JPH0745053Y2 - 太陽光追尾センサ - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本考案は太陽光の追尾センサに係わり、特に、太陽光採
光装置とともにに用いられて好適な太陽光追尾センサに
関するものである。

「従来の技術」 地下街や地下室等の地下設備、あるいは、住宅密集地に
おける家屋の内部、といった太陽光が直接当たらない場
所に、太陽光を導光するための太陽光採光装置が従来よ
り提案、提供されている。これらは一般に、太陽の移動
に追従した姿勢制御を行うことで、その採光率を向上さ
せることが行なわれている。

このような姿勢制御を実施するために、従来では、太陽
光採光装置を設置する場所の緯度および経度や、暦等の
情報に基づいて、コンピュータにより太陽の移動軌跡を
算出し、この算出された太陽の移動奇跡を前記太陽光採
光装置の制御因子としている。

「考案が解決しようとする問題点」 ところで、上記従来の姿勢制御の方法においては、設置
する場所を変更する都度、前記コンピュータのプログラ
ムを変える必要があり、また、装置を設置するに際し
て、経線および緯線に対する高精度の位置合わせが必要
となり、この結果前記太陽光採光装置全体の設置コスト
が非常に高いものとなる、といった問題点があった。

さらに、本出願人は、太陽光採光装置に関し、例えば、
太陽の日差しが当たらない建築物の北側屋外部等に、広
範囲に陽光を導くといったいわゆる日照権対策用として
の大型のものを考案しているが、これに関しては、必ず
しも経線・緯線の両方の制御を行って採光方向の軸線を
太陽光軸と一致させる、といった完全追尾である必要は
なく、仰角のみを太陽の移動に追従させる、換言すれ
ば、経線制御のみを実施すれば十分であるとの思想のも
とに、その装置をいわゆる一軸（一元）制御のみ行える
ものとした。そのため、この装置においては、従来の完
全追従型のセンサは必要なく、上記一軸制御のみを簡単
に実現する太陽光追従センサの実現が望まれていた。

「問題点を解決するための手段」 本考案に係る太陽光追尾センサは、採光すべき太陽光の
高度変化のみに追従して作動するように構成された太陽
光採光装置に取り付けられて、この採光装置の姿勢制御
のための信号を出力するものであって、アーム状部材の
先端部に、上底面が互いに平行となる柱状部と該柱状部
の軸方向中央部において前記柱状部よりも大径となるつ
ば部とを形成してなる保持体に、複数個の光電素子が付
設されてなるセンサ本体と、前記光電素子からの信号に
基づいて前記採光装置へ姿勢制御信号を送出するコント
ロールユニットとで構成され、前記光電素子は、前記柱
状部の上底面にそれぞれ設けられる第１光電素子と、前
記つば部の外周面に間隔を置いて複数個設けられる第２
光電素子と、前記つば部の一方の面に近接して前記柱状
部の外周面に間隔を置いて複数個設けられる第３光電素
子と、前記つば部の他方の面に近接して前記柱状部の外
周面に間隔を置いて複数個設けられる第４光電素子とか
らなり、少なくとも前記第３光電素子と前記第４光電素
子は、前記つば部を挾んで対向する位置に設けられ、さ
らに、前記第１光電素子のそれぞれの受光方向が前記柱
状部の軸線方向に沿って互いに相反する方向となる一
方、前記第２、第３、第４光電素子の受光方向が前記柱
状部の半径方向となされ、しかも、前記センサ本体を構
成する前記アーム状部材の基端部は、該センサ本体を前
記柱状部の軸線を接線とする形態に回転させるべく水平
軸に回動自在に取り付けられていることを特徴とするも
のである。

「作用」 第１光電素子が、柱状部の上面と底面とに、それぞれの
受光方向が相反するように設けられることにより、これ
ら柱状部の上面と底面とが各々受ける照射量を検知し、
この照射量（受光量）の差を検知することにより、セン
サ本体が回動すべき方向の判断がなされ、コントロール
ユニットにより可動式反射鏡の仰角の粗調整が実施され
る。

