Пристрій орієнтації на світлове випромінювання

1. Устройство ориентации на световое излучение, содержащее ориентируемый приемник излучения, сопряженный посредством механической передачи с компенсирующим электродвигателем, ось ротора которого жестко связана с входным валом механической передачи, а также фотоэлементы для питания электродвигателя, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что устройство дополнительно содержит закрепленный на роторе несущий элемент, фотоэлементы размещены на его боковой поверхности, каждая обмотка ротора подключена к фотоэлементам, причем светоприемные поверхности подключенных к одной обмотке фотоэлементов параллельны друг другу, а угол между плоскостью обмотки ротора и светоприемной поверхностью фотоэлементов одинаков для всех обмоток, при этом ориентируемый приемник жестко связан со статором электродвигателя, который установлен с возможностью поворота посредс гвом механической передачи относительно источника света в плоскости вращения ротора. 2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е~ с я тем, что каждая обмотка выполнена симметричной относительно оси ротора и подключена, по крайней мере, к двум включенным навстречу фотоэлементам, размещенным на боковой поверхности несущего элемента диаметрально противоположно. С > ел Изобретение относится к устройствам для использования солнечной энергии, а именно к использованию направляющих средств в устройствах для преобразования солнечной энергии. Устройства ориентации на солнце используются для придания солнечным коллекторам, концентраторам, солнечным батареям (используем более общий термин "ориентируемый приемник излучения") наивыгоднейшего положения относительно солнца при изменении углового положения солнца. При этом ось ориентируемого приемника направлена на солнце. (В случав солИ нечной батареи нормаль к ее поверхности направлена на солнце, а в случае концентратора (например, в виде параболоида) нормаль к его фокальной плоскости должна быть направлена на солнце). Известно техническое решение, обеспечивающее слежение за солнцем (ориентацию на источник света), которое содержит фотоэлектрические элементы (ФЗ), освещаемые таким образом, что они вырабатывают разностный сигнал, зависящий от углово*о положения ориентируемого приемника излучения (ОПИ) относительно солнца: элекг ронные схемы и реле, обеспечиазющио Ь615 усиление, обработку этих сигналов; компенсирующие олектродвигатели (серводвигатели), входящие в состав механического привода, изменяющего угловое положение ОПИ относительно источника света [1]. Это устройство имеет недостаток - зависимость от достаточно мощных источников электрического питания (таких, как аккумуляторы, батареи, сетевое питание), и связанную с этим неэкономичность, а также сложности в эксплуатации, обусловленные необходимостью замены таких источников питания по мере их расходования. Кроме того, недостатком устройства является сложность его конструкции, связанная с наличием электронных схем, реле, преобразующих управляющих электрическим двигателем сигналы. Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является устройство "Автономный солнечный котел", содержащее ориентируемый приемник излучения, представленный ориентируемым "солнечным котлом", компенсирующие электродвигатели, состоящие из статора и ротора, ось которого связана с входным валом механической передачи, неподвижно размещенной на основании устройства, фотоэлементы (ФЭ), размещенные на ОПИ, а также электронные реле, входящие в электронный блок, циркуляционное устройство, оптоэлектронные ячейки [2]. 5 10 15 20 25 30 Фотоэлементы вырабатывают разностный сигнал, зависящий от ориентации устройства и управляющий работой 35 электродвигателей, а также энергию для питания этих двигателей (но с возможностью дополнительного питания для энергоснабжения электронного блока, двигателей и других узлов устройства), которые посредст- 40 вом механической передачи изменяют угловое положение "солнечного котла" приводимого в движение выходным валом механической передачи. Таким образом, в данном решении час- 45 тично устраняются недостатки вышеупомянутого аналога - неэкономичность и неудобство обслуживания - благодаря тому, что питание двигателей и др. узлов осуществляется от ФЭ. Однако наличие в конструк- 50 ции таких довольно энергоемких элементов, как реле, электронные схемы, как раз и вынуждает использовать дополнительные источники питания, которые требуют периодического ремонта, замены и т.д. Сле- 55 довательно, в данном техническом решении указанные недостатки (неэкономичность, сложность эксплуатации и связанная с ней ограниченная автономность) остаются существенными Это устройство имеет еще не 4 достаток - сложность конструкции вследст вие необходимости использования электронного блока, включающего реле и др Целью предлагаемого технического решения является упрощение конструкции и эксплуатации устройства, повышение его экономичности. Поставленная цель достигается тем. что в устройстве, содержащем ориентируемый приемник излучения, сопряженный посредством механической передачи с компенсирующим электродвигателем, ось ротора которого жестко связана с входным валом механической передачи, а также фотоэлементы для питания электродвигателя, согласно изобретению, дополнительно содержится закрепленный на роторе несущий элемент, фотоэлементы