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由重力驱动的自旋转机构、太阳能面板及路灯供电电源

阅读：157发布：2023-01-12

专利汇可以提供由重力驱动的自旋转机构、太阳能面板及路灯供电电源专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种由重力驱动的自旋转机构及其在太阳能面板和太阳能路灯供电电源中的应用，所述自旋转机构包括与待旋转的面板连接的摆动连接装置，所述摆动连接装置包括框架和沿框架可移动的闩锁装置，所述闩锁装置包括计时器和耦接至计时器以根据预设的时间间隔在锁定状态和解锁状态之间转换的执行部件，在锁定状态，所述执行部件被保持在框架上设定的多个锁定位置中的一个锁定位置处，在解锁状态，所述执行部件在面板的重力作用下沿框架从一个锁定位置移动至下一锁定位置。本实用新型利用面板的重力作用结合弹簧 -闩锁机构来周期性地控制面板的旋转和定位动作，有效节约了能量消耗。，下面是由重力驱动的自旋转机构、太阳能面板及路灯供电电源专利的具体信息内容。

权利要求

1.由重力驱动的自旋转机构(100，200)，其特征在于，所述自旋转机构(100，200)包括与待旋转的面板(110，210)连接的摆动连接装置，所述摆动连接装置包括框架(120，220)和沿所述框架(120，220)可移动的闩锁装置(130，230)，其中，所述闩锁装置(130，230)包括计时器(231)和耦接至所述计时器(231)以根据预设的时间间隔在锁定状态和解锁状态之间转换的执行部件(232，233)，在所述锁定状态，所述执行部件(232，233)被保持在所述框架(220)上设定的多个锁定位置中的一个锁定位置处，在所述解锁状态，所述执行部件(232，233)在所述面板(210)的重力作用下沿所述框架(220)从一个锁定位置移动至下一锁定位置。
2.根据权利要求1所述的自旋转机构，其特征在于，所述摆动连接装置通过所述闩锁装置(130)连接至所述面板(110)，所述框架(120)与安装基座(140)固定连接。
3.根据权利要求1所述的自旋转机构，其特征在于，所述摆动连接装置通过所述框架(220)连接至所述面板(210)，所述闩锁装置(230)与安装基座(240)固定连接。
4.根据权利要求2或3所述的自旋转机构，其特征在于，所述框架(120，220)为带有滑槽(121，221)的弧形框架，在所述滑槽(121，221)的至少一个内表面上设置有锯齿形卡钩(122，222)。
5.根据权利要求4所述的自旋转机构，其特征在于，所述执行部件(232，233)包括沿所述滑槽(221)滑动的滑轮(232)和能够与所述卡钩(222)咬合的卡销(233)，所述滑轮(232)和所述卡销(233)通过驱动轴(234)耦接至所述计时器(231)，并在所述驱动轴(234)上设置有扭力弹簧(235)。
6.根据权利要求5所述的自旋转机构，其特征在于，所述摆动连接装置包括在所述面板上间隔设置的第一摆动连接装置和第二摆动连接装置。
7.根据权利要求6所述的自旋转机构，其特征在于，所述第一摆动连接装置的闩锁装置和所述第二摆动连接装置的闩锁装置按照所述计时器的预定周期交替解锁，在一个周期内，所述第一摆动连接装置的闩锁装置按时间间隔解锁，而第二摆动连接装置的闩锁装置保持锁定，在下一个周期内，所述第一摆动连接装置的闩锁装置保持锁定，而第二摆动连接装置的闩锁装置按时间间隔解锁。
8.根据权利要求7所述的自旋转机构，其特征在于，所述自旋转机构还包括复位装置，其与所述摆动连接装置联动，以在所述计时器的预定周期结束后手动或自动地将所述面板复位。
9.自动调节倾斜角度的太阳能面板，其特征在于，所述太阳能面板包括权利要求1至
8中任一所述的由重力驱动的自旋转机构，其中，所述面板为固定连接至太阳能面板底部的驱动板。
10.太阳能路灯供电电源，其特征在于，包括权利要求9所述的自动调节倾斜角度的太阳能面板。

说明书全文

由重力驱动的自旋转机构、太阳能面板及路灯供电电源

技术领域

[0001] 本实用新型总的涉及太阳能领域，尤其涉及一种用于实现太阳能面板自动追踪太阳的自旋转机构。

[0002] 背景技术

[0003] 在绿色能源应用中，太阳能系统具有非常光明的前景。很多公共设施和家用设备，例如太阳能道路照明系统、光伏电力系统、太阳能热水器系统以及太阳能空调系统等等，都利用了太阳能作为理想的能源。太阳能相当洁净且十分富余，但相比于其他主要能源，太阳能转换为电力或热能的转换效率却比较低。因此，太阳能系统的效率和成本是使用者主要考虑的因素。

