JP2007324387A - Sunlight automatic tracking device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a sunlight automatic tracking device which moves an object surely to the optimum position in accordance with the seasons of summer or winter, in which solar elevation angles are different without employing electric energy, while compensating the shortage of power or stroke by following the change of elevation angle of sun repeatedly day by day and little by little. <P>SOLUTION: The sunlight is collected by a light collecting mirror 2-2 for winter, a shape-memory alloy spring 3-2 is contracted by heating the same whereby a reciprocating shaft 5-2 is moved to the direction of right, and a latch 6-2 installed on the reciprocating shaft 5-2 turns a gear 10-2 clockwise by the amount of one unit. When the gear 10-2 is turned, a driving shaft 8 turns clockwise. Then, the rotary motion of the driving shaft 8 is transmitted to a following rotary shaft 9 through a worm gear 7, whereby the following rotary shaft 9 is turned counterclockwise. The elevation angle of a solar cell panel 1 on the following rotary shaft 9 against the sun is descended by the counterclockwise rotation of the following rotary shaft 9. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、太陽光を電気エネルギーに変換する太陽電池、自然光を建築物内部に導き建築物内部を照明する光ダクト装置、太陽光を利用した温水設備等、太陽光を利用する太陽光利用設備における採光量増加のための太陽光自動追尾装置に関する。   The present invention relates to a solar cell that converts sunlight into electric energy, a light duct device that guides natural light into the building and illuminates the inside of the building, a hot water facility that uses sunlight, and the like. The present invention relates to an automatic solar tracking device for increasing the amount of light collected in the field.

近年省エネルギーや二酸化炭素の排出削減による環境保護の必要性が注目されており、この要望に応えるため太陽光の効果的な利用が望まれている。
太陽光を利用する設備としては、前記光ダクト装置、太陽電池、太陽光温水設備等がある。
太陽光の高度は季節、時間によって変化する。このため、このような設備においては、太陽電池等の受光面が太陽光の方向に向くように、太陽光を追尾させ太陽光を効果的に利用可能とするこ とが望まれる。そのための太陽光追尾装置が種々提案されている。
このような太陽光追尾装置として、電気エネルギーなどの他のエネルギーを使用することなく、形状記憶合金やバイメタルなど温度によって変形する材料を使って太陽追尾を行うアイデアも多数提案されている(特許文献1、特許文献2、特許文献3など参照)。
特開2000−150943号公報 特開平10−80167号公報 特開平6−86406号公報
In recent years, the need for environmental protection through energy saving and carbon dioxide emission reduction has attracted attention, and effective use of sunlight is desired to meet this demand.
Examples of facilities that use sunlight include the optical duct device, solar cells, and solar water heaters.
The altitude of sunlight varies depending on the season and time. For this reason, in such facilities, it is desired that sunlight can be effectively used by tracking sunlight so that the light-receiving surface of a solar cell or the like faces the direction of sunlight. Various solar tracking devices for this purpose have been proposed.
As such a solar tracking device, many ideas have been proposed for performing solar tracking using a material that deforms depending on temperature, such as a shape memory alloy or a bimetal, without using other energy such as electric energy (Patent Literature). 1, patent document 2, patent document 3, etc.).
JP 2000-150943 A Japanese Patent Laid-Open No. 10-80167 JP-A-6-86406

上述したように、電気エネルギーなどの他のエネルギーを使用することなく、形状記憶合金やバイメタルなど温度によって変形する材料を使って太陽追尾を行うアイデアは多数提案されているが、実用化されているのはわずかである。
これは駆動力が弱い、作動と非作動の温度差が大きい、ストロークが小さい、耐久性が無いなどの理由によるものであると考えられる。
本発明は上記従来技術の問題点を解決するためになされたものであって、本発明は太陽仰角の日々の変化が小さい事に注目し、太陽仰角の変化に応じて太陽光を受光する目的物の仰角を日々少しづつ繰り返し変化させることで、パワーやストロークの不足を補いながら、電気エネルギーを使用せず、目的物を太陽仰角の異なる夏、冬の季節に応じた適切な位置に確実に移動させる事を可能にした太陽光自動追尾装置を提供することを目的とする。
As described above, many ideas have been proposed to perform solar tracking using a material that deforms depending on temperature, such as shape memory alloy or bimetal, without using other energy such as electric energy, but it has been put into practical use. There are only a few.
This is considered to be due to the reason that the driving force is weak, the temperature difference between operation and non-operation is large, the stroke is small, and the durability is not sufficient.
The present invention has been made to solve the above-described problems of the prior art, and the present invention focuses on the fact that the daily change in the solar elevation angle is small, and the object is to receive sunlight according to the change in the solar elevation angle. By repeatedly changing the elevation angle of an object little by little every day, it compensates for lack of power and stroke, and ensures that the object is in an appropriate position according to the summer and winter seasons with different solar elevation angles, without using electrical energy. An object of the present invention is to provide an automatic solar tracking device that can be moved.

上記課題を解決するため、本発明においては、次のようにして前記課題を解決する。
(1)季節による太陽仰角の変化に自動的に追尾させて、太陽エネルギー利用機器の仰角を制御する太陽光自動追尾装置を設ける。上記太陽光自動追尾装置には、太陽光を集光する集光手段と、該集光手段により集光された太陽熱により伸縮する熱変形部材と、該熱変形部材の伸縮により生ずる往復動を一方向の回転運動に変換する往復動−回転運動変換手段とから構成されるセンサ兼アクチュエータ機構と、上記往復動−回転運動変換手段により得られた回転運動を、駆動軸を介して太陽エネルギー利用機器に伝達し、太陽エネルギー利用機器の太陽への仰角を変化させる駆動機構と、上記駆動機構に設けられ、上記太陽エネルギー利用機器の太陽への仰角が所定値に達したとき、上記回転運動の伝達を制限する手段とを設ける。
一方、上記集光手段は、一日の内のある特定の時間帯における太陽高度が、予め定められた範囲内にあるとき、太陽光が上記熱変形部材に集光し該熱変形部材を加熱するように配置され、一日内における上記熱変形部材の加熱と冷却により上記熱変形部材を伸縮させ、この伸縮により生ずる往復動により上記駆動軸を単位量ずつ回転させ、上記太陽エネルギー利用機器の仰角を変化させる。
(2)上記太陽光自動追尾装置には、上記集光手段と熱変形部材と往復動−回転運動変換手段から構成されるセンサ兼アクチュエータ機構を2組設ける。
そして、一方のセンサ兼アクチュエータ機構により上記太陽エネルギー利用機器の太陽への仰角を第1の方向に変化させ、他方のセンサ兼アクチュエータ機構により上記太陽エネルギー利用機器の太陽への仰角を第2の方向に変化させる。
(3)上記往復動−回転運動変換手段は、熱変形部材の伸縮に応じて往復動する爪部材と、該爪部材が第1の方向に動くとき、該爪部材により送られて駆動軸を単位量回転させ、該爪部材が第2の方向に動くときは上記駆動軸を回転させないように構成された歯車部材とを有する。
(4)上記集光手段は、上記往復動−回転運動変換手段により得られた回転運動により、太陽を追尾するように駆動される。
In order to solve the above problems, the present invention solves the above problems as follows.
(1) An automatic solar tracking device that automatically tracks the change in the solar elevation angle according to the season and controls the elevation angle of the solar energy utilization device is provided. The automatic solar tracking device includes a condensing unit that condenses sunlight, a thermal deformation member that expands and contracts by solar heat collected by the condensing unit, and a reciprocating motion that occurs due to expansion and contraction of the thermal deformation member. A sensor / actuator mechanism comprising a reciprocating motion-rotating motion converting means for converting a rotational motion in a direction, and a solar energy utilization device via the drive shaft for the rotational motion obtained by the reciprocating motion-rotating motion converting means. And a drive mechanism that changes the elevation angle of the solar energy utilization device to the sun, and the transmission mechanism is provided when the elevation angle of the solar energy utilization device to the sun reaches a predetermined value. And a means for restricting.
On the other hand, when the solar altitude in a specific time zone within a day is within a predetermined range, the light collecting means condenses sunlight on the heat deformable member and heats the heat deformable member. The thermal deformation member is expanded and contracted by heating and cooling of the thermal deformation member within one day, and the drive shaft is rotated by a unit amount by the reciprocating motion generated by the expansion and contraction, and the elevation angle of the solar energy utilization device To change.
(2) The solar light automatic tracking device is provided with two sets of sensor / actuator mechanisms composed of the light collecting means, the heat deformation member, and the reciprocating / rotating motion converting means.
Then, the elevation angle of the solar energy utilization device to the sun is changed in the first direction by one sensor and actuator mechanism, and the elevation angle of the solar energy utilization device to the sun is changed in the second direction by the other sensor and actuator mechanism. To change.
(3) The reciprocating-rotating motion converting means includes a claw member that reciprocates in accordance with expansion and contraction of the heat-deformable member, and when the claw member moves in the first direction, the claw member is sent by the claw member to drive the drive shaft. A gear member configured to rotate by a unit amount and not to rotate the drive shaft when the claw member moves in the second direction.
(4) The light collecting means is driven so as to track the sun by the rotational motion obtained by the reciprocating motion-rotational motion converting means.

