JP2012253154A

JP2012253154A - 集光装置

Info

Publication number: JP2012253154A
Application number: JP2011123716A
Authority: JP
Inventors: Yasunari Akiyama; 泰有秋山
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2011-06-01
Filing date: 2011-06-01
Publication date: 2012-12-20

Abstract

【課題】室内への採光と集光とを選択して行うことができる集光装置を提供する。
【解決手段】室内と室外を区画するように配置され、室外側からの光を室内側に透過および反射可能なベースプレート３５と、ベースプレート３５における室外側の面に配置され、室外側からの光をベースプレート３５での反射光として取り込むことが可能な光ファイバ６０，６１，６２と、光ファイバ６０，６１，６２により受光した光により発電する光発電素子と、を備えている。ベースプレート３５の光の反射率が変更可能である。
【選択図】図３

Description

本発明は、集光装置に関するものである。

光発電システムにおいては太陽光を受光し、受光した光により光発電機において発電する。一方、複数の光ファイバを基板の上に整列して配置する技術がある（例えば特許文献１）。

特開平７−１１０４１３号公報

ところで、ベースプレートを室内と室外を区画するように配置するとともにベースプレートにおける室外側の面に集光部材を配置して室外側からの光を集光部材で集光する構成とした場合には、室内の環境を調整すべく室外から光を取り入れる、いわゆる採光がやりにくかった。

本発明の目的は、室内への採光と集光とを選択して行うことができる集光装置を提供することにある。

請求項１に記載の発明では、室内と室外を区画するように配置され、室外側からの光を室内側に透過および反射可能なベースプレートと、前記ベースプレートにおける前記室外側の面に配置され、前記室外側からの光を前記ベースプレートでの反射光として取り込むことが可能なガラス体よりなる集光部材と、前記集光部材により受光した光により発電する光発電手段と、を備え、前記ベースプレートは光の反射率が変更可能であることを要旨とする。

請求項１に記載の発明によれば、ベースプレートにより室内と室外が区画され、ベースプレートにおける室外側の面に配置されたガラス体よりなる集光部材において、室外側からの光をベースプレートでの反射光として取り込むことが可能である。

そして、ベースプレートの光の反射率を変えることにより、室外側からの光をベースプレートを通して室内に取り入れることができるとともに、室外側からの光をベースプレートでの反射光として集光部材に取り込むことができる。

つまり、ベースプレートの光の反射率を低くすることにより、室外側からの光をベースプレートを通して室内に取り入れることができる。また、ベースプレートの光の反射率を高くすることにより、室外側からの光をベースプレートでの反射光として集光部材に取り込むことができる。

このようにして、室内への採光と集光とを選択して行うことができる。
請求項２に記載のように、請求項１に記載の集光装置において、前記集光部材は光ファイバである構成とすることができる。

請求項３に記載のように、請求項１または２に記載の集光装置において、前記ベースプレートは、光学的性質を調整可能な調光ミラーであるとよい。
請求項４に記載の発明では、請求項１〜３のいずれか１項に記載の集光装置において、前記ベースプレートに通電する通電部材と前記通電の状態を調整する通電調整部材を備えることを要旨とする。

請求項４に記載の発明によれば、通電部材によりベースプレートに通電することができ、通電調整部材により通電の状態を調整することができる。
請求項５に記載のように、請求項１〜４のいずれか１項に記載の集光装置において、前記集光部材は車両の屋根に配置されるものであるとよい。

請求項６に記載の発明では、請求項１〜５のいずれか１項に記載の集光装置において、前記集光部材と前記ベースプレートの間が光を透過可能な樹脂材料でモールドされていることを要旨とする。

請求項６に記載の発明によれば、集光部材からベースプレートに光を透過可能であるとともに集光部材をベースプレートに固定することができる。

本発明によれば、室内への採光と集光とを選択して行うことができる。

（ａ）は本実施形態の車両の平面図、（ｂ）は車両の側面図。本実施形態の光発電システムの構成を示す斜視図光発電システムの集光部の構成を示す一部斜視図。光発電システムの集光部の電気的構成図。作用を説明するための採光モードにおける光発電システムの集光部の一部断面図。作用を説明するための集光アップモードにおける光発電システムの集光部の一部断面図。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、車両としての乗用車１０はハイブリッド車であり、走行モータを駆動するための電池１１を搭載している。乗用車１０には光発電システム２０が装着されている。

光発電システム２０は、集光部３０と、光伝送部４０と、光発電手段としての光発電素子５０を備えている。
乗用車１０の屋根１２には光発電システム２０の集光部３０が配置され、集光部３０において太陽光を受光して集光する。集光部３０は、図２に示すように四角板状のベースプレート３５を有している。ベースプレート３５は室内（車室内）と室外（車室外）を区画するように配置され、室外側（車室外側）からの光である太陽光を室内側（車室内側）に透過可能である。

ベースプレート３５の上に３本の集光部材としての光ファイバ６０，６１，６２が蛇行するように延設されている。つまり、光ファイバ６０，６１，６２は、ベースプレート３５における室外側（車室外側）の面に配置されている。

