JP2009048785A - Sun tracking type sunlight illuminating device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、太陽を追尾しつつ、入射する太陽光を常に予め定められた位置に向けて反射することができる太陽追尾式採光装置に関するものである。 The present invention relates to a solar tracking type daylighting apparatus capable of always reflecting incident sunlight toward a predetermined position while tracking the sun.
従来、例えば高層建物の内部に形成されたボイドの底部等の、本来日影となる部分に太陽光を照射する等の目的で、太陽の運行に追従させつつ太陽光を反射させて照射させるための各種の太陽追尾式採光装置が開発されている。 Conventionally, for the purpose of irradiating sunlight, such as the bottom of a void formed inside a high-rise building, with the purpose of irradiating sunlight, the sunlight is reflected and irradiated while following the operation of the sun. Various sun tracking daylighting devices have been developed.
下記特許文献1および2には、いずれも太陽の位置を方位角と高度角との2つの成分にわけ、各々を、太陽光を追尾する制御手段によってパルスモータ等の駆動装置を駆動制御することにより、反射鏡を各駆動軸回りに回転させて太陽光を真下に反射させるようにした太陽光採光装置あるいは太陽光追尾式採光装置が提案されている。
In the following
ところが、上記従来の太陽光採光装置等にあっては、特に制御装置を含めた駆動系が複雑になるとともに、特に広い採光面積を得るために多数の装置を設ける必要がある場合には、全体として駆動制御が煩雑化するとともに、装置全体の設置コストも極めて高いものになってしまうという問題点があった。 However, in the above-described conventional solar lighting device and the like, the drive system including the control device is particularly complicated, and particularly when it is necessary to provide a large number of devices in order to obtain a wide lighting area, As a result, the drive control becomes complicated, and the installation cost of the entire apparatus becomes extremely high.
そこで、本発明者等は、先に下記特許文献3において、地球の自転軸に平行に設置される回転軸と、この回転軸を太陽の運行と同期する速度で回転させる駆動手段と、上記回転軸に対して45°±2°の傾斜角度で取り付けられて上記回転軸と一体に回転する鏡部材とを備えた太陽追尾式採光装置を提案した。
Therefore, the inventors previously described in
上記構成からなる太陽追尾式採光装置によれば、回転軸を地球の自転軸と平行になるように設置するとともに、当該回転軸に45°の傾斜角度で取り付けた鏡部材を太陽に向けると、太陽から当該鏡部材への入射角が45°になるために、駆動手段によって回転軸を太陽の運行と同期する速度で回転させることにより、上記回転軸と一体に回転する上記鏡部材からの反射光が、常時回転軸と平行に照射される。 According to the solar tracking type daylighting device having the above-described configuration, when the rotating shaft is set to be parallel to the rotation axis of the earth, and the mirror member attached to the rotating shaft at an inclination angle of 45 ° is directed to the sun, Since the incident angle from the sun to the mirror member is 45 °, the reflection from the mirror member rotating integrally with the rotary shaft by rotating the rotary shaft at a speed synchronized with the operation of the sun by the driving means. Light is always emitted parallel to the rotation axis.
このため、上記回転軸の下方延長線上に、上記ボイドの底部等に日影部分を位置させたり、あるいは反射鏡等を位置させてその反射光を上述した日影部分に照射させたりすることにより、複雑な制御手段を要することなく、簡易な装置によって確実に太陽の運行と同期させて、常時太陽の反射光を照射することができるという利点がある。
しかしながら、上記従来の太陽追尾式採光装置にあっては、太陽光を回転軸と一体に回転する鏡部材で反射させ、その反射光を常時回転軸の延長線上に照射するように構成されているために、装置の設置位置に制約が生じるという問題点がある。 However, the conventional solar tracking type daylighting apparatus is configured to reflect sunlight by a mirror member that rotates integrally with the rotating shaft and to irradiate the reflected light on the extended line of the rotating shaft at all times. Therefore, there is a problem that the installation position of the apparatus is restricted.
他方、近年においては、上述した建物の日影部分に対する太陽光の照射といった用途に加えて、パラボラミラーやレンズ等の集光部材、あるいは太陽光発電パネルといった、大規模な集光設備に対して、常時、集中的に太陽光を反射して照射させる要請が高まっている。ところが、この種の用途においては、地形や設置場所等の要因によって、上記太陽追尾式採光装置の回転軸の延長線上に、上記集光設備を位置させることが困難な場合が多い。 On the other hand, in recent years, in addition to applications such as the irradiation of sunlight on the shaded part of the building described above, for large-scale condensing facilities such as condensing members such as parabolic mirrors and lenses, or photovoltaic panels. There has been an increasing demand for always reflecting sunlight intensively. However, in this type of application, it is often difficult to position the light collecting facility on the extension line of the rotation axis of the solar tracking daylighting device due to factors such as topography and installation location.
