JP2007101501A - 日照検出装置及び該日照検出装置を用いた電動ブラインドの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】日照があるか否かを精度良く判定することができ、且つ全体の装置を低コストで構成することができる電動ブラインドの制御装置を提供する。
【解決手段】異なる方向を向いて設置された複数の照度センサ５２，５３と、各照度センサ５２，５３への太陽の存在する方向からの直射光の入射を遮蔽する第１相対位置と、各照度センサ５２，５３への太陽の存在する方向からの直射光の入射を遮蔽しない第２相対位置とを少なくとも通過するようにして各照度センサに対して相対運動を行う遮蔽部材５４とからなる日照検出装置１２と、日照検出装置１２のいずれかの照度センサの照度値と該照度センサと遮蔽部材５４との間の相対位置との関係から日照の有無を判定する日照判定手段４０と、日照判定手段３８による日照有無判定結果に基づき電動ブラインドに対する制御信号を出力する自動制御手段３８と、を備える。
【選択図】図３Ａ

Description

本発明は、日照の有無を検出するための日照検出装置及び該日照検出装置を用いて電動ブラインドを自動制御する電動ブラインドの制御装置に関する。

従来、天候に応じた制御を行なう電動ブラインドの制御装置としては、特許文献１（特開平２−１０８７８４号公報）に記載されたものが知られている。この公報に記載の制御装置では、日射量検出器からの出力を増幅器にて増幅した後、比較器により基準電圧と比較して、晴れと曇り（または雨）の判定を行い、その判定結果に従い、各ブラインドのスラット角度を調整するようにしている。

こうして日照判定機能を持たせることにより、ブラインドを晴れと曇りに応じた状態に一致させて制御することができるようになっている。

しかしながら、上記特許文献１による天候判断は、比較器によって、日射量検出器からの出力と予め定めた基準値に相当する基準電圧との比較に基づいて行っているが、正午と日没間際といった時間帯や、夏季と冬季といった季節が異なると、晴れの状態の照度値は変化し、照度値が低くても晴れであったり、照度値が高くても曇りであったりすることはあるため、日射量検出器からの出力と予め定めた基準電圧との単なる比較では、誤判定を招く、という問題がある。また、実際に太陽が薄い雲に隠れて直射日光がないのにもかかわらず照度が高い、所謂薄曇りの時も、晴れと誤判定してしまうおそれがある。

例えば、晴れであるにもかかわらず、曇りと誤判定してしまい、ブラインドの開度を高く制御してしまうと、直接日光が室内に入ってしまい、ユーザに不快感を与えてしまうという問題がある。

一方、精度良く直射光を検出するものとして、特許文献２に記載された太陽追尾型センサが知られており、この太陽追尾型センサでは、太陽追尾装置に第一の照度計を搭載して太陽軌跡を追尾可能とし、第一の照度計の受光角を直射光を受光するために必要とする狭い角度とし、第二の照度計を直射光を受光不能に設置して、第一の照度計と第二の照度計との検出照度の比較値から、直射光の有無を検出している。

しかしながら、かかる太陽追尾型センサでは、太陽光追尾装置と２つの照度計が必須であり、全体的に高価な装置になってしまうという問題がある。

特開平２−１０８７８４号公報 特開２００５−３５２４号公報

本発明はかかる課題に鑑みなされたもので、日照があるか否かを精度良く判定することができ、且つ全体の装置を低コストで構成することができる日照検出装置及び該日照検出装置を用いた電動ブラインドの制御装置を提供することをその目的とする。

前述した目的を達成するために、請求項１記載の発明は、日照の有無を検出するための日照検出装置であって、
互いに異なる方向を向いて配置された複数の照度センサと、各照度センサへの太陽の存在する方向からの直射光の入射を遮蔽する第１相対位置と、各照度センサへの太陽の存在する方向からの直射光の入射を遮蔽しない第２相対位置とを少なくとも通過するようにして各照度センサに対して相対運動を行う遮蔽部材とからなることを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の前記遮蔽部材が、複数の照度センサの周囲を所定周期で回転する部材であり、遮蔽部材が回転して太陽と照度センサとの間に配置された位置を、前記第１相対位置とすることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の前記遮蔽部材が、太陽の移動方向に平行な方向に移動することを特徴とする。

