JPH0610406Y2 - 太陽光追尾採光装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔技術分野〕 この考案は、高層住宅により日照が妨げられた住宅に太
陽光を照射する太陽光追尾採光装置に関するものであ
る。

〔背景技術〕 従来、第１８図に示すように、建物１０６の屋上に太陽
光追尾採光装置１００を設置し、太陽光Ｌを太陽光追尾
採光装置１００の反射面１０２で反射して太陽光Ｌの届
かない所に採光することが行われている。

しかし、第１９図に示すように、太陽Ｓが移動し、太陽
Ｓと採光位置Ｐとが建物１０６の壁面１０８に対して同
一側になると、太陽光追尾採光装置１００で反射した太
陽光Ｌは太陽光追尾採光装置１００の本体１１０を通っ
て採光位置Ｐに照射されることになり、採光位置Ｐに本
体１１０の影が生じるという問題があった。

〔考案の目的〕

この考案の目的は、採光位置に装置本体の影が生じない
太陽光追尾採光装置を提供することである。

〔考案の開示〕

この考案の太陽光追尾採光装置は、建物の壁面の上端に
設置した装置本体と、 この装置本体に水平軸および垂直軸回りに回動自在に取
付け前面に太陽光を反射する反射面を有した太陽光反射
装置と、 この太陽光反射装置の方位角ならびに高度角を変更する
駆動装置と、 前記壁面に対して太陽と採光位置が互いに反対側に位置
する状態か前記壁面に対して太陽と前記採光位置が共に
同一側に位置する状態かを判定し、前記壁面に対して太
陽と前記採光位置が互いに反対側に位置する場合前記太
陽光反射装置の反射面を前記装置本体向きとし、前記壁
面に対して太陽と採光位置が共に同一側に位置する場合
前記反射面を前記装置本体に対し反対向きとするよう
に、所定のヒステリシスをもった状態で前記太陽光反射
装置の反射面を反転動作させる反射面位置判定部と、 太陽の位置と所定の採光位置とから太陽光を前記所定の
採光位置に採光可能な前記反射面の法線軸の方位角なら
びに高度角を演算する演算部と、その演算結果を出力す
る出力部とからなる制御装置と、 この制御装置からの出力信号を受信して前記駆動装置を
駆動し前記採光位置に採光可能に前記太陽光反射装置の
角度を変更する信号増幅部とを備えたものである。

この考案の構成によれば、装置本体を上端に設置した建
物の壁面に対して、太陽と採光位置が互いに反対側に位
置する場合、前記太陽光反射装置の反射面を前記装置本
体側とし、前記壁面に対して太陽と採光位置が共に同一
側に位置する場合、前記反射面を前記装置本体に対し反
対側とする反射面位置判定部が設けられている。したが
って、太陽と採光位置が反対側に位置する場合には、太
陽光反射装置の反射面で反射した太陽光は装置本体を通
らずに採光位置に届き、かつ太陽と採光位置が同一側に
位置する場合には、反射面が装置本体に対して反射向き
となるので、この場合にも反射面で反射した太陽光は装
置本体を通らない。以上により、採光位置に装置本体の
影が生じるのを防ぐことができる。

実施例 この考案の一実施例を第１図ないし第１７図に基づいて
説明する。この実施例の太陽光追尾採光装置は、第１図
に示すように、建物２の壁面４の上端に設置した装置本
体６と、 この装置本体６に水平軸および垂直軸回りに回動自在に
取付け前面に太陽光を反射する反射面１０ａを有した太
陽光反射装置１０と、 この太陽光反射装置１０の方位角ならびに高度角を変更
する駆動装置１２と、 前記壁面４に対して太陽Ｓと採光位置Ｐが互いに反対側
に位置する場合、前記太陽光反射装置１０の反射面１０
ａを前記装置本体６向きとし、前記壁面４に対して太陽
Ｓと採光位置Ｐが共に同一側に位置する場合、前記反射
面１０ａを前記装置本体６に対し反対向きとする反射面
位置判定部１４と、 太陽Ｓの位置と所定の採光位置Ｐとから太陽光Ｌを前記
所定の採光位置Ｐに採光可能な前記反射面１０ａの法線
軸の方位角ならびに高度角を演算する演算部と、その演
算結果を出力する出力部とからなる制御装置１６と、 この制御装置１６からの出力信号を受信して前記駆動装
置１２を駆動し、前記採光位置Ｐに採光可能に前記太陽
光反射装置１０の角度を変更する信号増幅部１８とを備
えたものである。

