JP2001210116A

JP2001210116A - 採光装置

Info

Publication number: JP2001210116A
Application number: JP2000019428A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Fukui; 秀明福井; Norihide Arakane; 仙英荒金; Yoshiaki Mitsuoka; 嘉昭三岡
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2000-01-28
Filing date: 2000-01-28
Publication date: 2001-08-03

Abstract

(57)【要約】【課題】曇天から晴天への変化時にも迅速に採光手段
の追尾駆動が行われ、太陽軌道を算出するためのデータ
入力をも要しない採光装置を提供する。【解決手段】採光手段１、駆動手段２、制御手段３を
備え、制御手段３には演算部を有し、この演算部で算出
された太陽軌道に対応するよう、同制御手段３で駆動手
段２が採光手段１を追尾駆動させるようになした採光装
置であり、ＧＰＳ５で測定された緯度、経度の両データ
を用いて、前記演算部で太陽軌道が算出されるようにな
した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、太陽に対し追尾駆
動されて太陽光を屋内へと採光する採光装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、太陽光を屋内へと採光する採
光手段と、該採光手段を太陽に対して追尾駆動させる駆
動手段と、該駆動手段の追尾駆動を動作制御する制御手
段とを備えた採光装置は知られている。該採光装置にお
いては、太陽光を受けて現実の太陽位置を検知する太陽
検知センサを備え、該太陽検知センサで検知された太陽
位置に対応するよう、前記制御手段で駆動手段の追尾駆
動が動作制御されるようになっている。

【０００３】この場合、太陽光を屋内へと採光する採光
手段としては、太陽光を鏡で反射して屋内へと採光する
ものや、太陽光を集光レンズで集め光ファイバーを介し
て屋内へと採光するものがあった。前者の採光手段では
鏡が太陽に対して追尾駆動され、後者の採光装置では集
光レンズが太陽に対して追尾駆動される。そして、いず
れの場合にあっても、太陽検知センサの検知出力に応じ
て現実の太陽位置が把握され、該太陽位置に対応するよ
う鏡或いは集光レンズが追尾駆動されて、太陽光は効率
良く屋内へと採光される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の技術において、晴天時には、太陽検知センサが現実
の太陽位置を検知して採光手段は支障なく追尾駆動され
るが、曇天になると、同太陽検知センサは現実の太陽位
置を検知することができなくなり、同採光手段の追尾駆
動は行われなくなる。こうなると、曇天から晴天への変
化時には、採光手段が現実の太陽位置に対応するよう復
帰動作された後に、前記追尾駆動を開始することになっ
て、迅速には採光が再開されない。

【０００５】そこで、曇天から晴天への変化時に、迅速
に採光が再開されるよう、曇天時に太陽軌道を算出し、
該太陽軌道に採光手段を対応するよう移動、待機させて
おくことも提案されている。この場合、制御手段には、
設置場所の緯度、経度、時刻の各データに基づいて太陽
軌道を計算する演算部が設けられ、該演算部で算出され
た太陽軌道に対応するよう、同制御手段で駆動手段の追
尾駆動は動作制御されることとなる。

【０００６】しかし、この場合には、装置を施工する際
に、施工業者或いはユーザーが、設置場所の緯度、経度
の両データを入力しておかなければならず、該両データ
を各設置場所毎で正確に得ることは困難でもあり、施工
に技術知識と手間とを要するものとなる。又、メーカー
側で、顧客の住所を基に緯度、経度の両データを入力設
定してから出荷することも考えられるが、この場合に
は、各種データの管理や物流管理が複雑化して、製品管
理の面で望ましくない。