本発明においては、以下の効果を得ることができる。
(1)本発明の太陽光自動追尾装置は、一日内における熱変形部材の往復動により駆動軸を単位量ずつ回転させ、当該回転運動を太陽エネルギー利用機器に伝達して、当該太陽エネルギー利用機器の太陽への仰角を変化させる。従って、本発明の太陽光自動追尾装置によれば、太陽仰角の変化を日々少しづつ繰り返し追うことで、パワーやストロークの不足を補いながら、電気エネルギーを使用せず、目的物(例えば、太陽電池パネル)を適切な位置に確実に移動させることが可能となる。
(2)本発明の太陽光自動追尾装置は、一方のセンサ兼アクチュエータ機構により太陽エネルギー利用機器の太陽への仰角を第1の方向に変化させ、他方のセンサ兼アクチュエータ機構により太陽エネルギー利用機器の太陽への仰角を第2の方向に変化させる。従って、本発明の太陽光自動追尾装置によれば、例えば太陽仰角が上昇する夏期に太陽エネルギー利用機器の太陽への仰角を上昇させ、太陽仰角が下降する冬期に太陽エネルギー利用機器の太陽への仰角を下降させることができる。その結果、当該太陽エネルギー利用機器における太陽エネルギーの利用効率を高めることが可能となる。
(3)本発明の太陽光自動追尾装置は、熱変形部材の伸縮に応じて往復動する爪部材が第1の方向に動くとき、該爪部材により歯車部材を送って駆動軸を単位量回転させ、該爪部材が第2の方向に動くときは、上記駆動軸を回転させないようにする。従って、本発明の太陽光自動追尾装置によれば、一日内における熱変形部材の往復動により駆動軸を単位量ずつ回転させて、当該太陽エネルギー利用機器の太陽への仰角を少しずつ変化させることが可能となる。
(4)本発明の太陽光自動追尾装置が備える集光手段は、往復動−回転運動変換手段により得られた回転運動により駆動され、太陽を追尾するように、その仰角が変化する。
従って、本発明の太陽光自動追尾装置によれば、例えば太陽仰角が上昇する夏期に太陽エネルギー利用機器の太陽への仰角を上昇させるとともに、集光手段が、当該上昇する太陽仰角を追尾することができる。また、本発明の太陽光自動追尾装置によれば、例えば、太陽仰角が下降する冬期に太陽エネルギー利用機器の太陽への仰角を下降させるとともに、集光手段が、当該下降する太陽仰角を追尾することができる。その結果、目的物(例えば、太陽電池パネル)を、より少ないパワーで、比較的長い期間をかけて適切な位置に確実に移動させることが可能となる。
In the present invention, the following effects can be obtained.
(1) The solar light automatic tracking device of the present invention rotates the drive shaft by a unit amount by reciprocation of the heat deformation member within one day, transmits the rotational motion to the solar energy utilization device, and the solar energy utilization device. Change the elevation angle of the sun to the sun. Therefore, according to the solar light automatic tracking device of the present invention, the object (for example, solar cell) is used without using electric energy while compensating for the shortage of power and stroke by repeatedly following the change of the solar elevation angle little by little every day. Panel) can be reliably moved to an appropriate position.
(2) The automatic solar tracking device of the present invention changes the elevation angle of the solar energy utilizing device in the first direction by one sensor / actuator mechanism, and the solar sensor using the other sensor / actuator mechanism. The elevation angle to the sun is changed in the second direction. Therefore, according to the automatic solar tracking device of the present invention, for example, the elevation angle of the solar energy utilization device to the sun is increased in the summer when the solar elevation angle is increased, and the solar energy utilization device is directed to the sun in the winter when the solar elevation angle is decreased. The elevation angle can be lowered. As a result, it is possible to increase the utilization efficiency of solar energy in the solar energy utilization device.
(3) In the automatic solar tracking device of the present invention, when the claw member that reciprocates according to the expansion and contraction of the heat deformation member moves in the first direction, the gear member is sent by the claw member to rotate the drive shaft by a unit amount. When the claw member moves in the second direction, the drive shaft is prevented from rotating. Therefore, according to the solar light automatic tracking device of the present invention, the drive shaft is rotated by a unit amount by the reciprocation of the thermal deformation member within one day, and the elevation angle of the solar energy utilization device to the sun is changed little by little. Is possible.
(4) The light collecting means included in the automatic solar tracking device of the present invention is driven by the rotational motion obtained by the reciprocating motion-rotational motion converting means, and its elevation angle changes so as to track the sun.
Therefore, according to the automatic solar tracking device of the present invention, for example, in the summer when the solar elevation angle rises, the solar energy utilization device raises the elevation angle to the sun, and the light collecting means tracks the rising solar elevation angle. Can do. Further, according to the automatic solar tracking device of the present invention, for example, the solar energy utilization device lowers the elevation angle to the sun in the winter when the solar elevation angle falls, and the light collecting means tracks the descending solar elevation angle. be able to. As a result, it is possible to reliably move the target object (for example, a solar cell panel) to an appropriate position over a relatively long period with less power.

図1は本発明の太陽光自動追尾装置の平面図の例を示す図、図2は図1に示す太陽光自動追尾装置の立面面の例を示す図である。図2(A)は、図1に示す太陽光自動追尾装置を視点A−Aから見た図、図2(B)は、図1に示す太陽光自動追尾装置を視点BBから見た図である。
図1、図2に示す太陽光自動追尾装置において、1は太陽電池パネル、2−1、2−2は集光ミラー、3−1、3−2は形状記憶合金ばね、4−1、4−2はバイアスばね、5−1、5−2は往復軸、6−1、6−2はラッチ、7はウォームギア、8は駆動軸、9は追尾用回転軸である。
太陽電池パネル1は、太陽光を採光して発電する太陽エネルギー利用機器である。太陽電池パネル1は、後述する追尾用回転軸9に設置されており、追尾用回転軸9の回転に伴って回動する。
本実施の形態における集光ミラー2−1、2−2は、例えば平板状のミラーを例えば円弧状に歪曲させたミラー(樋状ミラーという)であり、太陽光を集光する集光手段である。なお、集光手段としては、上記樋状のミラーのほか、後述するようにレンズ、凹面鏡、フレネルレンズなどであってもよい。
FIG. 1 is a diagram showing an example of a plan view of an automatic solar tracking device of the present invention, and FIG. 2 is a diagram showing an example of an elevation surface of the automatic solar tracking device shown in FIG. 2A is a diagram of the automatic solar tracking device shown in FIG. 1 viewed from the viewpoint AA, and FIG. 2B is a diagram of the automatic solar tracking device shown in FIG. 1 viewed from the viewpoint BB. is there.
1 and FIG. 2, 1 is a solar cell panel, 1 is a solar cell panel, 2-1, 2-2 are condensing mirrors, 3-1, 3-2 are shape memory alloy springs, 4-1, 4 -2 is a bias spring, 5-1 and 5-2 are reciprocating shafts, 6-1 and 6-2 are latches, 7 is a worm gear, 8 is a drive shaft, and 9 is a tracking rotary shaft.
The solar cell panel 1 is a solar energy utilization device that generates light by collecting sunlight. The solar cell panel 1 is installed on a tracking rotation shaft 9 described later, and rotates with the rotation of the tracking rotation shaft 9.
The condensing mirrors 2-1 and 2-2 in the present embodiment are, for example, mirrors (referred to as bowl-shaped mirrors) in which a plate-like mirror is distorted in, for example, an arc shape, and are condensing means that collects sunlight. is there. In addition to the bowl-shaped mirror, the light collecting means may be a lens, a concave mirror, a Fresnel lens, or the like as will be described later.