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、複雑な制御手段を要することなく、太陽の運行と同期させて、入射する太陽光の反射光を、常時予め定められた任意の位置に向けて照射することができる太陽追尾式採光装置を提供することを課題とするものである。 The present invention has been made in view of such circumstances, and does not require complicated control means, and always reflects incident sunlight reflected light at an arbitrary predetermined position in synchronization with the operation of the sun. It is an object of the present invention to provide a sun-tracking daylighting device that can be irradiated.
上記課題を解決するために、請求項1に記載の本発明に係る太陽追尾式採光装置は、地球の自転軸と平行に配置された軸線回りに回転自在に設けられた回転軸と、この回転軸を太陽の運行と同期する速度で回転させる駆動手段と、一端部が上記回転軸に固定されるとともに当該回転軸の軸線の外方に延出する駆動アームと、この駆動アームの他端部に連結されて上記回転軸回りに回動されるとともに上記回転軸側と反対側の表面で太陽光を反射するミラーと、このミラーの裏面に垂直に固定されたミラー支持アームと、このミラー支持アームを支承する支持部と、上記ミラー支持アームを案内しつつ支承するガイド部材とを備えてなり、上記駆動アームの上記他端部に軸受部材が設けられ、上記支持部に上記ガイド部材が当該ガイド部材と上記回転軸の軸線と上記軸受部材とを含む基準面上において上記回転軸の軸線と上記軸受部材との間の長さを半径とする仮想円上に位置するように設けられるとともに、上記ミラー支持アームは、上記ミラー側の一端部が上記軸受部材を介して上記駆動アームの先端部に回動自在に設けられ、他端部がガイド部材に連結されて当該ミラー支持アームの延在方向に移動自在に支承されていることを特徴とするものである。
In order to solve the above-mentioned problems, a solar tracking type daylighting device according to the present invention as set forth in
また、請求項2に記載の本発明に係る太陽追尾式採光装置は、地球の自転軸と平行に配置された軸線回りに回転自在に設けられた回転軸と、この回転軸を太陽の運行と同期する速度で回転させる駆動手段と、一端部が上記回転軸に固定されるとともに当該回転軸の軸線の外方に延出する駆動アームと、この駆動アームの他端部に連結されて上記回転軸回りに回動されるとともに上記回転軸側と反対側の表面で太陽光を反射するミラーと、このミラーの裏面に垂直に固定されたミラー支持アームと、このミラー支持アームを支承する支持部と、上記ミラー支持アームを案内しつつ支承するガイド部材とを備えてなり、上記駆動アームの上記他端部に上記ガイド部材が設けられ、上記支持部に上記軸受部材が当該軸受部材と上記回転軸の軸線と上記ガイド部材とを含む基準面上において上記回転軸の軸線と上記ガイド部材との間の長さを半径とする仮想円上に位置するように設けられるとともに、上記ミラー支持アームは、上記ミラー側の一端部が上記軸受部材を介して上記支持部に回動自在に設けられ、他端部がガイド部材に連結されて上記駆動アームの先端部に当該ミラー支持アームの延在方向に移動自在に支承されていることを特徴とするものである。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a sun-tracking daylighting device according to the present invention, comprising: a rotary shaft that is rotatably provided about an axis arranged in parallel with the rotation axis of the earth; A driving means for rotating at a synchronized speed, a driving arm having one end fixed to the rotating shaft and extending outward of the axis of the rotating shaft, and the rotation connected to the other end of the driving arm A mirror that rotates about the axis and reflects sunlight on the surface opposite to the rotation axis side, a mirror support arm that is fixed perpendicularly to the back surface of the mirror, and a support portion that supports the mirror support arm And a guide member that supports and supports the mirror support arm, the guide member is provided at the other end of the drive arm, and the bearing member is rotated with the bearing member at the support portion. Axis axis and above The mirror support arm is provided on a reference plane including a guide member so as to be positioned on a virtual circle having a radius between the axis of the rotation shaft and the guide member. One end portion is rotatably provided on the support portion via the bearing member, and the other end portion is coupled to the guide member, and is supported on the tip end portion of the drive arm so as to be movable in the extending direction of the mirror support arm. It is characterized by being.
さらに、請求項3に記載の発明は、請求項1または2に記載の発明において、上記仮想円上における上記回転軸の軸線と直交する線と、上記駆動アームとの間の角度を、太陽赤緯の季節変動による角度範囲の±1/2の範囲において調整可能とする季節調整部材が設けられていることを特徴とするものである。
Furthermore, the invention according to
ここで、請求項4に記載の発明は、請求項3に記載の発明において、上記駆動アームが、一端部が枢軸を介して上記回転軸に上記角度が調整可能に回動自在に設けられているとともに、上記季節調整部材は、上記駆動手段の回転を当該回転軸の軸線方向への直線運動に変換するスライド機構と、このスライド機構と上記駆動アームとに連結されることにより上記駆動手段の回転に伴って上記駆動アームの上記角度を変えるリンク機構とを備えてなることを特徴とするものである。 According to a fourth aspect of the present invention, in the third aspect of the present invention, the drive arm is provided such that one end of the drive arm is pivotally adjustable on the rotary shaft via a pivot. The seasonal adjustment member is connected to the slide mechanism that converts the rotation of the drive means into a linear motion in the axial direction of the rotary shaft, and is connected to the slide mechanism and the drive arm. And a link mechanism that changes the angle of the drive arm with rotation.
