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专利号: 2017111871372
申请人: 山东科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 控制;调节
更新日期:2023-12-11
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种折叠式太阳能自动追踪装置,其特征在于,

包括控制系统、收纳箱、多级层叠太阳翼、用于驱动多级层叠太阳翼展开或收拢的驱动装置、用于调整多级层叠太阳翼的朝向的调整装置以及用于安装所述驱动装置和调整装置的折叠支架;

所述控制系统包括单片机控制模块、光电检测追踪模块和太阳角追踪模块,光电检测追踪模块通过检测光照信息实现太阳能的自动追踪,太阳角追踪模块通过计算实时的太阳方位角和高度角实现太阳能的自动追踪,且光电检测追踪模块和太阳角追踪模块均与单片机控制模块相连,光电检测追踪模块还用于判断天气状况并将检测到的天气状况信号实时传输至所述单片机控制模块,若为晴天,则单片机控制模块控制启动光电检测追踪模块,若为阴天或光照不足,则单片机控制模块控制启动太阳角追踪模块,单片机控制模块根据光电检测追踪模块的检测结果或太阳角追踪模块的计算结果通过所述调整装置控制多级层叠太阳翼的朝向;

所述收纳箱包括箱体和设置在箱体顶部且与箱体相铰接的箱盖;所述多级层叠太阳翼收拢、折叠支架折叠后连同所述驱动装置、调整装置一起装入所述箱体。

2.根据权利要求1所述的一种折叠式太阳能自动追踪装置,其特征在于,所述多级层叠太阳翼包括传动轴以及沿传动轴的轴向从前至后依次排布的若干片太阳翼,分别为一级太阳翼、二级太阳翼……N级太阳翼,其中,N为大于或等于2的整数;

所述驱动装置安装在折叠支架上,驱动装置包括伺服电机和传动机构,伺服电机通过传动机构带动所述传动轴旋转,传动轴旋转时带动所述一级太阳翼、二级太阳翼及N级太阳翼依次展开,所述一级太阳翼、二级太阳翼及N级太阳翼完全展开时,共同配合形成一个圆形结构,伺服电机反转时,传动轴反转并带动所述一级太阳翼、二级太阳翼及N级太阳翼反转并依次收拢,所述一级太阳翼、二级太阳翼及N级太阳翼完全收拢后,共同配合形成一个扇形结构;

所述调整装置设置在折叠支架的顶部,调整装置包括机械臂及用于驱动机械臂运转的机械臂驱动机构,所述机械臂包括旋转支架和俯仰支架,所述驱动装置安装在俯仰支架上并随俯仰支架同步运动,俯仰支架安装在旋转支架上并随旋转支架同步运动;所述机械臂驱动机构包括旋转电机、俯仰电机和转轴,所述旋转支架包括开口朝上的U型下板,旋转电机设置在U型下板的下方并带动U型下板做旋转运动;所述俯仰支架包括开口朝下的U型上板,U型上板位于U型下板的上方且通过所述转轴与U型下板转动连接,俯仰电机设置在U型上板和U型下板之间并驱动所述转轴旋转。

3.根据权利要求1所述的一种折叠式太阳能自动追踪装置,其特征在于,所述光电检测模块设置在箱盖内侧,光电检测模块包括阴晴天检测电路和光电太阳能方位检测电路;

所述阴天检测电路包括第一光敏二极管、第一运算放大器、第一电阻、第二电阻、第三电阻及第四电阻,所述第一光敏二极管正端接至第一运算放大器的同相输入端,第一光敏电阻的正端还经第一电阻连接至地,所述第一运算放大器的反相输入端经第二电阻、第三电阻连接至地,第一运算放大器的反相输入端还经第四电阻连接至电源正极;所述第一运算放大器的输出端与所述单片机控制模块相连,第一运算放大器的VCC端与电源正极连接,第一运算放大器的VEE端与地连接;

所述光电太阳能方位检测电路包括第二光敏二极管、第三光敏二极管、第四光敏二极管、第五光敏二极管和第六光敏二极管,第三至第六光敏二极管以第二光敏二极管为中心且围绕该中心呈十字分布的方式被布置在一个圆盘的上表面,所述第三至第六光敏二极管彼此之间保持一定的间隙,所述圆盘放置于一顶部具有透光孔的中空圆柱罩内;所述光电太阳能方位检测电路还包括第二运算放大器、第三运算放大器、第四运算放大器、第五运算放大器、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻及第九电阻;所述第二至第六光敏二极管的负端均连接至电源正极,第二光敏二极管的正端经第五电阻连接至地,第三光敏二极管的正端经第六电阻连接至地,第四光敏二极管的正端经第七电阻连接至地,第五光敏二极管的正端经第八电阻连接至地,第六光敏二极管的正端经第九电阻连接至地;所述第二光敏二极管的正端还连接至第二运算放大器的同相输入端,第三光敏二极管的正端连接至第二运算放大器的反相输入端,第四光敏二极管的正端连接至第三运算放大器的反相输入端,第五光敏二极管的正端连接至第四运算放大器的反相输入端,第六光敏二极管的正端连接至第五运算放大器的反相输入端;所述第二运算放大器的同相输入端与第三运算放大器的同相输入端、第四运算放大器的同相输入端和第五运算放大器的同相输入端连接。

