JP5209761B2

JP5209761B2 - 太陽追尾装置

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Publication number: JP5209761B2
Application number: JP2011143865A
Authority: JP
Inventors: 忠彦加藤
Original assignee: Univance Corp
Current assignee: Univance Corp
Priority date: 2011-06-29
Filing date: 2011-06-29
Publication date: 2013-06-12
Anticipated expiration: 2031-06-29
Also published as: JP2013016527A; WO2013002027A1

Description

本発明は太陽追尾装置に関し、特に、減速機およびモータの数を削減することができ、小型化および軽量化できると共に製造コストを低減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変化させ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、太陽の方位に対応させて受光部の傾きを変化させる一方の軸と、太陽の高度に対応させて受光部の傾きを変化させる他方の軸と、それら２つの軸をそれぞれ回転駆動する２つのモータと、それらモータの回転数を減じて各々の軸に出力する２つの減速機とを備えるものが知られている（特許文献１）。

特開２０１０−２５８３６９号公報

しかしながら特許文献１に開示される技術は、天球上を太陽が移動する速度に対応して２つの軸を独立して回転させるために、モータ及び高減速比の減速機が２つずつ必要となる。モータ及び減速機を２つずつ駆動させるから、装置が大型化すると共に重量が大きくなり、さらに製造コストが増加するという問題点があった。

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、モータ及び減速機の数を削減することができ、小型化および軽量化できると共に製造コストを低減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、大地に対して軸心の位置が固定されると共に、太陽の方位または高度の一方に対応して軸心の回りに回転可能に構成される第１軸と、その第１軸の回りに太陽の方位または高度の他方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軸とを備えている。モータの一方向の回転が減速機により減速されて駆動軸に伝達されると、その駆動軸から第１伝達部および第２伝達部に回転が伝達される。第１伝達部または第２伝達部の一方は、第１ワンウェイクラッチにより、第１軸または第２軸の一方に回転を伝達する。これにより、第１軸または第２軸の一方は、太陽の方位に対応して回転される。

ここで、第１軸および第２軸が回転する速度、即ち各時刻における受光部の傾きは、第１伝達部および第２伝達部の速度伝達比によって決定される。従って、太陽追尾装置の設置場所の緯度や経度に応じて第１伝達部および第２伝達部の速度伝達比を設定することで、受光部が太陽を追尾できるようにすることは可能である。しかし、第１伝達部および第２伝達部の誤差（速度伝達比の誤差）や太陽追尾装置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の傾きとの間に不一致が生じる。即ち、受光部が太陽を追尾できなくなる。

太陽を追尾するには、目標とする回転位置にない第１軸または第２軸の回転位置を補正する必要がある。そのような場合にモータが他方向に回転駆動され、モータの他方向の回転が駆動軸に伝達されると、駆動軸から第１伝達部および第２伝達部に回転が伝達される。第１伝達部または第２伝達部の一方は、第１ワンウェイクラッチにより、第１軸または第２軸の一方への回転の伝達を遮断し、第１伝達部または第２伝達部の他方は第１軸または第２軸の他方に回転を伝達する。これにより第１軸または第２軸の一方を回転させることなく、第１軸または第２軸の他方を回転させることができ、天球上の太陽の位置と受光部の傾きとの間の不一致を解消できる。その結果、受光部に太陽を追尾させることができる。

以上のように、２つのモータ及び減速機により第１軸および第２軸を独立して回転させなくても、１つずつのモータ及び減速機により第１軸および第２軸を回転させて太陽を追尾できるので、モータ及び減速機の数を削減することができる。その結果、太陽追尾装置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第１ワンウェイクラッチとの差分だけ製造コストを低減できる効果がある。

また、太陽追尾装置の設置場所ごとに第１伝達部および第２伝達部の速度伝達比を個別に設定する必要がなくなるので、第１伝達部および第２伝達部の部品の共通化を図ることができる効果がある。

