JP3446552B2 - 集光式太陽電池装置 - Google Patents
集光式太陽電池装置Info
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Classifications
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/52—PV systems with concentrators
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は集光式太陽電池装置
に関し、特に、集光レンズと太陽電池の相対位置を変更
することによって太陽電池を常に集光レンズの焦点近傍
に位置決めするようにした集光式太陽電池装置に関す
る。 【０００２】 【従来の技術】特願平８−３５７８９６号には、従来の
追尾機構に代わる簡易な機構によって太陽電池への効率
的な集光を可能にした集光式太陽電池装置が提案されて
いる。本装置は、発電ユニット内に設けた駆動機構によ
り、刻々の太陽の移動に応じて集光レンズと太陽電池の
相対位置を変更することにより、太陽電池を常に集光レ
ンズの焦点近傍に位置させるようにしたものである。こ
の集光式太陽電池装置では、集光レンズとの対向面内に
おける太陽電池の二次元方向の移動を移動駆動手段とし
ての駆動モータで行うとともに、集光レンズ方向（対向
方向）への太陽電池の移動は、カム体とそのカム面に針
状先端が当接する錐形カムフォロアで行って、駆動機構
の簡易化を図っている。この場合のカム体のカム面形状
は、上記対向面に垂直な軸（Ｚ軸）に対して対称な凹曲
面をなし、（１）式に示す２次曲面で近似できる。な
お、式（１）中のａ1 は定数である。 【０００３】 【数１】 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】ところで、北緯３５度
付近に太陽電池装置が設置されると、上式（１）の傾き
ａは０．０８程度になる。太陽高度が最も高い午後零時
には、カムフォロアはカム面の最深点（原点）に位置し
ているが、太陽高度が低くなると集光レンズに入射する
太陽光の集光スポットが太陽電池から上方へ移動してし
まうため、これに応じてカムフォロアはその姿勢を維持
しつつカム面上をその最深点から外縁方向へ移動する。
したがって、太陽高度の低い午前９時頃あるいは午後３
時頃には、カムフォロアは急峻な傾きを有するカム面の
外縁部に至り、この位置にカムフォロアを保持しておく
ために駆動モータに大きな出力トルクが要求されて、駆
動モータが大型化するという問題がある。 【０００５】そこで、本発明はこのような課題を解決す
るもので、集光レンズないし太陽電池を対向面内で移動
させる移動駆動手段の小型化を実現した集光式太陽電池
装置を提供することを目的とする。 【０００６】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明では、集光レンズ（６）と、当該集光レンズ
（６）に対向して配設された太陽電池（４）と、集光レ
ンズ（６）ないし太陽電池（４）の一方を他方に対して
対向面内で二次元方向へ相対移動させる移動駆動手段
（２Ａ，２Ｂ）と、二次元方向への相対移動量に応じて
集光レンズ（６）ないし太陽電池（４）を対向面に垂直
な方向へ移動させて、太陽電池（４）を集光レンズ
（６）の焦点位置付近に位置決めする案内部材とを具備
する集光式太陽電池装置において、案内部材を、上記対
向面に垂直な軸に対して対称な凹曲面のカム面（７ａ）
を有するカム体（７）と、カム面（７ａ）に先端面（３
７ａ）が当接し、上記対向面内での相対移動に伴ってカ
ム面（７ａ）に倣って対向面に垂直な方向へ相対移動す
るカムフォロア（３７）とで構成し、カムフォロア（３
７）の先端面（３７ａ）を凸曲面に成形して、カムフォ
ロア（３７）がカム面（７ａ）の最深点から上記対向面
内で相対移動するのに応じてカムフォロア（３７）の先
端面（３７ａ）とカム面（７ａ）との接触部が先端面
（３７ａ）の頂点からその外縁へ漸次移動するようにし
たものである。 【０００７】本発明においては、カムフォロアがカム面
の最深点から上記対向面内で相対移動するのに応じて凸
曲面としたカムフォロアの先端面とカム面との接触部が
先端面の頂点からその外縁へ漸次移動するようにしたか
ら、対向面に垂直な方向へ同量だけ集光レンズないし太
陽電池を移動させるのに、従来の錐状カムフォロアを使
