JP5789142B2

JP5789142B2 - 太陽追尾装置

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Publication number: JP5789142B2
Application number: JP2011150588A
Authority: JP
Inventors: 忠彦加藤
Original assignee: Univance Corp
Current assignee: Univance Corp
Priority date: 2011-07-07
Filing date: 2011-07-07
Publication date: 2015-10-07
Anticipated expiration: 2031-07-07
Also published as: WO2013005721A1; JP2013019548A

Description

本発明は太陽追尾装置に関し、特に、出力を簡易に検出できる太陽追尾装置に関するものである。

従来より、太陽光を光電変換して発電を行う太陽光発電システム、太陽光を反射させて集光し太陽熱により汽力発電を行う太陽熱発電システム、太陽光を反射させ日陰に導き採光照明や太陽熱利用等をする太陽利用システムが開発されている。それらシステムにおいて、発電効率や採光量等を向上させるために、太陽光を受ける受光部の傾きを太陽の方位および高度に応じて制御駆動する太陽追尾装置が採用される。

従来の太陽追尾装置としては、例えば、太陽光を受けて太陽の位置を検出する光センサを設け、その光センサからの検出信号を用いて太陽光の入射方向を検出し、検出された太陽光の入射方向によって受光部の傾きを制御駆動するものが知られている（特許文献１）。特許文献１に開示される技術では、受光部は日照があるときに光センサにより太陽を追尾する。しかし、雨天や夜間などのように日照がないときは、光センサに太陽光が入射しないため、受光部は太陽を追尾することができない。そこで、天球上の太陽の軌道を計算することにより、日照がないときでも、現在の太陽の方位に対応するように駆動手段により受光部が駆動される。

特開２００１−２１０１１６号公報

しかしながら特許文献１に開示される技術では、日照がないときに駆動手段により受光部が駆動されるときは、駆動された受光部の傾きが太陽の方位に対応しているかを検出できないという問題点があった。そのため、駆動手段や駆動力を受光部に伝達する伝達手段に滑り等（外乱）が発生すると、駆動手段への入力どおりに受光部が駆動されない（出力されない）にも関らず、受光部の傾きを入力どおりに修正することができなかった。

本発明は、上述した問題を解決するためになされたものであり、出力を簡易に検出できる太陽追尾装置を提供することを目的としている。

課題を解決するための手段および発明の効果

この目的を達成するために請求項１記載の太陽追尾装置によれば、重力軸に対して回転軸心が傾斜して配置される第１軸は、太陽の方位に対応して回転可能に構成される。その第１軸と非平行な位置に配置される第２軸は、太陽の高度に対応して回転可能に構成されると共に、太陽光を受光する受光部が固定される。第１軸および第２軸は駆動装置により回転駆動される。

第１傾斜センサは、検出軸方向に作用する重力を検出するものであり、第１軸の回転軸心と検出軸とが非平行に第１軸に固定され、第１軸の回転駆動に伴い第１軸と一体に回転される。第１軸は重力軸に対して回転軸心が傾斜して配置されているので、第１軸が回転すると、第１傾斜センサは重力軸と検出軸との角度を変えながら、即ちセンサ出力を変えながら回転軸心の回りを回転する。そうすると、第１軸の回転角と第１傾斜センサのセンサ出力とを対応させることができる。第１軸の回転角と第１傾斜センサのセンサ出力とを対応させることができれば、第１傾斜センサにより第１軸の回転角を検出できる。第１軸は太陽の方位に対応して回転されるので、第１傾斜センサにより第１軸の回転角を検出することで、出力を簡易に検出できる効果がある。

また、第１軸に連係して回転される第２軸または受光部に第１傾斜センサが固定されるときも同様に、第１軸は重力軸に対して回転軸心が傾斜して配置されているので、第１軸が回転すると、第１傾斜センサは重力軸と検出軸との角度を変えながら、即ちセンサ出力を変えながら回転軸心の回りを回転する。そうすると、第１軸の回転角と第１傾斜センサのセンサ出力とを対応させることができる。第１軸の回転角と第１傾斜センサのセンサ出力とを対応させることができれば、第１傾斜センサにより第１軸の回転角を検出できる。第１軸は太陽の方位に対応して回転されるので、第１傾斜センサにより第１軸の回転角を検出することで、出力を簡易に検出できる効果がある。

請求項２記載の太陽追尾装置によれば、第１傾斜センサは、第１軸の絶対回転角が０°又は１８０°のときに、第１傾斜センサの検出軸と重力軸とが直交するように第１軸、第２軸または受光部に固定されている。

