定日镜装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种定日镜装置，属于太阳能应用技术领域。该装置包括平面镜组、方位角调整机构、高度角调整机构、定位传感器以及控制电路，其中横轴和立轴的轴线位于同一平面且垂直相交，平面镜组的几何中心位于两轴线的交点，定位传感器的中心线与两轴线交点和投射目标中心点之间的连线重合。采用本发明专利技术后，不管装置各部位如何运动，平面镜的几何中心物理位置始终不动，正是由于整体装置具有了真正不动的物理空间中心点，并且在此中心点和目标点之间安装了定位传感器，因此消除了现有技术存在的固有系统误差，既实现了整个装置的机构设计不存在理论误差，从而得以保证入射到平面镜上的太阳光经反射后能始终准确投向目标点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种定向投射太阳光的平面镜装置，即通常称为定日镜的装置，属于太阳能应用

技术介绍
定日镜装置顾名思义，其作用是将太阳光准确定位在某个目标上，通常用来作为太阳能采光照明装置或热发电系统的聚光部件。随着太阳能利用技术的不断发展，为了获得理想的采光效果，设计时希望定日镜装置具有足够的跟踪精度。然而，据申请人了解，现有定日镜装置的跟踪均具有近似性，无法满足科技进步对跟踪精度日益严格的使用要求。在经过深入细致的研究后发现，现有定日镜装置的设计普遍存在先天性的系统误差。具体情况如下一般说来，定日镜应用时需要在设定的目标处放置太阳能接收器之类的装置，由于其跟踪精度对接收器性能或利用效果会产生直接的影响，因此为了满足定日的要求，理当要求平面镜中的一点在定日镜装置运转过程中始终固定不动，否则定日镜装置将存在固有缺陷，影响跟踪精度。现有的定日镜装置普遍采用可以产生复合运动的两交叉轴机械传动机构驱动，两交叉轴中的横轴机构叠加在立轴机构上。由于结构受限(例如为了避开横轴)，平面镜的几何中心点只能设计成尽量靠近两交叉轴交点的位置，因此基本上都没有满足上述要求——平面镜中的一点在定日镜装置运转过程中始终固定不动。结果，在运转过程中，实质上只能忽略了由此引起的误差，或者说设计时只能让接收器来容忍该误差。这种平面镜偏离理想位置引起的误差可以借用物理学中的系统误差概念来表述，或进一步定义为固有系统误差。例如，美国在南加州建成的太阳I号和II号塔式发电系统中采用的定日镜装置采用了典型的两交叉轴机械传动机构，其中横轴机构架设在立轴机构上，但是平面镜整体框架全部安装在横轴上，平面镜离横轴轴线的距离约150毫米——存在固有系统误差。当定日镜装置面积较大时，横轴为了承受更大的载荷，直径相应加粗，结果装置本身的系统误差就会越大。此外，现有定日镜装置的横轴和立轴两轴线本身也常常呈非空间正交状态，从而进一步加剧了定日镜装置的固有系统误差。实践证明，这种固有系统误差的存在使得定日镜只能按近似规律跟踪太阳，无论如何匹配定位传感器的位置以及采取何种补救措施，都不能满足高精确度跟踪的要求。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是针对以上现有技术存在的缺点，提出一种消除上述固有系统误差的的定日镜装置，从而显著提高跟踪精度，满足现代化太阳能利用设施的设计要求。为了解决以上技术问题，本专利技术的定日镜装置包括安装在整体框架上的平面镜组，驱动整体框架绕立轴轴线转动的方位角调整机构，叠加在方位角调整机构之上、驱动整体框架绕横轴轴线转动的高度角调整机构，定位传感器，以及以定位传感器为输入、控制上述调整机构驱动电机转角的控制电路，其特征在于所述横轴和立轴的轴线位于同一平面且垂直相交，所述平面镜组的几何中心位于所述两轴线的交点，所述定位传感器的中心线与两轴线交点和投射目标中心点之间的连线重合。采用本专利技术的以上技术方案后，不管装置各部位如何运动，平面镜的几何中心物理位置始终不动，正是由于整体装置具有了真正不动的物理空间中心点，并且在此中心点和目标点之间安装了定位传感器，因此消除了现有技术存在的固有系统误差，既实现了整个装置的机构设计不存在理论误差，从而得以保证入射到平面镜上的太阳光经反射后能始终准确投向目标点。附图说明下面结合附图对本专利技术作进一步的说明。图1-1、1-2、2为本专利技术实施例一的结构示意图。图3、4为本专利技术实施例一大小范围传感器结构示意图。图5为本专利技术实施例一系统误差原理图。图6为本专利技术实施例一中平面镜剖面结构示意图。图7、8、9为本专利技术实施例一中平面镜表面弧度微调机构示意图。