第２図ないし第４図に基づいて、太陽光反射装置１０と
駆動装置１２について説明する。駆動装置１２は、方位
角駆動部１２ａと高度角駆動部１２ｂとから構成されて
いる。太陽光反射装置10は方位角駆動装置１２ａに支持
台２６を介して接続されており、全体で駆動反射装置２
８を構成している。第２図，第３図および第４図はこの
ようにしてなる駆動反射装置２８の正面図、平面図およ
び一部破断側面図である。

太陽光反射装置１０は、外枠と十字の中桟からなるアル
ミニウム製のフレーム３０の内側に化学強化ガラス製の
反射ミラー３２を取付け、さらに背面をアルミニウム板
の反射カバー３４で覆って構成されている。なお、反射
ミラー３２が反射面となる。

方位角駆動部１２ａは、第４図に示すように、本体カバ
ー３６内にパルスモータ３８が設置されており、このパ
ルスモータ３８によって回転する回転軸４０が本体カバ
ー３６の上面から突出している。また、本体カバー３６
は架台４２に固設されており、かつ４８はインダクショ
ンモータからなる方位角ロック部である。方位角ロック
部４８には、インダクションモータの正逆回転で昇降す
る爪（図示せず）が設けられてもり、パルスモータ３８
の回転軸に設けた歯車に係脱して回転軸40の回転をロッ
クする。さらに、４９は端子ボックスであり制御装置１
６に接続されている。

支持台２６は、方位角駆動部１２ａの回転軸40の上端部
に連結されており、垂直軸回りに回転する。支持台２６
には一対のアーム４４，４６が設けられており、この一
対のアーム４４，４６で太陽光反射装置１０が水平の回
転軸５６回りに回転自在に把持されている。太陽光反射
装置１０の回転は、アーム４４の外面に取付けた高度角
駆動部１２ｂによって行っている。高度角駆動部１２ｂ
は、第２図に示すように本体カバー５４内に回転軸５６
を回転するパルスモータ５０が設置されており、さらに
インダクションモータからなる高度角ロック部５２が設
けられていて、方位角ロック部４８と同様に回転軸５６
の回転をロックする。

次に、第５図のブロック図に基づいて本実施例の動作に
ついて説明する。

図において、制御装置１６内には演算部７４，データ記
憶部７５，追跡制御部７６，操作・表示制御部７７およ
び無線受信部７８が設けられている。

演算部７４では、太陽の位置変化を太陽の軌道方程式に
より数秒に１回程度演算し、太陽の高度角および方位角
を求める。さらに、求めた太陽の位置と採光位置Ｐとに
基づいて、太陽光Ｌを採光位置Ｐに反射するための太陽
光反射装置１０の反射面１０ａの法線軸の方位角ならび
に高度角を演算する。

データ記憶部７５には、太陽の位置を計算するために必
要な太陽光追尾採光装置の設置位置の緯度，経度，建物
の偏角（南に対しての傾き角），南方向等のデータを記
憶させておく。

追跡制御部７６では、演算部７４で演算した法線軸の方
位角，高度角の値ならびに方位角検出部７９，高度角検
出部８０で検出した現在の法線軸の方位角，高度角の値
とに基づいて、採光位置Ｐに採光するために必要な太陽
光反射装置１０の法線軸の方位角，高度角の変更量を演
算し、出力部（図示せず）を介して信号増幅部１８に出
力する。