ここで、第１傾斜センサの検出軸と重力軸とが直交するときの第１傾斜センサのセンサ出力は０である。第１軸の絶対回転角が０°のときに第１傾斜センサの検出軸と重力軸とが直交するように第１傾斜センサを固定することで、第１軸の絶対回転角が１８０°まで増加するにつれ、第１傾斜センサのセンサ出力は０から漸次増加または漸次減少する。また、第１軸の絶対回転角が１８０°のときに第１傾斜センサの検出軸と重力軸とが直交するように第１傾斜センサを固定することで、第１軸の絶対回転角が０°から１８０°まで増加するにつれ、第１傾斜センサのセンサ出力は漸次増加または漸次減少し０に近づく。

いずれの場合も、第１軸の絶対回転角０°〜１８０°に対し一意的にセンサ出力を決めることができる。従って、第１傾斜センサのセンサ出力を検出することで、第１軸の絶対回転角が一意的に決まる。第１軸は太陽の方位に対応して回転されるので、請求項１の効果に加え、第１傾斜センサにより第１軸の絶対回転角、即ち太陽の絶対方位角を検出できる効果がある。

請求項３記載の太陽追尾装置によれば、検出軸方向に作用する重力を検出する第２傾斜センサが第２軸または受光部に固定されているので、第２軸または受光部に固定された第２傾斜センサの重力軸に対する傾きを検出できる。これにより請求項１又は２の効果に加え、第２軸または受光部の高度方向の位置を検出できる効果がある。

請求項４記載の太陽追尾装置によれば、第２傾斜センサは、検出軸を第１傾斜センサの検出軸と直交させて第１傾斜センサと一体に形成されているので、請求項３の効果に加え、第１傾斜センサ及び第２傾斜センサを別々に設ける場合と比較して、部品点数を削減できる効果がある。

請求項５記載の太陽追尾装置によれば、第１軸が配置される緯度および経度ならびに現在の日時に応じて、太陽光を受光する前記受光部の目標方位を設定し、設定された目標方位から目標回転角設定手段により第１軸の目標回転角が設定される。また、第１傾斜センサを用いて回転角取得手段により第１軸の回転角が取得される。回転角取得手段により取得される第１軸の回転角と、目標回転角設定手段により設定される第１軸の目標回転角とに基づいて、駆動装置作動手段により駆動装置が作動されるので、第１軸の回転角（出力）を目標回転角（入力）に基づいて修正できる。これにより請求項１から４のいずれかの効果に加え、追尾精度を向上できる効果がある。

（ａ）は第１実施の形態における太陽追尾装置の斜視図であり、（ｂ）は内部構造を模式的に示した太陽追尾装置の斜視図である。（ａ）はモータを一方向に回転したときの正面視における太陽追尾装置のスケルトン図であり、（ｂ）はモータを一方向に回転したときの側面視における太陽追尾装置のスケルトン図であり、（ｃ）はモータを他方向に回転したときの正面視における太陽追尾装置のスケルトン図であり、（ｄ）はモータを他方向に回転したときの側面視における太陽追尾装置のスケルトン図である。（ａ）は第１軸の絶対回転角が０°のときに第１傾斜センサの検出軸と重力軸とが直交するように第１傾斜センサを第１軸に固定した場合の第１軸の絶対回転角と第１傾斜センサのセンサ出力との関係を示す図であり、（ｂ）は第１軸の絶対回転角が１８０°のときに第１傾斜センサの検出軸と重力軸とが直交するように第１傾斜センサを第１軸に固定した場合の第１軸の絶対回転角と第１傾斜センサのセンサ出力との関係を示す図である。重力軸に対する第１軸の回転軸心の鋭角側の傾き角度と、第１傾斜センサのセンサ出力の最大値との関係を示す図である。太陽追尾装置の電気的構成を示すブロック図である。（ａ）は内部構造を模式的に示した第２実施の形態における太陽追尾装置の斜視図であり、（ｂ）は第１軸の絶対回転角と傾斜センサのセンサ出力との関係を示す図である。

以下、本発明の好ましい実施の形態について添付図面を参照して説明する。図１（ａ）は本発明の第１実施の形態における太陽追尾装置１の斜視図である。なお図１（ａ）では、受光部９の中間部分の図示を省略している。図１（ａ）に示すように、太陽追尾装置１は、大地に対して固定される台部２と、その台部２に対して回転可能に構成される筐体３とを備えており、モータ４を駆動し減速機５を介して駆動軸６を回転させ、第２軸８を回転させることにより受光部９の傾きを変化させる装置である。

受光部９は、第２軸８に固定されており、筐体３及び第２軸８の回転に伴い、太陽の方位および高度に応じて傾きが変化される部材である。受光部９は、太陽追尾装置１が組み込まれるシステムに応じて、太陽光のエネルギーを直接的に電力に変換する太陽電池パネル、太陽光を集光して熱源として利用する太陽熱発電システムや採光のために太陽光を反射する反射鏡等が適宜選択され採用される。