【０００７】本発明は、上記従来の技術における問題を
悉く解決するために発明されたもので、その課題は、採
光手段が太陽軌道に対応するよう動作され、曇天から晴
天への変化時にも、迅速に該採光手段の追尾駆動は行わ
れ、出荷や施工等の際に、同太陽軌道を算出するための
データ入力を要さず、施工が簡単で製品管理上も望まし
い採光装置を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１記載の
採光装置は、太陽光を屋内へと採光する採光手段と、該
採光手段を太陽に対して追尾駆動させる駆動手段と、該
駆動手段の追尾駆動を動作制御する制御手段とを備え、
該制御手段には、設置場所の緯度、経度、時刻の各デー
タに基づいて太陽軌道を計算する演算部を有し、該演算
部で算出された太陽軌道に対応するよう、同制御手段で
前記駆動手段の追尾駆動を動作制御するようになした採
光装置であって、衛生からの信号により現在地の緯度、
経度、時刻等を測定するＧＰＳを備え、該ＧＰＳで測定
された緯度、経度の両データを用いて、前記制御手段の
演算部で計算が行われ、前記駆動手段の追尾駆動が動作
制御されるようになしたものである。

【０００９】したがって、この場合、制御手段で駆動手
段が動作制御されて、該駆動手段により採光手段は太陽
に対して追尾駆動され、該採光手段によって太陽光が効
率良く屋内へと採光される。しかも、前記制御手段に
は、設置場所の緯度、経度、時刻の各データに基づいて
太陽軌道を計算する演算部を有し、該演算部で算出され
た太陽軌道に対応するよう、同制御手段で前記駆動手段
の追尾駆動が動作制御されるので、前記採光手段は太陽
軌道に対応するよう動作され、曇天から晴天への変化時
にも、迅速に該採光手段の追尾駆動が行われる。

【００１０】更に、衛生からの信号により現在地の緯
度、経度、時刻等を測定するＧＰＳを備え、該ＧＰＳで
測定された緯度、経度の両データを用いて、前記制御手
段の演算部では計算が行われるので、各種のデータは同
ＧＰＳから容易に得られ、出荷や施工等の際に、前記太
陽軌道を算出するためのデータ入力を要さず、施工が簡
単で製品管理上も望ましいものとなる。

【００１１】本発明の請求項２記載の採光装置は、上記
請求項１記載の採光装置において、太陽光を受けて現実
の太陽位置を検知する太陽検知センサを備え、該太陽検
知センサで検知された太陽位置に対応するよう、制御手
段で駆動手段の追尾駆動が優先的に動作制御されるよう
になしたことを特徴とするものである。

【００１２】したがって、この場合は特に、太陽検知セ
ンサで検知された太陽位置に対応するよう、制御手段で
駆動手段の追尾駆動が優先的に動作制御されるので、晴
天時には、同太陽検知センサが現実の太陽位置を検知
し、該太陽検知センサの検知出力に応じて採光手段は追
尾駆動され、該採光手段によって太陽光がより効率良く
屋内へと採光される。そして、曇天になると、上記演算
部で算出された太陽軌道に対応するよう、制御手段で追
尾駆動が動作制御されて、採光手段は太陽軌道に対応す
るよう動作される。そのため、曇天から晴天への変化時
には、採光手段が太陽軌道に対応するよう移動、待機さ
れていて、前記効率の良い採光は迅速に再開される。

【００１３】本発明の請求項３記載の採光装置は、上記
請求項１又は２記載の採光装置において、制御手段の演
算部で行われる計算に、ＧＰＳで測定された時刻のデー
タをも用いるようになしたことを特徴とするものであ
る。

【００１４】したがって、この場合は特に、月日と共に
狂いが大きくなるマイコン等の時計機能に比べ、ＧＰＳ
からは正確な現在時刻を得ることができ、該ＧＰＳから
得られる時刻のデータを用いることで、制御手段の演算
部では正確な太陽軌道が算出される。

【００１５】本発明の請求項４記載の採光装置は、上記
請求項１〜３のいずれか一つに記載の採光装置におい
て、装置の設置されるべき所定方位と現実の設置方位と
の差異を検出する方位センサを備え、該方位センサの出
力データに基づいて、演算部で計算される太陽軌道が補
正されるようになしたことを特徴とするものである。

【００１６】したがって、この場合は特に、装置を設置
する方位のズレが方位センサで検出され、これに基づい
て、演算部では方位に関する補正が行われて、太陽軌道
はより正確に算出される。これにより、施工業者は方位
のズレに配慮を要することなく、容易に装置を設置する
ことができ、設置方位には影響されることなく、安定し
た採光を得ることができる。

