[發明專利]基于形狀記憶合金彈簧的無源自動巡日裝置

無效

• 申請號: 200910096256.6
• 申請日: 2009-03-02
• 公開（公告）號: CN101499745A
• 公開（公告）日: 2009-08-05
• 發明（設計）人: 王斌銳;徐崟;金英連
• 申請（專利權）人: 中國計量學院
• 主分類號: H02N6/00
• 分類號: H02N6/00;G05D3/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司
• 代理人: 杜 軍

技術領域

本發明屬于機械技術領域，涉及一種形狀記憶合金彈簧致動的無源自動巡日裝置，實現光伏板對日照光線的自動跟隨。

背景技術

在很多設備(如太陽灶、熱水器)中，利用自動巡日裝置可以在光電轉換中提高對光能的利用率，最大程度的利用太陽能和熱能。現有的可實現對太陽跟蹤的自動巡日裝置有單軸的和雙軸的，基本上是電能供給、電機驅動的。現有的雙軸自動跟蹤裝置，無論是程控式的、或傳感器式、或陰影跟蹤式的，雖可以實現時角跟蹤，但是這些裝置成本高，而且要消耗電能，在一些沒電的地區則不能使用。同時，除程控式跟蹤裝置外，其余的跟蹤信號多由太陽照射與遮光引起的光電變換產生，然后控制伺服系統進行跟蹤，因而是間斷方式跟蹤的，跟蹤精度受到影響。一些雙軸跟蹤裝置只是讓太陽能板固定的以15°/小時轉動，如多彈簧自動跟蹤，受小時鐘的限制，碰到小時鐘沒電的情況的就不能正常運行了。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術的不足，提供一種在廣大的范圍內對太陽時角跟蹤的全自動巡日裝置。

本發明裝置包括對應設置的兩個電池板支架、太陽能光伏電池板和傳動機構。

傳動機構包括轉軸、定位齒輪和行星齒輪。轉軸的兩端分別通過軸承與兩個電池板支架連接，轉軸上固定設置有電池板支桿，太陽能光伏電池板的底面通過電池板支桿與轉軸連接，太陽能光伏電池板與轉軸平行設置。定位齒輪固定設置在一個電池板支架的內側面，并與轉軸同軸設置，定位齒輪與行星齒輪嚙合；齒輪支桿的一端與行星齒輪的中心軸連接，另一端與太陽能光伏電池板的底面固定連接。

柱形的聚光鏡固定設置在太陽能光伏電池板的一側，其橫截面為半圓形；聚光鏡的內側面為反射面，并且朝向太陽能光伏電池板設置；聚光鏡的橫截面與太陽能光伏電池板平面以及轉軸垂直。保溫盒設置在太陽能光伏電池板的一側與聚光鏡的內側面之間，太陽能光伏電池板的另一側設置有配重塊，配重塊的重量與聚光鏡和保溫盒的重量和相近，調節裝置整體重心，用于平衡轉軸力矩，使得整個裝置在彈簧不伸縮時，保持靜止不轉動。保溫盒朝向聚光鏡的側壁為透明材料，保溫盒內設置有形狀記憶合金彈簧和復位彈簧。皮帶與行星齒輪的中心軸配合連接，皮帶的一端穿過保溫盒側壁的一個導向孔與形狀記憶合金彈簧的一端連接、另一端穿過保溫盒側壁的另一個導向孔與復位彈簧的一端連接，形狀記憶合金彈簧的另一端以及復位彈簧的另一端固定在保溫盒上。

本發明利用形狀記憶合金(shape?memory?alloy，SMA)彈簧的形變作為儲能和動力元件。初始狀態下，太陽能光伏電池板面向東，正對旭日。當太陽光線與太陽能光伏電池板垂直的時候，光線沒有投射在聚光鏡上。位于保溫盒內的形狀記憶合金彈簧也就沒有受到光線聚焦，溫度也就不會上升，形狀記憶合金彈簧不會發生形變，太陽能光伏電池板將保持這個狀態。當光線與太陽能光伏電池板不垂直時，光線就會照射在聚光鏡上。聚光鏡反射光線到形狀記憶合金彈簧。形狀記憶合金彈簧則受到光線聚焦照射導致溫度上升。當溫度超過形狀記憶合金的相變溫度后，形狀記憶合金彈簧發生形變。由于形狀記憶合金彈簧的收縮形變造成行星齒輪的轉動以及復位彈簧的拉伸。行星齒輪的轉動通過齒輪嚙合傳動給定位齒輪，由于定位齒輪是固定在支架上的，則行星齒輪繞著圓軌跡運動，從而帶動太陽能光伏電池板轉動，直到光線與太陽能光伏電池板再次垂直為止。在落日后的夜晚，由于溫度下降，保溫盒內溫度下降到形狀記憶合金的相變溫度下，形狀記憶合金彈簧在復位彈簧的回復力作用下伸長變形，使得太陽能光伏電池板恢復到初始狀態。

本發明利用形狀記憶合金彈簧隨升溫而形變、降溫而恢復特性，帶動太陽能光伏電池板跟隨光線轉動，實現了自動跟蹤，提高了太陽能光伏電池板的光電轉換效率。本發明不消耗其它能源，并且結構簡化、成本低廉、操作簡便。

附圖說明

圖1為本發明的結構示意圖。

具體實施方式

如圖1所示，自動巡日裝置包括對應設置的兩個電池板支架1、太陽能光伏電池板2和傳動機構。

傳動機構包括轉軸3、定位齒輪13和行星齒輪11。轉軸3的兩端分別通過軸承與兩個電池板支架1連接。轉軸3上固定設置有電池板支桿4，太陽能光伏電池板1的底面通過電池板支桿4與轉軸3連接，并且太陽能光伏電池板1與轉軸3平行設置。定位齒輪13固定設置在一個電池板支架1的內側面，并與轉軸3同軸設置，定位齒輪13與行星齒輪11嚙合。齒輪支桿12的一端與行星齒輪11的中心軸連接，另一端與太陽能光伏電池板2的底面固定連接。