JP2009127958A - 太陽追尾集光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回転駆動力の伝達部における強度を向上させた太陽追尾集光装置を提供する。
【解決手段】ベース部の円柱部に形成した軸部を中心に、ミラー構成体を載せたフレーム体を回転自在に支持し、円柱部の側面に掛け回したチェーンに、フレーム体に形成した回転ブロックを係合させたため、回転ブロックを回転させることにより、フレーム体がチェーンに沿った状態で方位方向に回転する。回転ブロックからの回転駆動力はチェーンに対して引っ張り方向へ作用するため、強度が強く、大きな回転駆動力を加えても、無理なくフレーム体を回転させることができる。フレーム体のキャスター部がベース部の上面に対して３点支持のため、キャスター部の全てが上面に接することとなり、フレーム体が方位方向へ回転する際にガタつきが生じない。
【選択図】 図２

Description

本発明は太陽追尾集光装置に関するものである。

複数の反射ミラーを１つの凹面鏡状に並べて構成したミラー構成体を、方位方向（水平方向）で回転自在に支持すると共に、高度方向（上下方向）で角度変更自在に支持した経緯台式の太陽追尾集光装置が知られている。この種の太陽追尾集光装置は２種類ある。１つは、太陽追尾集光装置の凹面鏡を方位方向及び方位方向において太陽と同じように動かして、凹面鏡が常に太陽を向いた状態にし、個々の太陽追尾集光装置における凹面鏡からの反射光を各凹面鏡の焦点にそれぞれ集光させるタイプ。もう１つは、複数の太陽追尾集光装置の凹面鏡をそれぞれ太陽の動き角度の実質的に１／２だけ方位方向及び高度方向に動かして、各凹面鏡からの反射光を太陽追尾集光装置から離れた一点に向けて常に集光させるタイプ。いずれの場合も、ミラー構成体を方位方向及び高度方向へ回動させて姿勢制御することは同じである。

このような太陽追尾集光装置にあって、ミラー構成体を方位方向に回転させる構造として、ミラー構成体から下向きに細い棒状のトルクチューブを延ばし、そのトルクチューブの下端に水平で大きな円形のホイールを取付け、そのホイールに回転駆動力を加えて回すことにより、回転駆動力をトルクチューブを介してミラー構成体に伝達し、ミラー構成体を方位方向へ回転させる構造が知られている（例えば、特許文献１参照）。
米国特許第４４６３７４９号明細書

しかしながら、このような従来の技術にあっては、方位方向での回転駆動力を細い棒状のトルクチューブを介して伝達する構造のため、強度の面で問題があった。すなわち、大きな回転駆動力を加えると、それが捻れ力としてトルクチューブに集中し、トルクチューブの破損を招くおそれがあった。特に、砂漠地帯など、微小な砂などが混入して駆動部の抵抗が大きくなりやすい環境での使用には不適であった。

本発明は、このような従来の技術に着目してなされたものであり、回転駆動力の伝達部における強度を向上させた太陽追尾集光装置を提供するものである。

本発明の第１の特徴によれば、複数の反射ミラーをミラー支持体に対して１つの凹面鏡状に並べて構成したミラー構成体と、前記ミラー構成体を高度方向へ角度変更自在に載せた状態で全体が方位方向に回転自在に支持されるフレーム体とを備えた太陽追尾集光装置であって、上面を有するベース部を地面に形成し、該ベース部の上面中央に円柱部を突出形成し、該円柱部の上面中央にフレーム体を方位方向へ回転自在に支持する軸部を形成し、フレームにベース部の上面に対して方位方向へ転動自在なキャスター部を形成し、円柱部の側面に線状体を掛け回すと共に、その両端を所定の角度範囲でオーバラップさせた状態で側面に対して固定し、フレーム体に該線状体に対して係合した状態で正逆方向へ回転自在な駆動プーリを設ける。

本発明の第２の特徴によれば、フレーム体に形成されたキャスター部が、方位方向において３点支持でベース部の上面に対して転動する。

本発明の第３の発明によれば、ベース部及び円柱部をコンクリートにより一体形成すると共に、フレーム体又はミラー構成体に太陽光線に基づいてフレーム体の方位方向の姿勢を制御する方位センサーを設け、ミラー構成体に太陽光線に基づいてミラー構成体の高度方向の姿勢を制御する高度センサーを設ける。

本発明の第４の発明によれば、ベース部及び円柱部をコンクリートにより一体形成すると共に、ミラー構成体にミラー構成体の方位方向及び高度方向の姿勢を制御する１つの姿勢制御度センサーを設ける。