なお、第１軸または第２軸の回転位置を補正する順序を限定するものではないので、初めにモータを他方向に回転して第１軸または第２軸の他方を回転させ、次にモータを一方向に回転して第１軸または第２軸の一方を回転させるようにすることは可能である。

また、モータの一方向の回転により受光部の傾きが変化する速度は、第１ワンウェイクラッチを介して回転が伝達される第１軸または第２軸の一方の回りの速度成分が、第１軸または第２軸の他方の回りの速度成分より小さく設定されている。そのため、モータを一方向に回転させて第１軸または第２軸の一方を太陽の方位に合致させ、受光部の傾きを太陽の方位に対応させると、第１軸または第２軸の他方については、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。

そこで、その先行分を調整するように、モータを他方向に回転して第１軸または第２軸の他方にモータの他方向の回転を伝達すると、第１軸または第２軸の他方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。なお、第１軸または第２軸の一方は、第１ワンウェイクラッチによりモータの他方向の回転が遮断されるので、太陽の方位に合致した状態が維持される。

これに対し、第１ワンウェイクラッチを介してモータの一方向の回転が伝達される第１軸または第２軸の一方の回りの速度成分が、第１軸または第２軸の他方の回りの速度成分より大きく設定されている場合は、モータを一方向に回転して第１軸または第２軸の一方を太陽の方位に合致させると、第１軸または第２軸の他方については、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、モータを他方向に回転して第１軸または第２軸の他方を約３６０°回転させなければならず、この調整に長時間を要する。また、モータを他方向に回転している間は、第１軸または第２軸の一方を回転させることができないので、太陽を追尾する精度が低下する。太陽追尾装置によれば、これを防止することができ、第１軸または第２軸の他方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効果がある。なお、第１軸または第２軸の回転位置を補正する順序を限定するものではない。

また、第１ワンウェイクラッチは、太陽の方位に対応して回転するように設定される第１軸または第２軸に回転を伝達するように配設されているので、太陽を追尾するときに、第１ワンウェイクラッチが配設された第１軸または第２軸を常に太陽の方位に対応させることができる。

ここで、日の出から日の入りまでの太陽の天球上の位置を考えると、方位角は漸次増加する一方、高度角は日の出からある時間までは漸次増加するものの、その後は日の入りまで漸次減少する。第１ワンウェイクラッチが配設された第１軸または第２軸を、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、その第１軸または第２軸を他方向に戻す必要が生じる。しかし、第１軸または第２軸は、第１ワンウェイクラッチによりモータの他方向の回転の伝達が遮断されているので、第１軸または第２軸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。この約３６０°の回転に長時間を要し、この間の受光部の傾きは太陽に対応していないため、太陽を追尾する精度が低下する。

これに対し、第１ワンウェイクラッチが配設された第１軸または第２軸を太陽の方位に対して回転するように設定することで、第１軸または第２軸を日の出から日の入りまで一方向に回転させれば良く、他方向に戻す必要をなくすことができる。その結果、太陽を追尾する精度を向上できる効果がある。

請求項２記載の太陽追尾装置によれば、第１ワンウェイクラッチを備える第１伝達部または第２伝達部は、第１軸または第２軸からの荷重の入力により駆動軸が回転不能に設定されているので、請求項１の効果に加え、機械的または電気的なブレーキ機構を設けなくても、風力等により受光部の傾きが変化することを防止できる効果がある。

請求項３記載の太陽追尾装置によれば、大地に対して軸心の位置が固定されると共に、太陽の方位に対応して軸心の回りに回転可能に構成される第１軸と、その第１軸の回りに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軸とを備えている。モータの一方向の回転が減速機により減速されて第２軸に伝達されると、伝達部により、第２軸から第１軸に回転が伝達される。伝達部は、ワンウェイクラッチにより、第１軸に回転を伝達する。これにより、第１軸は太陽の方位に対応して回転され、第２軸は太陽の高度に対応して回転される。

