一种可升举折叠的箱式太阳能高效发电装置的制作方法

本发明涉及一种可升举折叠的箱式太阳能高效发电装置，属于太阳能利用技术领域。

背景技术：

能源危机已经成为全人类面临的一个共同问题，寻找和开发新能源成为全球共同面对的一个课题。太阳能以其清洁、可再生、分布广泛的优点备受关注，成为了大家研究和探讨的一个重要方向。户外运动包括骑行、露营、出游等健身活动越来越受到人们的青睐，在出游的过程中易出现电子设备电量不足又无法充电的情况。

随着资源勘探、抢险救灾、海岛值班、野外通讯、行军打仗等极端环境下电子设备携带越来越多，电量需求剧增，尤其是对直流电源的需求。由于缺乏现成的充电电源，携带量有限且充电不方便，仪器设备在电源耗尽时便无法继续开展相关工作，给野外工作带来极大阻碍；另一方面，现有的户外发电技术譬如柴油发电机、汽油发电机等等由于重量大便携性极差、工作噪音明显、隐蔽性差、发热严重需要水源冷却、不间断耗油，成本较高、费时费力等等缺陷具有很大局限性。鉴于上述地广人稀的恶劣环境中往往光照充足，分布广泛，易获取，其为分布式太阳能发电装置的设计和应用提供了条件。

目前较为广泛普及的分布式太阳能发电方式分为两种，一是基于家庭或者单个用电单位的固定式光伏发电阵列，通过将多块较大面积的电池板布置在房屋屋顶、墙面或者周边空地上，经过蓄电池存储和逆变器转化成交流电供用户使用。但是电池板阵列位置固定且占地面积大，不能实现便携和随机使用；二是基于户外运用的小型单块或多块电池板组装体，如专利CN 203104029、CN 202696506U，尽管也采用了支撑和便于携带的结构，由于缺乏旋转驱动功能，不能够实现太阳光高度角追随，电池板无法充分地接收阳光的照射，导致有效发电面积较小，发电效率不足，无法满足用电需求。并且，没有基于人体工程学的用户体验设计，使用过程中收纳、伸展不方便，容易导致部件破坏失效。

技术实现要素：

针对以上所述便携式太阳能发电装置使用过程中收纳、伸展不方便，容易导致部件破坏失效，本发明提出一种收缩自如、使用方便、旋转自如的可升举折叠的箱式太阳能高效发电装置。

本发明所述的一种可升举折叠的箱式太阳能高效发电装置，其特征在于：包括电池板折叠机构、全方位旋转跟踪机构、伸缩机构、蓄电池模块以及铺展式外壳，所述的电池板折叠机构安装在所述的全方位旋转跟踪机构的顶部，所述的全方位旋转跟踪机构的底部安装在所述的伸缩机构顶部，所述的伸缩机构的底部与所述的蓄电池模块固接；所述的蓄电池模块底部安装在所述的铺展式外壳内部；

所述的全方位旋转跟踪机构包括上驱直流电机、用于安装上驱直流电机的水平电机座、下驱直流电机、用于安装下驱直流电机的竖直电机座、下齿轮传动组件、上齿轮传动组件以及用于固定水平电机座的托盘，所述的竖直电机座安装在所述的伸缩机构的顶部，所述的下驱直流电机的竖直动力输出端通过下齿轮传动组件与所述的托盘连接，实现电池板水平方向的转动；所述的托盘上表面设有带水平通孔的支撑座；所述的上齿轮传动组件固装在折叠杆上，所述的上驱直流电机的水平动力输出端通过上齿轮传动组件与所述的折叠杆连接，实现电池板竖直方向的转动；

所述的电池板折叠机构包括多块太阳能电池板、支撑块和折叠杆，所述的太阳能电池板通过合页与所述的支撑块铰接；所述的折叠杆贯穿支撑块上的通孔，所述的支撑块安装在折叠杆穿出通孔的两端部；

所述的蓄电池模块包括蓄电池、充放电控制器和用于容纳蓄电池的电池盒，所述的蓄电池的存储接口通过带控制键的控制电路与所述的电池板、所述的充放电控制器串联，所述的蓄电池设有多组放电接口，其中一组放电接口通过控制电路分别与所述的上驱直流电机的控制端、下驱直流电机的控制端电连，剩余的放电接口与外部用电设备连接；所述的电池盒固装在所述的铺展式外壳的底座内表面，并且所述的电池盒的侧壁设有与放电接口对应的输出接口；