図３に示すように、光ファイバ６０，６１，６２は、ベースプレート３５の上に配置され、光透過性樹脂材３６でモールドされている。光ファイバ６０，６１，６２は屈折率の大きなコア６５を屈折率の小さいクラッド６６で包んで構成され、クラッド６６を通して太陽光がコア６５内に入射される。そして、光ファイバ６０，６１，６２においてコア６５に入射された光はコア６５に封じ込めた状態でコア６５内を伝播する。このとき、光ファイバ６０，６１，６２において集光される。

ベースプレート３５は、光の反射・透過を変更できるようになっている。詳しくは、ベースプレート３５は、ガラス基板に導電層、酸化タングステンを形成し、その上にマグネシウム・ニッケル・チタン合金製の調光層が形成されている。そして、スイッチ・オフとした非通電状態では反射膜となり、スイッチ・オンにて通電することにより透明化される。このように、ベースプレート３５は、光学的性質を調整可能な調光ミラーである。

ガラス体よりなる集光部材としての光ファイバ６０，６１，６２は、室外側からの光である太陽光を直接取り込むことができるとともにベースプレート３５での反射光として取り込むことができるようになっている。

図１の乗用車１０のフロントピラー１３の内部には光伝送部４０が延設されている。光伝送部４０は集光部３０から延設された光ファイバ６０，６１，６２により構成されている。つまり、図２に示すように、細い部分であるフロントピラー１３の内部を光ファイバ６０，６１，６２が通っており、光を受ける部位（集光部３０）と発電する部位（光発電素子５０）を光学的につないでいる。

図１の乗用車１０の車体の内部には光発電素子５０が設置されている。光発電素子５０にはフロントピラー１３の内部を通る光ファイバ６０，６１，６２が接続されている。そして、フロントピラー１３の内部を通る光ファイバ６０，６１，６２を通して光が送られ、この光は光発電素子５０において発電に供される。

図４に示すように、集光部３０においてベースプレート３５は接点８０を介して電源と接続されている（所定の電圧Ｖ１を印加できるようになっている）。そして、接点８０を閉じることによりベースプレート３５を通電することができる。この通電によりベースプレート３５が透明化される。また、接点８０を開くことによりベースプレート３５が非通電状態となり、この状態ではベースプレート３５が反射膜となる。

図４において通電部材としてのコントローラ８１には通電調整部材としての操作スイッチ８２が接続され、乗員により操作スイッチ８２が操作される。操作スイッチ８２の操作により採光モードと集光アップモードに切り替えることができる。操作スイッチ８２の操作により採光モードに設定されると、コントローラ８１は接点８０を閉じてベースプレート３５を通電してベースプレート３５を透明化する。また、操作スイッチ８２の操作により集光アップモードに設定されると、コントローラ８１は接点８０を開けてベースプレート３５を非通電状態にしてベースプレート３５を反射膜にする。

このようにして、乗員による操作スイッチ８２の切り替え操作によりベースプレート３５を通電状態と非通電状態に切り替えてベースプレート３５の光の反射率を変えることができるようになっている（電気式にてベースプレート３５の光の反射率を調整することができる）。

次に、このように構成した光発電システム２０の作用を説明する。
乗用車１０の屋根１２に光発電システム２０の集光部３０が設置されており、室外からの光である太陽光を集光部３０で受ける。集光部３０において、３本の光ファイバ６０，６１，６２のクラッド６６を通して太陽光がコア６５内に入射され、コア６５に入射された光はコア６５に封じ込めた状態でコア６５内を光発電素子５０に向かって伝播する。

３本の光ファイバ６０，６１，６２における集光部３０から出た光は、光伝送部４０を通して光発電素子５０に送られる。このとき、光伝送部４０は乗用車１０のフロントピラー１３の内部に形成されており、フロントピラー１３内を通して光が光発電素子５０に至る。

光発電素子５０において光ファイバ６０，６１，６２を通して送られてきた光は光発電素子５０で発電に供され電気エネルギーに変換される。この電気は、電池１１に蓄電され、走行モータの駆動に供される。

発電電力よりも明かりがほしい時において乗員により操作スイッチ８２が操作され、採光モードに設定される。すると、コントローラ８１は接点８０を閉じてベースプレート３５を通電する。これにより、ベースプレート３５が透明化される。その結果、図５に示すように、室外からの光である太陽光がベースプレート３５を通して室内（車室内）に取り入れられる。

一方、採光よりも発電量をアップしたい時において乗員により操作スイッチ８２が操作され、集光アップモードに設定される。すると、コントローラ８１は接点８０を開けてベースプレート３５を非通電状態にする。これにより、ベースプレート３５が反射膜になる。その結果、図６に示すように、ベースプレート３５により全反射した光が光ファイバ６０，６１，６２のコア６５に取り込まれて集光量がアップし、その光が発電に供される。これにより、発電量が増加する。