さらに、請求項5に記載の発明は、請求項1〜4のいずれかに記載の発明において、上記軸受部材が、球面軸受であることを特徴とするものである。
Furthermore, the invention according to
請求項1〜5のいずれかに記載の発明においては、その回転軸の軸線を地球の自転軸と平行に配置し、かつ上記回転軸の軸線、ガイド部材および軸受部材の回動中心を含む基準面のミラー外方への延面方向、すなわち上記軸線方向からの平面視において、上記軸線、ガイド部材および軸受部材の回動中心を結ぶ線のミラー側への延長線が、上記太陽光を照射したい位置の方位となるように設置する。また、上記基準面における太陽光が入射する方向と、太陽光を照射したい方向とのなす角度がθである場合に、上記基準面内の上記円において、上記回転軸の軸線と直交する直径線と、ミラー支持アームとのなす角度がθ/2になるようにガイド部材を位置させる。
In the invention according to any one of
そして、ミラーを太陽側に向けるとともに、駆動手段によって回転軸を太陽の運行と同期する速度で回転させると、回転軸に固定された駆動アームを介してミラーも一体に回転する。この結果、上記基準面の直径線と平行(厳密には春分および秋分時)に入射する太陽光は、ミラーによって、常に上記方位であって、かつ基準面の上記直径線に対する傾斜角度の2倍の角度θの方向に反射されて、太陽光を照射したい位置に向けて反射されて行く。 Then, when the mirror is directed to the sun side and the rotating shaft is rotated by the driving means at a speed synchronized with the operation of the sun, the mirror also rotates integrally through a driving arm fixed to the rotating shaft. As a result, sunlight incident parallel to the diameter line of the reference surface (strictly speaking, at the time of spring and autumn) is always in the above-mentioned direction by the mirror and twice the inclination angle of the reference surface with respect to the diameter line. Is reflected toward the position where it is desired to irradiate sunlight.
したがって、上記太陽追尾式採光装置によれば、上記回転軸の軸線、ガイド部材および軸受部材の回動中心を含む基準面の延面方向、および支持部の設けたガイド部材または軸受部材の上記基準面における仮想円上の位置(すなわち、ミラー支持アームの直径線に対する傾斜角度)を適宜設定することにより、複雑な制御手段を要することなく、太陽の運行と同期させて、入射する太陽光の反射光を、常時予め定められた任意の位置に向けて照射することができる。 Therefore, according to the solar tracking type daylighting device, the axis of the rotating shaft, the extending direction of the reference surface including the rotation center of the guide member and the bearing member, and the reference of the guide member or the bearing member provided with the support portion By appropriately setting the position on the virtual circle on the surface (that is, the inclination angle with respect to the diameter line of the mirror support arm), the reflection of incident sunlight is synchronized with the operation of the sun without requiring complicated control means. It is possible to irradiate light at any predetermined position at any time.
また、地球は、その自転軸回りに1日1回自転しながら太陽の回りを1年で1周公転しているが、上記自転軸は、公転軸に対して約23°27′の傾きを持っているため、太陽光と地球の赤道面との角度(太陽赤緯)は、地球の公転に伴って変化し、この結果春秋分時に0°であったものが、夏至において+23°27′になり、冬至において−23°27′になる。 The earth revolves around the sun once a day while rotating around its rotation axis once a year. The rotation axis has an inclination of about 23 ° 27 'with respect to the rotation axis. Therefore, the angle between the sun and the equatorial plane of the earth (solar declination) changes with the revolution of the earth, and as a result, what was 0 ° at the time of spring and autumn is + 23 ° 27 'at the summer solstice. And becomes -23 ° 27 'in the winter solstice.
そこで、請求項3または4に記載の発明のように、上記仮想円上における回転軸の軸線と直交する直径線と、上記駆動アームとの間の角度を、太陽赤緯の季節変動による角度範囲の±1/2の範囲において調整可能とする季節調整部材を設ければ、上記季節調整部材によってミラーを、適宜上記太陽赤緯の変化に対応する角度だけ傾斜させてゆくことにより、1年を通してミラーからの反射光を、太陽光を照射したい位置に向けて照射することも可能になる。
Therefore, as in the invention described in
(第1の実施形態)
図4〜図7は、本発明に係る太陽追尾式採光装置の第1の実施形態を示すものであり、図8〜図10はその反射方向の設定例を示すものである。
図4および図5において、図中符号1は、この太陽追尾式採光装置の基台1であり、この基台1上には、円柱状の支柱2が垂直に立設されている。この基台1は、地球上の如何なる場所においても、支柱2の軸線が地球の自転軸と平行になるように設置されるようになっている。そして、この支柱2の上部に、回転軸3が当該支柱2の軸線回りに回転自在に設けられている。
(First embodiment)
4 to 7 show a first embodiment of the solar tracking type daylighting apparatus according to the present invention, and FIGS. 8 to 10 show setting examples of the reflection direction.
