專(zhuān)利名稱(chēng)：定日鏡及連動(dòng)定日鏡陣列裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種太陽(yáng)能應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域的定日裝置，具體的說(shuō)，涉及一種用于匯聚 平行光線的兩維連動(dòng)自潔的定日鏡及連動(dòng)定日鏡陣列裝置。
背景技術(shù)：
太陽(yáng)能聚光應(yīng)用包括聚光直接發(fā)電，聚光光熱發(fā)電等技術(shù)。它是通過(guò)一定的技術(shù) 手段聚焦陽(yáng)光，提高光密度，用光電池直接轉(zhuǎn)化電能，或者達(dá)到高溫，通過(guò)吸收器吸收聚焦 的熱能，將光能轉(zhuǎn)化成熱能然后再將熱能轉(zhuǎn)化成電能的太陽(yáng)能技術(shù)。聚光發(fā)電因其成本低、 效率高，是最有應(yīng)用前景的太陽(yáng)能利用方式之一。目前主要的太陽(yáng)能聚焦方式有槽式，蝶式，線性菲尼爾系統(tǒng)，塔式和其他一些新 型聚光方式。其中，塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)因其規(guī)模大，聚光比高，溫度高，效率高，吸收器 無(wú)需運(yùn)動(dòng)等優(yōu)勢(shì)，非常適合大規(guī)模、大功率應(yīng)用，是最具商業(yè)前景的太陽(yáng)能技術(shù)。塔式發(fā)電 的聚光需要關(guān)鍵技術(shù)定日鏡，定日鏡的作用是將陽(yáng)光反射到塔頂?shù)奈掌鳎砂偕锨У亩?日鏡一起工作，就能達(dá)到了大規(guī)模聚光的效果。但是，由于接收器不動(dòng)，定日鏡的跟蹤陽(yáng)光 運(yùn)動(dòng)相對(duì)復(fù)雜，又由于發(fā)電場(chǎng)規(guī)模大，焦距遠(yuǎn)，定日鏡運(yùn)動(dòng)精度要求很高，因此定日鏡工藝 要求高制造成本較高。在國(guó)內(nèi)外案例中，一般定日鏡成本占整個(gè)系統(tǒng)的40 % -60 %，居高不 下影響了塔式發(fā)電技術(shù)的商業(yè)前景，使得其還處于試驗(yàn)或者示范階段。因此，采用一定手段 降低定日鏡技術(shù)難度和成本，是促進(jìn)塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)商業(yè)化的重要一環(huán)。現(xiàn)有定日鏡技術(shù)，主要是考慮單臺(tái)定日鏡如何運(yùn)動(dòng)，由運(yùn)動(dòng)計(jì)算、姿態(tài)反饋和機(jī)械 驅(qū)動(dòng)三個(gè)部分組成，各臺(tái)定日鏡之間是獨(dú)立的，不共享這三部分。雖然有些定日鏡技術(shù)通過(guò) 中央電腦共享運(yùn)動(dòng)計(jì)算，比如eSolar公司的陣列式定日鏡，使用中央服務(wù)器控制每臺(tái)定日 鏡，能在一定范圍內(nèi)能降低成本。但無(wú)法共享驅(qū)動(dòng)，還是每臺(tái)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，每臺(tái)都安裝有2個(gè) 驅(qū)動(dòng)電機(jī)，驅(qū)動(dòng)裝置占主要成本，所以很難大幅度降低成本。雖然國(guó)外專(zhuān)利提到通過(guò)特殊的 排列，也有人找到了共享運(yùn)動(dòng)的方法，但原理所限，所有的構(gòu)件必須預(yù)置，無(wú)法大型化，只能 做成特制的新型聚光器，不能用于大型定日鏡場(chǎng)。因此需要找到一種更為簡(jiǎn)單的定日方法， 有了該方法，可以解決三個(gè)部分的共享問(wèn)題，就能大幅度降低成本。同時(shí)反射目標(biāo)可以任意 設(shè)置，規(guī)?？扇我鈹U(kuò)展，陣列可現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試。如果設(shè)計(jì)定日鏡之初，從整個(gè)定日鏡場(chǎng)出發(fā)考慮問(wèn)題，思路就會(huì)不同。對(duì)于場(chǎng)地 中的所有定日鏡，太陽(yáng)的位置相對(duì)于他們大致是一致的，由于太陽(yáng)比較遠(yuǎn)差別可以忽略不 計(jì)。其實(shí)對(duì)每臺(tái)定日鏡而言，只是目標(biāo)位置不同，光源位置是相同的。如果鏡面的姿態(tài)根據(jù) 太陽(yáng)位置和目標(biāo)位置自動(dòng)應(yīng)變或者協(xié)動(dòng)，那么定日過(guò)程簡(jiǎn)化，而且不再直接驅(qū)動(dòng)鏡面，可以 連動(dòng)。我們只需要設(shè)計(jì)一種幾何裝置，能反饋入目標(biāo)方位量并固定，并能反饋入光源方位量 并能移動(dòng)，這兩個(gè)幾何量合成另外一個(gè)幾何量驅(qū)動(dòng)鏡面，由于目標(biāo)方位對(duì)每臺(tái)都不一樣，所 以合成的量大小方位都不同，每臺(tái)鏡子運(yùn)動(dòng)是不同的。目標(biāo)位置初始化設(shè)定后固定不動(dòng)，那 么我們只要關(guān)心太陽(yáng)位置，而太陽(yáng)位置又是一致的，計(jì)算和驅(qū)動(dòng)裝置就可以共享。放棄以驅(qū) 動(dòng)鏡面為主的思想，接納以鏡面姿態(tài)從動(dòng)或者協(xié)動(dòng)于太陽(yáng)位置的思想是本發(fā)明最核心的想法。多臺(tái)間連動(dòng)機(jī)構(gòu)不直接帶動(dòng)鏡面，而是帶動(dòng)每臺(tái)的一個(gè)特殊機(jī)構(gòu)，鏡面只是從動(dòng)或協(xié)動(dòng) 于一個(gè)這個(gè)機(jī)構(gòu)，這樣就不會(huì)有多臺(tái)間鏡面運(yùn)動(dòng)量不同引起的差別或者競(jìng)爭(zhēng)而無(wú)法連動(dòng)問(wèn) 題，也不用鏡面按照特殊形狀分布來(lái)彌補(bǔ)各臺(tái)運(yùn)動(dòng)量差別。對(duì)準(zhǔn)光源的幾何量在多臺(tái)間是 一致的，可以連接起來(lái)讓多臺(tái)定日鏡連動(dòng)。因?yàn)殓R面協(xié)動(dòng)于特殊機(jī)構(gòu)，鏡面的姿態(tài)是應(yīng)變 的，是唯一確定的，通過(guò)內(nèi)在幾何結(jié)構(gòu)保證，無(wú)需姿態(tài)反饋，這個(gè)部分成本就沒(méi)有了。計(jì)算和 運(yùn)動(dòng)又共享了，成千上百定日鏡共用控制和驅(qū)動(dòng)，成本就可以大幅度降低。大規(guī)模連動(dòng)定日 鏡陣列，避免了很多問(wèn)題，又做到了每臺(tái)精確地反射陽(yáng)光到目標(biāo)特定位置，其規(guī)模大小只是 受限于驅(qū)動(dòng)能力、加工精度和材料本身的受力極限。中國(guó)專(zhuān)利CN200510043^9. X雖然提到了定日鏡的連動(dòng)，但只是以陳應(yīng)天的自旋 加仰角的定日方式基礎(chǔ)上提出了一維連動(dòng)，而且停留在思想方法上，沒(méi)有給出具體結(jié)構(gòu)，真 要實(shí)施非常困難。美國(guó)專(zhuān)利US7677241B2也是一種兩維連動(dòng)聚光裝置，用于匯聚平行光源，但存在 很多不足。其原理是水平面內(nèi)一列直線排列鏡子，每個(gè)鏡子的法線有兩端，一端是鏡子 中心，如果鏡子中心分布于一直線，那么另外一端分布在尼科梅德斯蛘線(Conchoid of Mcomedes)，蛘線的焦點(diǎn)就是反射目標(biāo)；或者倒過(guò)來(lái)鏡子中心分布在尼科梅德斯蛘線上，另 外一端分布于一直線。利用蛘線特殊的性質(zhì)，使得驅(qū)動(dòng)蛘線就可以滿(mǎn)足蛘線上所有鏡子反 射平行光到設(shè)定點(diǎn)的要求。如前分析，直接驅(qū)動(dòng)鏡面，由于個(gè)鏡子運(yùn)動(dòng)不一樣，必然要求特 殊排列。然后再把一列列按要求排列的鏡子組成兩維陣列，蛘線組成蛘線曲面，直線組成平 面。無(wú)論是組合蛘線曲面，還是直線平面，都是剛體面根據(jù)目標(biāo)預(yù)制好，一個(gè)固定不動(dòng)，另一 個(gè)驅(qū)動(dòng)鏡子法線，在運(yùn)動(dòng)中兩個(gè)面都不能有形變。兩個(gè)因素決定它只適合小型聚光一是必 須先預(yù)設(shè)目標(biāo)，根據(jù)目標(biāo)位置計(jì)算蛘線面，然后預(yù)制蛘線面，不能現(xiàn)場(chǎng)調(diào)節(jié)，剛體面越大越 難制作，所以陣列不可能做大。二是驅(qū)動(dòng)剛體面與鏡子法線除了萬(wàn)向連接還需要上下滑動(dòng)， 所以驅(qū)動(dòng)剛體面無(wú)中間支撐，只有四角有支撐，大了中部容易下垂變形。兩個(gè)因素決定它只 適用小規(guī)模。這種方式所有零件，剛體面必須預(yù)置，整機(jī)做好出廠，不可現(xiàn)場(chǎng)調(diào)解，不能用于 幾千上萬(wàn)平米的大范圍聚光。其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，是一種新型聚光器，適合小型，但與碟式等小規(guī) 模聚光技術(shù)比有決定性的優(yōu)勢(shì)。其他的一些專(zhuān)利比如US4466423、US4930493、US41023^，通過(guò)不同方法只實(shí)現(xiàn)兩 維連動(dòng)，沒(méi)有更進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)目標(biāo)方便設(shè)定，都屬于一種類(lèi)型，原理跟本專(zhuān)利不同。它們都存 在同樣問(wèn)題直接驅(qū)動(dòng)鏡面，無(wú)反饋目標(biāo)方位的機(jī)構(gòu)，不能顯式設(shè)定目標(biāo)，因此無(wú)法根據(jù)目 標(biāo)現(xiàn)場(chǎng)安裝，不適合大型應(yīng)用場(chǎng)合。它們?cè)砩峡尚?，?shí)際中因沒(méi)有設(shè)定目標(biāo)機(jī)構(gòu)，與目標(biāo) 的關(guān)系需預(yù)置或者現(xiàn)場(chǎng)看反射效果憑感覺(jué)調(diào)鏡面初始位置。由于太陽(yáng)時(shí)時(shí)刻刻在動(dòng)，這么 做手忙腳亂，協(xié)調(diào)幾面鏡子還來(lái)得及，成百上千完全來(lái)不及，可實(shí)施性很差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種定日鏡及連動(dòng)定日鏡陣列裝置，使得定日 鏡既小型化、陣列化、易于安裝、可隨意擴(kuò)展，又無(wú)需增加成本給每臺(tái)安裝控制和運(yùn)動(dòng)部件。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種定日鏡，包括反射鏡、鏡面支架以及定日機(jī)構(gòu)，所述反射鏡平放于鏡面支架 上，所述定日機(jī)構(gòu)為一四邊形，所述四邊形由相鄰的等長(zhǎng)的固定臂和活動(dòng)臂以及相鄰的等長(zhǎng)第三和第四邊組成，一連接軸穿過(guò)所述活動(dòng)臂和固定臂的交點(diǎn)，該連接軸同時(shí)穿過(guò)所述 鏡面支架上的橫梁與所述鏡面支架固定連接，其中固定臂沿兩臂的交點(diǎn)與接收器的連線延 伸，活動(dòng)臂沿陽(yáng)光入射方向延伸，一對(duì)角線桿連接所述活動(dòng)臂和固定臂的交點(diǎn)與所述第三 和第四邊夾角頂點(diǎn)，所述對(duì)角線桿始終垂直或平行于反射鏡鏡面，所述定日機(jī)構(gòu)可帶動(dòng)所 述反射鏡分別繞所述固定臂以及兩臂的連接軸轉(zhuǎn)動(dòng)。所述固定臂與任一臂/邊的交點(diǎn)向外延長(zhǎng)，成為一個(gè)圓形軸。所述固定臂和所述兩臂的連接軸相互垂直。所述四邊形的各條臂和邊在同一平面內(nèi)，相鄰的兩個(gè)臂和/或邊通過(guò)一軸可動(dòng)連 接，其中一個(gè)臂/邊為門(mén)形結(jié)構(gòu)，另一個(gè)臂/邊插入該門(mén)形結(jié)構(gòu)。所述對(duì)角線桿通過(guò)一個(gè)可在該對(duì)角線桿上下滑動(dòng)內(nèi)固定滑動(dòng)軸承的接頭與所述 第三和第四邊連接，其中所述內(nèi)固定滑動(dòng)軸承的接頭兩側(cè)面為門(mén)形結(jié)構(gòu)，所述第三和第四 臂分別插入該門(mén)形結(jié)構(gòu)，二者通過(guò)軸連接。所述對(duì)角線桿垂直于反射鏡鏡面時(shí)，所述定日機(jī)構(gòu)位于反射鏡的上方或下方。所述對(duì)角線桿平行于反射鏡鏡面時(shí)，所述定日機(jī)構(gòu)位于反射鏡的側(cè)面。所述定日鏡還包括一個(gè)鏡面自潔機(jī)構(gòu)，該鏡面自潔機(jī)構(gòu)通過(guò)一個(gè)連桿連接于支架 的活動(dòng)臂或固定臂上，連桿的一端設(shè)有帶有若干刷條的刷桿。所述刷桿與連桿之間通過(guò)一 個(gè)軸連接，所述連桿可繞該軸轉(zhuǎn)動(dòng)。所述活動(dòng)臂與所述連桿之間設(shè)有一個(gè)拉緊彈簧。一種定日鏡，包括反射鏡、鏡面支架以及定日機(jī)構(gòu)，所述反射鏡平放在鏡面支架 上，所述定日機(jī)構(gòu)為等腰三角形，所述等腰三角形的兩腰為固定臂和活動(dòng)臂，一個(gè)連接軸垂 直于該等腰三角形的平面，穿過(guò)所述固定臂與該等腰三角形第三邊的頂點(diǎn)，同時(shí)該連接軸 與所述鏡面支架固定連接，所述固定臂沿固定臂與第三邊的頂點(diǎn)與接收器的連線延伸，所 述活動(dòng)臂沿陽(yáng)光入射方向延伸，所述第三邊垂直或平行于所述反射鏡鏡面固定，所述定日 機(jī)構(gòu)可帶動(dòng)所述反射鏡面分別繞所述固定臂及固定臂與第三邊的連接軸轉(zhuǎn)動(dòng)。