JP4433542B2

JP4433542B2 - 採光装置

Info

Publication number: JP4433542B2
Application number: JP2000019429A
Authority: JP
Inventors: 秀明福井; 仙英荒金; 嘉昭三岡
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2000-01-28
Filing date: 2000-01-28
Publication date: 2010-03-17
Anticipated expiration: 2020-01-28
Also published as: JP2001210115A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、太陽に対し追尾駆動されて太陽光を屋内へと採光する採光装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、太陽光を屋内へと採光する採光手段と、該採光手段を太陽に対して追尾駆動させる駆動手段と、該駆動手段の追尾駆動を動作制御する制御手段とを備えた採光装置は知られている。該採光装置においては、太陽光を受けて現実の太陽位置を検知する太陽検知センサを備え、該太陽検知センサで検知された太陽位置に対応するよう、前記制御手段で駆動手段の追尾駆動が動作制御されるようになっている。
【０００３】
この場合、太陽光を屋内へと採光する採光手段としては、太陽光を鏡で反射して屋内へと採光するものや、太陽光を集光レンズで集め光ファイバーを介して屋内へと採光するものがあった。前者の採光手段では鏡が太陽に対して追尾駆動され、後者の採光装置では集光レンズが太陽に対して追尾駆動される。そして、いずれの場合にあっても、太陽検知センサの検知出力に応じて現実の太陽位置が把握され、該太陽位置に対応するよう鏡或いは集光レンズが追尾駆動されて、太陽光は効率良く屋内へと採光される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の技術において、晴天時には、太陽検知センサが現実の太陽位置を検知して採光手段は支障なく追尾駆動されるが、曇天になると、同太陽検知センサは現実の太陽位置を検知することができなくなり、同採光手段の追尾駆動は行われなくなる。こうなると、曇天から晴天への変化時には、採光手段が現実の太陽位置に対応するよう復帰動作された後に、前記追尾駆動を開始することになって、迅速には採光が再開されない。
【０００５】
そこで、曇天から晴天への変化時に、迅速に採光が再開されるよう、曇天時に太陽軌道を算出し、該太陽軌道に採光手段を対応するよう移動、待機させておくことも提案されている。この場合、制御手段には、設置場所の緯度、経度、時刻の各データに基づいて太陽軌道を計算する演算部が設けられ、該演算部で算出された太陽軌道に対応するよう、同制御手段で駆動手段の追尾駆動は動作制御されることとなる。
【０００６】
しかし、この場合には、装置を施工する際に、施工業者或いはユーザーが、設置場所の緯度、経度の両データを入力しておかなければならず、該両データを各設置場所毎で正確に得ることは困難でもあり、施工に技術知識と手間とを要するものとなる。又、メーカー側で、顧客の住所を基に緯度、経度の両データを入力設定してから出荷することも考えられるが、この場合には、各種データの管理や物流管理が複雑化して、製品管理の面で望ましくない。
【０００７】
本発明は、上記従来の技術における問題を悉く解決するために発明されたもので、その課題は、採光手段が太陽軌道に対応するよう動作され、曇天から晴天への変化時にも、迅速に該採光手段の追尾駆動は行われ、出荷や施工等の際に、同太陽軌道を算出するためのデータ入力を要さず、施工が簡単で製品管理上も望ましい採光装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１記載の採光装置は、太陽光を屋内へと採光する採光手段と、該採光手段を太陽に対して追尾駆動させる駆動手段と、該駆動手段の追尾駆動を動作制御する制御手段とを備え、該制御手段には