自然光束采集和导入的装置

技术领域

本发明属于太阳能利用技术领域，特别涉及一种自然光束采集和导入的装置。

背景技术

随着我国经济的不断发展，城市住宅区发展迅速，人民对于美好生活的需求也不断提高，对于住宅的要求已不仅仅是遮风挡雨、避暑耐寒，还有更好的采光位置、更长久的采光时间，而且自然光对于人的生理健康和心理需求的积极作用也是其他任何一种光源无法替代的，但是越来越高的城市空间利用率，难以满足人们的这一诉求。

目前公开号为CN105213119A的发明专利公开了新型主动式阳光导入装置，主要包括导光筒、骨架、底面导光板和导光格栅片，本发明主动式适应了一年四季不同时段太阳光，但不能保证太阳光总是以相同角度射入导光筒，降低了导光效率；公开号为CN103851531B的发明专利公开了一种太阳能导光系统，包括上灯体、下灯体、采光罩、太阳能电池板、蓄电池、PCB板和LED灯珠，室外的光线经过采光罩聚集后折射进入导光管，在导光管中经过多次反射、折射，到达漫射器，漫射器将光线均匀分散，然后从下灯体射出，该系统没有主动追光的功能，不能适应太阳运行方位角的变化。

目前，国内外为解决采光问题设计的产品样式繁多，除改变门窗结构的产品外，类似的产品多为两种形式：第一种是利用逐日系统追光完成对阳光的采集，并将采集的阳光利用光导纤维或导光管进行传播，最终导入室内；第二种是利用太阳能电池板完成充电，再运用储存的电能完成照明。第一种结构形式若采用光导纤维传播阳光，对于逐日系统、微电脑控制系统、伺服系统要求较高，高精度的控制系统会带来高的生产成本，而且长距离输送成本急剧增加，不适合大范围布置和远距离导光，若采用导光管作为阳光输送的方式，整个系统一经安装便不能移动，随着太阳运行方位角的变化，被采集的阳光在导光管内反射的情况会有所变化，对于固定安装的导光管来说，不能适应时变的反射光路，不仅会影响导光效果，也限制了导光管路的铺设线路，且由于线路问题在建筑物上加工通道，适用性差，为解决成本问题带来巨大的损失与限制，得不偿失。第二种结构形式，只是解决了照明与环保问题，本质与直接运用电能进行照明相同，无法满足对自然光的需求。

综上所述，对于现有技术的逐日系统成本过高、导光管不能适应光束入射角变化等问题并没有得到充分解决，因此研究一种结构简单可靠、制造与维修成本低、导光系统安装适应性强的自然光束采集和导入的装置是很有必要的。

发明内容

针对以上情况，本发明的目的在于提供一种结构简单可靠、制造与维修成本低、导光系统安装适应性强的自然光束采集和导入的装置，其包括集光装置、导光装置和散光装置；所述集光装置通常设置在室外采光较好的地方，其包括固定支架、追光组件、集光组件和感光组件；所述追光组件转动连接在所述固定支架的正上方；所述集光组件转动连接在所述追光组件的正上方；所述感光组件固定设置在所述集光组件的正上方；所述导光装置为管道结构，其一端固定设置在所述固定支架上，另一端与所述散光装置固定连接。

进一步的，所述追光组件包括第一转动副、第二转动副、第三转动副、第四转动副、追光转动架、齿轮轴以及齿轮组；所述第一转动副设置在所述固定支架上端的前侧；所述第二转动副设置在所述固定支架上端的后侧，且与所述第一转动副同轴；所述追光转动架设置在所述固定支架的正上部，且通过所述第一转动副和所述第二转动副与所述固定机架转动连接；所述第三转动副设置在所述追光转动架上部的左侧；所述第四转动副设置在所述追光转动架上部的右侧，且与所述第三转动副同轴；所述齿轮轴设置在所述第四转动副的后侧，且其轴线与所述第四转动副平行；所述齿轮组设置在所述第四转动副和所述齿轮轴上。