所述固定臂與任一臂/邊的交點(diǎn)向外延長(zhǎng)，成為一個(gè)圓形軸。所述固定臂軸與所述連接軸相互垂直。所述三角形的各條邊在同一平面內(nèi)，相鄰兩個(gè)臂/邊之間通過(guò)一軸連接，其中一 個(gè)臂為門(mén)形，另一個(gè)臂插入該門(mén)形結(jié)構(gòu)。所述第三條邊上設(shè)有可沿該邊上下滑動(dòng)的滑動(dòng)軸承套接頭，軸承套接頭側(cè)邊是門(mén) 形，所述活動(dòng)臂一端插入該門(mén)形內(nèi)，二者通過(guò)軸連接。所述第三邊垂直于所述反射鏡鏡面時(shí)，所述定日機(jī)構(gòu)位于反射鏡的上方或下方。所述第三邊平行于所述反射鏡鏡面時(shí)，所述定日機(jī)構(gòu)位于反射鏡的側(cè)面。所述定日鏡還包括一個(gè)鏡面自潔機(jī)構(gòu)，該鏡面自潔機(jī)構(gòu)通過(guò)一個(gè)連桿連接于支架 的活動(dòng)臂上，連桿的一端設(shè)有帶有若干刷子的連接桿。所述連接桿與連桿之間通過(guò)一個(gè)軸 連接，所述連桿可繞該軸轉(zhuǎn)動(dòng)。所述活動(dòng)臂與所述連桿之間設(shè)有一個(gè)拉緊彈簧。一種定日鏡支撐架，用于支撐前述的定日鏡，該支撐架包括一個(gè)支撐柱、連接頭、 調(diào)節(jié)桿和固定桿，所述固定桿一端通過(guò)所述連接頭固定于支撐柱一端，另外一端與所述調(diào) 節(jié)桿固定，所述固定桿一端軸向內(nèi)套軸承，所述定日鏡定日機(jī)構(gòu)固定臂延長(zhǎng)的軸插入該軸承，所述固定桿兩端點(diǎn)與接收器三點(diǎn)成一線，所述調(diào)節(jié)桿一端通過(guò)抱箍與支撐柱固定，另外 一端嵌入固定桿溝槽內(nèi)固定，所述支撐柱，調(diào)節(jié)桿和固定桿組成一個(gè)方位角和仰角可調(diào)三 角形。所述支撐柱一端有一邊緣帶槽的圓盤(pán)。所述連接頭一端是一個(gè)帶槽的圓盤(pán)，圓盤(pán)上方有軸支撐架。所述支撐柱另外一端有與陣列間結(jié)構(gòu)固定的孔。一種半連動(dòng)定日鏡陣列裝置，包括多臺(tái)如前所述的定日鏡，用于驅(qū)動(dòng)各個(gè)所述定 日鏡的步進(jìn)電機(jī)，以及一個(gè)共用的跟蹤器，所述跟蹤器安裝于其中某一臺(tái)定日鏡上，所述定 日鏡的活動(dòng)臂平行設(shè)置，所述跟蹤器將跟蹤信號(hào)傳送至所有定日鏡的步進(jìn)電機(jī)，驅(qū)動(dòng)各個(gè) 活動(dòng)臂使定日鏡動(dòng)作。一種全連動(dòng)定日鏡陣列裝置，包括多臺(tái)如前所述的定日鏡，用于驅(qū)動(dòng)定日鏡的驅(qū) 動(dòng)裝置，以及一個(gè)共用的跟蹤器，所述跟蹤器安裝于其中某一臺(tái)定日鏡上，所述定日鏡通過(guò) 陣列間結(jié)構(gòu)固定呈共邊的三角形分布形成陳列，各固定臂分別對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)，各定日鏡活動(dòng)臂 由連桿構(gòu)成的連桿面，連桿與活動(dòng)臂連接處到兩臂連接處的距離每臺(tái)都相同，該連桿面與 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)相連，帶動(dòng)所有活動(dòng)臂對(duì)準(zhǔn)光源，所述連桿可以安裝活動(dòng)臂上或者下延長(zhǎng)線上。所述連桿的長(zhǎng)度是無(wú)級(jí)可調(diào)的。所述連桿通過(guò)萬(wàn)向連接器或十字軸連接器連接于 活動(dòng)臂。所述全連動(dòng)定日鏡陣列裝置還包括一個(gè)防扭動(dòng)裝置，設(shè)于定日鏡陣列的三角形中 央，通過(guò)三根桿與定日鏡連桿面固定。所述防扭動(dòng)裝置是一個(gè)上、下端有十字軸的可伸縮 桿。所述驅(qū)動(dòng)裝置包括電機(jī)，變速箱，以及一個(gè)活動(dòng)臂，該活動(dòng)臂通過(guò)連桿與定日鏡的 活動(dòng)臂相連。所述驅(qū)動(dòng)裝置為多套，分布于所述陣列的邊角。本發(fā)明區(qū)別于其他定日鏡方案的最本質(zhì)的地方，是本發(fā)明的定日鏡放棄了每臺(tái)自 主驅(qū)動(dòng)鏡面的方法，也沒(méi)有采用直接連動(dòng)鏡面的方法，而創(chuàng)造性地提出了兩種最簡(jiǎn)單，最直 接的幾何方式新型的幾何關(guān)系定日方法，采取了特殊四邊形或者三角形機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)鏡面，直 接用幾何關(guān)系獲得目標(biāo)和太陽(yáng)位置，采用了兩個(gè)機(jī)械臂分別反饋目標(biāo)和太陽(yáng)方位，通過(guò)活 動(dòng)特殊四邊形或者三角形結(jié)構(gòu)帶動(dòng)鏡面，特殊四邊形或者三角形幾何特性決定始終滿(mǎn)足反 射定律，非常簡(jiǎn)潔實(shí)用。本發(fā)明這種方法消除部分誤差，鏡子由主動(dòng)變協(xié)動(dòng)，天然滿(mǎn)足兩維 連動(dòng)基礎(chǔ)。然后在此基礎(chǔ)上，充分利用太陽(yáng)方位的一致性，創(chuàng)造性地提出了具體的兩維連動(dòng) 方法，多臺(tái)定日鏡組成兩維連動(dòng)陣列，陣列內(nèi)的鏡面是協(xié)動(dòng)的于這個(gè)機(jī)構(gòu)，共享控制和運(yùn) 動(dòng)，安裝簡(jiǎn)單方便，大大降低成本。提供了一種新型的中小規(guī)模塔式聚光方案，消除已有兩 維連動(dòng)方案諸多弊端，消除像差，簡(jiǎn)化鏡面制作工藝。增加了自動(dòng)灰塵刷子，實(shí)時(shí)清理鏡面。 減輕風(fēng)力對(duì)鏡面的影響，抗風(fēng)能力強(qiáng)，能主動(dòng)防沙塵暴、冰雹、大雪等特別惡劣天氣。本發(fā)明的定日方式是一種全新的定日方案，為實(shí)現(xiàn)超大規(guī)模、超低價(jià)、高聚焦比兩 維聚焦鋪平了道路，是定日鏡領(lǐng)域的一大創(chuàng)新和突破，能夠成倍降低成本，適用于各種聚光 規(guī)模的應(yīng)用，必將成為業(yè)界新標(biāo)準(zhǔn)。


圖1是本發(fā)明的四邊形定日機(jī)構(gòu)在鏡面上方的定日方法原理示意圖；圖2是本發(fā)明的四邊形定日機(jī)構(gòu)在鏡面下方的定日方法原理示意圖；圖3是本發(fā)明的四邊形定日機(jī)構(gòu)在鏡面?zhèn)让娴亩ㄈ辗椒ㄔ硎疽鈭D；圖4是本發(fā)明的三角形定日機(jī)構(gòu)在鏡面上方的定日方法原理示意圖；圖5是本發(fā)明的三角形定日機(jī)構(gòu)在鏡面下方的定日方法原理示意圖；圖6是本發(fā)明的三角形定日機(jī)構(gòu)在鏡面?zhèn)让娴亩ㄈ辗椒ㄔ硎疽鈭D；圖7是本發(fā)明的四邊形定日機(jī)構(gòu)在鏡面上方的實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖8是本發(fā)明的四邊形定日機(jī)構(gòu)在鏡面下方的實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖9是本發(fā)明的四邊形定日機(jī)構(gòu)在鏡面?zhèn)让娴膶?shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖10是本發(fā)明的三角形定日機(jī)構(gòu)在鏡面上方的實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖11是本發(fā)明的三角形定日機(jī)構(gòu)在鏡面下方的實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖12是本發(fā)明的三角形定日機(jī)構(gòu)在鏡面?zhèn)让娴膶?shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖13是定日鏡底部型支撐架結(jié)構(gòu)示意圖；圖14是定日鏡頂部型支撐架結(jié)構(gòu)示意圖；圖15是單臺(tái)定日鏡工作原理示意圖；圖16是定日鏡鏡面灰塵刷結(jié)構(gòu)示意圖；圖17是3臺(tái)定日鏡組成最小的陣列幾何原理示意圖；圖18是多個(gè)共邊三角陣列組成大型陣列幾何原理示意圖；圖19是長(zhǎng)度可變連桿結(jié)構(gòu)刨面圖；圖20是萬(wàn)向球連桿連接器組圖；圖21是十字軸連桿連接器示意圖；圖22是3臺(tái)定日鏡的最小單元連桿俯視示意圖；圖23是一個(gè)三角單元中央防連桿面扭動(dòng)桿；圖M是定日鏡底部型支撐架陣列結(jié)構(gòu)示意圖；圖25是3臺(tái)定日鏡使用底部支撐架組成陣列完整示意圖；圖沈是定日鏡頂部型支撐架鋼架結(jié)構(gòu)示意圖；圖27是驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)示意圖；圖觀是36臺(tái)定日鏡1個(gè)驅(qū)動(dòng)的定日鏡陣列裝置的幾何示意圖；圖四是121臺(tái)定日鏡6個(gè)驅(qū)動(dòng)的定日鏡陣列裝置的陣列幾何示意圖；圖30是活動(dòng)臂利用重力線初始化平行示意圖；圖31是六角形大型定日鏡陣列裝置的工作示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，以更清楚的了解本發(fā) 明的優(yōu)點(diǎn)，但本發(fā)明不僅局限于實(shí)施例。單臺(tái)定日鏡定日的原理本發(fā)明中單臺(tái)定日鏡定日的原理分析，可以用簡(jiǎn)化示意圖1表示，其主要結(jié)構(gòu)是 一個(gè)能活動(dòng)的特殊四邊形或者三角形。
首先，對(duì)于特殊四邊形的定日機(jī)構(gòu)，為滿(mǎn)足反射定律和定日需要，此特殊四邊形必 須滿(mǎn)足以下幾何關(guān)系一、特殊四邊形A、B、C、D四邊在同一平面內(nèi)。二、下部?jī)蛇叡仨毜乳L(zhǎng)如圖1的A = B，上部?jī)蛇叡仨毜乳L(zhǎng)如圖1中C = D，至于四 邊是否都等長(zhǎng)可隨意，因此該四邊形特殊在或者四邊兩兩等長(zhǎng)，或者全部等長(zhǎng)。L必須是等 長(zhǎng)邊夾角的頂點(diǎn)的連接對(duì)角線。有A = B，C = D則數(shù)學(xué)上很容易證明，AL連線夾角a和BL 連線夾角b相等a = b，同理c = d。三、A、B、C、D四邊相交處，以垂直紙面軸連接，四邊皆可以在AB⑶所在平面內(nèi)相對(duì) 運(yùn)動(dòng)，因此a、b、c、d四個(gè)角大小可以變化。但無(wú)論如何變，ACL邊組成三角形及BDL邊組成 三角形，是相等三角形。四、特殊四邊形ABCD的對(duì)角線L與鏡面M垂直并固定，是M的法線。M只需與L固釔 不一定嚴(yán)格在AB交點(diǎn)0上。這樣L運(yùn)動(dòng)，M跟著運(yùn)動(dòng)，而L的運(yùn)動(dòng)，由特殊四邊形ABCD決定。圖1中展示的是定日到位的情況，在靜態(tài)情況下，當(dāng)邊A及其延長(zhǎng)線對(duì)準(zhǔn)太陽(yáng)與陽(yáng) 光平行，B的延長(zhǎng)線對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)，則由鏡面反射定律入射光與鏡面法線夾角等于反射光線與 鏡面法線夾角，特殊四邊形的角度a = b滿(mǎn)足反射定律，我們可知陽(yáng)光必然通過(guò)鏡面反射到 目標(biāo)。有了以上靜態(tài)特點(diǎn)，其定日運(yùn)動(dòng)就比較容易描述了。當(dāng)陽(yáng)光在天穹中圓周運(yùn)動(dòng)，由 于目標(biāo)是不動(dòng)的，B方向必然固定不動(dòng)，我們只需以B為軸，使得整個(gè)特殊四邊形ABCD繞著 B軸旋轉(zhuǎn)。特殊四邊形AB⑶只要旋轉(zhuǎn)到太陽(yáng)中心與AB交點(diǎn)0的連線，在特殊四邊形AB⑶ 所在的平面，則旋轉(zhuǎn)到位。保持AB⑶所在平面不動(dòng)，驅(qū)動(dòng)A邊(或者叫活動(dòng)臂)，繞通過(guò)0并垂直AB⑶面的 軸旋轉(zhuǎn)，使得A邊在AB⑶平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)，直到太陽(yáng)中心與0點(diǎn)的連線與A邊重合。由于B邊 (或者叫固定臂)方向是固定的只能繞自身旋轉(zhuǎn)，在A邊運(yùn)動(dòng)時(shí)它保持不動(dòng)，則系統(tǒng)重新滿(mǎn) 足圖1中的定日到位的靜態(tài)特點(diǎn)。等太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)了，定日運(yùn)動(dòng)只需重復(fù)上面過(guò)程即可。整個(gè)系 統(tǒng)以A、B的矢量的方向分別代表陽(yáng)光方向，和目標(biāo)方向，通過(guò)活動(dòng)特殊四邊形結(jié)構(gòu)ABCD帶 動(dòng)L和M，來(lái)完成定日運(yùn)動(dòng)。系統(tǒng)主要運(yùn)動(dòng)是繞B軸旋轉(zhuǎn)，和繞通過(guò)0點(diǎn)垂直紙面的軸旋轉(zhuǎn)， 這兩個(gè)轉(zhuǎn)軸相交的0點(diǎn)是系統(tǒng)的兩維旋轉(zhuǎn)中心，這個(gè)中心在定日鏡安裝時(shí)設(shè)定目標(biāo)后空間 位置固定不動(dòng)，說(shuō)明書(shū)后面指的特殊四邊形結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)中心就是指該中心。