JPH0792699B2 - 太陽光集光装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、太陽光集光装置に関するものである。

［従来の技術］ 近年、日当たりの悪い場所の日照を改善したり、ビル等
の建物の内部を太陽光による自然な明るさに保つため
に、各種の集光装置を使用して太陽光を取り入れる試み
が行われており、一部が実用されている。

この種の集光装置は、一般に、レンズで太陽光を集光
し、それを光ファイバーで受光して所定の場所に導くよ
うに構成されているが、太陽の位置は時間と共に刻々と
変化するため、集光を確実に且つ効率良く行うために
は、太陽の位置に追随してレンズの向きを刻々と調整す
る必要があり、しかも、季節によっても太陽の移動方向
は異なるため、あらゆる方向にレンズの向きを調整でき
るようになっていることが必要であり、そのため方向制
御が面倒で装置も複雑であった。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明の課題は、太陽の移動に追随してレンズの向きを
簡単且つ正確に制御することができる集光装置を提供す
ることにある。

［課題を解決するための手段］ 上記課題を解決するため、本発明の太陽光集光装置は、
支持フレームに、太陽光を集光する集光レンズと集光し
た太陽光を受光する光ファイバーの受光端とを支持させ
てなる傾動自在の集光ヘッド；回転操作用の摘みを備え
た螺子棒と、該螺子棒が螺挿するボールナットとからな
り、集光ヘッドの複数箇所において、螺子棒が支持フレ
ーム側に回転自在に取り付けられると共に、ボールナッ
トが集光レンズ側に螺子棒と一緒に回転はしないが該集
光レンズに対しては傾動自在なるように取り付けられて
いる、集光レンズの傾き及び光軸方向の位置を調節する
ための調節機構；上記集光ヘッドの向きを調節する調節
手段；直立する軸棒と該軸棒の回りに配設された複数の
受光素子とを備えていて、上記軸棒を集光レンズの光軸
と平行に向けて集光ヘッドに取り付けられ、上記軸棒が
いずれの受光素子に投射する太陽光を遮蔽するかによっ
て太陽の位置を検出する位置センサ；上記位置センサで
検出された太陽の位置に応じて調節手段を制御する制御
装置；を有することを特徴とするものである。

［作 用］ 太陽が移動して集光レンズの光軸から外れると、位置セ
ンサにおいて、軸棒の影が何れかの受光素子上に延びて
該受光素子の受光量が減少するため、太陽の位置が検出
され、制御装置で調節手段が制御されることにより、太
陽が光軸上に位置するように集光ヘッドの向きが調節さ
れる。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を図面を参照しながら詳細に説明
する。

第１図において、１は集光ヘッドであって、該集光ヘッ
ド１は、溝形に折曲された支持フレーム２に、太陽光を
集光するフレネルレンズ等からなる集光レンズ３と、集
光した太陽光を受光する光ファイバー４の受光端4aと
を、それらの光軸５を一致させた状態で支持させると共
に、太陽の位置を検出する位置センサ６を取り付けたも
ので、上記支持フレーム２が調節手段７の支軸８によっ
て任意の向きに傾動自在に支持され、該調節手段７は、
上記位置センサ６からの太陽位置検出信号により該調節
手段７を制御する制御装置９に接続されている。

上記集光レンズ３は、複数箇所に設けた調節機構10によ
ってその傾きと光軸５方向の位置とを調節できるように
なっている。即ち、第２図に詳細に示すように、支持フ
レーム２に固定されたリング枠11上の複数箇所には、回
転操作用の摘み12aを備えた螺子棒12が回転自在に立設
され、一方、集光レンズ３を支持するレンズ枠13には、
上記螺子棒12との対応位置に、螺子孔14aを備えた球状
のボールナット14が、螺子孔14aと一緒に回転はしない
がレンズ枠13に対しては傾動自在なるように取り付けら
れ、該ボールナット14に上記螺子棒12が螺挿されてお
り、摘み12aを操作して螺子棒12を回転させることによ
り、その位置で集光レンズ３が上下動して向きと光軸方
向位置とが調節されるようになっている。

なお、上記位置センサ６は、集光ヘッド１の支持フレー
ム２側又は集光レンズ３側のいずれに取り付けても良
い。

上記調節手段７は、第７図において、支軸８を矢印ａの
ように回転させることにより集光ヘッド１を左右方向に
傾動させる横傾動モータ15aと、支軸８を矢印ｂのよう
に上下動させることにより集光ヘッド１を上下方向に傾
動させる縦傾動モータ15bとを備え、これらのモータ15
a、,15bで支軸８を２方向へ傾動させることにより、集
光ヘッド１の向きを太陽の位置に応じてあらゆる方向に
調節し得るように構成したものである。