4 and 5,
また、回転軸3の下方に位置する支柱2の外周には、モータ(駆動手段)4がその出力軸4aを支柱2の軸線と平行にした状態で固定されている。そして、出力軸4aに固定された歯車4bが、回転軸3の下部外周に形成された歯車3aに歯合されている。ここで、モータ4は、その回転速度が、歯車4b、3aを介して、回転軸3を太陽の運行と同期する速度、すなわち24時間で1回転の速度で回転させるように設定されている。
A motor (driving means) 4 is fixed to the outer periphery of the
他方、回転軸3の外周には、一端が当該回転軸3に固定されるとともに、他端側が支柱2の径方向外方へ向けて延出する駆動アーム5が設けられ、この駆動アーム5の先端部に、太陽光を反射する板状のミラー6が連結されている。このミラー6は、回転軸3側と反対側の表面6aにおいて太陽光を反射するように配置されており、裏面6bの中心部には、ミラー支持アーム7の一端部が垂直に固定されている。そして、ミラー6は、ミラー支持アーム7の上記一端部に設けられた球面軸受(軸受部材)8を介して、駆動アーム5の先端部に回動自在に設けられている。
On the other hand, a
また、支柱2の上端部には、駆動アーム5よりも短い長さ寸法を有するアーム部9が、支柱2の径方向外方へ向けて一体に形成されるとともに、このアーム部9の端部には、支柱2の軸線と平行に支持部10が設けられている。この支持部10は、軸受11を介して軸線回りに回動自在に設けられており、その上端部には、ガイドピン(ガイド部材)10aが取り付けられている。
Further, an
一方、ミラー支持アーム7には、長手方向のほぼ全長にわたって連続するガイド溝12が形成されており、このガイド溝12に、ガイドピン10aが挿入されている。
ここで、ガイドピン10aは、このガイドピン10aと回転軸3の軸線とミラー6の回動中心、すなわち球面軸受8における回動中心とを含む基準面(図4の紙面)上において、回転軸3の中心と上記ミラーの回動中心との長さを半径とする仮想円S上に配置されている。
On the other hand, the
Here, the
これにより、ミラー支持アーム7は、一端側が上記球面軸受8によって駆動アーム5の先端部に回動自在に連結されるとともに、他端側がガイドピン10aによって、長手方向に相対移動自在に案内されつつ支承されている。さらに、ガイドピン10aが設けられたガイド部10が、軸受11によってその軸線回りに回動自在に設けられている結果、ミラー支持アーム7は、上記基準面上におけるその長手方向と直交する軸回りに回動自在に支承されている。
Thereby, one end side of the
また、駆動アームの先端部に設けられた球面軸受8の取付部分には、上記基準面内におけるミラー6の鉛直方向の傾斜角度を、少なくとも太陽赤緯の最大値と最小値との間の角度範囲の1/2の角度範囲において調整可能とする調整ねじ(季節調整部材)(後述する図2における調整ねじ13と同様)が設けられている。
In addition, at the mounting portion of the
次に、以上の構成からなる太陽追尾式採光装置の作用について説明する。
図1に示すように、東京は北緯35度に位置しており、東西南北の方位があるが、理解の便宜のために、上記太陽追尾式採光装置を北極に設置した場合について説明する。なお、この場合、実際には、北極には東西南北が存在しないが、東京における方位を地球の中心回りに北極まで回動させた方位、すなわち東京方向が南(太陽の運行における12時方向)であると仮定する。
Next, the operation of the solar tracking type daylighting device having the above configuration will be described.