用するのに比して、カム面の傾きを小さくすることがで
きる。したがって、対向面内で二次元的にカムフォロア
を移動させる移動駆動手段の駆動負担が小さくなり、そ
の小型化が実現できる。 【０００８】なお、上記カッコ内の符号は、後述する実
施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであ
る。 【０００９】 【発明の実施の形態】図１には太陽電池ユニット１の破
断平面図を示し、図２には、図２のII−II線に沿う断面
図を示す。太陽電池ユニット１は、平面視で四角形の上
方へ開放する容器状ケーシング１１を有し、その底壁中
央には平面視で長方形の収納室１２が形成されている。
収納室１２は長方形の側壁に囲まれ、その底壁はケーシ
ング１１の底壁よりも段付きに下がって（図２）、一部
は下方へ開放して配線口１２１となっている。収納室１
２は側壁上に天板１２２が液密的に覆着されて閉鎖され
ており、その内部には移動駆動手段としての駆動機構を
構成するＸ軸モータ２ＡとＹ軸モータ２Ｂが配設されて
いる。これらモータ２Ａ，２Ｂとしてはパルスモータあ
るいはＤＣモータ等が使用できる。 【００１０】Ｙ軸モータ２Ｂには図１の下方へ突出する
その出力軸にカップリング２１によってネジ付きシャフ
ト２２の一端が結合されている。ネジ付きシャフト２２
は図１の上下方向（Ｙ軸方向）へ延び、その両端部が軸
受け２５に支持されて、ケーシング１１の底壁と平行に
位置している（図２）。ネジ付きシャフト２２にはトラ
ベルナット２６が設けてある。トラベルナット２６は直
方体形で、その下面が摺動自在にケーシング１１の底壁
に接するとともに、下端部に形成された雌ネジ部内を上
記ネジ付きシャフト２２が貫通している。トラベルナッ
ト２６にはネジ付きシャフト２２と直交する方向（Ｘ軸
方向）へガイドシャフト２６１が貫通している。Ｙ軸モ
ータ２Ｂを正逆転させると、トラベルナット２６がネジ
付きシャフト２２に沿ってＹ軸方向へ正逆移動する。 【００１１】収納室１２の長手方向中央に位置するＸ軸
モータ２Ａからは左右一対の出力軸が突出し、各出力軸
にはカップリング２１によってそれぞれネジ付きシャフ
ト２３，２４の一端が結合されている。各ネジ付きシャ
フト２３，２４はＸ軸方向へ延び、それぞれ両端部は軸
受け２５によって支持されている。各ネジ付きシャフト
２３，２４には上記トラベルナット２６と同形同構造の
トラベルナット２７．２８が装着されており、これらト
ラベルナット２７，２８を、それぞれガイドシャフト２
７１，２８１がＹ軸方向へ貫通している。Ｘ軸モータ２
Ａを正逆転させると、左右の各トラベルナット２７，２
８はネジ付きシャフト２３，２４に沿ってＸ軸の同方向
へ同量だけ正逆移動する。 【００１２】ケーシング１１の内空間にはこれよりもや
や小さい正方形状の樹脂製支持板３が配設されており、
支持板３の下面には図１の下辺と左右辺に沿ってそれぞ
れ係合片３１Ａ，３１Ｂ，３２Ａ，３２Ｂ，３３Ａ，３
３Ｂ，３４Ａ，３４Ｂ，３５Ａ，３５Ｂ，３６Ａ，３６
Ｂが設けられている。これら係合片３１Ａ〜３６Ｂはそ
れぞれ対となって下方へ平行に延び（図２）、各ガイド
シャフト２６１〜２８１に上方から嵌装されて各内側面
がガイドシャフト２６１〜２８１の側面に当接係合して
いる。各係合片３１Ａ〜３６Ｂはトラベルナット２６〜
２８とは間隔を有して位置しており、Ｙ軸モータ２Ｂに
よってトラベルナット２６がネジ付きシャフト２２に沿
ってＹ軸方向へ移動させられると、ガイドシャフト２６
１に係合する下辺の係合片３１Ａ〜３２Ｂがこれと一体
に移動して、支持板３が全体としてＹ軸方向へ移動す
る。この時、左右辺の各係合片３３Ａ〜３６Ｂはガイド
シャフト２７１、２８１に沿って摺動し、支持板３は平
行に位置するガイドシャフト２７１と２８１に案内され
て姿勢変化を生じることなく移動する。一方、Ｘ軸モー
タ２Ａによって各トラベルナット２７，２８がネジ付き
シャフト２３，２４に沿ってＸ軸方向へ移動させられる
と、各ガイドシャフト２７１、２８１に係合する左右辺
の係合片３３Ａ〜３６Ｂがこれと一体に移動して、支持
板３は全体としてＸ軸方向へ移動する。この時、下辺の
係合片３１Ａ〜３２Ｂはガイドシャフト２６１に沿って
摺動する。支持板３は、平行に位置する左右のガイドシ
ャフト２７１と２８１によって姿勢変化を規制されてい
るから、この時のＸ軸方向移動もスムーズになされる。
なお、Ｘ軸モータ２Ａを単軸出力とし、Ｙ軸モータ２Ｂ