また、上記位置センサ６は、第３図及び第４図に示すよ
うに、直立する軸棒16と、該軸棒16の回りに配設された
第１〜第４の受光素子17a〜17dとを備え、第３図に斜線
で示すように、太陽が軸棒16の軸線から外れて斜め上方
に位置する場合に、該軸棒16の影が何れかの受光素子上
に延びて該受光素子の受光量が変化することを利用して
太陽の位置を検出するもので、該軸棒16の軸線を集光レ
ンズ３の光軸５と平行に向けて集光ヘッド１に取り付け
られている。

上記制御装置９は、第５図に示すように、各受光素子17
a〜17dからの受光信号に基づいて２つのモータ15a,15b
の駆動信号を出力する論理回路18と、論理回路18からの
駆動信号に基づいて上記モータ15a,15bを駆動する駆動
回路19とからなるもので、上記論理回路18は、受光素子
17a〜17dに対応する複数のコンパレータ20a〜20dと、第
１及び第２のオア回路21a,21bと、コンパレータ20a〜20
dと同数のアンド回路22a〜22dとで構成されている。第
１〜第４のコンパレータ20a〜20dは、それぞれ２つの入
力端子の一方が受光素子17a〜17dに接続されると共に、
他方が可変抵抗器Ｒを介して基準値設定用の電源Ｖに接
続され、第１のオア回路21aは、一方の入力端子が第１
のコンパレータ20aの出力端子と第１のアンド回路22aの
一方の入力端子とに接続されると共に、他方の入力端子
が第２のコンパレータ20bの出力端子と第２のアンド回
路22bの一方の入力端子とに接続され、該第１のオア回
路21aの出力端子は、第１及び第２のアンド回路22a及び
22bの残りの入力端子に接続されており、また、第２の
オア回路21bは、一方の入力端子が第３のコンパレータ2
0cの出力端子と第３のアンド回路22cの一方の入力端子
とに接続されると共に、他方の入力端子が第４のコンパ
レータ20dの出力端子と第４のアンド回路22dの一方の入
力端子とに接続され、該第２のオア回路21bの出力端子
は、第３及び第４のアンド回路22c及び22dの残りの入力
端子に接続されており、第１及び第２のアンド回路22a
及び22bからは横傾動モータ15aの駆動信号が駆動回路19
に出力され、第３及び第４のアンド回路22c及び22dから
は縦傾動モータ15bの駆動信号が駆動回路19に出力さ
れ、これらの信号により次のようにして集光ヘッド１の
傾きが制御されるようになっている。

即ち、第５図において、太陽が光軸５上従って棒軸16の
軸線上にあって、各受光素子17a〜17dが均等に太陽光を
受光している状態から、太陽が移動して第１の受光素子
17aが軸棒16の陰になり、投射光が遮られその受光信号
がコンパレータの基準値より小さくなると、第１のコン
パレータ20a及び第１のオア回路21aの出力レベレが
「１」となるため、第１のアンド回路22aから駆動回路1
9に横傾動モータ15aの駆動信号が出力され、該横傾動モ
ータ15aにより支軸８が正方向に回転して集光ヘッド１
が太陽の方向に傾動し、太陽が光軸５上に復帰して駆動
信号が零になるまでその傾きが制御される。

これとは逆に、第２の受光素子17bへの投射光が軸棒16
で遮られる方向に太陽が移動した場合には、第２のアン
ド回路22bからの駆動信号により横傾動モータ15a及び支
軸８が逆方向に回転し、集光レンズ３の光軸５が太陽を
指すように集光ヘッド１の傾きが制御される。

また、第３又は第４の受光素子17c,17dへの投射光が軸
棒16で遮られる方向に太陽が移動した場合には、第３又
は第４のアンド回路22c,22dから出力される駆動信号に
より縦傾動モータ15bが駆動し、支軸８が上下方向に傾
動して集光ヘッド１の傾きが太陽の位置に合わせて調整
される。

更に、太陽が斜めに移動することにより２つの受光素子
への投射光が遮蔽されると、２つのモータ15a,15bが駆
動して集光ヘッド１が縦及び横方向に複合的に方向調整
される。即ち、例えば第１及び第３の２つの受光素子17
a,17cへの投射光が軸棒16に遮られると、第１及び第３
のコンパレータ20a,20cと第１及び第２のオア回路21a,2
1bの出力レベルが共に「１」となるため、第１及び第３
のアンド回路22a,22cから駆動信号が出力され、２つの
モータ15a,15bが駆動して支軸８が縦方向及び横方向に
それぞれ傾動し、それらを複合した方向に集光ヘッド１
の傾きが調整される。