As shown in FIG. 1, Tokyo is located at 35 degrees north latitude and has directions of north, south, east, west, and north. For convenience of understanding, the case where the solar tracking type daylighting apparatus is installed in the north pole will be described. In this case, there is actually no east, west, south, and north in the North Pole, but the direction in which the direction in Tokyo is rotated to the North Pole around the center of the earth, that is, the direction of Tokyo is south (12 o'clock direction in solar operation) Assume that
そして、図2および図3に示すように、支柱2の軸線(すなわち回転軸3の軸線)を地球の自転軸Aと一致させるとともに、ガイドピン10aを、上記基準面における仮想円上においてミラー支持アーム7が水平となる直径線上に設け、かつ上記軸線(=地球の自転軸A)方向からの平面視において、ガイドピン10aと回転軸3中心とを結ぶ線のミラー6側への延長線を上記南側に向けて設置する。
As shown in FIGS. 2 and 3, the axis of the support column 2 (that is, the axis of the rotating shaft 3) is aligned with the rotation axis A of the earth, and the
次いで、モータ4によって回転軸3を太陽の運行と同期する速度で回転させると、ミラー6がどの位置にあっても、太陽光は常に南側の方位に向けて反射される。
したがって、上記太陽追尾式採光装置を北緯35度の東京に設置する場合には、同様に回転軸3の軸線を地球の自転軸Aと平行にし、上記軸線(=地球の自転軸A)方向からの平面視において、ガイドピン10aと回転軸3中心とを結ぶ線のミラー6側への延長線を上記南側に向けて設置することにより、常に太陽光を南側に向けて反射させることができる。
Next, when the
Therefore, when the sun tracking daylighting device is installed in Tokyo at 35 degrees north latitude, the axis of the
また、図4に示すように、太陽光は、上記基準面上において上記軸線と直交する直径線L(図7参照)と平行(厳密には春分および秋分時)に入射する。そこで、ガイドピン10aを、上記基準面における仮想円S上であって、かつミラー支持アーム7と上記直径線とが30°の角度を成す位置に設けると、太陽光はミラー6において上記傾斜角度30°の2倍の60°の角度を挟んで反射されて行く。
Moreover, as shown in FIG. 4, sunlight is incident on the reference plane parallel to the diameter line L (see FIG. 7) orthogonal to the axis (strictly speaking, at the time of spring equinox and autumn equinox). Therefore, when the
そして、モータ4によって回転軸3を太陽の運行と同期する速度、すなわち24時間で1回転の速度で回転させると、駆動アーム5を介してミラー6も回転軸と一体に回転し、この結果、図5に示すように、常時ミラー6からの反射光は、南側の方位であって、かつ基準面上の上記直径線に対して60°の鉛直方向の傾きをもって反射されて行く。
Then, when the
なお、図5においては、一見ミラー6からの反射光が、常に一定の方向に照射されていないように見えるが、これは同図が上記軸線方向から見た平面を示しているのに対して、上記反射光は、上記平面における方位の成分と、当該平面と直交する上記基準面における鉛直方向の傾斜角度の成分とを有するベクトルであるためである。
In FIG. 5, it appears that the reflected light from the
なお、図4においては、基準面のミラー6側への延面方向、すなわち回転軸3の軸線(=地球の自転軸A)方向からの平面視において、ガイドピン10aと回転軸3中心とを結ぶ線のミラー6側への延長線を南側に向けて設置することにより、常に太陽光を南側に向けて反射させた場合について示したが、上記基準面のミラー6側への延面方向を東西南北の適宜の方位に向けることにより、常時当該方位に向けて太陽光を反射させることができる。
In FIG. 4, the
また、反射光の基準面における鉛直方向の傾斜角度についても、ミラー支持アーム7と上記直径線とが30°の角度を成す位置の上記仮想円S上にガイドピン10aを設けた場合について例示したが、上記ガイドピン10aの仮想円S上に位置を変えて、上記傾斜角度を適宜角度に設定することにより、予め設定した任意の傾斜角度の方向に、常時反射光を照射させることができる。
Further, with respect to the vertical inclination angle of the reference plane of the reflected light, the case where the
これを図6および図7に基づいて詳述すると、まず図6に示す軸線方向平面視において、ガイドピン10aを原点とし、この原点を通る上記直径線L方向をY軸(O時方向を正)とする。そして、このY軸のガイドピン10aにおける直交方向をX軸(4時方向を正)とするとともに、上記直径線L方向と直交する上記基準面の上記ガイドピン10aを通る鉛直線をZ軸(上方を正)とする。また、上記直径線Lの半径を1とし、時刻をT(0時〜24時)として太陽光を南側の下方に反射させる場合について考える。
This will be described in detail with reference to FIGS. 6 and 7. First, in the plan view in the axial direction shown in FIG. 6, the
すると、直径線Lに対するミラー支持アーム7の傾きをφとすると、ミラー6の回動中心(球面軸受8の中心)の座標(x、y、z)は、
(x、y、z)=(sin15T、cos15T−Yb、Zb)
である。
ここで、図7より、φ=θ/2であるから、
Yb=2cosφ2−1=cosθ
Zb=2sinφcosφ=sinθ
である。
Then, if the inclination of the
(X, y, z) = (sin15T, cos15T-Yb, Zb)
It is.
Here, from FIG. 7, since φ = θ / 2,
Yb = 2 cos φ2-1 = cos θ
Zb = 2sinφcosφ = sinθ
It is.