【００１７】すなわち、通常なれば、施工業者はコンパ
ス等を用いて、装置を真南（所定方位）に向けて正確に
設置しなければならず、施工技術を要して施工が手間取
るものとなる。又、真南方位に対する施工ズレに関して
は、施工業者が入力することで補正されるようになすこ
とも考えられるが、真南方位に対する施工ズレを正確に
把握することは容易でなく、これを施工業者が入力する
ことは極めて困難であり、コンパスで得られる真南方向
も、磁偏差によりズレていて正確でない。このような問
題が、方位センサによる自動的補正で解決されるのであ
る。

【００１８】本発明の請求項５記載の採光装置は、上記
請求項１〜４のいずれか一つに記載の採光装置におい
て、装置の設置されるべき所定傾斜角度と現実の設置傾
斜角度との差異を検出する傾きセンサを備え、該傾きセ
ンサの出力データに基づいて、演算部で計算される太陽
軌道が補正されるようになしたことを特徴とするもので
ある。

【００１９】したがって、この場合は特に、装置を設置
する傾斜角度のズレが傾きセンサで検出され、これに基
づいて、演算部では傾斜角度に関する補正が行われて、
太陽軌道はより正確に算出される。これにより、施工業
者は傾斜角度のズレに配慮を要することなく、容易に装
置を設置することができ、屋根勾配等に伴う設置角度に
は影響されることなく、安定した採光を得ることができ
る。すなわち、通常なれば、施工業者は水準器等を用い
て、装置を水平（所定傾斜角度）にして正確に設置しな
ければならず、施工技術を要して施工が手間取るものと
なる。このような問題が、傾きセンサによる自動的補正
で解決されるのである。

【００２０】

【発明の実施の形態】図１〜４は、本発明の請求項１〜
５全てに対応する一実施形態を示す。該実施形態の採光
装置は、図１、３に示す如く、太陽光25を屋内へと採光
する採光手段１と、該採光手段１を太陽24に対して追尾
駆動させる駆動手段２と、該駆動手段２の追尾駆動を動
作制御する制御手段３とを備えている。そして、制御手
段３には、図２に示す如く、設置場所の緯度、経度、時
刻の各データに基づいて太陽軌道を計算する演算部４を
有しており、該演算部４で算出された太陽軌道に対応す
るよう、同制御手段３で前記駆動手段２の追尾駆動を動
作制御するようになっている。

【００２１】更には、衛生からの信号により現在位置の
緯度、経度、時刻等を測定するＧＰＳ５（ＧＰＳ受信機
22及びＧＰＳアンテナ23を内蔵）を備えており、該ＧＰ
Ｓ５で測定された緯度、経度の両データを用いて、前記
制御手段３の演算部４で計算が行われ、前記駆動手段２
の追尾駆動が動作制御されるようになっている。この場
合、制御手段３の演算部４で行われる計算に、ＧＰＳ５
で測定された時刻のデータをも用いるようになってい
る。

【００２２】しかも、該実施形態の採光装置において
は、太陽光25を受けて現実の太陽24の位置を検知する太
陽検知センサ６を備え、該太陽検知センサ６で検知され
た太陽24の位置に対応するよう、制御手段３で駆動手段
２の追尾駆動が優先的に動作制御されるようになってい
る。又、装置の設置されるべき所定方位と現実の設置方
位との差異を検出する方位センサ７を備え、該方位セン
サ７の出力データに基づいて、演算部４で計算される太
陽軌道が補正されるようになっている。又、装置の設置
されるべき所定傾斜角度と現実の設置傾斜角度との差異
を検出する傾きセンサ８を備え、該傾きセンサ８の出力
データに基づいて、演算部４で計算される太陽軌道が補
正されるようにもなっている。

【００２３】又、該実施形態の採光装置は、従来の天窓
に取り付けた構造となっており、アクリル樹脂製のドー
ム15を備えた天窓部材９と、取付架台10と、採光装置本
体11とでなる。この場合、野地板12の開口に設置された
天窓木枠13に取付架台10が架設固定され、該取付架台10
の略中央上に採光装置本体11が設置されている。採光装
置本体11は、採光手段１となる集光レンズ28と、該集光
レンズ28を駆動させる駆動手段２とを備えている。駆動
手段２は、集光レンズ28を垂直に回動させる高度用モー
タ20と、同集光レンズ28を水平に回動させる方位用モー
タ21とで構成される。なお、採光手段１としては、太陽
光25を鏡で反射して屋内へと採光するものが採用されて
も良い。