系統(tǒng)的力學(xué)特點(diǎn)是，A邊受到外力的驅(qū)動(dòng)，B邊受到固定力，B方向不能改變但可繞 自身旋轉(zhuǎn)。A、B帶動(dòng)C、D邊，然后4邊再帶動(dòng)L，最后L帶動(dòng)M。如以C、D驅(qū)動(dòng)帶動(dòng)AB原理 上完全一樣的，不再贅述。以上分析是把太陽(yáng)看成一個(gè)點(diǎn)分析，實(shí)際的太陽(yáng)是個(gè)盤(pán)面，陽(yáng)光有一個(gè)很小的視 角，不是嚴(yán)格的平行光，我們可以把陽(yáng)光看成近似平行光，但這不妨礙我們分析問(wèn)題。上面的分析可以看出，特殊四邊形結(jié)構(gòu)AB⑶的開(kāi)合與繞B邊旋轉(zhuǎn)是主要運(yùn)動(dòng)，L 和M除了上面分析的位置外還可以如下放置一種是特殊四邊形結(jié)構(gòu)不在鏡面上方，而在 鏡面下方，圖2中a'是a的延長(zhǎng)線對(duì)角a = a' , b'是b的延長(zhǎng)線對(duì)角b = b'，因a = b則a' =b'同樣滿(mǎn)足反射定律，由于結(jié)構(gòu)的對(duì)稱(chēng)性，與前面描述的定日運(yùn)動(dòng)相似，不再贅 述。還有一種是，對(duì)角線L不再與鏡面M垂直，而是與M平行，如圖3所示，此時(shí)b'是b的 延長(zhǎng)線對(duì)角，有b' =b，由于a = b則a = b'同樣滿(mǎn)足反射定律，與前面第一種情況描述的定日運(yùn)動(dòng)相似，不再贅述。加上第一種，這三種情況，區(qū)別是特殊四邊形ABCD的對(duì)角線與 鏡面垂直、平行，其中垂直又分為特殊四邊形結(jié)構(gòu)在鏡面上方，下方，總共三種情況。這三種 情況其原理本質(zhì)上是一樣的，都屬于本發(fā)明范疇。如圖4，如果是三角形定日機(jī)構(gòu)，其要求和特殊四邊形結(jié)構(gòu)稍有不同，必須滿(mǎn)足以 下幾何關(guān)系一、三角形A，B邊長(zhǎng)度相等，這與特殊四邊形要求不同；二、L是鏡子的法線，它的一部分是三角形ABL的邊；三、M是鏡子，M與L固定在一起，呈垂直狀態(tài)，M的運(yùn)動(dòng)由三角形ABL決定；四、A，B，L之間連接是活動(dòng)的，連接處以垂直致紙面軸連接，三角形可以改變形狀， 但三角形的A，B邊始終等長(zhǎng)，三角形始終是等腰三角形。A邊一頭在L上可以上下滑動(dòng)。滿(mǎn)足上面條件，那么可知等腰三角形內(nèi)角度b = d始終成立，邊B始終指向目標(biāo)， 當(dāng)邊A與入射光平行時(shí)顯然a = d，則推出a = b滿(mǎn)足光反射定律，完成定日過(guò)程。和特殊 四邊形結(jié)構(gòu)相同，當(dāng)太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)，但目標(biāo)相對(duì)位置未變，所以B方向不變，三角形只需繞B軸旋 轉(zhuǎn)，使得太陽(yáng)中心與0的連線在三角形所在的面內(nèi)，然后停止繞B旋轉(zhuǎn)，固定不動(dòng)。再讓A 邊繞A與B的連接點(diǎn)在三角形平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)，直至與太陽(yáng)中心與0點(diǎn)的連線平行即可，重新回 到定日完成狀態(tài)。每當(dāng)太陽(yáng)角度變化，隔一定時(shí)間重復(fù)一次這個(gè)過(guò)程完成定日運(yùn)動(dòng)。顯然，三角形繞B軸旋轉(zhuǎn)，然后A邊繞A，B的連接的垂直紙面的軸旋轉(zhuǎn)?；顒?dòng)三角 形旋轉(zhuǎn)中心就是A和B的連接點(diǎn)，做兩軸旋轉(zhuǎn)，說(shuō)明書(shū)后涉及到三角形定日結(jié)構(gòu)時(shí)候稱(chēng)三角 形旋轉(zhuǎn)中心，這點(diǎn)安裝設(shè)定好目標(biāo)后空間位置是不動(dòng)的。系統(tǒng)力學(xué)分析，B邊方向固定受固定力，可繞自身旋轉(zhuǎn)，A邊或者其上下延長(zhǎng)線上， 受驅(qū)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)而運(yùn)動(dòng)，在A，B邊力作用下，L運(yùn)動(dòng)，L與M固定，則鏡面M跟著運(yùn)動(dòng)。和特殊四邊形一樣，三角形可以放鏡子上面、下面和側(cè)面，如圖5，6是三角形放在 鏡子背面和側(cè)面的情況。都可以證明只要A，B邊等長(zhǎng)，角度b = d則有b' = d'，滿(mǎn)足反
射定律。本發(fā)明的機(jī)械連動(dòng)方案可以做到直接將方向量輸入系統(tǒng)，用幾何方式完成定日過(guò) 程，讓鏡子從動(dòng)于活動(dòng)特殊四邊形或三角幾何結(jié)構(gòu)，由該結(jié)構(gòu)保證反射的幾何關(guān)系。本發(fā)明 定日方法只適用于上面描述的特殊四邊形、三角形定日機(jī)構(gòu)，沒(méi)有這個(gè)特殊四邊形，三角形 結(jié)構(gòu)無(wú)法使用這種方法定日。它區(qū)別于中國(guó)專(zhuān)利CN200610200777.8中陳應(yīng)天等人采用的 自旋-仰角跟蹤方式。他們的方式是平行于水平面的旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)軸不對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)，加上鏡面仰 角變化的運(yùn)動(dòng)，仰角是年變化角。本發(fā)明的其中一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸是旋轉(zhuǎn)中心與目標(biāo)的連線，必須 朝向目標(biāo)，與地面有一定夾角。與目標(biāo)位置差異，陣列中每臺(tái)定日鏡旋轉(zhuǎn)軸朝向各有差異。 這么做既保證了模擬太陽(yáng)在天空的圓周運(yùn)動(dòng)，又巧妙地將目標(biāo)方位反饋入幾何結(jié)構(gòu)，以最 合適、最簡(jiǎn)介的運(yùn)動(dòng)方式完成定日，無(wú)需任何計(jì)算，只要將活動(dòng)臂對(duì)準(zhǔn)陽(yáng)光即可，陽(yáng)光經(jīng)過(guò) 鏡面反射自然順著固定臂射向目標(biāo)。四邊形定日機(jī)構(gòu)具體實(shí)施結(jié)構(gòu)方案1在實(shí)際中，為實(shí)現(xiàn)特殊四邊形幾何結(jié)構(gòu)描述的功能，設(shè)計(jì)了一個(gè)特殊四邊形機(jī)械 裝置。根據(jù)前面的原理描述可知，按照特殊四邊形結(jié)構(gòu)對(duì)角線與鏡面的關(guān)系，可分為對(duì)角線 與鏡面垂直，平行兩種情況，其中垂直又分為特殊四邊形在鏡面上方、下方兩種情況，總共三種情況。垂直并且特殊四邊形在鏡面上方的機(jī)械結(jié)構(gòu)示意圖，如圖7所示。將上面原理描 述中的特殊四邊形AB⑶四邊做成固定長(zhǎng)度的臂，如圖7中活動(dòng)臂1(也可稱(chēng)活動(dòng)桿)代表 特殊四邊形原理圖中A，固定臂2代表B，臂3代表C，臂4代表D，各臂為了方便連接可以設(shè) 計(jì)成多種樣式，但其特性必須滿(mǎn)足原理中描述的幾個(gè)特點(diǎn)。四臂有一定強(qiáng)度能夠承載整個(gè) 重量不變形，連接處以軸連接，軸垂直于特殊四邊形平面。由于各臂有一定直徑，為保證四 臂中心線在一個(gè)平面內(nèi)，其連接處可采用某一臂為門(mén)型，另外一臂插入門(mén)型結(jié)構(gòu)。門(mén)型臂兩 邊開(kāi)孔，另一臂中間開(kāi)孔插入門(mén)型臂內(nèi)，三個(gè)孔對(duì)齊插入軸。如圖7中，臂1連接處為門(mén)型， 臂3插入其中，軸5是活動(dòng)臂1和臂3的軸，二臂可繞軸5運(yùn)動(dòng)，其余臂連接處原理相同，這 樣設(shè)計(jì)可保證四臂中心線同一平面內(nèi)。為保證對(duì)角線桿9在特殊四邊形平面內(nèi)，對(duì)角線桿9上部與特殊四邊形連接處采 用了內(nèi)固定滑動(dòng)軸承13的兩邊門(mén)型結(jié)構(gòu)，滑動(dòng)軸承可沿著對(duì)角線桿9上下滑動(dòng)?；瑒?dòng)軸承 可以用滾珠型滑動(dòng)軸承、自潤(rùn)滑型軸承、超高分子潤(rùn)滑材料軸承等，只要保證軸承和對(duì)角線 桿9緊貼，只能沿桿軸向運(yùn)動(dòng)，不能徑向運(yùn)動(dòng)，如果不緊貼發(fā)生徑向晃動(dòng)，會(huì)影響定日精度。 對(duì)角線桿9的下部，與橫梁10垂直固定，對(duì)角線桿9運(yùn)動(dòng)可以帶動(dòng)橫梁10 —起運(yùn)動(dòng)?；顒?dòng)臂1和固定臂2都有延長(zhǎng)部分?；顒?dòng)臂1的延長(zhǎng)部分桿6和桿7是和其一體 的，桿6和桿7的截面可以是圓形也可以是其他形狀，只要保證在延長(zhǎng)線上，延長(zhǎng)的目的是 為了多臺(tái)連接形成連動(dòng)。固定臂2的延長(zhǎng)部分軸8和其是一體，軸8作用是固定整個(gè)特殊 四邊形。軸8將插入一個(gè)方向可調(diào)的立柱上，固定后，只能繞軸8旋轉(zhuǎn)，方位和仰角不能變 化。活動(dòng)臂1和固定臂2下部是門(mén)型結(jié)構(gòu)，連接處以連接軸11穿過(guò)。連接軸11穿過(guò)活動(dòng) 臂1、固定臂2孔處，可安裝滾珠軸承、滑動(dòng)軸承，或者覆蓋超高分子潤(rùn)滑材料，這樣活動(dòng)臂1 和固定臂2繞軸各自的旋轉(zhuǎn)會(huì)非常順暢。連接軸11同時(shí)也穿過(guò)橫梁16和17，并且與其固 定。橫梁16，17和與橫梁10 —起通過(guò)螺栓、焊接等方法固定在板12上。板12通過(guò)螺栓或 者鉚釘與鏡面支架15固定，鏡面支架15的平面用于安裝鏡子，在這個(gè)方案中鏡面朝上。鏡 面支架15可以如圖中面接觸型，也可以做成點(diǎn)接觸型，也就是在支架四周四個(gè)螺孔處安裝 鏡面支撐柱，支撐柱內(nèi)可以有微調(diào)鏡面高低的螺紋。支架方案有很多種，由于本發(fā)明每臺(tái)定 日鏡面不大，重量輕，鏡面變形很小無(wú)需采用復(fù)雜的支架，不再贅述。定日鏡的中心，就是固定臂軸8和連接軸11相交點(diǎn)，是系統(tǒng)兩維旋轉(zhuǎn)中心，一旦設(shè) 定好目標(biāo)，這個(gè)中心不再動(dòng)。當(dāng)驅(qū)動(dòng)力通過(guò)延長(zhǎng)線桿6驅(qū)動(dòng)固定臂1繞固定臂軸8旋轉(zhuǎn)，使 得陽(yáng)光與定日鏡中心連線落到臂1、2、3、4組成的平面內(nèi)時(shí)這個(gè)旋轉(zhuǎn)到位。固定此平面不 動(dòng)，再驅(qū)動(dòng)桿6繞連接軸11旋轉(zhuǎn)，使得桿6與陽(yáng)光與定日鏡中心連線共線，則定日完成，陽(yáng) 光通過(guò)鏡子正確地反射到目標(biāo)。整個(gè)裝置可用鋼、鐵、鋁合金、銅合金、工程塑料等比較堅(jiān)固材料制作，保證能夠承 受一定的力不變形，長(zhǎng)期放在室外不會(huì)被腐蝕。方案2前面原理解釋中可知，特殊四邊形結(jié)構(gòu)可放置在鏡面上方，下方或者側(cè)面。圖8是 特殊四邊形結(jié)構(gòu)放置于鏡面下方的方案，結(jié)構(gòu)與上面描述的圖7的方案1基本相同，只是鏡 面方向相反，這樣做的好處是反射面不會(huì)被特殊四邊形結(jié)構(gòu)遮擋太多，減少反射面積損失。 另外由于特殊四邊形結(jié)構(gòu)在下部，其固定臂2的延長(zhǎng)軸8也只能安裝在下部，固定臂軸8的 作用是固定整個(gè)裝置，并可以繞自身旋轉(zhuǎn)。由于特殊四邊形結(jié)構(gòu)有一定尺寸，固定臂軸8離系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)中心也就是固定臂軸8與連接軸11的交點(diǎn)比較遠(yuǎn)，重心靠前。方案2與方案1的原理相同，不再贅述。方案3特殊四邊形結(jié)構(gòu)還可以放在側(cè)面，也就是特殊四邊形對(duì)角線與鏡面平行，而不是 像方案1、2中垂直。圖9顯示的是其結(jié)構(gòu)，特殊四邊形對(duì)角線桿9與鏡面支架15的某兩邊 平行，為了不使支架邊擋住對(duì)角線桿9，支架外側(cè)邊選擇了旋轉(zhuǎn)90°與其平行。對(duì)角線桿9 的橫梁10的放置方式也與前面兩案例不同，而是放在底板靠特殊四邊形一邊，且與對(duì)角線 桿9固定。其余結(jié)構(gòu)與方案1中的相同，定日原理也相同，不再贅述。上述三個(gè)方案都需要較高的加工精度，要在開(kāi)模具時(shí)候精度要求高，可旋轉(zhuǎn)的連 接處于軸緊密配合沒(méi)有空隙，如此定日鏡的反射精度是能夠保證的。三角形定日機(jī)構(gòu)具體實(shí)施結(jié)構(gòu)三角形幾何定日方案的實(shí)施結(jié)構(gòu)和特殊四邊形的很相似，差別在于三角形要求是 等腰三角形，活動(dòng)臂與固定臂等長(zhǎng)，而特殊四邊形被對(duì)角線分成的兩個(gè)三角形無(wú)需等腰，而 只要求特殊四邊形相鄰的固定臂和活動(dòng)臂等長(zhǎng)，二者對(duì)面兩邊也等長(zhǎng)即可。圖10，11，12是三角形定日機(jī)構(gòu)的實(shí)施結(jié)構(gòu)，其中10是活動(dòng)臂，12是活動(dòng)臂延長(zhǎng) 線，與活動(dòng)臂10是剛性連接在一起。20是固定臂，21是固定臂延長(zhǎng)軸，該軸插入底座的軸套 內(nèi)，保證系統(tǒng)能以該軸旋轉(zhuǎn)。活動(dòng)臂10與固定臂20兩臂等長(zhǎng)。