JPH0159682B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は太陽光が直接当らない場所に太陽光
を導光するようにした太陽光採光装置に関する。

（従来の技術） 一般に、地下街や地下室等の地下設備、あるい
は、住宅密集地における家屋の内部等のように太
陽光が直接当たらない場所に太陽光を導光するよ
うにした太陽光採光装置にあつては、この太陽の
移動に合わせて姿勢制御を行なつている。すなわ
ち、前述した太陽光採光装置では、その採光効率
を向上させることが行なわれている。

このような太陽光採光装置として、例えば１０
図に示すようなものが知られている。第１０図に
おいて、１は太陽光を一点に向けて収束させる集
光レンズであり、この収束された太陽光は制御レ
ンズ２によつて平行光線にされ、この平行光線は
反射鏡３によつて導光方向へ向けて反射される。
集光レンズ１および制御レンズ２は、回動部材４
に取り付けられたドリブンギア５を第１電動モー
タ６によつて回転させて方位方向に回動させ、ま
た操作ロツド７を第２電動モータ８によつて往復
動させて仰角方向に回動させている。

ところで、この太陽光採光装置の採光効率を向
上させるために、集光レンズ１および制御レンズ
２はこれらの光軸線を太陽光の光軸線と平行にす
る必要がある。そのためには、太陽の移動を集光
レンズ１の近傍に取り付けられた太陽追尾センサ
９によつて追尾し、この太陽追尾センサ９の信号
に基づいてコントロールユニツト１５によつて第
１電動モータ６および第２電動モータ８の駆動を
制御し、この集光レンズ１および制御レンズ２を
方位方向および仰角方向に回動させている。

ここで、集光レンズ１で集光し制御レンズ２で
平行光線とした太陽光は、集光レンズ１および制
御レンズ２の回動にかかわらず常に一定位置に導
光する必要がある。このため、平行光線となつた
太陽光は、回動部材４に設けられた第３電動モー
タ１６によつて操作ロツド１７を往復動させ、リ
ンク機構１８を介して反射鏡を回動させて常に一
定位置に導光している。

太陽追尾センサ９は第１１図および第１２図に
示すように、略円柱状の本体１０と、この本体１
０の基端部に設けられた基台１１と、本体１０の
先端部に取り付けられた粗調整用の光電素子１２
と、基台１１の本体側面に取り付けられた微調整
用の光電素子１３とから構成されている。粗調整
用の光電素子１２は本体１０の先端部中央に取り
付けられた主光電素子１２ａと、この先端部に形
成された傾斜面１４に取り付けられた４個の副光
電素子１２ｂからなつている。主光電素子１２ａ
と副光電素子１２ｂとの受光角度の変化によつて
受光量に差を生じさせ、この受光量の差を太陽光
Ｓに対する本体１０の大まかな傾斜方向を検出す
るための信号として用いる。また、微調整用の光
電素子１３は本体１０の側壁に接するように基台
１１に４個取り付けられている。太陽光による本
体１０の影によつて光電素子１３間に受光量の差
を生じさせ、この受光量の差を太陽光に対する本
体１０の正確な傾斜方向を検出するための信号と
して用いる。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、このような従来の太陽光採光装
置にあつては、太陽光を一定位置に導光するの
に、まず太陽の移動に合せて集光レンズ１および
制御レンズ２を第１電動モータ６によつて方位方
向に回動させるとともに、第２電動モータ８によ
つて仰角方向に回動させて姿勢制御し、次に第３
電動モータ１６によつてリンク機構を介して反射
鏡３を回動させていた。したがつて、第１電動モ
ータ６と第２電動モータ８によつて姿勢制御した
後に、さらに第３電動モータ１６によつて反射鏡
３を回動させるので、全体として機構が複雑化
し、また電動モータ６，８，１６を駆動するため
の消費エネルギが多くなるという問題点があつ
た。