第１傾斜センサ４１は、検出軸Ｄ（図３（ａ）参照）方向に作用する重力を検出するためのセンサであり、検出軸Ｄと第１軸７の回転軸心Ｏとが非平行の関係で第１軸７に固定されている。第１傾斜センサ４１により第１軸７の回転角を検出できる。第２傾斜センサ４２は、検出軸Ｄ方向に作用する重力を検出するためのセンサであり、重力軸Ｇ方向に検出軸Ｄを沿わせて第２軸８に固定されている。第２傾斜センサ４２により第２軸８に固定された受光部９の重力軸Ｇ方向の傾きを検出できる。

次に図１（ｂ）を参照して、太陽追尾装置１の内部構造について説明する。図１（ｂ）は筐体３（図１（ａ）参照）を取り外した内部構造を模式的に示した太陽追尾装置１の斜視図であり、台部２及び受光部９の図示を省略している。図１（ｂ）に示すように、駆動軸６及び第２軸８は直交するように配置され、駆動軸６及び第２軸８にそれぞれ直交するように第１軸７が配置されている。

第１軸７は、重力軸Ｇに対して回転軸心Ｏを傾斜させて台部２（図１（ａ）参照）に立設され、回転軸心Ｏの位置が軸受（図示せず）等により固定されると共に、太陽の方位に対応して回転軸心Ｏの回りに回転可能に構成されている。傾き角度θは、第１軸７の回転軸心Ｏの重力軸Ｇに対する鋭角側の角度であり、傾き角度θの分だけ第１軸７は重力軸Ｇに対して傾いている。第２軸８は、太陽の高度に対応して回転可能に構成されている。

モータ４（駆動装置の一部）は一方向および他方向の回転を出力可能に構成されており、減速機５（駆動装置の一部）によりモータ４の回転数が減速される。駆動軸６は減速機５の出力により回転される部材であり、軸方向に所定の間隔をあけて第１伝達部１０及び第２伝達部２０が配設されている。

第１伝達部１０は、駆動軸６の一方向の回転を第１軸７に伝達する一方、駆動軸６の他方向の回転の第１軸７への伝達を遮断する部材である。本実施の形態では、第１伝達部１０は、スプラグタイプのワンウェイクラッチを備えるウォームギヤにより構成されており、駆動軸６に配設されたワンウェイクラッチ１１と、そのワンウェイクラッチ１１の外周に形設されたウォーム１２と、ウォーム１２と噛合するように第１軸７に配設されたウォームホイール１３とを備えている。

第２伝達部２０は、駆動軸６の一方向および他方向の回転を駆動軸６から第２軸８に伝達する部材である。本実施の形態では、第２伝達部２０はウォームギヤにより構成されており、駆動軸６に形設されたウォーム２１と、ウォーム２１と噛合するように第２軸８に配設されたウォームホイール２２とを備えている。以上のように、モータ４の一方向の回転は第１伝達部１０及び第２伝達部２０により第１軸７及び第２軸８に伝達され、モータ４の他方向の回転は第２伝達部２０により第２軸８に伝達される。即ち、第１軸７及び第２軸８は連係して回転する。

なお、モータ４の一方向の回転による第１伝達部１０及び第２伝達部２０の速度伝達比は、駆動軸６の１回転当たりにおける第２軸８の回転数が第１軸７の回転数より大きくなるように設定される。これにより、モータ４の一方向の回転により受光部９の傾きが変化する速度は、第１軸７の回りの速度成分が、第２軸８の回りの速度成分より小さく設定されている。

制御装置３０は、モータ４を制御するための装置であり、モータ４、第１傾斜センサ４１、第２傾斜センサ４２が接続されている。また、制御装置３０は、制御装置２０により実行される制御プログラム、太陽追尾装置１が設置される地点の緯度、経度等の固定値データ等を記憶する記憶部（図示せず）、現在の日時を計時する計時装置（図示せず）等を備えて構成されている。

次に図２を参照して、太陽追尾装置１の動作について説明する。図２（ａ）はモータ４を一方向に回転したときの正面視における太陽追尾装置１のスケルトン図であり、図２（ｂ）はモータ４を一方向に回転したときの側面視における太陽追尾装置１のスケルトン図である。図２（ａ）に示すように、モータ４を一方向に回転すると駆動軸６が一方向に回転し、それに伴い第２伝達部２０のウォーム２１が一方向に回転する。また、第１伝達部１０ではワンウェイクラッチ１１のスプラグ１１ａがロックし、ウォーム１２が一方向に回転する。なお、図２では、スプラグ１１ａにハッチングを付してロックしたことを図示し（図２（ａ）参照）、ロックが解除されたフリーのスプラグ２１ａを白抜きで図示する（図２（ｃ）参照）。

ウォーム１２，２１が一方向に回転することにより、図２（ｂ）に示すように、ウォーム１２，２１にそれぞれ噛み合うウォームホイール１３，２２が一方向に回転する。その結果、第１軸７は方位方向に回転し、第２軸８は高度方向の一方向に回転する。天球上の太陽の移動速度に合致するようにモータ４の回転数、減速機５の減速比、第１伝達部１０及び第２伝達部２０の速度伝達比を設定しておくことで、第２軸８に固定された受光部９の傾きを、太陽の方位および高度に応じて変化させることができる。