を二軸出力として、支持板３の左右辺に代えて上下辺で
姿勢変化を規制するような構造としても良い。 【００１３】上記支持板３上には太陽電池４が間隔をお
いて多数設けられており、また、支持板３上のコーナ部
の一つには位置検出センサ５が設けられている。ケーシ
ング１１の開放部は蓋板１３で覆われており、蓋板１３
の外周部は、図３に示すように、側壁１１の上端に固定
された枠部材１４，１５により液密的に挟着されてい
る。蓋板１３は上層の強化ガラス板１３１、中層の透明
スペーサ板１３２、および下層の透明アクリル板１３３
により構成されており、スペーサ板１３２には上記各太
陽電池４および位置検出センサ５に対応する位置に円形
開口が形成されて、これら開口内にスペーサ板１３２と
ほぼ同厚の、集光レンズたるフレネルレンズ６が配設さ
れている。上方より至った平行太陽光Ｌは各フレネルレ
ンズ６によって各太陽電池４の近傍直上にある焦点ｆo
へ収束させられた後、太陽電池６の受光面内に収まる大
きさの集光スポットとして太陽電池６に入射する。位置
検出センサ５の受光面５１（図４）にもこれに対応する
フレネルレンズ６によって、図４の斜線で示すように、
所定径の集光スポットＬp が形成される。位置検出セン
サ５の受光面５１は図示するように４つに分割されてお
り、各分割面５１１，５１２，５１３，５１４からは入
射光量に応じた出力電流が得られる。したがって、集光
スポットＬp が受光面中心５１ａにある図示の状態では
各分割面５１１〜５１４の出力電流は同じで平衡してい
るが、集光スポットＬp が受光面中心５１ａからＸ軸あ
るいはＹ軸方向へずれると、各分割面５１１〜５１４か
らの出力電流は不平衡となる。そこで、位置検出センサ
５の受光面中心５１ａに集光スポットＬp がある時に、
各太陽電池４の受光面上にもそれぞれフレネルレンズ６
による集光スポットが生じるように、位置検出センサ
５、各太陽電池４、および各フレネルレンズ６の設置位
置を考慮しておけば、位置検出センサ５からの出力電流
の不平衡を解消するように支持板３を移動させることに
よって、各太陽電池４の受光面を各フレネルレンズ６に
よる集光スポットが生じる位置に常に合致させることが
できる。なお、各太陽電池４は例えば支持板３上に形成
されたプリント配線により互いに接続され、その発電出
力は図略のリード線によって支持板３から太陽電池ユニ
ット１外へ取り出される。 【００１４】図１において、支持板３の下面には４つの
コーナ部の内方位置にカムフォロア３７が突設されてい
る。このカムフォロア３７は図５に示すように先端が凸
状半球面をなす棒体で、その先端が、ケーシング１１の
底壁上に設けたカム体７のカム面７ａ上に位置して支持
板３を支えている。カム体７は円柱形をなし（図１）、
角形の基台７１（図５）上に固定されている。カム体７
のカム面７ａは従来技術で説明した式（１）で示される
二次曲面で外周部から中心の最深点へ下り傾斜し、カム
体７は全体として円形の臼の形をしている。カムフォロ
ア３７によって支持された支持板３が既述の各モータ２
Ａ，２ＢによってＸ軸方向ないしＹ軸方向へ移動させら
れると、カム体７のカム面中心からの移動距離に応じて
カムフォロア３７（すなわち支持板３）はカム面７ａに
倣って垂直上方（Ｚ軸方向）へ持ち上げられる。 【００１５】上記カムフォロア３７がカム面７ａ上を移
動する様子を図６に示す。カムフォロア３７はカム面の
最深点たる原点Ｏから、既述のように二次元平面内のＸ
軸−Ｙ軸方向（図はＸ軸方向への移動のみを示す）へモ
ータ２Ａ，２Ｂにより移動させられ、これに伴ってカム
フォロア３７は垂直姿勢を保ちつつＺ軸方向へ移動して
支持板３を所定位置へ持ち上げる。この時、カムフォロ
ア３７の先端球面３７ａはカム面７ａとの接触部がその
頂点から漸次外縁へと移動する。したがって、図６より
明らかなように、従来の針状先端を有する錐形カムフォ
ロア（図中の破線）を使用して基板３をＺ軸方向へ移動
させるのに比して、本実施形態のカムフォロア３７を使
用すると、基板３をＺ軸方向へ同量だけ移動させるの
に、二次曲面をなすカム面７ａの傾きは従来のもの（図
中の破線）よりも小さくて良い。 【００１６】すなわち、カムフォロア３７の先端球面３
７ａの半径をＲにすると、このようなカムフォロア３７
で、式（１）のａ1 が０．０８の時のカム面による従来
のカムフォロアの移動軌跡と同一軌跡を実現するための
新たなカム面形状は次式（２）で表されるものとなる。 【００１７】 【数２】 【００１８】したがって、例えばＲ＝８（ｍｍ）とすれ
