專利名稱：一種用于風光互補路燈太陽能電池保護的機電系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于分布式電源技術領域，具體涉及一種用于太陽能電池保護的機電系統(tǒng)。
背景技術：
近年來，人們對能源的需求量越來越大，對節(jié)能的要求也越來越高。隨著電力電子技 術的發(fā)展，風光互補路燈系統(tǒng)已經(jīng)成為現(xiàn)實。風光互補路燈具有分布式的特點，它不需要 看慮嚴格的安裝場所，并且可以給電網(wǎng)難以涉及的區(qū)域供電。
太陽能電池板的價格昂貴，并且實際面積大而薄，易被損壞，需要對其進行適當?shù)谋?護。在路燈上安裝的太陽能電池板會受到較大的風壓，為了保證太陽能電池能安全的工作， 對太陽能電池板進行一定的保護是非常有必要的。
針對上述的問題，本發(fā)明設計了一種具有保護太陽能電池安全工作的機電系統(tǒng)。通過對現(xiàn)
今的文獻檢索，尚未發(fā)現(xiàn)與本發(fā)明內(nèi)容一致的文獻報告。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種具有防止風光互補路燈中太陽能電池板被過大風壓損壞 功能的機電系統(tǒng)。
本發(fā)明提出的機電系統(tǒng)包括風車、編碼盤、控制回路、電動機、太陽能電池板架、彈 簧調(diào)節(jié)機構、發(fā)電機。其結構框圖見圖1所示。
其中，風車受風旋轉(zhuǎn)帶動發(fā)電機，使其產(chǎn)生隨風速增大而增大的電流信號，將電流信 號傳輸至控制回路。同時發(fā)電機尾部的尾翼受風后調(diào)節(jié)風車與發(fā)電機體水平方向旋轉(zhuǎn)以使 風車有最大的迎風面積，編碼盤安裝在發(fā)電機下方的軸向軸承中，編碼盤檢測發(fā)電機體的
水平旋轉(zhuǎn)角度，檢測得到的電信號輸出至控制回路。
控制回路包括風車葉片風壓計算模塊、風向角度計算模塊、太陽能電池板風壓計算模 塊和風壓大小比較模塊4個模塊；風車葉片風壓計算模塊把接收到的與風速相關的電流信 號通過微控制器換算成在此時風方向上的當量風速。同時風向角度計算模塊把接收到的與 風向相關的電信號換算成相應的旋轉(zhuǎn)當量角度。太陽能電池板風壓計算模塊通過微控制器 對上述兩當量進行計算，計算結果為太陽能電池板所受風壓的當量值。風壓大小比較模塊
將太陽能電池板風壓計算模塊的計算結果與預先設定的當量閾值進行比較；若計算結果大 于設定的閾值，則輸出使電動機從正常工作位置，記為A，旋轉(zhuǎn)到應急工作位置，記為B。 當電機處于應急工作位置B，設置微控制器時鐘，若太陽能電池板所受風壓當量值持續(xù)數(shù)小時(比如設定為3 6小時)小于閾值，控制回路控制電動機反向旋轉(zhuǎn)從位置B到位置A。 , 本發(fā)明設計的彈簧調(diào)節(jié)機構由導槽、滑輪、軸承座及軸承、固定機架、電磁鉗位裝 置、彈簧、擺動導軌和推桿組成。太陽能電池板架與固定機架通過徑向軸承連接，電動機 定子固定在固定機架上，擺動導軌下端與電動機機軸通過聯(lián)軸器聯(lián)結，擺動導軌可在A、 B 兩個位置間擺動。在位置A和位置B各放兩個擋板及電磁自動鉗位裝置，當給其通電時， 此鉗位裝置取消鉗位。擺動導軌為中空筒狀導軌，彈簧一端固定于擺動導軌T端，安裝于 導軌中，彈簧另一端固定于推桿的下端部，推桿可在擺動導軌中滑動?；啺惭b于推桿的 上端，此滑輪可在固定于太陽能電池板架下的導槽中滑動。
