JP5765653B2 - 太陽発電機用太陽電池パネル自動追跡駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は太陽発電機用太陽電池パネル自動追跡駆動装置に係り、より詳しくは太陽電池パネル（ｓｏｌａｒ ｐａｎｅｌ）を太陽の軌道上の位置（つまり、太陽の方位角変化）によって太陽と対向するように駆動させることで、太陽光をより効果的に受光するようにする太陽発電機用太陽電池パネル自動追跡駆動装置に関する。

一般に、太陽光発電は太陽光を電気エネルギーに変換させる技術であって、光電効果によって光起電力を発生させる太陽電池を用いるものであり、エネルギー源が清浄で維持保守が容易であるとともに無人化が可能であるという利点を持っている。

太陽光の集光効率を高めるために、太陽の軌道上の位置変化によって太陽電池パネルを動かして太陽と対向するための駆動装置が要求されるが、既存の太陽電池パネルを駆動させる駆動装置は駆動力が低くて搭載重量が重く、設置構成が複雑で精密な駆動効果を得ることができなかった。

したがって、風が吹くか台風が発生する場合には太陽電池パネルの駆動が困難であり、より大きな容量の太陽電池パネルの設置が難しく、精密な駆動効果を得ることができず太陽の方位角変化に従う追跡の正確性が低下し、駆動による誤動作などが発生した場合、安全性が確保されないものであった。

したがって、本発明は前記問題点を解決するためになされたもので、本発明は太陽電池パネルを太陽の軌道上の位置（つまり、太陽の方位角変化）によって太陽と対向するように駆動させることで、太陽光をより効果的に受光することができるようにし、駆動安全性を確保して精密な駆動によって太陽の方位角変化によって追跡の正確性を高めてより大きな容量の太陽電池パネルを設置することができる太陽発電機用太陽電池パネル自動追跡駆動装置を提供することにその目的がある。

前記目的を達成するための本発明は、太陽電池パネルを太陽の軌道上の位置によって太陽と対向するように駆動させる駆動装置であって、ケース型に構成されたハウジング本体と、前記ハウジング本体の内部に内装設置され、支柱軸に固定設置されるウォームギアと、前記ウォームギアの上側に挿着される上側リングベアリング及び前記ウォームギアの下側に挿着される下側リングベアリングとを含み、前記ウォームギアにはウォーム軸に軸設されたウォームが噛み合い、前記ウォーム軸の一側先端には回動ギアが連結され、前記回動ギアには駆動モーターのモーター軸に軸設された駆動ギアが噛み合い、前記ウォームと駆動モーターは締結ブラケットによって前記ハウジング本体に固定設置され、前記上側リングベアリングの上側にはスラストベアリングが装着され、その上には固定板と上側ケースが装着され、前記下側リングベアリングの下側には支持板と下側ケースが結合され、前記支持板には第１及び第２リミットスイッチが固定結合され、前記下側リングベアリングのベアリング体には前記第１及び第２リミットスイッチと当接する第１及び第２ストッパーが固定設置され、前記ハウジング本体の外側にはパネル固定ブラケットによって太陽電池パネルが設置されてなる太陽発電機用太陽電池パネル自動追跡駆動装置を提供する。

本発明によれば、太陽電池パネルを太陽の軌道上の位置（つまり、太陽の方位角変化）によって太陽と対向するように駆動させることで、太陽光をより効果的に受光するようにして太陽電池パネルの発電効率を高めることができ、さらに駆動装置の駆動安全性を確保し、精密な駆動によって太陽の方位角変化による追跡の正確性を高めることができるものである。

また、本発明の駆動装置は、支柱軸に結合設置されて支柱軸を中心に駆動されるので強い台風や強風にも耐えることができ、より大きな容量の太陽電池パネルを設置することができるので発電効率を極大化することができるものである。

