JP5043457B2 - 太陽光発電システムの駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、太陽光から電力を取り出すための発電パネルを駆動するための駆動装置に関する。

太陽光発電パネルを太陽の高度（日照角度）に合わせて起伏回動させて傾斜を変えることで、冬期降雪に対応し、かつ、採光率を高めるように構成した太陽光発電システムが、例えば特許文献１に開示されている。

この太陽光発電システムは、（方位を制御する旋回機能はなく）傾斜を制御する傾動機能のみを有するもので、図６に示されるように、太陽光から電力を取り出すための発電パネル２と、該発電パネル２を支持する支持体４と、発電パネル２を駆動する駆動装置６とを備えている。

発電パネル２は、多数の太陽電池モジュール２ａを一枚の台板２ｂに配列してなるもので、集光効率上、太陽光線に対して直角となるように駆動される。そのため、この発電パネル２を駆動するためにモータＭにて駆動されるスクリュージャッキ６が、傾斜立設した支持体４ａ〜４ｃのうちの後部支持体４ｃの上部の固定台座８に取り付けられている。該スクリュージャッキ１２の一端はブラケット１４に固定されている。発電パネル２は、該スクリュージャッキ１２の伸縮により、ブラケット１６を中心に回動可能である。

登録実用新案第３０６８５６１号公報

しかしながら、上述したような構成の太陽光発電システムの駆動装置は、基本的に固定台座上に単に固定されただけのものであったため、風雨や砂塵等に晒されて劣化や不具合が発生しやすいという問題があった。また、太陽光発電システムはその機能上、人の非監視下に置かれることが多いことから、動物や野鳥等が露出した駆動系に巻き込まれたり、あるいは逆に、駆動装置自体が動物や野鳥によって被害を受けたりすることがあるという問題もあった。

本発明は、このような従来の問題を解消するためになされたものであって、経時的耐久性が高く、故障等のトラブルが発生しにくく、且つ動物や野鳥に起因した不具合の発生しにくい太陽光発電システムの駆動装置を提供することその課題としている。

本発明は、太陽光から電力を取り出すための発電パネルと、該発電パネルを支持する支持体と、該発電パネルを駆動する駆動装置とを備えた太陽光発電システムの駆動装置であって、モータの回転を減速する減速機構と、該減速機構の内部に設けられ、電力ケーブル等を挿通するための貫通孔と、該貫通孔内に配置されたパイプと、該パイプの外周と前記減速機構のケーシングとの間に設けられたシール機構と、を備え、且つ、前記減速機構が前記支持体の内部に収容・配置可能とされていることにより、上記課題を解決したものである。

本発明に係る太陽光発電システムの駆動装置にあっては、モータの回転を減速する減速機構がその内部を貫通する貫通孔を有しており、且つ、発電パネルを支持する支持体自体の内部に収容・配置可能とされている。発電パネルによって発電された電力は、この減速機構の内部を貫通する貫通孔に挿通された電力ケーブルを介して支柱下部側から取り出し可能である。

この結果、駆動装置が風雨や砂塵等に晒されることがなくなり、耐久性が向上するとともに、当該減速機構が外界に露出することがなくなることから、その分、動物あるいは野鳥などに起因した不具合が発生するのを防止できる。

本発明によれば、経時的耐久性が高く、故障、あるいは動物や野鳥等に起因したトラブルの発生しにくい太陽光発電システムの駆動装置を得ることができる。

以下、本発明に係る太陽光発電システムの駆動装置の一例について詳細に説明する。
図１は、この太陽光発電システム２０の全体概略を示している。

この太陽光発電システム２０は、太陽光からの電力を取り出すための発電パネル２２と、該発電パネル２２を支持する円筒支柱（支持体）２４と、を備える。円筒支柱２４は、地中に埋められた土台（基礎）２５上に立設されており、その最上部に発電パネル２２を駆動するための駆動装置２６が配置・収容されている。

発電パネル２２の厚さ方向の寸法ｄｐは、従来の発電パネル（２）に比べて非常に厚くなっている。これは、発電の効率を最高度に高めるために、太陽の位置を常に追いかけながら太陽光を図示せぬレンズを用いて集め、数百倍の強度に高めてから変換素子に当てる構成を採用しているためである。このため、発電パネル２２は、極めて正確に太陽を追尾する必要があり、そのため、図２以下に詳細に示すような駆動装置２６を備えることにより、発電パネル２２を高精度に駆動するようにしている。