しかし、第１伝達部１０及び第２伝達部２０の誤差（速度伝達比の誤差）や太陽追尾装置１の据え付け誤差等が生じると、天球上の太陽の位置と受光部９の傾きとの間に不一致が生じる。即ち、受光部９が太陽を追尾できなくなる。受光部９に太陽を追尾させるには、目標とする回転位置にない第１軸７又は第２軸８の回転位置を補正する必要がある。そのような場合に、図２（ｃ）に示すようにモータ４を他方向に駆動する。図２（ｃ）はモータ４を他方向に回転したときの正面視における太陽追尾装置１のスケルトン図であり、図２（ｄ）はモータ４を他方向に回転したときの側面視における太陽追尾装置１のスケルトン図である。

図２（ｃ）に示すように、モータ４を他方向に回転すると駆動軸６が他方向に回転し、それに伴い第２伝達部２０のウォーム２１が他方向に回転する。また、第１伝達部１０ではワンウェイクラッチ１１のスプラグ１１ａのロックが解除され、ウォーム１２への動力の伝達が遮断される。

ウォーム２１が他方向に回転することにより、図２（ｄ）に示すように、ウォーム２１に噛み合うウォームホイール２２が他方向に回転する。その結果、第１軸７の方位方向の回転が停止され、第２軸８が高度方向の他方向に回転されるので、天球上の太陽の位置と受光部９の傾きとの間の不一致を解消できる。その結果、受光部９に太陽を追尾させることができる。

このように、モータ４及び減速機５により第１軸７及び第２軸８を回転させて太陽を追尾できるので、第１軸７及び第２軸８をそれぞれ独立したモータ及び減速機で駆動する場合と比較して、モータ４及び減速機５をそれぞれ１つに削減することができる。その結果、太陽追尾装置１を小型化および軽量化できると共に、削減されたモータ及び減速機と追加されたワンウェイクラッチ１１との差分だけ製造コストを低減できる。

また、太陽追尾装置１の設置場所ごとに第１伝達部１０及び第２伝達部２０の速度伝達比を個別に設定（共通部品化）する必要がなくなるので、第１伝達部１０及び第２伝達部２０の部品の共通化を図ることができる。

また、モータ４の一方向の回転により受光部９の傾きが変化する速度は、第１軸７の回りの速度成分が、第２軸８の回りの速度成分より小さく設定されているので、モータ４を一方向に回転させて第１軸７を太陽の方位に合致させ、受光部９の傾きを太陽の方位に対応させると、第２軸８については、その時刻における太陽の高度より少し先行して回転する。その先行分を調整するように、モータ４を他方向に回転して第２軸８にモータ４の他方向の回転を伝達すると、第２軸８が太陽の追尾方向と逆向きに回転されて、その時刻における太陽の高度に合致させることができる。その結果、受光部９の傾きを太陽の方位および高度に対応させることができる。

逆に、モータ４の一方向の回転による第１伝達部１０及び第２伝達部２０の速度伝達比が、駆動軸６の１回転当たりにおける第２軸８の回転速度が第１軸７の回転速度より小さくなるように設定されていると、モータ４の一方向の回転により受光部９の傾きが変化する第２軸８の回りの速度成分は、第１軸７の回りの速度成分より小さくなる。その場合にモータ４を一方向に回転して第１軸７を太陽の方位に合致させると、第２軸８は、その時刻における太陽の高度より少し遅れて回転する。

その遅れ分を調整するには、モータ４を他方向に回転して第２軸８を約３６０°回転させなければならず、長時間を要する。また、モータ４を他方向に回転している間は、第１軸７及び第２軸８を一方向に回転させることができないので、太陽を追尾できない。そのため、太陽を追尾する精度が低下する。本実施の形態によればこれを防止することができ、第２軸８の調整を短時間で行うことができ、太陽を追尾する精度を向上できる。

また、本実施の形態と異なり、第１軸７を太陽の高度に対応して回転するように設定した場合、高度角は日の出からある時間まで漸次増加し、その後は日の入りまで漸次減少するので、第１軸７を他方向に戻す必要が生じる。しかし、第１軸７はワンウェイクラッチ１１によりモータ４の他方向の回転の伝達が遮断されているので、第１軸７を他方向にわずかに戻したいときでも、一方向に約３６０°回転させなければならない。これに長時間を要し、その間の受光部９の傾きは太陽と無関係なため、太陽を追尾する精度が低下する。

これに対し本実施の形態では、ワンウェイクラッチ１１により他方向の回転が遮断される第１軸７を、太陽の方位に対して回転するように設定されているので、日の出から日の入りまで、第１軸７を他方向に戻す必要をなくすことができる。その結果、受光部９の傾きを常に太陽の方位に対応させることができ、太陽を追尾する精度を向上できる。