集光ミラー2−1、2−2は、一日の内のある特定の時間帯における太陽高度が、予め決められた範囲内にあるとき、太陽光が、後述する第1、第2の熱変形部材(形状記憶合金ばね3−1、3−2)に集光し該熱変形部材を加熱するように配置される。
例えば、集光ミラー2−1は、太陽の仰角(太陽光の照射方向の地表面に対する傾き)が比較的高い範囲内である時期(夏に近い時期)に太陽光を上記第1の熱変形部材上に集光させ、集光ミラー2−2は、太陽の仰角が比較的低い範囲内である時期(冬に近い時期)に太陽光を上記第2熱変形部材上に集光させる。
ここで、集光ミラーの中心部分の反射面に垂直な直線(法線)の地表面に対する傾きを仰角と呼ぶこととすると、集光ミラー2−1と集光ミラー2−2は、異なった時期に太陽光を上記第1、第2の熱変形部材上に集光させるように、例えば仰角を異ならせて設置される。
すなわち、集光ミラー2−1により集光された光が上記第1の熱変形部材に照射される時期(季節)には、集光ミラー2−2により集光された光が上記第2の熱変形部材に照射されず、また、集光ミラー2−2により集光された光が上記第2の熱変形部材に照射される時期(季節)には、集光ミラー2−1により集光された光が上記第1の熱変形部材に照射されないようにする。
なお、集光ミラー2−1と集光ミラー2−2の仰角を等しくしても、集光ミラー2−1,2−2に対する第1の熱変形部材、第2の熱変形部材の設置位置を調整すれば、異なった時期に太陽光を上記第1、第2の熱変形部材上に集光させることができる。
また、以下の説明では、説明の便宜上、集光ミラー2−1を夏用集光ミラー、集光ミラー2−2を冬用集光ミラーと記述する。
The condensing mirrors 2-1 and 2-2 have first and second heat which is described later when the solar altitude in a specific time zone within a day is within a predetermined range. It arrange | positions so that it may concentrate on a deformation member (shape memory alloy spring 3-1, 3-2), and this heat deformation member may be heated.
For example, the condensing mirror 2-1 converts the sunlight into the first thermal deformation at a time when the sun's elevation angle (tilt with respect to the ground surface in the sunlight irradiation direction) is within a relatively high range (time close to summer). The condensing mirror 2-2 collects sunlight on the second heat deformable member at a time when the sun's elevation angle is within a relatively low range (time close to winter).
Here, if the inclination with respect to the ground surface of a straight line (normal line) perpendicular to the reflecting surface at the central portion of the collector mirror is called an elevation angle, the collector mirror 2-1 and the collector mirror 2-2 are different. For example, the solar cells are installed at different elevation angles so that sunlight is condensed on the first and second heat deformable members at the time.
That is, at the time (season) when the light condensed by the condensing mirror 2-1 is irradiated on the first thermal deformation member, the light condensed by the condensing mirror 2-2 is During the time (season) when the second heat deformable member is irradiated with the light that is not irradiated on the heat deformable member and is collected by the light collecting mirror 2-2, the light is collected by the light collecting mirror 2-1. The irradiated light is prevented from being applied to the first heat deformation member.
In addition, even if the elevation angle of the condensing mirror 2-1 and the condensing mirror 2-2 is equal, the installation position of the 1st heat deformation member and the 2nd heat deformation member with respect to the condensing mirrors 2-1 and 2-2 If it adjusts, sunlight can be condensed on the said 1st, 2nd heat deformation member at a different time.
In the following description, for convenience of explanation, the condenser mirror 2-1 is described as a summer condenser mirror, and the condenser mirror 2-2 is described as a winter condenser mirror.

形状記憶合金ばね3−1、3−2は、形状記憶合金を成形したばねであり、それぞれ、一方端が往復軸5−1、5−2に連結され、他方端は支柱5−3,5−4に固定されている。また、上記往復軸5−1,5−2の他方端はバイアスばね4−1,4−2に連結され、バイアスばね4−1,4−2の他方端は支柱5−5,5−6に固定されている。
形状記憶合金ばね3−1、3−2は、例えば、NT(ニッケル・チタン)合金等からなり、それぞれ夏用集光ミラー2−1、冬用集光ミラー2−2の焦点位置または焦点位置の近傍に配置され、太陽光の集光によって所定の温度まで加熱されると収縮する。
すなわち、形状記憶合金ばね3−1、3−2は、集光手段(夏用集光ミラー2−1、冬用集光ミラー2−2)により集光された太陽熱により伸縮する熱変形部材である。
The shape memory alloy springs 3-1 and 3-2 are springs formed from a shape memory alloy. -4. The other ends of the reciprocating shafts 5-1 and 5-2 are connected to bias springs 4-1 and 4-2, and the other ends of the bias springs 4-1 and 4-2 are connected to columns 5-5 and 5-6. It is fixed to.
The shape memory alloy springs 3-1 and 3-2 are made of, for example, an NT (nickel / titanium) alloy, and the focal positions or focal positions of the summer condenser mirror 2-1 and the winter condenser mirror 2-2, respectively. Is shrunk when heated to a predetermined temperature by sunlight collection.
That is, the shape memory alloy springs 3-1 and 3-2 are thermal deformation members that expand and contract due to solar heat collected by the condensing means (summer condensing mirror 2-1 and winter condensing mirror 2-2). is there.

バイアスばね4−1、4−2は、伸縮可能なばねであり、形状記憶合金ばね3−1,3−2が加熱されていないとき縮んでおり、形状記憶合金ばね3−1,3−2が加熱されると形状記憶合金の収縮力により伸びる。
すなわち、一日のある時間帯に太陽が予め設定された高度となると、夏用集光ミラー2−1または冬用集光ミラー2−2により集光された光が、形状記憶合金ばね3−1または3−2に照射され、これにより、形状記憶合金ばね3−1または3−2が加熱されて形状記憶合金ばね3−1,3−2が縮む。そして、太陽高度が上記高度から外れると、形状記憶合金ばね3−1または3−2には集光光が照射されなくなり冷却され伸びる。
このように、形状記憶合金ばね3−1または3−2が加熱及び冷却されて伸縮することによって往復軸5−1は、図1の上下方向に往復動する。また、形状記憶合金ばね3−2が加熱及び冷却されて伸縮することによって往復軸5−2は、図1の上下方向に往復動する。
The bias springs 4-1 and 4-2 are extendable springs that are contracted when the shape memory alloy springs 3-1 and 3-2 are not heated, and the shape memory alloy springs 3-1 and 3-2. Is heated by the contraction force of the shape memory alloy.
That is, when the sun reaches a predetermined altitude during a certain time of day, the light collected by the summer condenser mirror 2-1 or the winter condenser mirror 2-2 is changed into the shape memory alloy spring 3- 1 or 3-2 is irradiated, whereby the shape memory alloy spring 3-1 or 3-2 is heated and the shape memory alloy springs 3-1 and 3-2 are contracted. When the solar altitude deviates from the above altitude, the shape memory alloy spring 3-1 or 3-2 is no longer irradiated with condensed light and is cooled and extended.
As described above, the shape memory alloy spring 3-1 or 3-2 is heated and cooled to expand and contract, whereby the reciprocating shaft 5-1 reciprocates in the vertical direction of FIG. Further, when the shape memory alloy spring 3-2 is heated and cooled to expand and contract, the reciprocating shaft 5-2 reciprocates in the vertical direction of FIG.

爪部材6aを有するラッチ6−1、6ー2は、それぞれ、往復軸5−1、5−2に取り付けられ、往復軸5−1、5−2の一日内における往復動によって、ラッチ6−1、6ー2が図2に示す歯車10−1、10−2を、それぞれある1方向に1単位量送る(回転させる)。
図2(A)(B)に示すように、両端が支柱8−1,8−2に回転可能の軸支された駆動軸8に、歯車10−1が取り付けられ、上記ラッチ6−1が往復動することによって、該ラッチ6−1の爪部材6aと歯車10−1の歯が係合し、駆動軸8はある一方向に1単位量回転する。
例えば、往復軸5−1に設置されたラッチ6−1が図2(A)の右方向に移動することによって、爪部材6aが歯車10−1の歯と係合し、歯車10−1が、時計回りの方向に単位量回転する。なお、ラッチ6−1が図2(A)の左方向に移動する場合には、爪部材6aが回動するので歯車10−1の歯と係合せず、歯車10−1は回転しない。
The latches 6-1 and 6-2 having the claw member 6 a are attached to the reciprocating shafts 5-1 and 5-2, respectively. 1, 6-2 feeds (rotates) the gears 10-1 and 10-2 shown in FIG.
As shown in FIGS. 2 (A) and 2 (B), a gear 10-1 is attached to a drive shaft 8 that is pivotally supported so that both ends can be rotated by support columns 8-1, 8-2, and the latch 6-1 is By reciprocating, the claw member 6a of the latch 6-1 engages with the teeth of the gear 10-1, and the drive shaft 8 rotates one unit amount in a certain direction.
For example, when the latch 6-1 installed on the reciprocating shaft 5-1 moves to the right in FIG. 2A, the claw member 6a is engaged with the teeth of the gear 10-1, and the gear 10-1 is , Rotate the unit amount clockwise. When the latch 6-1 moves to the left in FIG. 2A, the claw member 6a rotates, so that it does not engage with the teeth of the gear 10-1, and the gear 10-1 does not rotate.

また、図2(B)中に示す歯車10−2も上記駆動軸8に取り付けられ、歯車10−1と同様に、ラッチ6−2の往復運動によって、ある一方向に1単位量回転し、駆動軸8を回転させる。
ここで、形状記憶合金ばね3−2は、駆動軸8に対して形状記憶合金ばね3−1の反対側に設けられており、形状記憶合金ばね3−2が加熱され収縮すると、ラッチ6−2は図1の上方向に移動する。ラッチ6−2の爪部材6aの向き、歯車10−2の歯の形状は、形状記憶合金ばね3−2が上記のように加熱され収縮したとき、歯車10−2が、歯車10−1の回転方向とは逆方向に1単位量回転するように取り付けられている。
すなわち、ラッチ6−2の爪部材6aの向き、歯車10−2の歯の形状は、図2(A)に示したラッチ6−1の爪部材6aの向き、歯車10−1の歯の形状を左右逆転させた状態で取り付けられ、ラッチ6−2が往復運動したとき、歯車10−2の回転方向は、歯車10−1の回転方向とは逆方向になる。
Further, the gear 10-2 shown in FIG. 2B is also attached to the drive shaft 8 and, like the gear 10-1, is rotated by one unit amount in one direction by the reciprocating movement of the latch 6-2. The drive shaft 8 is rotated.
Here, the shape memory alloy spring 3-2 is provided on the opposite side of the shape memory alloy spring 3-1 with respect to the drive shaft 8, and when the shape memory alloy spring 3-2 is heated and contracts, the latch 6- 6 is latched. 2 moves upward in FIG. The direction of the claw member 6a of the latch 6-2 and the shape of the teeth of the gear 10-2 are such that when the shape memory alloy spring 3-2 is heated and contracted as described above, the gear 10-2 It is attached so as to rotate by one unit amount in the direction opposite to the rotation direction.
That is, the direction of the claw member 6a of the latch 6-2 and the tooth shape of the gear 10-2 are the same as the direction of the claw member 6a of the latch 6-1 and the tooth shape of the gear 10-1 shown in FIG. When the latch 6-2 reciprocates, the rotation direction of the gear 10-2 is opposite to the rotation direction of the gear 10-1.