本発明の第５の特徴によれば、フレーム体の一端にヒンジ部を介してミラー構成体の一端を高度方向へ回動自在に支持し、フレーム体の他端に上下方向に延びるアーム部の下端を回動自在に支持し、該アーム部の上下に駆動プーリと従動プーリを設けると共に、両プーリ間に前記駆動プーリと係合するループ状の線状体を巻回し、該駆動プーリを正逆方向へ回転させることにより線状体を上下方向に移動自在で、該線状体の一部にミラー構成体の他端を結合した。

本発明の第６の特徴によれば、線状体が、長円状のリングを縦横交互に連結したチェーンで、駆動プーリが、チェーンと係合する凹部が形成された回転ブロックである。

本発明の第１の特徴によれば、ベース部の円柱部中央に形成した軸部を中心に、ミラー構成体を載せたフレーム体を回転自在に支持し、円柱部の側面に掛け回した線状体にフレーム体に形成した駆動プーリを係合させたため、駆動プーリを回転させることにより、フレーム体が線状体に沿った状態で方位方向に回転する。駆動プーリからの回転駆動力は線状体に対して引っ張り方向へ作用するため、強度が強く、大きな回転駆動力を加えても、無理なくフレーム体を回転させることができる。線状体の両端が所定の角度範囲でオーバラップしているため、フレーム体を方位方向で正逆方向へそれぞれ１８０°以上回転させることができる。

本発明の第２の特徴によれば、フレーム体に形成されたキャスター部がベース部の上面に対して３点支持のため、キャスター部の全てがベース部の上面に接することとなり、フレーム体が方位方向へ回転する際にガタつきが生じない。４点支持だと、１つが浮いたりして、ガタつくことがある。

本発明の第３の特徴によれば、ベース部及び円柱部をコンクリートにより一体形成するため、ベース部及び円柱部の形成を低コストで行える。また、コンクリート製のため、フレーム体のキャスター部が転動するベース部の上面が完全に平坦でない場合もある。ベース部の上面が傾斜していたり、円周方向でゆるやかな凹凸になっていることもある。しかし、そのような場合も、最終的にミラー構成体の方位方向及び高度方向での姿勢を、それぞれ太陽光線に基づいた方位センサー及び高度センサーで制御しているため、ベース部の上面が平坦でないことによるミラー構成体の姿勢の狂いをキャンセルしながら、ミラー構成体で反射される反射光を太陽光線に対して正しい方向へ向けられる。

本発明の第４の特徴によれば、ミラー構成体に設けた１つの姿勢制御センサーで、ミラー構成体の方位方向及び高度方向の姿勢を制御できるため、センサーの設置作業が容易である。

本発明の第５の特徴によれば、駆動プーリを正逆方向へ回転させることにより上下に移動するアーム部の線状体に、一端を中心に傾動自在なミラー構成体の他端を結合したため、駆動プーリを回転させることにより、ミラー構成体の高度方向における傾動角度を変化させることができる。アーム部における駆動プーリの回転駆動力は、線状体に対して引っ張り方向へ作用するため、強度が強く、大きな回転駆動力を加えても、無理なくミラー構成体を傾動させることができる。

本発明の第６の特徴によれば、線状体がチェーンであり、駆動プーリがチェーンと係合する凹部が形成された回転ブロックであるため、給油が不要で、砂が混入しても作動中に排出されて問題なく、多少錆びても回転駆動力伝達性能には問題ないため、砂漠地帯などでの使用に好適である。

（第１実施形態）
図１〜図１７は、本発明の第１実施例を示す図である。この実施形態の太陽追尾集光装置１は、北半球の中緯度または低緯度における砂漠地帯で使用されるものとして説明する。

表面が砂で形成された地面Ｇには、地中に杭を打った後にコンクリート製のベース部２が形成されている。ベース部２は大きな径の円柱状で、上面２ａは略平坦になっている。この上面２ａに砂が掛からないように、ベース部２は地面Ｇから若干の高さを有している。ベース部２は円柱状に形成したが角柱状で良い。

ベース部２の上面２ａの中央には、ベース部２よりも少し小径の円柱部３が突出形成されている。ベース部２及び円柱部３は基礎工事としてコンクリートにより一体形成されたものである。円柱部３の上面中央には金属製の軸部４が突出形成されている。軸部４の先端はネジになっている。

