一种曲面聚光装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种曲面聚光装置，包括：反光抛物柱面、机械转动装置、电机传动机构、控制单元、能量接收端和固定支架。该光收集装置带动两个柱面在日间跟踪太阳的运行轨迹，将自然光聚合后投向位于指定区域的能量接收端，达到收集太阳能的目的。系统的特点是利用简单变形的平面镜，形成柱面镜，然后采用二维跟踪的方式实现对太阳光在某固定点处的聚焦，避免了使用复合抛物面所带来的高成本，因此系统成本低、性价比高，可在现在和未来相当长一个阶段内广泛应用于发展中国家或地区。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种太阳能收集设备，具体涉及一种聚合阳光的光收集装置。 
技术介绍
在很多太阳能应用中，对阳光进行聚合是一个重要环节。目前，对阳光的聚合从效果分，有线聚焦和点聚焦两种。两者相比，点聚焦实现的聚合比例更高，因此使用范围更广。当前，利用旋转抛物面的跟踪系统是效率最高的点聚光系统之一，得到广泛使用。但是，大面积的旋转抛物面的制作成本高，成为制约此类应用普及发展的主要因素之一。 而且，现有的聚焦系统中，聚焦点位置不固定，给太阳能能量接收端一端带来运动负担。 
技术实现思路
如何能够不使用大面积旋转抛物面，而使用更简单易加工的镜面实现点聚焦，并且聚焦位置固定，这是本专利技术要解决的课题。 为了解决上述技术问题，具体的，本专利技术提供了一种聚光装置，包括反光装置、机械转动装置、电机传动机构、控制单元、能量接收端和支架，其中机械转动装置、电机传动机构和控制单元带动反光装置跟踪发光天体的运行轨迹，将自然光聚合后投向位于指定区域的能量接收端，达到收集能量的目的，所述反光装置为凹面具备反射功能的两个反光抛物柱面（1，2）。 优选地，所述支架包括固定框架（8）、旋转框架（10）和曲轴（9），所述两个反光抛物柱面（1，2）固定在固定支架（8）上，固定支架（8）固定在曲轴（9）上，曲轴（9）连接到旋转框架（10）上。 优选地，所述旋转框架（10）上还装有俯仰电机及传动系统（11），所述固定框架（8）和安装在其上的所述反光抛物柱面（1，2）在俯仰电机及传动系统（11）的带动下绕曲轴（9）的直线轴旋转。 优选地，所述旋转框架（10）、曲轴（9）、固定框架（8）和所述反光抛物柱面（1，2）整体在方位电机及传动机构（14）的带动下绕旋转框架的中心轴线（15）旋转。 优选地，在旋转框架（10）顶端放置能量接收端（16）。 优选地，所述两个反光抛物柱面以特定相对位置方式连接固定形成“对镜”，二者相对位置固定。 优选地，所述对镜中两个反光抛物柱面的特征的几何学表达是：在一个三维直角坐标系XYZ中，令一级柱面反射镜的方程式是Z=X^2/4f，其中f为该抛物线方程的焦距。则根据定义，在Y=0平面内，一级柱面反射镜的准线S的方程也为Z=X^2/4f，其焦点为F1(0,0,f)；则有一条经过点F1的平面X=0的法线P。在X=0的平面内，以P为准线，以点F2(0,0,f-2r)为焦点，有方程为Z=-Y^2/4r+f-r的抛物线T，其中r为抛物线T的顶点与法线P之间的距离。以T为准线，以一平行于X轴的直线为母线沿T滑动，形成二级柱面反射镜，其方程为Z=-Y^2/4r+f-r。“ 优选地，“对镜”以一条经过焦点F2且平行于一级柱面反射镜的母线的直线为水平轴,在控制器控制下自动旋转实现对太阳的俯仰跟踪。 “对镜”和水平轴以经过点F2的平面Z=0的法线为竖轴在控制器控制下自动旋转实现对太阳的方位跟踪。系统于“对镜”的焦点F2处放置一能量接收端。 经光路矢量分析，作者发现平行光经过旋转抛物面反射并聚焦的过程，可以分解为先后两个正交矢量方向上的聚焦过程，而且在其中每个矢量方向上聚焦的过程仅涉及抛物柱面。因此，当一束光经过两个抛物柱面的相继反射后，可以被聚合在一个点。 这两个抛物柱面于是实际上组成了一对镜面，被称为“对镜”。每一幅“对镜”有一个焦点，并且是唯一的焦点。本专利技术实现了通过对“对镜”的姿态控制，使其追踪太阳的运行轨迹，保证阳光聚焦点位置固定不动，始终停留在太阳能能量接收端上。 本专利技术的两大优点是：一、无需使用旋转抛物面，而仅使用抛物柱面，大幅降低了制造成本；二、聚焦点位置固定，因此免除了太阳能能量接收端一端的运动负担。 附图说明：下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明。 图1是根据本专利技术的两个反光抛物柱面（“对镜”）在一个三维坐标系中的构造示意图； 图2a和2b是与图1对应的“对镜”的两个侧视图； 图3a和3b解释了根据本专利技术的一个实例应用； 图4a和4b解释了在根据本专利技术的一个实施例中的“对镜”系统如何聚焦太阳光； 具体实施方式图1所示为两个抛物柱面：一级抛物柱面反射镜1和二级抛物柱面反射镜2，即“对镜”，在一个三维坐标系XYZ中的构造示意图。 