上記各受光素子17a〜17dは太陽電池によって構成するの
が望ましく、これにより、該受光素子17a〜17dをモータ
駆動用の電源として兼用することができる。この場合、
各太陽電池で発生した電気エネルギーを一旦バッテリー
に溜め、このバッテリーからモータに供給するようにし
ておくのが望ましい。

なお、上記実施例では、４つの受光素子17a〜17dを用い
る場合について説明したが、それ以上の受光素子を使用
しても良い。

また、集光レンズ３や受光素子17a〜17d及び光ファイバ
ー４を支持する機構、それらを方向調整するための機
構、制御装置９の構成等は、上記実施例に限定されるも
のではなく、その他の適宜構成のものを採用し得ること
は勿論である。

［発明の効果］ このように本発明によれば、太陽の位置を検出する位置
センサを集光ヘッドに取り付けたので、太陽がどの方向
に移動しても位置センサによりその位置を検出し、集光
装置の向きを太陽に追随して確実に調節することができ
る。

また、上記位置センサは、直立する軸棒の回りに複数の
受光素子を配設し、上記軸棒がいずれの受光素子に投射
する太陽光を遮蔽するかによって太陽の位置を検出する
ものであるため、その構成が非常に簡単で測定精度も良
く、しかも、集光レンズ系とは独立するものとして構成
することができるばかりでなく、集光ヘッドの任意の位
置にレンズ系とは無関係に取り付けることができ、従っ
て、製造や取り付けが簡単である等の利点がある。

更に、集光レンズの傾き及び光軸方向の位置を調節可能
としたので、集光装置を組み立てて設置する場合や設置
したあと、あるいは移動式の集光装置を他の場所に移動
させて使用するような場合等に、集光レンズと光ファイ
バーとの光軸のずれや焦点距離のずれ等を簡単且つ確実
に調整することができる。しかも、その調節機構が、支
持フレーム側に取り付けられた螺子棒を、集光レンズ側
に傾動自在に取り付けられたボールナットに螺挿した構
成であるため、複数の調節機構を順番に操作してしてい
く過程で、いずれか一か所の調節機構の位置で集光レン
ズを上下動させることにより該集光レンズが傾斜した状
態になっても、それに応じたボールナットの傾動により
該ボールナットと螺子棒とが常に一定の正しい螺合角度
を保つことができ、このため、雄螺子と雌螺子との間の
螺合角度の変動による螺回抵抗の増大等を生じることな
く、何れの位置の螺子棒も常に円滑に回転操作すること
ができ、この結果、集光レンズの傾斜や一つの螺子棒の
調節量の大小等に関係なく上記調整作業を簡単且つ確実
に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の集光装置の一実施例を概略的に示す側
断面図、第２図はその要部拡大断面図、第３図は位置セ
ンサの側断面図、第４図は同平面図、第５図は制御系の
接続図である。 １……集光ヘッド、３……集光レンズ、 ４……光ファイバー、4a……受光端、 ６……位置センサ、７……調節手段、 ９……制御装置、16……軸棒、 17a,17b,17c,17d……受光素子。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】支持フレームに、太陽光を集光する集光レ
   ンズと集光した太陽光を受光する光ファイバーの受光端
   とを支持させてなる傾動自在の集光ヘッド； 回転操作用の摘みを備えた螺子棒と、該螺子棒が螺挿す
   るボールナットとからなり、集光ヘッドの複数箇所にお
   いて、螺子棒が支持フレーム側に回転自在に取り付けら
   れると共に、ボールナットが集光レンズ側に螺子棒と一
   緒に回転はしないが該集光レンズに対しては傾動自在な
   るように取り付けられている、集光レンズの傾き及び光
   軸方向の位置を調節するための調節機構； 上記集光ヘッドの向きを調節する調節手段； 直立する軸棒と該軸棒の回りに配設された複数の受光素
   子とを備えていて、上記軸棒を集光レンズの光軸と平行
   に向けて集光ヘッドに取り付けられ、上記軸棒がいずれ
   の受光素子に投射する太陽光を遮蔽するかによって太陽
   の位置を検出する位置センサ； 上記位置センサで検出された太陽の位置に応じて調節手
   段を制御する制御装置； を有することを特徴とする太陽光集光装置。