[0004] 为了将太阳能尽可能地转换为电力，一种方案是改进太阳能电池的转换效率。目前，光伏技术能够使得超过30％的太阳能被转换为电力，但在合理成本范围内很难再有提高。另一种方案则是设计出倾斜角可调节的太阳能面板来追踪太阳的大致位置。相比于固定安装的面板，这种追踪装置可使面板在冬天获得15％的能量输出增益，在夏天可获得25％的能量输出增益。然而，这种追踪装置也不可避免地增加了系统成本并消耗了额外的能量。在大多现有追踪装置中，面板的倾斜通常是通过具有一个或两个方向运动能力的柔性旋转支撑接头来实现，采用诸如电动机和液压杆等机构来驱动太阳能面板沿某一方向运动。当太阳能系统中安装有太阳追踪装置时，有必要在效率和能量损失之间建立平衡，因为追踪装置同样会消耗由太阳能面板收集的部分太阳能，并且如果装置的能量消耗太高或者旋转频率太高，所需成本也远远大于其所带来的效益。考虑到太阳能系统的经济效益，在效率改进和成本之间必须形成有利的折中。

[0005] 实用新型内容

[0006] 本实用新型的目的在于解决上述现有技术中存在的问题，提出一种简单的机械结构来调整太阳能面板的倾斜角度，相比于现有的固定安装的面板，该机械结构能够使得太阳能系统获得更多的太阳辐射能量，同时，该机械结构比现有的追踪装置消耗更少的能量，获得更多的经济效益。

[0007] 为实现上述目的，根据本实用新型的一个方面，提供了一种由重力驱动的自旋转机构，所述自旋转机构包括与待旋转的面板连接的摆动连接装置，所述摆动连接装置包括框架和沿所述框架可移动的闩锁装置，其中，所述闩锁装置包括计时器和耦接至所述计时器以根据预设的时间间隔在锁定状态和解锁状态之间转换的执行部件，在所述锁定状态，所述执行部件被保持在所述框架上设定的多个锁定位置中的一个锁定位置处，在所述解锁状态，所述执行部件在所述面板的重力作用下沿所述框架从一个锁定位置移动至下一锁定位置。

[0008] 根据一种实施方式，所述摆动连接装置通过所述闩锁装置连接至所述面板，所述框架与安装基座固定连接。以这样的方式，在解锁状态下，面板能够连同闩锁装置沿框架向下移动至下一锁定位置。

[0009] 根据另一种实施方式，所述摆动连接装置通过所述框架连接至所述面板，所述闩锁装置与安装基座固定连接。以这种方式，在解锁状态下，面板能够连同框架向下移动，使得闩锁装置沿框架向上移动至下一锁定位置。

[0010] 优选地，所述框架为带有滑槽的弧形框架，在所述滑槽的至少一个内表面上设置有锯齿形卡钩。

[0011] 优选地，所述执行部件包括沿所述滑槽滑动的滑轮和能够与所述卡钩咬合的卡销，所述滑轮和所述卡销通过驱动轴耦接至所述计时器，并在所述驱动轴上设置有扭力弹簧。

[0012] 根据一种优选实施方式，所述摆动连接装置包括在所述面板上间隔设置的第一摆动连接装置和第二摆动连接装置。

[0013] 有利地，所述第一摆动连接装置的闩锁装置和所述第二摆动连接装置的闩锁装置按照所述计时器的预定周期交替解锁，在一个周期内，所述第一摆动连接装置的闩锁装置按时间间隔解锁，而第二摆动连接装置的闩锁装置保持锁定，在下一个周期内，所述第一摆动连接装置的闩锁装置保持锁定，而第二摆动连接装置的闩锁装置按时间间隔解锁。 [0014] 有利地，所述自旋转机构还包括复位装置，其与所述摆动连接装置联动，以在所述计时器的预定周期结束后手动或自动地将所述面板复位。

[0015] 根据本实用新型的另一个方面，提供了一种自动调节倾斜角度的太阳能面板，包括上述的由重力驱动的自旋转机构，其中，所述面板为固定连接至太阳能面板底部的驱动板。

[0016] 根据本实用新型的又一个方面，提供了一种太阳能路灯供电电源，其包括上述的自动调节倾斜角度的太阳能面板。

[0017] 本实用新型的由重力驱动的自旋转机构能够在竖直方向上调节太阳能面板的倾斜角度，根据当地最高日照角的计量数据以及实际阴影的遮蔽效果，倾斜角度可随预定的时间间隔而变化。取代现有技术中采用电动机或液压杆等机构进行太阳追踪，本实用新型利用太阳能面板的重力作用结合弹簧-闩锁机构来周期性地控制太阳能面板的旋转和定位动作，有效节约了能量消耗，在运行过程中仅会消耗非常小的电力用于计时器运行。因此，采用本实用新型的太阳能系统能够以最经济的成本效益获得最大的太阳辐射能量。附图说明