【００２４】天窓の周囲には天窓水切り部材14が設けら
れ、該天窓水切り部材14の周辺の屋根26には野地板12上
に屋根瓦27が敷設施工されている。そして、天窓木枠13
上に透明なドーム15が取り付けられ、該ドーム15はその
周囲に設けられる天窓周囲カバー16で固定され、同ドー
ム15によって採光装置本体11が覆われている。この場
合、採光装置本体11の採光手段１となる集光レンズ28が
屋根26より上方へ突出しており、該突出した部分をドー
ム15は覆っている。なお、採光装置本体11の集光レンズ
28上側には太陽検知センサ６が付設されており、取付架
台10上には、同採光装置本体11の他、その周辺に、制御
手段３となるマイコン基板ＢＯＸ、方位センサ７及び傾
きセンサ８、ＧＰＳ受信機22及びＧＰＳアンテナ23を内
蔵したＧＰＳ５等が設置固定されている。

【００２５】そして、採光装置本体11の集光レンズ28の
集光部29には、光ファイバー17が接続されている。光フ
ァイバー17は、図３に示す如く、北側一階部屋18にまで
延設され、該北側一階部屋18の天井で発光器具19に接続
されている。この場合、集光部29で光ファイバー17の受
光端面に太陽光25が入射され、該光ファイバー17内を光
搬送された同太陽光25は発光器具19より北側一階部屋18
内へと採光される。なお、天窓の取付架台10の隙間から
入射した太陽光25は、乳白色で半透明の配光板30を介し
て、南側二階部屋31へと採光される。

【００２６】ここで、施工後の初期運転時における自動
設定の方法を説明する。このとき制御手段３のマイコン
基板ＢＯＸでは、ＧＰＳ５のＧＰＳ受信機22からの出力
により、設置場所の緯度（北緯）及び経度を検知して記
憶している。そして、同じ制御手段３のマイコン基板Ｂ
ＯＸで、傾きセンサ８及び方位センサ７からの出力によ
り、屋根26の傾斜角度α（図１に示す屋根勾配）と、設
置された採光装置本体11にとっての真南方向（図４で右
斜め下方向）がコンパスの示す真南方向（図４で真下方
向）に対してズレている角度γと、を検出（傾きセンサ
８、方位センサ７の各センサ出力を角度に変換すること
でα及びγは得られる）して記憶している。以降、制御
手段３に記憶されたこれ等のデータが用いられて、同制
御手段３の演算部４では太陽軌道が計算され補正される
ことになる。

【００２７】次に、晴天時における採光の動作を説明す
る。図３に示す如く、太陽24からの太陽光25は、屋根26
に設置された採光装置本体11へ照射される。採光装置本
体11では、図１に示す如く、集光レンズ28の横に付設さ
れた太陽検知センサ６の出力結果に基づいて、高度用モ
ータ20及び方位用モータ21でなる駆動手段２が動作制御
され、該駆動手段２の操作によって、採光手段１となる
同集光レンズ28は太陽24の位置へ向くように駆動され
る。そして、集光レンズ28にて太陽光25が集光部29に集
光され、前述の如く、該集光部29から光ファイバー17を
介して、同太陽光25は発光器具19より北側一階部屋18内
へと採光され、その際、取付架台10の隙間を通った太陽
光25が、配光板30を介して南側二階部屋31へも採光され
る。

【００２８】続いて、曇天時における採光の動作を説明
する。太陽24が雲に隠れて陰った状態では、太陽検知セ
ンサ６による追尾駆動が不可能となる。そこで、初期に
前記制御手段３で記憶設定された緯度、経度のデータを
基に、同制御手段３の演算部４で太陽軌道が計算され、
これと共に、先に導出された傾き及び方位のズレは補正
されて、採光手段１が現在の太陽24の位置に対応するよ
う移動、待機されるようになっている。これにより、晴
れ間と共に、瞬時に採光が再開される。