进一步的，所述集光组件包括太阳能板、聚光板、集光转动架、凹透镜支架、凹透镜、调节螺栓、调节弹簧、调节螺母、反光镜以及电池配重块；所述集光转动架设置在所述追光转动架的正上方，且通过所述第三转动副和所述第四转动副与所述追光转动架转动连接；所述聚光板固定连接在所述集光转动架的正上方；所述太阳能板固定连接在所述集光转动架上端的左侧；所述凹透镜支架设置在所述集光转动架的中部，且通过所述调节螺栓、所述调节弹簧和所述调节螺母与所述集光转动架连接；所述调节螺栓的螺栓头焊接在所述集光转动架上；所述凹透镜固定连接在所述凹透镜支架上；所述反光镜设置在所述集光转动架的中下部，且与所述集光转动架转动连接；所述电池配重块设置在所述集光转动架的正下方，且与所述集光转动架固定连接。

进一步的，所述感光组件包括均固定连接在所述太阳能板上的第一追光狭缝、第二追光狭缝、第一光敏传感器、第二光敏传感器以及第三光敏传感器；所述第一追光狭缝设置在所述第一光敏传感器正上方，自然光可通过所述第一追光狭缝照射到所述第一光敏传感器上；所述第二追光狭缝设置在所述第二光敏传感器正上方，自然光可通过所述第二追光狭缝照射到所述第二光敏传感器上。

进一步的，所述第一追光狭缝的长度方向与所述第二追光狭缝的长度方向垂直，且所述第一追光狭缝的长度方向与所述第一转动副和所述第二转动副的轴线平行，所述第二追光狭缝的长度方向与所述第三转动副和所述第四转动副的轴线平行。

进一步的，所述导光装置包括平面镜、柔性反光镜以及外壁；所述外壁呈管道状，其始端和末端均在垂直其轴线的平面上固定设置有平面镜；所述柔性反光镜设置包覆在所述外壁的内侧。

进一步的，所述散光装置一般设置在室内，其包括凸透镜和匀光板，所述导光装置传导进室内的光束首先经过所述凸透镜，再经过所述匀光板发散。

本发明的特点和有益效果是：

1、本发明提供的自然光束采集和导入的装置，导光管路安装线路布置要求低，可以根据需求变换线路，无需对建筑物结构做出改变。

2、本发明提供的自然光束采集和导入的装置，采用机械结构为主、电控系统为辅的形式，使得对于电子设备的依赖低，可靠性高。

3、本发明提供的自然光束采集和导入的装置，产品价格适中，普通家庭可以承受，用户通过较少的经济付出，便能大大提升生活品质。

4、本发明提供的自然光束采集和导入的装置，减少了照明用电量，而且太阳能电池板可供自身用电，节能环保，契合了我国可持续发展的国家战略。

附图说明

图1是本发明的应用场景示意图；

图2是本发明集光装置的结构示意图；

图3是本发明集光组件的结构爆炸示意图；

主要附图标记：

1、集光装置；2、导光装置；3、散光装置；11、固定支架；12、追光组件；121、第一转动副；122、第二转动副；123、第三转动副；124、第四转动副；125、追光转动架；126、齿轮轴；127、齿轮组；13、集光组件；131、太阳能板；132、聚光板；133、集光转动架；134A、凹透镜支架；134B、凹透镜；135A、调节螺栓；135B、调节弹簧；135C、调节螺母；136、反光镜；137、电池配重块；14、感光组件；141A、第一追光狭缝；141B、第二追光狭缝；142A、第一光敏传感器；142B、第二光敏传感器；142C、第三光敏传感器；21、平面镜；22、柔性反光镜；23、外壁；31、凸透镜；32、匀光板。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

需要说明的是，在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“顶部”、“底部”、“一侧”、“另一侧”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作。

本发明提出自然光束采集和导入的装置，如附图1所示，其包括集光装置1、导光装置2和散光装置3；集光装置1通常设置在室外采光较好的地方，其包括固定支架11、追光组件12、集光组件13和感光组件14；追光组件12转动连接在固定支架11的正上方；集光组件13转动连接在追光组件12的正上方；感光组件14固定设置在集光组件13的正上方；导光装置2为管道结构，其一端固定设置在固定支架11上，另一端与散光装置3固定连接；导光装置2包括平面镜21、柔性反光镜22以及外壁23；外壁23呈管道状，其始端和末端均在垂直其轴线的平面上固定设置有平面镜21；柔性反光镜22设置包覆在外壁23的内侧；散光装置3一般设置在室内，其包括凸透镜31和匀光板32，导光装置2传导进室内的光束首先经过凸透镜31，再经过匀光板32发散。

