JP2004178162A - 標識灯システム - Google Patents
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Abstract
【課題】発光ダイオードの点灯回路に不自然な負担が増加したり、交流定電流電源への高調波の不所望な流出をしたりするのを抑制して信頼性の高いた標識灯システムを提供する。
【解決手段】標識灯システムは、所定の光度比率にしたがって出力電流を切り換える交流定電流電源ＣＣＲと、発光ダイオードＬＥＤを光源として構成され、交流定電流電源ＣＣＲの出力に対して直列接続される標識灯ＬＧＴと、交流定電流電源ＣＣＲおよび標識灯ＬＧＴの間に介在する絶縁トランスＴｒｆと、交流定電流電源ＣＣＲの出力電流を検出する電流検出手段ＤＥＴと、その検出出力に応じて発光ダイオードＬＥＤの発光が所定の光度比率になるように制御する点灯制御手段ＯＣと、交流定電流電源ＣＣＲの電流切換特性と標識灯ＬＧＴの負荷電流特性との差を補償するように作用する負荷調整回路ＬＲＣとを具備している。
【選択図】図３
【解決手段】標識灯システムは、所定の光度比率にしたがって出力電流を切り換える交流定電流電源ＣＣＲと、発光ダイオードＬＥＤを光源として構成され、交流定電流電源ＣＣＲの出力に対して直列接続される標識灯ＬＧＴと、交流定電流電源ＣＣＲおよび標識灯ＬＧＴの間に介在する絶縁トランスＴｒｆと、交流定電流電源ＣＣＲの出力電流を検出する電流検出手段ＤＥＴと、その検出出力に応じて発光ダイオードＬＥＤの発光が所定の光度比率になるように制御する点灯制御手段ＯＣと、交流定電流電源ＣＣＲの電流切換特性と標識灯ＬＧＴの負荷電流特性との差を補償するように作用する負荷調整回路ＬＲＣとを具備している。
【選択図】図３
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空港などに用いられる標識灯システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
空港などに用いられる標識灯は、その複数が交流定電流電源の出力端に直列接続されることにより付勢される。また、標識灯は、周囲の明るさが変化しても標識の見え方を良好に維持するために、周囲の明るさに応じて交流定電流電源の出力電流を切り換えることによって標識灯が所定の光度比率で作動するように制御される。例えば、交流定電流電源に出力電流の切換タップを配設して、光度比率を１００％、２５％、５％、１％および０．２％の５段階の中から所望により選択できるように構成されている。
【０００３】
また、現行の空港などに用いられる標識灯は、光源にハロゲン電球などの白熱電球を用いている。白熱電球は、タングステンフィラメントを通電加熱した際に発光するので、その電流−光度特性が後述する図１に示すようになる。
【０００４】
一方、この種の標識灯において、ハロゲン電球などの光源に代えて発光ダイオードを用いることが考えられ、このことは特許文献１などにも記載されている。発光ダイオードを光源に変更すれば、省エネルギーになるとともに、寿命が著しく長くなるので、環境にやさしくなるばかりか、メンテナンス費用を大幅に節約することができる。
【０００５】
そこで、標識灯の光源を発光ダイオードに変更する場合、現行の空港に既に設備されている交流定電流電源をそのままして標識灯のみを発光ダイオードを光源とするものに変更できれば最も少ない変更で済む。また、一つの交流定電流電源に対して、多数の標識灯が接続される中で、一部の標識灯はハロゲン電球を光源とするものを使用し、残余の標識灯を発光ダイオードを光源とするものとする場合もあり得る。
【０００６】
ところが、ハロゲン電球と発光ダイオードとでは、図１に示すように、同一光度であっても、所要の電流が異なる。
【０００７】
図１は、ハロゲン電球および発光ダイオードの電流−光度特性を示すグラフである。図において、横軸は電流（Ａ）を、縦軸は比光度（％）を、それぞれ示す。曲線Ａはハロゲン電球、曲線Ｂは発光ダイオード、をそれぞれ示す。図から理解できるように、ハロゲン電球は電流と光度との関係すなわち電流−光度特性が指数関数的曲線になる。これに対して、発光ダイオードは電流−光度特性がほぼ直線すなわち正比例の関係になる。