、設置場所の緯度、経度、時刻の各データに基づいて太陽軌道を計算する演算部を有し、該演算部で算出された太陽軌道に対応するよう、同制御手段で前記駆動手段の追尾駆動を動作制御するようになした採光装置であって、前記駆動手段としてパルスモータを有し、前記制御手段には時計機能を有すると共に、その演算部では、同パルスモータへの出力パルス数を利用して該出力パルス数を加減算し角度に変換して座標位置として認識する変換機能を有して、該変換機能と同時計機能とで前記設置場所の緯度、経度が算出され、該算出された緯度、経度データと、同時計機能により得られた時刻データとに基づいて太陽軌道の計算が行われ、前記駆動手段の追尾駆動が動作制御されるようになしたものである。
【０００９】
したがって、この場合、制御手段で駆動手段が動作制御されて、該駆動手段により採光手段は太陽に対して追尾駆動され、該採光手段によって太陽光が効率良く屋内へと採光される。しかも、前記制御手段には、設置場所の緯度、経度、時刻の各データに基づいて太陽軌道を計算する演算部を有し、該演算部で算出された太陽軌道に対応するよう、同制御手段で前記駆動手段の追尾駆動が動作制御されるので、前記採光手段は太陽軌道に対応するよう動作され、曇天から晴天への変化時にも、迅速に該採光手段の追尾駆動が行われる。
【００１０】
更に、駆動手段により追尾駆動されている際に、該駆動手段となるパルスモータへの出力パルス数を有効利用することで座標位置が認識され、これと時計機能とで設置場所の緯度、経度は算出され、該緯度、経度の両データと同時計機能により得られた時刻データとを用いて、前記制御手段の演算部では計算が行われるので、緯度、経度、時刻の各データはこのように容易に得られて、出荷や施工等の際に、前記太陽軌道を算出するためのデータ入力を要さず、施工が簡単で製品管理上も望ましいものとなる。
【００１１】
更に、本発明の請求項１記載の採光装置は、上記採光装置において、太陽光を受けて現実の太陽位置を検知する太陽検知センサを備え、該太陽検知センサで検知された太陽位置に対応するよう、制御手段で駆動手段の追尾駆動が優先的に動作制御されるようになしたことを特徴とするものである。
【００１２】
したがって、この場合は特に、太陽検知センサで検知された太陽位置に対応するよう、制御手段で駆動手段の追尾駆動が優先的に動作制御されるので、晴天時には、同太陽検知センサが現実の太陽位置を検知し、該太陽検知センサの検知出力に応じて採光手段は追尾駆動され、該採光手段によって太陽光がより効率良く屋内へと採光される。そして、曇天になると、上記演算部で算出された太陽軌道に対応するよう、制御手段で追尾駆動が動作制御されて、採光手段は太陽軌道に対応するよう動作される。そのため、曇天から晴天への変化時には、採光手段が太陽軌道に対応するよう移動、待機されていて、前記効率の良い採光は迅速に再開される。
【００１３】
更に、又、本発明の請求項１記載の採光装置は、上記採光装置において、太陽検知センサで検知された太陽位置に対応するよう、制御手段で駆動手段の追尾駆動が動作制御されている際に、制御手段でパルスモータへの出力パルス数が検出されるようになしたことを特徴とするものである。
【００１４】
したがって、この場合は特に、太陽検知センサによる追尾駆動が行われている晴天時に、制御手段でパルスモータへの出力パルス数を検出ことにより、該制御手段の演算部では効率良く正確な座標位置が認識される。
【００１５】
本発明の請求項２記載の採光装置は、上記請求項１記載の採光装置において、駆動手段として、採光手段を横方向に回動させる方位用パルスモータと、同採光手段を縦方向に回動させる高度用パルスモータとを有し、該高度用パルスモータへの出力パルス数から座標位置の高度が認識され、同方位用パルスモータへの出力パルス数から座標位置の方位が認識されるようになしたことを特徴とするものである。
【００１６】
したがって、この場合は特に、駆動手段として方位用パルスモータと高度用パルスモータとを有し、採光手段が横方向及び縦方向に二軸で回動制御されて、該採光手段は方位、高度の両方ともが正確に制御され確実に追尾駆動される。しかも、方位用パルスモータへの出力パルス数からは方位が、高度用パルスモータへの出力パルス数からは高度が、各別に認識されて、同方位及び高度は各々正確で座標位置として最適なものとなる。