太陽電池パネル1が取り付けられた追尾用回転軸9の一方端は支柱9−1に回転可能に軸支され、他方端は同様に図示しない支柱により回転可能に軸支されており、上記駆動軸8と追尾用回転軸9の間にはウオームギア7が設けられている。このため、駆動軸8が回転し、ウォームギア7の歯車が回転することによって追尾用回転軸9は回転する。
ここで、後述するように、上記追尾用回転軸9には、予め設定された角度以上回転しないようにリミッタが設けられる。
図2(B)に示す例では、ウォームギア7の歯を一部欠いて、追尾用回転軸9の回転のリミッタとしている。従って、追尾用回転軸9に設置された太陽電池パネル1は、駆動軸8が回転していても、当該太陽電池パネル1の太陽への仰角が所定値に達すると、回動を停止する。
以上のように、ラッチ6−1と歯車10−1の組、及び、ラッチ6−2と歯車10−2の組は、それぞれ、熱変形部材の伸縮により生ずる往復動を一方向の回転運動に変換する往復動−回転運動変換手段として機能し、ウォームギア7は、歯車10−1または歯車10−2の回転によって生じる駆動軸8の回転運動を追尾用回転軸9に伝達する。
駆動軸8は、歯車10−1または歯車10−2の回転に伴って回転する軸である。追尾用回転軸9は、ウォームギア7を介して伝達された駆動軸8の回転運動によって回転し、太陽電池パネル1を回動させる。
One end of the tracking rotary shaft 9 to which the solar cell panel 1 is attached is rotatably supported by the support column 9-1, and the other end is also rotatably supported by a support column (not shown). A worm gear 7 is provided between 8 and the tracking rotary shaft 9. For this reason, when the drive shaft 8 rotates and the gear of the worm gear 7 rotates, the tracking rotary shaft 9 rotates.
Here, as will be described later, the tracking rotary shaft 9 is provided with a limiter so as not to rotate more than a preset angle.
In the example shown in FIG. 2 (B), a part of the teeth of the worm gear 7 is missing, and the rotation limiter 9 for rotation of the tracking is used. Therefore, even if the drive shaft 8 rotates, the solar cell panel 1 installed on the tracking rotary shaft 9 stops rotating when the elevation angle of the solar cell panel 1 to the sun reaches a predetermined value.
As described above, the set of the latch 6-1 and the gear 10-1 and the set of the latch 6-2 and the gear 10-2 each turn the reciprocating motion generated by the expansion and contraction of the thermally deformable member into a unidirectional rotational motion. The worm gear 7 functions as a reciprocating motion-rotating motion converting means for conversion, and transmits the rotational motion of the drive shaft 8 generated by the rotation of the gear 10-1 or the gear 10-2 to the tracking rotating shaft 9.
The drive shaft 8 is a shaft that rotates as the gear 10-1 or the gear 10-2 rotates. The tracking rotary shaft 9 is rotated by the rotational motion of the drive shaft 8 transmitted through the worm gear 7 to rotate the solar cell panel 1.

以下に、図1及び図2に示す本発明の太陽光自動追尾装置の動作例について説明する。 太陽の仰角が低い冬期に近い時期には、例えば、日中、太陽光が図2(A)に示す冬用集光ミラー2−2によって集光され、形状記憶合金ばね3−2が加熱されて収縮する。形状記憶合金ばね3−2が収縮すると、往復軸5−2が移動し、往復軸5−2に設置されているラッチ6−2が、歯車10−2を1単位量回転させる。歯車10−2が回転すると、駆動軸8が回転する。そして、駆動軸8の回転運動がウォームギア7を介して追尾用回転軸9に伝達され、追尾用回転軸9が回転する。追尾用回転軸9が回転することによって、追尾用回転軸9に設置された太陽電池パネル1の仰角が小さくなる。
一方、当該日において、太陽の仰角が下がり、太陽光が冬用集光ミラー2−2によって集光されなくなると、形状記憶合金ばね3−2が冷却される。その結果、形状記憶合金ばね3−2は収縮しなくなり、バイアスばね4−2に引っ張られて伸長する。なお、この場合、前述したように駆動軸8は回転しない。
Below, the operation example of the sunlight automatic tracking apparatus of this invention shown in FIG.1 and FIG.2 is demonstrated. At a time close to winter when the elevation angle of the sun is low, for example, during the day, sunlight is condensed by the winter condenser mirror 2-2 shown in FIG. 2A, and the shape memory alloy spring 3-2 is heated. Shrink. When the shape memory alloy spring 3-2 contracts, the reciprocating shaft 5-2 moves, and the latch 6-2 installed on the reciprocating shaft 5-2 rotates the gear 10-2 by one unit amount. When the gear 10-2 rotates, the drive shaft 8 rotates. Then, the rotational movement of the drive shaft 8 is transmitted to the tracking rotary shaft 9 via the worm gear 7, and the tracking rotary shaft 9 rotates. As the tracking rotation shaft 9 rotates, the elevation angle of the solar cell panel 1 installed on the tracking rotation shaft 9 is reduced.
On the other hand, when the elevation angle of the sun falls on the day and sunlight is not collected by the winter condenser mirror 2-2, the shape memory alloy spring 3-2 is cooled. As a result, the shape memory alloy spring 3-2 does not contract, and is stretched by being pulled by the bias spring 4-2. In this case, the drive shaft 8 does not rotate as described above.

太陽の仰角が高い夏期に近い時期には、例えば、日中、太陽光が図1に示す夏用集光ミラー2−1によって集光され、形状記憶合金ばね3−1が加熱されて収縮する。形状記憶合金ばね3−1が収縮すると、往復軸5−1が移動する。その結果、往復軸5−1に設置されているラッチ6−1が、図2(B)中に示す歯車10−1を1単位量回転させる。
その結果、駆動軸8が回転する。そして、駆動軸8の回転運動がウォームギア7を介して追尾用回転軸9に伝達され、追尾用回転軸9が回転する。追尾用回転軸9が回転することによって、追尾用回転軸9に設置された太陽電池パネル1の仰角が大きくなる。一方、当該日において、太陽の仰角が下がり、太陽光が夏用集光ミラー2−1によって集光されなくなると、図1中に示す形状記憶合金ばね3−1が冷却される。その結果、形状記憶合金ばね3−1は収縮しなくなり、バイアスばね4−1に引っ張られて伸長する。なお、この場合、前述したように駆動軸8は回転しない。
At a time close to summer when the elevation angle of the sun is high, for example, during the day, sunlight is condensed by the summer condensing mirror 2-1 shown in FIG. 1, and the shape memory alloy spring 3-1 is heated and contracts. . When the shape memory alloy spring 3-1 contracts, the reciprocating shaft 5-1 moves. As a result, the latch 6-1 installed on the reciprocating shaft 5-1 rotates the gear 10-1 shown in FIG. 2B by one unit amount.
As a result, the drive shaft 8 rotates. Then, the rotational movement of the drive shaft 8 is transmitted to the tracking rotary shaft 9 via the worm gear 7, and the tracking rotary shaft 9 rotates. When the tracking rotation shaft 9 rotates, the elevation angle of the solar cell panel 1 installed on the tracking rotation shaft 9 increases. On the other hand, when the elevation angle of the sun falls on the day and sunlight is not collected by the summer condenser mirror 2-1, the shape memory alloy spring 3-1 shown in FIG. 1 is cooled. As a result, the shape memory alloy spring 3-1 does not contract and is stretched by being pulled by the bias spring 4-1. In this case, the drive shaft 8 does not rotate as described above.

上記実施形態では、太陽光自動追尾装置が、図1中に示したように形状記憶合金ばね3−1と、形状記憶合金ばね3−2を備えていたが、これらに代えて、熱変形部材として例えば、バイメタル、次の説明するワックスエレメントなど、加熱冷却により伸縮する他の手段を用いてもよい。
図3に上記ワックスエレメントの一例を示す。
ワックスエレメントは、加熱されることによって膨張する熱変形部材である。図3(A)に、ワックスエレメントの外観図の一例を示す。同図において、21はカップ、22はキャップ、23はピストンである。
図3(B)に上記ワックスエレメントの内部構造の一例を示す。図3(B)において、24はワックス、25は座板であり、ワックス24は加熱によって膨張する素材である。 座板25はワックス24がカップ21から漏れないようにカップ21をシールしている。カップ21が加熱されていない場合、図3(B)中の左図に示すように、ピストン23はカップ21内部に深く入り込んだ状態となっている。
In the said embodiment, although the solar light automatic tracking device was provided with the shape memory alloy spring 3-1 and the shape memory alloy spring 3-2 as shown in FIG. 1, it replaced with these and is a heat deformation member. For example, other means that expands and contracts by heating and cooling, such as a bimetal and a wax element described below, may be used.
FIG. 3 shows an example of the wax element.
The wax element is a thermally deformable member that expands when heated. FIG. 3A shows an example of an external view of the wax element. In the figure, 21 is a cup, 22 is a cap, and 23 is a piston.
FIG. 3B shows an example of the internal structure of the wax element. In FIG. 3B, 24 is a wax, 25 is a seat plate, and the wax 24 is a material that expands by heating. The seat plate 25 seals the cup 21 so that the wax 24 does not leak from the cup 21. When the cup 21 is not heated, as shown in the left diagram in FIG. 3B, the piston 23 is in a state of deeply entering the inside of the cup 21.