さらに、第３光電素子および第４光電素子は、センサ本
体の仰角と太陽光の入射角の不一致により形成されるつ
ば部の影の影響による、これら第３光電素子と第４光電
素子との受光量の差を検知することにより、センサ本体
が位置すべき方向の判断がさらに正確になされ、コント
ロールユニットにより可動式反射鏡の仰角の微調整が実
施される。

また、特に第１光電素子はその前面側に一切の遮光体が
なく、かつ相反する方向に向けて設けられているため、
ほぼ全周囲からの入射光を検知することができる。

なお、つば部の外周面に設けられる第２光電素子は、太
陽光の、センサ本体に対する経線方向における位置を該
略的に把握し、この情報により、柱状部の外周面に設け
られて受光量を検知する前記複数個の第３光電素子およ
び第４光電素子のうち、いずれの位置にあるものを使用
するかの選択がなされる。

「実施例」 以下、本考案の実施例を第１図ないし第３図を参照しな
がら説明する。

第１図は、本考案に係る太陽光追尾センサを、太陽光採
光装置とともに示すもので、全体として符号１で示すも
のが太陽光採光装置、符号２がそれに用いられる太陽光
追尾センサのセンサ本体、符号14は、該センサ本体２か
らの信号にもとづいて前記太陽光採光装置１へ制御信号
を送出するコントロールユニット（後述）である。太陽
光採光装置１は、建築物３の屋上部の最も北寄りの端部
に設置されている。図中、符号Ｎは、図においてこの符
号側が建築物３の北側であることを示している。

本考案に係る太陽光追尾センサの説明の前に、前記太陽
光採光装置１について、まず説明する。

太陽光採光装置１は、日当たりの良くない建築物３の北
側に太陽光を導光するための装置であり、建築物３の長
さ方向（紙面と垂直となる方向）に延びるフレーム４
に、このフレームに沿って延びる固定式反射鏡５と可動
式反射鏡６とを備えて概略構成される。

固定式反射鏡５は、その鏡面5aをほぼ下方に向けてフレ
ーム４の上部に固定される一方、可動式反射鏡６は、そ
の鏡面6aをほぼ上方に向けてフレーム４の中間部に設置
されている。可動式反射鏡６は、該可動式反射鏡６の長
さ方向の両側面に設けられた軸７によりフレーム４の斜
材4aに軸支されることによって、この軸７廻りに回動自
在なるものとなっている。この可動式反射鏡６は、リン
ク機構８により、この反射鏡６に入射した太陽光Ｓを常
時一定方向に反射すべく揺動されるようになされてい
る。

このリンク機構８にいて詳述すると、リンク機構８は、
いわゆるパンタグラフ状をなす平行リンクで、その４つ
の節点9,9,…のうち、第１節点9aが前記軸７と同軸（共
通）とされるとともに、この第１節点9aと対向する位置
にある第３節点9cが、可動式反射鏡６の側面にスライダ
として摺動自在に取り付けられている。ちなみに、可動
式反射鏡６の両側面には、該第３節点9cを摺動自在に支
持するためのスライド溝19が設けられている。第１節点
9aと第３節点9cとを結ぶ線の２等分線上に第２節点9bと
第４節点9dとがそれぞれ位置し、第４節点9dは、前記フ
レーム４の斜材4a上に位置する。また、第１節点9aと第
２節点9b、第２節点9bと第３節点9c、第３節点9cと第４
節点9dとがそれぞれリンク部材10,10,…により連結され
ている。第４節点9dは、上記のとおり斜材4a上にあるか
ら、第１節点9aとは該斜材4aによりつながれた状態とな
る。そして、これら４節点９は、相隣る節点との距離が
全て等しいもの、すなわち、これら４節点を結んだ際に
ひし形が構成されるような位置関係にある。そして、前
記可動式反射鏡６は、前記第１節点と、可動式反射鏡６
の下側に位置する第２節点9bとを結ぶ第１リンク部材10
aが、図示されない駆動機構によって軸７廻りに回動さ
せられることにより、軸７廻りに揺動するものとなって
いる。ここにおいて、上述したとおり、前記リンク機構
８は平行リンク、しかもひし形を構成するものであるか
ら、前記第１節点9aと第３節点9cとを連結した形態で延
びる可動式反射鏡６は、第１節点9aと第２節点9bとを結
ぶ前記リンク部材10aと、第１節点9aと第４節点9dとを
結ぶ斜材4aとが形成する角θをちょうど２等分するもの
となっている。この関係は可動式反射鏡６が回動した際
にも常に保たれるものである。この作用については後述
する。