[0018] 本实用新型的其它特征以及优点将通过以下结合附图详细描述的优选实施方式更好地理解，附图中，相同的附图标记标识相同或相似的部件，其中： [0019] 图1为传统固定式太阳能面板与带有由重力驱动的自旋转机构的太阳能面板之间能量获得效益比较的曲线示意图；

[0020] 图2为带有自旋转机构的太阳能面板在一年之中的最佳倾斜角的曲线示意图； [0021] 图3为根据本实用新型由重力驱动的自旋转机构的第一种实施方式的结构示意图；

[0022] 图4至图6为根据本实用新型由重力驱动的自旋转机构的第二种实施方式的结构示意图，分别示出了利用面板重力实现自旋转的过程；

[0023] 图7为图4至图6所示实施方式中闩锁装置和框架之间实现锁定的结构示意图； [0024] 图8为图7中闩锁装置的结构示意图；

[0025] 图9为将图4至图6所示实施方式具体应用于根据本实用新型的太阳能面板的结构示意图；

[0026] 图10与图9类似，从另一角度示出了自旋转机构的结构；

[0027] 图11为应用本实用新型的太阳能路灯供电电源的示意图。

具体实施方式

[0028] 在描述本实用新型之前，先对传统固定式太阳能面板和追踪太阳自动倾斜的太阳能面板之间能量获得效益进行比较，如图1所示，在纬度为31°，经度为121°的地理位置，两种太阳能面板在不同月份所能收集的太阳能有明显的区别，尤其是在阳光充足的月份。图1中线条A表示采用固定倾斜角31°倾斜的太阳能面板所获得的太阳能，线条B表示采用自动倾斜的太阳能面板所获得的太阳能，可以看出，固定倾斜的太阳能面板的太阳2
能现场收集数据为1466.4KWh/m，而自动倾斜的太阳能面板的太阳能现场收集数据则为
2
1512.2KWh/m，显然，采用自动倾斜的太阳能面板可实现大约4.4％的能量增益。当然，所获得的太阳能根据不同地理位置会有所不同，但自倾斜太阳能面板能够获得更多的太阳能是毋庸置疑的。

[0029] 太阳倾斜角在一年中是逐渐变化的，根据当地纬度有一次或两次的最大角。为了尽可能多地获得太阳能，太阳能面板随太阳倾斜角的变化速率而改变其倾斜角。某个月的最佳倾斜角可通过当地纬度和天气状态计算获得，或者由经验数据获得。图2例示性地示出了带有自旋转机构的太阳能面板在一年之中最佳倾斜角的曲线C，在每个月份以特定的倾斜角倾斜太阳能面板即可获得最佳的太阳能收益。此外，从图2中可以理解的是，由于太阳高度的季节性变化，在上半年(即1月份至6月份)，面板的最佳倾斜角趋于减小，而下半年(即7月份至12月份)，面板的最佳倾斜角趋于增加。因而，为了以最小经济成本来尽可能多地收集太阳能，面板的自旋转机构还应有利地例如以半年为一个周期在旋转方向上交替更换。

[0030] 基于上述构思，根据本实用新型的由重力驱动的自旋转机构包括与待旋转的面板连接的摆动连接装置，该摆动连接装置能够使得面板根据预设的时间间隔在其自身的重力作用下从一个锁定位置移动至下一锁定位置，从而实现倾斜角的改变，并能够以一定的时间周期改变面板的旋转方向。

[0031] 具体来说，如图3中示出的本实用新型的第一种实施方式，自旋转机构100所包括的摆动连接装置由框架120和沿框架120可移动的闩锁装置130a，130b构成，闩锁装置130a，130b有利地为弹簧锁定机构，可包括计时器和耦接至计时器以根据预设的时间间隔在锁定状态和解锁状态之间转换的执行部件。闩锁装置的原理和具体结构在下文的优选实施方式中将会参照图7和图8来进一步描述。在图3的实施方式中，沿面板间隔设置的闩锁装置130a，130b分别与面板110的两端连接，框架120与安装基座140固定连接。可以理解的是，间隔设置的闩锁装置并不一定设置在面板的两端。

[0032] 框架120有利地设置为带有滑槽121的弧形框架，在所述滑槽121的至少一个内表面上设置有与闩锁装置130a，130b的执行部件相配合的卡钩122以构成锁定位置，通过卡钩122和执行部件之间的配合，在解锁状态下，面板110能够连同闩锁装置130a，130b沿框架120从一个锁定位置向下移动至下一锁定位置。