カップ21が加熱されると、カップ21内のワックス24が膨張し、図3(B)中の右図に示すように、ピストン23を上昇させる。ピストン23は、カップ21が加熱されていない状態から図3(B)中に示すの幅Hだけ上昇する。また、カップ21が冷却されると、カップ21内のワックス24が収縮し、ピストン23が、前述した図3(B)の左図に示すような状態に戻る。
上記ワックスエレメントを前記形状記憶合金ばね3−1,3−2の代わりに使用し、ワックスエレメントのピストン23の往復動を、往復軸5−1(5−2)に伝達することによって、往復軸5−1(5−2)を往復動させることができる。
When the cup 21 is heated, the wax 24 in the cup 21 expands and raises the piston 23 as shown in the right figure of FIG. The piston 23 rises by a width H shown in FIG. 3B from a state where the cup 21 is not heated. When the cup 21 is cooled, the wax 24 in the cup 21 contracts, and the piston 23 returns to the state shown in the left diagram of FIG.
By using the wax element in place of the shape memory alloy springs 3-1 and 3-2 and transmitting the reciprocating motion of the piston 23 of the wax element to the reciprocating shaft 5-1 (5-2), the reciprocating shaft 5-1 (5-2) can be reciprocated.

図4は、集光ミラー2−1,2−2による太陽光の集光の例を説明する図である。この例では、夏用集光ミラー2−1、冬用集光ミラー2−2が前記した樋状ミラーである場合について説明する。
太陽の高度が高い時は、図4(A)中に示すように、夏用集光ミラー2−1が太陽光を集光する。当該太陽光が集光することによって、夏用集光ミラー2−1の焦点位置の近傍に配置された形状記憶合金ばね3−1が加熱される。一方、図4(C)中に示すように、冬用集光ミラー2−2は太陽光を集光せず、形状記憶合金ばね3−2は加熱されない。
太陽の高度が低い時は、図4(B)中に示すように、夏用集光ミラー2−1は太陽光を集光せず、形状記憶合金ばね3−1は加熱されない。一方、図4(D)中に示すように、冬用集光ミラー2−2が太陽光を集光する。当該太陽光が集光することによって、冬用集光ミラー2−2の焦点位置の近傍に配置された形状記憶合金ばね3−2が加熱される。
ここで、前記追尾用回転軸9を所望量以上回転させるためには、形状記憶合金ばね3−1,3−2が加熱冷却により伸縮する日数をある程度以上確保する必要がある。
そこで、例えば図4(A)、(D)に示すように形状記憶合金ばね3−1,3−2を集光ミラー2−1,2−2による集光点位置より、集光ミラーに近い位置に設置する。これにより、太陽高度が少し変わっても、形状記憶合金ばね3−1,3−2に集光光が照射されることとなり、伸縮する日数をある程度以上確保することが可能となる。
なお、形状記憶合金ばね3−1,3−2を集光ミラー2−1,2−2に近づければ近づけるほど、形状記憶合金ばね3−1,3−2に集光光が照射される日数は増加するが、照射される光強度は弱くなる。したがって、集光光が照射される日数を増加させるには、集光ミラーの大きさを大きくする必要が生ずる場合もある。
FIG. 4 is a diagram for explaining an example of sunlight collection by the collecting mirrors 2-1 and 2-2. In this example, a case where the summer condenser mirror 2-1 and the winter condenser mirror 2-2 are the above-described bowl-shaped mirrors will be described.
When the altitude of the sun is high, the summer condenser mirror 2-1 collects sunlight as shown in FIG. When the sunlight is condensed, the shape memory alloy spring 3-1 disposed in the vicinity of the focal position of the summer condenser mirror 2-1 is heated. On the other hand, as shown in FIG. 4C, the winter condenser mirror 2-2 does not collect sunlight, and the shape memory alloy spring 3-2 is not heated.
When the altitude of the sun is low, as shown in FIG. 4B, the summer condenser mirror 2-1 does not collect sunlight, and the shape memory alloy spring 3-1 is not heated. On the other hand, as shown in FIG. 4D, the winter light collecting mirror 2-2 collects sunlight. When the sunlight is condensed, the shape memory alloy spring 3-2 disposed in the vicinity of the focal position of the winter condenser mirror 2-2 is heated.
Here, in order to rotate the tracking rotary shaft 9 by a desired amount or more, it is necessary to secure a certain number of days for the shape memory alloy springs 3-1 and 3-2 to expand and contract by heating and cooling.
Therefore, for example, as shown in FIGS. 4A and 4D, the shape memory alloy springs 3-1 and 3-2 are closer to the condensing mirror than the condensing point position by the condensing mirrors 2-1 and 2-2. Install in position. Thereby, even if the solar altitude changes slightly, the shape memory alloy springs 3-1 and 3-2 are irradiated with the condensed light, and it is possible to secure the number of days to expand and contract to some extent.
The closer the shape memory alloy springs 3-1 and 3-2 are to the condensing mirrors 2-1 and 2-2, the more the shape memory alloy springs 3-1 and 3-2 are irradiated with the condensed light. Although the number of days increases, the intensity of light irradiated becomes weaker. Therefore, in order to increase the number of days on which the condensed light is irradiated, it may be necessary to increase the size of the condensing mirror.

上述した実施形態では、集光手段として樋状のミラーを用いる場合について説明したが、太陽光を集光させる機能を有するものであれば、その他の光学部材を用いることもできる。
図5及び図6は、本発明の太陽光自動追尾装置に適用することができる集光手段の例を示す図である。
本発明の太陽光自動追尾装置が備える集光手段(集光ミラー2−1、2−2)は、前述した図2(B)中に示すような樋状のミラーであってもよいが、図5(A)中に示すような凹面鏡であってもよい。
また、本発明の太陽光自動追尾装置が備える集光手段として、集光ミラー2−1、2−2に代えて、図5(B)中に示す凸レンズ11を用いてもよい。集光手段として、前述した樋状ミラーを用いると集光点は線状となるので、前記形状記憶合金ばねのように線状のものを加熱するのに適している。一方、凹面鏡、凸レンズを用いると集光点は点状となるので、前記したワックスエレメントのように移動方向の長さがあまり長くないものを加熱するのに適している。
さらに、集光手段として、図6(A)中に示すようなフレネルレンズ、図6(B)中に示すような非結像フレネルレンズ、又は、図6(C)中に示すような非結像レンズを用いてもよい。なお、図6(A)中に示すフレネルレンズの集光点は、黒く塗りつぶした部分に示すように、一点であり、図6(B)中に示す非結像フレネルレンズ及び図6(C)中に示す非結像レンズの集光点は、黒く塗りつぶした部分に示すように、線状である。
In the above-described embodiment, the case where a bowl-shaped mirror is used as the light collecting unit has been described. However, other optical members may be used as long as they have a function of collecting sunlight.
5 and 6 are diagrams showing examples of light collecting means that can be applied to the automatic solar tracking device of the present invention.
The condensing means (condensing mirrors 2-1 and 2-2) included in the automatic solar tracking device of the present invention may be a bowl-shaped mirror as shown in FIG. A concave mirror as shown in FIG.
Further, as the light collecting means provided in the automatic solar tracking device of the present invention, a convex lens 11 shown in FIG. 5B may be used instead of the light collecting mirrors 2-1 and 2-2. If the above-described saddle-shaped mirror is used as the condensing means, the condensing point becomes linear, which is suitable for heating a linear object such as the shape memory alloy spring. On the other hand, when a concave mirror or a convex lens is used, the focal point becomes a dot shape, which is suitable for heating an element that is not so long in the moving direction, such as the wax element described above.
Further, as the light condensing means, a Fresnel lens as shown in FIG. 6A, a non-imaging Fresnel lens as shown in FIG. 6B, or a non-condensation as shown in FIG. 6C. An image lens may be used. Note that the condensing point of the Fresnel lens shown in FIG. 6 (A) is one point as shown in the blackened portion, and the non-imaging Fresnel lens shown in FIG. 6 (B) and FIG. 6 (C). The condensing point of the non-imaging lens shown in the inside is linear as shown in the blackened portion.

