专利名称：多功能弹簧自动跟日器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种承载采能器的利用太阳能的自动跟日装置。
现有的自动跟日装置，有单轴跟踪与双轴跟踪。单轴跟踪器的误差大，使用范围有局限性。目前的双轴跟踪装置，无论是传感器式、阴影跟踪式或计算机程控式等，虽各有优点，但普遍存在的问题是成本高，要耗电，并要受有无电的制约；若涉及到用采能器的重量来辅助马达拖动时，还要受地理纬度限制。因此，难以普及到千家万户用的家用采能器上。不用电的自动跟日器，例如液压式、重锤式、偏重式、浮力式等等，虽有成本低、不用电之优点，但普遍存在的问题是受地理纬度局限性大，适用地域小；并且难以承载较重的采能器(如太阳能热水器等)；或者，每天起动时，为了把角速度调到15°／小时，颇费时间；或者对风干扰的抵抗力差。
本实用新型的任务，是提供一种操作简便、成本低廉、不消耗常规能源，可用于除两极附近以外的广泛地域，具有较高跟踪精度，能承受较大负载，抗风干扰能力强，具有多种跟踪方式，并能使采能器自动产生某种保护动作的自动跟日装置。
本实用新型的实现方法和原理为实现时角跟踪是用弹簧(扭簧，或拉压簧，或蜗卷弹簧等等)作为储能和动力元件，用时钟及其外齿轮作为主控元件，用较小的弹簧作为助动元件，用杠板组件进行力和力矩的变换、放大和位移的同步。赤纬跟踪是每隔一日或数日，把蜗杆在蜗扇上的啮合位置调整一下来实现。
附图为本实用新型的实施例之一，其中
图1A－A为正视图，图2B－B为侧视图，图3是俯视图，图中同一序号，代表同样或同一零件。现以此例，说明多功能自动跟踪原理。
在上述视图中，若早晨把采能器托架［14］扳向东方(即
图1A－A中空心箭头方向)，则扭簧［15］和绕在心轴［31］上的拉压簧［30］都因形变而储存了能量，弹性恢复力将分别推斥托架［14］和触簧板［19］，使时角轴［20］发生向西转动(即沿
图1A－A中的实心箭头方向)的趋势。固定在时角轴［20］上的主力轮［18］，利用绕过自身和链过轮［2］的挠性元件［22］(
图1A－A中的点划线)牵拉载链板［8］，H和G是这个挠性元件在载链板上的两个连结点，由于H和G在销轴F的异侧，并且这三个点不在平行于导轨的同一直线上，故其效果是形成以销轴F为支点的力矩和把销轴F向右下方拉的拉力，因销轴F连接着载链板［8］与付杠板［6］，而付杠板上的触头C和D与上导轨［5］之间有摩擦力，故此拉力的分力使付杠板［6］产生沿顺时针方向转动的力矩，结果增大了和上导轨之间的压力及摩擦阻力；另一方面，以销轴F为支点的力矩，使载链板［8］压迫销轴E，因销轴E是连接载链板［8］与主杠板［7］的，故在上导轨［5］和下导轨［3］对主杠板［7］上的触头B和Q的配合作用下，使主杠板［7］得到沿顺时针方向转动的力矩，此力矩会变成上、下导轨对主杠板［7］的摩擦阻力。若在
图1A－A中位于下导轨附近的主杠板［7］上，即被称为杠板组件的控制端上，不受到向右的拉力，则时角轴［20］虽受了弹簧的恢复力矩，也不能转动。因为触头Q和B间隔很大，Q点处的摩擦力的阻碍作用很大。摩擦阻力。若在
图1A－A中位于下导轨附近的主杠板［7］上，即被称为杠板组件的控制端上，不受到向右的拉力，则时角轴虽受了弹簧的恢复力矩，也不能转动。因为触头Q和B间隔很大，Q点处的摩擦力的阻碍作用很大。
控制轴［25］上，固定着付力轮［29］和变速齿轮［26］及付滑轮［24］，受付力轮［29］用转动方式牵拉的挠性元件(
