JPH0738893Y2 - 太陽光追尾採光装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［技術分野］ 本考案は建物の日影部や内部に太陽光を導入する太陽光
追尾採光装置に関するものである。

［背景技術］ 近年都市部では過密化及び建物の高層化・大規模化の影
響により日照が充分得られないという問題が顕在化して
いる。かかる問題を解決するために各種の太陽光導入装
置が案出されているが、如何に簡単に太陽光を導入する
かの問題がある。又設置する建物の向き、形状に簡単に
応じられるかの問題がある。

［考案の目的］ 本考案は上述の問題点に鑑みてその目的とするところは
設置場所に応じて可動反射ミラーの向きを簡単に変えて
設置場所の南側、北側のいづれの日陰部にも太陽光を導
入できる太陽光追尾採光装置を提供するにある。

［考案の開示］ 第１図乃至第６図は本考案の実施例を示し、中央に吹抜
けになった中庭を有する建物に設置した太陽光追尾採光
装置である。

実施例では中庭２の北側の建物１の屋上に太陽光追尾式
の反射ミラー駆動装置３を設け、建物１の例えば地下室
内に反射ミラー駆動装置３を制御する制御装置４を設け
てある。

反射ミラー駆動装置３は可動反射ミラー６と、この可動
反射ミラー６の方位角を設定する方位角駆動部５と、こ
の方位角駆動部５を制御駆動するパルスモータ７と、可
動反射ミラー６の方位角を検出する方位角検出部８と、
可動反射ミラー６の方位角をロックするための方位角ロ
ック機構部９及びパルスモータ40と、可動反射ミラー６
の高度角を設定する高度角駆動部10と、この高度角駆動
部10を制御駆動するパルスモータ11と、可動反射ミラー
６の高度角を検出する高度角検出部12と、可動反射ミラ
ー６の高度角をロックする高度角ロック機構部14及びパ
ルスモータ41とにより構成されるとともに、後述の無線
受信部15の受信アンテナ16及び風速検出のための３杯風
速計13を付設してある。

制御装置４はパルスモータ7,11を夫々駆動する方位角用
モータアンプ18a,高度角用モータアンプ18bからなるモ
ータ駆動部17と、パルスモータ40,41を各別に駆動する
モータ駆動部46と、上記３杯風速計13に設けた発電機か
らの風速に対応した電気信号にて瞬間風速を検出する瞬
間風速検出部19a及び平均風速を検出する平均風速検出
部19bからなる風速検出部20と、演算制御部21と、操作
表示部22とから構成され、装置本体38内には電源部39、
演算制御部21及び風速検出部20、モータ駆動部17,46を
収納し、上部に操作表示部22を配設してある。演算制御
部21は緯度データ、太陽の南中時の高度角データや時刻
データ等を記憶したデータ記憶部23と、無線操作部24か
ら送られる送信データを受信する無線受信部15と、操作
表示部22からの手動操作データを入力するとともに表示
データを出力する操作・表示制御部25と、制御データを
モータ駆動部17及び高度角ロック機構部14のロック用パ
ルスモータ41及び方位角ロック機構部９のロック用モー
タ40へ出力するとともに、風速検出部20からの瞬間風速
データ及び平均風速データと高度角検出データ及び方位
角検出データを取り込む追跡制御部28とを備えるととも
に、マイクロコンピュータからなりデータ記憶部23と無
線受信部15と追跡制御部28と操作・表示制御部25から取
り込んだデータとカウントしている年・月・日及び時刻
の時計カウントデータに基づいて最適な可動反射ミラー
６の高度角β′、方位角α′を算出して制御信号を追跡
制御部28を通じてモータ駆動部17へ出力したり、或いは
風速データに基づいて可動反射ミラー６のロックのため
の制御信号を高度角ロック機構部14及び方位角ロック機
構部９のパルスモータ41及び40のモータ駆動部46へ出力
したり、時刻及び算出した太陽Ｓの方位角α、高度角
β、風速の表示データを操作・表示制御部25を通じて操
作表示部22に出力させる演算部29を備えている。操作表
示部22は電源スイッチの他に、現在時刻の設定、可動反
射ミラー６のロック指定、或いは方位角α′、高度角
β′の設定等を行うキーが設けられている操作部22a
と、上記表示データを表示させる表示部22bとから構成
されており、必要に応じて大型の表示部22b′を増設す
ることもできるようになっている。また操作表示部22は
コードにより装置本体から分離設置できるようにもなっ
ている。