そして、前記センサ本体２は、以上の構成となる太陽光
採光装置１における前記軸７に、前記第１リンク部材10
aと平行となるように設けられる。つまり、センサ本体
２は、前記第１リンク部材10aの延長として有り、該第
１リンク部材10aと一体的に動作するものである。

第２図は前記センサ本体２を拡大して示す平面図と側面
図である。このセンサ本体２は、アーム状部材13aの先
端部に、上底面が互いに平行となる柱状部11と該柱状部
11の軸方向中央部において前記柱状部11よりも大径とな
るつば部12とを形成してなる保持体13と、この保持体13
に付設されて、受光信号を姿勢制御用コントロールユニ
ット14（第１図）へ送出する複数個の光電素子15,15,…
とから構成される。本実施例において、柱状部11は断面
円形なる円柱体、つば部12もこれに伴い断面円形なる円
盤状のものとなっている。

さらに、これらの光電素子15は、保持体13の前記柱状部
11の上面11aと底面11bとにそれぞれ設けられる第１光電
素子15aと、前記つば部12の外周面に間隔を置いて複数
個設けられる第２光電素子15bと、つば部12の一方の面1
2aに近接して前記柱状部11の外周面に間隔を置いて複数
個設けられる第３光電素子15cと、つば部12の他方の面1
2bに近接して柱状部11の外周面に間隔を置いて複数個設
けられる第４光電素子15dとからなっている。本実施例
においてこれら第２光電素子15b、第３光電素子15c、第
４光電素子15dはそれぞれ３個となっており、これらは
いずれも、つば部12および柱状部11の、前記アーム状部
材13aが延びる側と反対側に、それぞれが90°間隔とな
るように付設されている。

また、これらの光電素子15の受光方向は、前記第１光電
素子15aについては、柱状部11の軸線方向にそって互い
に相反する方向、前記第２、第３、第４光電素子15b、1
5c、15dにつては、柱状部11（つば部12）の半径方向と
なっている。そして、このような配置とされた光電素子
15を備えたセンサ本体２は、アーム状部材13aが前記軸
７に軸支されることにより該軸７廻りに回動するものと
なっているわけである。

また、前記姿勢制御用コントロールユニット14は、これ
ら光電素子15の受光量を検知することによりそれらの受
光量差を検出して、前記太陽光採光装置１の可動式反射
鏡６の角度（仰角）を変化させるものである。なお、光
電素子15としては、フォトトランジスタが好適である
が、その他に光導電セルやサーモパイル等であってもよ
い。