ベース部２と円柱部３は基礎工事としてコンクリートで一体形成するため、安価に形成することができる。ベース部２及び円柱部３は、土台としての強度を有していれば、寸法的にあまり正確に形成する必要がない。例えば、円柱部３の周辺に残されたベース部２の上面２ａが多少傾斜していたり、円周方向で緩やかな凹凸になっていても構わない。そのようになっていても、本実施形態によれば、後述する理由により、太陽追尾集光装置１の方位方向Ｈ及び高度方向Ｖへの制御を正確に行える。

このような砂の地面Ｇに形成されたベース部２に、高度方向Ｖへ傾動自在なミラー構成体５を載せた状態のフレーム体６が、方位方向Ｈに回転自在に支持される。

まず、ミラー構成体５の説明をする。ミラー構成体５は、複数の反射ミラー７をミラー支持体８に取付けた構成をしている。ミラー支持体８は、大きな四角形の支持パネル９と、その下面に固定される補強用のパイプフレーム部１０とから形成されている。すなわち、ミラー構成体５は、反射ミラー７と、ミラー支持体８（支持パネル９＋パイプフレーム部１０）から構成されている。

反射ミラー７は四角形の球面鏡で、それぞれが支軸１１を介して支持パネル９に支持されている。支軸１１は支持パネル９の中央部からその外側へ向けて徐々に長くなっており、反射ミラー７は外側ほど内側に傾いた状態で支軸１１の先端に固定されている。そして、複数の反射ミラー７により、１つの大きな凹面鏡Ｍを形成している。この実施形態における凹面鏡Ｍは球面鏡である。尚、反射ミラー７は平面鏡や放物鏡でも良いし、複数の反射ミラー７で規定される仮想的な凹面鏡Ｍは放物鏡でも良い。

支持パネル９の四隅からは支持パイプ１２が凹面鏡Ｍの焦点に向けて延びている。支持パイプ１２の先端にはスターリングエンジン１３が設置され、その受熱部は実質的に凹面鏡Ｍの焦点に位置づけられている。このスターリングエンジン１３は空冷式のものだが、水冷式の場合は、この支持パイプ１２を利用して水をスターリングエンジン１３に供給しても良い。その場合の供給する水のタンクは、支持パネル９の裏側の光が当たらないパイプフレーム部１０内に設置することができる。

支持パネル９の上辺を除く三辺には、太陽電池パネル１４がそれぞれ設けられている。この太陽電池パネル１４は、後述する各種センサー１５、１６や、モータ１７、１８に使用される電気をまかなうためのものである。太陽追尾集光装置１を作動させるのに必要な電力は小さく、太陽電池パネル１４から供給される電気で十分である。従って、電力供給が困難な砂漠地帯などへの適用に好適である。

支持パネル９は、図２中左側を下辺にして全体が上方へ傾動するもので、その下辺の片側の隅部には、高度センサー１６が設置されている。高度センサー１６は図１４及び図１５に示すように支持パネル９に位置固定され、支持パネル９の表面と垂直な方向に延びる遮光ボックスの上面に、支持パネル９の下辺に沿う方向にスリット１９を形成し、その内部底面にスリット１９と同じ方向に延びる一対の光センサー２０を配置する。すなわち、スリット１９の長手方向は高度方向Ｖと垂直であり各光センサ素子は長形をなしその長手方向はスリットの長手方向に平行である。各光センサ素子はスリット１９と直交する方向に隣接して並置し二分割センサー構造を有する。

高度センサー１６はスリット１９から導入された太陽光線Ｌが、それぞれ二分割された光センサー２０に同じ光量だけ当たった状態が中立位置であり、その中立位置からのずれ方向及びずれ量を、制御部４６へ制御信号として出力するようになっている。すなわち、光センサ２０によってスリット１９を通過した太陽光ビームの光学的重心の位置を差動増幅により検出するので高度方向の太陽の移動を高分解能で検出することができる。後述する方位センサー１５も同様の構造であるため、図１５の断面図は共用するものとする。

支持パネル９の裏側のパイプフレーム部１０には、図２中左側に左右一対のヒンジパネル２１が固定されている。また、パイプフレーム部１０におけるヒンジパネル２１とは反対側には先端に連結リング２２を備えた延長部２３が形成されている。

以上のような構造のミラー構成体５は、フレーム体６の上部に取付けられる。フレーム体６は鋼製の構造材を概略三角形状に構成したもので、その中心には支持孔２４が形成されている。フレーム体６の一方側にはヒンジアーム２５が形成され、そのヒンジアーム２５の先端には、ミラー構成体５側のヒンジパネル２１がヒンジピン２６を介して回動自在に軸支される。この実施形態では、ヒンジパネル２１、ヒンジアーム２５、ヒンジピン２６により、「ヒンジ部」が構成される。