4.根据权利要求2所述的一种折叠式太阳能自动追踪装置,其特征在于,所述单片机控制模块包括单片机及四组结构组成相同的电机驱动电路,各组电机驱动电路均包括二极管、第一三极管、第二三极管、继电器、第十电阻、第十一电阻和第十二电阻;所述单片机的一个引脚经第十电阻后连接至电源正极且该引脚还经第十一电阻连接至第一三极管的基极;所述第一三极管的集电极分别与第十二电阻的一端、第二三极管的基极连接,所述第十二电阻的另一端连接至电源正极,所述第二三极管的集电极经二极管连接至电源正极,所述第二三极管的集电极还经继电器连接至电源正极,所述第一、第二三极管的发射极均连接至地;

所述四组结构组成相同的电机驱动电路的继电器分别与俯仰电机和旋转电机相连,并控制俯仰电机和旋转电机的正反转。

5.根据权利要求1所述的一种折叠式太阳能自动追踪装置,其特征在于,所述一级太阳翼、二级太阳翼及N级太阳翼均包括叶片及与叶片固连的槽轮,各槽轮的中央均开设有通孔,传动轴从各通孔内穿过。

6.根据权利要求5所述的一种折叠式太阳能自动追踪装置,其特征在于,所述一级太阳翼、二级太阳翼及N级太阳翼的槽轮通孔与传动轴之间均设置有中空支撑导管,相邻两个中空支撑导管之间为螺纹连接。

7.根据权利要求6所述的一种折叠式太阳能自动追踪装置,其特征在于,各所述中空支撑导管与槽轮之间设置有推力球轴承;

除一级太阳翼的中空支撑导管以外,二级太阳翼、N-1级太阳翼及N级太阳翼的中空支撑导管的外轮廓均为三级阶梯结构,该三级阶梯结构均包括相连的一级管、二级管和三级管,其中,一级管的外表面设置有外螺纹,各中空支撑导管的内壁上设置有与所述外螺纹相适配的内螺纹,二级管和三级管的交接处设置有用于安装所述推力球轴承的容置槽,推力球轴承安装在二级管、槽轮内壁及容置槽共同配合形成的安装空间内;

所述一级太阳翼的中空支撑管的外轮廓为二级阶梯结构,该二级阶梯结构包括相连的四级管和五级管,四级管和五级管的交接处也设置有如上所述的容置槽,一级太阳翼的推力球轴承安装在四级管、槽轮内壁及容置槽共同配合形成的安装空间内。

8.根据权利要求2所述的一种折叠式太阳能自动追踪装置,其特征在于,所述多级层叠太阳翼还包括传动盘,传动盘设置在一级太阳翼的槽轮的前端面上且与该槽轮固连,传动盘与传动轴固连;除N级太阳翼的槽轮以外,一级太阳翼、二级太阳翼及N-

1级太阳翼的槽轮的底端面上均设置有拨柱;除一级太阳翼的槽轮以外,二级太阳翼、N-1级太阳翼及N级太阳翼的槽轮的前端面上均设置有与所述拨柱相适配的转槽,各所述转槽的截面均呈弧形,且各转槽所对应的圆心角的度数为360/N度,各级太阳翼在折叠状态下时,其中一级太阳翼的拨柱位于与其相邻的下一级太阳翼转槽的起始位置;

展开时,一级太阳翼转动,一级太阳翼的拨柱在二级太阳翼的转槽内转动,转过360/N度后带动二级太阳翼转动,二级太阳翼转动时,二级太阳翼的拨柱在与其相邻的下一级太阳翼的转槽内转动,转过360/N度后带动下一级太阳翼转动,依次类推,直至N级太阳翼得以展开;

收拢时,在传动轴的反转带动下一级太阳翼反转,一级太阳翼的拨柱在二级太阳翼的转槽内转动,转过360/N度后带动二级太阳翼转动,二级太阳翼反转时,二级太阳翼的拨柱在与其相邻的下一级太阳翼的转槽内转动,转过360/N度后带动下一级太阳翼转动,依次类推,直至N级太阳翼得以折叠。

9.根据权利要求2所述的一种折叠式太阳能自动追踪装置,其特征在于,所述传动机构包括蜗轮,所述传动轴为与所述蜗轮相适配并由蜗轮驱动旋转的蜗轮轴,所述蜗轮由所述伺服电机驱动。

10.根据权利要求1所述的一种折叠式太阳能自动追踪装置,其特征在于,所述太阳能电池旋转收纳装置还包括用于支撑打开或回收所述折叠支架的驱动部,所述驱动部为单杆液压缸和用于安装所述单杆液压缸的定位座,定位座设置在箱体的底部,单杆液压缸安装在所述定位座上,且单杆液压缸的活塞杆与折叠支架相连。

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