所述的铺展式外壳包括底座、围在底座边缘的侧板以及顶盖，所述的底座的边缘与所述的侧板底边铰接，所述的顶盖扣合在所述的侧板围成的开口处。

所述下驱齿轮传动组件包括竖直布置的空心圆柱、与下驱直流电机的竖直动力输出轴固接的第一主动齿轮以及用于与第一主动齿轮啮合的第一从动齿轮，空心圆柱上下两端部的内径分别封装上轴承和下轴承，其中所述的上轴承与所述的托盘固接，所述的下轴承与所述的伸缩机构上端固接；所述的第一从动齿轮套接在所述的空心圆柱的下端外壁，并且第一从动齿轮与空心圆柱周向固定。

所述的上驱齿轮传动组件包括壳体、第二主动齿轮、以及用于与第二主动齿轮啮合的第二从动齿轮，所述的壳体安装在所述的托盘上，并且所述的折叠杆穿过所述的壳体上部的通孔，所述的第二从动齿轮固接在所述的折叠杆上，所述的第二从动齿轮与安装在上驱直流电机的水平动力输出轴上的第二主动齿轮啮合。

所述伸缩机构包括多根空心的支撑杆以及弹性卡接件，上一根支撑杆的底部通过弹性卡接件与相邻的下一根支撑杆上部弹性卡接；所述蓄电池机构的用于与太阳能电池板折叠机构、全方位旋转跟踪机构相连的导线从支撑杆内部从上到下穿出；所述的弹性卡接件包括第一弹簧、用于卡入支撑杆定位通孔内的球头圆柱以及第一销钉，所述的第一弹簧的两端通过销钉各固定一个所述的球头圆柱以及第一销钉。

所述的折叠杆包括第一折叠杆、第二折叠杆和连接件，所述的连接件包括空心圆环、第二弹簧以及固定挡圈，所述的第一折叠杆的顶部设有用于卡入空心圆环的嵌套接头，所述的第一折叠杆的嵌套接头通过铰接销钉与第二折叠杆铰接；所述的空心圆环套接在所述的第二折叠杆处，并且所述的空心圆环端面抵在第一折叠杆的挡圈上；所述的折叠杆两端部分别对称安装多块太阳能电池板，其中太阳能电池板两两通过合页铰接相连形成多组折叠电池板组，位于折叠杆同侧的折叠电池板组之间通过合页铰接。

所述的铺展式外壳为长方体结构，所述铺展式外壳包括底座、顶盖和四块侧壁，所述的底座的四条边通过向上翻折90°的直角铰链与四块侧壁铰接，所述的顶盖扣合在四块侧壁形成的四边形开口上，并且所述的顶盖与相对的两块侧壁之间设有固定锁。

所述的固定锁包括箱扣环以及与箱扣环配合的箱扣板，所述的箱扣环安装在所述的顶盖上，所述的箱扣板安装在侧壁相应的位置上。

所述的顶盖顶部设有提手。

具体的，所述的上驱直流电机、所述的下驱直流电机采用额定电压12v的ASLONG-JGB37-520减速马达；所述的下齿轮传动组件、上齿轮传动组件的齿轮为2模22齿正齿轮，主动齿轮厚度12mm，从动齿轮厚度20mm；所用轴承为16001/12*28*7mm；所述的控制电路为12V/24V-20A；所述的电池板为5V/200MA磨砂硅系列电池板；所用蓄电池为光合硅能12V/4.5AH免维护蓄电池；输出端口采用可调节1.5～12V的宽电压值，USB和正负极双接口。

本发明的设计思路：

(1)整体结构方面，采用基于人体工程学携带方便原理的长方体结构。将太阳能电池板、折叠杆、直流电机及齿轮传动机构、伸缩机构、蓄电池、充放电线路、输出端口以及控制键等部件集成在一长方体盒子结构中。收纳完成后，一方面能够充分利用好现有空间，紧凑度高，易于携带。另一方面有利于减少污染物进入装置导致缩减太阳能电池板、太阳能充放电控制器、蓄电池、电线等部件的使用寿命。伸展时，装置在较宽底座和四块侧壁的支撑下，可加装双倍数量电池板和达到三倍升举高度，提升装置发电总功率。

进一步，太阳能电池板竖直方向被托举到三倍初始高度，横向展开后形成对称合页状结构，极大地向装置上方空间扩展，较为充分接收太阳光的照射。

(2)伸展收缩细节方面，布置在圆柱形空心支撑杆中弹性卡接件，能够在伸长时利用弹簧弹力卡住两级不同直径圆管实现多段式伸出，收缩时借助外力弹簧回缩解开卡扣完成多段式缩回。为发明内容所述(1)集成在一整体长方体结构提供收缩为原始尺寸、提高稳定性的功能；为发明内容所述(1)伸展后向上方空间扩展提供多倍数电池板的竖直支撑和横向扩展。