【０００８】
また、交流定電流電源における切換タップは、その出力電流がハロゲン電球を備えた標識灯を付勢した際に所定の光度が得られるように設定されていて、例えば表１の中欄に示すとおりである。これに対して、発光ダイオードの場合には、同一光度を得るために必要な電流は、図１に示す電流−光度特性から計算すると、表１の右欄に示すとおりである。
【０００９】
【表１】
ハロゲン電球と発光ダイオードとでは、同一光度であっても、所要の電流が異なることが表１から良く理解できる。このため、上述のような交流定電流電源に対して発光ダイオードを光源とする標識灯を接続しても、タップ１〜４の位置では所定の光度比率の標識光が得られないということになる。
【００１０】
そこで、上記の問題を解決するために、交流定電流電源の出力電流を検出する電流検出手段を配設するとともに、その検出出力に応じて発光ダイオードの発光が所定の光度比率になるように標識灯を制御する点灯制御手段を配設した標識灯システムが本発明者らにより提案されている（特許文献２参照。）。すなわち、特許文献２においてば、点灯制御手段を配設していることにより、発光ダイオードの電流−光度特性と異なる電流−光度特性に対応した電流切り換えが行われる交流定電流電源であっても、所定の光度比率で標識灯の光度切り換えを行えることができる。
【００１１】
ところで、標識灯を直列点灯する場合、交流定電流電源から延在する幹線線路の高電圧から標識灯側を導電的に分離するために、絶縁トランスを介して負荷を接続するように構成されている。
【００１２】
次に、図１３および図１４を参照して、特許文献２に記載の絶縁トランスＴｒｆ、点灯制御手段ＯＣの主要部である直流電流変換回路Ｉｄｃおよびその負荷Ｚの電流、電圧の関係についてさらに詳しく説明する。
【００１３】
図１３は、特許文献２に記載の標識灯システムにおける交流定電流電源、絶縁トランスおよび点灯制御手段の電圧、電流の関係を説明するための回路概要を示す回路図、図１４は図１３の各部の電圧、電流波形図である。
【００１４】
すなわち、絶縁トランスＴｒｆは、その１次巻線が交流定電流電源ＣＣＲに接続し、２次巻線が直流電流変換回路Ｉｄｃの入力端に接続している。
【００１５】
直流電流変換回路Ｉｄｃは、絶縁トランスＴｒｆから得られる交流を整流回路ＲＥＣで整流し、かつ、定電流にしてから、平滑コンデンサＣを経由して負荷Ｚに直流を供給する回路構成であるが、定電流化する回路部分については以下の説明に関係ないので、図示を省略してある。
【００１６】
負荷Ｚは、直流変換回路Ｉｄｃから付勢される標識灯ＬＧＴおよびこれを制御するスイッチング回路ＳＷを意味している。標識灯ＬＧＴは、その内部に光源として発光ダイオードを内蔵し、発光ダイオードがスイッチング回路ＳＷにより交流定電流電源ＣＣＲの出力電流に応じてＰＷＭ制御される。
【００１７】
上記において、絶縁トランスＴｒｆの１次電流Ｉ１、同２次電流Ｉ２、２次電圧Ｖ２および直流電流変換回路Ｉｄｃの出力電圧ＶＤは、それぞれ図１４に示すとおりとなる。
【特許文献】
特許文献１ 特表平１１−５１４１３６号（特許請求の範囲、Ｆｉｇ．１）
特許文献２ 特開２００２−４９９９２号（第５頁、図２）
【発明が解決しようとする課題】
すなわち、絶縁トランスＴｒｆの１次巻線が交流定電流源ＣＣＲに接続していると、負荷変動がある場合に、２次電圧Ｖ２が変動するとともに、図１４のＶ２が示すように、その電圧波形が複雑に乱れる。２次電圧が変動すると、発光ダイオードを所定の光度で発光させるために配設している定電圧素子や定電流素子の負担が増えすぎるなど発光ダイオードの点灯回路に不自然な負担が増加して、回路の信頼性が低下するという問題を生じる。また、２次電圧が乱れると、それが１次側にも波及して交流定電流電源へ高調波を不所望に流出するという問題を生じる。
【００１８】
