一种全方位太阳追踪器.pdf

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1、(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201410770495.6 (22)申请日 2014.12.15 G05D 3/12(2006.01) (71)申请人 广东工业大学 地址 510006 广东省广州市番禺区广州大学 城外环西路 100 号 (72)发明人 谭健康 王长宏 杨程喻 林涛 (74)专利代理机构 广州粤高专利商标代理有限 公司 44102 代理人 林丽明 (54) 发明名称 一种全方位太阳追踪器 (57) 摘要 本发明公开一种全方位太阳追踪器，包括光 信号采集控制模块、方向控制模块、角度调整模块 和采光模块。光信号采集控制模块包括阴影投射 装置、电信号比较电路。

2、和驱动芯片；方向调整模 块包括旋转底盘、方向调整电动机、连接台 ；角度 调整模块包括连接件、角度支撑板、电动机 ；所述 采光模块包括采光板、固定装置。阴影投射装置 安装于采光板上，光敏元件置于阴影投射装置上， 采光板与太阳光线入射方向垂直或形成一定角度 时，阴影投射装置的立杆阴影投射到光敏元件，光 敏元件变化的电信号传输到电信号比较电路后， 向驱动芯片输出信号，驱动芯片控制方向调整电 动机、电动机运作。本发明结构简单，安装方便，可 全方位调整，可安装于任何纬度而不需前期调整。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书4页 附图3。

3、页 (10)申请公布号 CN 104503484 A (43)申请公布日 2015.04.08 CN 104503484 A 1/1 页 2 1.一种全方位太阳追踪器，其特征在于包括光信号采集控制模块，方向调整模块，角 度调整模块和采光模块，其中光信号采集控制模块包括阴影投射装置、电信号比较电路和 驱动芯片 ；方向调整模块包括连接台、旋转底盘、方向调整电动机 ；角度调整模块包括同步 带、连接件、角度支撑板、电动机 ；采光模块包括采光板、固定装置，阴影投射装置安装于采 光板上，阴影投射装置安装于采光板上，方向调整电动机固定于旋转底盘上，连接台的一端 通过固定件固定于旋转底盘上，上述连接台的一侧通。

4、过铰链与采光板连接，采光板能绕铰 链转动，连接件固定于旋转底盘的连接台上，连接台通过连接件与角度调整模块中的角度 支撑板铰接，角度支撑板能绕连接件转动 ；电动机固定于角度支撑板上，带动同步带运动 ； 同步带与采光模块中的采光板通过固定装置连接，使采光板与同步带同步运动，电动机及 方向调整电动机与驱动芯片电连接，驱动芯片控制电动机及方向调整电动机按指定方向旋 转。 2.根据权利要求 1 所述的全方位太阳追踪器，其特征在上述方向调整电动机的输出轴 通过变速装置与同步带连接。 3.根据权利要求 1 所述的全方位太阳追踪器，其特征在于上述电动机为双头电动机， 电动机两头的转子分别与两条同步带接触，电动。

5、机带动两条同步带与其同步运动。 4.根据权利要求 1 所述的全方位太阳追踪器，其特征在于上述角度调整模块中的角度 支撑板与连接件上所设的铰接轴连接，角度支撑板能绕铰接轴旋转。 5.根据权利要求 1 所述的全方位太阳追踪器，其特征在于上述采光模块还包括有滑动 轮，采光板的上端设有横杆，滑动轮安装于采光板所设的横杆上，同步带绕在滑动轮上，采 光板与同步带通过安装于横杆的固定装置连接。 6.根据权利要求 3 所述的全方位太阳追踪器，其特征在于上述采光模块中的采光板通 过固定装置固定于两条同步带上。 7. 根据权利要求1至6任一项所述的全方位太阳追踪器，其特征在于上述阴影投射装 置由基板、立杆和四个光。