ここで、第１軸および第２軸が回転する速度、即ち各時刻における受光部の傾きは、伝達部の速度伝達比によって決定される。従って、太陽追尾装置の設置場所の緯度や経度に応じて伝達部の速度伝達比を設定することで、受光部が太陽を追尾できるようにすることは可能である。しかし、伝達部の誤差（速度伝達比の誤差）や太陽追尾装置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の傾きとの間に不一致が生じる。即ち、受光部が太陽を追尾できなくなる。

太陽を追尾するには、目標とする回転位置にない第１軸または第２軸の回転位置を補正する必要がある。そのような場合にモータが他方向に回転駆動される。モータの他方向の回転が第２軸に伝達されると、伝達部は、ワンウェイクラッチにより第１軸への回転の伝達を遮断する。これにより第１軸を回転させることなく、第２軸を回転させることができ、天球上の太陽の位置と受光部の傾きとの間の不一致を解消できる。その結果、受光部に太陽を追尾させることができる。

また、モータの一方向の回転により受光部の傾きが変化する速度は、ワンウェイクラッチを介して回転が伝達される第１軸の回りの速度成分が、第２軸の回りの速度成分より小さく設定されている。そのため、モータを一方向に回転させて第１軸を太陽の方位に合致させ、受光部の傾きを太陽の方位に対応させると、第２軸については、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、モータを他方向に回転して第２軸にモータの他方向の回転を伝達すると、第２軸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。なお、第１軸は、ワンウェイクラッチによりモータの他方向の回転が遮断されるので、太陽の方位に合致した状態が維持される。
以上のように、２つのモータ及び減速機により第１軸および第２軸を独立して駆動させなくても、１つずつのモータ及び減速機により第１軸および第２軸を駆動させて太陽を追尾できるので、太陽追尾装置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との差分だけ製造コストを低減できる効果がある。

また、太陽追尾装置の設置場所ごとに伝達部の速度伝達比を個別に設定する必要がなくなるので、伝達部の部品の共通化を図ることができる効果がある。

なお、第１軸または第２軸の回転位置を補正する順序を限定するものではないので、初めにモータを他方向に回転して第２軸を回転させ、次にモータを一方向に回転して第１軸および第２軸を回転させるようにすることは可能である。

請求項４記載の太陽追尾装置によれば、ワンウェイクラッチを備える伝達部は、第１軸からの荷重の入力により第２軸が回転不能に設定されているので、請求項３記載の効果に加え、機械的または電気的なブレーキ機構を設けなくても、風力等により受光部の傾きが変化することを防止できる効果がある。

（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２実施の形態における太陽追尾装置において、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３実施の形態における太陽追尾装置において、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４実施の形態における太陽追尾装置において、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。第５実施の形態における太陽追尾装置の斜視図である。

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。

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は台部２（図１（ａ）参照）に立設されて軸心Ｏの位置が軸受（図示せず）等により固定されると共に、軸心Ｏの回りに回転可能に構成されている。

モータ４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（第１ワンウェイクラッチ１１）と、その第１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。

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。

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では第１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）。なお、このロック又はフリーを示すハッチング又は白抜きは、図３から図５において同じである。

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（専用部品化する）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では第１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、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第１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（専用部品化）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は第１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、第１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、第１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７）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２実施の形態について説明する。第１実施の形態では、駆動軸６から第１軸７に動力を伝達する第１伝達部１０が第１ワンウェイクラッチ１１を備え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、駆動軸６から第２軸８に動力を伝達する第２伝達部１２０が第１ワンウェイクラッチ１２１を備える場合について説明する。なお、第２実施の形態において、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３（ａ）は第２実施の形態における太陽追尾装置１０１において、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１０１のスケルトン図であり、図３（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１０１のスケルトン図である。

図３（ａ）に示すように、第１伝達部１１０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１軸７に伝達する部材である。本実施の形態では、第１伝達部１１０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１１１と、ウォーム１１１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１１２とを備えている。