【００２９】制御手段３の演算部４で太陽軌道を算出す
る計算式は、次の通りである。・θ＝φ−α ・ｓｉｎＨ＝ｓｉｎθｓｉｎδ＋ｃｏｓθｃｏｓδｃｏ
ｓｔ・ｓｉｎε＝ｃｏｓδｓｉｎｔｓｅｃＨ・Ａ＝ε−γ−λ λ：磁偏差（真南とコンパスの南とのズレ）であり、該
λは日本測量協会の近似式を利用すれば、入力が不要と
なる値である。ここでは、ＧＰＳ５より得られた緯度（φ）と、経度
（ψ）を基に算出された時角（ｔ）と、月日より算出さ
れる赤緯（δ）とを利用することで、太陽軌道の高度Ｈ
と方位Ａとが求められるものである。又、その際、前記
傾きのズレ角度αと方位のズレ角度γとが取り入れられ
て、各々補正されるものである。

【００３０】したがって、該実施形態の採光装置におい
ては、制御手段３で駆動手段２となる高度用モータ20及
び方位用モータ21が動作制御されて、これにより採光手
段１となる集光レンズ28は太陽24に対して追尾駆動さ
れ、該集光レンズ28で集光された太陽光25が光ファイバ
ー17を介して効率良く室内へと採光される。しかも、前
記制御手段３には、設置場所の緯度、経度、時刻の各デ
ータに基づいて太陽軌道を計算する演算部４を有してお
り、該演算部４で算出された太陽軌道に対応するよう、
同制御手段３で前記駆動手段２の追尾駆動が動作制御さ
れるので、前記採光手段１は太陽軌道に対応するよう動
作され、曇天から晴天への変化時にも、迅速に該採光手
段１の追尾駆動が行われる。

【００３１】更には、衛生からの信号により現在位置の
緯度、経度、時刻等を測定するＧＰＳ５を備え、該ＧＰ
Ｓ５で測定された緯度、経度の両データを用いて、前記
制御手段３の演算部４では計算が行われる。しかも、月
日と共に狂いが大きくなるマイコン等の時計機能に比
べ、ＧＰＳ５からは正確な現在時刻を得ることができる
ので、該ＧＰＳ５から得られる時刻のデータを用いるこ
とにより、制御手段３の演算部４では正確な太陽軌道が
算出される。このように、各種のデータはＧＰＳ５から
容易に得られて、出荷や施工等の際に、出荷者或いは施
工業者やユーザー等がデータを入力する手間は省略さ
れ、前記太陽軌道を算出するためのデータ入力を要さ
ず、施工が簡単で製品管理上も望ましいものとなる。

【００３２】又、該実施形態の採光装置においては、太
陽検知センサ６で検知された太陽24の位置に対応するよ
う、制御手段３で駆動手段２の追尾駆動が優先的に動作
制御されるので、晴天時には、同太陽検知センサ６が現
実の太陽24の位置を正確に検知し、該太陽検知センサ６
の検知出力に応じて採光手段１は追尾駆動され、該採光
手段１によって太陽光25がより効率良く室内へと採光さ
れる。そして、曇天になると、前記演算部４で算出され
た太陽軌道に対応するよう、制御手段３で追尾駆動が動
作制御されて、採光手段１は同太陽軌道に対応するよう
動作される。そのため、曇天から晴天への変化時には、
採光手段１が太陽軌道に対応するよう移動、待機されて
いて、前記効率の良い採光は迅速に再開される。

【００３３】又、該実施形態の採光装置においては、装
置を設置する方位のズレが方位センサ７で、傾斜角度の
ズレが傾きセンサ８で各々検出され、これに基づいて、
演算部４では方位及び傾斜角度に関する補正が行われ
て、太陽軌道はより正確に算出される。これにより、施
工業者は方位及び傾斜角度のズレに配慮を要することな
く、容易に装置を設置することができ、設置方位や屋根
勾配等に伴う設置角度には影響されることなく、安定し
た採光を得ることができる。