本発明は、発光ダイオードの点灯回路に不自然な負担が増加したり、交流定電流電源への高調波の不所望な流出をしたりするのを抑制して信頼性の高い標識灯システムを提供することを目的とする。
【００１９】
また、本発明は、加えて標識灯の発光ダイオードに流れる電流が交流定電流電源から通流する電流より小さくても、負荷調整回路を具備することにより、発光ダイオードとは別に無効電流を流して交流定電流電源から通流する電流に相応する電流が絶縁トランスの２次側に流れるようにした標識灯システムを提供することを他の目的とする。
【００２０】
【課題を達成するための手段】
請求項１の発明の標識灯システムは、所定の光度比率にしたがって出力電流を切り換える電流切換手段を備えた交流定電流電源と；発光ダイオードを光源として構成され、交流定電流電源の出力に対して直列接続される標識灯と；交流定電流電源および標識灯の間に介在する絶縁トランスと；交流定電流電源の出力電流を検出する電流検出手段と；電流検出手段の検出出力に応じて発光ダイオードの発光が所定の光度比率になるように標識灯を制御する点灯制御手段と；標識灯と並列的に接続して交流定電流電源の電流切換特性と標識灯の負荷電流特性との差を補償するように作用する負荷調整回路と；を具備していることを特徴としている。
【００２１】
本発明および以下の各発明において、特に指定しない限り用語の定義および技術的意味は次による。
【００２２】
＜交流定電流電源について＞ 交流定電流電源は、定電流化された出力電流を直列接続された複数の負荷に対して出力する電気的回路手段である。そして、光度比率に応じて出力電流を切り換え可能に構成されている。なお、出力電流の切り換えは、段階的および連続的のいずれであってもよい。段階的な出力電流の切り換えは、交流定電流電源の内部に含まれるトランスのタップを切り換えることによって行うことができる。また、交流定電流電源の定電流制御機能は、サイリスタの位相制御回路を主体とする半導体定電流回路または可飽和トランスを主体とする定電流磁気回路を主体として構成することができる。
【００２３】
所定の光度比率は、標識灯を設置している周囲の明るさが、例えば晴天白昼、曇天白昼、日暮、夜明け、夜間など時間や天候により変化しても、標識灯の見え方を常に良好に維持することを目的として、標識灯の光度をそのときの周囲の明るさに応じて制御するために定められる。そして、所定の電流−光度特性に応じて予め定められたプログラムにしたがって交流定電流電源の出力電流を切り換えることにより制御される。なお、このプログラムは、標識灯の発光ダイオードの電流−光度特性とは異なる電流−光度特性たとえばハロゲン電球の電流−光度特性に基づいて定められている。
【００２４】
＜標識灯について＞ 標識灯は、埋込形および地上形のいずれであってもよい。また、空港用、道路用など多様な用途のいずれであってもよい。しかし、標識灯は、その光源に発光ダイオードが用いられている点で共通している。なお、空港用の標識灯である航空標識灯の場合、たとえば滑走路中心線灯、誘導路中心線灯などがある。
【００２５】
標識灯の光源に用いられる発光ダイオードは、その光度、発光色、配光特性などの光学性能が特段限定されるものではないが、標識灯の用途に応じて所要の光学性能を有する発光ダイオードを適切に選択すればよい。また、発光ダイオードは、その順方向に直流が流れることによって発光すなわち点灯する。しかし、その点灯電源は、直流電源および交流電源のいずれであってもよい。すなわち、１チップの発光ダイオードの光度は、標識灯の所要光度より明らかに小さい場合が圧倒的に多いので、このような場合には複数の発光ダイオードを用いるのが一般的である。
【００２６】
そこで、交流電源を用いて発光ダイオードを点灯する場合には、たとえば使用する複数の発光ダイオードを偶数のブロックに分けて、それぞれのブロック内で直列接続してから、各ブロックを二つに分けて互いに逆並列に接続する。これにより、半数の発光ダイオードは、交流電圧の一方の極性に対して順方向になり、残余の半数の発光ダイオードは、交流電圧の他方の極性に対して順方向になる。また、一対の発光ダイオードを逆並列に接続した発光ダイオードペアの複数を直列接続して交流電源に接続することもできる。もちろん、直流電源を用いて発光ダイオードを点灯する場合、その順方向に直流が流れるような極性に接続する。