ば、傾きａ2 は約０．０４５となり、従来のカム面の傾
きａ1 （＝０．０８）に比べて半分程度まで小さくでき
る。なお、先端球面３７ａの半径Ｒは、カム体７の大き
さやカムフォロア３７の必要移動量を考慮して、８ｍｍ
以下の適当値を選択すると良い。 【００１９】このように、カム面７ａの傾きを小さくで
きるから、Ｘ軸−Ｙ軸方向へカムフォロア３７を移動さ
せるのに要するモータ２Ａ，２Ｂの出力トルクを軽減す
ることができ、その小型化を実現することができる。ま
た、カム面７ａとの間の摩擦が従来に比して少なくなる
から、カムフォロア３７の耐久性も向上する。なお、Ｘ
軸−Ｙ軸方向への移動駆動手段はモータに限られるもの
ではなく、また、太陽電池４を載せた基板３を移動させ
るのに代えて、集光レンズ６を内設した蓋板１３を移動
させるようにしても良い。 【００２０】カムフォロア３７の先端面３７ａを球面に
するのに代えて、球形の回転ローラを取り付ければ、さ
らに駆動モータの出力トルクを軽減することができる。 【００２１】カムフォロア３７の先端は必ずしも球面と
する必要はなく、凸曲面であれば良い。また、Ｘ軸方向
への移動のみでＹ軸方向への移動を行わない場合には、
カム面７ａおよびカムフォロア３７の先端面３７ａを立
体面とする必要はない。 【００２２】 【発明の効果】以上のように、本発明の集光式太陽電池
装置によれば、移動駆動手段の駆動負担を軽減してその
小型化を実現することができる。
に関し、特に、集光レンズと太陽電池の相対位置を変更
することによって太陽電池を常に集光レンズの焦点近傍
に位置決めするようにした集光式太陽電池装置に関す
る。 【０００２】 【従来の技術】特願平８−３５７８９６号には、従来の
追尾機構に代わる簡易な機構によって太陽電池への効率
的な集光を可能にした集光式太陽電池装置が提案されて
いる。本装置は、発電ユニット内に設けた駆動機構によ
り、刻々の太陽の移動に応じて集光レンズと太陽電池の
相対位置を変更することにより、太陽電池を常に集光レ
ンズの焦点近傍に位置させるようにしたものである。こ
の集光式太陽電池装置では、集光レンズとの対向面内に
おける太陽電池の二次元方向の移動を移動駆動手段とし
ての駆動モータで行うとともに、集光レンズ方向（対向
方向）への太陽電池の移動は、カム体とそのカム面に針
状先端が当接する錐形カムフォロアで行って、駆動機構
の簡易化を図っている。この場合のカム体のカム面形状
は、上記対向面に垂直な軸（Ｚ軸）に対して対称な凹曲
面をなし、（１）式に示す２次曲面で近似できる。な
お、式（１）中のａ1 は定数である。 【０００３】 【数１】 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】ところで、北緯３５度
付近に太陽電池装置が設置されると、上式（１）の傾き
ａは０．０８程度になる。太陽高度が最も高い午後零時
には、カムフォロアはカム面の最深点（原点）に位置し
ているが、太陽高度が低くなると集光レンズに入射する
太陽光の集光スポットが太陽電池から上方へ移動してし
まうため、これに応じてカムフォロアはその姿勢を維持
しつつカム面上をその最深点から外縁方向へ移動する。
したがって、太陽高度の低い午前９時頃あるいは午後３
時頃には、カムフォロアは急峻な傾きを有するカム面の
外縁部に至り、この位置にカムフォロアを保持しておく
ために駆動モータに大きな出力トルクが要求されて、駆
動モータが大型化するという問題がある。 【０００５】そこで、本発明はこのような課題を解決す
るもので、集光レンズないし太陽電池を対向面内で移動
させる移動駆動手段の小型化を実現した集光式太陽電池
装置を提供することを目的とする。 【０００６】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明では、集光レンズ（６）と、当該集光レンズ
（６）に対向して配設された太陽電池（４）と、集光レ
ンズ（６）ないし太陽電池（４）の一方を他方に対して
対向面内で二次元方向へ相対移動させる移動駆動手段
（２Ａ，２Ｂ）と、二次元方向への相対移動量に応じて
集光レンズ（６）ないし太陽電池（４）を対向面に垂直
な方向へ移動させて、太陽電池（４）を集光レンズ
（６）の焦点位置付近に位置決めする案内部材とを具備
する集光式太陽電池装置において、案内部材を、上記対
向面に垂直な軸に対して対称な凹曲面のカム面（７ａ）
を有するカム体（７）と、カム面（７ａ）に先端面（３