そして、本発明の駆動装置は垂直状態の支柱軸に結合設置するのはもちろんのこと、水平状態の支柱軸に設置結合して使うこともできるものである。

本発明による太陽発電機用太陽電池パネル自動追跡駆動装置の使用例を示す全体側面図である。 本発明による太陽発電機用太陽電池パネル自動追跡駆動装置の全体分解斜視図である。 本発明による太陽発電機用太陽電池パネル自動追跡駆動装置の組立断面図である。 本発明による図３のＡ−Ａ線についての断面図である。 日の出の前に本発明による図３のＢ−Ｂ線に沿って見た作用状態図である。 日の入の後に本発明による図３のＢ−Ｂ線に沿って見た作用状態図である。 本発明による太陽発電機用太陽電池パネル自動追跡駆動装置のウォームギアの拡大斜視図である。 本発明による太陽発電機用太陽電池パネル自動追跡駆動装置のウォームギアを構成するウォームギアバンドの展開図である。 本発明による太陽発電機用太陽電池パネル自動追跡駆動装置が太陽の移動方位角によって追跡する状態を示す図である。 本発明による太陽発電機用太陽電池パネル自動追跡駆動装置が太陽の移動方位角によって追跡する状態を示す図である。 本発明による太陽発電機用太陽電池パネル自動追跡駆動装置が太陽の移動方位角によって追跡する状態を示す図である。

以下、本発明の好適な実施例を添付図面に基づいて詳細に説明する。

まず、図面の図１〜図５に基づいて本発明の具体的な実施例を説明する。

本発明の説明において、定義される用語は本発明における機能や形態などを考慮して決まったもので、本発明の技術的構成要素を限定する意味として理解されてはいけない。

本発明は多様な変更を加えることもができ、さまざまな形態を持つこともできるが、その一態様をここに詳細に説明する。しかし、これは本発明を特定の開示形態に限定しようとするものではなく、本発明の思想及び技術範囲に含まれるすべての変更、均等物または代替物を含むものとして理解されなければならない。

また、それぞれの図において構成要素は理解の便宜上その大きさまたは厚さを誇張して大きく（または厚く）あるいは小さく（または薄く）表現するか、あるいは単純化して表現しているが、これによって本発明の保護範囲が制限されて解釈されてはいけない。

本明細書で使用される用語はただ特定の態様を説明するために使用されたもので、本発明を限定しようとするものではない。

一般的に使われる辞書上に定義されているもののような用語は関連技術の文脈において有する意味と同一の意味を有するものに解釈されなければならず、本出願で明らかに定義しない限り、理想的な意味または過度に形式的な意味に解釈されない。

添付図面の図１〜図５のように、太陽電池パネルを太陽の軌道上の位置（つまり、太陽の方位角変化）によって太陽と対向するように駆動させる駆動装置であって、四角箱状に構成されたハウジング本体Ａを備える。

前記ハウジング本体Ａは金属材でなり、主に押出加工によって容易で安く製作される。

また、前記ハウジング本体Ａの内部に内装設置されて支柱軸Ｂに固定設置されるウォームギアＣを備える。

前記ウォームギアＣは、前記支柱軸Ｂに多数の締結ボルト１で固定されるように結合する金属材のホルダー締結バンド２と、前記ホルダー締結バンド２の外側に結合され、合成樹脂でなるウォームホイール（Ｗｏｒｍ Ｗｈｅｅｌ）３と、前記ウォームホイール３の周縁部に結合され、ウォームと結合されるウォームギアホール４及び空回りホール５が形成され、金属材でなるウォームギアバンド６とを結合して構成される。

前記ウォームギアＣの上側には上側リングベアリングＤが挿着され、下側には下側リングベアリングＤａが挿着され、前記上側リングベアリングＤと下側リングベアリングＤａはそれぞれ前記支柱軸Ｂに挿設される。

上側リングベアリングＤと下側リングベアリングＤａは、それぞれ外周縁部に挿入溝７、７ａが形成され、合成樹脂でなるベアリング体８、８ａを備え、前記ベアリング体８、８ａの挿入溝７、７ａには、合成樹脂でなりリング型（Ｒｉｎｇ ｔｙｐｅ）の伝動体９、９ａが挿入され、前記伝動体９、９ａは前記ハウジング本体Ａの内壁と密着してハウジング本体Ａとともに回転する。

前記上側リングベアリングＤと下側リングベアリングＤａのベアリング体８、８ａはアセタル樹脂（ａｃｅｔａｌ ｒｅｓｉｎ）の合成樹脂でなり、リング型の伝動体９、９ａはテフロン（Ｔｅｆｌｏｎ）の合成樹脂でなるので、軽くて耐熱性及び耐寒性に優れ、摩擦係数の低い特徴を持ち、低速回転用に適合し、温度差のひどい場所における使用に適している。

前記ウォームギアＣのウォームギアホール４には、ウォーム軸１０に軸設されたウォーム１１が噛み合い、前記ウォーム軸１０の一側先端には回動ギア１２が連結され、前記回動ギア１２には、減速ギア１３を持つ駆動モーター１４のモーター軸１５に軸設された駆動ギア１６が噛み合う。