操作・表示制御部７７では、操作部７２でのオン，オフ
操作や、採光位置，採光時間等のデータの信号を受信し
たり、あるいは装置の運転状態を示す日時，太陽高度，
方位，風速，採光位置等のデータの信号を表示部７０に
出力する。

無線受信部７８は、無線操作部８からの信号をアンテナ
９６を介して受信し、装置を遠隔操作できるようにして
いる。

ここで、第６図を用いて、本実施例の動作の流れについ
て説明する。

太陽光反射装置１０の設置位置δとは、第７図に示すよ
うに、建物２の壁面４と真南との成す角度を示してお
り、データ記憶部７５に記憶してある。

太陽位置（Ｈ．Ａ）とは、第８図に示すように、太陽光
反射装置１０の設置位置における太陽Ｓの真南からの方
位角Ｈと水平面からの高度角Ａであり、演算部７４で逐
次算出される。

採光位置データは、採光位置および採光時間の各データ
であり、データ記憶部７５に記憶されている。

これらの各データをもとに、採光位置に採光するための
反射面１０ａの法線軸方向（φ，θ）を演算部７４で演
算する。すなわち、第９図に示すように、反射面１０ａ
の法線軸Ｑの真南からの方位角φと、水平面から高度角
θを算出する。なお、これら法線軸Ｑの方位角φならび
に高度角θは、太陽Ｓの位置が逐次変化するので、それ
に応じて逐次算出する。

反射面１０ａの法線軸方向（φ，θ）を算出すると、次
にヒステリシスを判定する。このヒステリシス判定につ
いては後で述べる。ヒステリシス判定が済めば、次に反
射面位置判定を行って実際の反射面の法線軸方向（Ｆ，
Ｔ）を算出する。反射面位置判定とは、第１０図に示す
ように建物２の壁面４に対して太陽Ｓと採光位置Ｐとが
互いに反対側に位置しているのか、あるいは第１１図に
示すように壁面４に対して太陽Ｓと採光位置Ｐが同一側
に位置しているのかを判定し、互いに反対側に位置して
いる場合（第１０図）には、太陽光反射装置１０の反射
面１０ａを装置本体６側に向け、互いに同一側に位置し
ている場合（第１１図）には、反射面１０ａを装置本体
６側に対し反対向きとするものであり、反射面位置判定
部１４（第５図）で判定する。このように、壁面４に対
する太陽Ｓと採光位置Ｐの位置関係により、反射面１０
ａの向きを反転し、これにより得られた実際の反射面１
０ａの法線軸方向（Ｆ，Ｔ）を算出する。法線軸方向
（Ｆ，Ｔ）とは、第１２図に示すように、法線軸Ｑ′の
真南からの方位角Ｆと、水平面からの高度角Ｔとを示し
ている。なお、高度角Ｔは、第１３図に示すように、反
射面１０ａが装置本体６に対して反対向きの水平方向を
向いている時を０度とする。

第１４図に、反射面位置の判定と、その判定後における
反射面の法線軸Ｑ′の方向（Ｆ，Ｔ）の演算の流れを示
す。まず、判断Ｉで、太陽Ｓの位置が壁面４に対して採
光側に位置しているのか、建物側に位置しているのかを
判断する。この判断Ｉは、予め建物２の南に対する向き
（建物偏角：δ）をデータ記憶部に格納しておき、その
値より判断する。具体的に説明すると、建物偏角δの値
により、次ぎの３通りに場合わけして判断する。

第２０図に示すように、 −９０°≦δ≦９０°の場合： δ−９０°≦φ≦９０°＋δを満たせば、太陽Ｓは採光
側に位置している。

第２１図に示すように、 −１８０°＜δ＜−９０°の場合： −１８０°≦φ≦９０°＋δ， ２７０°＋δ≦φ≦１８０°を満たせば、太陽Ｓは採光
側に位置している。

第２２図に示すように、 ９０°＜δ≦１８０°の場合： −１８０°＜φ≦δ−２７０°， δ−９０°≦φ≦１８０°を満たせば、太陽Ｓは採光側
に位置している。

太陽Ｓが建物側に位置している場合には、壁面４に対し
て太陽Ｓと採光位置Ｐとが反対側に位置し、処理IIへ進
む。処理IIで実際の反射面10aの法線軸Ｑ′の方位角Ｆ
と高度角Ｔが次式で決定される。