【００１７】
本発明の請求項３記載の採光装置は、上記請求項１又は２記載の採光装置において、制御手段にて、演算部の変換機能により認識された座標位置と、該座標位置に対応して時計機能により得られた時刻とを記憶することで、その日の南中高度と南中時刻とが導き出され、該南中高度及び南中時刻から設置場所の緯度、経度が算出されるようになしたことを特徴
とするものである。
【００１８】
したがって、この場合は特に、変換機能により認識された座標位置と、該座標位置に対応して時計機能により得られた時刻とを記憶することで、その日の南中高度と南中時刻とが導き出され、該南中高度及び南中時刻から、演算部では容易に設置場所の緯度、経度が算出される。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１〜３は、本発明の請求項１〜３全てに対応する一実施形態を示す。該実施形態の採光装置は、図１、３に示す如く、太陽光19を屋内へと採光する採光手段１と、該採光手段１を太陽18に対して追尾駆動させる駆動手段２と、該駆動手段２の追尾駆動を動作制御する制御手段３とを備えている。そして、制御手段３には、図２に示す如く、設置場所の緯度、経度、時刻の各データに基づいて太陽軌道を計算する演算部４を有しており、該演算部４で算出された太陽軌道に対応するよう、同制御手段３で前記駆動手段２の追尾駆動を動作制御するようになっている。
【００２０】
更には、前記駆動手段２としてパルスモータ５を有しており、前記制御手段３には時計機能を有すると共に、その演算部４では、同パルスモータ５への出力パルス数を加減算し角度に変換して座標位置として認識する変換機能を有して、該変換機能と同時計機能とで前記設置場所の緯度、経度が算出され、該算出された緯度、経度データと、同時計機能により得られた時刻データとに基づいて太陽軌道の計算が行われ、これにより、前記駆動手段２の追尾駆動が動作制御されるようになっている。
【００２１】
しかも、該実施形態の採光装置においては、太陽光19を受けて現実の太陽18の位置を検知する太陽検知センサ６を備え、該太陽検知センサ６で検知された太陽18の位置に対応するよう、制御手段３で駆動手段２の追尾駆動が優先的に動作制御されるようになっている。又、前記駆動手段２のパルスモータ５として、採光手段１を横方向に回動させる方位用パルスモータ5aと、同採光手段１を縦方向に回動させる高度用パルスモータ5bとを有し、該高度用パルスモータ5bへの出力パルス数から座標位置の高度が認識され、同方位用パルスモータ5aへの出力パルス数から座標位置の方位が認識されるようになっている。
【００２２】
更に、又、該実施形態の採光装置においては、前記制御手段３にて、演算部４の変換機能により認識された座標位置と、該座標位置に対応して時計機能により得られた時刻とを記憶することで、その日の南中高度と南中時刻とが導き出されて、該南中高度及び南中時刻から設置場所の緯度、経度が算出されるようにもなっている。
【００２３】
又、該実施形態の採光装置は、従来の天窓に取り付けた構造となっており、アクリル樹脂製のドーム13を備えた天窓部材７と、取付架台８と、採光装置本体９とでなる。この場合、野地板10の開口に設置された天窓木枠11に取付架台８が架設固定され、該取付架台８の略中央上に採光装置本体９が設置されている。採光装置本体９は、採光手段１となる集光レンズ22と、該集光レンズ22を駆動させる駆動手段２とを備えている。駆動手段２は、集光レンズ22を水平に回動させる方位用パルスモータ5aと、同集光レンズ22を垂直に回動させる高度用パルスモータ5bとで構成される。なお、採光手段１としては、太陽光19を鏡で反射して屋内へと採光するものが採用されても良い。
【００２４】