【００２７】
また、複数の標識灯を交流定電流電源の出力に対して直列接続する場合、後述するように絶縁トランスを介して接続する。
【００２８】
さらに、発光ダイオード素子の配光は一般的に狭いので、標識灯が要求するところの広がった配光特性を得るために、複数の発光ダイオード素子を配列するに際して、一部または全部の発光素子を適当な角度に傾けて標識灯に装着することができる。
【００２９】
さらにまた、発光ダイオードの標識灯に対する取り付け角度および位置が使用中の振動や衝撃によって変化しないように、発光ダイオードを透明合成樹脂で充填することができる。また、熱伝導性の金属からなる整列板に形成した挿通孔に発光ダイオードを挿入して支持するように構成してもよい。この場合、発光ダイオードの放熱も良好になる。
【００３０】
さらにまた、発光ダイオード素子の配光を標識灯の要求する配光特性になるべく接近させるために、発光ダイオード素子の半導体チップを包囲する透明合成樹脂製のレンズを非円形たとえば楕円形にすることができる。
【００３１】
＜絶縁トランスについて＞ 絶縁トランスは、標識灯を幹線線路の高電圧から導電的に分離するために用いられる。すなわち、交流定電流電源から延在する幹線線路は、標識灯を設置する路面などに沿って敷設される複数の標識灯を直列接続して給電するように構成されているために、その電圧がかなり高く設定されている。個々の標識灯をこのような高電圧に耐えるように構成するのは困難で、かつ、不経済であるため、幹線線路と標識灯との間に絶縁トランスを介在させるのが一般的である。この絶縁トランスは、１次巻線と２次巻線とに流れる電流を等しく、すなわち巻数を等しくしてもよいし、２次巻線の電流を少なく設定してもよい。
【００３２】
また、絶縁トランスを用いる場合、閉ループを形成するようにその２次巻線間に分岐線路を接続することができる。これに対して、標識灯の入力端に変流器の２次巻線を接続し、閉ループの分岐線路を１次巻線とするように変流器を閉ループに磁気結合させる。この構成により標識灯の不点時に絶縁トランスの２次側に高電圧が現れるのを防止することができる。なお、変流器をクリップ式にすれば、変流器の閉ループに対する標識灯の交換作業を容易に行えるようになる。
【００３３】
＜電流検出手段について＞ 電流検出手段は、交流定電流電源からの出力電流を直接または間接に検出する手段である。直接検出するには、例えば交流定電流電源の出力回路すなわち負荷回路に挿入変流器などの既知の各種電流検出手段を挿入することができる。この場合の変流器としては、標識灯の前段に絶縁トランスが付設される場合、当該絶縁トランスの１次巻線に磁気結合する電流検出巻線を配設することにより、絶縁トランスに一体化されたものとして得ることができる。
【００３４】
また、交流定電流電源からの出力電流を間接的に検出するには、例えば絶縁トランスの２次電圧を検出することができる。なお、交流定電流電源に直列接続する絶縁トランスは、１種の変流器であるから、その２次電圧が概ね交流定電流電源の出力電流に比例する。
【００３５】
＜点灯制御手段について＞ 点灯制御手段は、電流検出手段の検出信号に基づいて交流定電流電源の出力の光度比率を判定し、判定した光度比率で電流を変調して出力するように構成されている。すなわち、発光ダイオードの電流−光度特性とは異なる電流−光度特性に基づいて交流定電流電源から出力された電流を発光ダイオードの電流−光度特性に基づく電流に変調する。
【００３６】
また、全ての標識灯の光源が発光ダイオードである場合には、交流定電流電源の出力端に直列接続される全ての標識灯に対して共通に単一の点灯制御手段を配設することができる。この場合には、設備費が相対的に安価になる。また、点灯制御手段を交流定電流電源の設置場所および標識灯の設置場所のいずれにも設置することもでき、設置の自由度が大きい。