等腰三角形的第三邊是法 線臂30，和特殊四邊形結(jié)構(gòu)一樣，通過(guò)底部橫梁與底板固定在一起，法線臂30頂部有滑動(dòng) 軸套40，軸套40可沿三角形上下滑動(dòng)，軸套40同時(shí)靠垂直紙面的軸連接著活動(dòng)臂10。固 定臂20和延長(zhǎng)軸21可繞連接軸11旋轉(zhuǎn)。連接軸11通過(guò)固定裝置與鏡面支架15固定，法 線臂30同樣與固定裝置與鏡子架子固定，保證始終垂直鏡子架子。定日運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，先設(shè)置固定臂20，通過(guò)調(diào)整固定臂軸21所插入的底座可調(diào)裝 置，使得固定臂20對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)。太陽(yáng)在天穹運(yùn)動(dòng)，先驅(qū)動(dòng)活動(dòng)臂10通過(guò)其延長(zhǎng)線12，繞固定 臂旋轉(zhuǎn)，使得太陽(yáng)中心與系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)中心70的連線，落入三角形所在的平面，此時(shí)固定三角 形不再繞固定臂旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)活動(dòng)臂繞位于中心70并垂直紙面的軸旋轉(zhuǎn)，使得太陽(yáng)中心與旋 轉(zhuǎn)中心70的連線與活動(dòng)臂一直線，定日完成。定日鏡支撐架本發(fā)明的定日鏡支撐架用于支撐前述帶有特殊四邊形或三角形定日機(jī)構(gòu)的定日鏡 ο支撐架的要求是一是堅(jiān)固支撐整個(gè)幾何機(jī)構(gòu)和鏡面重量，使其只能繞固定臂底 部延長(zhǎng)線的軸旋轉(zhuǎn)。二是可使幾何結(jié)構(gòu)固定臂水平旋轉(zhuǎn)和仰角變化調(diào)整，目的是讓幾何結(jié) 構(gòu)固定臂對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)，對(duì)準(zhǔn)后固定鎖死。對(duì)準(zhǔn)的方式有多樣，可以目視瞄準(zhǔn)，可以在固定臂上 固定激光儀等設(shè)備，觀察光斑位置。支撐架只要滿(mǎn)足上面要求，其結(jié)構(gòu)是不限的，考慮到大規(guī)模應(yīng)用需要低成本，本發(fā) 明中只是給出一種堅(jiān)固的低廉的實(shí)現(xiàn)方式，但不限于此方式。本發(fā)明中給出的底部支撐結(jié) 構(gòu)，既可支撐幾何定日結(jié)構(gòu)的特殊四邊形三種方案也可支撐三角形三種方案，相互之間是 相對(duì)獨(dú)立的。根據(jù)支撐架放置方式不同，可分為底部型和頂部型，底部型支撐架底座與底部陣 列結(jié)構(gòu)固定，安裝于地面，上部插入特殊四邊形或者三角形活動(dòng)機(jī)構(gòu)。頂部型與底部型正好相反，頂部吊在上部鋼架上，底部插入特殊四邊形或者三角形活動(dòng)機(jī)構(gòu)，頂部型適用于定日 鏡不方便安裝于地面的情形。無(wú)論底部型還是頂部型，其結(jié)構(gòu)都類(lèi)似，只是安裝方式不同。方案1，底部型支撐架方案如圖13所示，整個(gè)支撐架主要分三個(gè)部分，1-1、1-2組成的支撐柱31，2-1、2_2、 2-3組成的調(diào)節(jié)桿，3-1、3-2、3-3組成的固定桿。這三個(gè)部分分別是一體的，三個(gè)部分相互 之間可動(dòng)，組成一個(gè)可變?nèi)切巍？勺內(nèi)切握{(diào)節(jié)好后可固定，使用三角形是因?yàn)槿切畏?常穩(wěn)固，凡是三角形結(jié)構(gòu)原理的可調(diào)支撐結(jié)構(gòu)，都屬于本發(fā)明范圍內(nèi)。支撐柱支撐整個(gè)系統(tǒng)，與地面基本垂直即可，其底部有多個(gè)孔1-3，可以在組成陳 列時(shí)與陣列底座結(jié)構(gòu)固定。支撐柱上部有圓盤(pán)1-2，圓盤(pán)外徑比支撐柱直徑大，外延有扇形 孔用于固定4-1、4-2組成的門(mén)型支架。固定桿由底部和兩側(cè)有槽的方管3-1、軸套3-2以及軸3-3組成是一個(gè)整體，是經(jīng) 調(diào)節(jié)對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)后被固定的部分。前面描述的特殊四邊形或者三角形機(jī)構(gòu)方案1、2、3，中的固 定臂2底部的軸就插入固定桿的軸套3-2中。軸套3-2內(nèi)有滾珠軸承，也可用滑動(dòng)軸承，超 高分子潤(rùn)滑材料等做的潤(rùn)滑套。例如軸套3-2與圖7的固定臂2的軸8緊貼，可讓其旋轉(zhuǎn)， 但不可晃動(dòng)。固定桿上部通過(guò)軸3-3架在兩片支撐片4-1上。固定桿可繞軸3-3旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié) 傾角，軸3-3外延有螺紋，通過(guò)螺母與4-1固定。調(diào)節(jié)桿由抱箍2-1，桿2-2和桿2-3組成，是一個(gè)整體。其中2_2與2_3成垂直關(guān) 系，二者相交于2-3中間。桿2-2插入方管3-1底部槽，桿2-3嵌入方管3_1兩側(cè)的槽且兩 邊伸出兩側(cè)槽，伸出部分有螺紋，可用螺母7與3-1固定。抱箍2-1與另外一半抱箍，用螺栓 5固定在支撐桿1-1上。松開(kāi)抱箍，調(diào)節(jié)桿可上下移動(dòng)和左右旋轉(zhuǎn)，上下移動(dòng)時(shí)2-3在3-1 的槽內(nèi)滑動(dòng)，左右可繞支撐桿1-1旋轉(zhuǎn)。門(mén)型支撐架由兩個(gè)支撐片4-1、底部圓盤(pán)4-2組成，二者是一個(gè)整體。4-1用來(lái)支 撐固定桿，圓盤(pán)4-2邊緣有扇形狀孔，與1-2孔直徑相同，安裝時(shí)4-2與1-2緊貼。系統(tǒng)調(diào)節(jié)角度時(shí)，松開(kāi)螺母或螺栓1-5，1-6，1-7。先讓固定桿和調(diào)節(jié)桿繞支撐桿 1-1旋轉(zhuǎn)到目標(biāo)方位角。然后上下移動(dòng)調(diào)節(jié)桿2-2，調(diào)節(jié)到目標(biāo)仰角，此時(shí)調(diào)整到位，固定桿 上軸套3-2對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)。然后將螺栓1-5，1-6，1-7擰緊，支撐系統(tǒng)調(diào)節(jié)到位，左右被圓盤(pán)4-2 固定，上下被桿3-2固定，固定桿被牢牢固定在支撐桿上。為了讓固定桿仰角活動(dòng)范圍大，上下圓盤(pán)4-2，1-2背朝目標(biāo)處切去一部分，防止 在運(yùn)動(dòng)中與3-2碰到。支撐系統(tǒng)重心偏后，而其前部插入的特殊四邊形或者三角形機(jī)構(gòu)重 心靠前，起到一定抵消作用，使系統(tǒng)更加穩(wěn)定。如果還需配重平衡系統(tǒng)，方桿后部的孔3-4 用于固定重物，起到前后配重作用。此方案的實(shí)質(zhì)是三角形結(jié)構(gòu)，其中一個(gè)邊固定地面，另外兩邊可調(diào)，凡是和本發(fā)明 原理相似或者結(jié)構(gòu)的，皆屬于本發(fā)明范疇。材料可用鋼、鐵、鋁合金、銅合金、工程塑料等制 作，只要能保證牢固程度和不易被腐蝕。特殊四邊形機(jī)構(gòu)和底部支撐系統(tǒng)配合，如圖15所示。圖15中，0是本發(fā)明的單臺(tái) 定日鏡系統(tǒng)，為了看清沒(méi)有安裝鏡面。T是目標(biāo)接收器，S是太陽(yáng)。通過(guò)本系統(tǒng)，清晰地、簡(jiǎn) 易地表達(dá)了太陽(yáng)、目標(biāo)、定日鏡三者的幾何關(guān)系。安裝的時(shí)候，如果距離目標(biāo)比較遠(yuǎn)，可利用 激光筆綁定在固定臂上，觀察激光斑在目標(biāo)位置，來(lái)定位固定臂。三角形機(jī)構(gòu)與底部支撐系 統(tǒng)配合類(lèi)似不再贅述。
方案2頂部型支撐架頂部型支撐架結(jié)構(gòu)與底部型類(lèi)似，同樣由支撐柱，調(diào)節(jié)桿和固定桿組成一個(gè)兩邊 可調(diào)的三角形。如圖14所示，其結(jié)構(gòu)與圖13類(lèi)似，只是頂部型是吊在鋼架上，所以圖14中 的插活動(dòng)特殊四邊形或者三角形的軸的軸筒與圖13不同，不像圖13是在靠近柱子的方管 一端，而是在方管的另外一端。柱子的固定孔也不同，而是在柱子上方。其他結(jié)構(gòu)與圖13 類(lèi)似，不再贅述。單臺(tái)定日鏡，特殊四邊形、三角形機(jī)構(gòu)和頂部支架配合與圖15類(lèi)似，只不過(guò)一個(gè) 在底部，一個(gè)在頂部，其定日原理都是一樣的，在此不再贅述。需要強(qiáng)調(diào)，無(wú)論是底部型支撐架，還是頂部型支撐架，可以安插活動(dòng)特殊四邊形或 者三角形機(jī)構(gòu)三種方案任意一種，這兩個(gè)部件是相對(duì)獨(dú)立的。鏡面自潔結(jié)構(gòu)定日鏡長(zhǎng)期置于室外，容易落灰塵，鏡面著灰反射能力下降，且隨時(shí)間積累越發(fā)嚴(yán) 重，最壞可超過(guò)30-40%。清洗工作量大，耗費(fèi)水資源，為此需要自潔機(jī)構(gòu)。本發(fā)明充分利用 幾何機(jī)構(gòu)協(xié)動(dòng)的優(yōu)勢(shì)，利用特殊四邊形或者三角形活動(dòng)臂和固定臂兩者相對(duì)于鏡面的夾角 變化，驅(qū)動(dòng)一個(gè)連桿，用類(lèi)似于汽車(chē)雨刷的長(zhǎng)條型灰塵刷刷鏡面。圖16所示的是特殊四邊形連動(dòng)機(jī)構(gòu)上，安裝了自潔機(jī)構(gòu)。自潔機(jī)構(gòu)包括與活動(dòng)臂 1通過(guò)軸連接的桿102，它的作用是當(dāng)活動(dòng)臂1繞與固定臂連接軸運(yùn)動(dòng)時(shí)，獲得推拉力驅(qū)動(dòng) 灰塵刷?；覊m刷有三個(gè)部分組成，131是多條并行刷條的刷桿，132是刷子其接觸鏡面部分， 可以由各類(lèi)橡膠、有一定摩擦力的塑料，或者金屬做成，緊貼鏡面來(lái)回鏟刮去除灰塵。由于 桿102運(yùn)動(dòng)范圍有限，刷子并排若干，這樣可照顧到絕大部分鏡面，不留死角。桿102與刷 子，通過(guò)刷子中間的軸133連接，桿102可繞軸運(yùn)動(dòng)。為了讓刷子有一定的力緊貼鏡面，在 活動(dòng)臂和桿102之間有拉緊彈簧104。另外一側(cè)安裝于固定臂上的刷子同理，不再贅述，這樣兩邊的鏡面在定日過(guò)程中 即得到清理，也可在定期做一次完整運(yùn)動(dòng)，讓特殊四邊形充分打開(kāi)和關(guān)閉，刷子完整在鏡面 刷一遍保持清潔。由于刷子截面積很小，所以不會(huì)遮擋多少陽(yáng)光，無(wú)需收起。三角形機(jī)構(gòu)自潔機(jī)構(gòu)與特殊四邊形類(lèi)似，不再贅述，同樣屬于本發(fā)明范疇。本發(fā)明自潔鏡面的刷子靠特殊四邊形或則三角形機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)，無(wú)需額外驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和 定時(shí)控制系統(tǒng)，成本低廉，效果顯著，是現(xiàn)有定日鏡方案無(wú)法比擬的。本發(fā)明的連動(dòng)定日鏡陣列裝置的工作原理本發(fā)明能夠在兩個(gè)維度連動(dòng)的內(nèi)在基礎(chǔ)有兩個(gè)1.在同一定日鏡場(chǎng)內(nèi)，由于太陽(yáng)距離我們非常遙遠(yuǎn)，太陽(yáng)與每臺(tái)定日鏡中心連線 幾乎是平行線，或者說(shuō)對(duì)于場(chǎng)地內(nèi)每臺(tái)定日鏡光線方向是一致的，差別小到可以忽略不計(jì)。 本發(fā)明前面所述的特殊四邊形、三角的活動(dòng)臂代表了光線方向，既然臨近多臺(tái)受光方向是 一致的、平行的，就可以用一個(gè)機(jī)構(gòu)連接起來(lái)同步運(yùn)動(dòng)，只需保證所有活動(dòng)臂不管如何連動(dòng) 始終保持平行即可，這樣一個(gè)指向光源別的自然指向光源，而這在幾何上是完全可實(shí)現(xiàn)的。2.本發(fā)明的定日運(yùn)動(dòng)是驅(qū)動(dòng)特殊四邊形、三角機(jī)構(gòu)的活動(dòng)臂，活動(dòng)臂可繞固定的 旋轉(zhuǎn)中心兩軸作圓周運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。要使活動(dòng)臂運(yùn)動(dòng)，其上端垂直于活動(dòng)臂徑向需施力， 但由于臂本身由兩個(gè)軸固定，只能繞軸運(yùn)動(dòng)，因裝置被底座固定，施加軸向的力機(jī)構(gòu)不會(huì)運(yùn) 動(dòng)，所以徑向和軸向組成的合力可以始終是平行于地面的推力或者拉力。由于活動(dòng)臂可繞兩軸轉(zhuǎn)動(dòng)，力可以朝水平面的兩個(gè)維度的任意方向，實(shí)現(xiàn)了兩維連動(dòng)。本發(fā)明的定日鏡如果要多臺(tái)連動(dòng)，主要有兩種方案，各有特點(diǎn)一、共享跟蹤信號(hào)，但獨(dú)立驅(qū)動(dòng)，是不完全連動(dòng)不將定日鏡用連動(dòng)機(jī)構(gòu)連接，每臺(tái)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)。由于每臺(tái)定日鏡，活動(dòng)臂指向都是太 陽(yáng)，是一致的，所以只要初始化活動(dòng)臂平行，然后用共用的跟蹤器開(kāi)始跟蹤。