天窓の周囲には天窓水切り部材12が設けられ、該天窓水切り部材12の周辺の屋根20には野地板10上に屋根瓦21が敷設施工されている。そして、天窓木枠11上に透明なドーム13が取り付けられ、該ドーム13はその周囲に設けられる天窓周囲カバー14で固定され、同ドーム13によって採光装置本体９が覆われている。この場合、採光装置本体９の採光手段１となる集光レンズ22が屋根20より上方へ突出しており、該突出した部分をドーム13は覆っている。なお、採光装置本体９の集光レンズ22上側には太陽検知センサ６が付設されており、取付架台８上には、同採光装置本体９の他、その周辺に、制御手段３となるマイコン及びタイマー等が内蔵された基板ＢＯＸが設置固定されている。
【００２５】
そして、採光装置本体９の集光レンズ22の集光部23には、光ファイバー15が接続されている。光ファイバー15は、図３に示す如く、北側一階部屋16にまで延設され、該北側一階部屋16の天井で発光器具17に接続されている。この場合、集光部23で光ファイバー15の受光端面に太陽光19が入射され、該光ファイバー15内を光搬送された同太陽光19は発光器具17より北側一階部屋16内へと採光される。なお、天窓の取付架台８の隙間から入射した太陽光19は、乳白色で半透明の配光板24を介して、南側二階部屋25へと採光される。
【００２６】
ここで、晴天時における採光の動作を説明する。図３に示す如く、太陽18からの太陽光19は、屋根20に設置された採光装置本体９へ照射される。採光装置本体９では、図１に示す如く、集光レンズ22の横に付設された太陽検知センサ６の出力結果に基づいて、方位用パルスモータ5a及び高度用パルスモータ5bでなる駆動手段２が動作制御され、該駆動手段２の操作によって、採光手段１となる同集光レンズ22は太陽18の位置へ向くように駆動される。そして、集光レンズ22にて太陽光19が集光部23に集光され、前述の如く、該集光部23から光ファイバー15を介して、同太陽光19は発光器具17より北側一階部屋16内へと採光され、その際、取付架台８の隙間を通った太陽光19が、配光板24を介して南側二階部屋25へも採光される。
【００２７】
このとき、制御手段３となるマイコン及びタイマー等が内蔵された基板ＢＯＸでは、パルスモータ５への出力パルス数より角度を導き、これ等を積算（加算だけでなく減算を含む）することで、現在の座標位置（方位、高度）を把握認識している。この場合、方位用パルスモータ5aはギア伝達にもより0.1 °／STEPの分解能を有し、北を方位の０位置（原点）と設定しているので、西に10パルス移動すると１°加算され、東に５パルス移動すると0.5 °減算される。例えば、太陽追尾により西側へ 100パルス発信すれば10°動いたことになり、続いて東側へ10パルス戻ると−１°で９°となる。又、高度用パルスモータ5bも同様に0.1 °／STEPの分解能を有し、水平面を高度の０位置と設定しているので、同様に加減算される。このような計算（積算）を常に行うことによって、現在の座標位置を把握認識している。
【００２８】
そして、太陽検知センサ６が太陽18の方向を向いていると判断したときに、そのときの座標データと時刻データとを記憶して行き、日没後に一日の全データを集計し、これからその日の最高高度（南中高度）を導き出す。そうすると、基板ＢＯＸに内蔵されたタイマーの月日と、前記南中高度とから緯度（北緯）を算出することができる。この場合の計算式は、図４から理解されるように、次の通りとなる。
・北緯＝90°−南中高度−赤緯
ここでの赤緯は、月日から算出される。
【００２９】
又、前記時刻データから得られる南中時刻と正午との時間差から、経度を算出することができる。この場合の計算式は、次の通りとなる。
・経度＝（南中時刻−12時−均時差）×15＋135
ここでの均時差も、月日から算出される。
【００３０】
又、前記緯度（北緯）、経度の算出機能は、商品設置後の初期に運転される機能であり、以後は、その推定緯度、経度に基づいて、太陽軌道を算出することができる。又、その算出も、正午時刻の一時的な雲の陰りや、鳥等の通過による逸脱したデータを除外し、数日間の推定緯度、経度を平均化して精度を高める機能をも有している。
【００３１】
次に、曇天時における採光の動作を説明する。太陽18が雲に隠れて陰った状態では、太陽検知センサ６による追尾駆動が不可能となる。そこで、前記晴天時に推定されて制御手段３で記憶設定された緯度、経度の両データを基に、同制御手段３の演算部４で太陽軌道が計算されて、採光手段１が現在の太陽18の位置に対応するよう移動、待機されるようになっている。これにより、晴れ間と共に、瞬時に採光が再開される。