本發(fā)明系統(tǒng)根據(jù)風機所受風壓計算太陽能電池板所受風壓，當風壓超過所設定的閾值 之后通過電機調(diào)整太陽能電池板的迎風方向，減小迎風面積。為避免風機響應速度慢，同 時采用彈簧調(diào)節(jié)機構，防止瞬時大風壓現(xiàn)象產(chǎn)生。
" 本發(fā)明的系統(tǒng)通過風力發(fā)電機對風速大小采樣，通過編碼盤對風向測量，得到的信號 通過控制回路處理后，控制系統(tǒng)對電動機進行控制，使電動機旋轉(zhuǎn)以改變太陽能電池板所 受的風壓。本發(fā)明的彈簧調(diào)節(jié)機構通過彈簧受力變形的原理使機構中的太陽能電池板架改 變角度。
本發(fā)明中的風葉受風旋轉(zhuǎn)帶動風力發(fā)電機旋轉(zhuǎn)，風力發(fā)電機旋轉(zhuǎn)速度隨風力大小變化 而變化。風力發(fā)電機輸出的電流大小隨發(fā)電機旋轉(zhuǎn)速度的變化而變化。風力發(fā)電機輸出的 信號傳輸?shù)娇刂苹芈分?。本發(fā)明中的編碼盤安裝于風力發(fā)電機下，用于測量風力發(fā)電機體 的水平旋轉(zhuǎn)角度，從而測量出當時的風向。
本發(fā)明的控制回路中的控制方法主要包括了葉片風壓計算、風向角度計算、太陽能 電池板風壓計算、風壓大小比較等4個模塊。因為太陽能電池板的安裝角度及其面積都是
設計時已知的，所以通過葉片風壓計算的結果和風向角度計算的結果就可以計算出太陽能
電池板迎風方向的風壓。如果此風壓大于了太陽能電池板的安全風壓范圍，控制回路就對
系統(tǒng)發(fā)出改變太陽能電池板架的命令。
本發(fā)明設計的彈簧調(diào)節(jié)機構具有緩沖大風風壓、保護太陽能電池板的作用。在長時間
大風壓狀態(tài)下，控制回路控制電動機旋轉(zhuǎn)，電動機通過聯(lián)軸器帶動擺動導軌擺動，通過固
定機架、擺動導軌、推桿、太陽能電池板架導槽、太陽能電池板架組成的四連桿機構傳動
使太陽能電池板的迎風角度減小，減小所受風壓力。如果風速在某時間段內(nèi)風速變化快并
且太陽能電池板迎風方向上風壓過大，可能出現(xiàn)風機響應速度慢導致控制系統(tǒng)響應速度
f 。此時，彈簧調(diào)節(jié)機構中的彈簧受力改變四連桿機構固定機架與擺動導軌、推桿、太 陽能電池板架導槽、太陽能電池板架中個部件的相對位置，對瞬時的大風壓對太陽能電池板造成的損傷進行緩沖，保護太陽能電池板。


圖1是本發(fā)明的整體結構方框圖。
圖2是本發(fā)明的控制回路對電動機控制方法的示意圖。
圖3是本發(fā)明的彈簧調(diào)節(jié)機構及太陽能電池板架示意圖。 "圖4是本發(fā)明的風車、發(fā)電機、編碼盤安裝的示意圖。
圖中標號ll為風車，12為編碼盤，13為控制回路，14為電動機，15為太陽能電池 板架，16為彈簧調(diào)節(jié)機構，17為發(fā)電機；
21為電機電流信號，22為風向信號，23為風向角度計算模塊，24為太陽能電池板風 壓計算模塊，25為風壓比較模塊；
31為導槽，32為滑輪，34為軸承座及軸承，35為固定機架，36為電磁鉗位裝置，
37為彈簧，38為擺動導軌，39為推桿；
41為軸向軸承，42為支撐桿，43為尾翼。
具體實施例方式