【００３７】
これに対して、複数の点灯制御手段を分散して配設し、各点灯回路手段に対して一または複数の標識灯をすることもできる。この場合には、複数の標識灯の一部のみの光源が発光ダイオードに変更されていて、残余の標識灯は光源がハロゲン電球など交流定電流電源にプログラムされているのと同じ電流−光度特性を有する光源によって構成されている光源が混合した態様であってもよい。そして、光源が発光ダイオードの標識灯に対してのみ点灯制御手段を付設する。また、点灯制御手段は、それぞれ対応する標識灯に近接した位置に設置するのがよい。
【００３８】
さらに、点灯制御手段は、その出力端に接続されている発光ダイオードに供給する電流を適当な方式たとえばパルス幅変調方式、振幅変調方式などによって変調することができる。しかし、発光ダイオードのある種のものは、電流の振幅に応じて発光色が変化する性質があるので、パルス幅変調方式の方が好ましい。
【００３９】
パルス幅変調方式の点灯制御手段の場合、標識灯に対して直列に挿入したスイッチング回路と、電流検出手段の検出出力に基づいて光度比率を判定する判定回路と、判定した光度比率に相当するパルス幅制御信号を発生してスイッチング回路を制御するパルス幅制御回路とにより点灯制御手段を構成することができる。
【００４０】
＜負荷調整回路について＞ 負荷調整回路は、標識灯と並列的に接続して交流定電流電源の電流切換特性と標識灯の負荷電流特性との差を補償するように作用する回路手段であり、本発明における特徴的構成部分である。
【００４１】
すなわち、幹線線路に流れる電流が低減されると、前述したように点灯制御手段が発光ダイオードを、そこに通流する負荷電流を制御して、ハロゲン電球と同光度で発光させる。このときの負荷電流は、前述した理由によりハロゲン電球の場合の負荷電流より小さいので、負荷が変動することになる。
【００４２】
これに対して、本発明においては、負荷調整回路は、標識灯と並列的に接続していて、幹線線路に流れる電流に比例する電流に対して負荷電流の不足する分を負荷調整電流として発光ダイオードの負荷電流に追加して絶縁トランスを経由して交流定電流電源に流す。したがって、負荷調整回路に流れる負荷調整電流と負荷電流との和は、幹線線路に流れる電流にほぼ比例するようにすることが可能になる。そして、負荷調整電流と負荷電流とのベクトル和の電流が絶縁トランスを通流することになる。なお、本発明において、負荷調整電流は、幹線線路に流れる電流に比例する電流に対して負荷電流の不足する分を正確に補償することが望ましいが、少なくとも補償する方向に増減する程度であれば、相応の効果を生じるので、許容されるものとする。
【００４３】
また、負荷調整電流の好ましい態様は、電力損を伴わない無効電流である。無効電流は、容量性および誘導性のいずれであってもよい。無効の負荷調整電流を流すためには、負荷調整回路を容量性または誘導性に構成すればよい。
【００４４】
さらに、負荷調整回路は、これを負荷調整電流が発光ダイオードを流れる負荷電流と並列に流れるように構成することにより、負荷に対する干渉が発生しないので、好都合である。
【００４５】
＜その他の構成について＞ 本発明の必須構成要件ではないが、以下に列挙する構成を所望により選択的に付加することができる。
１．標識灯開放保護手段 標識灯開放保護手段は、標識灯が何らかの原因で開放した場合、標識灯に高電圧が印加されるとともに、直列接続している他の健全な標識灯も作動を停止するため、重大な障害になる。このような開放事故を防止するために、各標識灯に並列的に開放保護手段を挿入することができる。
【００４６】
そうして、標識灯保護手段は、標識灯が開放して高電圧が印加されると同時に短絡状態となり、当該標識灯に対する高電圧の印加を回避する。