フレーム体６の他方側の先端には、一対のレバー２７が突出している。レバー２７には、アーム部２８の下端が支持ピン２９により回動自在に軸支されている。アーム部２８の下端には回転ブロック（駆動プーリ）３０が回動自在に設けられ、上端には従動プーリ３１が回動自在に設けられている。この回転ブロック３０と従動プーリ３１との間には、チェーン（線状体）３０がループ状に巻回されている。チェーン３０の一部には、前記ミラー構成体５の延長部２３の先端に形成された連結リング２２が結合されている。

回転ブロック３０はウォームホイール３３の軸ピン３４と結合されている。ウォームホイール３３には高度側モータ１８により回転するウォームギア３５が噛合しており、高度側モータ１８の回転駆動力により回転ブロック３０が回転する。高度側モータ１８、ウォームホイール３３はアーム部２８の下端付近に固定され、アーム部２８と一体的に動く。アーム部２８の回転ブロック３０は、後述する別の回転ブロック３６と同じ構造で、チェーン３２と長手方向で係合する関係になっており、回転ブロック３０を正逆方向へ回転させることにより、チェーン３２を上下に移動（送出）させることができる。

このチェーン３２の一部には、前述のようにミラー構成体５の延長部２３の連結リング２２が結合されているため、回転ブロック３０を回転させて、チェーン３２を上方に移動させれば、ミラー構成体５全体が下辺側のヒンジピン２６を中心に持ち上がると共に、アーム部２８がミラー構成体５側に倒れるように傾動する。チェーン３２を下側に移動させれば、ミラー構成体５がヒンジピン２６を中心に下がると共に、アーム部２８が真っ直ぐ立った状態に戻る。すなわち、ヒンジピン２６、支持ピン２９および連結リング２２で規定される三角形が連結リング２２と支持ピン２９で規定される辺の長さの変更に応じて変形する。その結果としてヒンジピン２６と連結リング２２で規定される辺が位置固定されているミラー構造体５の傾斜をフレーム体６に位置固定された底辺２６−２９に対して変更することができる。このようにして、高度側モータ１８により回転ブロック３０を回転させることにより、ミラー構成体５の角度を変更することができる。

フレーム体６のレバー２７の付近には、軸孔３７が形成されている。この軸孔３７の上部には、ウォームホイール３８と、それに係合するウォームギア３９を回転させる方位側モータ１７が設置されている。ウォームホイール３８の軸ピン４０は軸孔３７を貫通して下方へ突出している。

フレーム体６の軸孔３７付近には、下面側にキャスター部４１が設けられている。キャスター部４１は支持孔２４を中心に円周方向に回転自在な２つのローラ４２をカバー４３で覆った構造をしている（図２ではカバーを省略）。フレーム体６の反対側にも、同じ構造のキャスター部４１が延長片４４、４５に支持されている。キャスター部４１は合計３つ形成されている。

一方の延長片４４は長く延びており、その先端に方位センサー１５が取付けられている。方位方向Ｈは向きが高度センサー１６と９０°相違するだけで基本構造は同じある。すなわち、スリット１９の長手方向は高度方向Ｖを向いておりそれと交差する方向の太陽光の位置の変化を高分解能で検出する。但し、全体が上に向けて扇形に広がった形状になっている。これは、四季に応じて太陽の高さが変化しても、確実に太陽光線を方位センサー１５の内部に導入するためである。

この方位センサー１５の信号は前記ウォームギア３９を回転させる方位側モータ１７に、高度センサー１６の信号は前記ウォームギア３５を回転させる高度側モータ１８に、それぞれ制御部４６を介して出力されるようになっている（図１７参照）。尚、この制御部４６にはリミットスイッチ４７の信号も入力される。

ベース部２の円柱部３には、その側面にチェーン４８が駆け回されている。円柱部３の側面の全周にわたって少し余裕をもった状態で掛け回されており、本実施例ではその両端４８ａ、４８ｂは東側において、９０°に相当する角度範囲でオーバラップさせ、円柱部３の側面に固定されている。チェーン４８の両端４８ａ、４８ｂは上下位置を相違させ、オーバラップ部分でチェーン４８同士が相互に干渉しないようにされている。

