四周粘貼高效反光材料。
10.如權(quán)利要求1所述的太陽光跟蹤反射、定位準(zhǔn)直采光照明系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)整體置于塑料或玻璃的透明防塵罩內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種太陽光跟蹤反射、定位準(zhǔn)直采光照明系統(tǒng)，屬于太陽能應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。該系統(tǒng)包括自動(dòng)跟蹤太陽反射裝置。該裝置由平面反射鏡、驅(qū)動(dòng)平面反射鏡轉(zhuǎn)動(dòng)的二維主、輔軸機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、控制機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的處理電路組成。此外還包括平面導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)含有布置在被設(shè)定的太陽投射柱狀區(qū)域上端口的導(dǎo)軌以及由處理電路控制、在導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)的基座，自動(dòng)跟蹤太陽反射裝置中二維主、輔軸機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的底座安裝在基座上。本發(fā)明依靠太陽光跟蹤技術(shù)和太陽光定位、間距、準(zhǔn)直傳感器的共同作用，可以將準(zhǔn)直太陽光充滿被設(shè)定太陽投射柱狀區(qū)域，大幅縮小了平面反射鏡面積，成本較低，優(yōu)勢(shì)明顯，更便于推廣應(yīng)用。
文檔編號(hào)F24J2/38GK1504673SQ0214841
公開日2004年6月16日 申請(qǐng)日期2002年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月3日
發(fā)明者張耀明, 張文進(jìn), 孫利國, 張振遠(yuǎn), 徐明泉, 劉曉暉, 陳強(qiáng) 申請(qǐng)人:張耀明, 張振遠(yuǎn), 張文進(jìn)