размещены на его боковой поверхности, каждая обмотка ротора подключена к фотоэлементам, причем светоприемные поверхности подключенных к одной обмотке фотоэлементов параллельны друг другу, а угол между плоскостью обмотки ротора и светоприемной поверхностью фотоэлементов, подключенных к этой же обмотке, однако для всех обмоток, при этом ориентируемый приемник жестко связан со статором электродвигателя, который установлен с возможностью поворота посредством механической передачи относительно источника света в плоскости вращения рстора. С целью дальнейшего упрощения устройства путем уменьшения числа обмоток и повышения точности ориентации каждая обмотка ротора выполнена симметричной относительно оси ротора и подключена по крайней мере к двум включенным навстречу фотоэлементам, расположенным диаметрально противоположно на боковой поверхности несущего элемента. Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается наличием новых признаков: - каждая обмотка ротора подключена к ФЗ, расположенным на боковой поверхности несущего элемента, закрепленного на роторе; - светоприемные поверхности ФЗ, подключенных к одной обмотке, параллельны друг другу; - постоянное магнитное поле статора перпендикулярно оси ротора; - ориентируемый приемник жестко связан со статором; - статор установлен с возможностью поворота посредством механической передачи относительно источника света вокруг оси ротора; 5615 - угол между плоскостью обмотки ротовходной вал редуктора 2. как и в первом ра и светоприемной плоскостью фотоэлеслучае, жестко связан с осью ротора, а вы ментов, подключенных к этой же обмотке, ходной вал жестко связан со статором В одинаков дня всех обмоток. этом случае ось вращения выходного вала должна совпадать с осью вращения входноКроме того, положительный эффект усиго вала (фиг. 16). В обоих случаях ось вращеливается, если: ния ротора параллельна входному и - каждая обмотка ротора симметрична выходному валу передачи (редуктора). относительно оси ротора; - каждая обмотка ротора, подключена Ориентируемый приемник 1 установлен по крайней мере к двум включенным на- 10 на конструкции неподвижно относительно встречу ФЗ, расположенным диаметрально статора 3. Угол между плоскостью обмотки противоположно на боковой поверхности ротора и питающих ее ФЗ одинаков для всех ротора несущего элемента, закрепленного обмоток. на роторе. Устройство работает следующим обраГрафические материалы, поясняющие 15 зом. При освещении ФЗ 5 по обмотке 7 проконструкцию и принцип действия устройсттекает электрический ток, магнитное поле ва. Фиг. 1 а, б - компоновочная схема усткоторого взаимодействует с магнитным поройства. Фиг.2 - к анализу работы лем статора 3, в результате чего обмотка 7 устройства. Общий случай взаимного расповместе с ротором 4 поворачивается. Рассмотрим более детально взаимодейложения плоскостей обмотки, светоприем- 20 стви§ ротора с магнитным полем статора. Иа ной поверхности Ф З , направлений фиг.2 условно показаны токовая рамка, игмагнитного поля статора и распространения рающая роль обмотки ротора, фотоэлемент, света. направления светового потока и магнитного Устройство ориентации на световое излучение (фиг. 1 а) содержит ориентируемый 25 поля, а также углы между ними в произвольприемник излучения 1, механическую переном случае. Для простоты изложения покадачу 2, установленную на основании, комзаны случай, когда рамка симметрична пенсирующий электродвигатель, состоящий относительно оси вращения ротора, что не из статора 3 и ротора 4, фотоэлементы 5, повлияет на выводы об основных свойствах расположенные на боковой поверхности не- 30 управляющего блока. Щ, Ы\ - нормали соотсущего элемента б, закрепленного на роторе ветственно к плоскостям ФЗ и токовой рам4, и подключенные к электрическим обмотки (направление №t совпадает с кам 7 ротора 4. Несущий элемент 6 с фотонаправлением магнитного поля рамки). Меэлементами 5 открыт освещению со всех ханический момент М, действующий на рамнаправлений в плоскости вращения ротора 35 ку, можно выразить через напряженность 4. Светоприемные поверхности фотоэлемагнитного поля статора Н и силу тока І в ментов 5, подключенных к одной определенрамке следующим образом: ной обмотке 7, параллельны друг другу. Обмотки 7 ротора 4 расположены в постоянМ ~ HI sin (N(, H) = HI sin w . (1) ном магнитном поле, создаваемом статора 40 Сила тока I в рамке зависит от угла па3. Направление магнитного поля - перпендения света на ФЗ: дикулярно оси ротора. Компенсирующий электродвигатель с несущим элементом 6 и I - l0cos(N, свет), (2) расположенными на его боковой поверхногде lo ~ сила тока при нормальном падении сти фотоэлементами 5, выполняет функции 45 света на поверхность ФЭ. Функция Н sin w симметрична (нечетна) относительно w = 0 и управляющего блока. равна нулю в этой точке, а функция I Статор установлен таким образом, что cosy? четна относительно направления свеон может изменять свое угловое положение тового потока. Если взаимное расположеотносительно источника света путем вращения вокруг оси ротора посредством механи- 50 ние токовой рамки и питающего ее ФЗ ческой передачи, например, редуктора. такое, что при w - 0 фотоэлемент освещен по Конструктивно это может быть выполнено направлению нормали (уз» 0), то функция (1) следующим образом: статор 3 неподвижно симметрична относительно w ' и