其中，如附图2所示，追光组件12包括第一转动副121、第二转动副122、第三转动副123、第四转动副124、追光转动架125、齿轮轴126以及齿轮组127；第一转动副121设置在固定支架11上端的前侧；第二转动副122设置在固定支架11上端的后侧，且与第一转动副121同轴；追光转动架125设置在固定支架11的正上部，且通过第一转动副121和第二转动副122与固定机架转动连接；第三转动副123设置在追光转动架125上部的左侧；第四转动副124设置在追光转动架125上部的右侧，且与第三转动副123同轴；齿轮轴126设置在第四转动副124的后侧，且其轴线与第四转动副124平行；齿轮组127设置在第四转动副124和齿轮轴126上。

如附图2和附图3所示，集光组件13包括太阳能板131、聚光板132、集光转动架133、凹透镜支架134A、凹透镜134B、调节螺栓135A、调节弹簧135B、调节螺母135C、反光镜136以及电池配重块137；集光转动架133设置在追光转动架125的正上方，且通过第三转动副123和第四转动副124与追光转动架125转动连接；聚光板132固定连接在集光转动架133的正上方；太阳能板131固定连接在集光转动架133上端的左侧；凹透镜支架134A设置在集光转动架133的中部，且通过调节螺栓135A、调节弹簧135B和调节螺母135C与集光转动架133连接；调节螺栓135A的螺栓头焊接在集光转动架133上；凹透镜134B固定连接在凹透镜支架134A上；反光镜136设置在集光转动架133的中下部，且与集光转动架133转动连接；电池配重块137设置在集光转动架133的正下方，且与集光转动架133固定连接；通过调节调节螺母135C，可以保证凹透镜134B中心位于聚光板132的焦点处；电池配重块137一方面可把太阳能板131转化的电能储存起来用于自身供电，另一方面可起到配重的作用。

如附图2所示，感光组件14包括均固定连接在太阳能板131上的第一追光狭缝141A、第二追光狭缝141B、第一光敏传感器142A、第二光敏传感器142B以及第三光敏传感器142C；第一追光狭缝141A设置在第一光敏传感器142A正上方，自然光可通过第一追光狭缝141A照射到第一光敏传感器142A上；第二追光狭缝141B设置在第二光敏传感器142B正上方，自然光可通过第二追光狭缝141B照射到第二光敏传感器142B上；第一追光狭缝141A的长度方向与第二追光狭缝141B的长度方向垂直，且第一追光狭缝141A的长度方向与第一转动副121和第二转动副122的轴线平行，第二追光狭缝141B的长度方向与第三转动副123和第四转动副124的轴线平行。

本发明的具体工作过程如下：

感光过程中，若第三光敏传感器142C未感光，则判断为黑天；若第三光敏传感器142C感光，则判断为白天，追光组件12开始调整，直至自然光射入第一追光狭缝141A和第二追光狭缝141B分别让第一光敏传感器142A和第二光敏传感器142B感光；

追光过程中，若通过第三光敏传感器142C判断为黑天，则追光转动架125通过第一转动副121和第二转动副122转向东方，为第二天的初始光束准直及追光做准备；若通过第三光敏传感器142C判断为白天，首先追光转动架125通过第一转动副121和第二转动副122调整转向直至第一光敏传感器142A感光，然后集光转动架133通过第三转动副123和第四转动副124调整转向直至第二光敏传感器142B感光，此时聚光板132正对太阳，完成追光；

集光过程中，聚光板132将直射在其上的自然光聚焦，自然光经过与聚光板132焦点重合的凹透镜134A发散为平行光束，平行光束经过反光镜136反射后，通过中空的第一转动副121射出；

导光过程中，从集光装置1射出的平行光束透过平面镜21导入导光装置2内，经过柔性反光镜22的多次反射后，平行光束透过导光装置2末端的平面镜21导出导光装置2内，集中的平行光束沿着类潜望镜管道传输，在反光镜136高效反射导光的同时，柔性反光镜22可以辅助导光，用来弥补追光误差、机械误差而引起的光路微小偏离，亦可使装置整体精度不必过高，降低成本，管道安装方式类似于排烟通风管道，可安装在楼顶、楼外侧。

散光过程中，从导光装置2射出的平行光束先透过凸透镜31发散，再通过匀光板32均匀化得到人能接受的温和阳光。

以上的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。