図２は、図１の駆動装置２６付近を見た拡大断面図、図３は、図２の矢視III方向から見た正断面図、図４は、図３の要部拡大断面図、図５は、図４のＶ−Ｖ線に沿う断面図である。

図２〜図４を参照して、駆動装置２６は、モータＭ１の回転を減速する旋回用（水平駆動用）の減速機構２６Ａを備える。この減速機構２６Ａは、内接噛合遊星歯車機構が採用されており、その内部に電力ケーブル等を挿通するための貫通孔３０を備え、且つ円筒支柱２４の最上部の内部にその大部分が収容・配置されている。またこのほかに、この駆動装置２６は、該旋回用の減速機構２６Ａの出力軸７４に設置された傾動用（上下駆動用）の減速機構２６Ｂをも備える。旋回用の減速機構２６Ａと傾動用の減速機構２６Ｂは、出力軸と取り付けケースを除いて基本的に同一の減速機構である。よって、ここでは、便宜上旋回用の減速機構２６Ａについて詳細に説明することとする。

図３〜図５を参照して、旋回用の減速機構２６Ａは、モータＭ１のピニオン４０の回転をギヤ４２を介して受ける入力軸４４を備える。ギヤ４２は、ギヤ体４２Ａと４２Ｂとがボルト４３によっていわゆるシザース状態となるように連結されており、バックラッシをほぼ完全に零としている。入力軸４４は、その外周の一部に偏心体４６を有している。偏心体４６の外周には、ころ軸受５０を介して外歯歯車５４が偏心揺動回転自在に装着されている。外歯歯車５４は、内歯歯車６０に内接噛合している。なお、この実施形態では、外歯歯車５４は、容量増大のために１８０度の偏心位相差をもって２枚並列に設けられているが、基本的な構造は各外歯歯車５４とも同一である。

内歯歯車６０は、その内歯としてローラ状の外ピン６０Ａを備える。内歯歯車６０の外ピン（内歯）６０Ａの数は、外歯歯車５４の外歯５４Ａの数よりも１だけ多い。内歯歯車６０は、減速機構２６Ａの第１ケーシング（本体ケーシング）６２と一体化されている。

第１ケーシング６２の軸方向（上下方向）両側部には、減速機カバーの機能を有する第２ケーシング６４、及び第３ケーシング６６が、それぞれボルト６８を介して連結されている。第３ケーシング６６は、円筒部６６Ａ及びフランジ６６Ｂを備え、フランジ６６Ｂを円筒支柱２４に一体的に形成されたトップフランジ２４Ｂにボルト６３で固定することにより、減速機構２６Ａが円筒支柱２４に固定される。また、円筒部６６Ａの端部に配置された１対の軸受７０、７２により、前記出力軸７４が支持されている。

出力軸７４のフランジ部７４Ａには、内ピン７６が圧入されており、該内ピン７６は外歯歯車５４の内ピン孔７８に遊嵌している。内ピン７６には、内ローラ８２が回転自在に被せられており、内ピン孔７８との摩擦を軽減している。

前述した入力軸４４は、出力軸７４と第２ケーシング６４とにより１対の軸受８４、８６を介して両持ち支持されている。入力軸４４及び出力軸７４はその半径方向中央部に軸方向に貫通孔３０（入力軸貫通孔３０Ａ、出力軸貫通孔３０Ｂ）がそれぞれ形成されている。

貫通孔３０内には、パイプ９２が貫通・配置されている。このパイプ９２は、一端側が減速機構２６Ａの第４ケーシング６９によって支持されると共に、他端側が出力軸７４とボルト７５を介して一体化された蓋体（部材）９４によって支持されている。それぞれの支持部、すなわちパイプ９２の外周と、第４ケーシング６９及び（出力軸７４と一体化された）蓋体９４との間には、それぞれＯリング（シール機構）９６、９８が設けられ、外界と減速機構２６Ａの内部とを遮断している。このことは、換言すると、パイプ９２が減速機構２６Ａの内周側のケーシングを兼ねていることになる。なお、ここでは「ケーシング」を「潤滑剤を収容する空間を形成している部材」と定義する。