第２伝達部１２０は、駆動軸６の一方向の回転を第２軸８に伝達する一方、駆動軸６の他方向の回転の第２軸８への伝達を遮断する部材である。本実施の形態では、第２伝達部１２０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（第１ワンウェイクラッチ１２１）と、その第１ワンウェイクラッチ１２１の外周に形設されたウォーム１２２と、ウォーム１２２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１２３とを備えている。以上のように太陽追尾装置１０１は構成されているので、モータ４の一方向の回転は第１伝達部１１０及び第２伝達部１２０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１伝達部１１０により第１軸７に伝達される。

なお、モータ４の一方向の回転による第１伝達部１１０及び第２伝達部１２０の速度伝達比は、駆動軸６の１回転当たりにおける第１軸７の回転数が第２軸８の回転数より大きくなるように設定されている。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。

図３（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、第２伝達部１２０では第１ワンウェイクラッチ１２１のスプラグ１２１ａがロックし、ウォーム１２２が一方向に回転する。また、第１伝達部１１０においてもウォーム１１１が一方向に回転する。

ウォーム１１１，１２２が一方向に回転することにより、図３（ｂ）に示すように、ウォーム１１１，１２２にそれぞれ噛み合うウォームホイール１１２，１２３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。モータ４の一方向の回転による第１伝達部１１０及び第２伝達部１２０の速度伝達比は、駆動軸６の１回転当たりにおける第１軸７の回転速度が第２軸８の回転速度より大きくなるように設定されているので、受光部９の高度方向の傾きが太陽の高度に対応している場合に、受光部９の方位方向の傾きは、天球上の太陽の方位より先行する。

これを解消するため、図３（ｃ）に示すようにモータ４を他方向に回転駆動する。図３（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３（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３（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、第２伝達部１２０では第１ワンウェイクラッチ１２１のスプラグ１２１ａのロックが解除され、ウォーム１２２への動力の伝達が遮断される。また、第１伝達部１１０では、ウォーム１１１が他方向に回転する。

ウォーム１１１が他方向に回転することにより、図３（ｄ）に示すように、ウォーム１１１に噛み合うウォームホイール１１２が他方向に回転する。その結果、第２軸８の高度方向の回転が停止され、第１軸７が方位方向の他方向に回転されるので、受光部９の方位方向の傾きを、太陽の方位に対応させることができる。その結果、受光部９に太陽を追尾させることができる。

また、第１ワンウェイクラッチ１２１を備える第２伝達部１２０は、第２軸８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１２３（第２軸８）からウォーム１２２（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１２３からウォーム１２２を回転させるときの第２伝達部１２０の伝達効率が０又は負に設定されている。これにより、風力等によって受光部９の傾きが変化することを防止でき、太陽の追尾精度を向上できる。

なお、第１伝達部１１０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１２２（第１軸７）からウォーム１１１（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１２２からウォーム１１１を回転不能にすることも可能である。

次に図４を参照して、第３実施の形態について説明する。第１実施の形態および第２実施の形態では、第１伝達部１０，１１０又は第２伝達部２０，１２０の一方がワンウェイクラッチ（第１ワンウェイクラッチ１１，１２１）を備える場合について説明した。これに対し第３実施の形態では、第１伝達部２１０及び第２伝達部２２０の両方がワンウェイクラッチを備える場合について説明する。なお、第３実施の形態において、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４（ａ）は第３実施の形態における太陽追尾装置２０１において、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２０１のスケルトン図であり、図４（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２０１のスケルトン図である。

図４（ａ）に示すように、第１伝達部２１０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２１０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（第１ワンウェイクラッチ２１１）と、その第１ワンウェイクラッチ２１１の外周に形設されたウォーム２１２と、ウォーム２１２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２１３とを備えている。

第２伝達部２２０は、駆動軸６の他方向の回転を第２軸８に伝達する一方、駆動軸６の一方向の回転の第２軸８への伝達を遮断する部材である。本実施の形態では、第２伝達部２２０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（第２ワンウェイクラッチ２２１）と、その第２ワンウェイクラッチ２２１の外周に形設されたウォーム２２２と、ウォーム２２２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２２３とを備えている。