图1中的点划线)，从付力轮［29］和链过轮［2］上绕过后，每个端点都连结到杠板组件的控制端上。从蜗簧原筒［4］上出来的蜗卷弹簧［1］的端头连结在付滑轮［24］上，并且在付滑轮［24］上还连结着挠性元件［22］的下端，挠性元件［22］的上端连结在调链板［10］上，调链板［10］用销轴连在主滑轮［21］上，可活动，在半月形的主滑轮的非园弧面和调链板［10］之间有楔块［9］。变速齿轮［26］与时钟［28］的外齿轮［27］可以啮合或脱离，因为时钟外齿轮［27］的轴的一端是连在受离合杠杆［12］操纵的承轮板［32］上的，离合杠杆［12］又受档块［11］的作用。由
图1和图2可见，当把采能器托架沿空心箭头方向扳动时，调链板［10］便利用挠性元件［22］拉动付滑轮［24］，把蜗卷弹簧［24］卷在其上；变速齿轮［26］也利用相啮合的时钟外齿轮［27］，给时钟上紧发条。所以，只要把时角轴沿空心箭头方向扳动，就会给整个机器储存能量。扳动停止后，时钟外齿轮［27］利用变速齿轮［26］使控制轴［25］与时针作同步的转动，但因力矩不够，所以必须要有卷在付滑轮［24］上的蜗卷弹簧［1］的助动，联合作用的结果，使付力轮［29］利用挠性元性拉动杠板组件的控制端向右移动。由于触头Q到B的距离，远大于触头B到销轴E的距离，根据杠杆原理，在控制端上施以很小的向右拉力，就能使杠板组件受到很大的沿逆肘针方向转动的力矩，把它在主力端上所受的压迫导轨的力矩，抵消很大一部分，这样一来，主力轮对销轴F的拉力在平行于导轨方向的分力就会显示作用，所以上、下两端同时牵拉的结果，杠板组件就可沿导轨滑移。由于主力轮和付力轮的节园直径相等，所以时角轴也与时针以同步的角速度转动。只要把蜗簧原筒［4］上的蜗卷弹卷［1］的刚度选择适当，并把时钟的快慢针调节适当，就能使娇弱的时钟，准确地控制采能器的转速。
若承载轻型采能器，只用一个扭簧或拉压簧即可。若承载较重的采能器，需用多个弹簧储能。但此时的起动力并不需要很大，这只要使拉压簧［30］和扭簧［15］的中性点(即弹簧形变为零的点)在时角轴上的方位，安排得与采能器的重量和使用地点的地理纬度大致相适应即可，这样做的结果，虽然承载了重量大的采能器(如太阳能热水器或万能太阳箱)，妇女和少年也能扳得动。
这是因为，在早晨当采能器指向东方时，它的重力矩为最大，弹簧的恢复力矩也为最大，这两种力矩是反向的，应当使它们抵消一部分，选择弹簧恢复力矩的剩余部分，作为向西运转的动力；当在傍晚时，采能器的重力矩又为最大，弹簧的已过了中性点的反向形变(例如早晨的压簧现已变成了拉簧)的恢复力矩也为最大，所以，这两种力矩仍是反向的。过中性点后，就要选择重力矩的剩余部分为继续向西运转的动力。愈靠近两极，重力矩对运转的贡献愈小，但只要正确地计算各种力和巧妙地把弹簧组合，加之用杠杆省力原理，同样能使起动很容易。当不用附设杠杆起动时，起动力不应设计得太小，否则，影响对风干扰的抵抗力。
由于家庭生活的多种需要，万能太阳箱等采能器有时需要对太阳作超前或滞后跟踪，有时需要停止在任意需要的方位上等等，这就需用操纵机构中的离合杠杆［12］、挡块［11］、调链板［10］与楔块［9］。例如要使采能器沿实心箭头方向快转一角度，可先压紧楔块［9］。采能器就停转了，然后扭动一下挡块［11］，则与离合杠杆［12］相连的承轮板［32］就使时钟外齿轮与变速齿轮脱离，然后撬松楔块［9］，同时掌握着采能器，就能快转一个所需的角度。当压紧楔块［9］时，整个机构自动停止，然后，压下离合杠杆［12］，拨回挡块［11］，撬松楔块［9］，采能器又与时针同步的前进。