請求項４記載の発明による電動ブラインドの制御装置は、請求項１ないし３のいずれかに記載の日照検出装置と、
前記日照検出装置の照度センサの照度値と、照度センサと遮蔽部材との間の相対位置との関係から日照の有無を判定する日照判定手段と、
前記日照判定手段による日照有無判定結果に基づき電動ブラインドの制御信号を出力する自動制御手段と、
を備えることを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項４記載の前記日照判定手段が、複数の照度センサのうちの少なくとも１つの照度センサからの照度値から求められる、照度センサが遮蔽部材によってその照度が影響を受けない全天空照度値と、照度センサが遮蔽部材によって太陽の存在する方向からの直射光が遮られた散乱照度値との差異である直達照度値から日照の有無を判定することを特徴とする。

請求項６記載の発明は、請求項５記載の前記日照判定手段が、前記直達照度値と予め設定した設定値との比較結果を前記日照有無判定結果とすることを特徴とする。

請求項７記載の発明は、請求項６記載の前記自動制御手段が、前記直達照度値が設定値より小さい場合には、ブラインドの開度を高くすることを特徴とする。

請求項８記載の発明は、請求項６または７記載の前記自動制御手段が、前記直達照度値が設定値より大きい場合には、ブラインドの開度を日射を遮蔽する開度に制御することを特徴とする。

請求項９記載の発明は、請求項５ないし８のいずれか１項に記載の日照の有無を判定するのに照度値が用いられる照度センサが、太陽の位置に応じて前記複数の照度センサの中から選択されることを特徴とする。

本発明によれば、照度センサへの太陽の存在する方向からの直射光の入射を遮蔽する第１相対位置と、照度センサへの太陽の存在する方向からの直射光の入射を遮蔽しない第２相対位置といった照度センサと遮蔽部材との相対位置関係と照度センサで検出される照度との関係は、太陽が出ているときと出ていないときとで有意な差異がでる。よってこの差異に基づき日照の有無を正確に判定することができるようになる。

照度センサと遮蔽部材とから構成されるために、安価に日照検出装置を構築することができる。

請求項２記載の発明によれば、遮蔽部材が照度センサの周囲を所定周期で回転することにより、太陽の位置の変化にかかわらず、必ず第１相対位置を実現させることができる。また、遮蔽部材を回転させることによって、安価に構成することができる。

請求項３記載の発明によれば、遮蔽部材が太陽の移動方向と平行な方向に移動することによって、太陽の位置の変化にかかわらず、必ず第１相対位置及び第２相対位置を実現させることができる。

請求項４記載の発明によれば、複数の照度センサと遮蔽部材とから構成される日照検出装置を用いるために、安価に電動ブラインドの制御装置を構築することができる。

請求項５及び６記載の発明によれば、日照が有れば、全天空照度値と散乱照度値との差異である直達照度値は大きく、日照が無ければ、直達照度値は小さいはずであるので、照度センサと遮蔽部材との相対位置を変化させることにより直達照度値を求め、直達照度値から日照の有無を判定することができるようになる。

請求項７記載の発明によれば、直達照度値が小さいときは日照が無いと考えられるので、その場合にはブラインドの開度を高くして、外光を多く採り入れるように制御することができる。よって、照明や空調などのエネルギー消費を軽減させることができる。

請求項８記載の発明によれば、直達照度値が大きいときには日照が有ると考えられるので、その場合にはブラインド開度を日射を遮蔽する開度に制御することにより、快適な室内環境を提供することができ、空調などのエネルギー消費を軽減させることができる。

請求項９記載の発明によれば、太陽の位置に応じて、使用する異なる方向を向いた複数の照度センサうちの照度値を採用する照度センサを切り替えることで、太陽の位置（方位、仰角）の変化にかかわらず、第１相対位置をなるべく一定にして測定条件を可能なかぎり一定にすることができるために、より精度良く検出することができる。

以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明による日照検出装置１２と、該日照検出装置１２を用いた電動ブラインドの制御装置及び電動ブラインドを含む構成概要図である。図において、１０は電動ブラインドの制御装置であり、制御装置１０は、主として、日照検出装置１２の他に中央制御装置１３と、を備えている。