なお、符号１００はシールリング、１０２は点検及びモータ交換用の窓、１０４は、当該窓１０２を開閉するための開閉扉である。

再び図２、図３を主に参照して、旋回用の減速機構２６Ａの出力軸７４はキー７４Ｂを介して連結された回転架台７４Ｃを備える。回転架台７４Ｃには、ボルト１１０を介して傾動用の減速機構２６Ｂが連結され、該傾動用の減速機構２６Ｂの出力軸１１２が支持孔１１４、１１６によって回転可能に支持されている。この傾動用の減速機構２６Ｂの出力軸１１２は、キー１１２Ａを介して発電パネル２２を取り付けるためのパネル保持架台１２０と連結されている。なお、前述したように、傾動用の減速機構２６Ｂは、出力軸やケーシングの形状が異なっているほかは、基本的に既に説明した旋回用の減速機構２６Ａと全く同様の構成を有している。

次に、主に駆動装置２６の作用を中心にして、この太陽光発電システム２０の作用を説明する。

モータＭ１のピニオン４０が回転すると、ギヤ４２が回転し、入力軸４４が該ギヤ４２と一体的に回転する。入力軸４４には偏心体４６が一体的に形成してあるため、入力軸４４の回転によりころ軸受５０を介して外歯歯車５４が偏心揺動を開始する。しかしながら、外歯歯車５４は、内歯歯車６０に内接噛合しており、且つ該内歯歯車６０が第１ケーシング６２と一体化されて固定状態に維持されているため、外歯歯車５４はその自由な自転が拘束され、揺動に伴って内歯歯車６０の外ピン（内歯）６０Ａと外歯歯車５４の外歯５４Ａの噛合位置が順次ずれていくことになる。この結果入力軸４４の１回転毎に外歯歯車５４は内歯歯車６０に対してその歯数差に相当する分だけ位相がずれる（自転する）ことになる。外歯歯車５４の揺動成分は内ローラ８２と内ピン孔７８との遊嵌によって吸収され、自転成分のみが内ピン７６及び内ローラ８２を介して出力軸７４に伝達される。

出力軸７４の回転はキー７４Ｂを介してその回転架台７４Ｃから取り出される。これにより、回転架台７４Ｃに装架されている傾動用の減速機構２６Ｂ及びその出力軸１１２が水平方向に回転し、該出力軸１１２に組付けられているパネル保持架台１２０が水平回転することにより、該パネル保持架台１２０に組付けられている発電パネル２２が水平回転する。この結果、所望の方位に発電パネル２２を向けることができる。

一方、傾動用の減速機構２６Ｂを全く同様の作用によって駆動し、その出力軸１１２を回転させることにより、該出力軸１１２にキー１１２Ａを介して一体回転可能とされているパネル保持架台１２０が上下方向に回転する（図２参照）。この結果、所望の仰角に発電パネル２２を向けることができる。

減速機構２６Ａにおいて採用されている内接噛合遊星歯車機構は、コンパクトで高い減速比を得ることができ、狭い円筒支柱２４内でも余裕を持って収容・配置することができる。また、内接噛合遊星歯車機構は、その機構上出力軸７４側（発電パネル２２）側からのトルクによって逆駆動されにくいという特性を有している。そのため、高い逆駆動防止機能があり、発電パネル２２が風の影響でその方位や仰角が変わってしまうのを効果的に防止できる。これは、発電パネル２２の駆動装置として非常に重要且つ有用な特性である。

ここで、旋回用の減速機構２６Ａには、その内部を貫通して貫通孔３０（入力軸貫通孔３０Ａと出力軸貫通孔３０Ｂ）とが形成されているため、ここに図示せぬ電力ケーブル等を挿通させることができる。特に、この実施形態では、この貫通孔３０内にＯリング（シール機構）９６、９８と共にパイプ９２を配置し、該パイプ９２に減速機構２６Ａの内周側のケーシングの機能を兼ねさせるようにしたため、該パイプ９２内に挿通される電力ケーブル等が入力軸４４の高速回転によって損傷することを効果的に防止することができ、且つ、このパイプ９２の存在により、減速機構２６Ａは円筒支柱２４内にあってその内部が完全に外界から遮断されているため、該減速機構２６Ａが雨水、砂塵、夏季の熱、冬季の雪や霜等に直接的に晒されるのを防止でき、経時的耐久性が高く、故障等のトラブルが発生しにくい。