図7は、太陽仰角の変化と太陽電池パネルの太陽への仰角の変化との関係例を示す図であり、同図により、図1及び図2に示した太陽光自動追尾装置における太陽電池パネル1の太陽への追尾について説明する。
例えば、太陽仰角が約32度から約45度の期間に、冬用駆動機構が動作し、太陽仰角が約55度から約75度の期間に、夏用駆動機構が動作するように、夏用集光ミラー2−1と冬用集光ミラー2−2の仰角を予め調整しておく。
例えば、夏用集光ミラー2−1の仰角を約40度、冬用集光ミラー2−2の仰角を約65度に調整する。冬用駆動機構とは、例えば、図1または図2に示す冬用集光ミラー2−2、形状記憶合金ばね3−2、往復軸5−2、ラッチ6−2、歯車10−2、駆動軸8、ウォームギア7からなる、冬期に図2(B)中に示すウォームギア7の歯車を回転させて太陽電池パネル1の太陽への仰角を下降させる駆動機構である。
FIG. 7 is a diagram showing an example of the relationship between the change in the solar elevation angle and the change in the elevation angle of the solar cell panel toward the sun. The solar cell panel in the automatic solar tracking device shown in FIG. 1 and FIG. The tracking of 1 to the sun will be described.
For example, the summer driving mechanism is operated during the period when the sun elevation angle is about 32 degrees to about 45 degrees, and the summer driving mechanism is operated during the period when the sun elevation angle is about 55 degrees to about 75 degrees. The elevation angles of the condenser mirror 2-1 and the winter condenser mirror 2-2 are adjusted in advance.
For example, the elevation angle of the summer condenser mirror 2-1 is adjusted to about 40 degrees, and the elevation angle of the winter condenser mirror 2-2 is adjusted to about 65 degrees. The winter drive mechanism is, for example, the winter condensing mirror 2-2, the shape memory alloy spring 3-2, the reciprocating shaft 5-2, the latch 6-2, the gear 10-2, or the drive shown in FIG. This is a drive mechanism comprising a shaft 8 and a worm gear 7 that rotates the gear of the worm gear 7 shown in FIG. 2B in winter to lower the elevation angle of the solar cell panel 1 to the sun.

また、夏用駆動機構とは、例えば、図1または図2に示す夏用集光ミラー2−1、形状記憶合金ばね3−1、往復軸5−1、ラッチ6−1、歯車10−1、駆動軸8、ウォームギア7からなる、夏期に図2(B)中に示すウォームギア7の歯車を回転させて太陽電池パネル1の太陽への仰角を上昇させる駆動機構である。
また、この例では、図2(B)に示すウォームギア7の歯を一部欠いて、追尾用回転軸9の回転のリミッタとすることにより、太陽電池パネル1の追尾角度が例えば32度以下に下降しないようにし、また、太陽電池パネル1の追尾角度が例えば70度以上に上昇しないように予め調整する。
The summer drive mechanism includes, for example, the summer condenser mirror 2-1, the shape memory alloy spring 3-1, the reciprocating shaft 5-1, the latch 6-1, and the gear 10-1 shown in FIG. This is a drive mechanism comprising a drive shaft 8 and a worm gear 7 for rotating the gear of the worm gear 7 shown in FIG. 2B in summer to raise the elevation angle of the solar cell panel 1 to the sun.
In this example, the tracking angle of the solar cell panel 1 is reduced to, for example, 32 degrees or less by partially lacking the teeth of the worm gear 7 shown in FIG. It adjusts beforehand so that it may not fall, and the tracking angle of the solar cell panel 1 may not rise to 70 degree | times or more, for example.

図7中の点線は太陽仰角を示し、実線は追尾角度(太陽電池パネル1の太陽への仰角)を示す。太陽仰角が約32度である1月から太陽仰角が約45度(図7中の点Fに対応する太陽仰角)となる3月中旬までの期間は、冬用駆動機構が動作する。
しかし、この時期、追尾角度は下限の32度に達しており、前述した追尾用回転軸9の回転のリミッタが作動するので、太陽電池パネル1の追尾角度は約32度以下に下降しない。その結果、1月〜4月までの間は、太陽電池パネル1の追尾角度は約32度のまま推移する。
The dotted line in FIG. 7 shows the solar elevation angle, and the solid line shows the tracking angle (the elevation angle of the solar cell panel 1 to the sun). The winter drive mechanism operates during a period from January when the sun elevation angle is about 32 degrees to mid-March when the sun elevation angle is about 45 degrees (the sun elevation angle corresponding to the point F in FIG. 7).
However, at this time, the tracking angle reaches the lower limit of 32 degrees, and the rotation limiter of the tracking rotary shaft 9 operates as described above, so that the tracking angle of the solar cell panel 1 does not fall below about 32 degrees. As a result, between January and April, the tracking angle of the solar cell panel 1 remains approximately 32 degrees.

太陽仰角が約55度(図7中の点Aに対応する太陽仰角)まで上昇すると、夏用駆動機構が動作を開始し、太陽電池パネル1の追尾角度が上昇し始める。図7中に示すように、太陽仰角は夏至の頃に最大の仰角に到達し、夏至の頃以降下降する。夏用駆動機構は、太陽仰角が約55度から約75度までの期間(点Aから点Bまでの期間、及び、点Cから点Dまでの期間)動作する。
しかし、上述した追尾用回転軸9の回転のリミッタが作動するので、太陽電池パネル1の追尾角度は、当該約70度以上には上昇しない。その結果、太陽電池パネル1の追尾角度は、6月から10月中旬頃まで約70度のまま推移する。
その後、太陽仰角が、約45度(図7中の点Eに対応する太陽仰角)まで下降すると、冬用駆動機構が動作を開始し、太陽電池パネル1の追尾角度が下降し始める。そして、太陽電池パネル1の追尾角度が約32度に到達すると、上述した追尾用回転軸9の回転のリミッタが作動し、太陽電池パネル1の追尾角度は、約32度のまま推移する。
When the solar elevation angle rises to about 55 degrees (solar elevation angle corresponding to point A in FIG. 7), the summer drive mechanism starts to operate, and the tracking angle of the solar cell panel 1 begins to rise. As shown in FIG. 7, the solar elevation angle reaches the maximum elevation angle around the summer solstice and falls after the summer solstice. The summer driving mechanism operates in a period in which the sun elevation angle is about 55 degrees to about 75 degrees (a period from point A to point B and a period from point C to point D).
However, since the rotation limiter of the tracking rotary shaft 9 described above operates, the tracking angle of the solar cell panel 1 does not rise above about 70 degrees. As a result, the tracking angle of the solar battery panel 1 remains approximately 70 degrees from June to mid-October.
Thereafter, when the solar elevation angle is lowered to about 45 degrees (the solar elevation angle corresponding to the point E in FIG. 7), the winter driving mechanism starts to operate, and the tracking angle of the solar cell panel 1 starts to fall. When the tracking angle of the solar cell panel 1 reaches about 32 degrees, the above-described rotation limiter of the rotation axis 9 for tracking is operated, and the tracking angle of the solar cell panel 1 remains about 32 degrees.

本発明の太陽光自動追尾装置は、図1及び図2に示す構成のものに限定されない。図1、図2に示したものでは、夏用集光ミラー2−1、冬用集光ミラー2−2の仰角は固定であったが、後述する図8及び図9に示すように、太陽光自動追尾装置が、追尾用回転軸9によって、夏用集光ミラー2−1及び冬用集光ミラー2−2を太陽電池パネル1と連動させて回動させる構成を採ってもよい。
すなわち、太陽電池パネル1に連動させて、太陽を追尾するように夏用集光ミラー2−1及び冬用集光ミラー2−2の仰角を変え、太陽高度が変わっても、形状記憶合金ばね3−1,3−2に集光光が照射されるように構成する。なお、夏用集光ミラー2−1はその仰角が大きくなるように、また、冬用集光ミラー2−2はその仰角が小さくなるように太陽を追尾するので、例えば春から夏にかけて太陽高度が上昇している時は夏用集光ミラー2−1が太陽を追尾し、夏から秋にかけて太陽高度が低下し始めると、夏用集光ミラー2−1に代わって、冬用集光ミラーが太陽を追尾するようになる。
The automatic solar tracking device of the present invention is not limited to the one shown in FIGS. 1 and FIG. 2, the elevation angle of the summer condenser mirror 2-1 and the winter condenser mirror 2-2 was fixed, but as shown in FIGS. The automatic optical tracking device may adopt a configuration in which the summer condensing mirror 2-1 and the winter condensing mirror 2-2 are rotated in conjunction with the solar cell panel 1 by the tracking rotating shaft 9.
That is, even if the elevation angle of the summer condensing mirror 2-1 and the winter condensing mirror 2-2 is changed so as to track the sun in conjunction with the solar cell panel 1, even if the solar altitude changes, the shape memory alloy spring 3-1 and 3-2 are configured to be irradiated with condensed light. The summer condenser mirror 2-1 tracks the sun so that its elevation angle increases and the winter condenser mirror 2-2 reduces its elevation angle. When the sun rises, the summer condenser mirror 2-1 tracks the sun, and when the solar altitude begins to fall from summer to autumn, the winter condenser mirror replaces the summer condenser mirror 2-1. Comes to track the sun.