（問題点を解決するための手段） このような問題点を解決するために、この発明
にあつては、回動軸に中心軸を介して揺動自在に
取り付けられた反射鏡と、この中心軸に揺動自在
に取り付けられた先端に太陽を追尾するための太
陽追尾センサが設けられた保持部材と、この保持
部材の基端に一端が連結され他端が反射鏡にスラ
イダーを介して摺動自在に連結された第１リンク
と、この第１リンクと同じ長さであつて、一端が
反射鏡にスライダーを介して摺動自在に連結され
他端が回動軸における中心軸を基準として保持部
材の中心軸から基端までの長さと同じ長さの点と
連結された第２リンクと、回動軸に設けられ保持
部材を中心軸を中心に揺動させる駆動源とを備
え、この駆動源によつて保持部材を揺動させて太
陽追尾センサを太陽に向けると、太陽光は反射鏡
によつて反射されて一定位置に導光されるように
した構成としたものである。

（作用） 太陽追尾センサを太陽に向けるために、駆動源
によつて保持部材を揺動させて、この太陽追尾セ
ンサを方位方向および仰角方向に姿勢制御する。
この姿勢制御と同時に、太陽光は反射鏡によつて
反射されて一定位置に導光される。

（実施例） 以下この発明を図面に基づいて説明する。第１
図ないし第９図はこの発明に係る太陽光採光装置
を示す図である。

まず、構成を説明する。第１図ないし第３図に
おいて２１は正六面体形の枠体からなるアクリド
ームであり、このアクリドーム２１はビルの屋上
に支持部材２２を介して設置されている。アクリ
ドーム２１の上下のフレーム２１ａ，２１ｂ間に
は回動軸２３が取り付けられ、この回動軸２３の
上方部分には回動ギア２４と電線のねじれによる
断線を防止するためのスリツプリング２５とが取
り付けられている。また、回動軸２３は回動ギア
２４を介して第１ステツプモータ２０によつて回
動される。スリツプリング２５の上端部には、粗
調整センサ２６が設けられている。粗調整センサ
２６は第４図にも示すように板状部材２７と、こ
の板状部材２７の両側面に取り付けられた一対の
受光素子Ｗ，Ｅ（例えば、フオトダイオード）と
から構成されている。この受光素子Ｗ，Ｅは受光
角度が120度であり、この受光角度の中心線が板
状部材２７の中心線に対して直交するように取り
付けられている。

回動軸２３にはこの軸線と直交する中心軸２８
が回動自在に取り付けらている。中心軸２８の左
半分と右半分には、略長方形の一方の長辺が円弧
状となつた反射鏡２９，３０が一対となつて回動
自在に取り付けられている。また、中心軸２８の
中央部には回動軸２３を挾むように２個の略Ｌ字
形の保持部材３１，３２が回動自在に取り付けら
れている。保持部材３１，３２の先端面には、第
１図にも示すように微調整センサ３３，３４が段
違いとなるように取り付けられている。したがつ
て、微調整センサ３３，３４の一方がアクリドー
ム２１の影となつても、他方は太陽光を受光する
ことができる。

微調整センサ３３，３４は第５図および第６図
にも示すように、先端から基端へ向けて断面積が
大きくなるようにテーパが形成された四角柱状の
本体３５と、この本体３５の先端に設けられた四
角片状３６の案内部材と、この案内部材の基端に
設けられた基台３７とから構成されている。案内
部材３６の四側壁のそれぞれには断面略円弧状の
第１案内溝３８が軸線方向に形成され、またこの
第１案内溝３８と対向するように本体３５の基端
側の四側壁のそれぞれには同様の断面略円弧状の
第２案内溝３９が軸線方向に形成されている。四
つの第２案内溝３９の基端側にはそれぞれには受
光角度90゜の受光素子（例えばフオトダイオード）
が半分嵌入されてこの本体３５に取り付けられて
いる。四個の受光素子ｗ，ｅ，ｕ，ｄは対向する
受光素子ｗ，ｅと受光素子ｕ，ｄとが一対となつ
ており、太陽光による本体３５の影によつてこの
一対の受光素子ｗ，ｅ又はｕ，ｄに受光量の差を
生じせさせ、この受光量の差を太陽光に対する本
体３５の正確な傾斜方向を検出するための信号と
して用いる。