２．点灯制御手段および負荷調整回路の設置場所 点灯制御手段および負荷調整回路は、これを一群の標識灯に対して共通に配設するのが経済的であるが、この場合、点灯制御手段および負荷調整回路の設置場所は、標識灯および路側のいずれか一方、または他の場所に設置できる。標識灯内に設置する場合、一群の標識灯の中で特定の標識灯の例えば基台内に点灯制御手段および負荷調整回路を設置して、残余の標識灯に対しては、配線を経由して接続する。路側に設置する場合、路側に例えばハンドホールを設置して、その内部に点灯制御手段および負荷調整回路を収納し、一群の標識灯に対して配線を経由して接続する。また、点灯制御手段および負荷調整回路は、上記以外の他所望の位置に設置することができる。
【００４７】
＜本発明の作用について＞ 本発明においては、交流定電流電源が所定の光度比率にしたがって、例えばハロゲン電球の電流−光度特性に応じて、出力電流を切り換えると、電流検出手段が出力電流を検出して点灯制御手段に制御入力する。
【００４８】
点灯制御手段は、電流検出信号が７９％の電流であるときには、発光比率が２５％であると判定するように予めプログラムされているので、そのプログラムにしたがって光度比率を２５％と判定する。また、同時に発光ダイオードの電流−光度特性のプログラムに基づき７９％の電流を、２５％の光度で点灯するのに必要な負荷電流であるところの２５％にまで低減して、発光ダイオードに供給する。その結果、発光ダイオードを光源とする標識灯は、交流定電流電源側で切り換えた光度比率と同じ光度比率で点灯する。そして、２５％にまで低減した負荷電流が絶縁トランスを経由して１次側の交流定電流電源に流れる。なお、以上の回路動作は、他の光度比率においても同様な原理により行われる。
【００４９】
したがって、ハロゲン電球など発光ダイオードの電流−光度特性とは異なる電流−光度特性に基づいて光度比率に対応する出力電流が設定されている交流定電流電源であっても、光源を発光ダイオードに変更した標識灯に対して引き続き使用することができる。
【００５０】
一方、負荷調整回路は、標識灯と並列的に接続して交流定電流電源の電流切換特性と標識灯の負荷電流特性との差を補償するように作用する。すなわち、発光ダイオードに流れる負荷電流が点灯制御手段により低減して交流定電流電源の出力電流に比例しなくなると、これと同時に負荷調整回路は、負荷調整電流を増加させて負荷電流の減少分を補償するように作動する。
【００５１】
以上の結果、絶縁トランスの２次側には、負荷電流と負荷調整電流とのベクトル和の電流が流れる。このベクトル和の電流は、絶縁トランスの１次側に流れる電流に概ね比例する関係になるので、絶縁トランスの２次側には、１次側に流れる電流波形に比例した電圧が発生し、負荷調整回路を具備しない場合のような複雑な波形の電圧が発生しなくなる。このため、絶縁トランスの２次側に接続する発光ダイオードおよび点灯制御手段などに不自然な負担が増加することがない。また、これに伴い交流定電流電源への高調波の不所望な流出がなくなる。
【００５２】
請求項２の発明の標識灯システムは、請求項１記載の標識灯システムにおいて、負荷調整回路は、交流定電流電源の出力電流を検出する電流検出手段の検出出力に応動することを特徴としている。
【００５３】
本発明は、負荷調整回路が発光ダイオードの負荷電流に対応して負荷調整電流を可変する際に、交流定電流電源の出力電流を検出する電流検出手段の検出出力を利用している。電流検出手段は、点灯制御手段を制御するのに用いる電流検出手段を流用することができる。しかし、要すれば、後者の電流検出手段とは別に配設することができる。
【００５４】
そうして、本発明においては、交流定電流電源の出力電流の切り換えを検出して、所要の負荷負荷調整電流を流すことができるので、正確な負荷調整作用を行うことができる。
【００５５】
請求項３の発明の標識灯システムは、請求項１または２記載の標識灯システムにおいて、負荷調整回路は、交流定電流電源の出力電流を検出する電流検出手段の検出出力に応じて周波数に変換する周波数変換回路および周波数変換回路の出力に応じて駆動されるリアクタンス可変回路を備えていることを特徴としている。
【００５６】
本発明は、負荷調整回路の好適な構成例を規定している。
【００５７】
