(57)【要約】【課題】収差の発生を防止でき全体サイズの大型化が可能なマルチミラー型のヘリオスタットを提供する。【解決手段】ミラー２をフレーム９に対して三点支持し、そのうちの一点を支点Ａとしてフレーム９に支持し、他の二点を可動点Ｂ、Ｃとして電動伸縮手段１６を介してフレーム９に支持した。各可動点Ｂ、Ｃにおけるミラー２とフレーム９の間隔を独立して変化させることにより、ミラー２を収差が是正される方向へ変化させれば、収差が是正されて各ミラー２からの反射光は一点に集光し続ける。【選択図】図２
2015124928.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽光を反射する複数のミラーを該ミラーからの反射光が光軸上の一点に集光するミラー集合体としてフレームに支持し、該フレームを太陽の動きに合わせて回動又は揺動させることにより、太陽光を同一点に集光し続けるマルチミラー型のヘリオスタットであって、
各ミラーをフレームに対して三点支持すると共に、一点を支点としてフレームに支持し、他の二点を可動点としてフレームに対して電動伸縮手段を介してそれぞれ独立的に支持し、該可動点におけるミラーのフレームに対する間隔をそれぞれ別個に変化させることでミラーの角度を可変にしたことを特徴とするマルチミラー型のヘリオスタット。
【請求項２】
ミラー集合体の外接円の中心から放射方向に延びる基準線上に、各ミラーの支点と、２つの可動点の中間点が位置していることを特徴とする請求項１記載のマルチミラー型のヘリオスタット。
【請求項３】
支点が各ミラーの中心に対して外接円の中心側を向いていることを特徴とする請求項２記載のマルチミラー型のヘリオスタット。
【請求項４】
ミラーが凹面鏡であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のマルチミラー型のヘリオスタット。
【請求項５】
ミラーが円形であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のマルチミラー型のヘリオスタット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マルチミラー型のヘリオスタットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
太陽を追尾しながらミラーを回動させて、太陽光を一点に反射し続けるヘリオスタットが知られている。一枚の大きなミラーを回動させるタイプもあるが、複数のミラーで集合体を構成し、そのミラー集合体をあたかも一枚の大きなミラーのように回動させるマルチミラー型のヘリオスタットもある。マルチミラー型のヘリオスタットの方が個々のミラーの歪みが少なく、複数のミラーの集光スポットを一点に重ね合わせることにより、高精度の集光を実現することができる。
【０００３】
マルチミラー型のヘリオスタットは、具体的にはフレームに複数のミラーを支持し、そのミラーの角度を個々に調整することにより、ミラー集合体の光軸方向から入射する太陽光の反射光が一点で重なり合うようにしている。そして個々にミラーの角度調整をしたミラー集合体を、太陽の動きに合わせてフレームごと回動させ、太陽光をターゲットの一点に反射し続けることができる（例えば、特許文献１参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１３９７６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このような従来の技術にあっては、太陽光がミラー集合体の光軸方向から入射する場合は、各ミラーからの反射光が一点に重なりあうが、太陽光が光軸から外れた方向より入射する場合は、ミラーの反射光が一点に重ならずにずれて、集光スポットが大きくなる。いわゆる収差であり、朝夕など光軸に対する入射角度が大きくなるほど収差は大きくなる。この収差はミラー集合体のサイズに比例して大きくなるため、マルチミラー型のヘリオスタットは大型化が困難であった。
【０００６】
本発明は、このような従来の技術に着目してなされたものであり、収差の発生を防止でき全体サイズの大型化が可能なマルチミラー型のヘリオスタット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】
【０００７】
請求項１記載の発明は、太陽光を反射する複数のミラーを該ミラーからの反射光が光軸上の一点に集光するミラー集合体としてフレームに支持し、該フレームを太陽の動きに合わせて回動又は揺動させることにより、太陽光を同一点に集光し続けるマルチミラー型のヘリオスタットであって、各ミラーをフレームに対して三点支持すると共に、一点を支点としてフレームに支持し、他の二点を可動点としてフレームに対して電動伸縮手段を介してそれぞれ独立的に支持し、該可動点におけるミラーのフレームに対する間隔をそれぞれ別個に変化させることでミラーの角度を可変にしたことを特徴とする。