尚太陽の高度角と方位角とは次式で算出される。

sinβ＝sinψsinδ＋cosψcosδcost sinα＝cosδsint/cosβ β：太陽高度（水平を０°，天頂を90°とする） α：太陽方位（南中を０°，東を−90°，西を90°とす
る） t :時角（南中時を０°とし、１時間が15°） ψ：設定場所の緯度 δ：赤緯（天球上の太陽の座標位置） 而して反射ミラー駆動装置３は建物の屋上に設置され
る。反射ミラー駆動装置３は建物屋上の取付台26にボル
トで固定され、取付台26とともに本体部を構成する本体
31の内部にパルスモータ７及び適宜の伝導機構からなる
方位角駆動部５と方位角ロック機構部９及び駆動用のパ
ルスモータ40が収納され、これらにより水平方向に回動
又はロックされる垂直軸32が突設され、この垂直軸32の
上端には支持台33が取り付けられ、この支持台33には先
部の両側腕の一方には適宜な伝導機構からなる高度角駆
動部10とパルスモータ11とを配設し、また他方には高度
角ロック機構部14及びパルスモータ41を配設し、可動反
射ミラー６の背部に取り付けた水平軸34の一端を高度角
駆動部10に連結して垂直方向に回動可能とし、また水平
軸34の他端には高度角ロック機構部14と連結させこの高
度角ロック機構部14で水平軸34の回動をロックさせるこ
とができるように構成されている。ここで水平軸34に対
する可動反射ミラー６の取り付けは適宜な締結手段によ
り行っており、該締結手段を緩めることにより可動反射
ミラー６の向きを反転させることができるようになって
いる。可動反射ミラー６は複数枚の強化ガラス製の凸面
ミラー（Ｒ＝10m〜20m）を組み合わせて形成された１枚
の大型反射ミラーと、該ミラーを固定する枠体35と、該
枠体35を保持するミラー固定台36と、各凸面ミラーの設
定角度を調整して大型反射ミラーの曲率を変え照射範
囲、照射照度を変える調整機構（図示せず）とから構成
され、強化ガラス製の凸面ミラーには合成樹脂をコンパ
ウンドして割れ防止を図り風圧、外部衝撃、熱膨張より
保護してある。

３杯風速計13は支持台33の後上部に設けられ、また無線
受信部15の受信アンテナ16は３杯風速計13と同様に支持
台33の後上部に取り外し自在に取り付けられる。

反射ミラー駆動装置３、３杯風速計13、及び受信アンテ
ナ16は安全柵27により取り囲まれ、また反射ミラー駆動
装置３と屋内に設けられた制御装置４との間は外部から
の専用ケーブル37にて接続され外部からの妨害電波に対
して保護してある。