すなわち、周波数変換回路は、電流検出手段の検出出力に応じて周波数に変換する。なお、「検出出力に応じて周波数に変換する」とは、検出出力を直接周波数の変換する場合および判定回路を経由して判定した結果に対応して、これを周波数に変換する場合を含む。したがって、交流定電流電源の出力電流の変化は、周波数変換回路により周波数の変化として取り出すことができる。
【００５８】
リアクタンス可変回路は、その励振周波数に応じて変化する無効電流を流す特性を有している。したがって、このリアクタンス可変回路を負荷である発光ダイオードに対して並列的に配設することにより、無効電流を負荷電流と別に流すことができる。なお、リアクタンス可変回路に流れる無効電流は、容量性および誘導性のいずれであってもよい。
【００５９】
また、リアクタンス可変回路は、例えばハーフブリッジ形インバータにより構成することができる。この場合、発光ダイオードをハーフブリッジ形インバータの出力端に接続して交流点灯またはパルス点灯を行うように接続することができる。すなわち、交流点灯を行うには、複数の発光ダイオードを、所望により逆流防止ダイオードと直列接続したうえで、一対の回路に分割し、これらを逆並列に接続すればよい。また、パルス点灯を行うには、ハーフブリッジインバータの出力側の一端を接地するなどして、インバータの交流出力を同極性のパルス列として取り出せばよい。なお、リアクタンス可変回路には、その入力端に整流回路を付設して、交流定電流電源に接続する絶縁トランスの２次電圧を当該整流回路によって整流して得た直流電圧を印加する。
【００６０】
交流定電流電源の出力電流が変化すると、周波数変換回路の出力周波数が変化するので、これに応動してリアクタンス可変回路に流れる無効電流が変化する。その結果、負荷電流と無効電流のベクトル和は、交流定電流電源の出力電流にほぼ比例的になる。
【００６１】
また、リアクタンス可変回路をハーフブリッジ形インバータにより構成した場合、ハーフブリッジインバータは、直列接続した一対のスイッチング素子の少なくとも一方に並列接続したコンデンサを備えているので、このコンデンサには、励振周波数に応じて変化する無効電流が流れる。また、発光ダイオードに対して並列的に接続するので、上記無効電流は、負荷電流と重畳して絶縁トランスに流れる。
【００６２】
そうして、本発明においては、負荷調整回路の構成が比較的簡単で、しかも、負荷調整電流が無効電流であるから、回路損失が少なくて、信頼性の高い回路動作を行う。
【００６３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００６４】
図２ないし図８は、本発明の標識灯システムにおける第１の実施の形態としての空港用の航空標識灯システムを示し、図２は全体の概要を示すブロック回路図、図３は要部を示す回路ブロック図、図４は要部の回路図、図５は図４における各部の電圧、電流波形図、図６は直列接続幹線ケーブル、複数の負荷制御回路ブロックおよび分岐線ケーブルの埋設状態を説明する俯瞰図、図７は標識灯の平面図、図８は同じく縦断面図である。
【００６５】
図２において、標識灯システムは、交流定電流電源ＣＣＲ、直列接続幹線ケーブルＷｍ、複数の負荷制御回路ブロックＬＤＣ、分岐線ケーブルＷｂ、複数の標識灯ＬＧＴを具備して構成されている。
【００６６】
＜交流定電流電源ＣＣＲ＞ 交流定電流電源ＣＣＲは、現行のハロゲン電球を用いる標識灯用のもので、前述した光度比率になるように出力電流を切り換えるための電流切換タップを備えている。
【００６７】
＜直列接続幹線ケーブルＷｍ＞ 直列接続幹線ケーブルＷｍは、交流定電流電源ＣＣＲの出力端から延在して標識灯ＬＧＴを設置する滑走路や誘導路の路側に沿って敷設される。なお、本実施の形態において、直列接続幹線ケーブルＷｍは、図６に示すように、滑走路Ｒ／Ｗの路側Ｓ／Ｗに埋設されている。
【００６８】
＜複数の負荷制御回路ブロックＬＤＣ＞ 複数の負荷制御回路ブロックＬＤＣは、直列接続幹線ケーブルＷｍを介して交流定電流電源ＣＣＲに対して直列接続している。また、各負荷制御回路ブロックＬＤＣは、その内部に絶縁トランスＴｒｆ、電流検出手段ＤＥＴ、点灯制御手段ＯＣおよび負荷調整回路ＬＲＣを備えている。