また、動物や野鳥が減速機構２６Ａの駆動系に巻き込まれたり、あるいは逆に減速機構２６Ａ自体が動物や野鳥によって被害を受けたりすることも効果的に防止できる。

なお、回転架台７４Ｃ等を伝ってきた雨水はこのパイプ９２内を通って地中深くまで導かれた上で拡散される。また、傾動用の減速機構２６Ｂも、円筒支柱２４にこそ収容されていないが、密閉されたケーシング内に収容されているため、ほぼ同様の効果を得ることができる。

このほか、円筒支柱２４中のモータＭ１の交換や減速機構２６Ａのメンテナンスは、開閉扉１０４を開閉することにより、窓１０２を介して行うことができる。

太陽光発電システムの駆動装置として利用可能である。

本発明に係る駆動装置の一例が適用される太陽光発電システムの全体概略構成図 図１の駆動装置付近の拡大断面図 図２の矢視III方向から見た正断面図 図３の要部拡大断面図 図４のＶ−Ｖ線に沿う断面図 従来の太陽光発電システムの一例を示す全体概略構成図

符号の説明

２０…太陽光発電システム
２２…発電パネル
２４…円筒支柱
２６…駆動装置
２６Ａ…旋回用の減速機構
２６Ｂ…傾動用の減速機構
３０…貫通孔
４４…入力軸
４６…偏心体
５４…外歯歯車
６０…内歯歯車
６２…第１ケーシング
６４…第２ケーシング
６６…第３ケーシング
６９…第４ケーシング
７４…出力軸
７６…内ピン
７８…内ピン孔
８２…内ローラ
９２…パイプ
９４…蓋体（部材）
９６、９８…Ｏリング（シール機構）
１００…シールリング
１０２…窓
１０４…開閉扉
１１２…出力軸
１２０…パネル保持架台

Claims (6)

1. 太陽光から電力を取り出すための発電パネルと、該発電パネルを支持する支持体と、該発電パネルを駆動する駆動装置とを備えた太陽光発電システムの駆動装置であって、
   モータの回転を減速する減速機構と、
   該減速機構の内部に設けられ、電力ケーブル等を挿通するための貫通孔と、
   該貫通孔内に配置されたパイプと、
   該パイプの外周と前記減速機構のケーシングとの間に設けられたシール機構と、を備え、且つ、
   前記減速機構が前記支持体の内部に収容・配置可能とされている
   ことを特徴とする太陽光発電システムの駆動装置。
2. 請求項１において、
   前記減速機構が、入力軸と、該入力軸に設けられた偏心体と、該偏心体を介して偏心揺動する外歯歯車と、該外歯歯車が内接噛合する内歯歯車と、を有する内接噛合遊星歯車機構で構成され、
   前記内歯歯車が、前記支持体の内壁または内壁に固定される部材に固定可能とされている
   ことを特徴とする太陽光発電システムの駆動装置。
3. 請求項２において、
   前記貫通孔が、前記内接噛合遊星歯車機構の前記入力軸及び出力軸を貫通する態様で形成されている
   ことを特徴とする太陽光発電システムの駆動装置。
4. 請求項１〜３のいずれかにおいて、
   前記パイプの外周と前記減速機構の出力軸と一体化された部材との間にシール機構が設けられている
   ことを特徴とする太陽光発電システムの駆動装置。
5. 請求項１〜４のいずれかにおいて、
   前記パイプが、前記減速機構の内周側のケーシングを兼ねる
   ことを特徴とする太陽光発電システムの駆動装置。
6. 請求項１〜５のいずれかにおいて、
   前記減速機構は、前記発電パネルの旋回駆動のために用いられ、該減速機構の出力軸に傾動用の減速機構が設置可能とされている
   ことを特徴とする太陽光発電システムの駆動装置。

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