跟蹤器安裝在 其中某一臺(tái)上，跟蹤信號(hào)產(chǎn)生電機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，送到所有的定日鏡的步進(jìn)電機(jī)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)活動(dòng) 臂，統(tǒng)一運(yùn)動(dòng)。由于活動(dòng)臂初始是平行的，后面又共享電機(jī)運(yùn)動(dòng)信號(hào)，電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度始終一 致，所以可以保證活動(dòng)臂方向始終是一致的，每臺(tái)都能正確完成定日運(yùn)動(dòng)。這樣做，每套定 日鏡省去了跟蹤裝置，共享一套跟蹤裝置，利用了上面闡述的連動(dòng)基礎(chǔ)中的第一點(diǎn)，但沒(méi)有 用到第二點(diǎn)。定日開(kāi)始或者結(jié)束，可重新做一次同步，使活動(dòng)臂再次平行，避免累計(jì)誤差。二、共享跟蹤信號(hào)，連動(dòng)共享運(yùn)動(dòng)，是完全連動(dòng)連動(dòng)結(jié)構(gòu)主要功能是讓多臺(tái)本發(fā)明的定日鏡共享所有運(yùn)動(dòng)，組成一個(gè)統(tǒng)一協(xié)調(diào)運(yùn) 動(dòng)的陣列。這樣在一個(gè)陣列內(nèi)，只需一套跟蹤系統(tǒng)電路和少數(shù)幾套驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)就能驅(qū)動(dòng)整個(gè) 陣列，能夠大幅度降低成本，使得本發(fā)明更具商業(yè)前景。從數(shù)學(xué)上分析，如圖17，考慮一個(gè)最簡(jiǎn)單的三臺(tái)定日鏡組成的任意三角陣列分布 單元。定日鏡采用三角形分布，那么三臺(tái)定日鏡活動(dòng)臂上端組成的兩維連桿結(jié)構(gòu)也是三角 形，三角形的連接結(jié)構(gòu)穩(wěn)固、不變形。其他超過(guò)三臺(tái)以上的分布，都可以分解成共邊的三角 形結(jié)構(gòu)，其原理適用對(duì)三角形分布結(jié)構(gòu)說(shuō)明，不用一一說(shuō)明。圖中1表示活動(dòng)臂及延長(zhǎng)線， 200是固定旋轉(zhuǎn)中心組成的虛擬三角形面，虛擬面200在定日鏡安裝并設(shè)置好目標(biāo)后就固 定不動(dòng)不再變化，300是連桿面，由連桿構(gòu)成。連桿面是驅(qū)動(dòng)面有驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，由它是帶動(dòng)所 有活動(dòng)臂。隨著光源位置的變化，連桿面做相應(yīng)移動(dòng)，帶動(dòng)所有活動(dòng)臂對(duì)準(zhǔn)光源。連桿可以 安裝活動(dòng)臂上或者下延長(zhǎng)線上，如果在旋轉(zhuǎn)中心下方，所以連桿面300也可以在虛擬面200 下方。如果初始狀態(tài)三根活動(dòng)臂1平行，由于側(cè)面是四邊形，兩臺(tái)臂1長(zhǎng)度相等且平行，則 該四邊形是平行四邊形，則有AB = A' B'且二者平行，同理BC = B' C' ,Ck = C' A' 且平行。那么三角形ABC和三角形A' B' C'的三邊相等是全等三角形，而且由于三邊平 行，可知三角形ABC和三角形A' B' C'所在的平面平行。容易證明，連桿面300在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，只要保持AB與A' B'始終平行，那么三個(gè) 活動(dòng)臂1(也就是AA' ,BB'，CC')始終保持平行，達(dá)到了連動(dòng)的目的，保持所有活動(dòng)臂指 向一致。保持AB與A' B'始終平行，需要三角形3運(yùn)動(dòng)中不能饒任何點(diǎn)旋轉(zhuǎn)，如果三角形 3繞任何點(diǎn)旋轉(zhuǎn)，三角形2和3相對(duì)扭動(dòng)，則三臺(tái)臂1不再平行，需要采用特殊裝置或者驅(qū)動(dòng) 方式避免。為了組成更大的陣列，采取多個(gè)共邊三角形的陣列分布如圖18所示。特殊四邊形 或者三角形結(jié)構(gòu)的活動(dòng)臂及延長(zhǎng)線1，長(zhǎng)度必須一樣。200是特殊四邊形或者三角形結(jié)構(gòu)固 定旋轉(zhuǎn)中心組成的三維虛擬面，虛擬面形狀由三個(gè)因素決定水平由陣列分布形狀決定。高 低由兩個(gè)因素決定一是陣列中定日鏡因地面不平初始高低不盡相同；二是每臺(tái)固定臂需 要指向目標(biāo)，其朝向、仰角都不同，旋轉(zhuǎn)中心設(shè)置高低不同，二者決定了旋轉(zhuǎn)中心高低有一 定隨機(jī)性。總體三維虛擬面200形狀有一定的隨機(jī)性。一旦安裝完成固定好，虛擬面200 就不再變化。上曲面300由連桿組成，該面很難預(yù)制好，必須等各臺(tái)定日鏡安裝到位，固定臂對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)虛擬面200確定之后再構(gòu)建。所有定日鏡活動(dòng)臂長(zhǎng)度一致，初始平行朝向一致。 圖17的大陣列分解成多個(gè)小的三角形單元，由單個(gè)三角形單元分析可知，每個(gè)單元上下三 角形完全一致且平行，因此多個(gè)小單元共邊組成的大曲面，也就是圖17中的虛擬面200和 連桿面300也必然完全一致。虛擬面200先確定，再將所有活動(dòng)臂設(shè)置成朝向一致，最后再 構(gòu)造連桿面。因此連桿面的連桿長(zhǎng)度必須可調(diào)，必須現(xiàn)場(chǎng)安裝。對(duì)微型陣列，可在產(chǎn)品中目 標(biāo)固定，那么連桿是可以預(yù)置的，所有器件出廠既是成品，即裝即用。連桿與活動(dòng)臂的連接 需要特殊設(shè)計(jì)的連接器。從數(shù)學(xué)上很容易證明，連桿面本身可以認(rèn)為是個(gè)剛體，但有可能相 對(duì)于虛擬面200發(fā)生旋轉(zhuǎn)。一旦發(fā)生旋轉(zhuǎn)所有活動(dòng)臂不再平行，是需要避免的，所以需要特 殊的裝置防止面扭轉(zhuǎn)。如果不安裝防扭裝置，可采取多點(diǎn)施力驅(qū)動(dòng)方式，多點(diǎn)施力后連桿面 被多點(diǎn)牽拉，運(yùn)動(dòng)被限定不會(huì)發(fā)生扭轉(zhuǎn)。連桿面一旦連接固定，是一個(gè)剛體，連桿面只能平移不能旋轉(zhuǎn)。連桿面平移運(yùn)動(dòng)， 不旋轉(zhuǎn)，活動(dòng)臂1始終是平行的，所以只要其中一個(gè)指向太陽(yáng)，別的也跟著指向太陽(yáng)。一旦 指向太陽(yáng)，固定臂活動(dòng)臂組成的特殊四邊形機(jī)構(gòu)或者三角形內(nèi)置的幾何關(guān)系滿(mǎn)足反射定 律，定日過(guò)程自動(dòng)就完成了，所有定日鏡達(dá)到了共享了控制和運(yùn)動(dòng)量的目的。為了增加穩(wěn)固程度，可以選擇性在活動(dòng)臂延長(zhǎng)線上下都安裝連桿，如圖17中上連 桿面300和下連桿面400構(gòu)成連桿系統(tǒng)，同時(shí)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)面，這樣可更加穩(wěn)定。雖然單個(gè)單元是三角形分布，但陣列整體可以是三角形，方形，特殊四邊形，六角 形等，這些都可以分解成三角形，都屬于本發(fā)明范疇，不再贅述。多臺(tái)連動(dòng)需要特制連桿、連桿與活動(dòng)臂連接器、連動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置，本發(fā)明中按照原理 部分給出具體案，但不限于此方案，凡是類(lèi)似原理分析部分的裝置都屬于本發(fā)明范疇。多臺(tái) 連動(dòng)好處是可以共享一套跟蹤和電機(jī)設(shè)備，更充分利用機(jī)械定日的優(yōu)勢(shì)，更進(jìn)一步地降低 成本。陣列連動(dòng)用連桿由圖18的數(shù)學(xué)原理分析可知，連桿面是個(gè)由多個(gè)三角形組成的曲面，每條邊的長(zhǎng) 度略有差異。地面本身不平，加上與目標(biāo)位置差異，連桿曲面無(wú)法預(yù)制，必須現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)整。 這就需要長(zhǎng)度能夠無(wú)級(jí)可調(diào)的連桿，調(diào)整好后其長(zhǎng)度不能隨意改變，即便施加很大的力。定 日鏡精度要求比較高，雖然允許一定的誤差，但此誤差范圍很小。本發(fā)明的長(zhǎng)度可調(diào)連桿如圖19所示，其原理利用一個(gè)套管，套管內(nèi)徑比連桿大， 套管兩端是兩根連桿與之相連。套管一端與連桿連接處有螺紋可旋轉(zhuǎn)伸縮，另外一端可旋 轉(zhuǎn)但不會(huì)伸縮，使得桿的長(zhǎng)度可無(wú)級(jí)可調(diào)。本發(fā)明的方案只是一種實(shí)現(xiàn)方法，原理相同的都 屬本發(fā)明范圍內(nèi)。套管51內(nèi)徑比連桿粗，無(wú)螺紋。內(nèi)螺紋管52內(nèi)部有螺紋。拉桿53頭部有一定長(zhǎng) 度的外螺紋，52焊接在套管51 —端的頭部，拉桿53頭部螺紋可旋入或者旋出，這樣整個(gè)桿 的長(zhǎng)度可改變。M是短套筒，焊接在套管51另一端，連桿55塞入套筒M，然后在其兩端焊 接環(huán)56、57，這樣55、56、57成為一個(gè)整體，套筒M可以旋轉(zhuǎn)但無(wú)法前后運(yùn)動(dòng)，前后被環(huán)56、 57擋住。最后將套筒M焊接到套管51上。這樣的設(shè)計(jì)保證了長(zhǎng)短在一段范圍內(nèi)無(wú)級(jí)可調(diào)，而且連接非常牢固，不會(huì)因受到 撞擊或者很大的拉力而發(fā)生長(zhǎng)度變化。連桿的材料可用比較堅(jiān)固的鋼、鐵、工程塑料、鋁合 金等制作，看陣列規(guī)模大小而定。與本連桿原理相同的都屬本發(fā)明范圍內(nèi)。
連桿連接器連接器是用來(lái)連接活動(dòng)臂和眾多連桿的。要求一、能讓連桿面在運(yùn)動(dòng)中保持不 變，二、與活動(dòng)臂連接但能讓活動(dòng)臂在連接處?kù)`活運(yùn)動(dòng)，三、轉(zhuǎn)動(dòng)中連接中心不會(huì)上下變化， 或者變化很小可以忽略不計(jì)。由圖18的數(shù)學(xué)分析可知，連桿組成的面是個(gè)由多個(gè)三角形組 成的近似曲面，連接同一個(gè)活動(dòng)臂的連桿可能不在一個(gè)平面內(nèi)，而且各連桿夾角不一定相 等，可能有小的差別。為了簡(jiǎn)單、有效地解決此問(wèn)題，本發(fā)明創(chuàng)新給出了兩種方案連接器，各 有特點(diǎn)。方案1:萬(wàn)向連接器如圖20所示，帶孔圓盤(pán)61是各連桿頭連接的基本面，需要堅(jiān)固材料制作，有六個(gè) 方向。圓盤(pán)61上分布很多扇形固定孔，使固定螺栓可左右微調(diào)，讓連桿之間角度可微調(diào)。連 桿延長(zhǎng)線一定通過(guò)圓盤(pán)61的圓心。魚(yú)眼62是一個(gè)中間帶孔的半球體，孔兩側(cè)部分削去一 些，稱(chēng)魚(yú)眼。特殊四邊形或者三角形活動(dòng)臂上端插入此孔并固定，每臺(tái)固定位置必須相同， 所有定日鏡保證活動(dòng)臂有效部分等長(zhǎng)。球體緊貼圓盤(pán)61中間球套，被球套包住，可任意方 向自由轉(zhuǎn)動(dòng)，但無(wú)法脫出，這樣活動(dòng)臂與連桿面可成任意角度。為了調(diào)節(jié)角度更大，魚(yú)眼62 的孔盡量小。固定螺栓63通過(guò)反面的螺帽固定連桿頭65。螺栓64穿過(guò)圓盤(pán)61邊緣的帶 螺紋小孔可上下調(diào)整，用于調(diào)整連桿頭65與圓盤(pán)61的傾角。連桿頭65焊接在連桿末端的。調(diào)整螺栓64，使得連桿頭65與圓盤(pán)角度合適，然后再旋緊螺栓63固定連桿頭65， 同時(shí)壓緊螺栓64。連接器可用堅(jiān)固的材料制作，比如鋼、鐵、工程塑料、鋁合金等。魚(yú)眼62 和套住它的軸套可用不銹鋼、超高分子潤(rùn)滑材料等制作。方案2:十字軸連接器如圖21所示，采用的是十字軸，十字軸的特點(diǎn)是可繞兩個(gè)垂直的軸旋轉(zhuǎn)，除此以 外不再有額外運(yùn)動(dòng)，比萬(wàn)向球少了一個(gè)自旋運(yùn)動(dòng)。十字軸71有兩個(gè)相互垂直且在同一平面 內(nèi)的軸，其中一個(gè)軸通過(guò)軸套一個(gè)固定在圓盤(pán)上，另外一個(gè)固定在門(mén)型件73上。門(mén)型器件 73下部與特殊四邊形或者三角形機(jī)構(gòu)活動(dòng)臂固定，而且每臺(tái)固定位置必須相同。連桿頭72 與連桿固定，頭部與連接器方案1中一樣通過(guò)螺栓與圓盤(pán)接駁。連桿面防扭動(dòng)結(jié)構(gòu)當(dāng)采取一套驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)陣列時(shí)，該驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)一般放在陣列中央。由于連桿面運(yùn) 動(dòng)自由度大，很容易發(fā)生整體相對(duì)于地面或者陣列支架扭轉(zhuǎn)。整體扭轉(zhuǎn)是需要避免的一種 運(yùn)動(dòng)情況，有些情況下需要特殊的裝置防止扭轉(zhuǎn)，有些情況不需要，具體看采取何種連接器 固定方式。如果需要防連桿面扭轉(zhuǎn)，本發(fā)明列舉一種實(shí)施方案，以3臺(tái)組成的小型三角陣列 為一個(gè)單元防扭轉(zhuǎn)。圖22是三角單元連桿俯視示意圖，1是定日鏡活動(dòng)臂，防扭動(dòng)裝置82放在三角形 中央，通過(guò)三根桿與定日鏡連桿面固定。如果82只能平移，不能旋轉(zhuǎn)，則整個(gè)三角形只能平 移無(wú)法旋轉(zhuǎn)。圖23是具體的防扭動(dòng)的裝置，該裝置是一根可伸縮的萬(wàn)向軸，或者說(shuō)是一個(gè)上下 有十字軸81的桿83。桿83長(zhǎng)度可伸縮與兩頭兩個(gè)十字軸一根軸相連，可繞十字軸轉(zhuǎn)動(dòng)。兩 頭十字軸另外一軸與兩頭固定件82連接，其中一個(gè)固定件82與圖22中的中央面板固定， 另外一頭的固定件固定在地面或者陣列底座等不動(dòng)的物體上，這樣就起到了防止三角形單 元旋轉(zhuǎn)的目的，但又不影響平移運(yùn)動(dòng)。