图2详细解释了一级抛物柱面反射镜1和二级抛物柱面反射镜2之间的相对位置关系。 如图2所示，“对镜”含至少两个反光抛物柱面，分别为一级柱面反射镜（1）和二级柱面反射镜（2）。一级柱面反射镜（1）和二级柱面反射镜（2）以特定的相对位置方式连接固定形成一幅“对镜”（3），其特征的几何学表达是：在一个三维直角坐标系XYZ中，一级柱面反射镜（1）的方程式是Z=X^2/4f，其中f为焦距。在Y=0平面内（见图2a），一级柱面反射镜（1）的准线S的方程为Z=X^2/4f，其焦点为F1(0,0,f)；则有一条经过点F1的平面X=0的法线P（4）。在X=0的平面内（见图2b），以P（4）为准线，以点F2(0,0,f-2r)为焦点，有方程为Z=-Y^2/4r+f-r的抛物线T，其中r为抛物线T的顶点与法线P之间的距离。以T为准线，以一平行于X轴的直线为母线沿T滑动，形成二级柱面反射镜（2），其方程为Z=-Y^2/4r+f-r。对镜（3）以一条经过焦点F2且平行于一级柱面反射镜（1）的母线的直线为水平轴（5）进行自转实现对太阳的俯仰跟踪。对镜（3）和水平轴（5）以经过点F2的平面Z=0的法线为竖轴（6）自转实现对太阳的方位跟踪。系统于对镜焦点F2处放置一能量接收端（7）。 图3中为根据本专利技术的一个应用实例。图3a为XZ平面视图，而图3b为YZ平面视图，并且两视图一一对应。如图3所示，一级柱面反射镜（1） 和二级柱面反射镜（2）按照上述几何关系被一组框架（8）连接并固定在一起，形成了一副“对镜”。框架（8）的下端固定并支撑一级柱面反射镜（1），而其上端则固定并支撑二级柱面反射镜（2）。框架（8）的中部被固定在一根曲轴（9）的两端的直线轴部分。曲轴（9）的直线轴部分的中间两端通过轴承连接到旋转框架（10）上。曲轴（9）的弯曲部分横跨并且绕过旋转框架（10）而连接了曲轴（9）的左右两段直线轴，形成一个刚性整体。旋转框架（10）上安装有俯仰电机及传动系统（11），且该传动机构（11）连接电机及曲轴（9），使得固定框架（8）和安装于其上的对镜能够绕曲轴（9）的直线轴旋转，达到跟踪太阳俯仰角度的目的。旋转框架（10）底部连接到一旋转平台（12）上。旋转平台（12）固定于底座（13）上。在底座（13）内部安装有方位电机及传动机构（14），其带动旋转框架（10）、曲轴（9）、框架（8）、一级柱面反射镜（1）和二级柱面反射镜（2）整体绕旋转框架的中心轴线旋转，达到跟踪太阳方位角度的目的。在旋转框架（10）的中心轴线上设一立柱（15），其穿过旋转平台（12）的空心部分并固定于底座（13）上。立柱（15）的姿态保持固定不动，且于其顶端放置一热能接收端（16），用来利用被聚焦后的太阳光产生的热量本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种聚光装置，其特征在于：包括： 反光装置、机械转动装置、电机传动机构、控制单元、能量接收端和支架，其中机械转动装置、电机传动机构和控制单元带动反光装置跟踪发光天体的运行轨迹，将自然光聚合后投向位于指定区域的能量接收端，达到收集能量的目的，所述反光装置为凹面具备反射功能的两个反光抛物柱面(1，2)。

【技术特征摘要】
1.一种聚光装置，其特征在于：包括： 
反光装置、机械转动装置、电机传动机构、控制单元、能量接收端和支架，其中机械转动装置、电机传动机构和控制单元带动反光装置跟踪发光天体的运行轨迹，将自然光聚合后投向位于指定区域的能量接收端，达到收集能量的目的，所述反光装置为凹面具备反射功能的两个反光抛物柱面(1，2)。 
2.如权利要求1所述的聚光装置，其特征在于，所述支架包括固定框架(8)、旋转框架(10)和曲轴(9)，所述两个反光抛物柱面(1，2)固定在固定支架(8)上，固定支架(8)固定在曲轴(9)上，曲轴(9)连接到旋转框架(10)上。 
3.如权利要求2所述的聚光装置，其特征在于，所述旋转框架(10)上还装有俯仰电机及传动系统(11)，所述固定框架(8)和安装在其上的所述反光抛物柱面(1，2)在俯仰电机及传动系统(11)的带动下绕曲轴(9)的直线轴旋转。 
4.如权利要求2所述的聚光装置，其特征在于，所述旋转框架(10)、曲轴(9)、固定框架(8)和所述反光抛物柱面(1，2)整体在方位电机及传动机构(14)的带动下绕旋转框架的中心轴线(15)旋转。 
5.如权利要求2所述的聚光装置，其特征在于，在旋转框架(10)顶端放置能量接收端(16)。 
6.如权利要求1-5之一所述的聚光装置，其特征在于，所述两个反光抛物柱面(1，2)为一级柱面反射镜(1)和二级柱面反射镜(2)，二 者的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张晓东，
申请(专利权)人：张晓东，
类型：新型
国别省市：山东;37