このようにチェーン４８が巻かれた円柱部３の頂部の軸部４に、前記ミラー構成体５を載せた状態のフレーム体６の支持孔２４を通して、軸部４の先端にナット４９を締結する。これにより、フレーム体６はベース部２の上面２ａに３つのキャスター部４１を３点支持させた状態で、軸部４を中心に方位方向Ｈへ回動自在となる。

一方、円柱部３に掛け回されたチェーン４８には内側から回転ブロック３６が係合され、その回転ブロック３６にはフレーム体６の軸孔３７を貫通したウォームホイール３８の軸ピン４０が固定される。従って、回転ブロック３６は方位側モータ１７により正逆方向へ回転自在となる。

ここでチェーン３２、４８と、回転ブロック３０、３６の構造について説明する。アーム部２８側のチェーン３２及び回転ブロック３０と、円柱部３側のチェーン４８及び回転ブロック３６とは、構造が基本的に同じなので、以下、円柱部３側のチェーン４８及び回転ブロック３６を代表して説明する。

図９〜図１３に示すように、チェーン４８は金属製で長円状のリング５０を縦横交互に向きを変えて連結したものである。回転ブロック３６は円柱状本体の周面に、チェーン４８と係合する凹部５１を形成したものである。具体的には、回転ブロック３６の周面には、チェーン４８の縦のリング５０を収納する縦溝５２が円周方向に連続形成され、その途中に横のリング５０に相応する形状の凹部５１が形成されている。従って、チェーン４８のうち、横向きのリング５０がこの凹部５１内に収納されて、チェーン４８の長手方向で係合した状態となり、回転ブロック３６を回転させることにより、回転ブロック３６がチェーン４８に沿って移動する。アーム部２８のように回転ブロック３０が固定されているタイプでは、チェーン３２を回転方向に送り出す。

チェーン４８が縦溝５２や凹部５１内に収納されているだけなので、砂が混入しても作動中にすぐに排出されて蓄積されない。また、チェーン４８や回転ブロック３６が多少錆びても回転駆動力伝達性能には問題ない。チェーン４８と回転ブロック３６が長手方向で直接係合するため、大きな回転伝達力も確実に伝達でき、強度的に問題ない。また、金属製のリング５０を連結した単純構造のチェーン４８であり、自転車やバイクで使用されているローラチェーンのように給油が必要になることがなく、砂漠での使用に好適である。

次に、この実施形態の作用を説明する。まず、この太陽追尾集光装置１は、リミットスイッチ４７の信号により、夜になると（フレーム体６が西側を向くと）、自動的に太陽追尾集光装置１が東側を向いた初期状態（方位方向Ｈで東を向き、ミラー構成体５が立った状態）に戻されるようになっている。図６中の矢印Ａは凹面鏡Ｍの向きを表している。

朝、太陽Ｓが東から出ると、その太陽光線Ｌが平行光として、方位センサー１５及び高度センサー１６に当たる。初期の時点では、反射ミラー７にて構成される凹面鏡Ｍの向きは、概ね東から出る太陽Ｓの向きに合わせられているが、方位方向Ｈも、高度方向Ｖも、完全に一致した状態ではない。そのため、方位センサー１５及び高度センサー１６では、内部の一対の光センサー２０のどちらかに多く太陽光線Ｌが当たっている状態となっている（図１５参照）。

そのずれた状態の信号を制御部４６が受けて、それを是正するように制御部４６から方位側モータ１７及び高度側モータ１８に、それぞれずれを是正する方向への回転指示が送られる。この回転指示は、方位方向Ｈ及び高度方向Ｖにおいて、ずれが是正されるまで（一対の光センサー２０の受光量が等しくなるまで）送られる。このようにすることにより、凹面鏡Ｍの光軸Ｋの向きを太陽Ｓに対して真っ直ぐ向けることができる。

凹面鏡Ｍの光軸Ｋが太陽Ｓに真っ直ぐ向くと、太陽Ｓから平行に送られている太陽光線Ｌが凹面鏡Ｍで反射されて、その焦点位置にあるスターリングエンジン１３の受熱部を加熱し、スターリングエンジン１３により１〜３ＫＷの発電を行うことができる。

凹面鏡Ｍがいったん太陽に向いた状態になると（方位センサー１５及び高度センサー１６が中立位置で太陽光線Ｌを捉えた状態になると）、凹面鏡Ｍは太陽Ｓを追尾した状態で、光軸Ｋが太陽Ｓに向いた状態が維持される。すなわち、方位方向Ｈでは、凹面鏡Ｍの向きは、最初に東を向いた状態（図６参照）、昼間に南を向いた状態（図７参照）となり、夕方に西を向いた状態（図８参照）となる。