一參見圖l，本發(fā)明的系統(tǒng)包括風車ll、編碼盤12、控制回路13、電動機14、太陽能 電池板架15、彈簧調(diào)節(jié)機構16、發(fā)電機17。該系統(tǒng)通過機械系統(tǒng)結合電系統(tǒng)控制達到功 能目的。其結構框圖見圖l所示。
其中，風車11受風旋轉(zhuǎn)帶動發(fā)電機17，使其產(chǎn)生隨風速增大而增大的電流信號，將 電流信號傳輸至控制回路13。同時發(fā)電機17尾部的尾翼受風后調(diào)節(jié)風車11與發(fā)電機體水 平方向旋轉(zhuǎn)以使風車有最大的迎風面積，編碼盤12安裝在發(fā)電機17下方的軸向軸承41 中，編碼盤12檢測發(fā)電機體的水平旋轉(zhuǎn)角度，檢測得到的電信號輸出至控制回路13。
控制回路13主要包括風車葉片風壓計算模塊26、風向角度計算模塊23、太陽能電池 板風壓計算模塊24和風壓大小比較模塊25等4個模塊；風車葉片風壓計算模塊26把接 收到的與風速相關的電流信號21通過微控制器換算成在此時風方向上的當量風速。同時 風向角度計算模塊23把接收到的與風向相關的電信號22換算成相應的旋轉(zhuǎn)當量角度。太 陽能電池板風壓計算模塊24通過微控制器對上述兩當量進行計算，計算結果為太陽能電 池板所受風壓的當量值。風壓大小比較模塊25將模塊24的計算結果與預先設定的當量閾 值進行比較；若計算結果大于設定的閾值，則輸出使電動機14從正常工作位置(記為A) 旋轉(zhuǎn)到應急工作位置(記為B)。當電機處于應急工作位置B，設置微控制器時鐘，若太陽 能電池板所受風壓當量值持續(xù)數(shù)小時(比如設定為3 6小時)小于閾值，控制回路13控 制電動機14反向旋轉(zhuǎn)從位置B到位置A。本發(fā)明設計的彈簧調(diào)節(jié)機構16由導槽31、滑輪32、軸承座及軸承34、固定機架 35、電磁鉗位裝置36、彈簧37、擺動導軌38和推桿39組成。如圖3所示。太陽能電池 板架15與固定機架35通過徑向軸承34連接，電動機14定子固定在固定機架35上，擺 動導軌38下端與電動機14機軸通過聯(lián)軸器聯(lián)結，擺動導軌38可在如圖3中A、 B兩個位 置間擺動。在位置A和位置B各放兩個擋板及電磁自動鉗位裝置36，當給其通電時，此鉗 位裝置取消鉗位。擺動導軌38為中空筒狀導軌，彈簧37—端固定于擺動導軌38下端， 安裝于導軌中，彈簧37另一端固定于推桿39的下端部，推桿39可在擺動導軌38中滑動。 滑輪32安裝于推桿39的上端，此滑輪32可在固定于太陽能電池板架15下的導槽31中 碏動。在正常工作狀態(tài)下，擺動導軌38處于位置A，此時由太陽能電池板架導槽31、與 固定機架35相對位置固定的擺動導軌38、推桿39組成四連桿機構。當太陽能電池板處于 常風壓時，彈簧37承受太陽能電池板上通過推桿39傳遞過來的力，調(diào)節(jié)使太陽能電池板 處于正常工作角度。當太陽能電池板所受瞬時風壓過大時，彈簧37變形，推桿39在擺動 導軌38中滑動，調(diào)節(jié)太陽能電池板架角度，減小過大風壓對太陽能電池板的損害。當電 動機14接收到旋轉(zhuǎn)信號后，電磁鉗位裝置36通電取消鉗位，電動機14從位置A旋轉(zhuǎn)到 位置B，太陽能電池板架15、固定機架35、擺動導軌38及推桿39、導槽31組成的四連 桿機構中的擺動導軌38及推桿39擺動，使太陽能電池板架15向下擺動。當電動機14接 受到從位置B旋轉(zhuǎn)到位置A信號時，電動機14旋轉(zhuǎn)帶動擺動導軌38擺動，使太陽能電池 板架15向上擺動。