７ａ）が当接し、上記対向面内での相対移動に伴ってカ
ム面（７ａ）に倣って対向面に垂直な方向へ相対移動す
るカムフォロア（３７）とで構成し、カムフォロア（３
７）の先端面（３７ａ）を凸曲面に成形して、カムフォ
ロア（３７）がカム面（７ａ）の最深点から上記対向面
内で相対移動するのに応じてカムフォロア（３７）の先
端面（３７ａ）とカム面（７ａ）との接触部が先端面
（３７ａ）の頂点からその外縁へ漸次移動するようにし
たものである。 【０００７】本発明においては、カムフォロアがカム面
の最深点から上記対向面内で相対移動するのに応じて凸
曲面としたカムフォロアの先端面とカム面との接触部が
先端面の頂点からその外縁へ漸次移動するようにしたか
ら、対向面に垂直な方向へ同量だけ集光レンズないし太
陽電池を移動させるのに、従来の錐状カムフォロアを使
用するのに比して、カム面の傾きを小さくすることがで
きる。したがって、対向面内で二次元的にカムフォロア
を移動させる移動駆動手段の駆動負担が小さくなり、そ
の小型化が実現できる。 【０００８】なお、上記カッコ内の符号は、後述する実
施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであ
る。 【０００９】 【発明の実施の形態】図１には太陽電池ユニット１の破
断平面図を示し、図２には、図２のII−II線に沿う断面
図を示す。太陽電池ユニット１は、平面視で四角形の上
方へ開放する容器状ケーシング１１を有し、その底壁中
央には平面視で長方形の収納室１２が形成されている。
収納室１２は長方形の側壁に囲まれ、その底壁はケーシ
ング１１の底壁よりも段付きに下がって（図２）、一部
は下方へ開放して配線口１２１となっている。収納室１
２は側壁上に天板１２２が液密的に覆着されて閉鎖され
ており、その内部には移動駆動手段としての駆動機構を
構成するＸ軸モータ２ＡとＹ軸モータ２Ｂが配設されて
いる。これらモータ２Ａ，２Ｂとしてはパルスモータあ
るいはＤＣモータ等が使用できる。 【００１０】Ｙ軸モータ２Ｂには図１の下方へ突出する
その出力軸にカップリング２１によってネジ付きシャフ
ト２２の一端が結合されている。ネジ付きシャフト２２
は図１の上下方向（Ｙ軸方向）へ延び、その両端部が軸
受け２５に支持されて、ケーシング１１の底壁と平行に
位置している（図２）。ネジ付きシャフト２２にはトラ
ベルナット２６が設けてある。トラベルナット２６は直
方体形で、その下面が摺動自在にケーシング１１の底壁
に接するとともに、下端部に形成された雌ネジ部内を上
記ネジ付きシャフト２２が貫通している。トラベルナッ
ト２６にはネジ付きシャフト２２と直交する方向（Ｘ軸
方向）へガイドシャフト２６１が貫通している。Ｙ軸モ
ータ２Ｂを正逆転させると、トラベルナット２６がネジ
付きシャフト２２に沿ってＹ軸方向へ正逆移動する。 【００１１】収納室１２の長手方向中央に位置するＸ軸
モータ２Ａからは左右一対の出力軸が突出し、各出力軸
にはカップリング２１によってそれぞれネジ付きシャフ
ト２３，２４の一端が結合されている。各ネジ付きシャ
フト２３，２４はＸ軸方向へ延び、それぞれ両端部は軸
受け２５によって支持されている。各ネジ付きシャフト
２３，２４には上記トラベルナット２６と同形同構造の
トラベルナット２７．２８が装着されており、これらト
ラベルナット２７，２８を、それぞれガイドシャフト２
７１，２８１がＹ軸方向へ貫通している。Ｘ軸モータ２
Ａを正逆転させると、左右の各トラベルナット２７，２
８はネジ付きシャフト２３，２４に沿ってＸ軸の同方向
へ同量だけ正逆移動する。 【００１２】ケーシング１１の内空間にはこれよりもや
や小さい正方形状の樹脂製支持板３が配設されており、
支持板３の下面には図１の下辺と左右辺に沿ってそれぞ
れ係合片３１Ａ，３１Ｂ，３２Ａ，３２Ｂ，３３Ａ，３
３Ｂ，３４Ａ，３４Ｂ，３５Ａ，３５Ｂ，３６Ａ，３６
Ｂが設けられている。これら係合片３１Ａ〜３６Ｂはそ
れぞれ対となって下方へ平行に延び（図２）、各ガイド
シャフト２６１〜２８１に上方から嵌装されて各内側面
がガイドシャフト２６１〜２８１の側面に当接係合して
いる。各係合片３１Ａ〜３６Ｂはトラベルナット２６〜
２８とは間隔を有して位置しており、Ｙ軸モータ２Ｂに
よってトラベルナット２６がネジ付きシャフト２２に沿
ってＹ軸方向へ移動させられると、ガイドシャフト２６
１に係合する下辺の係合片３１Ａ〜３２Ｂがこれと一体