【００３２】
制御手段３の演算部４で太陽軌道を算出する計算式は、次の通りである。
・ｓｉｎＨ＝ｓｉｎφｓｉｎδ＋ｃｏｓφｃｏｓδｃｏｓｔ
・ｓｉｎε＝ｃｏｓδｓｉｎｔｓｅｃＨ
・Ａ＝ε−λ
λ：磁偏差（真南とコンパスの南とのズレ）であり、該λは日本測量協会の近似式を利用すれば、入力が不要となる値である。
ここでは、前記制御手段３の演算部４で算出された緯度（φ）と、経度（ψ）を基に算出された時角（ｔ）と、月日より算出される赤緯（δ）とを利用することで、太陽軌道の高度Ｈと方位Ａとが求められるものである。
【００３３】
したがって、該実施形態の採光装置においては、制御手段３で駆動手段２となるパルスモータ５（方位用パルスモータ5a、高度用パルスモータ5b）が動作制御されて、これにより採光手段１となる集光レンズ22は太陽18に対して追尾駆動され、該集光レンズ22で集光された太陽光19が光ファイバー15を介して効率良く室内へと採光される。しかも、前記制御手段３には、設置場所の緯度、経度、時刻の各データに基づいて太陽軌道を計算する演算部４を有しており、該演算部４で算出された太陽軌道に対応するよう、同制御手段３で前記駆動手段２の追尾駆動が動作制御されるので、前記採光手段１は太陽軌道に対応するよう動作され、曇天から晴天への変化時にも、迅速に該採光手段１の追尾駆動が行われる。
【００３４】
更に、駆動手段２により追尾駆動されている際に、該駆動手段２となるパルスモータ５への出力パルス数を有効利用することで座標位置（方位、高度）が認識され、これと時計機能とで設置場所の緯度、経度は算出され、該緯度、経度の両データと同時計機能により得られた時刻データとを用いて、前記制御手段３の演算部４では計算が行われる。このように、緯度、経度、時刻の各データは容易に得られ、出荷や施工等の際に、前記太陽軌道を算出するためのデータ入力を要さず、施工が簡単で製品管理上も望ましいものとなる。
【００３５】
又、該実施形態の採光装置においては、太陽検知センサ６で検知された太陽18の位置に対応するよう、制御手段３で駆動手段２の追尾駆動が優先的に動作制御されるので、晴天時には、同太陽検知センサ６が現実の太陽18の位置を正確に検知し、該太陽検知センサ６の検知出力に応じて採光手段１は追尾駆動され、該採光手段１によって太陽光19がより効率良く室内へと採光される。そして、曇天になると、前記演算部４で算出された太陽軌道に対応するよう、制御手段３で追尾駆動が動作制御されて、採光手段１は同太陽軌道に対応するよう動作される。そのため、曇天から晴天への変化時には、採光手段１が太陽軌道に対応するよう移動、待機されていて、前記効率の良い採光は迅速に再開される。
【００３６】
又、該実施形態の採光装置においては、晴天時、太陽検知センサ６による追尾駆動が行われている際に、制御手段３でパルスモータ５への出力パルス数を検出ことにより、該制御手段３の演算部４では効率良く正確な座標位置が把握認識される。そして、変換機能により認識された座標位置と、該座標位置に対応して時計機能により得られた時刻とを記憶することで、その日の南中高度と南中時刻とが導き出され、該南中高度及び南中時刻から、演算部４では容易に設置場所の緯度、経度が算出される。
【００３７】
又、該実施形態の採光装置においては、駆動手段２のパルスモータ５として方位用パルスモータ5aと高度用パルスモータ5bとを有しており、採光手段１が横方向及び縦方向に二軸で精度良く回動制御されて、該採光手段１は方位及び高度の両方ともが正確に制御され確実に追尾駆動される。しかも、方位用パルスモータ5aへの出力パルス数からは方位が、高度用パルスモータ5bへの出力パルス数からは高度が、各別に認識されて、同方位及び高度は各々正確で座標位置として最適なものとなる。
【００３８】
【発明の効果】
上述の如く、本発明の請求項１記載の採光装置においては、追尾駆動される採光手段によって太陽光が効率良く屋内へと採光され、該採光手段は太陽軌道に対応するよう動作されて、曇天から晴天への変化時にも、迅速に同採光手段の追尾駆動が行われる。しかも、パルスモータへの出力パルス数から各種のデータが容易に得られ、出荷や施工等の際に、前記太陽軌道を算出するためのデータ入力を要さず、施工は簡単で製品管理上も望ましいものとなる。