6、敏元件组成 , 上述基板分为 a、b、c、d、e 五个区域，四个光敏元件 分别置于 a、b、c、d 四个区域，立杆置于 e 区域。 8.根据权利要求 7 所述的全方位太阳追踪器，其特征在于上述电信号比较电路是电学 比较电路。 9.根据权利要求 8 所述的全方位太阳追踪器，其特征在于上述方向调整模块中的旋转 底盘包括有上盘、滚珠、下盘，连接台通过固定件固定于上盘上，滚珠置于上盘与下盘之间 的凹槽上。 10.根据权利要求 9 所述的全方位太阳追踪器，其特征在于上述变速装置包括有定轮、 行星轮，定轮固定在上盘，行星轮作为中间传动轮分别与方向调整电动机的转子和定轮接 触，传递方向调整电动机的动力，把方。

7、向调整电动机的扭矩传递至旋转底盘的上盘上。 权 利 要 求 书CN 104503484 A 1/4 页 3 一种全方位太阳追踪器 技术领域 0001 本发明涉及一种全方位太阳追踪器，具体是一种驱动太阳能利用装置正对太阳 光线入射方向的装置，属于太阳能开发利用领域。 背景技术 0002 我国能源消费结构存在不合理性，煤炭占了绝大部分且具于主导地位，不适合现 阶段的经济发展条件。随着经济的发展，人类对能源需求越来越高，造成不可再生能源越来 越紧缺，并且造成严重的环境污染。因此，开发新能源成了中国的当务之急，尤其是太阳能 的开发利用。太阳能分布广泛，取之不尽，是一种清洁的可再生能源。 0003 但是。

8、太阳光线在不同季节、不同时日的照射方向不一致，想要最大化利用太阳能， 趋光系统就有了开发的必要性。而现有的太阳追踪系统一般使用电脑、微电脑或单片机控 制，程序复杂繁琐，调整不便且兼容性不好。本发明则利用光敏元件结合逻辑电路对趋光系 统进行控制，具有结构简单、紧凑，安装方便，寿命长，成本低廉，可全方位调整等优点，可安 装于任何纬度而不需前期调整，可以迅速自动调整到最佳采光方位。 发明内容 0004 针对现有技术的不足，本发明提供一种全方位太阳追踪器。本发明结构简单，移动 性、适应性好，可全方位调整。 0005 本发明是一种全方位太阳追踪器，包括光信号采集控制模块，方向调整模块，角 度调整模块和采。

9、光模块，其中光信号采集控制模块包括阴影投射装置、电信号比较电路和 驱动芯片 ；方向调整模块包括连接台、旋转底盘、方向调整电动机 ；角度调整模块包括同步 带、连接件、角度支撑板、电动机 ；采光模块包括采光板、固定装置，阴影投射装置安装于采 光板上，阴影投射装置安装于采光板上，方向调整电动机固定于旋转底盘上，连接台的一端 通过固定件固定于旋转底盘上，上述连接台的一侧通过铰链与采光板连接，采光板能绕铰 链转动，连接件固定于旋转底盘的连接台上，连接台通过连接件与角度调整模块中的角度 支撑板铰接，角度支撑板能绕连接件转动 ；电动机固定于角度支撑板上，带动同步带运动 ； 同步带与采光模块中的采光板通过固定。

10、装置连接，使采光板与同步带同步运动，电动机及 方向调整电动机与驱动芯片电连接，驱动芯片控制电动机及方向调整电动机按指定方向旋 转。 0006 本发明由于采用包括有方向调整模块、角度调整模块、采光模块的结构。方向调整 模块由旋转底盘、方向调整电动机、连接板组成 ；角度调整模块由连接件、角度支撑板、同步 带、电动机组成 ；采光模块由采光板、固定装置组成。方向调整模块通过旋转底盘固定于地 面或其它物体上 ；采光板通过铰链与旋转底盘的连接台连接，其可调节与连接台的角度，调 整范围为 0 110。采光板通过固定装置固定于同步带上，角度调整模块通过连接件与 连接台连接，可调整角度。本发明利用光敏材料接收光。