に移動して、支持板３が全体としてＹ軸方向へ移動す
る。この時、左右辺の各係合片３３Ａ〜３６Ｂはガイド
シャフト２７１、２８１に沿って摺動し、支持板３は平
行に位置するガイドシャフト２７１と２８１に案内され
て姿勢変化を生じることなく移動する。一方、Ｘ軸モー
タ２Ａによって各トラベルナット２７，２８がネジ付き
シャフト２３，２４に沿ってＸ軸方向へ移動させられる
と、各ガイドシャフト２７１、２８１に係合する左右辺
の係合片３３Ａ〜３６Ｂがこれと一体に移動して、支持
板３は全体としてＸ軸方向へ移動する。この時、下辺の
係合片３１Ａ〜３２Ｂはガイドシャフト２６１に沿って
摺動する。支持板３は、平行に位置する左右のガイドシ
ャフト２７１と２８１によって姿勢変化を規制されてい
るから、この時のＸ軸方向移動もスムーズになされる。
なお、Ｘ軸モータ２Ａを単軸出力とし、Ｙ軸モータ２Ｂ
を二軸出力として、支持板３の左右辺に代えて上下辺で
姿勢変化を規制するような構造としても良い。 【００１３】上記支持板３上には太陽電池４が間隔をお
いて多数設けられており、また、支持板３上のコーナ部
の一つには位置検出センサ５が設けられている。ケーシ
ング１１の開放部は蓋板１３で覆われており、蓋板１３
の外周部は、図３に示すように、側壁１１の上端に固定
された枠部材１４，１５により液密的に挟着されてい
る。蓋板１３は上層の強化ガラス板１３１、中層の透明
スペーサ板１３２、および下層の透明アクリル板１３３
により構成されており、スペーサ板１３２には上記各太
陽電池４および位置検出センサ５に対応する位置に円形
開口が形成されて、これら開口内にスペーサ板１３２と
ほぼ同厚の、集光レンズたるフレネルレンズ６が配設さ
れている。上方より至った平行太陽光Ｌは各フレネルレ
ンズ６によって各太陽電池４の近傍直上にある焦点ｆo
へ収束させられた後、太陽電池６の受光面内に収まる大
きさの集光スポットとして太陽電池６に入射する。位置
検出センサ５の受光面５１（図４）にもこれに対応する
フレネルレンズ６によって、図４の斜線で示すように、
所定径の集光スポットＬp が形成される。位置検出セン
サ５の受光面５１は図示するように４つに分割されてお
り、各分割面５１１，５１２，５１３，５１４からは入
射光量に応じた出力電流が得られる。したがって、集光
スポットＬp が受光面中心５１ａにある図示の状態では
各分割面５１１〜５１４の出力電流は同じで平衡してい
るが、集光スポットＬp が受光面中心５１ａからＸ軸あ
るいはＹ軸方向へずれると、各分割面５１１〜５１４か
らの出力電流は不平衡となる。そこで、位置検出センサ
５の受光面中心５１ａに集光スポットＬp がある時に、
各太陽電池４の受光面上にもそれぞれフレネルレンズ６
による集光スポットが生じるように、位置検出センサ
５、各太陽電池４、および各フレネルレンズ６の設置位
置を考慮しておけば、位置検出センサ５からの出力電流
の不平衡を解消するように支持板３を移動させることに
よって、各太陽電池４の受光面を各フレネルレンズ６に
よる集光スポットが生じる位置に常に合致させることが
できる。なお、各太陽電池４は例えば支持板３上に形成
されたプリント配線により互いに接続され、その発電出
力は図略のリード線によって支持板３から太陽電池ユニ
ット１外へ取り出される。 【００１４】図１において、支持板３の下面には４つの
コーナ部の内方位置にカムフォロア３７が突設されてい
る。このカムフォロア３７は図５に示すように先端が凸
状半球面をなす棒体で、その先端が、ケーシング１１の
底壁上に設けたカム体７のカム面７ａ上に位置して支持
板３を支えている。カム体７は円柱形をなし（図１）、
角形の基台７１（図５）上に固定されている。カム体７
のカム面７ａは従来技術で説明した式（１）で示される
二次曲面で外周部から中心の最深点へ下り傾斜し、カム
体７は全体として円形の臼の形をしている。カムフォロ
ア３７によって支持された支持板３が既述の各モータ２
Ａ，２ＢによってＸ軸方向ないしＹ軸方向へ移動させら
れると、カム体７のカム面中心からの移動距離に応じて
カムフォロア３７（すなわち支持板３）はカム面７ａに
倣って垂直上方（Ｚ軸方向）へ持ち上げられる。 【００１５】上記カムフォロア３７がカム面７ａ上を移
動する様子を図６に示す。カムフォロア３７はカム面の
最深点たる原点Ｏから、既述のように二次元平面内のＸ
軸−Ｙ軸方向（図はＸ軸方向への移動のみを示す）へモ
ータ２Ａ，２Ｂにより移動させられ、これに伴ってカム