以下に、上記の構成なる太陽光追尾センサ２の作用につ
いて説明する。

まず、センサ本体２の柱状部11の上面11aと底面11bとに
それぞれ設けられた第１光電素子15a,15aは、互いに反
対方向に向けられていることから、太陽光Ｓに対してセ
ンサ本体２が傾斜した状態にあると、これら双方の光電
素子15aに受光量の差が生じる。すなわち、いま、セン
サ本体２の水平からの上向き角（仰角）が、太陽光Ｓの
入射角より小さい場合を想定すれば、２個の光電素子15
aのうち、柱状部11の上面11aに設けらたものの方が、底
面11bに設けられたものよりも受光量が大きいわけであ
る。この際、これら第１光電素子15a,15aの前面側には
一切の遮光体がなく、しかも両第１光電素子15a,15aは
相反する方向に向けて設けられているため、ほぼ全周囲
からの入射光を検知することができ、装置の始動時等で
センサ本体２の向きが太陽光の入光方向から大きくずれ
ているような場合にも太陽光を確実に捕捉する。このよ
うな光電素子15aにおける受光量の情報が、電気信号と
して前記コントロールユニット14へ入力される。この情
報に基づき該コントロールユニット14から図示しない前
記駆動機構へ駆動信号が出力されることにより、前記第
１光電素子15aのうち、光量をより多く受けた方の光電
素子が付設された方向にセンサ本体２が移動するよう
に、前記リンク機構８の第１リンク部材10aが駆動され
る。すなわち、第１図をもって説明すれば、センサ本体
２を上方（図において時計廻り）に移動させようとする
わけであるから、駆動機構は、第１リンク部材10aを下
方（同じく時計廻り）に回動させるわけである。第１リ
ンク部材10aが下方に回動すると、しかる動作により、
リンク機構８の作用で、可動式反射鏡６が軸７を中心に
同方向に回動するのである。

以上の操作により、可動式反射鏡６の仰角制御の粗調整
が実施される。これに続き、仰角制御の微調整が実施さ
れるが、その動作は以下の如くである。

第１光電素子15aによる上記粗調整と同時に、つば部12
の外周面に設けられた３個の第２光電素子15bのうち、
最も受光量の大きいものが一つ選択される。これは、本
センサ本体２が、軸７廻りの回動のみ、つまり仰角の変
更のみを自在とされているものであり、これによって生
ずる、仰角が太陽光Ｓの入射角と一致した場合において
も経度の違いにより太陽光Ｓが該センサ本体２の斜め方
向から照射される、といった現象に対応するためであ
る。すなわち、センサ本体２は、南の方角を向いている
ものであるから、午前中においては、３個の第２光電素
子15bのうち東側に付設されたものが選択されるであろ
うし、正午前後では南側に付設されたものが、午後には
西側に付設されたものがそれぞれ選択されるであろう。

いま仮に、これらの第２光電素子15bのうち東側のもの
（第２図（ａ）において下側のもの）の受光量が最大と
なり、これが選択されたとすると、今度は、つば部12を
挾んで、柱状部11の円周部にそれぞれ付設された第３光
電素子15cと第４光電素子15dとの光量差が比較される
が、ここで比較されるものは、これら３個ずつの第３光
電素子15cおよび第４光電素子15dのうち、東側に位置し
た２個についてとなるわけである。これは、前記第２光
電素子15bにおいて東側のものが選択されたという状況
は、すなわち、その方向より太陽光Ｓが照射されている
ことを意味するからである。

この、第３光電素子15cと第４光電素子15dとは、上記の
とおり、柱状部11の側面に付設されることによりつば部
12の外周面より引っ込んだ位置にあると共に、このつば
部12を挾んで対向する位置にあるものである。したがっ
て、センサ本体２の仰角と太陽光Ｓの入射角とが一致し
ていない状況では、前記第３光電素子15cおよび前記第
４光電素子15dのどちらか一方が、つば部12によって形
成される影内に入る状況となり、他方の光電素子との間
に大きな受光量の差が生ずる。この受光量の情報が、上
記粗調整のときと同様に、電気信号としてコントロール
ユニット14に入力され、この情報に基づき該コントロー
ルユニット14から図示しない前記駆動機構へ駆動信号が
出力されることにより、前記第３光電素子15cおよび第
４光電素子15dのうち、光量をより多く受けた方の光電
素子が付設された方向にセンサ本体２が移動するよう
に、前記リンク機構８のリンク部材10aが駆動されて、
可動式反射鏡６の仰角の微調整がなされる。