次に本実施例の太陽光追尾採光装置の動作について説明
する。

まず施工完了時においては可動反射ミラー６の角度を調
整して所定の位置に対する太陽光の導入状態を見て調整
を行う必要がある。そこで受信アンテナ16を反射ミラー
駆動装置３の支持台33に取付けるとともに、制御演算部
21の演算部29に無線受信部15を結合させ、然る後に作業
者は無線操作部24を携帯して所望の反射位置を見ながら
無線信号を送るのである。この場合無線操作部24に設け
た操作スイッチ（図示せず）により可動反射ミラー６の
高度角β′、方位角α′のデータをインプットすると無
線信号としてデータが送信され、受信アンテナ16を通じ
て無線受信部15で受信復調され、復調された操作データ
は演算部29により読み込まれて判定され、演算部29によ
り制御データが作成される。この制御データが追跡制御
部28を通じて制御信号に変換され各モータアンプ18a,18
bに送られ、該モータアンプ18a,18bからパルス信号が出
力され、対応する各パルスモータ7,11を駆動するのであ
る。従って可動反射ミラー６は無線操作部24の操作にリ
アルタイムに応答して方位角α′、高度角β′が設定さ
れる。作業者は可動反射ミラー６を適宜動かして反射さ
れた光と所望の日陰部の位置との状況を観察しながら適
正に照射範囲を設定する。ここで適正な照射範囲が設定
できると作業者は無線操作部24のスタンバイスイッチ
（図示せず）を操作して、初期設定の指令信号を送信す
ると、無線受信部15を通じて指令信号を受け取った演算
部29は現在の年・月・日・時刻のデータと、方位角検出
部８、高度角検出部12からの可動反射ミラー６の方位角
α′、高度角β′のデータを読み取って設置位置の太陽
高度角β、方位角αと時間との関係を判定し、判定結果
と、データ記憶部23に記憶させてある太陽高度角βと方
位角αと時間との関係データとを比較することにより補
正値を算出し、この補正値を今後の自動太陽追尾時の方
位角α′、高度角β′の決定の際に使用することにな
る。補正値は角度γに相当するデータであり、建物１の
高さＨおよび反射ミラー２による太陽光を導入すべき日
陰部の建物１からの距離ｌを入力することによって補正
値を算出するようにしても良い。尚方位角αとα′との
間は90°の差がある。以上の初期設定が終了すると可動
反射ミラー６と太陽Ｓと無線受信部15及び受信アンテナ
16は不要となるから取り外す。さて初期設定の終了後に
おいては演算制御部21の演算部29はデータ記憶部23の記
憶してあるデータと上記算出した補正値と時間カウント
データに基づき現在時の太陽高度角βと方位角αから可
動反射ミラー６の高度角β′及び方位角α′を算出して
制御データを作成し、追跡制御部28、各モータアンプ18
a,18b、各駆動部5,10を通じてパルスモータ7,11の制御
を行い可動反射ミラー６を太陽Ｓに対して自動追尾させ
るのである。この時追跡制御部28は方位角検出部8,高度
角検出部12からの検出データを取り込んで演算部29に可
動反射ミラー６の回動状態データを与えており、該デー
タに基づいて演算部29は可動反射ミラー６が所定の高度
角β′及び方位角α′に回動されるまで制御を続ける。
上記制御データの送出間隔は実施例では１分間に１回と
してある。又可動反射ミラー６の太陽追尾は日の出から
日没まで行なわれ、太陽Ｓの高度角αが一定になると太
陽追尾を停止させ、演算部29は可動反射ミラー６を翌日
の作動開始位置まで復帰させる制御データを追跡制御部
29へ送出するのである。このようにして年間を通じて演
算部29はその日の現在時の太陽Ｓの高度角β、方位角α
及び補正値から可動反射ミラー６の高度角β′及び方位
角α′を算出して制御データを作成しパルスモータ7,11
を駆動することにより可動反射ミラー６を太陽Ｓに追尾
させ、所定の日陰部に太陽光を導入させるのである。勿
論装置の作動時間は毎日異なり、四季の変化に合わせて
日陰部の日照時間を変化させることができる。また雨天
においても太陽追尾は行なわれる。

ところで可動反射ミラー６は大きな面積を有するため強
風下では大きな風圧が加わって高度角駆動部12、方位角
駆動部８に過大な負荷が加わり破損する恐れがあるた
め、本装置では三杯風速計13からの電気信号により検出
された風速検出部20からの瞬間風速データと平均風速デ
ータとを演算部29が監視し、その検出風速が例えば40m/
secを越えたことを検出すると、演算部29は直ちに追尾
を停止させ且つロックしさせるために追跡制御部28へロ
ック指令データを送出する。追跡制御部28では制御信号
を作成して、高度角ロック機構部14及び方位角ロック機
構部９の各パルスモータ41,40を駆動するモータ駆動部4
6に出力する。高度角ロック機構部14及び方位角ロック
機構部９はパルスモータ41,40にて駆動され、水平軸3
4、垂直軸32の回動をロックするのである。勿論可動反
射ミラー６を風圧を最も受けにくい位置に停止させ同時
にロックを掛かるようにしてもよい。