11、线照射方向信号，通过驱动芯片控制 电动机运作，实现趋光功能。本发明的采光板可分为东西方向旋转和南北角度调整，以方向 说 明 书CN 104503484 A 2/4 页 4 调整电动机驱动旋转底盘实现东西方向转向，以电动机带动同步带驱动采光板改变南北角 度实现南北角度的调整，本发明结构简单，移动性、适应性好，可全方位调整。本发明还结合 光敏元件和电信号比较电路控制，其需要的原材料及组装配件成本非常低廉，且只要具备 机械、电器的基本知识即可安装、调整此装置，使太阳能利用装置在任何地方均可正常工作 而不需复杂的调试，更好地提高太阳能的利用率及效率。 附图说明 0007 图 1 为本发明全方位太阳追踪。

12、器分解状态的立体图。 0008 图 2 为本发明全方位太阳追踪器组装后的立体图。 0009 图 3 为阴影投射装置的基板分区域示意图。 0010 图 4 为旋转底座的装配状态剖面图。 具体实施方式 0011 下面对本发明的实施方式进行具体描述。 0012 如图 1 4 所示，本发明全方位太阳追踪器，包括光信号采集控制模块，方向调整 模块，角度调整模块和采光模块。其中光信号采集控制模块包括阴影投射装置11，电信号比 较电路 12 和驱动芯片 13 ；方向调整模块包括连接台 21、旋转底盘 23、方向调整电动机 24 ； 角度调整模块包括同步带 31、连接件 34、角度支撑板 32、电动机 33 。

13、；采光模块包括采光板 41、滑动轮 43、固定装置 42，阴影投射装置 11 安装于采光板 41 上，阴影投射装置 11 安装于 采光板 41 上，方向调整电动机 24 固定于旋转底盘 23 上，连接台 21 的一端通过固定件 52 固定于旋转底盘 23 上，上述连接台 21 的一侧通过铰链 51 与采光板 41 连接，采光板 41 能 绕铰链 51 转动，连接件 34 固定于旋转底盘 23 的连接台 21 上，连接台 21 通过连接件 34 与 角度调整模块中的角度支撑板 32 铰接，角度支撑板 32 可绕连接件 34 中的铰接轴旋转 ；电 动机33固定于角度支撑板32上，带动同步带31运动。

14、 ；同步带31与采光模块中的采光板41 通过固定装置42连接，使采光板41与同步带31同步运动，电动机33及方向调整电动机24 与驱动芯片 13 电连接，驱动芯片 13 控制电动机 33 及方向调整电动机 24 按指定方向旋转。 当电动机 33 运作时，同步带 31 做直线运动，采光板 41 能绕铰链 51 转动，实现采光板 41 角 度的调整。驱动芯片 13 控制电动机 33 及方向调整电动机 24 按指定方向旋转。本实施例 中，固定件 52 是螺钉。 0013 当采光板 41 与太阳光线入射方向不垂直时，阴影投射装置 11 的立杆阴影投射到 光敏元件上，光敏元件的物理性质会发生改变，引起其。

15、电路状态发生变化，变化的电信号传 输到电信号比较电路12经过比较放大后，向驱动芯片13输出正或负电压信号，进而控制方 向调整电动机 24、电动机 33 工作使采光板 41 的方向、角度改变，使其垂直于太阳光线入射 方向。 0014 上述驱动芯片 13 集成了控制、调配功能，可同时或分立控制两台电动机工作。驱 动芯片13接收电信号比较电路12输出的正负电压信号，分别控制方向调整电动机24、电动 机 33 顺时针或逆时针旋转。 0015 本实施例中，上述方向调整电动机 24 的输出轴通过变速装置 22 与同步带 31 连 接。 说 明 书CN 104503484 A 3/4 页 5 0016 本实。

16、施例中，电动机 33 是双头电动机，上述双头电动机两头的转子分别与两条同 步带 31 接触，当电动机运作时，两条同步带 31 与其同步运动。 0017 本实施例中，上述角度调整模块中的角度支撑板 32 与连接件 34 上所设的铰接轴 连接，角度支撑板 32 能绕铰接轴旋转。 0018 本实施例中，上述采光模块还包括有滑动轮 43，采光板 41 的上端设有横杆，滑动 轮 43 安装于横杆上，同步带 31 绕在滑动轮 43 上，采光板 41 与同步带 31 通过安装于横杆 的固定装置 42 连接。滑动轮 43 安装于采光板 41 的横杆上，滑动轮 43 与角度支撑板 32 接 触，起到限制自由度、。