如上所述，本發(fā)明包括風機上編碼盤12的安裝位置、控制回路13的控制方法、電動機 14、太陽能電池板架15與彈簧調(diào)節(jié)機構16。此發(fā)明可在太陽能電池板承受長時間大風壓下 通過電動機14自動調(diào)整太陽能電池板的迎風面積，在瞬時承受大風壓下通過彈簧37調(diào)整太 陽能電池板架的角度。
權利要求
1.一種用于風光互補路燈太陽能電池板保護的機電系統(tǒng)，其特征在于該機電系統(tǒng)包括風車、編碼盤、控制回路、電動機、太陽能電池板架、彈簧調(diào)節(jié)機構、發(fā)電機；其結構框圖見圖1所示；其中，風車受風旋轉(zhuǎn)帶動發(fā)電機，使其產(chǎn)生隨風速增大而增大的電流信號，將電流信號傳輸至控制回路；同時發(fā)電機尾部的尾翼受風后調(diào)節(jié)風車與發(fā)電機體水平方向旋轉(zhuǎn)以使風車有最大的迎風面積，編碼盤安裝在發(fā)電機下方的軸向軸承中，編碼盤檢測發(fā)電機體的水平旋轉(zhuǎn)角度，檢測得到的電信號輸出至控制回路；控制回路包括風車葉片風壓計算模塊、風向角度計算模塊、太陽能電池板風壓計算模塊和風壓大小比較模塊4個模塊；風車葉片風壓計算模塊把接收到的與風速相關的電流信號通過微控制器換算成在此時風方向上的當量風速；同時風向角度計算模塊把接收到的與風向相關的電信號換算成相應的旋轉(zhuǎn)當量角度；太陽能電池板風壓計算模塊通過微控制器對上述兩當量進行計算，計算結果為太陽能電池板所受風壓的當量值；風壓大小比較模塊將太陽能電池板風壓計算模塊的計算結果與預先設定的當量閾值進行比較；若計算結果大于設定的閾值，則輸出使電動機從正常工作位置，記為A，旋轉(zhuǎn)到應急工作位置，記為B；當電機處于應急工作位置B，設置微控制器時鐘，若太陽能電池板所受風壓當量值持續(xù)數(shù)小時(比如設定為3～6小時)小于閾值，控制回路控制電動機反向旋轉(zhuǎn)從位置B到位置A。
2.根據(jù)權利要求1所述的機電系統(tǒng)，其特征在于所述的彈簧調(diào)節(jié)機構由導槽、滑 輪、軸承座及軸承、固定機架、電磁鉗位裝置、彈簧、擺動導軌和推桿組成；太陽能電池 板架與固定機架通過徑向軸承連接，電動機定子固定在固定機架上，擺動導軌下端與電動 機機軸通過聯(lián)軸器聯(lián)結，擺動導軌可在A、 B兩個位置間擺動；在位置A和位置B各放兩 個擋板及電磁自動鉗位裝置，當給其通電時，此鉗位裝置取消鉗位；擺動導軌為中空筒狀 導軌，彈簧一端固定于擺動導軌下端，安裝于導軌中，彈簧另一端固定于推桿的下端部， 推桿可在擺動導軌中滑動；滑輪安裝于推桿的上端，此滑輪可在固定于太陽能電池板架下 的導槽中滑動。
全文摘要
本發(fā)明屬于分布式電源技術領域，具體是一種用于風光互補路燈太陽能電池保護的機電系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要包括風車、發(fā)電機、太陽能電池板架控制系統(tǒng)、電動機、彈簧調(diào)節(jié)機構、太陽能電池板架等，具有根據(jù)太陽能電池板所受風壓大小自動調(diào)節(jié)太陽能電池板的迎風面積和防止瞬時風壓過大導致的電池板損壞的功能。
文檔編號H02N6/00GK101604935SQ20091005334
公開日2009年12月16日 申請日期2009年6月18日 優(yōu)先權日2009年6月18日
發(fā)明者吳春澤, 昶 周, 孫耀杰 申請人:復旦大學