凡是采用類(lèi)似該方案中的十字軸的方式，不論上下用幾個(gè)十字軸，都屬于本發(fā)明范疇。定日鏡間陣列結(jié)構(gòu)為了定日鏡陣列便于安裝，可直接放置于土地面，需要設(shè)計(jì)安插定日鏡支撐柱的 陣列結(jié)構(gòu)，陣列結(jié)構(gòu)的取決于上部連桿的分布形狀。如果沒(méi)有這個(gè)底部陣列，定日鏡支撐 柱需要膨脹螺栓等固定在鋼筋混凝土地基上，不能直接插入泥土，更不能放在地上，非常麻 煩。該陣列功能是一、能夠固定定日鏡支撐柱，使其不能上下左右動(dòng)。二、使陣列分布更有 序，和連桿配合，大規(guī)模安裝時(shí)不會(huì)亂。三、方便安裝，結(jié)構(gòu)有擴(kuò)展性，可以增加或者減少定 日鏡。1.底部型支撐架定日鏡間陣列根據(jù)前面圖18的連動(dòng)陣列的數(shù)學(xué)分析，三角形分布是比較好的，連桿面由多個(gè)共 邊三角形構(gòu)成的話在運(yùn)動(dòng)中不會(huì)變形。因此，定日鏡間陣列也設(shè)計(jì)成三角形分布。結(jié)構(gòu)如 圖24，其邊由上下兩根等長(zhǎng)度的長(zhǎng)管子91，和側(cè)邊比較短的方管92組成。方管92上下有 橢圓形孔，可用長(zhǎng)螺栓穿過(guò)圖13中的支撐柱31底部孔與其固定。圖13定日鏡支撐柱31 被支撐架強(qiáng)力固定，不能上下左右移動(dòng)，一個(gè)在中央的支撐柱最多可接六根邊。陣列可直接 放在地面上，如地面高低起伏，可在陣列底部支架上安裝高度可調(diào)腳，陣列無(wú)需嚴(yán)格高低一 致。以三角形為一個(gè)單元，可很容易擴(kuò)展或收縮其規(guī)模。圖25是特殊四邊形機(jī)構(gòu)、底座、陣列機(jī)構(gòu)、連桿面醉成的最小的三角單元的完整 示意圖，101為底部陣列，102為上面的連桿網(wǎng)，31為定日鏡底部型支撐柱，31與101之間用 螺栓固定。連桿網(wǎng)通過(guò)連接器與每臺(tái)定日鏡的活動(dòng)臂1連接，固定臂2在安裝的時(shí)候已經(jīng) 調(diào)整朝向目標(biāo)。定日時(shí)通過(guò)連桿網(wǎng)帶動(dòng)活動(dòng)臂1，鏡面60反射陽(yáng)光到目標(biāo)。三角形定日結(jié)構(gòu)組成陣列與特殊四邊形類(lèi)似，不再贅述，都屬于本發(fā)明范圍。2.頂部型支撐架定日鏡間陣列頂部型支撐架與底部型稍有不同，如圖沈所示。為了橫梁的更牢固，所以橫梁是 一根很長(zhǎng)的整梁，頂部型支撐架固定在整梁上，間隔一定距離，組成一排。如圖，兩排定日鏡 錯(cuò)開(kāi)，使得兩排間定日鏡組成圖中虛線表示的三角形。圖中陣列本身很簡(jiǎn)單，由兩側(cè)立柱 111，和中間的橫梁112組成，立柱底部固定在地面。定日鏡支撐柱固定在橫梁112上，定日 鏡懸空，活動(dòng)臂在鏡面下方，所以連桿面也在定日鏡下方。三角形定日結(jié)構(gòu)組成陣列與特殊四邊形類(lèi)似，不再贅述，都屬于本發(fā)明范圍。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)120的運(yùn)動(dòng)也是繞兩軸旋轉(zhuǎn)和特殊四邊形或者三角機(jī)構(gòu)一樣，只是結(jié)構(gòu) 更粗壯。圖27是驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)示意圖，蝸桿齒輪箱121提供繞軸IM旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，推桿122提供 繞軸123旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。這兩個(gè)運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)臂125，驅(qū)動(dòng)臂125功能類(lèi)似于定日鏡中的活動(dòng)臂，上 部的連接器通過(guò)連桿與其他定日鏡連接，從而帶動(dòng)他們運(yùn)動(dòng)。只要驅(qū)動(dòng)臂125對(duì)準(zhǔn)太陽(yáng)，定 日鏡活動(dòng)臂被其帶動(dòng)也對(duì)準(zhǔn)太陽(yáng)。蝸桿齒輪箱和推桿，可以是機(jī)械驅(qū)動(dòng)，也可以使液壓驅(qū)動(dòng)，具體根據(jù)需要。根據(jù)驅(qū)動(dòng)方式不同，可以分成不同的驅(qū)動(dòng)實(shí)施方案方案1，單點(diǎn)驅(qū)動(dòng)陣列整個(gè)陣列只有由一套驅(qū)動(dòng)裝置，如圖28小型陣列由靠中央的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)120驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)活動(dòng)臂通過(guò)連桿與其他定日鏡活動(dòng)臂相連，帶動(dòng)他們運(yùn)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)其活動(dòng) 臂，使其對(duì)準(zhǔn)太陽(yáng)，通過(guò)連桿系統(tǒng)它將把運(yùn)動(dòng)傳遞給定日鏡陣列，使所有定日鏡活動(dòng)臂統(tǒng)一 指向太陽(yáng)，完成定日功能?？捎门c陣列規(guī)模匹配功率的電機(jī)驅(qū)動(dòng)，配置一定比例的變速箱，使得兩軸的最小 轉(zhuǎn)角都控制在要求的范圍內(nèi)，距離目標(biāo)越遠(yuǎn)，精度要求越高，最小轉(zhuǎn)角要求越小。系統(tǒng)跟蹤只需滿(mǎn)足驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)活動(dòng)臂對(duì)準(zhǔn)太陽(yáng)即可，所以可設(shè)計(jì)開(kāi)環(huán)跟蹤利用GPS 數(shù)據(jù)計(jì)算，開(kāi)環(huán)穩(wěn)定不受光強(qiáng)影響，再結(jié)合安放在活動(dòng)臂上的光敏器件做精度更高的閉環(huán) 跟蹤。陽(yáng)光跟蹤的精度可以做得很高，比如0.01°。雖然連桿加工和安裝誤差會(huì)帶入一定 可控誤差，但系統(tǒng)總體精度可以控制在一個(gè)相對(duì)較高的范圍，完全滿(mǎn)足現(xiàn)有的塔式發(fā)電的 應(yīng)用。方案2，多點(diǎn)驅(qū)動(dòng)陣列如果陣列比較大，要求運(yùn)行比較穩(wěn)定，那么一個(gè)陣列需要多套驅(qū)動(dòng)設(shè)備，這樣力的 分布才均勻，能防止連桿面扭轉(zhuǎn)，系統(tǒng)可靠性更高，但運(yùn)動(dòng)控制難度加大。同時(shí)多點(diǎn)驅(qū)動(dòng)還 能避免一些單點(diǎn)驅(qū)動(dòng)帶來(lái)的一些復(fù)雜的問(wèn)題，比如必須安裝防扭動(dòng)裝置。只要在陣列的各 個(gè)角落設(shè)置驅(qū)動(dòng)，通過(guò)協(xié)調(diào)來(lái)推拉力驅(qū)動(dòng)整個(gè)系統(tǒng)。多套設(shè)備之間必必須有很好的控制系 統(tǒng)，做到運(yùn)動(dòng)的協(xié)調(diào)和同步，這是比較困難的，否則連桿受力不均，會(huì)引起連桿的損壞。如圖29，由121臺(tái)定日鏡組成的六角形陣列，六角形的6個(gè)頂點(diǎn)處是驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu) 120，6個(gè)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的活動(dòng)臂與121臺(tái)定日鏡活動(dòng)臂通過(guò)連桿相連。動(dòng)力機(jī)構(gòu)通過(guò)統(tǒng)一的控 制系統(tǒng)控制，其運(yùn)動(dòng)是完全一致的，這樣才能保證復(fù)雜的連桿面保持不變形并且穩(wěn)定前后 左右平移而沒(méi)有旋轉(zhuǎn)，連桿面的運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)121臺(tái)定日鏡的活動(dòng)臂。防風(fēng)機(jī)構(gòu)大風(fēng)的時(shí)候，每臺(tái)鏡面受力最終會(huì)反饋到連桿面上，眾多鏡面的力疊加，總的力是 很大的。光靠四周的驅(qū)動(dòng)臂固定連桿面是不夠的，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)容易損壞。為此，可以在整列周 圍添加額外的牽拉裝置。平時(shí)牽拉裝置的鋼絲繩與連桿面連接，但出于松弛狀態(tài)，連桿面可 自由活動(dòng)，開(kāi)啟牽拉裝置，自動(dòng)收緊，從四周拉住整個(gè)連桿面。活動(dòng)臂如何初始化平行及陣列規(guī)模受限因素如圖30，初始化時(shí)候，活動(dòng)臂1可以采用一定的固定裝置，調(diào)節(jié)成垂直水平面，既 讓重力線穿過(guò)活動(dòng)臂二者重合，利用一定范圍內(nèi)重力線相互平行的特點(diǎn)初始化活動(dòng)臂化成 平行。圖30中，陣列展開(kāi)1公里，由于地球直徑很大越6390公里，鋪開(kāi)1公里的陣列，其重 力線會(huì)有少許不平行，但夾角非常小，只有0.009°可以忽略不計(jì)。所有定日鏡和多點(diǎn)驅(qū)動(dòng) 機(jī)構(gòu)的活動(dòng)臂全部調(diào)成垂直水平面后，用連桿連起來(lái)，然后撤除固定裝置。連桿面運(yùn)動(dòng)由驅(qū) 動(dòng)機(jī)構(gòu)的活動(dòng)臂帶動(dòng)，在限定位置范圍內(nèi)連桿面只做兩維平移不旋轉(zhuǎn)，面高度是平移位置 的函數(shù)，所有活動(dòng)臂始終平行，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)活動(dòng)臂對(duì)準(zhǔn)陽(yáng)光，其他活動(dòng)臂就對(duì)準(zhǔn)陽(yáng)光，完成定 曰。由于陽(yáng)光不是嚴(yán)格的平行光，其錐視角最大為16'，而活動(dòng)臂是嚴(yán)格平行的，某些 對(duì)準(zhǔn)陽(yáng)光另外一些就不可能對(duì)準(zhǔn)。在一定范圍內(nèi)陽(yáng)光不平行引起的誤差可以忽略不計(jì)，但 范圍一大誤差就大，不可忽略不計(jì)。陣列外徑規(guī)模在幾十米到一千米之間是比較合適的。整體應(yīng)用實(shí)施例如圖31，是選取具體實(shí)施中的某些方案組成的六角形大型陣列的截圖，100是放在地面上的陣列間結(jié)構(gòu)，有了它定日鏡支撐柱無(wú)需水泥地基，而是與陣列間結(jié)構(gòu)100固定 直接放置于地面。300是定日鏡上部連桿組成的連桿面，動(dòng)力機(jī)構(gòu)120就驅(qū)動(dòng)這個(gè)面前后左 右平移帶動(dòng)圖中定日鏡活動(dòng)臂1，在六個(gè)角都有，T是目標(biāo)。機(jī)械連動(dòng)定日鏡陣列有非常廣泛的應(yīng)用前景，微型規(guī)?？商娲?，小型可用于 聚光取暖供熱和熱水系統(tǒng)，大型可以用發(fā)電。實(shí)施例1 微型塔式，可替代蝶式系統(tǒng)，在IOOOm2以下小型聚光應(yīng)用中，可以達(dá)到蝶式聚光效 果，但目標(biāo)又可以不動(dòng)，又比蝶式低矮輕巧，安裝施工簡(jiǎn)易，抗風(fēng)強(qiáng)。單臺(tái)定日鏡特殊四邊形或者三角形活動(dòng)結(jié)構(gòu)采用ABS工程塑料制作。每臺(tái)定日 鏡鏡面0. 6m*0. 6m,定日鏡高度小于1米。底部支撐底座用鋼材或鋁合金制作，可調(diào)水平自 旋角與仰角，可支持^g以上重量。連動(dòng)定日鏡陣列連桿連接器與連桿可采用不銹鋼制作，能承受200kg拉力不變 形。單臺(tái)定日鏡鏡面面積0. 36m2,400臺(tái)定日鏡組成一個(gè)六角形陣列，鏡面總面積144m2，陣 列占地面積約200m2。由于連桿比較多，這種微型陣列適合在工廠預(yù)制好，預(yù)制的時(shí)候目標(biāo) 已經(jīng)設(shè)定好，目標(biāo)也一起做好。安裝的時(shí)候直接整個(gè)陣列放置于地面即可，陣列由中央一套 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)。陣列可安裝在樓頂，塔高度和距離滿(mǎn)足工廠預(yù)制設(shè)定，陣列離塔5-30米的 范圍內(nèi)，必須安裝在面朝南方的半圓內(nèi)。接收器可以是小型熱水鍋爐，也可以是30kw-100kw的斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)直接發(fā)電。實(shí)施例2 一個(gè)小型輸出500kw的中溫?zé)釕?yīng)用，可供200戶(hù)家庭取暖，熱水供應(yīng)。