凹面鏡Ｍの方位方向Ｈでの駆動は、ミラー構成体５を載せた状態のフレーム体６全体を、円柱部３の軸部４を中心に回動させることで行われる。方位側モータ１７が回転し、その回転駆動力がウォームギア３９からウォームホイール３８に伝達され、チェーン４８と係合した回転ブロック３６が回転することにより、回転ブロック３６がチェーン４８に沿って円柱部３の回りを移動するため、回転ブロック３６が支持されているフレーム体６が方位方向Ｈへ回転する。すなわち、回転ブロック３６の回転軸はフレーム体６に位置固定され、チェーン４８の両端が円柱部３に固定されるため、回転ブロック３６が可撓案内部材としてのチェーン４８と係合して転動することによりフレーム体６が軸部４のまわりに回転する。

回転ブロック３６からの回転駆動力はチェーン４８に対して引っ張り方向へ作用するため、強度が強く、大きな回転駆動力を加えても、無理なくフレーム体６を回転させることができる。

また、凹面鏡Ｍが西を向いた状態の時に、回転ブロック３６は円柱部３の東側に位置するが、本実施例においては円柱部３の東側では、チェーン４８の両端４８ａ、４８ｂが９０°に相当する角度範囲でオーバラップしており、回転ブロック３６は円柱部３の東側まで回り込んでフレーム体６を回転させることができる。したがって、フレーム体６は東側から北側、西側、南側を通って東側まで全周にわたって回転移動することができるので、フレーム体を方位方向で正逆方向へそれぞれ１８０°以上回転させることができる。

なお、チェーンがオーバーラップする所定の角度範囲は本実施例では９０°としたが円柱部３の直径および円柱部３と回転ブロック３６との距離等を考慮して適宜設定することができる。

更に、フレーム体６が方位方向Ｈに回転する際、フレーム体６に形成されたキャスター部４１がベース部２の上面２ａに対して３点支持のため、キャスター部４１の全てが常にベース部２の上面２ａに接することとなり、フレーム体６が方位方向Ｈへ回転する際に円滑に安定して移動することができる。すなわち、キャスター部４１を４点支持すると、各点間での位置調整が不十分の場合、いずれか１点が浮いた状態となって揺動やガタつきが生じるおそれがあるが、この実施形態のように３点支持すると、全ての点が接するため、不安定な姿勢による衝撃や揺動が生じない。

次に、凹面鏡Ｍの高度方向Ｖでの駆動は、ミラー構成体５を、ヒンジピン２６を中心に、フレーム体６に対して、角度変更させることで行われる。高度側モータ１８が回転し、その回転駆動力がウォームギア３５からウォームホイール３３に伝達され、チェーン３２と係合した回転ブロック３０が回転することにより、ループ状に巻回されたチェーン３２が、回転ブロック３０の回転方向に応じて上下に回転移動する。たとえば、図５において、回転ブロック３０が時計回りに転動する場合には連結リング２２がチェーン３２により引き上げられる。なお、ミラー構成体５の重量が連結リング２２に付与されるため回転ブロック３０および従動プーリ３１の軸点を介して支点２９に対するアーム２８の姿勢が安定に維持される。

そして、このチェーン３２の一部にミラー構成体５の延長部２３の連結リング２２が結合されているため、チェーン３２を上方を移動させれば、ミラー構成体５全体が下辺側のヒンジピン２６を中心に持ち上がると共に、アーム部２８がミラー構成体５側に倒れるように傾動し、チェーン３２を逆側に移動させれば、ミラー構成体５がヒンジピン２６を中心に下がると共に、アーム部２８が真っ直ぐ立った状態に戻る。このようにミラー構成体５がヒンジピン２６を中心に角度変化するため、ミラー構成体５に形成された凹面鏡Ｍの向きを高度方向Ｖで変化させることができる。

このミラー構成体５の高度方向Ｖでの駆動も、アーム部２８における回転ブロック３０の回転駆動力が、チェーン３２に対して引っ張り方向で作用するため、強度が強く、大きな回転駆動力を加えても、無理なくアーム部２８を傾動させることができる。

このように、凹面鏡Ｍの太陽Ｓに対する向きを、常時方位センサー１５及び高度センサー１６でモニターしながら制御しているため、仮に、フレーム体６のキャスター部４１が接している上面２ａの表面状態が傾斜していたり、或いは、円周方向でゆるやかな凹凸があったりしても、問題ない。すなわち、凹面鏡Ｍの向きは、太陽Ｓから平行光として照射される太陽光線Ｌを基準にして制御されるため、フレーム体６がどのような動きをしても、最終的に方位センサー１５及び高度センサー１６により動きの狂いがキャンセルされて、凹面鏡Ｍの光軸Ｋは太陽光線Ｌに対して真っ直ぐ向いた状態となる。