そして、ガイドピン10aからミラー6の回動中心に向かうベクトルが、そのまま各時刻におけるミラー6の法線ベクトルMとなるので、
M=(sin15T、cos15T−cosθ、−sinθ) (1)
であり、他方太陽光の入射光ベクトルをLin、反射光ベクトルをLoutとすると、
Lin=(−sin15T、−cos15T、0)
Lout=(0、−cosθ、−sinθ)
である。
And since the vector which goes to the rotation center of the
M = (sin15T, cos15T-cosθ, -sinθ) (1)
On the other hand, when the incident light vector of sunlight is Lin and the reflected light vector is Lout,
Lin = (− sin15T, −cos15T, 0)
Lout = (0, −cos θ, −sin θ)
It is.
そして、理論上ミラー6の法線ベクトルMtは、上記LinおよびLoutより、以下のように計算することができる。
Mt=Lout−Lin
=(sin15T、cos15T−cosθ、−sinθ) (2)
Theoretically, the normal vector Mt of the
Mt = Lout−Lin
= (Sin15T, cos15T-cosθ, -sinθ) (2)
上記(1)式および(2)式より、作図で得られたミラー6の法線ベクトルMと、理論式から得られたミラー6の法線ベクトルMtとが一致することが判る。
したがって、太陽が1日のうちでどの位置にあっても、常に太陽光を予め設定した位置に照射させることができる。
From the above formulas (1) and (2), it can be seen that the normal vector M of the
Therefore, regardless of the position of the sun in the day, it is possible to always irradiate sunlight at a preset position.
また、上記ガイドピン10aの設置位置を、基準面における仮想円S上の適宜箇所に設定することにより、上記直径線Sと平行に入射する太陽光を、当該直径線Sに対して様々な傾斜角度で反射させることができる。
Further, by setting the installation position of the
すなわち、図8に示す設定例のように、ガイドピン10aを、仮想円Sと回転軸3の軸線の上方とが交差する位置に設けると、φ=45°、θ=90°になるために、上記ミラー6によって太陽光を真下に向けて反射させることができる。
また、図9に示す設定例のように、ガイドピン10aを、仮想円S上であって、かつ回転軸3の軸線との交点よりもミラー6側の位置に設ければ、直径線Lに対して平行に謝した太陽光を、90°以上の角度θを挟んで下方へと反射させることができる。
That is, as shown in the setting example shown in FIG. 8, when the
Further, as in the setting example shown in FIG. 9, if the
さらに、図10に示す設定例のように、ガイドピン10aを、仮想円S上であって、かつ直径線Lよりも下方の位置に設けると、直径線Lに対して平行に謝した太陽光を、上方に向けて反射させることもできる。
Furthermore, when the
このように、上記構成からなる太陽追尾式採光装置によれば、回転軸3の軸線を地球の自転軸Aと平行に設置するとともに、回転軸3の軸線、ガイドピン10aおよびミラー6の回動中心(8)を含む基準面の延面方向と、ガイドピン10aの基準面における仮想円S上の設置位置を適宜設定することにより、複雑な制御手段を要することなく、太陽の運行と同期させて、入射する太陽光の反射光を、常時予め定められた任意の位置に向けて照射することができる。
Thus, according to the solar tracking type daylighting device having the above-described configuration, the axis of the
(第2の実施形態)
図11は、本発明の第2の実施形態を示すものであり、第1の実施形態に示したものと同一構成部分については、同一符号を付してその説明を簡略化する。
図11に示すように、この太陽追尾式採光装置においては、基台1に、軸線が地球の自転軸と平行になるように支柱2が垂下されているとともに、この支柱2の下部に、回転軸3がモータ4によって上記軸線回りに回転自在に設けられている。
(Second Embodiment)
FIG. 11 shows a second embodiment of the present invention. The same components as those shown in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is simplified.
As shown in FIG. 11, in this solar tracking type daylighting apparatus, a
そして、この支柱2の径方向外方へ向けて延出する駆動アーム5の先端部に、ガイドピン(ガイド部材)10aが取り付けられている。
他方、支持部10の下端部には、球面軸受(軸受部材)8が設けられている。ここで、この球面軸受8は、当該球面軸受8の回動中心と回転軸3の軸線とガイドピン10aとを含む基準面(図11の紙面)上において、回転軸3の中心とガイドピン10aとの間の長さを半径とする仮想円S上に配置されている。
And the guide pin (guide member) 10a is attached to the front-end | tip part of the
On the other hand, a spherical bearing (bearing member) 8 is provided at the lower end of the
そして、ミラー支持アーム7は、ミラー6側の一端側が球面軸受8によって支持部10の下端部に回動自在に連結されるとともに、他端部側において、そのガイド溝12にガイドピン10aが挿入されることによって、長手方向に相対移動自在に案内されつつ支承されている。
The
以上の構成からなる太陽追尾式採光装置によっても、第1の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
加えて、第1の実施形態においては、ミラー6が回転軸3から離間した位置において、仮想円Sの円周に沿って回動するのに対して、第2の実施形態に示した太陽追尾式採光装置によれば、ミラー6が支持部10に設けた球面軸受8回りに回動するために、照射位置が変動することがなく、よって一層高い精度で、常時定点に太陽光を反射することができるという効果が得られる。
The same effect as that of the first embodiment can also be obtained by the solar tracking daylighting device having the above configuration.