また、制御装置１０はフロア毎に設置されるフロア制御装置１４を介して、各フロア毎に配置される電動ブラインド１６のブラインド制御装置１８に接続される。電動ブラインド１６としては、横型ブラインド、ローススクリーン、カーテン、シャッタ等の任意の電動開閉装置とすることができる。

日照検出装置１２は、図３に示すように、その基本構成は、上方（例えば天頂方向）に向けて配置された第１照度センサ５２と、水平方向（例えば西方向）に向けて配置された第２照度センサ５３と、各照度センサ５２、５３に対して相対運動可能となった遮蔽部材である帯状の遮蔽板５４と、を備える。各照度センサ５２、５３と遮蔽板５４の間の相対運動を発生させるためには、これらのいずれかまたはいずれも駆動可能であるが、好ましくは、遮蔽板５４の方だけを駆動可能とすると簡単に安価に構成することができる。この実施形態では、遮蔽板５４を駆動する駆動手段である減速機付きステッピングモータ５６が設けられている（図２Ａ）。

第１照度センサ５２及び第２照度センサ５３は、モータケース５５から伸びるブラケット５５ａの先端部に互いに異なる方向（例えば前述のように直交する方向）を向いて固定される。モータケース５５内には前記モータ５６が収容されており、その出力軸５６ａはモータケース５５から突出して、出力軸５６ａに遮蔽板５４の基部が連結される。

遮蔽板５４は薄肉の黒色をなした片材で、基本的にその側面形状が円弧状をなしているとよく、モータ５６によって回転駆動される遮蔽板５４の移動軌跡がなす形状は球面をなすようになっており、その球面の中心位置に照度センサ５２、５３が位置づけられるとよい。そして、図８及び図９に示すように、遮蔽板５４の移動方向は太陽の移動方向と平行となっている。

日照検出装置１２は、さらにモータケース５５内に、図２Ａに示すようにモータ５６の駆動を制御するモータ駆動回路５７と、演算装置５８とを備える。

日照検出装置１２の計測動作中、モータ駆動回路５７は、モータ５６を一定の速度で所定周期で回転駆動し、照度センサ５２、５３からの信号及びモータ駆動回路５７からの回転角度信号は、演算装置５８へと入力される。図２Ｂに示すように、演算装置５８には、Ａ／Ｄ変換器５９と、現在の日時を記録する日時メモリ６０と、日時及び緯度・経度に対応付けられた太陽の仰角及び方位を記録する太陽位置メモリ６２と、直達照度値を演算する直達照度演算部６４とを備えている。

演算装置５８は、図７に示したように、遮蔽板５４が１回転する間に、一定の時間間隔（例えば、遮蔽板５４の１度の回転角に対応する時間間隔とする）で、照度センサ５２、５３からの受光した日射量を表す照度データを取り込み、そのときのモータの回転角度を表す回転角度データと関連付けて一旦メモリに格納しており、直達照度演算部６４は、これらの照度データから、直達照度値を求めるものである。

日照検出装置１２からの信号は、フロア制御装置１４を介して中央制御装置１３に接続される。

図２Ａに詳細に示したように、中央制御装置１３は、コンピュータで構成され、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を有し、プログラムに従いデータの転送、演算、一時的なデータの格納またはメインプログラムの格納を行う制御回路２８と、フロア制御装置１４を介してブラインド制御装置１８との間でデータの入出力の制御を行うＩ／Ｏ制御回路３０と、データ及びプログラムの格納を行うメモリ３４と、を備えている。

さらに、制御回路２８は、一定周期毎に電動ブラインド１６の開閉度の自動制御処理を行う自動制御手段３８と、日照判定手段４０とを備えている。

以上のように構成される日照検出装置１２及びこれを用いた制御装置１０の作用を説明する。

図４は、日照検出装置１２における直達照度演算部６４で行なわれる処理を表すフローチャートである。まず、日時メモリ６０から現在の日時を取得し、太陽位置メモリ６２を参照して、現在の日時に対応する太陽位置（仰角と方位）を求める（ステップＳ１２）。