前記ウォーム１１と駆動モーター１４は締結ブラケット１６ａを介して前記ハウジング本体Ａに締結ボルト１７で固定設置される。

前記上側リングベアリングＤの上側にはスラストベアリング（Ｔｒｕｓｔ Ｂｅａｒｉｎｇ）１８が装着され、その上には固定板１９と上側ケース２０が装着される。

前記下側リングベアリングＤａの下側には支持板２１と下側ケース２２が結合され、前記支持板２１には第１リミットスイッチ２３と第２リミットスイッチ２４が固定結合される。

前記下側リングベアリングＤａのベアリング体８ａには前記第１及び第２リミットスイッチ２３、２４と当触する第１ストッパー２５と第２ストッパー２６が固定設置される。

前記ハウジング本体Ａの外周面には結合溝２７が形成され、前記結合溝２７には締結ボルト２８と締結ナット２９によってパネル固定ブラケット３０が固定設置されることにより太陽電池パネルＳが設置される。

以上のように構成された本発明の作用を説明すれば次のようである。

太陽は、図９に示すように、毎日東から出て西に沈む（地球の北半球の場合に相当し、南半球では太陽が西から出て東に沈む）。したがって、前記のような太陽の位置移動（つまり、太陽の方位角変化）を正確に感知追跡して太陽電池パネルＳが常時太陽と対向するようにすれば太陽電池パネルＳの発電効率を高めることができる。

このような太陽電池パネルＳの発電効率を高めるために、太陽の方位角変化によって本発明の駆動装置で太陽電池パネルＳを回転させることで、常時太陽と対向するようにしたものである。

太陽が出て軌道に沿って移動する場合、太陽光自動追跡センサーＱ（図１参照）で太陽光を感知し、回路基板（図示せず）に構成された回路装置（図示せず）の命令によって駆動モーター１４を駆動する。

前記駆動モーター１４が駆動すれば、駆動力は減速ギア１３を介して駆動ギア１６を駆動させ、前記駆動ギア１６の駆動によってその駆動力が回動ギア１２、ウォーム軸１０、ウォーム１１及びウォームギアＣに順に伝達される。

この場合、前記ウォームギアＣは多数の締結ボルト１によって支柱軸Ｂに固定設置されているため回転できない状態にあり、前記ウォーム１１は締結ブラケット１６ａを介して締結ボルト１７で前記ハウジング本体Ａの外壁に固定設置されている。

したがって、前記ウォーム１１は前記ウォームギアＣのウォームギアバンド６に形成されたウォームギアホール４に沿って回転しながら移動する。

すなわち、前記ウォーム１１は自転と同時にウォームギアバンド６に形成されたウォームギアホール４の列に沿って公転する。この際、ハウジング本体Ａ、固定板１９、上側ケース２０、支持板２１及び下側ケース２２は一緒に上下側リングベアリングＤ、Ｄａのリング型伝動体９、９ａを中心として回転し、同時に前記ハウジング本体Ａにパネル固定ブラケット３０を介して連結設置された太陽電池パネルＳも一緒に回転する。

言い換えれば、前記ウォームギアＣと上下側リングベアリングＤ、Ｄａのベアリング体８、８ａ及び支柱軸Ｂだけ回転しなく、他の構成要素は一緒に回転して太陽電池パネルＳを回転させる。

したがって、前記太陽電池パネルＳは太陽の移動に従って常時太陽と対向するようになるものである。

このような本発明の駆動装置は、太陽が出て沈むまで駆動され、太陽が沈むと太陽に従って駆動される駆動装置は駆動を停止させるようになる。

すなわち、太陽が沈んだ場合には、太陽光自動追跡センサーＱによって太陽が沈んだことを感知し、回路装置（図示せず）によって駆動モーター１４の駆動を中止させるようになるが、誤感知などの予想し得なかった状況が発生した場合、前記駆動モーター１４は駆動を停止せずに日の入の後にもずっと作動する問題が発生することができる。

このような場合、安全な運転のために、図５のように、第１リミットスイッチ２３が第１ストッパー２５と当接している状態（日の入の状態、駆動モーターが停止しており、日の出の前の準備状態である）で、図９（ａ）のように日が出ると太陽光自動追跡センサーＱによって日が出たことを感知し、回路装置（図示せず）によって駆動モーター１４の駆動を始める。