【０００８】
請求項２記載の発明は、ミラー集合体の外接円の中心から放射方向に延びる基準線上に、各ミラーの支点と、２つの可動点の中間点が位置していることを特徴とする。
【０００９】
請求項３記載の発明は、支点が外接円の中心側を向いていることを特徴とする。
【００１０】
請求項４記載の発明は、ミラーが凹面鏡であることを特徴とする。
【００１１】
請求項５記載の発明は、ミラーが円形であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１記載の発明によれば、ミラーをフレームに対して三点支持し、そのうちの一点を支点としてフレームに支持し、他の二点を可動点として電動伸縮手段を介してフレームに支持したため、各可動点におけるミラーとフレームの間隔を独立して変化させることにより、ミラーの角度をあらゆる方向へ変化させることができる。従って、収差の発生は太陽光の入射角度に依存するため、入射角度に応じてミラーの角度を収差が是正される方向へ変化させれば、収差が是正されて各ミラーからの反射光は一点に集光し続けることになる。収差が発生しないためヘリオスタットの大型化も可能である。
【００１３】
請求項２記載の発明によれば、ミラーの２つの可動点がミラー集合体の中心から放射方向に延びる基準線を均等に跨いでいるため、ミラーの角度調整が行いやすい。
【００１４】
請求項３記載の発明によれば、支点が外接円の中心側を向いているため、中心側が低く、反対側が高くなるミラーの姿勢傾向において、支点をフレームに対して接近状態で支持することができ、ミラーの支持状態が安定する。
【００１５】
請求項４記載の発明によれば、ミラーが凹面鏡であるため、平面鏡に比べて集光スポットが小さく、収差発生の影響を受けやすい。しかし収差を確実に是正可能であるため、重ね合わせた集光スポットも小さく、ミラーを凹面鏡にしたことの効果を確実に得ることができる。
【００１６】
請求項５記載の発明によれば、ミラーが円形であるため、四角形等に比べてミラーの面精度が高く、集光スポットの輪郭が明瞭で、収差発生の影響を受けやすい。しかし収差を確実に是正可能であるため、重ね合わせた集光スポットの輪郭も明瞭で、ミラーを円形にした効果を確実に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】ヘリオスタットの正面図。
【図２】ヘリオスタットの背面図。
【図３】支柱位置から見たヘリオスタットの側面図。
【図４】ミラーの外接円を示す図。
【図５】図２中矢示ＤＡで示すミラーの支持構造を示す背面図。
【図６】図５に示すミラーの支持構造を示す分解図。
【図７】ミラーの側面図。
【図８】図５図中矢示ＳＡ−ＳＡ線に沿う断面図。
【図９】ミラーの電動伸縮手段を示す拡大断面図。
【図１０】初期調整を示す図８相当の断面図。
【図１１】収差是正調整を示す図８相当の断面図。
【図１２】太陽光が光軸方向から入射した場合の集光状態を示す図４中の矢示ＳＢ−ＳＢ線に沿う説明図。
【図１３】太陽光が軸外方向から入射した場合の収差発生状態を示す図１２相当の説明図。
【図１４】太陽光が軸外方向から入射した場合の収差是正状態を示す図１２相当の説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１〜１４は、本発明の好適な実施形態を示す図である。
【００１９】
ヘリオスタット１はミラー２を１０枚有するマルチミラー型である。このヘリオスタット１はターゲットを頂部に有するタワー（図示省略）等の周囲に多数設置され、それぞれのヘリオスタット１で反射した太陽光をターゲットに向けて集光するようになっている。
【００２０】
ヘリオスタット１の各ミラー２は直径５０ｃｍの円形で、その反射面は焦点距離に応じた曲率の凹面鏡（球面鏡）である。図８に示すように、ミラー２はアルミ合金製のベース３に接着され、ベース３の裏側にはスペーサ４を介して金属製の円板５が固定されている。
【００２１】
支柱６は地面に固定され、支柱６の頂部のドライブ７は水平方向で回転自在で、このドライブ７からは水平方向に延びる回転軸８が両側へ突出している。左右の回転軸８にはそれぞれフレーム９が固定されている。フレーム９は金属製のフラットな井桁構造（長方形骨格）である。左右の各フレーム９に５枚ずつ、合計１０枚のミラー２が支持されている。そしてフレーム９をミラー２ごと方位方向及び高度方向へ回転させることができる経緯台式構造になっている。
【００２２】
フレーム９における各ミラー２の取付け位置には金属製の三角板１０が固定されている。三角板１０は正三角形で円板５に略内接するサイズである。