17、增强稳定性、减少滑动摩擦的作用。 0019 本实施例中，上述采光模块中的采光板 41 通过固定装置 42 固定于两条同步带 31 上。 0020 本实施例中，上述阴影投射装置 11 由基板、立杆和四个光敏元件组成 , 上述基板 分为 a、b、c、d、e 五个区域，四个光敏元件分别置于 a、b、c、d 四个区域，立杆置于 e 区域。 所述光敏元件可以是光敏电阻、热敏电阻、光电二极管、光伏电池等，只要受光照射或光照 条件发生变化使其发生物理性质、化学性质改变，均可用作本发明的光敏元件。 0021 本实施例中，上述电信号比较电路 12 是电学比较电路。当阴影投射在光敏元件上 时，光敏元件的物理性质会。

18、发生改变，引起其电路状态发生变化，变化的电信号传输到电信 号比较电路12经过比较放大后，向驱动芯片13输出正或负电压信号，分别控制方向调整电 动机 24、电动机 33 工作。 0022 本实施例中，上述方向调整模块中的旋转底盘 23 包括有上盘 231、滚珠 233、下盘 232，连接台21通过固定件52固定于上盘231上，滚珠233置于上盘231与下盘232之间的 凹槽上，起到限制上盘231自由度、减少滑动摩擦的作用 ；下盘232的螺栓孔用于固定作用 ； 上盘 231 的螺栓孔用于固定连接台 21，使连接台 21 与上盘 231 共同旋转。上述上盘 231、 滚珠 233、下盘 232 材质。

19、为钢材、铝等金属材料。 0023 本实施例中，上述变速装置 22 包括有定轮 221、行星轮 222，定轮 221 固定在上盘 231，行星轮 222 作为中间传动轮分别与方向调整电动机 24 的转子和定轮 221 接触，传递方 向调整电动机 24 的动力，把方向调整电动机 24 的扭矩传递至旋转底盘 23 的上盘 231 上。 即方向调整电动机 24 的转子带动行星轮 222 运动，行星轮 222 的运动通过定轮 221 带动上 盘 231 运动，方向调整电动机 24 的外壳固定于下盘 232 上，下盘 232 通过地钉或螺钉等方 式固定于地面或其它物体上。 0024 上述变速装置 22 中。

20、的定轮 221 和行星轮 222 夹于上盘 231 与连接台 21 之间。上 述定轮 221 以焊接方式固定在旋转底盘 23 的上盘 231 上，上述方向调整电动机 24 转子的 运动通过行星轮 222 传递至定轮 221，由于定轮 221 固定于旋转底盘 23 的上盘 231 上，故 方向调整电动机24的扭矩通过行星轮222及定轮221传到旋转底盘23的上盘231，使上盘 231 与转子一起旋转。上述的定轮 221 和行星轮 222 材质为 45 钢淬火。上述连接台 21 通 过固定件 52 固定于旋转底盘 23 的上盘 231 上，上盘 231 上设有一凹槽供角度调整模块摆 动。 0025。

21、 本实施例中，上述连接台 21 作为连接采光模块和角度调整模块的部件，以螺钉固 定于旋转底盘 23 的上盘 231，其材质为钢材，通过铰链以采光模块的采光板 41 连接，通过 角度调整模块的两个连接件 34 连接角度支撑板 32。连接台 21 上设有矩形槽，为角度支撑 说 明 书CN 104503484 A 4/4 页 6 板 32 提供运动空间，矩形槽长度按照角度支撑板 32 摆动角度设定 ；上述连接件 34 以螺钉 固定于连接台 21，连接件 34 上设有铰接轴，用于铰接角度支撑板 32，角度支撑板 32 在电动 机 33 的驱动下可绕上述铰接轴旋转。 0026 所述的角度支撑板 32 作。