次いで、現在の太陽位置に対して、格納した複数の照度センサからの照度データの中から、使用する照度センサの照度データを決定する（ステップＳ１３）。この決定により、例えば、この例のように第１照度センサ５２が天頂方向を向いており、第２照度センサ５３が西方向を向いている場合、太陽の日の出から所定の位置までは、第１照度センサ５２の照度データを使用し、太陽の所定の位置から日の入までは、第２照度センサ５３の照度データを使用することができる。この使用する照度センサを切り替える太陽の所定の位置は、図７(ａ)に示すように方位角若しくは仰角、または図７（ｂ）に示すように方位角及び仰角によって決まる関数の値によって決めることができる。

次に、使用することが決定された照度センサからの照度データに対して、遮蔽板５４の中心が太陽の位置と照度センサとを結ぶ直線上にある第１相対位置における照度データと、遮蔽板５４がその他の位置にある第２相対位置における照度データを取り込む（ステップＳ１４）。第２相対位置とは、１つの位置とは限らず、複数の位置とすることができ、第１相対位置に対して所定の相対位置関係にある１つ以上の位置とすることができる。図８は照度センサ５２を使用している場合、図９は照度センサ５３を使用している場合のそれぞれの第１相対位置と第２相対位置の一例とを示している。

そして、直達照度演算部６４は、第１相対位置における照度データと、第２相対位置における照度データから、遮蔽板５４が照度センサ５２、５３に全く影響を与えない全天空照度値Ａと、遮蔽板５４によって太陽の直射光が遮蔽された直射光以外の散乱光による散乱照度値Ｂとを求める（ステップＳ１６）。基本的には、全天空照度値Ａは、第２相対位置における照度データに基づき求められ、散乱照度値Ｂは、第１相対位置における照度データに基づき求められる。但し、精度を上げるためには、それぞれの他の位置における照度データ、例えば第１相対位置と第２相対位置との中間の位置にある第３相対位置における照度データを用いて補正をすることも可能である。

次いで、全天空照度値Ａと散乱照度値Ｂとの差異を求める（ステップＳ１８）。即ち、
[数１]
ΔＩ＝|Ａ−Ｂ|／ｃｏｓθ （θ：天頂角＝９０度−仰角） （１）

となる。この直達照度値ΔＩは、太陽からの直達の日射を表すことになる。ｃｏｓθは、第１相対位置における太陽の仰角の影響を補正するためのものである。この直達照度値ΔＩは、検出信号として出力される（ステップＳ２０）。

前記日照検出装置１２からの検出信号は、１つのフロア制御装置１４を介して中央制御装置１３に入力される。尚、検出信号はフロア制御装置１４を介することなく、中央制御装置１３に直接入力するようにすることも可能であるが、一つのフロア制御装置１４に一旦、検出信号を入力することで、中央制御装置１３の負荷を軽減している。中央制御装置１３は、フロア制御装置１４を介して直達照度値ΔＩを取り込むか、または、一定周期でフロア制御装置１４に格納された直達照度値ΔＩを取り込むことができる。

中央制御装置１３の自動制御手段３８では、図５に示すフローチャートに従って自動制御処理が行われる。まず、自動制御を行なう周期に相当する時間Ｔを計時し（ステップＳ１０２）、時間Ｔが経過すると、以下に詳細に述べる日照判定手段４０による日照判定を行い（ステップＳ１１０）、日照有りと判定された場合には、日射を遮蔽する日射遮蔽開度を演算する（ステップＳ１１６）。日射遮蔽開度としては、例えば、電動ブラインド１６が横型ブラインドである場合には、スラットの回転角度の度合いまたはスラットの昇降高さの度合いのいずれか一方または両方とすることができ、縦型ブラインドである場合には、ルーバの回転角度の度合いまたはルーバの移動位置の度合いのいずれか一方または両方とすることができる。また、例えば、電動ブラインド１６がロールスクローンである場合には、開度はスクリーンの昇降高さの度合いとすることができる。日射を遮蔽する開度としては、太陽位置情報及び電動ブラインド１６の取付面の向いた方位の情報に基づき、演算することができ、任意の演算が可能である。