また本実施の形態では、第１軸７を太陽の方位に対応して配設し、第２軸８を太陽の高度に対応して配設している。第２軸８は第２伝達部２０によりモータ４の一方向および他方向の回転が伝達されるので、第２軸８を太陽の高度に応じて一方向および他方向に回転させることができ、太陽の高度方向の追尾を自在に行うことができる。

また、ワンウェイクラッチ１１を備える第１伝達部１０は、第１軸７からの荷重の入力により駆動軸６が回転不能に設定されている。具体的には、機械的または電気的なブレーキ機構がない状態であっても、ウォームホイール１３（第１軸）からウォーム１２（駆動軸６）を回転できないように設定されている。より具体的には、ウォームホイール１３からウォーム１２を回転させるときの第１伝達部１０の伝達効率が０又は負に設定されている。これにより、風力等によって第１軸７の回りを駆動軸６が回転されることを防止し、受光部９の傾きが変化することを防ぎ、太陽の追尾精度を向上できる。

なお、第２伝達部２０も同様に、伝達効率を調整することによりウォームホイール２２（第２軸８）からウォーム２１（駆動軸６）を回転できないように設定することは可能である。また、モータ４や減速機５のフリクション（機械的なブレーキ機構）を利用して、ウォームホイール２２からウォーム２１を回転不能にすることも可能である。

次に図３を参照して、第１軸７の絶対回転角と第１傾斜センサ４１のセンサ出力との関係について説明する。図３（ａ）は第１軸７の絶対回転角が０°のときに第１傾斜センサ４１の検出軸Ｄと重力軸Ｇとが直交するように第１傾斜センサ４１を第１軸７に固定した場合の第１軸７の絶対回転角と第１傾斜センサ４１のセンサ出力との関係を示す図であり、図３（ｂ）は第１軸７の絶対回転角が１８０°のときに第１傾斜センサ４１の検出軸Ｄと重力軸Ｇとが直交するように第１傾斜センサ４１を第１軸７に固定した場合の第１軸７の絶対回転角と第１傾斜センサ４１のセンサ出力との関係を示す図である。

図３（ａ）に示すように、太陽追尾装置１は、台部２（図１（ａ）参照）に対する０°〜３６０°（＝０°）の絶対回転角が第１軸７に設定されている。太陽追尾装置１は、第１軸７の絶対回転角０°の位置が真東を向き、絶対回転角９０°の位置が真南を向き、絶対回転角１８０°の位置が真西を向くように台部２が設置され、台部２が大地に対して固定される。これにより、絶対回転角が大きくなるように第１軸７を回転させることで、太陽の方位を追尾できる。なお、第１傾斜センサ４１は、第１軸７の絶対回転角が０°のときに、第１傾斜センサ４１の検出軸Ｄと重力軸Ｇとが直交するように第１軸７に固定されている（ａ）。

ここで、第１傾斜センサ４１の検出軸Ｄと重力軸Ｇとが直交するとき（絶対回転角０°のとき）の第１傾斜センサ４１のセンサ出力は０である。第１軸７の絶対回転角が１８０°まで増加するにつれ、重力軸Ｇに対する第１傾斜センサ４１の検出軸Ｄの角度が変化し、第１傾斜センサ４１のセンサ出力は０から漸次増加する。そして、絶対回転角１８０°のときにセンサ出力は最大となる（ｂ）。さらに、第１軸７の絶対回転角が１８０°から増加するにつれ、第１傾斜センサ４１のセンサ出力は漸次減少する。そして、絶対回転角３６０°（＝０°）のときに第１傾斜センサ４１のセンサ出力は０となる。

なお、第１軸７の回転方向と第１傾斜センサ４１の検出軸Ｄとの関係により、絶対回転角が０°から１８０°まで増加するときのセンサ出力を０から漸次減少するように設定し、絶対回転角が１８０°から３６０°まで増加するときのセンサ出力を０まで漸次増加するように設定することは可能である。この場合も同様の効果を実現できる。

また、図３（ｂ）に示すように、第１軸７の絶対回転角が１８０°のときに第１傾斜センサ４１の検出軸Ｄと重力軸Ｇとが直交するように第１傾斜センサ４１を第１軸７に固定することで（ｄ）、第１軸７の絶対回転角が０°のときのセンサ出力を最大にできる（ｃ）。これにより、第１軸７の絶対回転角が０°から１８０°まで増加するにつれ、第１傾斜センサ４１のセンサ出力を漸次減少させることができる。