[0033] 根据该实施方式，在上半年内，面板110的倾斜角趋于按月减小，闩锁装置130b与安装基座140持续保持锁定，闩锁装置130a根据计时器设定的时间间隔与框架120构成解锁或锁定状态，在解锁状态下利用面板110自身的重力如箭头所示地顺时针向下移动。当面板110的倾斜角接近0°时，进入下半年的旋转周期，此时闩锁装置130a与安装基座140持续保持锁定，而闩锁装置130b按时间间隔与框架120构成解锁或锁定状态，并依次逆时针向下移动，直至完成一年周期的自旋转。

[0034] 在改进的实施方式中，如图4至图6所示的自旋转机构200，面板210与框架220a，220b连接，闩锁装置230a，230b与安装基座240a，240b固定连接，这样，在解锁状态下，面板
210能够连同框架220a或220b向下移动，使得闩锁装置230a，230b能够分别沿框架220a，
220b向上移动至下一锁定位置。在该实施方式中，框架220a，220b与面板210的连接位置按照面板的重心以及可获得最佳倾斜的位置来布置，并且有利的是，每个框架以及闩锁装置都在面板两侧对称布置，如图9和图10所示。在以下的描述中，为了简洁仅描述位于面板一侧的结构。

[0035] 自旋转机构200的运动过程举例如下：在一个周期(例如半年)内，将闩锁装置230b与安装基座240b持续保持锁定，闩锁装置230a按预定时间间隔与安装基座240a保持锁定或解除锁定，在面板210的重力作用下，面板210连同框架220a向左下方旋转从而改变面板210的倾斜角，如图4所示；当面板210向左下方旋转至最低位置，即一个周期结束后，闩锁装置230a与安装基座240a保持持续锁定，而闩锁装置230b按预定时间间隔与框架220b相互配合实现面板210向右下方的旋转，如图5所示；图6示出面板210向右下方旋转至最低位置的状态，此时，可利用手柄或自动旋转机构(例如齿轮箱)等复位方式将面板沿箭头方向复位到最高位置。

[0036] 结合图7至图10，其中图7示出了可实现本实用新型的闩锁装置和框架的结构示意图，图8示出了根据本实用新型的闩锁装置的示意图，图9和图10则示出了将本实用新型应用于太阳能面板的示意图。图7的示例中，在框架220的滑槽221的一个内表面上设有锯齿形卡钩222，在图9和图10中，滑槽221a或221b的相对的两侧内表面可分别设有锯齿形卡钩222a或222b。

[0037] 根据本实用新型的闩锁装置231的执行部件在此具体为如图7示出的沿滑槽221滑动的滑轮232和能够与卡钩222咬合的卡销233。卡钩222的位置根据一年中每个月的最佳倾斜角来确定，例如图中所示按照类似太阳运动轨迹来对应12个月份设置12个卡钩。在特定月份，卡销233与对应卡钩222的配合能够支撑面板并将其以特定的最佳倾斜角保持锁定。卡销233与卡钩222的解锁以这样的方式来实现，如图8所示，滑轮232和卡销
233通过驱动轴234耦接至计时器231，并在驱动轴234上设置有扭力弹簧235。一旦计时器231累积到某一时间，驱动轴234被触发并驱使与其相连的滑轮232沿图8中向右或向左的方向移动，从而释放卡销233和卡钩222的锁定状态，滑轮232在面板重力作用下开始沿滑槽221滑动，同时由于扭力弹簧235的作用使滑轮232和卡销233快速向左或向右移动恢复到卡销233与卡钩222的锁定状态，使得面板210下降并以新的倾斜角在下一锁定位置处保持锁定。

[0038] 图9和图10中还示出了设置在面板210上的手柄250，用于例如在一年后使闩锁装置同时保持解锁，然后通过人力将面板提升至初始位置。当然，对于本领域技术人员而言，其他的复位方式也是可能的。在将本实用新型的自旋转机构200应用于太阳能面板时，考虑到结构复杂性和成本效益，可将上述面板210构造为固定连接至太阳能面板300底部的驱动板，如图11所示。还可提供一种补充结构500使得太阳能面板300水平旋转，以获得太阳能面板的最佳方位角，该补充结构500可采用例如蜗轮蜗杆的传动方式由电力驱动太阳能面板水平旋转，在此不做进一步描述。通过将本实用新型的由重力驱动的自旋转机构应用于太阳能路灯400的供电电源，可获得经济高效的太阳能能源利用。 [0039] 以上已揭示本实用新型的技术内容及技术特点，然而可以理解，在本实用新型的创作思想下，本领域的技术人员可以对上述公开的通信网络结构作各种变化和改进，但都属于本实用新型的保护范围。上述实施方式的描述是例示性的而不是限制性的，本实用新型的保护范围由权利要求所确定。

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