(3)旋转跟踪太阳光传动结构方面，采用两组水平、竖直面“直流电机—齿轮”驱动机构，两个深沟球轴承提供折叠杆支撑和旋转，另外两个深沟球轴承分离与从动齿轮固定的托盘及以上部件和可伸缩支撑柱，从而直流电机输出到主动齿轮的扭矩得以传递到从动齿轮上，驱动托盘及以上部件旋转。

进一步，主从动齿轮副上外围布置有齿轮保护盒，里面敷设润滑脂，对碳碳复合齿轮材料进行润滑，用于隔绝外界杂质和保证动力传输持久安全。

(4)控制电路布置及输出方面，优选的，将蓄电池、充放电控制器、输出端口布置在底座上，加大了底座的重量，降低了整体装置的重心，便于平衡电池板及驱动机构带来的力矩以及使用过程中刮风等外部力对装置稳定性的影响，提高稳定性和适用性。为保证线路可靠、不易损坏、外观整洁，将太阳能电池板连接线路布置于伸缩机构内部，直至充放电控制器和蓄电池。输出端口采用可调节1.5～12V的宽电压值，USB和正负极双接口。

本发明的工作原理：

(1)伸展收纳工作原理

伸展方面，在野外阳光充足照射的空地上，将装置平稳放置在水平地面上。解除装置顶盖和四块侧壁扣紧的箱扣，将顶盖放置于旁边、四块侧壁向地面展开，通过铰链作用，四块侧壁将与底座保持在同一水平面上。然后将三段式竖直支撑杆伸出，在弹性卡接件支撑下，竖直支撑杆实现三倍升举高度。最后将折叠好的电池板旋转180度将其从折叠杆下方转到折叠杆上面，再将折叠杆解除折叠。顺着折叠杆方向将电池板与支撑块连接所用合页展开，将紧定螺钉拧紧，从而电池板整齐排列在折叠杆上。通过启动底座电源开关，利用“直流电机—齿轮”传动控制按钮调节电池板方向，使其正对太阳光，开始充放电工作。

收纳方面，装置使用完毕后，首先将电池板沿180度合页折叠，然后把紧定螺钉拧开，支撑块便可旋转到折叠杆下面。然后把折叠杆向下弯折，收好折叠杆。进一步，通过竖直支撑杆向下收缩到第一级，至此完成装置上部的收纳。最后将地面上的四块侧壁向上翻折，盖上顶盖，从而就收纳成一整体长方体结构。

优选的，如发明伸展收纳工作原理所述，装置顶盖、四块侧壁和底座材料采用铝合金材料，轻便强度高。折叠收纳后的集装式外壳强度高不易变形。

优选的，如发明伸展收纳工作原理所述，所用伸缩支撑柱、折叠杆采用不锈钢材料，强度高，变形量小，成本低廉。

(2)控制电路工作原理

运用太阳能电池板充放电控制器，实现从电池板发电—控制器—蓄电池和用户交互界面或直流电机-齿轮传动件的电力供应线路。电池板串并联组件在户外光照下，放电电压在14～18V，蓄电池采用额定电压为12V/4.5AH的电瓶，对外输出接口为1.5～12V的宽领域日常使用电器电压值，并预留12V蓄电池电瓶充电端口，满足电瓶车越来越广泛普及后的充电需求，整个输出接口采用可调节1.5～12V电压输出口。

优选的，如发明电气线路工作原理所述，所用太阳能电池板为5V/200MA磨砂硅系列电池板。

优选的，如发明电气线路工作原理所述，所用蓄电池为光合硅能12V/4.5AH免维护蓄电池。

优选的，如发明电气线路工作原理所述，所用太阳能发电控制器为12V/24V-20A，具有过热保护、电瓶防回流(倒流)、防雷保护、过充、过放保护、电量显示、欠压指示、光控+延时等功能。

本发明的有益效果是：

(1)该装置收纳后体积小，集装式长方体形状便于携带，操作简单，无噪声，适用于任何有光照的地区，不受地域限制。充放电控制器具有防过充、过放电的保护控制功能，具有性能可靠、安全的特点。设计中优化紧凑布局和尺寸，在保证基本功能基础上极大程度减小了装置体积，降低了重量。

(2)该装置工作伸展时可展开为三倍高度于普通小型发电装置，极大地增强了户外杂草、石头遮挡后接收阳光的适用性。电池板方面可配备对称双列数量，增强光照微弱情况下电功率和总发电量。