フォロア３７は垂直姿勢を保ちつつＺ軸方向へ移動して
支持板３を所定位置へ持ち上げる。この時、カムフォロ
ア３７の先端球面３７ａはカム面７ａとの接触部がその
頂点から漸次外縁へと移動する。したがって、図６より
明らかなように、従来の針状先端を有する錐形カムフォ
ロア（図中の破線）を使用して基板３をＺ軸方向へ移動
させるのに比して、本実施形態のカムフォロア３７を使
用すると、基板３をＺ軸方向へ同量だけ移動させるの
に、二次曲面をなすカム面７ａの傾きは従来のもの（図
中の破線）よりも小さくて良い。 【００１６】すなわち、カムフォロア３７の先端球面３
７ａの半径をＲにすると、このようなカムフォロア３７
で、式（１）のａ1 が０．０８の時のカム面による従来
のカムフォロアの移動軌跡と同一軌跡を実現するための
新たなカム面形状は次式（２）で表されるものとなる。 【００１７】 【数２】 【００１８】したがって、例えばＲ＝８（ｍｍ）とすれ
ば、傾きａ2 は約０．０４５となり、従来のカム面の傾
きａ1 （＝０．０８）に比べて半分程度まで小さくでき
る。なお、先端球面３７ａの半径Ｒは、カム体７の大き
さやカムフォロア３７の必要移動量を考慮して、８ｍｍ
以下の適当値を選択すると良い。 【００１９】このように、カム面７ａの傾きを小さくで
きるから、Ｘ軸−Ｙ軸方向へカムフォロア３７を移動さ
せるのに要するモータ２Ａ，２Ｂの出力トルクを軽減す
ることができ、その小型化を実現することができる。ま
た、カム面７ａとの間の摩擦が従来に比して少なくなる
から、カムフォロア３７の耐久性も向上する。なお、Ｘ
軸−Ｙ軸方向への移動駆動手段はモータに限られるもの
ではなく、また、太陽電池４を載せた基板３を移動させ
るのに代えて、集光レンズ６を内設した蓋板１３を移動
させるようにしても良い。 【００２０】カムフォロア３７の先端面３７ａを球面に
するのに代えて、球形の回転ローラを取り付ければ、さ
らに駆動モータの出力トルクを軽減することができる。 【００２１】カムフォロア３７の先端は必ずしも球面と
する必要はなく、凸曲面であれば良い。また、Ｘ軸方向
への移動のみでＹ軸方向への移動を行わない場合には、
カム面７ａおよびカムフォロア３７の先端面３７ａを立
体面とする必要はない。 【００２２】 【発明の効果】以上のように、本発明の集光式太陽電池
装置によれば、移動駆動手段の駆動負担を軽減してその
小型化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】太陽電池ユニットの破断平面図である。
【図２】図２のII−II線に沿った断面図である。
【図３】太陽電池ユニットのケーシング開口側縁の拡大
断面図である。 【図４】位置検出センサの受光面の平面図である。 【図５】カム体設置部の拡大垂直断面図である。 【図６】カムフォロアとカム面の接触状態を示す拡大断
面図である。 【符号の説明】 １…太陽電池ユニット、２Ａ…Ｘ軸モータ（移動駆動手
段）、２Ｂ…Ｙ軸モータ（移動駆動手段）、３…支持
板、３７…カムフォロア、３７ａ…先端面、４…太陽電
池、６…フレネルレンズ（集光レンズ）、７…カム体、
７ａ…カム面。
断面図である。 【図４】位置検出センサの受光面の平面図である。 【図５】カム体設置部の拡大垂直断面図である。 【図６】カムフォロアとカム面の接触状態を示す拡大断
面図である。 【符号の説明】 １…太陽電池ユニット、２Ａ…Ｘ軸モータ（移動駆動手
段）、２Ｂ…Ｙ軸モータ（移動駆動手段）、３…支持
板、３７…カムフォロア、３７ａ…先端面、４…太陽電
池、６…フレネルレンズ（集光レンズ）、７…カム体、
７ａ…カム面。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 石川 尚樹
愛知県東海市荒尾町ワノ割１番地 愛知
製鋼株式会社内
(56)参考文献 特開 平９−148610（ＪＰ，Ａ)
特開 平９−199749（ＪＰ，Ａ)
特開 平８−321630（ＪＰ，Ａ)
特開 平10−190036（ＪＰ，Ａ)
特開 平11−48818（ＪＰ，Ａ)
実開 昭54−89057（ＪＰ，Ｕ)
米国特許4147561（ＵＳ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 31/04 - 31/078
F16H 19/00 - 37/16
F16H 49/00
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 集光レンズと、当該集光レンズに対向し