Ｆ＝180°＋φ Ｔ＝−（180°＋｜θ｜） また、太陽Ｓが採光側に位置している場合には、壁面４
に対して太陽Ｓと採光位置Ｐとが同一側に位置し、処理
IIIへ進む。処理IIIで、法線軸Ｑ′の方位角Ｆと高度角
Ｔが次式で決定される。

Ｆ＝φ Ｔ＝θ 以上のようにして、実際の法線軸方向（Ｆ，Ｔ）が算出
されると、それらを制御データとして制御装置１６へ送
る。

ここで前述したヒステリシス判定について説明する。こ
のヒステリシス判定は、反射面位置判定部１４における
演算誤差（実際にφ−0.001≦φ≦φ＋0.001の演算誤差
を含んでいる）により、φがδに近似している場合、反
射面１０ａの方向は、第１０図および第１１図のどちら
の状態にも成り得る。このような状態が続けば、太陽光
反射装置１０は反転動作を繰返してしまうことになる。
そこで、この問題を解決するために、第１５図に示すよ
うな処理を施す。同図の判断IVにおけるＭＯＤＺ＝１と
いうのは、第１０図に示したように、太陽Ｓと採光位置
Ｐが互いに反対側に位置している状態を指す。この状態
の時、処理Ｖでδ＝δ−５・の演算を行ってδの値に５
度のヒステリシスを持たせる。なお、第１１図の状態で
は処理IVへ進みδはそのままの値とする。

さらに、第５図において、信号増幅部１８は、高度軸用
モータアンプ部８３と方位軸用モータアンプ部８４とか
らなり、制御装置１６からの出力信号を増幅して駆動装
置１２へ送り、駆動装置12ではこれらの増幅した信号を
受信して駆動する。

また、三杯風速部８８と制御装置１６との間には、瞬間
風速検出部８５，平均風速検出部８６が設けられてお
り、風速が異常に増加した際に装置を停止する。

このように構成された太陽光追尾採光装置によると、第
１０図に示すように、壁面４に対して太陽Ｓと採光位置
Ｐとが反対側に位置する場合には、反射面１０ａが装置
本体６側を向き、反射面10aで反射した太陽光Ｌは装置
本体６を通らずに採光位置Ｐに届く。また、第１１図に
示すように、壁面４に対して太陽光Ｓと採光位置Ｐとが
同一側に位置する場合には、反射面１０ａが装置本体６
に対し反対側を向き、この場合も反射面１０ａで反射し
た太陽光Ｌは装置本体６を通らずに採光位置Ｐに届く。
したがって、採光位置Ｐに装置本体６の影が生じるのを
防ぐことができる。

また、ヒステリシス判定により、太陽光反射装置１０が
反転動作を繰返すのを防ぐことができる。

さらに、太陽光反射装置１０が装置本体６に対し、水平
軸および垂直軸回りに回動自在としたので、第１６図に
示すように装置本体６を建物２の南側にも、第１７図に
示すように建物２の北側にも設置することができる。

〔考案の効果〕

この考案の太陽光追尾採光装置によれば、反射面位置判
定部により、装置本体を上端に設置した建物の壁面に対
して太陽と採光位置が互いに反対側に位置する状態か壁
面に対して太陽と採光位置が共に同一側に位置する状態
かを判定し、壁面に対して太陽と採光位置が互いに反対
側に位置する状態のときには太陽光反射装置の反射面を
装置本体向きとし、壁面に対して太陽と採光位置が共に
同一側に位置する状態のときには太陽光反射装置の反射
面を装置本体に対し反対向きとするように、所定のヒス
テリシスをもった状態で前記太陽光反射装置の反射面を
反転動作させる。