この場合、先に作動を詳細に説明したように、第１及び第２ストッパー２５、２６が設置されたベアリング体８ａは固定状態にあり、支持板２１と太陽電池パネルＳは太陽の軌道に沿って回転し、図９（ｃ）のように日が沈むと、第２リミットスイッチ２４は図６のように第２ストッパー２６に当接する。この際、駆動中の駆動モーター１４の駆動を中止させるとともに駆動モーター１４を逆駆動させる。

この際、前記のように順回転した構成要素、つまり駆動ギア１６、回動ギア１２、ウォーム軸１０、ウォーム１１、ハウジング本体Ａ、固定板１９、上側ケース２０、支持板２１及び下側ケース２２が一緒に上下側リングベアリングＤ、Ｄａのリング型伝動体９、９ａを中心として逆回転し、同時に前記ハウジング本体Ａにパネル固定ブラケット３０を介して連結された太陽電池パネルＳも一緒に逆回転して初期状態に戻り、さらに図５のように第１リミットスイッチ２３が第１ストッパー２５に当接すれば、前記駆動中の駆動モーター１４の駆動を中止させ、前記太陽電池パネルＳを初期位置に復帰させたままで翌日に備える。

一方、前記ウォームホイール３に結合された金属材のウォームギアバンド６の両側部に空回りホール５を形成することで、駆動モーター１４の駆動によってウォーム１１の回転が過回転しても、前記ウォーム１１は前記空回りホール５に入り空回りするので、ウォーム１１とこれに連結されたすべての構成要素の回転力伝達を遮断して回転を停止させることができるものである。したがって、安全性を一層高く確保することができる。

また、前記ベアリング体８、８ａをアセタル樹脂の合成樹脂で構成し、リング型の伝動体９、９ａをテフロンの合成樹脂で構成することで、軽くて耐熱性及び耐寒性に優れ、摩擦係数が低い特徴を有し、本発明による太陽電池パネル用自動追跡駆動装置の低速回転用に適し、温度差がひどい所に使うのに適している。

また、合成樹脂でなるので、腐食が発生しなくて水分または塩分の多い所で使うのにも適し、前記リング型の伝動体９、９ａは挿入溝７、７ａでの接触面積が広くて圧力が分散されるので、ベアリング体の破損や無理がなく、摩擦係数が低いので、駆動力の損失が最小になる。

前記スラストベアリング１８は、太陽電池パネルＳの荷重による垂直方向への荷重を緩やかにし、固定板１９及び上側ケース２０の回転をなだらかにする。

そして、前記ハウジング本体Ａの外周面の結合溝２７に備えられた締結ボルト２８及び締結ナット２９によってパネル固定ブラケット３０の長さを調節して太陽電池パネルＳの傾斜角度を調節すれば、太陽の高度に対応して太陽電池パネルＳを太陽と正確に対向するようにすることで、太陽光をより効果的に受光することができるので、太陽電池パネルの発電効率を極大化することができる。

すなわち、太陽が季節別または地域別に高度が変わっても太陽電池パネルが太陽の高度に合わせて太陽と正確に対向するようにすることで、太陽光をより効果的に受光することができるようにするものである。

以上のような本発明は、太陽電池パネルＳが太陽の軌道上の位置（つまり、太陽の方位角変化）によって太陽と対向するように駆動させることで、太陽光をより効果的に受光することができるようにして太陽電池パネルＳの発電効率を高めることができ、さらに駆動装置の駆動安全性を確保し、精密な駆動によって太陽の方位角変化に従う追跡の正確性を高めることができるものである。

また、本発明の駆動装置は支柱軸に結合されて支柱軸を中心として駆動されるので、強い台風や強風にも耐えることができ、より大きな容量の太陽電池パネルを設置することができるので、発電効率を極大化することができるものである。

そして、本発明の駆動装置は垂直状態の支柱軸に結合設置することができるのはもちろんのこと、水平状態の支柱軸に結合して使用することもできる。

本発明は、太陽電池パネルを太陽の軌道上の位置（つまり、太陽の方位角変化）によって太陽と対向するように駆動させることで、太陽光をより効果的に受光するようにする太陽発電機用太陽電池パネル自動追跡駆動装置に適用可能である。