單臺(tái)定日鏡特殊四邊形或者三角形活動(dòng)結(jié)構(gòu)采用鋁合金制作。支架可支撐 1. 6m*l. 6m的鏡面，鏡面可以分成左右兩塊，放置在支架上兩側(cè)。底部支撐底座用鋼材制作， 可調(diào)水平自旋角與仰角，可支持50kg以上重量。連動(dòng)定日鏡陣列連桿連接器與連桿可采用不銹鋼制作，能承受2噸拉力不變形。 單臺(tái)定日鏡鏡面面積1. 6mxl. 6m = 2. 56m2, 200臺(tái)定日鏡組成一個(gè)六角形大陣列。鏡面總 面積512m2，陣列占地面積約800m2。陣列由六角形的六個(gè)頂點(diǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)協(xié)調(diào)驅(qū)動(dòng)。陣列可 安裝在以塔為圓心，離塔30-150米的扇形范圍內(nèi)，必須安裝在面朝南方的半圓內(nèi)。安裝3組這樣的定日鏡陣列，鏡面總面積1536m2，占地面積MOOm2。按照年均太陽(yáng) 功率750W/m2計(jì)算，采光功率1152KW，實(shí)際比這要小，因?yàn)橛杏嘞倚?yīng)，但已經(jīng)預(yù)留空間防止 鏡子前后遮擋。陣列現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試，所有固定臂對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)后，采用特殊工具將活動(dòng)臂初始設(shè) 定成平行并固定，然后連接連桿，等連桿面做好撤掉固定活動(dòng)臂的裝置。熱吸收塔塔高40米，頂部吸收器面積5m2，聚光300倍，采用太陽(yáng)能熱吸收管，熱 吸收效率總體超過(guò)90%。采用高溫油，加熱到150-200°，通過(guò)泵送到塔底的熱交換器加熱 水，或者變成高溫蒸汽供家庭取暖，或者工廠應(yīng)用，總體效率高于80%以上。蓄熱為了晚上也有熱量，需要蓄熱裝置，可用100噸保溫水箱蓄熱。雖然增加了高塔建設(shè)等支出，但其成本要比鋪設(shè)1500m2的太陽(yáng)能集熱管要低，只 有其1/2左右。實(shí)施例3:大中型塔式熱發(fā)電應(yīng)用，輸出功率5麗。
單臺(tái)定日鏡特殊四邊形或者三角形活動(dòng)結(jié)構(gòu)采用鋼材制作，相對(duì)高大。支架可支 撐總面積為IOm2的鏡面。底部支撐底座用鋼材制作，可調(diào)水平自旋角與仰角，可支持500kg
以上重量。連動(dòng)定日鏡陣列連接連桿連接器與連桿可采用不銹鋼制作，能承受20噸拉力不 變形。單臺(tái)定日鏡鏡面面積10m2，1000臺(tái)定日鏡組成一個(gè)大的六角形陣列。總鏡面面積 10000m2，陣列占地面積約13000m2。陣列由六角形的六個(gè)頂點(diǎn)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)協(xié)調(diào)驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)采 用大型液壓設(shè)備統(tǒng)一協(xié)調(diào)。陣列可安裝在以塔為圓心，離塔60-400米的扇形范圍內(nèi)，必須 安裝在面朝南方的前半圓內(nèi)。安裝6組這樣的定日鏡陣列，鏡面總面積60000m2，占地面積96000m2。按照年均太 陽(yáng)功率750W/m2計(jì)算，采光功率46MW，實(shí)際比這要小，因?yàn)橛杏嘞倚?yīng)和損失，但已經(jīng)預(yù)留空 間防止鏡子前后遮擋。陣列現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試，所有固定臂對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)后，采用特殊工具將活動(dòng)臂 初始設(shè)定成平行并固定，然后連接連桿，等連桿面做好撤掉固定活動(dòng)臂的裝置。熱吸收塔塔高150米，頂部吸收器面積80m2，聚光800倍，加熱水到400°蒸汽， 熱吸收效率超過(guò)90%。采用蒸汽輪機(jī)發(fā)電，熱電力轉(zhuǎn)化效率20%以上，輸出功率5MW電力。蓄熱塔頂吸收器吸收的一半左右的熱力儲(chǔ)存起來(lái)，供晚上發(fā)電，采用混合型鹽相 變儲(chǔ)熱，300度左右熔融，儲(chǔ)存在高溫儲(chǔ)熱罐中。有益效果1.采用幾何方式表達(dá)定日關(guān)系，簡(jiǎn)化定日方法，消除部分誤差，鏡子由主動(dòng)變協(xié) 動(dòng)，為連動(dòng)提供基礎(chǔ)。以往的定日方法，都是想方設(shè)法讓鏡子動(dòng)，所有的計(jì)算和傳感器都圍繞鏡子該如 何動(dòng)。其計(jì)算、姿態(tài)感知與反饋、運(yùn)動(dòng)都是以單臺(tái)為基礎(chǔ)的。由于采用公式表達(dá)關(guān)系，位置信 息要轉(zhuǎn)化成數(shù)學(xué)量參與計(jì)算，勢(shì)必要獲取位置信息，復(fù)雜性和誤差相應(yīng)帶入，同時(shí)高精度、 高穩(wěn)定獲取位置信息代價(jià)很大。其他環(huán)節(jié)也會(huì)有誤差，比如公式誤差，校準(zhǔn)角度時(shí)候帶入的 初始誤差等。本發(fā)明采用了最簡(jiǎn)單，最直接的幾何關(guān)系表達(dá)方式來(lái)表達(dá)太陽(yáng)光、鏡子、目標(biāo)三者 的關(guān)系。某一個(gè)機(jī)械臂代表光線來(lái)的方向，另外一個(gè)機(jī)械臂代表光線去向，這兩個(gè)臂一旦確 定，通過(guò)它們二者帶動(dòng)一個(gè)特殊四邊形或者三角形機(jī)構(gòu)確定鏡子位置，滿(mǎn)足定日關(guān)系。把鏡 面反射關(guān)系固化成硬件，簡(jiǎn)化了定日過(guò)程。硬件誤差取決于模具，誤差變成可控的公差，加 工的時(shí)候可以保證，不再變動(dòng)和累積。設(shè)計(jì)模具時(shí)候可以一次性設(shè)計(jì)很精確，安裝的時(shí)候無(wú) 需校準(zhǔn)、測(cè)量。固化的關(guān)系，也更穩(wěn)固、可靠，發(fā)生誤差和出錯(cuò)的幾率更小。2.多臺(tái)定日鏡組成兩維連動(dòng)陣列，共享控制和運(yùn)動(dòng)，大大降低成本傳統(tǒng)的定日鏡，由于需要傳感器、控制系統(tǒng)、機(jī)電等設(shè)施，單個(gè)定日鏡造價(jià)受到限 制。所以人們?yōu)榱私档统杀?，?huì)將系統(tǒng)做的很大，但又因?yàn)榭癸L(fēng)等因素不能做的太大，成本 還是比較高。本發(fā)明利用活動(dòng)特殊四邊形或者三角形幾何結(jié)構(gòu)方式表達(dá)定日關(guān)系，這是能夠多 臺(tái)間連動(dòng)的前提。因?yàn)殛嚵袃?nèi)每臺(tái)定日鏡活動(dòng)臂指向是一致的，都指向太陽(yáng)，而多臺(tái)間連動(dòng) 把成本降低到別的方案無(wú)法達(dá)到的地步。本發(fā)明的連動(dòng)是很自然的，和幾何定日方式相輔 相成，渾然一體，二者匹配達(dá)到完美結(jié)合。原定日方法不能連動(dòng)，因?yàn)楦髋_(tái)定日鏡之間沒(méi)有一個(gè)一致的東西。就算有也局限在一個(gè)維度，使用起來(lái)困難，因?yàn)樵ㄈ辗椒ú皇菫檫B動(dòng)設(shè)計(jì)的，勉強(qiáng)連動(dòng)不切實(shí)際還不如 不用?；蛘哂行╇m然能兩維連動(dòng)，但只能是小規(guī)模的，但必須全部預(yù)制，而且做不大。3.提供一種新型的中小規(guī)模塔式聚光方案目前太陽(yáng)能熱發(fā)電所用的聚光方式塔式定日鏡、槽式、蝶式、線性菲尼爾系統(tǒng)，主 要是這幾種方式。傳統(tǒng)的塔式發(fā)電，定日鏡從成本考慮，從技術(shù)難度考慮，單臺(tái)反射面一般都是平 面，面積不可能很小，同時(shí)為了獲得一定聚光倍數(shù)，定日鏡臺(tái)數(shù)也不會(huì)很少，如此整體規(guī)模 就比較大。如果反射面做成弧面提高聚光倍數(shù)，會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重像差，比蝶式聚光效果差很多， 因此傳統(tǒng)塔式定日鏡都用在上萬(wàn)平面的大型聚光的場(chǎng)合，在IO-IOOOm2小型聚光場(chǎng)合通常 都是被蝶式替代。目前，只有esolar公司的技術(shù)，其規(guī)模大小調(diào)整比較自由寬松，這是由于 它的反射鏡都很小。在小型場(chǎng)合，如果采用蝶式，高大的蝶形拋物面在制造、運(yùn)輸、安裝都很 麻煩，目標(biāo)在碟子的焦點(diǎn)處，需要跟著碟子動(dòng)，目標(biāo)不可能做大。但國(guó)外也有人想出一種新 奇的方式，如國(guó)外人申請(qǐng)的專(zhuān)利CN1447889，利用充氣的球撐開(kāi)一個(gè)反射膜，這種方式雖然 無(wú)需固定裝置，但面積大的時(shí)候球體非常大，工程實(shí)現(xiàn)是個(gè)問(wèn)題，也很難抗風(fēng)，很難規(guī)?；??？梢?jiàn)全世界各地的人們都在思考更好的聚光方式，規(guī)?？梢陨炜s，目標(biāo)又不需要 動(dòng)，還能實(shí)現(xiàn)兩維聚焦，價(jià)格還很低。本發(fā)明的能很好地解決以上所有問(wèn)題，小規(guī)模可替代 蝶式，大規(guī)模也可以做的非常大，效果和成本不隨規(guī)模大小變化，技術(shù)原理完全相同。4.消除已有兩維連動(dòng)方案諸多弊端與美國(guó)專(zhuān)利US7677M1B2相比，本發(fā)明采用的是驅(qū)動(dòng)特殊四邊形機(jī)構(gòu)活動(dòng)臂對(duì)準(zhǔn) 光源，通過(guò)特殊四邊形結(jié)內(nèi)在的幾何結(jié)構(gòu)保證反射關(guān)系，而美國(guó)專(zhuān)利是直接驅(qū)動(dòng)鏡子的法 線，單個(gè)鏡子內(nèi)部沒(méi)有特別協(xié)動(dòng)機(jī)構(gòu)。美國(guó)專(zhuān)利為保證所有鏡子能連動(dòng)定日，勢(shì)必要求法線 的一端以梅德斯蛘線(Conchoid of Nicomedes)分布。這種特殊的分布，要求設(shè)定好目標(biāo)， 再計(jì)算并定制蛘線剛體面，特殊剛體曲面越大越難定制。而且鏡子的法線不等長(zhǎng)，兩端分布 在不同的曲線上，被驅(qū)動(dòng)一端必須穿過(guò)驅(qū)動(dòng)剛體面除了左右被帶動(dòng)，還要相對(duì)該面能自由 上下滑動(dòng)，造成驅(qū)動(dòng)剛體面中間無(wú)支撐，只能是驅(qū)動(dòng)剛體四角的頂點(diǎn)被支撐，面積一大無(wú)法 保證中間不下垂變形。這兩個(gè)因素造成這種陣列規(guī)模很小無(wú)法作大。鏡子法線驅(qū)動(dòng)一端與 驅(qū)動(dòng)剛體面，要萬(wàn)向加上下的連接器制作起來(lái)麻煩。而本發(fā)明活動(dòng)臂初始化平行，利用參考 安裝點(diǎn)的重力線，大范圍內(nèi)重力線相互之間是平行的，然后現(xiàn)場(chǎng)連接連桿面，連桿面是剛體 面。由于所有活動(dòng)臂等長(zhǎng)，初始又平行，運(yùn)動(dòng)的目的也是只要求平行即可，側(cè)面看就是平行 四邊形運(yùn)動(dòng)，連桿面相對(duì)于活動(dòng)臂根本不需要上下滑動(dòng)，連接器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。每根連桿都得到 活動(dòng)臂支撐，每個(gè)小單元不形變大規(guī)模就不會(huì)形變，所以規(guī)?？梢匀我鈹U(kuò)展，而不用擔(dān)心連 桿面太大變形。5.消除像差像差引起的能量損失在一天內(nèi)可達(dá)到40%以上，這使得塔式發(fā)電的效率受到影 響和制約。而本發(fā)明每個(gè)鏡子比較小，反射光線到達(dá)目標(biāo)何處，是相互獨(dú)立的，多個(gè)鏡子反 射光斑在目標(biāo)上課重疊，無(wú)論陽(yáng)光如何運(yùn)動(dòng)，重疊部分永遠(yuǎn)重疊，將光斑變形抑制到最小程度。在塔式發(fā)電應(yīng)用中，塔頂?shù)奈掌饔幸欢娣e，要求光盡量重疊，像差要小。本發(fā) 明每臺(tái)定日鏡尺寸比較小，像差小，陣列中的定日鏡光斑可重疊。雖然每臺(tái)定日鏡尺寸小，但陣列的整體規(guī)模可以很大。6.簡(jiǎn)化鏡面制作工藝本發(fā)明陣列中的每面鏡子尺寸都不大，都是小于塔頂?shù)奈掌?，只要平面鏡就行。 平面的鏡子制造工藝非常成熟，無(wú)需特殊的模具，也無(wú)需安裝手工微調(diào)裝置。7.增加自動(dòng)灰塵刷子，實(shí)時(shí)清理鏡面本發(fā)明靠一個(gè)可繞固定臂旋轉(zhuǎn)的特殊四邊形或者三角形結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)來(lái)定日，活動(dòng)臂 和固定臂與鏡面的角度和距離會(huì)發(fā)生變化，這個(gè)運(yùn)動(dòng)可帶動(dòng)灰塵刷，如具體實(shí)施中描述的。 刷子在與鏡面的貼身摩擦運(yùn)動(dòng)中，將鏡面的灰塵刷去，由于并排2個(gè)以上刷子有一定間距， 保證能刷到整個(gè)鏡面。由于有拉緊彈簧，所以刷子向下對(duì)鏡面有一定壓力，刷的效果比較 好。在機(jī)構(gòu)兩側(cè)都可安裝灰塵刷，各負(fù)責(zé)一側(cè)清理鏡面。在定日鏡運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，特殊四 邊形或者三角形結(jié)構(gòu)會(huì)隨著改變，灰塵刷在連動(dòng)機(jī)構(gòu)作用下，自動(dòng)運(yùn)動(dòng)清理鏡面，可清理大 部分的鏡面。