図8は本発明の太陽光自動追尾装置の平面図の他の例を示す図、図9は図8に示す太陽光自動追尾装置の立面面の他の例を示す図である。図9(A)は、図8に示す太陽光自動追尾装置を視点A−Aから見た図、図9(B)は、図8に示す太陽光自動追尾装置を視点BBから見た図である。
図9、図10に示す太陽光自動追尾装置においては、横板5−7、5−9が、支柱5−3及び5−6に固定されており、太陽電池パネル1が横板5−7に固定されている。また、横板8−3が、支柱5−4及び5−6に固定されている。また、横板8−4が、支柱5−3及び5−5に固定されている。図9(A)に示すように、駆動軸8は横板8−4に設けられた穴に貫通し、回転可能に支持されている。同様に、ここでの図示を省略するが、駆動軸8は、横板8−3に設けられた穴に貫通し、回転可能に支持されている。横板5−8は、支柱5−4及び5−5に固定されている。同様に、ここでの図示を省略するが、支柱5−4及び5−5には、横板5−8と平行な位置に他の横板が固定されている。
図9(A)に示すように、追尾用回転軸9は、一方端が支柱9−1に固定され、他方端が支柱9−2に固定されている。また、図9(B)に示すように、追尾用回転軸9は、横板5−9に設けられた穴に貫通しており、横板5−9は、追尾用回転軸9を中心に回転可能に支持されている。また、ウォームギア7の歯車は、追尾用回転軸9に固定されており、回転しない。
FIG. 8 is a diagram showing another example of the plan view of the automatic solar tracking device of the present invention, and FIG. 9 is a diagram showing another example of the elevation surface of the automatic solar tracking device shown in FIG. 9A is a view of the automatic solar tracking device shown in FIG. 8 viewed from the viewpoint AA, and FIG. 9B is a view of the automatic solar tracking device shown in FIG. 8 viewed from the viewpoint BB. is there.
In the solar light automatic tracking device shown in FIGS. 9 and 10, the horizontal plates 5-7 and 5-9 are fixed to the columns 5-3 and 5-6, and the solar cell panel 1 is set to the horizontal plate 5-7. It is fixed to. Moreover, the horizontal plate 8-3 is fixed to the columns 5-4 and 5-6. Further, the horizontal plate 8-4 is fixed to the columns 5-3 and 5-5. As shown in FIG. 9A, the drive shaft 8 passes through a hole provided in the horizontal plate 8-4 and is rotatably supported. Similarly, although illustration is omitted here, the drive shaft 8 penetrates through a hole provided in the horizontal plate 8-3 and is rotatably supported. The horizontal plate 5-8 is fixed to the columns 5-4 and 5-5. Similarly, although not shown here, other horizontal plates are fixed to the columns 5-4 and 5-5 at positions parallel to the horizontal plate 5-8.
As shown in FIG. 9A, the tracking rotary shaft 9 has one end fixed to the support column 9-1 and the other end fixed to the support column 9-2. Further, as shown in FIG. 9B, the tracking rotary shaft 9 passes through a hole provided in the horizontal plate 5-9, and the horizontal plate 5-9 is centered on the tracking rotary shaft 9. It is rotatably supported. The gear of the worm gear 7 is fixed to the tracking rotary shaft 9 and does not rotate.

上述した横板5−7、5−8、5−9、8−3、8−4、横板5−8と平行な位置に支柱5−5、5−4に固定された他の横板と、支柱5−3、5−4、5−5、5−6と駆動軸8とから構成される部材(以下、可動部材という)は、追尾用回転軸9を中心にして回動可能である。また、集光ミラー2−1、2−2は、上記可動部材に固定されている。上述したように、ウォームギア7の歯車は回転しないので、駆動軸8が回転すると、可動部材全体が追尾用回転軸9を中心に回動して、可動部材に固定された太陽電池パネル1が回動するとともに、集光ミラー2−1、2−2が太陽電池パネル1と連動して回動する。
図9、図10に示すような構成を採る場合、例えば、太陽の高度が高い夏期においては、太陽電池パネル1の太陽への仰角が上昇するとともに、夏用集光ミラー2−1が、当該上昇する太陽仰角を追尾する。また、太陽の高度が低い冬期においては、太陽電池パネル1の太陽への仰角が下降するともに、冬用集光ミラー2−2が、当該下降する太陽仰角を追尾する。
The horizontal plates 5-7, 5-8, 5-9, 8-3, 8-4 and the other horizontal plates fixed to the columns 5-5 and 5-4 at positions parallel to the horizontal plate 5-8. And a member (hereinafter referred to as a movable member) composed of the columns 5-3, 5-4, 5-5, 5-6 and the drive shaft 8 is rotatable about the tracking rotation shaft 9. is there. The condensing mirrors 2-1 and 2-2 are fixed to the movable member. As described above, since the gear of the worm gear 7 does not rotate, when the drive shaft 8 rotates, the entire movable member rotates about the tracking rotation shaft 9 and the solar cell panel 1 fixed to the movable member rotates. The light collecting mirrors 2-1 and 2-2 are rotated in conjunction with the solar cell panel 1.
When the configuration shown in FIGS. 9 and 10 is adopted, for example, in summer when the altitude of the sun is high, the elevation angle of the solar cell panel 1 to the sun rises, and the summer condenser mirror 2-1 Track the rising sun elevation. In winter when the altitude of the sun is low, the elevation angle of the solar cell panel 1 to the sun is lowered, and the winter condenser mirror 2-2 tracks the descending solar elevation angle.

図10は、上述したように太陽光自動追尾装置が、図1中に示す追尾用回転軸9によって、夏用集光ミラー2−1及び冬用集光ミラー2−2を太陽電池パネル1と連動として回動させる構成を採る場合における、太陽仰角の変化と太陽電池パネルの太陽への仰角の変化との関係を示す図である。
この例では、太陽の高度が高い夏期においては、太陽電池パネル1の太陽への仰角が上昇するとともに、夏用集光ミラー2−1が太陽仰角を追尾する。また、太陽の高度が低い冬期においては、太陽電池パネル1の太陽への仰角が下降するとともに、冬用集光ミラー2−2が太陽仰角を追尾する。また、この例では、夏用駆動機構が動作する太陽仰角と冬用駆動機構が動作する太陽仰角との差が約10度となるように、調整しておく。
10, as described above, the automatic solar tracking device uses the tracking rotation shaft 9 shown in FIG. 1 to connect the summer condenser mirror 2-1 and the winter condenser mirror 2-2 to the solar battery panel 1. It is a figure which shows the relationship between the change of a solar elevation angle, and the change of the elevation angle to the sun of a solar cell panel in the case of taking the structure rotated as interlocking.
In this example, in the summer when the altitude of the sun is high, the elevation angle of the solar cell panel 1 to the sun rises, and the summer condenser mirror 2-1 tracks the solar elevation angle. In winter when the altitude of the sun is low, the elevation angle of the solar cell panel 1 to the sun is lowered, and the winter condensing mirror 2-2 tracks the solar elevation angle. In this example, adjustment is made so that the difference between the solar elevation angle at which the summer driving mechanism operates and the solar elevation angle at which the winter driving mechanism operates is about 10 degrees.

太陽仰角が上昇して図10中の点Aに到達すると、夏用駆動機構が動作を開始するとともに、夏用集光ミラー2−1が、当該上昇する太陽仰角を追尾する。その結果、太陽電池パネル1の太陽への仰角が上昇する。太陽仰角は夏至の頃に最大の仰角(点Bに対応する太陽仰角)に到達し、夏至の頃以降下降し始める。太陽仰角が約10度下降して点Cに到達すると、冬用駆動機構が動作を開始するとともに、冬用集光ミラー2−2が、当該下降する太陽仰角を追尾する。その結果、太陽電池パネル1の太陽への仰角が下降する。図10中に示す例では、太陽電池パネル1の追尾角度が約36度以下にならないように、また、約72度以上にならないように、追尾用回転軸9の回転のリミッタを作動させている。
なお、太陽光自動追尾装置が、追尾用回転軸9によって、夏用集光ミラー2−1及び冬用集光ミラー2−2を太陽電池パネル1と連動として回動させる構成を採る場合において、ウォームギア7の歯を欠くことなく、追尾用回転軸9の回転のリミッタを作動させない構成を採ってもよい。
上述したように、夏用集光ミラー2−1及び冬用集光ミラー2−2を太陽電池パネル1と連動として回動させる構成を採る場合、集光ミラー2−1,2−2が太陽光を追尾するので、形状記憶合金ばね3−1,3−2を集光ミラー2−1,2−2の集光点位置の近くに配置しても、集光ミラー2−1,2−2が太陽光を追尾している期間、形状記憶合金ばね3−1,3−2には繰り返し集光光が照射される。このため、前記図1に示した実施形態における集光ミラーより、集光ミラー2−1,2−2の大きさを小さくしても、形状記憶合金ばね3−1,3−2を伸縮させるパワーを確保することができる。
When the sun elevation angle rises and reaches point A in FIG. 10, the summer drive mechanism starts operating, and the summer light collecting mirror 2-1 tracks the rising sun elevation angle. As a result, the elevation angle of the solar cell panel 1 to the sun increases. The sun elevation angle reaches the maximum elevation angle (solar elevation angle corresponding to point B) around the summer solstice, and begins to fall after the summer solstice. When the sun elevation angle decreases about 10 degrees and reaches point C, the winter drive mechanism starts to operate, and the winter light collecting mirror 2-2 tracks the descending sun elevation angle. As a result, the elevation angle of the solar cell panel 1 to the sun is lowered. In the example shown in FIG. 10, the limiter for rotation of the tracking rotary shaft 9 is operated so that the tracking angle of the solar battery panel 1 does not become about 36 degrees or less and does not become about 72 degrees or more. .
In the case where the automatic solar tracking device adopts a configuration in which the summer light collecting mirror 2-1 and the winter light collecting mirror 2-2 are rotated in conjunction with the solar battery panel 1 by the tracking rotation shaft 9, A configuration in which the limiter for rotation of the tracking rotary shaft 9 is not operated without missing the teeth of the worm gear 7 may be adopted.
As described above, when adopting a configuration in which the summer condenser mirror 2-1 and the winter condenser mirror 2-2 are rotated in conjunction with the solar battery panel 1, the condenser mirrors 2-1 and 2-2 are solar. Since the light is tracked, even if the shape memory alloy springs 3-1 and 3-2 are arranged near the condensing point position of the condensing mirrors 2-1 and 2-2, the condensing mirrors 2-1 and 2- During the period when 2 tracks the sunlight, the shape memory alloy springs 3-1 and 3-2 are repeatedly irradiated with condensed light. Therefore, the shape memory alloy springs 3-1 and 3-2 can be expanded and contracted even if the size of the collecting mirrors 2-1 and 2-2 is smaller than the collecting mirror in the embodiment shown in FIG. Power can be secured.