In addition, in the first embodiment, the
(第3の実施形態)
図12は、第1の実施形態に示した太陽追尾式採光装置に、同期式の季節調整部材を設けた第3の実施形態を示すものである。
図12に示すように、この太陽追尾式採光装置においては、駆動アーム5の一端部が回転軸3に枢軸20によって連結されることにより、先端の球面軸受8が仮想円に沿って回動自在に設けられている。
(Third embodiment)
FIG. 12 shows a third embodiment in which a synchronous seasonal adjustment member is provided in the solar tracking type daylighting apparatus shown in the first embodiment.
As shown in FIG. 12, in this solar tracking type daylighting device, one end of the
また、回転軸3を回転させるためのモータ4が、支柱2の下部に設けられるとともに、長尺に形成された出力軸4aの外周には、雄ねじ部21が形成されている。
一方、支柱2の下部側面には、軸線と平行にレール22が設けられており、このレール22および回転軸3の下部外周に沿って、枠状のスライダ23が上記軸線方向に移動自在に設けられている。そして、このスライダ23に固定されたナット24が、出力軸4aの外周に形成された雄ネジ部21に螺合されている。
A
On the other hand, a
さらに、このスライダ23の上側部には、リンク杆25の一端部が回動自在に連結されるとともに、当該リンク杆25の他端部が駆動アーム5の中間部に回動自在に連結されている。そして、雄ネジ部21、スライダ23およびナット24によって、モータ4の回転を軸線方向への直線運動に変換するスライド機構が構成されるとともに、リンク杆25によって駆動アーム5の上記直径線Lに対する角度を変えるリンク機構が構成されている。
Further, one end portion of the
そして、回転軸3の回転速度が、太陽の運行と同期する速度、すなわち24時間で1回転の速度で回転するように設定されていることから、上記スライド機構およびリンク機構は、回転軸3が1回転する際に、当該24時間で変化する太陽赤緯に対応する角度だけ駆動アーム5の上記直径線Lに対する角度が変化するように設定されている。
And since the rotational speed of the
以上の構成からなる太陽追尾式採光装置においては、第1の実施形態における作用効果に加えて、さらにモータ4の出力軸4aが回転すると、回転軸3が回転するとともに、これに伴ってナット24を介してスライダ23が図中上方に移動し、この結果リンク杆25によって駆動アーム5が時計回り方向に回動することにより上記直径線Lに対する角度が季節変動に対応する角度だけ増加する。
In the solar tracking daylighting device having the above configuration, in addition to the operational effects of the first embodiment, when the
したがって、この太陽追尾式採光装置によれば、図15に示すように、冬至においてスライダ23が支柱2の最下部に位置するように設定しておけば、ミラー6による太陽光の反射と併行して、徐々に駆動アーム5を図中時計回り方向に回動させ、図14に示す夏至に至るまで自動的にミラー6の傾斜角度を太陽赤緯の変化に対応する角度だけ微調整することができ、よってミラー6からの反射光を、常に太陽光を照射したい位置に向けて照射することができる。
Therefore, according to this solar tracking type daylighting apparatus, as shown in FIG. 15, if the
(第4の実施形態)
図13は、第1の実施形態に示した太陽追尾式採光装置に、同様に同期式の季節調整部材を設けた第4の実施形態を示すものであり、この太陽追尾式採光装置においても、駆動アーム5の一端部が回転軸3に枢軸20によって連結されることにより、先端の球面軸受8が仮想円に沿って回動自在に設けられている。
(Fourth embodiment)
FIG. 13 shows a fourth embodiment in which a synchronous seasonal adjustment member is similarly provided in the solar tracking daylighting device shown in the first embodiment, and also in this solar tracking daylighting device, One end of the
そして、この太陽追尾式採光装置においては、モータ4の出力軸4aに、ウオームギア30が設けられ、このウオームギア30に大歯車31とスライダ32とからなるスコッチチョークの大歯車31が螺合されている。また、スライダ32の上端側部には、リンク杆33の一端部が回動自在に連結されるとともに、当該リンク杆33の他端部が駆動アーム5の中間部に回動自在に連結されている。
In this solar tracking type daylighting device, a
これにより、ウオームギア30および上記スコッチチョークによって、モータ4の回転を軸線方向への直線運動に変換するスライド機構が構成されるとともに、リンク杆33によってモータ4の回転に伴って駆動アーム5の上記直径線Lに対する角度を変えるリンク機構が構成されている。
Accordingly, the
以上の構成からなる太陽追尾式採光装置によれば、同様にモータ4の出力軸4aの回転を、ウオームギア30およびスコッチチョークによって上下方向の直線運動に変換し、かつ当該直線運動をリンク杆33によって、駆動アーム5を回動させることができるために、第3の実施形態に示したものと同様の作用効果を得ることができる。
According to the solar tracking type daylighting device having the above configuration, similarly, the rotation of the
さらに、この太陽追尾式採光装置においては、モータ4の一方向への連続回転によって、スライダ32を上下方向に往復移動させることができるために、図15に示す冬至から図14に示す夏至を経て再び図15に示す冬至の時期まで、連続的に、かつ自動的にミラー6の傾斜角度を太陽赤緯の変化に対応する角度だけ微調整することができ、よって1年を通してミラー6からの反射光を、常時太陽光を照射したい位置に向けて照射することができる。
Further, in this solar tracking type daylighting device, the
3 回転軸
4 モータ(駆動手段)
5 駆動アーム
6 ミラー
6a ミラーの表面
6b ミラーの裏面
7 ミラー支持アーム
8 球面軸受(軸受部材)
10 支持部
10a ガイドピン(ガイド部材)
11 軸受
12ガイド溝
13 調節ねじ(季節調整部材)
21 雄ネジ部
22 レール
23、32 スライダ
24 ナット
25、33 リンク杆
30 ウオームギア
31 大歯車
A 地球に自転軸
L 基準面における直径線
S 基準面上の仮想円
3 Rotating
DESCRIPTION OF
10
11
21
Claims (5)