粗調整センサ２６の受光素子Ｗ，Ｅと微調整セ
ンサ３３，３４の受光素子ｗ，ｅ，ｕ，ｄとの受
光角度の関係は、第７図に示すように受光素子
Ｗ，Ｅの120゜の受光角度の間に、受光素子ｗ，
ｅ，ｕ，ｄの90゜の受光角度が位置している。

第２図および第８図にも示すように、保持部材
３１基端部と、回動軸２３における中心軸２８を
基準として保持部材３１の中心軸から基端部まで
の長さと同じ長さの距離に位置する点とは、同じ
長さの第１リンク４２および第２リンク４３のそ
れぞれの一端が回動自在に連結され、またそれぞ
れの他端はスライダ４４を介して反射鏡２９，３
０と摺動自在に連結されている。スライダ４４は
反射鏡３０の側端部に形成された摺動溝４５にベ
アリングを摺動自在に嵌入したものである。回動
軸２３には駆動源としての第２ステツプモータ４
６（他にはリニアモータ等）が支持部材４７を介
して取り付けられ、このステツプモータ４６は自
在継手４８ａを介してねじ軸４８と連結され、こ
のねじ軸４８はボールねじ４９を介して保持部材
３１に取り付けられている。微調整センサ３３を
所定角度回動させるためには第２ステツプモータ
４６を駆動して、保持部材３１を所定角度θだけ
揺動させると、同時に第１リンク４２、第２リン
ク４３は拡開又は縮小されて反射鏡２９，３０を
前記所定角度の半分の角度（1/2）×θだけ揺動さ
せる。

ここで、第１ステツプモータ２０は反射鏡２
９，３０を方位方向に回動させるものであり、第
２ステツプモータ４６はこの反射鏡２９，３０を
前記リンク機構を介して仰角方向に揺動させるも
のである。第１ステツプモータ２０および第２ス
テツプモータ４６は、粗調整センサ４６および微
調整センサ３３，３４が出力する信号に基づいて
コントロールユニツト５０によつて必要に応じて
駆動される。

この発明の作用を、第９図に示すフロチヤート
に基づき説明する。なお図中のP₁〜P₁₄はフロー
チヤートの各ステツプを示す。

まず、太陽採光装置の電源をONにすると、ス
テツプP₁で、日の出の太陽光を粗調整センサ２
６によつて受光し、この受光量が太陽を追尾可能
な所定受光量以上であるかどうかをコントロール
ユニツト５０によつて判断する。

太陽光の受光量が所定受光量以上であるときに
は、太陽光によつて生じる板状部材２７の陰影の
ために、粗調整センサ２６の受光素子Ｗ，Ｅの受
光量に差が生じる。ステツプP₂で、この受光素
子Ｗ，Ｅの受光量の差をコントロールユニツト５
０によつて比較演算し、この比較演算した結果を
第１ステツプモータ２０に駆動信号として出力す
る。

ステツプP₃で、第１ステツプモータ２０が駆
動信号を入力すると、この駆動信号に基づいてこ
の粗調整センサ２６が取り付けられた回動軸２３
を方位方向において太陽に向けて回動させる。こ
のとき、反射鏡２９，３０は方位方向において太
陽に向けて回動される。

粗調整センサ２６が概略において太陽に向く
と、太陽は微調整センサ３３，３４の受光素子
ｗ，ｅ，ｕ，ｄの受光角度内に位置する。このた
め、微調整センサ３３，３４が太陽光を受光可能
となり、ステツプP₄で、この受光量が太陽を追
尾可能な所定受光量以上であるかどうかをコント
ロールユニツト５０よつて判断する。