上述した実施形態では、本発明を太陽電池パネル面の太陽光への追尾に適用する場合について説明したが、本発明はその他の太陽光利用機器の太陽光追尾にも同様に適用することができる。
例えば、本発明の太陽光自動追尾装置を自然光を建築物内部に導き建築物内部を照明する光ダクト装置に適用し、光を光ダクト内に取り込むための反射鏡を本発明の太陽光自動追尾装置により駆動することで、効果的に太陽光を光ダクト内に取り込むことができる。 また、例えば太陽光を利用した温水設備等においても、本発明の太陽光自動追尾装置を用いることで、太陽電池パネルと同様に効果的に太陽光を利用することが可能となる。
In the above-described embodiment, the case where the present invention is applied to the tracking of sunlight on the surface of the solar cell panel has been described. However, the present invention can be similarly applied to the tracking of sunlight of other solar devices. .
For example, the automatic solar tracking device of the present invention is applied to an optical duct device that guides natural light into a building and illuminates the interior of the building, and a reflector for taking light into the optical duct is used as the automatic solar tracking device of the present invention. By driving with the device, sunlight can be effectively taken into the light duct. In addition, for example, in a hot water facility using sunlight, the sunlight automatic tracking device of the present invention can be used to effectively use sunlight in the same manner as a solar cell panel.

本発明の太陽光自動追尾装置の平面図の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the top view of the sunlight automatic tracking apparatus of this invention. 太陽光自動追尾装置の立面面の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the elevation surface of a sunlight automatic tracking apparatus. ワックスエレメントの構造図である。It is a structural diagram of a wax element. 集光ミラーによる太陽光の集光の例を説明する図である。It is a figure explaining the example of condensing of the sunlight by a condensing mirror. 本発明の太陽光自動追尾装置が備える集光手段の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the condensing means with which the sunlight automatic tracking apparatus of this invention is provided. 本発明の太陽光自動追尾装置が備える集光手段の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the condensing means with which the sunlight automatic tracking apparatus of this invention is provided. 太陽仰角の変化と太陽電池パネルの太陽への仰角の変化との関係例を示す図である。It is a figure which shows the example of a relationship between the change of a solar elevation angle, and the change of the elevation angle to the sun of a solar cell panel. 本発明の太陽光自動追尾装置の平面図の他の例を示す図である。It is a figure which shows the other example of the top view of the sunlight automatic tracking apparatus of this invention. 太陽光自動追尾装置の立面面の他の例を示す図である。It is a figure which shows the other example of the elevation surface of a sunlight automatic tracking apparatus. 太陽仰角の変化と太陽電池パネルの太陽への仰角の変化との関係の別の例を示す図である。It is a figure which shows another example of the relationship between the change of a solar elevation angle, and the change of the elevation angle to the sun of a solar cell panel.

符号の説明Explanation of symbols

1 太陽電池パネル
2−1、2−2 集光ミラー
3−1、3−2 形状記憶合金ばね
4−1、4−2 バイアスばね
5−1、5−2 往復軸
5−3、5−4、5−5、5−6、9−1、9−2 支柱
5−7、5−8、5−9、8−3、8−4 横板
6−1、6−2 ラッチ
7 ウォームギア
8 駆動軸
9 追尾用回転軸
10−1、10−2 歯車
11 凸レンズ
21 カップ
22 キャップ
23 ピストン
24 ワックス
25 座板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Solar cell panel 2-1, 2-2 Condensing mirror 3-1, 3-2 Shape memory alloy spring 4-1, 4-2 Bias spring 5-1, 5-2 Reciprocating shaft 5-3, 5-4 , 5-5, 5-6, 9-1, 9-2 Strut 5-7, 5-8, 5-9, 8-3, 8-4 Horizontal plate 6-1, 6-2 Latch 7 Worm gear 8 Drive Axis 9 Rotating shaft for tracking 10-1, 10-2 Gear 11 Convex lens 21 Cup 22 Cap 23 Piston 24 Wax 25 Seat plate

Claims (4)

季節による太陽仰角の変化に自動的に追尾させて、太陽エネルギー利用機器の仰角を制御する太陽光自動追尾装置であって、
太陽光を集光する集光手段と、該集光手段により集光された太陽熱により伸縮する熱変形部材と、該熱変形部材の伸縮により生ずる往復動を一方向の回転運動に変換する往復動−回転運動変換手段とから構成されるセンサ兼アクチュエータ機構と、
上記往復動−回転運動変換手段により得られた回転運動を、駆動軸を介して太陽エネルギー利用機器に伝達し、太陽エネルギー利用機器の太陽への仰角を変化させる駆動機構と、
上記駆動機構に設けられ、上記太陽エネルギー利用機器の太陽への仰角が所定値に達したとき、上記回転運動の伝達を制限する手段とを備え、
上記集光手段は、一日の内のある特定の時間帯における太陽高度が、予め定められた範囲内にあるとき、太陽光が上記熱変形部材に集光し該熱変形部材を加熱するように配置され、一日内における上記熱変形部材の加熱と冷却により上記熱変形部材を伸縮させ、この伸縮により生ずる往復動により上記駆動軸を単位量ずつ回転させ、上記太陽エネルギー利用機器の仰角を変化させる
ことを特徴とする太陽光自動追尾装置。
A solar automatic tracking device that automatically tracks the change in solar elevation angle according to the season and controls the elevation angle of the solar energy utilization device,
Condensing means for concentrating sunlight, a thermally deformable member that expands and contracts by solar heat collected by the condensing means, and a reciprocating motion that converts a reciprocating motion generated by the expansion and contraction of the thermally deforming member into a unidirectional rotational motion -A sensor / actuator mechanism comprising rotational motion conversion means;
A drive mechanism that transmits the rotational motion obtained by the reciprocating motion-rotational motion conversion means to the solar energy utilization device via the drive shaft, and changes the elevation angle of the solar energy utilization device to the sun;
Provided in the drive mechanism, and when the elevation angle to the sun of the solar energy utilization device reaches a predetermined value, comprising means for limiting the transmission of the rotational motion,
The condensing means is configured to condense sunlight into the heat deformable member and heat the heat deformable member when the solar altitude in a specific time zone of the day is within a predetermined range. The thermal deformation member is expanded and contracted by heating and cooling the thermal deformation member within a day, and the drive shaft is rotated by a unit amount by reciprocation caused by the expansion and contraction, thereby changing the elevation angle of the solar energy utilization device. An automatic solar tracking device characterized in that
上記集光手段と熱変形部材と往復動−回転運動変換手段から構成されるセンサ兼アクチュエータ機構が2組設けられ、
一方のセンサ兼アクチュエータ機構により上記太陽エネルギー利用機器の太陽への仰角を第1の方向に変化させ、他方のセンサ兼アクチュエータ機構により上記太陽エネルギー利用機器の太陽への仰角を第2の方向に変化させる
ことを特徴とする請求項1に記載の太陽光自動追尾装置。
Two sets of sensor and actuator mechanisms composed of the light collecting means, the heat deformation member, and the reciprocating-rotating motion converting means are provided,
The elevation angle of the solar energy utilization device to the sun is changed in the first direction by one sensor and actuator mechanism, and the elevation angle of the solar energy utilization device to the sun is changed in the second direction by the other sensor and actuator mechanism. The solar light automatic tracking device according to claim 1, wherein:
上記往復動−回転運動変換手段は、熱変形部材の伸縮に応じて往復動する爪部材と、該爪部材が第1の方向に動くとき、該爪部材により送られて駆動軸を単位量回転させ、該爪部材が第2の方向に動くときは上記駆動軸を回転させないように構成された歯車部材とを有する
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の太陽光自動追尾装置。
The reciprocating motion-rotating motion converting means includes a claw member that reciprocates in accordance with expansion and contraction of the thermal deformation member, and when the claw member moves in the first direction, the driving shaft is rotated by a unit amount by the claw member. And a gear member configured not to rotate the drive shaft when the claw member moves in the second direction. 3. An automatic solar tracking device according to claim 1, .
上記集光手段は、上記往復動−回転運動変換手段により得られた回転運動により、太陽を追尾するように駆動される
ことを特徴とする請求項1,2または請求項3に記載の太陽光自動追尾装置。
4. The sunlight according to claim 1, wherein the light collecting means is driven so as to track the sun by the rotational motion obtained by the reciprocating motion-rotational motion converting means. Automatic tracking device.
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