上記駆動アームの上記他端部に軸受部材が設けられ、上記支持部に上記ガイド部材が当該ガイド部材と上記回転軸の軸線と上記軸受部材とを含む基準面上において上記回転軸の軸線と上記軸受部材との間の長さを半径とする仮想円上に位置するように設けられるとともに、上記ミラー支持アームは、上記ミラー側の一端部が上記軸受部材を介して上記駆動アームの先端部に回動自在に設けられ、他端部がガイド部材に連結されて当該ミラー支持アームの延在方向に移動自在に支承されていることを特徴とする太陽追尾式採光装置。 A rotating shaft provided rotatably around an axis arranged in parallel with the rotation axis of the earth, driving means for rotating the rotating shaft at a speed synchronized with the operation of the sun, and one end portion are fixed to the rotating shaft. And a driving arm extending outwardly of the axis of the rotating shaft, and connected to the other end of the driving arm and rotated about the rotating shaft, and on the surface opposite to the rotating shaft. A mirror that reflects light; a mirror support arm that is vertically fixed to the back surface of the mirror; a support portion that supports the mirror support arm; and a guide member that supports and supports the mirror support arm. ,
A bearing member is provided at the other end of the drive arm, and the guide member is provided on the support portion on a reference plane including the guide member, the axis of the rotary shaft, and the bearing member. The mirror support arm is provided so as to be positioned on an imaginary circle having a radius between the bearing member and a radius, and one end of the mirror side is connected to the tip of the drive arm via the bearing member. A sun-tracking daylighting device, wherein the solar tracking-type daylighting device is provided so as to be rotatable, and is supported so as to be movable in the extending direction of the mirror support arm with the other end connected to a guide member.
上記駆動アームの上記他端部に上記ガイド部材が設けられ、上記支持部に上記軸受部材が当該軸受部材と上記回転軸の軸線と上記ガイド部材とを含む基準面上において上記回転軸の軸線と上記ガイド部材との間の長さを半径とする仮想円上に位置するように設けられるとともに、上記ミラー支持アームは、上記ミラー側の一端部が上記軸受部材を介して上記支持部に回動自在に設けられ、他端部がガイド部材に連結されて上記駆動アームの先端部に当該ミラー支持アームの延在方向に移動自在に支承されていることを特徴とする太陽追尾式採光装置。 A rotating shaft provided rotatably around an axis arranged in parallel with the rotation axis of the earth, driving means for rotating the rotating shaft at a speed synchronized with the operation of the sun, and one end portion are fixed to the rotating shaft. And a driving arm extending outwardly of the axis of the rotating shaft, and connected to the other end of the driving arm and rotated about the rotating shaft, and on the surface opposite to the rotating shaft. A mirror that reflects light; a mirror support arm that is vertically fixed to the back surface of the mirror; a support portion that supports the mirror support arm; and a guide member that supports and supports the mirror support arm. ,
The guide member is provided at the other end of the drive arm, and the bearing member is disposed on the support portion on a reference plane including the bearing member, the axis of the rotary shaft, and the guide member. The mirror support arm is provided so as to be positioned on an imaginary circle having a radius between the guide member and a radius, and the mirror-side end portion rotates to the support portion via the bearing member. A sun-tracking daylighting device, wherein the solar tracking-type daylighting device is provided freely, and has the other end connected to a guide member and supported at the tip of the drive arm so as to be movable in the extending direction of the mirror support arm.
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- 2007-08-13 JP JP2007210942A patent/JP2009048785A/en active Pending
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