また、太陽追尾集光装置１の方位方向Ｈ及び高度方向Ｖでの駆動を、それぞれウォームギア３５、３９とウォームホイール３３、３８による駆動手段を用いているため、例えば、ミラー構成体５に強風が当たり、ミラー構成体５やフレーム体６を正しくない向きに変えようとする外力が加わっても、この外力がウォームホイール３３、３８からウォームギア３５、３９へ伝達されないため、ミラー構成体５を正しい位置に維持することができる。すなわち、ウォームギア３５、３９とウォームホイール３３、３８の機械的噛合関係から、ウォームギア３５、３９側からウォームホイール３３、３８への回転力伝達は容易だが、その逆は抵抗が大きく無理である。すなわち、逆方向にはストッパとして機能し、ミラー構成体５の姿勢を確実に維持する。尚、ウォームギア３５、３９とウォームホイール３３、３８は、方位側モータ１７及び高度側モータ１８も含めて、それぞれの組み合わせにおいて、図示せぬ防塵カバーにより覆われている。これらは小型のため、防塵カバーの設置も容易であり、コスト的な負担とならない。

そして、方位方向Ｈ及び高度方向Ｖでの駆動力伝達に、チェーン３２、４８と回転ブロック３０、３６によるチェーンブロック方式を利用したため、大きな駆動力の伝達が可能である。また、給油が不要で、砂が回転ブロック３０、３６の凹部５１内に混入しても作動中に排出されるため問題ない。また、チェーン３２、４８や回転ブロック３０、３６が多少錆びても問題ない。このようにチェーンブロック方式は、厳しい環境でも、駆動力を確実に伝達することができるため、漠地帯などでの使用に好適である。

（第２実施形態）
図１８は、本発明の第２実施例を示す図である。本実施形態は、前記第１実施形態と同様の構成要素を備えている。よって、それら同様の構成要素については共通の符号を付すとともに、重複する説明を省略する。

この実施形態では、方位センサー及び高度センサーの両方の機能を兼ね備えた１つの姿勢制御度センサー５３を、最終的な姿勢制御対象であるミラー構成体５に設置したものである。

姿勢制御度センサー５３は上面に円形の小窓５４をもち、内部底面に四分割センサー５５を有している。四分割センサー５５は、４つの光センサー５５ａ、５５ａ、５５ｂ、５５ｂを有している。この４つの光センサー５５ａ、５５ａ、５５ｂ、５５ｂのうち、方位方向Ｈで対向する一対の光センサー５５ａ同士が「方位センサー」として機能し、高度方向Ｖで対向する一対の光センサー５５ｂ同士が「高度センサー」として機能する。

四分割センサー５５は入射した太陽ビームの光学的重心の位置を検出するので小窓５４がピンホールでなくてもよい。そして、それぞれ小窓５４から導入された太陽光線Ｌが、それぞれ一対の光センサー５５ａ同士、５５ｂ同士の中立位置を指向するように（対向する一対の太陽センサー５５ａ同士、５５ｂ同士の受光量が等しくなるように）、方位側モータ１７及び高度側モータ１８へ信号を出力する。

この実施形態によれば、ミラー構成体５に設けた１つの姿勢制御センサー５３で、ミラー構成体５の方位方向Ｈ及び高度方向Ｖの姿勢を制御できるため、センサーの設置作業が容易である。

尚、以上の実施形態においては、線状体としてチェーン３２、４８を例にしたが、これに限定されず、タイミングベルトやワイヤなどでも良く、その場合の駆動プーリは、それらと係合する歯車などが用いられる。

また、太陽追尾集光装置１として、太陽光線Ｌを凹面鏡Ｍの光軸Ｋと平行に受けて、凹面鏡Ｍの焦点にスターリングエンジン１３などの受光部を設置する構造を例にしたが、太陽光線Ｌを凹面鏡Ｍの光軸Ｋに対して斜めに受け、凹面鏡Ｍとは異なる位置に設定された集光部へ太陽光線Ｌを集光させるタイプのものでも良い。