一方、日照無しと判定された場合には、求める開度は、なるべく外光を採り入れることができるような開度の高い非遮蔽開度となる（ステップＳ１１８）。例えば、電動ブラインド１６が横型ブラインドである場合には、非遮蔽開度は、スラットの回転角度の水平を表す度合い、または、スラットの完全上昇を表す度合い、とすることができる。または、太陽高度情報から得た太陽光の入射角度に平行なスラットの回転角度を表す度合いとすることもできる。曇りの場合には、太陽光に向けた角度が最も明るい方向となるからである。

また、照度値以外に、他の優先するべき判定要素、例えば、ある時刻以降はブラインドを閉めるといった、時間による制御を行う必要があれば、その判定要素による開度が優先する（ステップＳ１２０〜Ｓ１２２）。

開度を演算すると、その開度に電動ブラインド１６を動作させるためのブラインド制御信号を送信する（ステップＳ１２４）。ブラインド制御信号は、各ブラインド制御装置１８へと送られて、各電動ブラインド１６の動作が行われる。

時間Ｔ毎に、ステップＳ１０２〜Ｓ１２４が繰り返されて、天候の変化に追従した自動制御が行なわれる。

日照判定手段４０による日照判定は、図６に示すフローチャートに従って行なわれる。まず、前記日照検出装置１２からの最新の直達照度値ΔＩを前述のようにフロア制御装置１４を介して取得する（ステップＳ２０２）。そして、これらの差異と基準値Δ_Ｔｈとの比較を行う（ステップＳ２０６）。

[数２]
ΔＩ≦Δ_Ｔｈ

上記不等式を満足する場合には、日照無しと判定する(ステップＳ２０８)。直達照度値が小さいということは、直射光が存在していないことを意味しているからである。一方、上記不等式を満足しない場合には、日照有りと判定する(ステップＳ２１０)。直達照度値が十分大きいということは、直射光が存在していることを意味しているからである。

上記判定した後は、自動制御処理に戻り、それぞれの場合に応じたブラインドの開度を求める。

以上のように、この実施形態では、照度センサ５２、５３と遮蔽部材である遮蔽板５４とからなる日照検出装置１２からの全天空照度値と散乱照度値の差異によって、日照有無を判定するために、時間帯や季節にかかわらず、安定して判定することができる。また、遮蔽板５４を複数の照度センサ５２、５３の回りで相対回転させるだけでよいので、簡単に低コストで構成することができる。

異なる方向を向いた複数の照度センサ５２，５３を配置することにより、太陽の移動に応じて図８及び図９に示すように使用する照度センサ５２，５３を切り替えることで、特に前記第１相対位置を満足させるときの遮蔽板５４と照度センサ５２、５３との相対位置関係を、太陽の位置にかかわらず、大きく変化しないようにすることができる(図８と図９のそれぞれの第１相対位置における照度センサと遮蔽板との相対位置関係がほぼ同じになっていることに留意されたい)。即ち、照度センサ５２，５３の指向性によって照度値にわずかな変動が生じてしまうことをも避けて、より精度の高い測定を行なうことができるようになる。

照度センサ５２，５３の数はこの実施形態では２個であったが、これに限るものではなく、太陽の軌道に併せて異なる方向を向いた３個以上の照度センサを設けることも可能であり、これらの複数の照度センサを順次太陽の移動と共に切り替えることもできる。適当な数及び指向性の弱い照度センサを用いた場合、上述（１）式において、１／ｃｏｓθを乗算する補正も省略することが可能になる。そして、太陽光追尾装置といった高価な装置を不要とすることもできる。

また、以上の実施形態では、複数の照度センサ５２，５３のうちのいずれか１つの照度センサからの照度値を用いて日照の有無を判定していたが、これに限るものではなく、例えば、太陽が前記所定の位置付近にある場合には、複数の照度センサ５２，５３の両方の照度値を用いて直達照度値を求めるようにしてもよい。

尚、以上の実施形態では、日照検出装置１２において直達照度値を演算するようにしているが、これに限るものではなく、中央制御装置１３またはそれ以外の他の装置において直達照度値を演算するようにしてもよく、使用する照度センサの決定を日照判定手段４０、中央制御装置１３で行ってもよく、日照判定手段４０自体を日照検出装置１２内に設けることも可能であり、特許請求の範囲内において様々な変形が可能である。