22、为角度调整模块的主体和支撑部分，材质为轻质材料，其 要求机械性能高。其上固定有电动机33，两条同步带31置于角度支撑板32左右两边，分别 与电动机 33 的两转子接触，增强传动稳定性与同步性，通过固定装置 42 使采光板 41 固定 于其上 ；采光板 41 安装有滑动轮 43，滑动轮 43 与角度支撑板 32 接触，增强其支撑作用并 且减少运动过程中的摩擦力。当电动机 33 运作时，带动同步带 31 做定向运动，拉动采光板 41 顺时针或逆时针转动，同时角度支撑板 32 绕连接件 34 的圆柱体逆时针或顺时针转动。 0027 本发明全方位太阳追踪器的控制原理为 ：当采光板 41 与太阳光线入射。

23、方向不垂 直时，安装于采光板 41 上的阴影投射装置 11 立杆会投射出阴影落于基板的 a、b、c、d 其中 一个区域内，区域内的光敏元件的物理性质发生改变，引起其电路状态发生变化，变化的电 信号传输到电信号比较电路12经过比较放大后，向驱动芯片13输出正或负电压信号，分别 控制方向调整电动机 24、电动机 33 工作运作，使采光板 41 垂直于太阳光线入射方向，投影 投射到基板的 e 区域。 0028 上述阴影投射装置 11 由基板、立杆、四个光敏元件组成，其中基板分为 a、b、c、d、 e 五个区域，e 位于正中央，a、b 位于左右两侧，c、d 位于上下两端，四个光敏元件分别置于 a、b、。

24、c、d 四个区域上，立杆置于 e 区域上，光敏元件与立杆均以特定方式固定于基板上。基 板必须以指定方式安装于采光板 41 上，使立杆的投影投射到正确的区域内。 0029 当采光板 41 与太阳光线入射方向不垂直时，立杆产生的阴影投射到基板上。若投 影在a或b时，驱动芯片13驱动方向调整电动机24，使连接在连接台21的采光模块和角度 调整模块在东西方向上转动。若投影在 c 或 d 区域时，驱动芯片 13 驱动电动机 33，使两条 同步带 31 同步运动，拉动固定于同步带 31 上的采光板 41 顺时针或逆时针旋转一定角度。 同时，角度支撑板 32 绕连接件 34 的圆柱体逆时针或顺时针转动。若阴。

25、影在 e 区域时，即采 光板 41 垂直于太阳光线入射方向，四个光敏元件物理性质相同，电路状态不发生改变，其 电路处于平衡状态。 0030 当投影在 a 区域时，驱动芯片 13 首先驱动方向调整电动机 24 逆时针旋转，使投影 置于 c、d 或 e 上，方向调整电动机 24 停止运作。若此时投影在 c 区域上，驱动芯片 13 驱动 电动机 33 顺时针旋转带动同步带 31 固定装置 42 一侧自下而上运动，使采光板 41 逆时针 旋转 ；若此时投影在 d 区域上，驱动芯片 13 则驱动电动机 33 逆时针转动，使采光板 41 顺时 针旋转，使阴影投射在 e 区域上，电动机 33 停止运作 ；若。

26、此时投影在 e 区域上，说明此时采 光板 41 垂直于太阳光线入射方向，电动机 33 不运作。当投影在 b 区域时，驱动芯片 13 首 先驱动方向调整电动机 24 顺时针转动，使投影置于 c、d 或 e 上，方向调整电动机 24 停止运 作，其余动作步骤与上面描述一致，不再重复描述。 0031 上述实施方式为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受以上实施方 式的限制。如改变光敏元件类型、数量，更换电动机型号，传动方式等，其它任何未背离本发 明的精神实质与原理、结构下所作的改变、修饰、替代、简化，均应为等效的置换方式与技术 方案，都包括在本发明的保护范围之内。 说 明 书CN 104503484 A 1/3 页 7 图 1 说 明 书 附 图CN 104503484 A 2/3 页 8 图 2 说 明 书 附 图CN 104503484 A 3/3 页 9 图 3 图 4 说 明 书 附 图CN 104503484 A 。