(3)该装置配备水平面和竖直面“直流电机—齿轮”驱动机构，可实现全方位太阳高度角调整，使得电池板正对光线方向，增大了单位电池板有效发电面积，提升了效率，减少了电池板铺设面积。

(4)将充放电控制器、蓄电池以及输出模块布置在底座上，一方面降低装置重心，增强了稳定性；另一方面也减轻了将其布置在托盘上带来的额外负荷以及旋转阻挡，避免了加重“直流电机—齿轮”旋转机构负担。

(5)以小型“发电机”形式提供日常1.5～12V宽领域电器供电，具体包含：手机、MP3、电脑、充电宝、照明灯、直流风扇、电瓶车蓄电池、监控场所、哨所用电、通讯用电等等。保证了输出模块使用过程的舒适度。

附图说明

图1为本发明伸展后发电工作示意图；

图2为本发明收好后成箱式长方体示意图；

图3为本发明收好后内部结构部件示意图；

图4为本发明衍生或拓展的实施例2伸展后发电工作示意图；

图5为本发明衍生或拓展的实施例2收好后成箱式长方体示意图；

图6为本发明的太阳能电池板组件展开示意图；

图7为本发明的太阳能电池板组件折叠示意图；

图8为本发明的折叠杆水平伸直时的示意图；

图9为本发明的折叠杆折好后的示意图；

图10为本发明中的同轴传动中下齿轮传动组件示意图；

图11为本发明中的同轴传动中下齿轮传动组件侧视图；

图12为图11的B-B向半剖视图；

图13为本发明中的下驱直流电机—下齿轮传动组件中电机及电机座示意图；

图14为本发明中的控制器、蓄电池及充放电组件电池盒示意图；

图15为本发明的可伸缩支撑柱三级收纳为一级示意图；

图16为本发明中的托盘及折叠杆支撑座示意图；

图17为本发明中的上驱直流电机—上齿轮传动组件中电机及电机座示意图；

图18为本发明衍生或拓展的实施例2中可伸缩横杆伸展示意图；

图19为本发明的可伸缩支撑柱、横杆级间工作的弹性卡接件示意图。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明

参照附图：

实施例1本发明所述的一种可升举折叠的箱式太阳能高效发电装置，包括电池板折叠机构1、全方位旋转跟踪机构2、伸缩机构3、蓄电池模块4以及铺展式外壳5，所述的电池板折叠机构1安装在所述的全方位旋转跟踪机构2的顶部，所述的全方位旋转跟踪机构2的底部安装在所述的伸缩机构3顶部，所述的伸缩机构3的底部与所述的蓄电池模块4固接；所述的蓄电池模块4底部安装在所述的铺展式外壳5内部；

所述的全方位旋转跟踪机构2包括上驱直流电机21、用于安装上驱直流电机的水平电机座22、下驱直流电机23、用于安装下驱直流电机的竖直电机座24、下齿轮传动组件25、上齿轮传动组件26以及用于固定水平电机座的托盘27，所述的竖直电机座22安装在所述的伸缩机构3的顶部，所述的下驱直流电机23的竖直动力输出端通过下齿轮传动组件25与所述的托盘27连接，实现太阳能电池板11水平方向的转动；所述的托盘27上表面设有带水平通孔的支撑座271；所述的上齿轮传动组件26固装在折叠杆上，所述的上驱直流电机21的水平动力输出端通过上齿轮传动组件26与所述的折叠杆连接，实现太阳能电池板11竖直方向的转动；

所述的电池板折叠机构1包括多块太阳能电池板11、支撑块12和折叠杆13，所述的太阳能电池板11通过合页111与所述的支撑块12铰接；所述的折叠杆13贯穿支撑块上的通孔，所述的支撑块12安装在折叠杆13穿出通孔的两端部；

所述的蓄电池模块4包括蓄电池、充放电控制器和用于容纳蓄电池的电池盒41，所述的蓄电池的存储接口通过带控制键的控制电路与所述的太阳能电池板11、所述的充放电控制器串联，所述的蓄电池设有多组放电接口，其中一组放电接口通过控制电路分别与所述的上驱直流电机的控制端、下驱直流电机的控制端电连，剩余的放电接口与外部用电设备连接；所述的电池盒41固装在所述的铺展式外壳5的底座内表面，并且所述的电池盒侧壁417设有与放电接口对应的输出接口以及用于控制全方位旋转跟踪机构2的控制键411，所述的输出接口包括USB插孔412和正负极孔413；所述的电池盒41顶盖414上设有用于供伸缩机构贯穿的支撑柱孔415以及用于供控制电路导线穿过的电线孔416；