以上のように太陽追尾装置２０１は構成されているので、モータ４の一方向の回転は第１伝達部２１０により第１軸７に伝達され、モータ４の他方向の回転は第２伝達部２２０により第２軸８に伝達される。

図４（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、第１伝達部２１０では第１ワンウェイクラッチ２１１のスプラグ２１１ａがロックし、ウォーム２１２が一方向に回転する。一方、第２伝達部２２０では第２ワンウェイクラッチ２２１のスプラグ２２１ａのロックが解除され、ウォーム２２２は駆動されない。

ウォーム２１２が一方向に回転することにより、図４（ｂ）に示すように、ウォーム２１２に噛み合うウォームホイール２１３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、受光部９の方位方向の傾きを太陽の方位に対応させることができる。

また、図４（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、第２伝達部２２０では第２ワンウェイクラッチ２２１のスプラグ２２１ａがロックし、ウォーム２２２が他方向に回転する。一方、第１伝達部２１０では第１ワンウェイクラッチ２１１のスプラグ２１１ａのロックが解除され、ウォーム２１２は駆動されない。

ウォーム２２２が他方向に回転することにより、図４（ｄ）に示すように、ウォーム２２２に噛み合うウォームホイール２２３が他方向に回転する。その結果、第２軸８は高度方向に回転し、受光部９の高度方向の傾きを太陽の高度に対応させることができる。以上のように、モータ４を一方向または他方向に回転させることによって、第１ワンウェイクラッチ２１１及び第２ワンウェイクラッチ２２１により第１軸７と第２軸８とを独立して回転できるので、太陽を追尾するためのモータ４の回転制御を簡素化できる。

また、第１ワンウェイクラッチ２１１を備える第１伝達部２１０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２１３（第１軸７）からウォーム２１２（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２１３からウォーム２１２を回転させるときの第１伝達部２１０の伝達効率が０又は負に設定されている。

また、第２ワンウェイクラッチ２２１を備える第２伝達部２２０は、第２軸８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２２３（第２軸８）からウォーム２２２（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２２３からウォーム２２２を回転させるときの第２伝達部２２０の伝達効率が０又は負に設定されている。第１伝達部２１０及び第２伝達部２２０を以上のように設定することにより、風力等によって受光部９の傾きが変化することを防止でき、太陽の追尾精度を向上できる。

次に図５を参照して、第４実施の形態について説明する。第１実施の形態から第３実施の形態では、減速機５が駆動軸６にモータ４の回転を出力する場合について説明した。これに対し、第４実施の形態では駆動軸６を省略し、減速機５が第２軸３０８にモータ４の回転を出力する場合について説明する。なお、第４実施の形態において、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５（ａ）は第４実施の形態における太陽追尾装置３０１において、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３０１のスケルトン図であり、図５（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３０１のスケルトン図である。図５（ａ）に示すように、第２軸３０８は減速機５の出力により回転される部材であり、第１軸７に直交するように配置され、伝達部３１０及び受光部９が配設されている。

伝達部３１０は、第２軸３０８の一方向の回転を第１軸７に伝達する一方、第２軸３０８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、伝達部３１０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、第２軸３０８に配設されたワンウェイクラッチ３１１と、そのワンウェイクラッチ３１１の外周に形設されたウォーム３１２と、ウォーム３１２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３１３とを備えている。

以上のように太陽追尾装置３０１は構成されているので、モータ４の一方向および他方向の回転は第２軸３０８より受光部９に伝達される。また伝達部３１０により、モータ４の一方向の回転は第１軸７に伝達される。なお、伝達部３１０の速度伝達比は、モータ４の一方向の回転において、第２軸３０８の回転速度が第１軸７の回転速度より大きくなるように設定されている。