太陽光の受光量が所定受光量以上であるときに
は、太陽光によつて生じる本体３５の陰影のため
に、微調整センサ３３，３４の受光素子ｗ，ｅの
受光量に差が生じる。

ステツプP₅で、この受光素子ｗ，ｅの受光量
の差をコントロールユニツト５０によつて比較演
算し、この比較演算した結果を第１ステツプモー
タ２０に駆動信号として出力する。

ステツプP₆でこの駆動信号に基づいて第１ス
テツプモータ２０は駆動され、この第１ステツプ
モータ２０によつて回動軸２３を回動させ、保持
部材３１，３２を介してこの微調整センサ３３，
３４を方位方向において太陽に向けて適確に回動
させる。このとき、同時に反射鏡２９，３０は方
位方向において太陽に向けて適確に回動される。

微調整センサ３３，３４が方位方向において太
陽に向つて正確に向いているかを、ステツプP₇
で受光素子ｗ，ｅの受光量の差を比較演算する。

受光素子ｗ，ｅの受光量の差がなければ、この
微調整センサ３３，３４は太陽に正確に向いてい
ることになり、ステツプP₈でコントロールユニ
ツト５０は信号を出力して第１ステツプモータ２
０の駆動を停止させる。

第１ステツプモータ２０の駆動が停止される
と、ステツプP₉で微調整センサ３３，３４の受
光素子ｕ，ｄの受光量の差をコントロールユニツ
ト５０によつて比較演算し、この比較演算した結
果を第２ステツプモータ４６に駆動信号として出
力する。

ステツプP₁₀で、この駆動信号に基づいて第２
ステツプモータ４６は駆動され、保持部材３１，
３２に取り付けられた微調整センサ３３，３４を
仰角方向において太陽に向けて適確に回動させ
る。このとき、微調整センサ３３，３４が太陽に
向いて角度θだけ回動されると、反射鏡２９，３
０は前記リンク機構を介して常に角度（1/2）×θ
だけ回動される。このため、反射鏡２９，３０に
反射される太陽光は、常に一定位置に導光され
る。したがつて、太陽の移動に合せて太陽追尾セ
ンサ３３，３４を第１ステツプモータ２０および
第２ステツプモータ４６を駆動させて方位方向お
よび仰角方向に姿勢制御するだけで、この装置に
照射される太陽光は反射鏡２９，３０に反射され
て常に一定位置に導光される。その結果、この装
置全体として機構を簡略化でき、またステツプモ
ータ２０，４６は２個で済むのでこれを駆動する
ための消費エネルギを少くすることができる。

微調整センサ３３，３４が仰角方向において太
陽に向つて正確に向いているかを、ステツプP₁₁
で受光素子ｕ，ｄの受光量の差を比較演算する。
受光素子ｕ，ｄの受光量に差がなければ、この微
調整センサ３３，３４は太陽に正確に向いている
ことになる。

ここで、太陽の移動に応じてこれを追尾するた
めに微調整センサ３３，３４を制御するのは所定
時間（例えば、60秒間）毎に行うこととする。そ
こで、ステツプP₁₂でコントロールユニツト５０
に設けられたタイマーで所定時間経過したかを判
断する。

また、太陽の日没後には微調整センサ３３，３
４を制御する必要がないのでこれを停止させる必
要がある。このため、ステツプP₁₃で受光素子ｗ，
ｅ，ｕ，ｄの受光量が所定受光量以上であるかを
コントロールユニツト５０よつて判断する。受光
素子ｗ，ｅ，ｕ，ｄの受光量が所定受光量以上で
あるときには、ステツプP₅に戻り再び太陽の移
動に応じてこれを追尾するために微調整センサ３
３，３４を制御する。