本発明による電動ブラインドの制御装置及び電動ブラインドを含む構成概要図である。 本発明による電動ブラインドの制御装置の詳細ブロック図である。 本発明による日照検出装置の演算装置の詳細ブロック図である。 本発明による日照検出装置の斜視図である。 本発明による日照検出装置の側面図である。 直達照度値演算のフローチャートである。 自動制御処理のフローチャートである。 日照判定処理のフローチャートである。 (ａ)は太陽の位置と使用する照度センサとの関係を表す平面図、（ｂ）は南北方向に垂直な鉛直面への投影図である。 遮蔽部材である遮蔽板と照度センサとの相対位置関係を表す説明正面図である。 遮蔽部材である遮蔽板と別の照度センサとの相対位置関係を表す説明正面図である。

符号の説明

１０ 制御装置
１２ 日照検出装置
１３ 中央制御装置
１６ 電動ブラインド
３８ 自動制御手段
４０ 日照判定手段
５２ 照度センサ
５３ 照度センサ
５４ 遮蔽板（遮蔽部材）
Ａ 全天空照度値
Ｂ 散乱照度値
ΔＩ 直達照度値
Δ_Ｔｈ 基準値（設定値）

Claims (9)

1. 日照の有無を検出するための日照検出装置（１２）であって、
   互いに異なる方向を向いて配置された複数の照度センサ（５２、５３）と、各照度センサ（５２、５３）への太陽の存在する方向からの直射光の入射を遮蔽する第１相対位置と、各照度センサ（５２、５３）への太陽の存在する方向からの直射光の入射を遮蔽しない第２相対位置とを少なくとも通過するようにして各照度センサ（５２、５３）に対して相対運動を行う遮蔽部材（５４）とからなることを特徴とする日照検出装置。
2. 前記遮蔽部材（５４）は、前記複数の照度センサ（５２、５３）の周囲を所定周期で回転する部材であり、遮蔽部材（５４）が回転して太陽と照度センサ（５２、５３）との間に配置された位置を、前記第１相対位置とすることを特徴とする請求項１記載の日照検出装置。
3. 前記遮蔽部材（５４）は、太陽の移動方向に平行な方向に移動することを特徴とする請求項１または２記載の日照検出装置。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項に記載の日照検出装置（１２）と、
   前記日照検出装置（１２）の照度センサ（５２、５３）の照度値と、照度センサ（５２、５３）と遮蔽部材（５４）との間の相対位置との関係から日照の有無を判定する日照判定手段（４０）と、
   前記日照判定手段（４０）による日照有無判定結果に基づき電動ブラインド（１６）の制御信号を出力する自動制御手段（３８）と、
   を備えることを特徴とする電動ブラインドの制御装置。
5. 前記日照判定手段（４０）は、複数の照度センサ（５２、５３）のうちの少なくとも１つの照度センサからの照度値から求められる、照度センサ（５２、５３）が遮蔽部材（５４）によってその照度が影響を受けない全天空照度値（Ａ）と、照度センサ（５２、５３）が遮蔽部材（５４）によって太陽の存在する方向からの直射光が遮られた散乱照度値（Ｂ）との差異である直達照度値（ΔＩ）から日照の有無を判定することを特徴とする請求項４記載の電動ブラインドの制御装置。
6. 前記日照判定手段（４０）は、前記直達照度値（ΔＩ）と予め設定した設定値（Δ_Ｔｈ）との比較結果を前記日照有無判定結果とすることを特徴とする請求項５記載の電動ブラインドの制御装置。
7. 前記自動制御手段（３８）は、前記直達照度値（ΔＩ）が設定値（Δ_Ｔｈ）より小さい場合には、ブラインドの開度を高くすることを特徴とする請求項６記載の電動ブラインドの制御装置。
8. 前記自動制御手段（３８）は、前記直達照度値（ΔＩ）が設定値（Δ_Ｔｈ）より大きい場合には、ブラインドの開度を日射を遮蔽する開度に制御することを特徴とする請求項６または７記載の電動ブラインドの制御装置。
9. 日照の有無を判定するのに照度値が用いられる照度センサは、太陽の位置に応じて前記複数の照度センサ（５２、５３）の中から選択されることを特徴とする請求項５ないし８のいずれか１項に記載の電動ブラインドの制御装置。

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