第１軸７の絶対回転角が０°のときに第１傾斜センサ４１の検出軸Ｄと重力軸Ｇとを直交させる場合（図３（ａ）参照）、第１軸７の絶対回転角が１８０°のときに第１傾斜センサ４１の検出軸Ｄと重力軸Ｇとを直交させる場合（図３（ｂ）参照）、いずれの場合も第１軸７の絶対回転角０°〜１８０°に対し一意的にセンサ出力を決めることができる。従って、第１傾斜センサ４１のセンサ出力を検出することで、第１軸７の絶対回転角が一意的に決まる。第１軸７は太陽の方位に対応して回転されるので、第１傾斜センサ４１により第１軸７の絶対回転角、即ち太陽の絶対方位角を検出できる。

なお、太陽追尾装置１は第１軸７の絶対回転角０°の位置が真東、絶対回転角９０°の位置が真南、絶対回転角１８０°の位置が真西を向くように設置されているので、日照時間の長い夏季を除き、絶対回転角０°〜１８０°の範囲でほぼ日の出から日の入までの太陽の方位を追尾できる。

また、日照時間の長い夏季は、太陽の方位を追尾するための第１軸７の回転角を、絶対回転角０°〜１８０°の前後（例えば３３０°〜２１０°）に範囲を広げる。この場合、日の出や日の入の付近（０°近傍や１８０°近傍）はセンサ出力を一意的に決められないが、太陽の高度が高くなる日中は、センサ出力を一意的に決めることができる。

次に図４を参照して、重力軸Ｇに対して第１軸７が傾斜する傾き角度θ（図１（ｂ）参照）と、第１傾斜センサ４１のセンサ出力との関係について説明する。図４は、重力軸Ｇに対する第１軸７の回転軸心Ｏの鋭角側の傾き角度θと、第１傾斜センサ４１のセンサ出力の最大値との関係を示す図である。なお、センサ出力の最大値は、第１軸７の絶対回転角が０°のときに第１傾斜センサ４１の検出軸Ｄと重力軸Ｇとが直交するように第１軸７に第１傾斜センサ４１を固定し、回転軸心Ｏの回りに第１軸７を３６０°回転する間の最大のセンサ出力の値である。

図４に示すように、第１傾斜センサ４１のセンサ出力の最大値は、傾き角度θが０°のときは０であり、傾き角度θが増加するにつれ漸次増加する。そして傾き角度θが４５°のときにピークを迎え、傾き角度θが４５°を越えて増加するにつれ漸次減少する。傾き角度θを４５°付近の所定角度にすることにより、センサ出力が直線的に変化する絶対回転角の範囲を広げることができる。その範囲においては、絶対回転角の変化に対するセンサ出力の変化（変化率）を大きくできるので、第１軸７の絶対回転角の検出感度を向上でき、その結果、検出精度を向上できる。この理由により、傾き角度θは２０〜７０°の範囲で設定することが望ましい。

次いで図５を参照して、傾斜センサ装置４０の出力によりモータ４を制御する制御装置３０の詳細構成について説明する。図５は太陽追尾装置１の電気的構成を示すブロック図である。

傾斜センサ装置４０は、第１軸７の回転角を検出する第１傾斜センサ４１と、第２軸８の回転角（受光部９の重力軸Ｇに対する傾き）を検出する第２傾斜センサ４２と、それら第１傾斜センサ４１及び第２傾斜センサ４２の検出結果を処理して制御装置３０に出力する出力回路（図示せず）とを主に備えている。なお、本実施の形態では、第１傾斜センサ４１及び第２傾斜センサ４２は静電容量式のセンサにより構成されている。

目標回転角演算部３１は、太陽追尾装置１が設置された地点の緯度および経度、現在の日時から天球上の太陽の位置を演算し、その演算結果から、その太陽の位置に受光部９（図１（ａ）参照）の傾きを対応させるように第１軸７及び第２軸８の目標回転角を演算する。

回転角偏差演算部３２は、傾斜センサ装置４０からの入力信号に基づき第１軸７及び第２軸８の回転角を取得し、取得した回転角と目標回転角演算部３１により演算された目標回転角との偏差を演算する。

操作信号演算部３３は、回転角偏差演算部３２により演算された偏差にゲインを乗ずる等の演算を行い、モータ４の操作信号を作成する。操作信号はドライバ（図示せず）に入力され、ドライバは操作信号に応じた電流をモータ４に出力する。

その結果、モータ４が一方向または他方向に回転駆動され、第１軸７及び第２軸８が回転される。モータ４により回転された第１軸７及び第２軸８の回転角が傾斜センサ装置４０により検出される。

以上のように目標回転角演算部３１において演算される目標回転角に対し、第１軸７及び第２軸８の回転角がフィードバック制御される。フィードバック制御が行われるので、減速機５（図１（ｂ）参照）等に滑り等（外乱）が発生し、モータ４の操作信号（入力）どおりに第１軸７及び第２軸８の回転角（出力）が設定されない場合であっても、出力を入力どおりに修正できる。これにより太陽追尾装置１による太陽の追尾精度を向上できる。