【００３９】
更に、本発明の請求項１記載の採光装置においては、特に、晴天時に太陽検知センサの出力に応じ採光手段が追尾駆動されて、太陽光はより効率良く屋内へと採光され、曇天になると、同採光手段が上記算出された太陽軌道に対応するよう動作される。そのため、曇天から晴天への変化時には、採光手段が太陽軌道に対応するよう移動、待機されていて、前記効率の良い採光は迅速に再開される。
【００４０】
更に、又、本発明の請求項１記載の採光装置においては、特に、晴天時に追尾駆動が行われている際に、制御手段でパルスモータへの出力パルス数を検出ことにより、該制御手段の演算部では効率良く正確な座標位置が認識される。
【００４１】
又、本発明の請求項２記載の採光装置においては、特に、採光手段が二軸で回動制御されて、該採光手段は方位、高度の両方ともが正確に制御され確実に追尾駆動される。しかも、方位用パルスモータへの出力パルス数から方位が、高度用パルスモータへの出力パルス数から高度が、各別に認識されて、同方位及び高度は各々正確で座標位置として最適なものとなる。
【００４２】
又、本発明の請求項３記載の採光装置においては、特に、変換機能により認識された座標位置と、時計機能により得られた時刻とを記憶することで、その日の南中高度と南中時刻とが導き出され、該南中高度及び南中時刻から、演算部では容易に設置場所の緯度、経度が算出される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態である採光装置の要部構成を示す縦断面図。
【図２】同採光装置における制御の流れを示す概略ブロック図。
【図３】同採光装置の施工状態を示す概略縦断面図。
【図４】地球の緯度を説示する概略図。
【符号の説明】
１採光手段
２駆動手段
３制御手段
４演算部
５パルスモータ
5a 方位用パルスモータ
5b 高度用パルスモータ
６太陽検知センサ
18 太陽
19 太陽光

Claims

太陽光を屋内へと採光する採光手段と、該採光手段を太陽に対して追尾駆動させる駆動手段と、該駆動手段の追尾駆動を動作制御する制御手段とを備え、該制御手段には、設置場所の緯度、経度、時刻の各データに基づいて太陽軌道を計算する演算部を有し、該演算部で算出された太陽軌道に対応するよう、同制御手段で前記駆動手段の追尾駆動を動作制御するようになした採光装置であって、前記駆動手段としてパルスモータを有し、前記制御手段には時計機能を有すると共に、その演算部では、同パルスモータへの出力パルス数を利用して該出力パルス数を加減算し角度に変換して座標位置として認識する変換機能を有して、該変換機能と同時計機能とで前記設置場所の緯度、経度が算出され、該算出された緯度、経度データと、同時計機能により得られた時刻データとに基づいて太陽軌道の計算が行われ、前記駆動手段の追尾駆動が動作制御されるようになしたものであり、太陽光を受けて現実の太陽位置を検知する太陽検知センサを備え、該太陽検知センサで検知された太陽位置に対応するよう、制御手段で駆動手段の追尾駆動が優先的に動作制御されるようになっており、太陽検知センサで検知された太陽位置に対応するよう、制御手段で駆動手段の追尾駆動が動作制御されている際に、制御手段でパルスモータへの出力パルス数が検出され、該出力パルス数を利用して緯度、経度が算出されるようになしたことを特徴とする採光装置。
駆動手段として、採光手段を横方向に回動させる方位用パルスモータと、同採光手段を縦方向に回動させる高度用パルスモータとを有し、該高度用パルスモータへの出力パルス数から座標位置の高度が認識され、同方位用パルスモータへの出力パルス数から座標位置の方位が認識されるようになしたことを特徴とする請求項１記載の採光装置。
制御手段にて、演算部の変換機能により認識された座標位置と、該座標位置に対応して時計機能により得られた時刻とを記憶することで、その日の南中高度と南中時刻とが導き出され、該南中高度及び南中時刻から設置場所の緯度、経度が算出されるようになしたことを特徴とする請求項１又は２記載の採光装置。