图10、11为本专利技术实施例二的结构示意图。图12、13为本专利技术实施例三的结构示意图。图14为图11、图13的A向视图。具体实施例方式实施例一本实施例定日镜装置结构示意如图1、2所示，包括9片平面镜及其整体框架1，驱动平面镜及其整体框架1绕横轴轴线AB转动的高度角调整机构，驱动平面镜及其整体框架1绕立轴轴线CD转动的方位角调整机构，以及定位传感器。横轴和立轴的两轴线AB、CD空间正交于点O，9片平面镜组合体的几何中心即为中间平面镜1’的中心，与空间正交点O重合。定位传感器的中心轴线与两交叉轴机构的轴线交点O和投射目标中心点之间的连线重合(其具体结构在后面叙述)。方位角调整机构由固定于基础面的立轴2、带有两侧立架3、3’的底架4以及位于底架4四角的四个转轮组成，其中的一个转轮为电机驱动的主动轮(图中未示出)，由蜗轮蜗杆驱动，其他三个转轮为从动轮。蜗轮蜗杆在驱动电机带动下，带动底架4围绕立轴轴线CD转动作方位角的调整。平面镜整体框架1的构件空挡内固定有两个同轴线的横轴轴套，两轴套通过轴承座5、5’分别支撑于方位角调整机构的两侧立架3、3’上端，9片平面镜组合体的横向几何中心线与横轴轴套轴线AB重合。高度角调整机构由丝杠6、螺母7及它们的支撑座、轴套及其轴承座5、5’组成，丝杠6一端的支撑座与整体框架1连接，螺母7的支撑座与两立架3、3’间的连接件8连接，在驱动电机的带动下，丝杠6在螺母7内旋转，推动整体框架1绕轴套轴线AB转动，调整整体框架1的高度角。定位传感器的结构如图3、图4所示，中心轴线O1O2与两交叉轴机构的轴线交点和投射目标中心点之间的连线重合。传感器由探测小角度偏差的小范围传感器14和探测大角度偏差的大范围传感器15组合而成。小范围传感器14主要由四象限光敏元件17和透镜16组成，四象限光敏元件17位于透镜16焦点四周。大范围传感器15由沿东、西、南、北四个方位布置的光敏元件阵列I、II、III、IV构成，每个阵列内的光敏元件布置如图4所示。当定日镜出现大角度偏差时，大范围传感器15的某一阵列或两相邻阵列内的光敏元件必然接收到光信号，从而驱动定日镜装置朝相应方向转动，进入小范围传感器14的探测范围，通过透镜16成太阳像斑于四象限光敏元件17上，根据四象限光敏元件17的输出信号继续驱动定日镜装置转动，使得定日镜装置准确地定位。(详细原理参见第一申请人此前申请并获授权的美国专利US6465766B1，不另赘述。)由于横轴和立轴的两轴线AB、CD空间正交于点O，全部平面镜组合体的中心——即为中间平面镜1’的中心与空间正交的两交叉轴轴线的交点O重合。这样，不管整体框架1围绕立轴轴线CD和横轴轴线AB如何转动，中间平面镜的中心位置始终固定不动，通过在这个中心位置和目标点之间安装的定位传感器14、15，就有了理论上准确的定位基准，从而彻底消除了由于中心位置不固定而引起的系统误差，使得定日镜装置的跟踪精度大大提高。为了更清楚的展示平面镜组合体的中心与空间正交的两交叉轴轴线的交点O不重合而引起的系统误差问题，下面借助图5进一步说明。首先假设平面镜组合体的中心为O’，偏离空间正交的两交叉轴轴线的交点O一段距离d。假设平面镜开始处于4的位置，并用实线表示，平面镜组合体的中心O’位于位置①处，此时落在位置①处的太阳光线1经反射后沿1”方向射出；经过一段时间，太阳位置发生变化，假设高度角变化了α角，入射太阳光线变为位置2，并用虚线表示。由几何光学知识可知，平面镜的法线相应转动α/2角，平面镜的中心点O’从位置①处移到位置②处，平面镜本身由位置4移动至4’处，此时落在位置②处的平面本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种定日镜装置，包括安装在整体框架上的平面镜组，驱动整体框架绕立轴轴线转动的方位角调整机构，叠加在方位角调整机构之上、驱动整体框架绕横轴轴线转动的高度角调整机构，定位传感器，以及以定位传感器为输入、控制上述调整机构驱动电机转动的控制电路，其特征在于：所述横轴和立轴的轴线位于同一平面且垂直相交，所述平面镜组的几何中心位于所述两轴线的交点，所述定位传感器的中心线与两轴线交点和投射目标中心点之间的连线重合。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张耀明，张文进，张振远，孙利国，刘晓晖，
申请(专利权)人：张耀明，张振远，张文进，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]