本発明の第１実施形態に係る太陽追尾集光装置を示す全体斜視図。 太陽追尾集光装置を示す分解斜視図。 太陽追尾集光装置を示す側面図。 ミラー構成体が傾動した状態を示す太陽追尾集光装置の側面図。 アーム部の内部構造を示す断面図。 凹面鏡が東を向いた状態を示す回転ブロック及びチェーンの平面図。 凹面鏡が南を向いた状態を示す回転ブロック及びチェーンの平面図。 凹面鏡が西を向いた状態を示す回転ブロック及びチェーンの平面図。 チェーンが係合した状態を示す回転ブロックの側面部。 チェーンを外した状態を示す回転ブロックの側面図。 チェーンの縦リングが縦溝内に位置した状態を示す回転ブロックの横断面図。 チェーンの横リングが凹部内に係合した状態を示す回転ブロックの横断面図。 図１１中矢示ＳＡ−ＳＡ線に沿う断面図。 高度センサーを示す斜視図。 高度センサー及び高度センサーの内部構造を示す断面図。 方位方向を示す斜視図。 センサーによる制御関係を示すブロック図。 本発明の第２実施形態に係る姿勢制御度センサーを示す斜視図。

符号の説明

１ 太陽追尾集光装置
２ ベース部
２ａ 上面
３ 円柱部
４ 軸部
５ ミラー構成体
６ フレーム体
７ 反射ミラー
８ ミラー支持体
１５ 方位センサー
１６ 高度センサー
２１ ヒンジパネル（ヒンジ部）
２５ ヒンジアーム（ヒンジ部）
２６ ヒンジピン（ヒンジ部）
２８ アーム部
３０ 回転ブロック（駆動プーリ）
３１ 従動プーリ
３２ チェーン（線状体）
３６ 回転ブロック（駆動プーリ）
４１ キャスター部
４８ チェーン（線状体）
５３ 姿勢制御センサー
Ａ 凹面鏡の向き
Ｇ 地面
Ｈ 方位方向
Ｋ 光軸
Ｌ 太陽光線
Ｍ 凹面鏡
Ｓ 太陽
Ｖ 高度方向

Claims (8)

1. 複数の反射ミラーをミラー支持体に対して１つの凹面鏡状に並べて構成したミラー構成体と、前記ミラー構成体を高度方向へ角度変更自在に載せた状態で全体が方位方向に回転自在に支持されるフレーム体とを備えた太陽追尾集光装置であって、
   上面を有するベース部を地面に形成し、該ベース部の上面中央に円柱部を突出形成し、該円柱部の上面中央にフレーム体を方位方向へ回転自在に支持する軸部を形成し、フレーム体にベース部の上面に対して方位方向へ転動自在なキャスター部を形成し、
   前記円柱部の側面に線状体を掛け回すと共に、その両端を所定の角度範囲でオーバラップさせた状態で側面に対して固定し、
   前記線状体に対して係合した状態で正逆方向へ回転自在な駆動プーリを前記フレーム体に設けたことを特徴とする太陽追尾集光装置。
2. 前記フレーム体に形成されたキャスター部が、方位方向において３点支持でベース部の上面に対して転動することを特徴とする請求項１記載の太陽追尾集光装置。
3. 前記ベース部及び円柱部をコンクリートにより一体形成したことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の太陽追尾集光装置。
4. 太陽と前記ミラー構造体の角度に基づいて前記フレーム体の方位方向および前記ミラー構造体の高度方向を制御することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の太陽追尾集光装置。
5. 方位センサを前記フレーム体又はミラー構造体に設け、高度センサを前記ミラー構造体に設けて太陽の角度を検出することを特徴とする請求項４記載の太陽追尾集光装置。
6. 前記ミラー構成体にミラー構成体の方位方向及び高度方向の姿勢を制御する１つの姿勢制御度センサーを設けたことを特徴とする請求項４記載の太陽追尾集光装置。
7. 前記フレーム体の一端にヒンジ部を介して前記ミラー構成体の一端を高度方向へ回動自在に支持し、
   前記フレーム体の他端に上下方向に延びるアーム部の下端を回動自在に支持し、
   該アーム部の上下に駆動プーリと従動プーリを設けると共に、両プーリ間に前記駆動プーリと係合するループ状の線状体を巻回し、
   該駆動プーリを正逆方向へ回転させることにより線状体を上下方向に移動自在で、該線状体の一部に前記ミラー構成体の他端を結合したことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の太陽追尾集光装置。
8. 前記線状体が、長円状のリングを縦横交互に連結したチェーンで、
   駆動プーリが、チェーンと係合する凹部が形成された回転ブロックであることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の太陽追尾集光装置。

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