【００２３】
１０枚のミラー２はフレーム９に支持されることにより一体的なミラー集合体１１として構成される。このミラー集合体１１は仮想の外接円Ｒ内に位置する。この外接円Ｒの中心Ｇは、平面視で回転軸８の軸心と支柱６の軸心との交点に一致する。
【００２４】
各三角板１０の一点は支点Ａとして、ミラー集合体１１の外接円Ｒの中心Ｇから放射方向に延びる基準線Ｓ上に位置しており、ミラー２の中心に対して中心Ｇ側を向いた状態で円板５に支持されている。三角板１０の他の二点は可動点Ｂ、Ｃとして円板５に支持されている。基準線Ｓはこの２つの可動点Ｂ、Ｃの中間点を通過しており、基準線Ｓが三角板１０を二分している。
【００２５】
次に、支点Ａと可動点Ｂ、Ｃの取付け方について説明する。
【００２６】
支点Ａでは、ボルト１２、ナット１３、金属製ワッシャ１４、ゴム製ワッシャ１５により、三角板１０と円板５とを締結している。締結部にゴム製ワッシャ１５が介在させてあるため、ボルト１２は三角板１０に対して傾くことができる。
【００２７】
２つの可動点Ｂ、Ｃには電動伸縮手段１６が設けられている。図９に示されるように、三角板１０側に固定されたケース１７内には、ベアリング１８を介して回転自在なナットギア１９が設けられている。ナットギア１９はその位置で回転するだけで移動はしない。ナットギア１９の外縁のギア部にはモータ２０のギア２１が噛合している。ナットギア１９の雌ねじ部には長尺のボルト２２が螺合している。
【００２８】
ボルト２２の頭部は三角板１０から突出し、円板５に対して金属製ワッシャ２３とゴム製ワッシャ２４を介して締結されている。この締結部もゴム製ワッシャ２４が介在させてあるため、ボルト２２が円板５に対して傾くことができる。ボルト２２の中間部にはピン２５が貫通しており、そのピン２５の両端が細溝２６内に係合している。ピン２５は細溝２６との係合により、ボルト２２は長手方向に移動可能だが回転は防止されている。従ってこのピン２５によりボルト２２の回転が防止されている。
【００２９】
モータ２０はフィールドに設置された全てのヘリオスタット１を制御する制御部２７に接続されており、制御部２７からの信号を受けて、モータ２０を正逆方向へ所定の回転数だけ回転させることができる。モータ２０を回転させることによりナットボルト２２が回転し、ボルト２２の突出量が変化して、電動伸縮手段１６として機能する。制御部２７では図示せぬジョイスティック等によるマニュアル制御と、予め記憶させたデータに基づいた自動制御の二種類を行うことができる。
【００３０】
ボルト２２の突出量が変化することにより、可動点Ｂ、Ｃにおける円板５（ミラー２）と三角板１０（フレーム９）との間隔が変化する。支点Ａの位置での間隔は一定のため、他の２つの可動点Ｂ、Ｃの間隔を変化させることにより、ミラー２の角度をあらゆる方向へ調整可能となる。
【００３１】
次に作用を説明する。
【００３２】
まず初期調整の説明をする。
【００３３】
多数のヘリオスタット１をフィールドに設置した際に、各ヘリオスタット１おけるミラー２の反射光Ｌ２が、ミラー集合体１１の光軸Ｋ上の焦点位置に全て集光するように予め角度調整する必要がある。すなわち、図１２は図４の矢示ＳＢ−ＳＢ線に沿う対角方向での断面を示す図であるが、この図のように、太陽光Ｌ１がミラー集合体１１の光軸Ｋの方向から入射した場合において、ミラー２で反射された反射光Ｌ２が全て一点で重なり合うようにする必要がある。
【００３４】
この初期調整は制御部２７のマニュアル制御により、可動点Ｂ、Ｃにおけるボルト２２の突出量を調整することで、ミラー２の角度を調整しながら、ターゲット（図示省略）上に現れる各ミラー２の集光スポットが一点に重なるように目視で合わせる。この作業は実際にミラー２に手を触れることなく、電動伸縮手段１６により行うことができるので、作業効率が良い。
【００３５】
またこの実施形態では、円形のミラー２を採用しているため、四角形等に比べてミラー２の面精度が高く（歪みにくく）、完全な円形で明瞭な輪郭の集光スポットＰが得られる。焦点位置においては集光スポットＰは太陽像である。またミラー２が凹面鏡のため集光スポットＰが小さく、高い集光倍率が得られる。初期調整によりミラー２の集合体が１つの凹面鏡の仮想曲面を規定していることと同じである。
【００３６】
この初期調整を行うことにより、ミラー２は支点Ａ側が低く、可動点Ｂ、Ｃ側が所定の角度θ１だけ持ち上がった状態となる（図１０参照）。すなわち各ミラー２がフレーム９に対して同一平面上にフレネル状に配置された状態となる。従って、支点Ａを内側（中心Ｇ側）へ位置させることにより、支点Ａをフレーム９に接近した状態となり、ミラー２の取付け状態が安定する。
【００３７】
次に収差是正調整の説明をする。
【００３８】