そして、壁面に対する太陽と採光位置との位置関係に応
じて太陽光反射装置の反射面を反転させるようにしたこ
とにより、壁面に対する太陽と採光位置との位置関係が
どのようになった場合でも、太陽から反射面を介し所定
の採光位置までの光路中に太陽光反射装置を取り付けた
装置本体が入らないにすることができる。つまり、太陽
と採光位置が反対側に位置する場合には、太陽光反射装
置の反射面で反射した太陽光は装置本体を通らずに採光
位置に届き、かつ太陽と採光位置が同一側に位置する場
合には、反射面が装置本体に対して反対向きとなるの
で、この場合にも反射面で反射した太陽光は装置本体を
通らない。したがって、常に所定の採光位置に装置本体
の影が写らないようにすることができ、有効に採光をす
ることができる。

しかも、反射面の反転動作にヒステリシスを持たせてい
るので、壁面に対する太陽と採光位置との位置関係が太
陽光反射装置の反射面が反転する臨界点付近になった場
合において、太陽光反射装置の反射面の反転動作が無意
味に繰り返されることがなく、太陽光反射装置の反射面
の反転動作を安定させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案の一実施例の概略図、第２図はその駆
動反射装置の正面図、第３図もその駆動反射装置の平面
図、第４図もその駆動反射装置の部分破断側面図、第５
図はそのブロック図、第６図はその動作の流れを示す流
れ図、第７図はその太陽光反射装置設置位置を示す平面
図、第８図はその太陽位置を示す斜視図、第９図はその
反射面の法線軸方向を示す斜視図、第１０図および第11
図はその壁面に対する太陽と採光位置の位置関係を示す
側面図、第１２図はその実際の反射面の法線軸方向を示
す斜視図、第１３図はその法線軸の高度角の基準線を示
す側面図、第１４図はその反射面位置判定部の動作を示
す流れ図、第１５図はそのヒステリシス判定の流れ図、
第１６図および第１７図はその装置本体設置位置を示す
側面図、第１８図は従来例の側面図、第１９図はその欠
点を示す平面図、第２０図ないし第２２図はこの考案の
一実施例の判断Ｉの具体例を示す説明図である。 ２…建物、４…壁面、６…装置本体、１０…太陽光反射
装置、１０ａ…反射面、１２…駆動装置、１４…採光条
件設定部、１６…制御装置、１８…信号増幅部、Ｌ…太
陽光、Ｐ…採光位置、Ｓ…太陽光

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭51−148439（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−100740（ＪＰ，Ａ) 実開 昭60−154911（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭61−148025（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭62−104208（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭55−6822（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】建物の壁面の上端に設置した装置本体と、 この装置本体に水平軸および垂直軸回りに回動自在に取
   付け前面に太陽光を反射する反射面を有した太陽光反射
   装置と、 この太陽光反射装置の方位角ならびに高度角を変更する
   駆動装置と、 前記壁面に対して太陽と採光位置が互いに反対側に位置
   する状態か前記壁面に対して太陽と前記採光位置が共に
   同一側に位置する状態かを判定し、前記壁面に対して太
   陽と前記採光位置が互いに反対側に位置する場合前記太
   陽光反射装置の反射面を前記装置本体向きとし、前記壁
   面に対して太陽と採光位置が共に同一側に位置する場合
   前記反射面を前記装置本体に対し反対向きとするよう
   に、所定のヒステリシスをもった状態で前記太陽光反射
   装置の反射面を反転動作させる反射面位置判定部と、 太陽の位置と所定の採光位置とから太陽光を前記所定の
   採光位置に採光可能な前記反射面の法線軸の方位角なら
   びに高度角を演算する演算部と、その演算結果を出力す
   る出力部とからなる制御装置と、 この制御装置からの出力信号を受信して前記駆動装置を
   駆動し前記採光位置に採光可能に前記太陽光反射装置の
   角度を変更する信号増幅部とを備えた太陽光追尾採光装
   置。