动力输出元件［13］，是能绕固定在支架上的心轴进行运动的传力元件，例如杠杆或轮子，到一定时候，把时角轴的运动能传到采能器的某部位上，产生需要的动作，例如在傍晚时，自动为采能器加盖子，以保温过夜或防风沙。
支架［23］是支持整个机器和采能器，它有高度可调的腿，以便在楼房的向阳台上或农村的院子、屋顶等向阳处安装时，把时角轴［20］调到与地轴平行。
赤纬跟踪组件包括蜗扇［16］和蜗杆［17］，蜗扇固定在时角轴［20］上，蜗杆与采能器托架［14］连接。根据采能器对跟踪精度的要求，选择在一日或数日，把蜗杆扳多大角度，即在蜗扇上的啮合位置移动多少。改变啮合位置，采能器就绕赤纬轴转过一定角度。
本实用新型的主要优点为(1)成本低廉，因为它不需用较贵的材料，又容易加工；(2)不耗常规能源，不受停电影响；(3)能承载重量较大的采能器(如万能太阳箱或现行的太阳能热水器、太阳电池板等)；(4)操作简便。若用于正常跟踪，则在一天之内，除了把时角轴扳一下以储够能量之外，不需其他操作和能源供给，妇女和少年也能起动；(5)跟踪精度较高而且稳定；(6)能用于除两极及其附近之外的广大纬度区；(7)能满足如像万能太阳箱等采能器所需的多样跟踪和自动对集热器施加保护动作；(8)抗风干扰能力强，(9)不受阴晴多变的天气和季节的限制因此，本实用新型可广泛用于家用集热器和阳光发电或太阳能加热沥青铺路等各领域。
权利要求1.一种由时角跟踪系统，赤纬跟踪组件、采能器托架及支架构成的自动跟日器，其特征在于(a)时角跟踪系统包括时角轴组件、杠板组件、控制组件和操纵机构，时角轴组件由时角轴、弹簧、主力轮、主滑轮、链过轮、挠性元件和动力输出元件组成，主力轮与和主滑轮固定在时角轴上，受主力轮用转动方式牵拉的挠性元件，从链过轮上绕过后，每个端点都连结在杠板组件主力端的载链板上，动力输出元件是由固定在支架上的心轴和能绕心轴运动的传力元件构成，杠板组件由主、付杠板、载链板和导轨组成，主付杠板上各有两个触头与导轨接触，载链板上有两个销轴各与主、付杠板连接，主杠板上两个触头之间距离，大于从主杠板的主力端触头到连接主杠板与载链板的销轴之间距离，控制组件包括固定在控制轴上的付力轮，变速齿轮和付滑轮，以及时钟及其外齿轮和助动弹簧及挠性元件，受付力轮用转动方式牵拉的挠性元件，从链过轮上绕过后，每个端点都连结在杠板组件的控制端，时钟外齿轮与变速齿轮啮合，操纵机构包括离合杠杆、承轮板、调链板、楔块以及两端分别受调链板和付滑轮牵拉的挠性元件。(b)赤纬跟踪组件包括蜗扇和蜗杆，蜗扇固定在时角轴上，蜗杆与采能器托架连接。
2.根据权利要求1所述的自动跟日器，其特征在于支架具有和地理纬度相对应的高度可调的腿。
专利摘要本实用新型提供了一种在太阳能利用中自动跟踪太阳时角，并能跟踪太阳赤纬的多功能自动跟日器。用于集热、制冷、采光和阳光发电等各方面，能多样跟踪和自动对集热器施某些工作。具有成本低、不用电、操作简便、承载能力大、适用地域广、跟踪精度高等优点。它用弹簧作储能和动力元件，用小时钟作主控元件，用杠板组件进行力和力矩的变换、放大和位移同步，实现时角自动跟踪。赤纬跟踪是按精度需要而调整蜗杆在蜗扇上的啮合位置。
文档编号F24J2/38GK2045470SQ88205849
公开日1989年10月4日 申请日期1988年5月24日 优先权日1988年5月24日
发明者王存义 申请人:王存义