【００３４】

【発明の効果】上述の如く、本発明の請求項１記載の採
光装置においては、追尾駆動される採光手段によって太
陽光が効率良く屋内へと採光され、該採光手段は太陽軌
道に対応するよう動作されて、曇天から晴天への変化時
にも、迅速に同採光手段の追尾駆動が行われる。しか
も、各種のデータがＧＰＳから容易に得られて、出荷や
施工等の際に、前記太陽軌道を算出するためのデータ入
力を要さず、施工は簡単で製品管理上も望ましいものと
なる。

【００３５】又、本発明の請求項２記載の採光装置にお
いては、特に、晴天時に太陽検知センサの出力に応じ採
光手段が追尾駆動されて、太陽光はより効率良く屋内へ
と採光され、曇天になると、同採光手段が上記算出され
た太陽軌道に対応するよう動作される。そのため、曇天
から晴天への変化時には、採光手段が太陽軌道に対応す
るよう移動、待機されていて、前記効率の良い採光は迅
速に再開される。

【００３６】又、本発明の請求項３記載の採光装置にお
いては、特に、ＧＰＳから正確な現在時刻を得ることが
でき、該ＧＰＳから得られる時刻のデータを用いること
により、制御手段の演算部では正確な太陽軌道が算出さ
れる。

【００３７】又、本発明の請求項４記載の採光装置にお
いては、特に、方位センサにより自動的補正が行われ
て、施工業者は方位のズレに配慮を要することなく、容
易に装置を設置することができ、設置方位には影響され
ることなく、安定した採光を得ることができる。

【００３８】又、本発明の請求項５記載の採光装置にお
いては、特に、傾きセンサにより自動的補正が行われ
て、施工業者は傾斜角度のズレに配慮を要することな
く、容易に装置を設置することができ、設置角度には影
響されることなく、安定した採光を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態である採光装置の要部構成
を示す縦断面図。

【図２】同採光装置における制御の流れを示す概略ブロ
ック図。

【図３】同採光装置の施工状態を示す概略縦断面図。

【図４】同採光装置の施工状態を示す概略平面図。

【符号の説明】

１採光手段２駆動手段３制御手段４演算部５ＧＰＳ６太陽検知センサ７方位センサ８傾きセンサ 24 太陽 25 太陽光

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者三岡嘉昭大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株式会社内Ｆターム(参考） 2H043 BD02 BD10 BD12 BD13 5H303 AA30 BB02 BB07 BB14 CC10 DD01 EE08 FF03 GG11 GG20 HH01 QQ09

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】太陽光を屋内へと採光する採光手段と、
該採光手段を太陽に対して追尾駆動させる駆動手段と、
該駆動手段の追尾駆動を動作制御する制御手段とを備
え、該制御手段には、設置場所の緯度、経度、時刻の各
データに基づいて太陽軌道を計算する演算部を有し、該
演算部で算出された太陽軌道に対応するよう、同制御手
段で前記駆動手段の追尾駆動を動作制御するようになし
た採光装置であって、衛生からの信号により現在地の緯
度、経度、時刻等を測定するＧＰＳを備え、該ＧＰＳで
測定された緯度、経度の両データを用いて、前記制御手
段の演算部で計算が行われ、前記駆動手段の追尾駆動が
動作制御されるようになした採光装置。
【請求項２】太陽光を受けて現実の太陽位置を検知す
る太陽検知センサを備え、該太陽検知センサで検知され
た太陽位置に対応するよう、制御手段で駆動手段の追尾
駆動が優先的に動作制御されるようになしたことを特徴
とする請求項１記載の採光装置。
【請求項３】制御手段の演算部で行われる計算に、Ｇ
ＰＳで測定された時刻のデータをも用いるようになした
ことを特徴とする請求項１又は２記載の採光装置。
【請求項４】装置の設置されるべき所定方位と現実の
設置方位との差異を検出する方位センサを備え、該方位
センサの出力データに基づいて、演算部で計算される太
陽軌道が補正されるようになしたことを特徴とする請求
項１〜３のいずれか一つに記載の採光装置。
【請求項５】装置の設置されるべき所定傾斜角度と現
実の設置傾斜角度との差異を検出する傾きセンサを備
え、該傾きセンサの出力データに基づいて、演算部で計
算される太陽軌道が補正されるようになしたことを特徴
とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の採光装置。