図５（ａ）に示すように、モータ４を一方向に回転すると第２軸３０８が一方向に回転し、伝達部３１０ではワンウェイクラッチ３１１のスプラグ３１１ａがロックし、ウォーム３１２が一方向に回転する。また、第２軸３０８の回転に伴い、受光部９の高度方向における傾きが変化する。

ウォーム３１２が一方向に回転することにより、図５（ｂ）に示すように、ウォーム３１２に噛み合うウォームホイール３１３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、受光部９の方位方向における傾きが変化する。モータ４の一方向の回転による伝達部３１０の速度伝達比は、第２軸３０８の回転速度が第１軸７の回転速度より大きくなるように設定されているので、受光部９の方位方向の傾きが太陽の方位に対応している場合に、受光部９の高度方向の傾きは太陽の高度より先行する。

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２軸３０８の回転位置を補正する必要がある。そのような場合に、図５（ｃ）に示すようにモータ４を他方向に回転駆動する。図５（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３０１のスケルトン図であり、図５（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３０１のスケルトン図である。

図５（ｃ）に示すように、モータ４を他方向に回転すると第２軸３０８が他方向に回転し、伝達部３１０ではワンウェイクラッチ３１１のスプラグ３１１ａのロックが解除され、ウォーム３１２への動力の伝達が遮断される。また、第２軸３０８の他方向の回転により、受光部９の高度方向における傾きが変化する。その結果、受光部９の高度方向の傾きを変化させ、太陽の高度に対応させることができる。

第４実施の形態における太陽追尾装置３０１においても、モータ４及び減速機５により第１軸７及び第２軸３０８を駆動させて太陽を追尾できるので、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３０１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３１１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３０１の設置場所ごとに伝達部３１０の速度伝達比を個別に設定（専用部品化）する必要がないので、伝達部３１０の部品の共通化を図ることができる。

また、ワンウェイクラッチ３１１を備える伝達部３１０は、第１軸７からの荷重の入力により第２軸３０８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３１３（第１軸７）からウォーム３１２（第２軸３０８）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３１３からウォーム３１２を回転させるときの伝達効率が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の回りを第２軸３０８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軸３０８は、モータ４や減速機５のフリクションを利用して、風力等の外力が加わっても回転不能にできる。

次に図６を参照して、第５実施の形態について説明する。第１実施の形態から第４実施の形態では、第１軸７が台部２に立設される場合について説明した。これに対し第５実施の形態では、第１軸４０７が台部４０２に横設される場合について説明する。なお、第５実施の形態において、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は第５実施の形態における太陽追尾装置４０１の斜視図である。なお図６では、モータ４、減速機５及び駆動軸６の図示を省略している。

図６に示すように、太陽追尾装置４０１は、大地に対して固定される台部４０２と、その台部４０２に軸支されつつ横設される第１軸４０７と、その第１軸４０７に固定され第１軸４０７の回転に伴い揺動される略コ字状のフレーム４０３と、そのフレーム４０３に軸支されると共に受光部９が固定される第２軸４０８とを備えている。第１軸４０７及び第２軸４０８は駆動軸（図示せず）に連係されており、駆動軸は図示しないモータ及び減速機の出力により回転されるように構成され、第１軸４０７及び第２軸４０８の回転により受光部９の傾きが変化される。太陽追尾装置４０１は、第１軸４０７が横設されており第２軸４０８がフレーム３０４に支持されているので、台部４０２の直上に受光部９を設けることができる。そのため受光部９の面積を大きくすることができる。

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伝達部１０，１１０，２１０、第２伝達部２０，１２０，２２０及び伝達部３１０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、第１軸７，４０７に対して第２軸３０８，４０８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１０，１１０，２１０、第２伝達部２０，１２０，２２０及び伝達部３１０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（第１ワンウェイクラッチ１１，１２１，２１１、第２ワンウェイクラッチ２２１及びワンウェイクラッチ３１１）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、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。