ところで、可動式反射鏡６は、リンク機構８における角
θを常時２等分するものであることは先に述べた。これ
はすなわち、上記の作用によりセンサ本体２が太陽光Ｓ
を追尾して、回動した際に、例えばその回動角がλであ
ったとすると、可動式反射鏡６はそれに伴ってλ/2だけ
回動することを意味するものである。さらに言えば、こ
れにより第３図（ａ）、第３図（ｂ）に示すように、セ
ンサ本体２が太陽光Ｓを追尾して、その仰角が太陽光Ｓ
の入射角と確実に一致している状態においては、可動式
反射鏡６による太陽光Ｓの反射光S₁の反射方向が常に一
定に、すなわち、その反射光の固定式反射鏡５への入射
角α（厳密には、斜め方向のズレがあるため、投影入射
角）が常に一定に保持されることとなり、その結果、太
陽光Ｓの導光方向（厳密には、太陽光Ｓが建築物３とな
す角）が一定となる。

このように、上記太陽光追尾センサによれば、センサ本
体２にて太陽光Ｓの入射方向を検知して、姿勢制御用コ
ントロールユニット14に信号を送出し、これによって太
陽光採光装置１の可動式反射鏡６の一軸仰角制御を行
い、太陽光Ｓが固定式反射鏡５に、常に一定の入射角α
をもって反射することによって常時一定方向の太陽光を
目的とする場所に導光できるようにしたものであるの
で、日当たりの悪い建築物３の北側屋外部には長時間に
わたり太陽光Ｓを導くことができ、陽光の確保が可能と
なる。また、ほぼ全周囲にわたる広い範囲からの入射光
を検知して作動することができる。さらに、この太陽光
追尾センサは、水平軸７廻りの回動のみ可能とされた１
軸動作をして、太陽光の高度変化（緯度変化）のみに追
従するセンサであるが、その太陽光の高度変化を検知す
るにおいては、第2,第3,第４光電素子の作用により太陽
の現在ある方向すなわち経度方向をも考慮するセンサを
実現している。これにより、受光量の差によって太陽光
の緯度方向を検知する光電素子15,15間において太陽の
経度変化に拘わらず常に感度差が大きく現われるデータ
を得ることができ、以て制御がしやすく、太陽光採光装
置１の駆動制御を確実に行なうことができる。その上、
その構成は極めて単純であり、コントロールユニット14
のプログラムにおいても、前記光電素子15の受光量の検
出および比較のみであるから極めて簡単なものであり、
しかも太陽光採光装置１の設置場所、作動開始日時等に
よりそれらプログラムを変更する必要がない。かつ、本
考案における太陽光追尾センサは、可動式反射鏡６の仰
角のみを制御する一軸制御であるから、そのプログラム
はさらに平易なものである。

なお、本考案では、前記センサ本体２を構成する柱状部
11およびつば部12をいわゆる円形状のものとしている
が、これらはこの形状に限定されるものではなく、例え
ば、断面が多角形を呈するものであってもよい。また、
センサ本体２は、常時太陽光Ｓを追尾するものではな
く、例えば、前記コントロールユニット14にタイマーを
連動させる等の手段により、断続的（例えば５分置き）
に太陽光Ｓの入射角を検出し、これに伴い、可動式反射
鏡６の仰角制御を一定時間毎に実施するようにしてもよ
い。そして、このようにすることにより、第３光電素子
と第４光電素子との受光量比較によって行う上記微調整
の段階で発生する可能性がある微細なハンチングを防止
する効果もある。