通過(guò)這個(gè)結(jié)構(gòu)，可使得鏡子在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，保持其反射率在一個(gè)穩(wěn)定的 值，而無(wú)需人工清洗，節(jié)省了大量的人力物力，為塔式定日鏡發(fā)電站維護(hù)節(jié)省大量開(kāi)支。8.減輕風(fēng)力對(duì)鏡面的影響，抗風(fēng)能力強(qiáng)本發(fā)明的定日鏡是陣列式，每臺(tái)很小，鏡面高度不到2米。每臺(tái)定日鏡的兩個(gè)旋轉(zhuǎn) 軸組成的兩維旋轉(zhuǎn)中心正好在鏡子中央，相對(duì)于軸上下左右面積一樣，所以上下左右鏡子 相對(duì)于軸的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩幾乎為零。即使受風(fēng)，上下左右受力相互抵消。支撐柱靠陣列底部結(jié)構(gòu) 固定的，像一張鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)一樣鋪開(kāi)攤在地面上，重心非常非常低，有很強(qiáng)的抗風(fēng)能力。本發(fā) 明還提及連桿面固定機(jī)構(gòu)加強(qiáng)連桿面固定，因此本發(fā)明的定日鏡可以在大風(fēng)中正常工作， 在強(qiáng)風(fēng)中也不會(huì)損壞。9.安裝簡(jiǎn)單方便本發(fā)明的定日鏡支撐柱之間有鋼結(jié)構(gòu)支架互相固定，組成一個(gè)個(gè)鋼結(jié)構(gòu)模塊，每 臺(tái)定日鏡的支撐立柱只要安插于鋼結(jié)構(gòu)模塊中固定即可。安裝的時(shí)候，直接在地面上放置 鋼結(jié)構(gòu)模塊即可。有了陣列化的鋼結(jié)構(gòu)支撐系統(tǒng)，能夠大大簡(jiǎn)化安裝，可以安裝與稍有高度起伏的 土地地面，無(wú)需鋪設(shè)混凝土。模塊的擴(kuò)展和縮減非常方便，需要移動(dòng)的時(shí)候也非常簡(jiǎn)單，可 以整體或者模塊化移動(dòng)。理論上，一個(gè)陣列最多可以由千面鏡子組成，如果驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)力量夠大的話。10.能主動(dòng)防沙塵暴、冰雹、大雪等特別惡劣天氣本發(fā)明的連動(dòng)桿組成的面始終在定日鏡上方，像一個(gè)天然的支架，而且比較低矮。 當(dāng)沙塵暴、大雪、冰雹來(lái)臨之際，可通過(guò)陣列外側(cè)兩邊安裝的滑軌拉一塊大帆布遮住整個(gè)陣 列。帆布四周固定，中央落在連桿面上，變成一個(gè)帳篷，定日鏡在帳篷內(nèi)部被保護(hù)起來(lái)。
權(quán)利要求
1.一種定日鏡，包括反射鏡、鏡面支架以及定日機(jī)構(gòu)，所述反射鏡平放于鏡面支架上， 其特征在于，所述定日機(jī)構(gòu)為一四邊形，所述四邊形由相鄰的等長(zhǎng)的固定臂和活動(dòng)臂以及 相鄰的等長(zhǎng)第三和第四邊組成，一連接軸穿過(guò)所述活動(dòng)臂和固定臂的交點(diǎn)，該連接軸同時(shí) 穿過(guò)所述鏡面支架上的橫梁與所述鏡面支架固定連接，其中固定臂沿兩臂的交點(diǎn)與接收器 的連線延伸，活動(dòng)臂沿陽(yáng)光入射方向延伸，一對(duì)角線桿連接所述活動(dòng)臂和固定臂的交點(diǎn)與 所述第三和第四邊夾角頂點(diǎn)，所述對(duì)角線桿始終垂直或平行于反射鏡鏡面，所述定日機(jī)構(gòu) 可帶動(dòng)所述反射鏡分別繞所述固定臂以及兩臂的連接軸轉(zhuǎn)動(dòng)。
2.如權(quán)利要求1所述的定日鏡，其特征在于，所述固定臂與任一臂/邊的交點(diǎn)向外延 長(zhǎng)，成為一個(gè)圓形軸。
3.如權(quán)利要求2所述的定日鏡，其特征在于，所述固定臂和所述兩臂的連接軸相互垂直。
4.如權(quán)利要求3所述的定日鏡，其特征在于，所述四邊形的各條臂和邊在同一平面內(nèi)， 相鄰的兩個(gè)臂和/或邊通過(guò)一軸可動(dòng)連接，其中一個(gè)臂/邊為門(mén)形結(jié)構(gòu)，另一個(gè)臂/邊插入 該門(mén)形結(jié)構(gòu)。
5.如權(quán)利要求4所述的定日鏡，其特征在于，所述對(duì)角線桿通過(guò)一個(gè)可在該對(duì)角線桿 上下滑動(dòng)內(nèi)固定滑動(dòng)軸承的接頭與所述第三和第四邊連接，其中所述內(nèi)固定滑動(dòng)軸承的接 頭兩側(cè)面為門(mén)形結(jié)構(gòu)，所述第三和第四臂分別播入該門(mén)形結(jié)構(gòu)，二者通過(guò)軸連接。
6.如權(quán)利要求1所述的定日鏡，其特征在于，所述對(duì)角線桿垂直于反射鏡鏡面時(shí)，所述 定日機(jī)構(gòu)可位于反射鏡的上方或下方。
7.如權(quán)利要求1所述的定日鏡，其特征在于，所述對(duì)角線桿平行于反射鏡鏡面時(shí)，所述 定日機(jī)構(gòu)可位于反射鏡的側(cè)面。
8.如權(quán)利要求1所述的定日鏡，其特征在于，還包括一個(gè)鏡面自潔機(jī)構(gòu)，該鏡面自潔機(jī) 構(gòu)通過(guò)一個(gè)連桿連接于支架的活動(dòng)臂或固定臂上，連桿的一端設(shè)有帶有若干刷條的刷桿。
9.如權(quán)利要求8所述的定日鏡，其特征在于，所述刷桿與連桿之間通過(guò)一個(gè)軸連接，所 述連桿可繞該軸轉(zhuǎn)動(dòng)。
10.如權(quán)利要求9所述的定日鏡，其特征在于，所述活動(dòng)臂與所述連桿之間設(shè)有一個(gè)拉 緊彈簧。
11.一種定日鏡，包括反射鏡、鏡面支架以及定日機(jī)構(gòu)，所述反射鏡平放在鏡面支架上， 其特征在于，所述定日機(jī)構(gòu)為等腰三角形，所述等腰三角形的兩腰為固定臂和活動(dòng)臂，一個(gè) 連接軸垂直于該等腰三角形的平面，穿過(guò)所述固定臂與該等腰三角形第三邊的頂點(diǎn)，同時(shí) 該連接軸與所述鏡面支架固定連接，所述固定臂沿固定臂與第三邊的頂點(diǎn)與接收器的連線 延伸，所述活動(dòng)臂沿陽(yáng)光入射方向延伸，所述第三邊垂直或平行于所述反射鏡鏡面固定，所 述定日機(jī)構(gòu)可帶動(dòng)所述反射鏡面分別繞所述固定臂及固定臂與第三邊的連接軸轉(zhuǎn)動(dòng)。
12.如權(quán)利要求11所述的定日鏡，其特征在于，所述固定臂與任一臂/邊的交點(diǎn)向外延 長(zhǎng)，成為一個(gè)圓形軸。
13.如權(quán)利要求12所述的定日鏡，其特征在于，所述固定臂軸與所述連接軸相互垂直。
14.如權(quán)利要求13所述的定日鏡，其特征在于，所述三角形的各條邊在同一平面內(nèi)，相 鄰兩個(gè)臂/邊之間通過(guò)一軸連接，其中一個(gè)臂為門(mén)形，另一個(gè)臂插入該門(mén)形結(jié)構(gòu)。
15.如權(quán)利要求14所述的定日鏡，其特征在于，所述第三條邊上設(shè)有可沿該邊上下滑動(dòng)的滑動(dòng)軸承套接頭，軸承套接頭側(cè)邊是門(mén)形，所述活動(dòng)臂一端插入該門(mén)形內(nèi)，二者通過(guò)軸 連接。
16.如權(quán)利要求11所述的定日鏡，其特征在于，所述第三邊垂直于所述反射鏡鏡面時(shí)， 所述定日機(jī)構(gòu)位于反射鏡的上方或下方。
17.如權(quán)利要求11所述的定日鏡，其特征在于，所述第三邊平行于所述反射鏡鏡面時(shí)， 所述定日機(jī)構(gòu)位于反射鏡的側(cè)面。
18.如權(quán)利要求11所述的定日鏡，其特征在于，還包括一個(gè)鏡面自潔機(jī)構(gòu)，該鏡面自潔 機(jī)構(gòu)通過(guò)一個(gè)連桿連接于支架的活動(dòng)臂上，連桿的一端設(shè)有帶有若干刷子的連接桿。
19.如權(quán)利要求18所述的定日鏡，其特征在于，所述連接桿與連桿之間通過(guò)一個(gè)軸連 接，所述連桿可繞該軸轉(zhuǎn)動(dòng)。
20.如權(quán)利要求18所述的定日鏡，其特征在于，所述活動(dòng)臂與所述連桿之間設(shè)有一個(gè) 拉緊彈簧。
21.一種定日鏡支撐架，用于支撐前述權(quán)利要求1-20中的定日鏡，該支撐架包括一個(gè) 支撐柱、連接頭、調(diào)節(jié)桿和固定桿，其特征在于，所述固定桿一端通過(guò)所述連接頭固定于支 撐柱一端，另外一端與所述調(diào)節(jié)桿固定，所述固定桿一端軸向內(nèi)套軸承，所述定日鏡定日機(jī) 構(gòu)固定臂延長(zhǎng)的軸插入該軸承，所述固定桿兩端點(diǎn)與接收器三點(diǎn)成一線，所述調(diào)節(jié)桿一端 通過(guò)抱箍與支撐柱固定，另外一端嵌入固定桿溝槽內(nèi)固定，所述支撐柱，調(diào)節(jié)桿和固定桿組 成一個(gè)方位角和仰角可調(diào)三角形。
22.如權(quán)利要求21所述的定日鏡支撐架，其特征在于，所述支撐柱一端有一邊緣帶槽 的圓盤(pán)。
23.如權(quán)利要求21所述的定日鏡支撐架，其特征在于，所述連接頭一端是一個(gè)帶槽的 圓盤(pán)，圓盤(pán)上方有軸支撐架。
24.如權(quán)利要求21所述的定日鏡支撐架，其特征在于，所述支撐柱另外一端有與陣列 間結(jié)構(gòu)固定的孔。
25.一種半連動(dòng)定日鏡陣列裝置，其特征在于，包括多臺(tái)如權(quán)利要求1-20中任一項(xiàng)所 述的定日鏡，用于驅(qū)動(dòng)各個(gè)所述定日鏡的步進(jìn)電機(jī)，以及一個(gè)共用的跟蹤器，所述跟蹤器安 裝于其中某一臺(tái)定日鏡上，所述定日鏡的活動(dòng)臂平行設(shè)置，所述跟蹤器將跟蹤信號(hào)傳送至 所有定日鏡的步進(jìn)電機(jī)，驅(qū)動(dòng)各個(gè)活動(dòng)臂使定日鏡動(dòng)作。
26.—種全連動(dòng)定日鏡陣列裝置，其特征在于，包括多臺(tái)如權(quán)利要求1-20中任一項(xiàng)所 述的定日鏡，用于驅(qū)動(dòng)定日鏡的驅(qū)動(dòng)裝置，以及一個(gè)共用的跟蹤器，所述跟蹤器安裝于其中 某一臺(tái)定日鏡上，所述定日鏡通過(guò)陣列間結(jié)構(gòu)固定呈共邊的三角形分布形成陳列，各固定 臂分別對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)，各定日鏡活動(dòng)臂由連桿構(gòu)成的連桿面，連桿與活動(dòng)臂連接處到兩臂連接 處的距離每臺(tái)都相同，該連桿面與驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)相連，帶動(dòng)所有活動(dòng)臂對(duì)準(zhǔn)光源，所述連桿可以 安裝活動(dòng)臂上或者下延長(zhǎng)線上。
27.如權(quán)利要求沈所述的全連動(dòng)定日鏡陣列裝置，其特征在于，所述連桿的長(zhǎng)度是無(wú) 級(jí)可調(diào)的。
28.如權(quán)利要求27所述的全連動(dòng)定日鏡陣列裝置，其特征在于，所述連桿通過(guò)萬(wàn)向連 接器連接于活動(dòng)臂。
29.如權(quán)利要求27所述的全連動(dòng)定日鏡陣列裝置，其特征在于，所述連桿通過(guò)十字軸連接器連接于活動(dòng)臂。
30.如權(quán)利要求沈所述的全連動(dòng)定日鏡陣列裝置，其特征在于，還包括一個(gè)防扭動(dòng)裝 置，設(shè)于定日鏡陣列的三角形中央，通過(guò)三根桿與定日鏡連桿面固定。
31.如權(quán)利要求30所述的全連動(dòng)定日鏡陣列裝置，其特征在于，所述防扭動(dòng)裝置是一 個(gè)上下有十字軸的可伸縮桿。
32.如權(quán)利要求沈所述的全連動(dòng)定日鏡陣列裝置，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)裝置包括電 機(jī)，變速箱，以及一個(gè)活動(dòng)臂，該活動(dòng)臂通過(guò)連桿與定日鏡的活動(dòng)臂相連。
33.如權(quán)利要求32所述的全連動(dòng)定日鏡陣列裝置，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)裝置為多套， 分布于所述陣列的邊角。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種定日鏡及連動(dòng)陣列裝置，定日鏡包括反射鏡、鏡面支架以及定日機(jī)構(gòu)，反射鏡平放于鏡面支架上，所述定日機(jī)構(gòu)為一四邊形，該四邊形由相鄰的等長(zhǎng)固定臂和活動(dòng)臂以及相鄰的等長(zhǎng)第三和第四邊組成，一連接軸穿過(guò)所述活動(dòng)臂和固定臂的交點(diǎn)，同時(shí)穿過(guò)所述鏡面支架上的橫梁與所述鏡面支架固定連接，其中固定臂沿兩臂的交點(diǎn)與接收器的連線延伸，活動(dòng)臂沿陽(yáng)光入射方向延伸，一對(duì)角線桿連接所述兩臂的交點(diǎn)與第三、四邊夾角頂點(diǎn)，所述對(duì)角線桿垂直或平行于反射鏡鏡面，該定日機(jī)構(gòu)帶動(dòng)反射鏡分別繞所述固定臂以及兩臂的連接軸轉(zhuǎn)動(dòng)。所述定日機(jī)構(gòu)也可為等腰三角形。通過(guò)特殊四邊形或者三角形幾何特性決定始終滿(mǎn)足光線反射定律，非常簡(jiǎn)潔實(shí)用。
文檔編號(hào)G02B7/198GK102087400SQ20101051674
公開(kāi)日2011年6月8日 申請(qǐng)日期2010年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月22日
發(fā)明者沈宏 申請(qǐng)人:沈宏