図１２のようにミラー２の全ての集光スポットＰを一点に合致させても、ミラー集合体１１は一定の大きさを有しているため、あたかも一枚の大きな凹面鏡のような光学的性質を示す。即ち、図１３に示すように、もし収差の是正動作を何もしないとすると、太陽光Ｌ１の入射角度が光軸Ｋに対して大きな角度になった際に収差が発生して、ミラー２で反射された反射光Ｌ２が内側へ向く。そのため反射光Ｌ２は一点に集光せず、たとえばいったん交差した後に集光スポットＰがずれた状態になる。集光スポットＰがずれた状態になると、集光スポットＰの群が全体として大きくなり、ターゲットから一部が外れるおそれがある。
【００３９】
そこでこの実施形態では、収差の発生を予め記録されたデータから予測できるため、収差が発生する条件（ヘリオスタットの位置、時間、季節）を満たすと、その条件に応じた信号を制御部２７から２つの可動点Ｂ、Ｃのモータ２０へ信号を送る。２つのモータ２０は信号を受信して回転し、ナットギア１９を回転させて、ボルト２２の突出量が小さくなるようにする。
【００４０】
すなわち図１１に示すように、初期調整状態（図１１）からミラー２の外側がフレーム９側へ傾くように所定の角度θ２だけミラー２が傾き、集光スポットＰがずれることなく、１つに合致した状態が維持される。従って、集光スポットＰの群も小さくなり、ターゲットから一部が外れることがない。これは凹面鏡の仮想曲面を変形させることで収差を抑制していることに対応する。
【００４１】
尚、初期調整及び収差是正調整を示す図１０及び図１１の角度θ１、θ２は、図面上では分かりやすくするためにある程度の大きさで図示したが、実際には僅かな角度変化である。
【００４２】
基準線Ｓが２つの可動点Ｂ、Ｃの中間点を通過しているため、２つの可動点Ｂ、Ｃでのボルト２２の突出量によるミラー２の角度調整制御しやすい。すなわち、２つの可動点Ｂ、Ｃにおいて同じ量ボルト２２を突出させれば、支点Ａに対してミラー２がまっすぐに傾いた状態となり、２つの可動点Ｂ、Ｃの突出量を相違させれば、相違させた分に応じてミラー２が基準線Ｓを中心とした回転方向へ傾斜することとなり、制御のための計算が容易である。
【００４３】
尚、制御部２７による電動伸縮手段１６の制御はヘリオスタット１の使用時に連続的に行われ、各可動点Ｂ、Ｃにおいて個々に信号に応じた調整が常に行われる。従って、ヘリオスタット１のミラー集合体１１を大型化しても、ミラー２は常に太陽光Ｌ１の入射角度に応じた最適な角度調整が行われ、収差の発生を防止して、反射光Ｌ２が一点に集光された状態が維持される。
【００４４】
以上の実施形態では、経緯台式のヘリオスタット１を例にしたが、赤道儀式その他の方式でも良い。
【００４５】
またヘリオスタット１に支持するミラー２の枚数も１０枚に限定されず、２４枚でも、それ以上でも良い。支柱６を挟んで左右同数の偶数枚数がバランス上好ましい。
【００４６】
個々に角度が相違する複数のミラー２をフレーム９に対しては略同一面でフレネル状に配置する例を示したが、ミラー集合体１１において外側に向けてミラー２とフレーム９との間隔が漸次大きくなる円弧状に配置しても良い。
【００４７】
ミラー２は所定の焦点距離を有する凹面鏡を例にしたが平面鏡でも良い。
【００４８】
ミラー２は円形を例にしたが、四角形や六角形、その他の形状でも良い。
【００４９】
ミラー２のサイズは直径５０ｃｍを例にしたが、７０ｃｍなど他のサイズでも良い。
【００５０】
電動伸縮手段１６はボルト・ナット構造を例にしたが、リンク機構やアクチュエーター機構など他の手段を用いても良い。
【符号の説明】
【００５１】
１  ヘリオスタット
２  ミラー
９  フレーム
１１  ミラー集合体
１６  電動伸縮手段
Ａ  支点
Ｂ、Ｃ  可動点
Ｒ  外接円
Ｇ  中心
Ｓ  基準線
Ｌ１  太陽光
Ｌ２  反射光
Ｌ３  集光スポット
Ｋ  光軸
θ１  初期調整角度
θ２  収差是正調整角度
【図１】
2015124928.tif 000003
【図２】
2015124928.tif 000004
【図３】
2015124928.tif 000005
【図４】
2015124928.tif 000006
【図５】
2015124928.tif 000007
【図６】
2015124928.tif 000008
【図７】
2015124928.tif 000009
【図８】
2015124928.tif 000010
【図９】
2015124928.tif 000011
【図１０】
2015124928.tif 000012
【図１１】
2015124928.tif 000013
【図１２】
2015124928.tif 000014
【図１３】
2015124928.tif 000015
【図１４】
2015124928.tif 000016