受光素子ｗ，ｅ，ｕ，ｄの受光量が所定受光量
以下であるときには、日没後であるのでステツプ
P₁₄で第２ステツプモータ４６の駆動を停止させ
る。

一方、前述した従来の太陽光採光装置にあつて
は、反射鏡３をリンク機構１８を介して回動させ
るのに、回動部材４に設けられた第３電動モータ
１６に操作ロツド１７を往復動させることにして
いた。このため、回動部材４に設けられた第３転
動モータ１６によつて操作ロツド１７を往復動さ
せても、この回動部材４は揺動せず、反射鏡３を
回動させることができない。しかし、この発明に
係る太陽光装置にあつては回動軸２３に設けられ
た第２ステツプモータ４６はねじ軸４８を介して
保持部材３１，３２の基端に連結したので、第２
ステツプモータ４６の駆動により保持部材３１，
３２は揺動し、反射鏡３０を回動させることがで
きる。

また、反射鏡１１を歯車機構を介してステツプ
モータによつて回動させるとすれば、反射鏡２
９，３０を保持したときに、この歯車機構のバツ
クラツシによつて反射鏡２９，３０は少し動いて
しまい、この反射鏡２９，２０によつて太陽光を
反射して一定位置に導光することができない。し
かし、この発明に係る太陽光採光装置にあつて
は、反射鏡２９を歯車機構を介せずに第２ステツ
プモータ４６の駆動によつて回動させるので、こ
の第２ステツプモータ４６の駆動を停止させる
と、この反射鏡２９，３０は確実に固定・保持さ
れる。

（発明の効果） 以上説明したようにこの発明によれば、駆動源
によつて保持部材を揺動させて太陽追尾センサを
太陽に向けると、太陽光は反射鏡よつて反射され
て一定位置に導光されるようにしたので、太陽追
尾センサを方位方向および仰角方向に姿勢制御す
るだけで、太陽光は反射鏡によつて反射されて常
に一定位置に導光される。したがつて、この装置
全体として機構を簡略化でき、また駆動源も少く
て済むので、こをこれを駆動するための消費エネ
ルギを少くすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第９図はこの発明に係る太陽採光
装置の一実施例を示す図であり、第１図はこの太
陽光採光装置の斜視図、第２図はこの太陽光採光
装置の正面図、第３図は第２図における―線
断面図、第４図ａは粗調整センサの正面図、第４
図ｂはこの粗調整センサの側面図、第５図ａは微
調整センサの正面図、第５図ｂは微調整センサの
側面図、第６図は微調整センサの斜視図、第７図
は粗調整センサおよび微調整センサの受光素子の
受光角度を示す図、第８図はこの太陽光採光装置
のリンク機構を示す斜視図、第９図はこの太陽光
採光装置の作用を示すためのフローチヤートであ
る。第１０図は従来の太陽追尾センサが用いられ
た太陽光採光装置を示す斜視図、第１１図はこの
従来の太陽追尾センサの側面図、第１２図はこの
太陽追尾センサの平面図である。 ２３…回動軸、２８…中心軸、２９，３０…反
射鏡、３１，３２…保持部材、３３，３４…太陽
追尾センサ、４２…第１リンク、４３…第２リン
ク、４４…スライダー、４５…駆動源。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 回動軸に中心軸を介して揺動自在に取り付け
   られた反射鏡と、この中心軸に揺動自在に取り付
   けられ先端に太陽を追尾するための太陽追尾セン
   サが設けられた保持部材と、この保持部材の基端
   に一端が連結され他端が反射鏡にスライダーを介
   して摺動自在に連結された第１リンクと、この第
   １リンクと同じ長さであつて、一端が反射鏡にス
   ライダーを介して摺動自在に連結され他端が回動
   軸における中心軸を基準として保持部材の中心軸
   から基端までの長さと同じ長さの点と連結された
   第２リンクと、回動軸に設けられ保持部材を中心
   軸を中心に揺動させる駆動源とを備え、この駆動
   源によつて保持部材を揺動させて太陽追尾センサ
   を太陽に向けると、太陽光は反射鏡によつて反射
   されて一定位置に導光されるようにしたことを特
   徴とする太陽光採光装置。