このようにして、光の反射・透過を変更できるベースプレート３５を使用することにより、採光モードと集光アップモードに切り替えることができ、採光モードには、発電電力よりも明かりがほしい時に設定し、集光アップモードには、発電量を増加したい時に設定する。

以上のごとく本実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）集光装置の構成として、室内と室外を区画するように配置され、室外側からの光を室内側に透過および反射可能なベースプレート３５を備えている。さらに、ベースプレート３５における室外側の面に配置され、室外側からの光をベースプレート３５での反射光として取り込むことが可能な光ファイバ６０，６１，６２と、光ファイバ６０，６１，６２により受光した光により発電する光発電素子５０と、を備えている。ここで、ベースプレート３５の光の反射率が変更可能である。そして、ベースプレート３５の光の反射率を変えることにより、室外側からの光である太陽光をベースプレート３５を通して室内に取り入れることができるとともに、室外側からの光である太陽光をベースプレート３５での反射光として光ファイバ６０，６１，６２に取り込むことができる。つまり、ベースプレート３５の光の反射率を低くすることにより、室外側からの光である太陽光をベースプレート３５を通して室内に取り入れることができる。また、ベースプレート３５の光の反射率を高くすることにより、室外側からの光である太陽光をベースプレート３５での反射光として光ファイバ６０，６１，６２に取り込むことができる。このようにして、室内への採光と集光とを選択して行うことができる。

（２）ベースプレート３５は、光学的性質を調整可能な調光ミラーであるので、実用上好ましいものとなる。
（３）ベースプレート３５に通電するコントローラ８１と、通電の状態を調整する操作スイッチ８２を備える。これによって、コントローラ８１によりベースプレート３５に通電することができ、操作スイッチ８２により通電の状態を調整することができる。

（４）光ファイバ６０，６１，６２は車両の屋根１２に配置されるものであるので（車両用であるので）、採光と集光アップを行うことにより車室内の環境性の向上と集光性の向上を図ることができる。

（５）光ファイバ６０，６１，６２とベースプレート３５の間が光を透過可能な樹脂材料（光透過性樹脂材３６）でモールドされているので、光ファイバ６０，６１，６２からベースプレート３５に光を透過可能であるとともに光ファイバ６０，６１，６２をベースプレート３５に固定することができる。

実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
・上記実施形態ではベースプレート３５は通電と非通電により全反射状態と光通過状態とに切り替えたが、これに限ることなく、中間の状態を調整可能としてもよい。また、連続的にベースプレート３５の光の反射率を変えられるようにしてもよい。

・ベースプレート３５は電気式にて反射率を調整する方式としたが、これに限ることはない。例えばガス式としてもよく、ガスを封入した時とガスを抜いた時とで、ベースプレート３５の反射率を異ならせてもよい。

・ベースプレート３５は電気式にて反射率を調整する方式としたが、これに代わり、可動式反射板付のベースプレートとして、反射板を移動させることにより反射率を調整するようにしてもよい。

・上記実施形態では乗用車１０の屋根１２に集光部３０を設けるとともにフロントピラー１３の内部に光ファイバ６０，６１，６２を通したが、フロントピラー以外の部位に光ファイバを通してもよい。例えば、センタピラーの内部に光ファイバ６０，６１，６２を通してもよい。

・光ファイバは３本用いたが、これに限ることなく、１本でも２本でも４本以上用いてもよい。
・上記実施形態ではハイブリッド車に適用したが、これに限定されるものではなく、例えば、電気自動車やエンジン車に適用してもよい。

・上記実施形態では車両用としたが、これに限定されるものではなく、例えば、住宅用としてもよい。
・集光部材として光ファイバ６０，６１，６２を用いたが、例えば外側の屈折率と内部の屈折率とが異なるように形成されたガラス体としてのレンズであってもよい。レンズの屈折率が、室外側からの光を透過可能かつベースプレートで反射された光を伝播可能に調整されればよい。

１０…乗用車、１２…屋根、２０…光発電システム、３０…集光部、３５…ベースプレート、３６…光透過性樹脂材、５０…光発電素子、６０，６１，６２…光ファイバ、８１…コントローラ、８２…操作スイッチ。

Claims

室内と室外を区画するように配置され、室外側からの光を室内側に透過および反射可能なベースプレートと、
前記ベースプレートにおける前記室外側の面に配置され、前記室外側からの光を前記ベースプレートでの反射光として取り込むことが可能なガラス体よりなる集光部材と、
前記集光部材により受光した光により発電する光発電手段と、
を備え、
前記ベースプレートは光の反射率が変更可能であることを特徴とする集光装置。
前記集光部材は光ファイバであることを特徴とする請求項１に記載の集光装置。
前記ベースプレートは、光学的性質を調整可能な調光ミラーであることを特徴とする請求項１または２に記載の集光装置。
前記ベースプレートに通電する通電部材と前記通電の状態を調整する通電調整部材を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の集光装置。
前記集光部材は車両の屋根に配置されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の集光装置。
前記集光部材と前記ベースプレートの間が光を透過可能な樹脂材料でモールドされていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の集光装置。