上記各実施の形態では、第１軸７が鉛直方向に配置される場合（大地に対して略直交）、第１軸４０７が水平方向に配置される場合（大地に対して略平行）について説明したが、必ずしもこれらに限られるものではなく、第１軸７，４０７を大地に対して斜交させて配置することは当然可能である。この場合も第１軸７，４０７と第２軸８，３０８，４０８とを連係させて、受光部９の傾きを変化させることができる。

上記各実施の形態では、受光部９の傾きを補正するときは、初めに第１ワンウェイクラッチ１１，１２１，２１１又はワンウェイクラッチ３１１がロックする方向にモータ４を回転させて、次に第１ワンウェイクラッチ１１，１２１，２１１又はワンウェイクラッチ３１１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。初めに第１ワンウェイクラッチ１１，１２１，２１１又はワンウェイクラッチ３１１がフリーとなる方向にモータ４を回転させて、次に第１ワンウェイクラッチ１１，１２１，２１１又はワンウェイクラッチ３１１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。

１，１０１，２０１，３０１，４０１太陽追尾装置
４モータ
５減速機
６駆動軸
７，４０７第１軸
８，３０８，４０８第２軸
９受光部
１０，１１０，２１０第１伝達部
２０，１２０，２２０第２伝達部
１１，１２１，２１１第１ワンウェイクラッチ
２２１第２ワンウェイクラッチ
３１０伝達部
３１１ワンウェイクラッチ

Claims

大地に対して軸心の位置が固定されると共に、太陽の方位または高度の一方に対応して前記軸心の回りに回転可能に構成される第１軸と、
その第１軸の回りに太陽の方位または高度の他方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、
一方向および他方向の回転を出力可能なモータと、
そのモータの回転数を減じて出力する減速機と、
その減速機の回転が伝達される駆動軸と、
その駆動軸から前記第１軸に回転を伝達する第１伝達部および前記駆動軸から前記第２軸に回転を伝達する第２伝達部とを備え、
前記第１伝達部または前記第２伝達部の一方は、
前記第１軸または前記第２軸の一方に前記モータの一方向の回転を伝達する一方、前記第１軸または前記第２軸の一方への前記モータの他方向の回転の伝達を遮断する第１ワンウェイクラッチを備え、
その第１ワンウェイクラッチは、太陽の方位に対応して回転するように設定される前記第１軸または前記第２軸の一方に回転を伝達するように配設され、
前記第１伝達部または前記第２伝達部の他方は、
前記第１軸または前記第２軸の他方に前記モータの一方向および他方向の回転を伝達し、
前記モータの一方向の回転により前記受光部の傾きが変化する速度は、前記第１ワンウェイクラッチを介して回転が伝達される前記第１軸または前記第２軸の一方の回りの速度成分が、前記第１軸または前記第２軸の他方の回りの速度成分より小さく設定されていることを特徴とする太陽追尾装置。
前記第１ワンウェイクラッチを備える前記第１伝達部または前記第２伝達部は、前記第１軸または前記第２軸からの荷重の入力により前記駆動軸が回転不能に設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。
大地に対して軸心の位置が固定されると共に、太陽の方位に対応して前記軸心の回りに回転可能に構成される第１軸と、
その第１軸の回りに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、
一方向および他方向の回転を出力可能なモータと、
そのモータの回転数を減じて前記第２軸に出力する減速機と、
前記第２軸から前記第１軸に回転を伝達する伝達部とを備え、
その伝達部は、前記モータの一方向の回転を前記第１軸に伝達する一方、前記モータの他方向の回転の前記第１軸への伝達を遮断するワンウェイクラッチを備え、
前記モータの一方向の回転により前記受光部の傾きが変化する速度は、前記ワンウェイクラッチを介して回転が伝達される前記第１軸の回りの速度成分が、前記第２軸の回りの速度成分より小さく設定されていることを特徴とする太陽追尾装置。
前記ワンウェイクラッチを備える前記伝達部は、前記第１軸からの荷重の入力により前記第２軸が回転不能に設定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。