「考案の効果」 以上説明したとおり、本考案によれば、センサ本体にて
太陽光の入射方向を検知して、姿勢制御用コントロール
ユニットに信号を送出し、これによって例えば太陽光採
光装置の反射鏡の仰角制御を行い、太陽光を固定式反射
鏡に常に一定の入射角をもって反射することによって常
時一定方向の太陽光を目的とする場所に導光可能とした
ものであるので、日当たりの悪い建築物等の北側屋外部
等にも長時間にわたり太陽光を導くこと等の実現が可能
なる。その上、その構成は極めて単純であり、コントロ
ールユニットのプログラムにおいても、暦に従った経緯
度、年月日、時間等を予めインプットする必要はなく、
実地における前記光電素子の受光量の検出および比較の
みにて制御するものであるから極めて簡易なものとな
り、しかも設置場所、作動開始日時等によりそれを変更
する必要がない上、制御は、例えば可動式反射鏡の仰角
のみを変更する、といった一軸（一元）制御であるから
そのプログラムはさらに平易なものとなる。また、特に
第１光電素子によってほぼ全周囲にわたる広い範囲から
の入射光を検知することができるので、装置の始動時
等、センサ本体の向きが太陽光の照射方向と大きくずれ
ている場合でも確実に太陽光を捕捉して装置を駆動させ
ることが可能である。さらに、センサ本体は水平軸廻り
回動自在とされ太陽光の経度方向に対しては追従しない
構成でありながら、第2,第3,第４光電素子により太陽光
の経度方向をも考慮することにより最も良好な比較デー
タを得ることができ、以て制御がしやすく、微調整等も
容易に可能とし、太陽光採光装置の駆動制御を確実に行
なうことができる。等の種々の優れた効果を奏するもの
である。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本考案の実施例を示したもので、
第１図は本実施例に係る太陽光追尾センサをこれが付設
される太陽光採光装置とともにしめす側面図、第２図
（ａ）は本実施例に係る太陽光追尾センサを構成するセ
ンサ本体を示す平面図、第２図（ｂ）は同じくセンサ本
体を示す側面図。第３図は本実施例の作用を説明するも
ので、第３図（ａ）、第３図（ｂ）はともに太陽光追尾
センサを太陽光採光装置とともに模式的に示す側面図で
ある。 １……太陽光採光装置、２……センサ本体、７……軸
（水平軸）、11……柱状部、11a……上面、11b……底
面、12……つば部、12a……（つば部の）一方の面、12b
……（つば部の）他方の面、13……保持体、13a……ア
ーム状部材、14……コントロールユニット。（上記符号
２、14は太陽光追尾センサ）。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】採光すべき太陽光の高度変化のみに追従し
   て作動するように構成された太陽光採光装置に取り付け
   られて、この採光装置の姿勢制御のための信号を出力す
   る太陽光追尾センサであって、 アーム状部材の先端部に上底面が互いに平行となる柱状
   部と該柱状部の軸方向中央部において前記柱状部よりも
   大径となるつば部とを形成してなる保持体に、複数個の
   光電素子が付設されてなるセンサ本体と、前記光電素子
   からの信号に基づいて前記採光装置へ姿勢制御信号を送
   出するコントロールユニットとで構成され、 前記光電素子は、前記柱状部の上底面にそれぞれ設けら
   れる第１光電素子と、前記つば部の外周面に間隔をおい
   て複数個設けられる第２光電素子と、前記つば部の一方
   の面に接近して前記柱状部の外周面に間隔を置いて複数
   個設けられる第３光電素子と、前記つば部の他方の面に
   近接して前記柱状部の外周面に間隔を置いて複数個設け
   られる第４光電素子とからなり、少なくとも前記第３光
   電素子と前記第４光電素子は、前記つば部を挟んで対向
   する位置に設けられ、さらに、前記第１光電素子のそれ
   ぞれの受光方向が前記柱状部の軸線方向に沿って互いに
   相反する方向となる一方、前記第２、第３、第４光電素
   子の受光方向が前記柱状部の半径方向となされ、 しかも、前記センサ本体を構成する前記アーム状部材の
   基端部は、該センサ本体を前記柱状部の軸線を接線とす
   る形態に回転させるべく水平軸に回動自在に取り付けら
   れていることを特徴とする太陽光追尾センサ。