て配設された太陽電池と、前記集光レンズないし太陽電
池の一方を他方に対して対向面内で二次元方向へ相対移
動させる移動駆動手段と、二次元方向への相対移動量に
応じて前記集光レンズないし太陽電池を前記対向面に垂
直な方向へ移動させて、前記太陽電池を前記集光レンズ
の焦点位置付近に位置決めする案内部材とを具備する集
光式太陽電池装置において、前記案内部材を、前記対向
面に垂直な軸に対して対称な凹曲面をなすカム面を有す
るカム体と、前記カム面に先端部が当接し、前記対向面
内での相対移動に伴って前記カム面に倣って前記対向面
に垂直な方向へ相対移動するカムフォロアとで構成し、
前記カムフォロアの先端面を凸曲面に成形して、前記カ
ムフォロアが前記カム面の最深点から前記対向面内で相
対移動するのに応じて前記カムフォロアの先端面と前記
カム面との接触部が先端面の頂点からその外縁へ漸次移
動するようにしたことを特徴とする集光式太陽電池装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24190697A JP3446552B2 (ja) | 1997-08-22 | 1997-08-22 | 集光式太陽電池装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24190697A JP3446552B2 (ja) | 1997-08-22 | 1997-08-22 | 集光式太陽電池装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1168138A JPH1168138A (ja) | 1999-03-09 |
| JP3446552B2 true JP3446552B2 (ja) | 2003-09-16 |
Family
ID=17081319
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24190697A Expired - Fee Related JP3446552B2 (ja) | 1997-08-22 | 1997-08-22 | 集光式太陽電池装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3446552B2 (ja) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4147561A (en) | 1975-09-25 | 1979-04-03 | Knight John R | Solar energy collector |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5489057U (ja) * | 1977-12-05 | 1979-06-23 | ||
| JP3163969B2 (ja) * | 1995-11-22 | 2001-05-08 | トヨタ自動車株式会社 | 集光型太陽電池装置 |
| JP2803597B2 (ja) * | 1995-05-26 | 1998-09-24 | トヨタ自動車株式会社 | 集光型太陽電池装置 |
| JP3275684B2 (ja) * | 1996-01-19 | 2002-04-15 | トヨタ自動車株式会社 | 集光型太陽電池装置 |
| JP3337389B2 (ja) * | 1996-12-26 | 2002-10-21 | 株式会社豊田中央研究所 | 集光式太陽電池装置 |
| JPH1148818A (ja) * | 1997-08-07 | 1999-02-23 | Tochigi Fuji Ind Co Ltd | ハブクラッチ |
-
1997
- 1997-08-22 JP JP24190697A patent/JP3446552B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4147561A (en) | 1975-09-25 | 1979-04-03 | Knight John R | Solar energy collector |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH1168138A (ja) | 1999-03-09 |
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