なお、制御装置３０は、回転角偏差演算部３２により演算された偏差が、設定された値（所定値）以上であるか否かを判断する偏差判断手段を備え、その偏差判断手段により偏差が所定値以上であると判断される場合に、操作信号演算部３３により演算が行われ、モータ４の駆動制御が行われるようにすることは当然可能である。これにより、操作信号演算部３３が動作する機会を減らすことができ、制御装置３０の省電力性を向上できる。

次に図６を参照して、第２実施の形態について説明する。第１実施の形態では、第１傾斜センサ４１が第１軸７に固定され、第２傾斜センサ４２が第２軸８に固定される場合について説明した。これに対し第２実施の形態では、２つの検出軸Ｄ１，Ｄ２をもつ傾斜センサ１４１が第２軸８に固定される場合について説明する。なお、第１実施の形態と同一の部分については、同一の符号を付して以下の説明を省略する。図６（ａ）は内部構造を模式的に示した第２実施の形態における太陽追尾装置１０１の斜視図であり、図６（ｂ）は第１軸７の絶対回転角と傾斜センサ１４１のセンサ出力との関係を示す図である。

図６（ａ）に示す傾斜センサ１４１は、直交する２つの検出軸Ｄ１，Ｄ２を有するセンサであり、検出軸Ｄ１，Ｄ２方向に作用する重力が検出軸Ｄ１，Ｄ２毎に独立して検出される。傾斜センサ１４１は、検出軸Ｄ１が第１軸７の回転軸心Ｏと非平行となるように固定され、検出軸Ｄ２が第２軸８の回転軸心と非平行となるように固定されている。

図６（ｂ）に示すように、第１軸７の絶対回転角が０°のときに傾斜センサ１４１の検出軸Ｄ１と重力軸Ｇとが直交するように傾斜センサ１４１は第２軸８に固定されている。傾斜センサ１４１の検出軸Ｄ１と重力軸Ｇとが直交するとき（絶対回転角０°のとき）の傾斜センサ１４１のセンサ出力は０である。第１軸７の絶対回転角が１８０°まで増加するにつれ、重力軸Ｇに対する傾斜センサ１４１の検出軸Ｄ１の角度が変化し、傾斜センサ１４１のセンサ出力は０から漸次増加する。そして、絶対回転角１８０°のときにセンサ出力は最大となる（ｅ）。これにより第１軸７の絶対回転角０°〜１８０°に対し一意的にセンサ出力を決めることができる。従って、傾斜センサ１４１の検出軸Ｄ１におけるセンサ出力を検出することで、第１軸７の絶対回転角を一意的に決めることができる。

また、第２軸８は第１軸７と連係し、自転しつつ第１軸７の回りを公転するので、第１軸７の絶対回転角が変化すると、第２軸８の回転角も変化する。第２軸８の回転角の変化により検出軸Ｄ２における傾斜センサ１４１のセンサ出力が変化する。これにより第２軸８の回転角を検出できる。傾斜センサ１４１を採用することにより、第１実施の形態のように第１傾斜センサ４１及び第２傾斜センサ４２を別々に設ける場合と比較して、部品点数を削減できる。

以上、実施の形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変形が可能であることは容易に推察できるものである。例えば、上記実施の形態で挙げた数値（例えば、各構成の数量等）は一例であり、他の数値を採用することは当然可能である。

上記各実施の形態では、第１傾斜センサ４１、第２傾斜センサ４２及び傾斜センサ１４１が静電容量式のセンサにより構成される場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、他の原理のセンサを用いることは当然可能である。他の原理の傾斜センサとしては、例えば、気泡式、電気抵抗式、振動式、圧電素子を利用した圧電式等の傾斜センサが挙げられる。また、重力軸Ｇに対する傾きを検出可能なジャイロセンサや加速度センサ等を傾斜センサとして用いることは当然可能である。

上記各実施の形態では、第１伝達部１０、第２伝達部２０がウォームギヤにより構成される場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、他の伝達機構を採用することは当然可能である。他の伝達機構としては、例えばベベルギヤ（直歯または曲り歯）、クラウンギヤ等が挙げられる。

また上記各実施の形態では、駆動軸６に対して第１軸７及び第２軸８が直交方向に配設される場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、直交以外の他の角度で各軸を斜交させることは当然可能である。各軸が直交以外の他の角度で斜交するような場合、第１伝達部１０、第２伝達部２０にベベルアンギュラーを用いることで動力の伝達を可能にできる。

上記各実施の形態では、ワンウェイクラッチ１１がスプラグタイプの場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、他のワンウェイクラッチ、例えばローラタイプ、ラチェットタイプを採用することは当然可能である。