所述的铺展式外壳5包括底座51、围在底座边缘的侧板52以及顶盖53，所述的底座51的边缘与所述的侧板52底边铰接，所述的顶盖53扣合在所述的侧板52围成的开口处。

所述下驱齿轮传动组件25包括竖直布置的空心圆柱251、与下驱直流电机的竖直动力输出轴固接的第一主动齿轮252以及用于与第一主动齿轮啮合的第一从动齿轮253，空心圆柱251上下两端部的内径分别封装上轴承254和下轴承255，其中所述的上轴承254与所述的托盘27固接，所述的下轴承255与所述的伸缩机构3上端固接；所述的第一从动齿轮253套接在所述的空心圆柱251的下端外壁，并且第一从动齿轮253与空心圆柱251周向固定。

上轴承254与下轴承255都为深沟球轴承。

所述的上驱齿轮传动组件26包括壳体261、第二主动齿轮262、以及用于与第二主动齿轮啮合的第二从动齿轮263，所述的壳体261安装在所述的托盘27上，并且所述的折叠杆13穿过所述的壳体261上部的通孔，所述的第二从动齿轮262固接在所述的折叠杆13上，所述的第二从动齿轮263与安装在上驱直流电机21的水平动力输出轴上的第二主动齿轮262啮合。

所述伸缩机构3包括三根空心的支撑杆(31、32、33)以及弹性卡接件34，上一级支撑杆的底部通过弹性卡接件34与相邻的下一级支撑杆上部弹性卡接；所述蓄电池机构4的用于与太阳能电池板折叠机构1、全方位旋转跟踪机构2相连的导线从支撑杆(31、32、33)内部从上到下穿出；所述的弹性卡接件34包括第一弹簧341、用于卡入支撑杆定位通孔内的球头圆柱以及第一销钉342，所述的第一弹簧341的两端通过销钉各固定一个所述的球头圆柱342以及第一销钉。

所述的折叠杆13包括第一折叠杆131、第二折叠杆132和连接件133，所述的连接件133包括空心圆环1331、第二弹簧1332以及固定挡圈1333，所述的第一折叠杆131的顶部设有用于卡入空心圆环的嵌套接头1311，所述的第一折叠杆131的嵌套接头1311通过铰接销钉与第二折叠杆132铰接；所述的空心圆环1331套接在所述的第二折叠杆132处，并且所述的空心圆环1331端面抵在第一折叠杆131的挡圈上；所述的折叠杆13两端部分别对称安装四块太阳能电池板11，其中太阳能电池板11两两通过合页铰接相连形成四组折叠电池板组，位于折叠杆13同侧的折叠电池板组之间通过合页铰接。

所述的铺展式外壳5为长方体结构，所述铺展式外壳5包括底座51、顶盖和四块侧壁52，所述的底座51的四条边通过向上翻折90°的直角铰链与四块侧壁52铰接，所述的顶盖53扣合在四块侧壁52形成的四边形开口上，并且所述的顶盖53与相对的两块侧壁之间设有固定锁54。

所述的固定锁54包括箱扣环541以及与箱扣环配合的箱扣板542，所述的箱扣541环安装在所述的顶盖53上，所述的箱扣板542安装在侧壁52相应的位置上。

所述的顶盖53顶部设有提手531。

具体的，所述的上驱直流电机、所述的下驱直流电机采用额定电压12V的ASLONG-JGB37-520减速马达；所述的下齿轮传动组件、上齿轮传动组件的齿轮为2模22齿正齿轮，主动齿轮厚度12mm，从动齿轮厚度20mm；所用轴承为16001/12*28*7mm；所述的控制电路为12V/24V-20A；所述的电池板为5V/200MA磨砂硅系列电池板；所用蓄电池为光合硅能12V/4.5AH免维护蓄电池；输出端口采用可调节1.5～12V的宽电压值，USB和正负极双接口。

实施例2本实施例与实施例1的区别之处在于折叠杆，本实施例采用伸缩横杆替代折叠杆结构，其余结构相同；所述的伸缩横杆14包括位于两端的端部横杆141和位于中部的横杆主体142，所述的两端的端部横杆141其中一个端部分别插入中间段的横杆主体142两端，并且端部横杆141与横杆主体142之间通过弹性卡接件固定；所述的横杆主体142上沿杆体分布多个横杆线孔1421；所述的端部横杆141的另一端部设有销钉孔1411。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也包括本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。