１ 締結ボルト
２ ホルダー締結バンド
３ ウォームホイール
４ ウォームギアホール
５ 空回りホール
６ ウォームギアバンド
７、７ａ 挿入溝
８、８ａ ベアリング体
９、９ａ 伝動体
１０ ウォーム軸
１１ ウォーム
１２ 回動ギア
１３ 減速ギア
１４ 駆動モーター
１５ モーター軸
１６ 駆動ギア
１６ａ 締結ブラケット
１７ 締結ボルト
１８ スラストベアリング
１９ 固定板
２０ 上側ケース
２１ 支持板
２２ 下側ケース
２３ 第１リミットスイッチ
２４ 第２リミットスイッチ
２５ 第１ストッパー
２６ 第２ストッパー
２７ 結合溝
２８ 締結ボルト
２９ 締結ナット
３０ パネル固定ブラケット
Ａ ハウジング本体
Ｂ 支柱軸
Ｃ ウォームギア
Ｄ 上側リングベアリング
Ｄａ 下側リングベアリング
Ｓ 太陽電池パネル
Ｑ 太陽光自動追跡センサー

Claims (4)

1. 太陽電池パネルを太陽の軌道上の位置によって太陽と対向するように駆動させる駆動装置であって、
   ケース型に構成されたハウジング本体（Ａ）と、
   前記ハウジング本体（Ａ）の内部に内装設置され、支柱軸（Ｂ）に固定設置されるウォームギア（Ｃ）と、
   前記ウォームギア（Ｃ）の上側に挿着される上側リングベアリング（Ｄ）及び前記ウォームギア（Ｃ）の下側に挿着される下側リングベアリング（Ｄａ）とを含み、
   前記ウォームギア（Ｃ）にはウォーム軸（１０）に軸設されたウォーム（１１）が噛み合い、前記ウォーム軸（１０）の一側先端には回動ギア（１２）が連結され、前記回動ギア（１２）には駆動モーター（１４）のモーター軸（１５）に軸設された駆動ギア（１６）が噛み合い、前記ウォーム（１１）と駆動モーター（１４）は締結ブラケット（１６ａによって前記ハウジング本体（Ａ）に固定設置され、
   前記上側リングベアリング（Ｄ）の上側にはスラストベアリング（１８）が装着され、その上には固定板（１９）と上側ケース（２０）が装着され、
   前記下側リングベアリング（Ｄａ）の下側には支持板（２１）と下側ケース（２２）が結合され、前記支持板（２１）には第１及び第２リミットスイッチ（２３、２４）が固定結合され、
   前記下側リングベアリング（Ｄａ）のベアリング体（８ａ）には前記第１及び第２リミットスイッチ（２３、２４）と当接する第１及び第２ストッパー（２５、２６）が固定設置され、
   前記ハウジング本体（Ａ）の外側にはパネル固定ブラケット（３０）によって太陽電池パネル（Ｓ）が設置されてなり、
   ウォームギア（Ｃ）は、支柱軸（Ｂ）に多数の締結ボルト（１）で固定結合される金属材のホルダー締結バンド（２）と、前記ホルダー締結バンド（２）の外側に結合され、合成樹脂でなるウォームホイール（３）と、前記ウォームホイール（３）の周縁部に結合され、ウォームと噛み合うウォームギアホール（４）及び空回りホール（５）が形成され、金属材でなるウォームギアバンド（６）とが結合されてなることを特徴とする、太陽発電機用太陽電池パネル自動追跡駆動装置。
2. 上側リングベアリング（Ｄ）と下側リングベアリング（Ｄａ）は、それぞれ支柱軸（Ｂ）に挿設され、外側に挿入溝（７、７ａ）が形成され、合成樹脂でなるベアリング体（８、８ａ）と、前記挿入溝（７、７ａ）に挿入結合されてハウジング本体（Ａ）とともに回転し、合成樹脂でなるリング型の伝動体（９、９ａ）とを含んでなることを特徴とする、請求項１に記載の太陽発電機用太陽電池パネル自動追跡駆動装置。
3. ベアリング体（８、８ａ）はアセタル樹脂の合成樹脂でなり、リング型の伝動体（９、９ａ）はテフロンの合成樹脂でなることを特徴とする、請求項２に記載の太陽発電機用太陽電池パネル自動追跡駆動装置。
4. ハウジング本体（Ａ）の外周面には結合溝（２７）が形成され、前記結合溝（２７）には、締結ボルト（２８）と締結ナット（２９）によって太陽電池パネル（Ｓ）が設置されたパネル固定ブラケット（３０）が固定設置されることを特徴とする、請求項１に記載の太陽発電機用太陽電池パネル自動追跡駆動装置。