このロックを掛けた後は演算部29は、例えば１時間間隔
で追跡制御部28を介してそのときの風速検出部20からの
風速データを取り込んでそのときの検出風速が40m/sec
より低くなるとロック解除指令を出力して各パルスモー
タ41,40を駆動させ上述のロックを解除させる。同時に
解除時の時点における太陽Ｓの高度角β及び方位角αに
対応するように可動反射ミラー６を回動させる制御デー
タを出力し、その後通常の太陽追尾制御動作に戻るので
ある。

上記実施例は第６図（ａ）に示すように建物１の南側に
対して太陽光を反射導入させる施工例であったが、建物
１の北側の日陰部に太陽光を導入する場合には可動反射
ミラー６を支持台33の両側腕間に保持している両側の水
平軸34に対する締結を緩めて該水平軸34を中心として回
転させて可動反射ミラー６の向きを反転させ、両側腕の
突出方向に対して反対向きに保持させ、第６図（ｂ）に
示すように設置すれば建物１の北側の日陰部に太陽光を
反射導入させることができる。

このように建物１の向きや形状に応じて適宜可動反射ミ
ラー６の向きを設定すれば南側の日陰部は勿論のこと北
側の日陰部にも太陽光を導入できるのである。

［考案の効果］ 本考案は、方位角駆動手段により水平方向に回動される
垂直軸を本体部の上面から垂直に突設するとともにこの
垂直軸に支持台を取付け、この支持台の両側から垂直軸
に対して直交方向で且つ本体部の外周面より外方向へ二
つの腕を並行突設し、この腕の先部間に高度角駆動手段
により垂直方向に回動される水平軸を設け、腕の突出方
向側の本体部の外周面の位置より腕の先部の水平軸の位
置までの距離内に回動半径が収まるように可動反射ミラ
ーを水平軸に取付け、水平軸の回動により可動反射ミラ
ーの鏡面の向きを反転自在としたので、本体部の外周面
の位置より離れた位置において本体部の外周面に邪魔さ
れることなく可動反射ミラーを垂直方向に回転させるこ
とができ、そのためビル等の屋上に設置する時に可動反
射ミラーの照射方向を下方の本体部に邪魔されることな
く、容易に必要な方向に向けることができ、建物の北側
の日陰部等に太陽光を反射導入させたりすることが可能
となるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の全体配置構成図、第２図（ａ）は同上
の反射ミラー駆動装置の一部破断省略せる正面図、同図
（ｂ）は同上の反射ミラー駆動装置の一部破断省略せる
側面図、第３図（ａ）は同上の制御装置の正面図、同図
（ｂ）は同上の制御装置の側面図、第４図は同上の回路
構成図、第５図（ａ）（ｂ）は同上の動作原理説明図、
第６図（ａ）（ｂ）は同上の反射ミラー駆動装置の設置
例の説明図であり、１は建物、３は反射ミラー駆動装
置、６は可動反射ミラー、４は制御装置、５は方位角駆
動部、34は水平軸である。

フロントページの続き (72)考案者 中川 雅之 大阪府門真市大字門真1048番地 松下電工 株式会社内 (72)考案者 黒崎 昭雄 大阪府門真市大字門真1048番地 松下電工 株式会社内 (56)参考文献 特開 昭52−115240（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−63504（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】可動反射ミラーと、演算制御部からの制御
   信号により該可動反射ミラーを水平方向と垂直方向とに
   夫々回動させて太陽に追尾させ建物の日陰部に太陽光を
   反射導入させる方位角駆動手段及び高度角駆動手段とを
   備え、方位角駆動手段により水平方向に回動される垂直
   軸を本体部の上面から垂直に突設するとともにこの垂直
   軸に支持台を取付け、この支持台の両側から垂直軸に対
   して直交方向で且つ本体部の外周面より外方向へ二つの
   腕を並行突設し、この腕の先部間に高度角駆動手段によ
   り垂直方向に回動される水平軸を設け、腕の突出方向側
   の本体部の外周面の位置より腕の先部の水平軸の位置ま
   での距離内に回動半径が収まるように可動反射ミラーを
   水平軸に取付け、水平軸の回動により可動反射ミラーの
   鏡面の向きを反転自在としたことを特徴とする太陽光追
   尾採光装置。