上記各実施の形態では、第１伝達部１０にワンウェイクラッチ１１が配設される場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、第１伝達部１０にワンウェイクラッチ１１を配設するのに代えて、第２伝達部２０にワンウェイクラッチを配設することは当然可能である。これによりモータ４の一方向の回転を駆動軸６から第２軸８に伝達できる一方、モータ４の他方向の回転の駆動軸６から第２軸８への伝達を遮断するようにできる。この場合も第１軸７及び第２軸８を連係させて、モータ４により回転させることができる。

また、第１伝達部１０にワンウェイクラッチ１１を配設するのに加え、第２伝達部２０にワンウェイクラッチを配設することは当然可能である。これによりモータ４の一方向の回転の駆動軸６から第２軸８への伝達を遮断できる一方、モータ４の他方向の回転を駆動軸６から第２軸８へ伝達できる。この場合も、モータ４により第１軸７及び第２軸８をそれぞれ回転させることができる。

上記各実施の形態では、第１軸７及び第２軸８を連係させてモータ４及び減速機５により回転させる場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、モータ４及び減速機５をさらに一組設けると共に、第１伝達部１０及び第２伝達部２０を省略して、第１軸７及び第２軸８を独立に回転させるようにすることは当然可能である。

上記各実施の形態では、モータ４及び減速機５が別部材として構成される場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、ギヤードモータ等のようにモータ４及び減速機５が一体に構成された機構を採用することは当然可能である。

上記第２実施の形態では、傾斜センサ１４１が第２軸８に固定される場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、傾斜センサ１４１を受光部９に固定することは当然可能である。受光部９は第２軸８に固定されているので、受光部９は第２軸８と一体に回転するからである。そのため、傾斜センサ１４１を受光部９に固定した場合も、第２実施の形態と同様の作用・効果を実現できる。

上記第２実施の形態では、２つの検出軸Ｄ１，Ｄ２を有する傾斜センサ１４１を用いて第１軸７及び第２軸８の回転角を検出する場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。傾斜センサ１４１に代えて、第１実施の形態で説明した第１傾斜センサ４１、第２傾斜センサ４２を第２軸８や受光部９に固定することによって、第１軸７及び第２軸８の回転角を検出することは当然可能である。

上記実施の形態では、受光部９の傾きを補正するときは、まずワンウェイクラッチ１１がロックする方向にモータ４を回転させて、次にワンウェイクラッチ１１がフリーとなる方向にモータ４を回転させる場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。まずワンウェイクラッチ１１がフリーとなる方向にモータ４を回転させて、次にワンウェイクラッチ１１がロックする方向にモータ４を回転させることで受光部９の傾きを補正することは当然可能である。モータ４の回転順に関らず、同様の効果を実現できるからである。

１，１０１太陽追尾装置
４モータ（駆動装置の一部）
５減速機（駆動装置の一部）
７第１軸
８第２軸
９受光部
３１目標回転角演算部（目標回転角設定手段の一部）
３３操作信号演算部（駆動装置作動手段の一部）
４０傾斜センサ装置（回転角取得手段の一部）
４１第１傾斜センサ
４２第２傾斜センサ
１４１傾斜センサ（第１傾斜センサ、第２傾斜センサ）
Ｄ検出軸
Ｇ重力軸
Ｏ回転軸心

Claims

重力軸に対して回転軸心が傾斜して配置されると共に、太陽の方位に対応して回転可能に構成される第１軸と、
その第１軸と非平行な位置に配置され太陽の高度に対応して回転可能に構成されると共に、太陽光を受光する受光部が固定される第２軸と、
その第２軸および前記第１軸を回転駆動する駆動装置と、
その駆動装置により回転駆動される前記第１軸に、又は、前記第１軸と連係して回転される第２軸または受光部に、前記第１軸の回転軸心と検出軸とが非平行に固定されるものであり、検出軸方向に作用する重力を検出する第１傾斜センサとを備えていることを特徴とする太陽追尾装置。
前記第１傾斜センサは、前記第１軸の絶対回転角が０°又は１８０°のときに、前記第１傾斜センサの検出軸と重力軸とが直交するように前記第１軸、前記第２軸または前記受光部に固定されていることを特徴とする請求項１記載の太陽追尾装置。
前記第２軸または前記受光部に固定されると共に、検出軸方向に作用する重力を検出する第２傾斜センサを備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の太陽追尾装置。
前記第２傾斜センサは、検出軸を前記第１傾斜センサの検出軸と直交させて前記第１傾斜センサと一体に形成されていることを特徴とする請求項３記載の太陽追尾装置。
前記第１軸が配置される緯度および経度ならびに現在の日時に応じて、太陽光を受光する前記受光部の目標方位を設定し、設定された目標方位から前記第１軸の目標回転角を設定する目標回転角設定手段と、
前記第１傾斜センサにより前記第１軸の回転角を取得する回転角取得手段と、
その回転角取得手段により取得される前記第１軸の回転角と、前記目標回転角設定手段により設定される前記第１軸の目標回転角とに基づいて前記駆動装置を作動させる駆動装置作動手段とを備えていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の太陽追尾装置。