【００６９】
（絶縁トランスＴｒｆ） 絶縁トランスＴｒｆは、交流定電流電源ＣＣＲと標識灯ＬＧＴとの間に介在して、負荷制御回路ブロックＬＤＣおよび標識灯ＬＧＴを直列接続幹線ケーブルＷｍの高電圧から導電的に分離する手段として用いられ、１次巻線ｗｐおよび２次巻線ｗｓを備えている。１次巻線ｗｐは、直列接続幹線ケーブルＷｍに直列接続する。２次巻線ｗｓは、負荷制御回路ブロックＬＤＣの後述するその他の回路に接続する。
【００７０】
（電流検出手段ＤＥＴ） 電流検出手段ＤＥＴは、交流定電流電源ＣＣＲの出力電流を検出する手段であり、電流検出用の巻線を絶縁トランスＴｒｆの１次巻線ｗｐに磁気結合することにより、絶縁トランスＴｒｆの１次巻線に流れる電流を検出する変流器を構成している。
【００７１】
（点灯制御手段ＯＣ） 点灯制御手段ＯＣは、後述する標識灯ＬＧＴに供給する電力を制御して、交流定電流電源ＣＣＲの出力電流が指示する光度で発光ダイオードを発光させる手段であり、図３に示すように、直流電圧変換回路Ｖｄｃ、スイッチング回路ＳＷ、判定回路ＬＥＶおよびパルス幅制御回路ＰＷＭから構成されている。
【００７２】
直流電圧変換回路Ｖｄｃは、図３に示すように、整流回路ＲＥＣおよび定電圧回路ＣＶＲからなる。整流回路ＲＥＣは、その交流入力端が絶縁トランスＴｒｆの２次巻線ｗｓに接続している。定電圧回路ＣＶＲは、その入力端が整流回路ＲＥＣの直流出力端に接続している。これにより標識灯ＬＧＴの発光ダイオードＬＥＤは定電圧下で点灯する。なお、図４において、定電圧回路ＣＶＲは、本発明における点灯制御手段ＯＣおよび負荷調整回路ＬＲＣの回路動作を説明するうえで直接の関係がないので、図示を省略してある。
【００７３】
スイッチング回路ＳＷは、定電圧回路ＣＶＲおよび標識灯ＬＧＴの間に介在して、パルス幅制御回路ＰＷＭから送出されたパルス幅信号に基づいて標識灯ＬＧＴ内の発光ダイオードの発光レベルをＰＷＭ制御する。
【００７４】
判定回路ＬＥＶは、内蔵しているプログラムに基づいて電流検出部ＤＥＴで検出した電流値を記憶しているテーブルデータと比較して光度比率を判定し、判定結果を後述するパルス幅制御回路ＰＷＭおよび負荷調整回路ＬＲＣに送出する。
【００７５】
パルス幅制御回路ＰＷＭは、判定回路ＬＥＶから送出された判定結果に基づいて予定のパルス幅信号を発生してスイッチング回路ＳＷに送出する。
【００７６】
（負荷調整回路ＬＲＣ） 負荷調整回路ＬＲＣは、周波数変換回路ＦＣＣおよびリアクタンス可変回路ＺＶＣからなる。周波数変換回路ＦＣＣは、判定回路ＬＥＶの判定結果に基づいて、交流定電流電源ＣＣＲの出力電流に対応する周波数を発生する。リアクタンス可変回路ＺＶＣは、図４に示すように、出力トランスＯＴを備えたハーフブリッジインバータからなり、その直流入力端が整流回路ＲＥＣの直流出力端に接続し、交流を出力する出力トランスＴＯＵＴの２次巻線が（定電圧回路ＣＶＲを介して）標識灯ＬＧＴ（その光源である発光ダイオードＬＥＤ）およびスイッチング回路ＳＷの直列回路に接続している。
【００７７】
（回路動作） 絶縁トランスＴｒｆ、点灯制御手段ＯＣおよび負荷調整回路ＬＲＣ相互間における回路動作を図５に示す電圧、電流波形に基づいて以下説明する。
【００７８】
すなわち、交流定電流電源ＣＣＲの出力電流Ｉ１が位相制御された波形であると、絶縁トランスＴｒｆの２次電流Ｉ２および２次電圧Ｖ２がともに出力電流Ｉ１と相似の波形になる。これに対して、負荷調整回路ＬＲＣのリアクタンス可変回路ＺＲＣの出力電圧Ｖ３は、図のような矩形波の交流波形になる。点灯制御手段ＯＣは、矩形波の交流出力をパルス列としてスイッチング回路ＳＷに印加し、ここでＰＷＭ制御を行ってから標識灯ＬＧＴの発光ダイオードＫＥＤに印加することによって、発光ダイオードＬＥＤを所定光度で発光させる。
【００７９】
＜分岐ケーブルＷｂ＞ 分岐ケーブルＷｂは、図６に示すように、滑走路Ｒ／Ｗに沿って路側Ｓ／Ｗに埋設された直列接続幹線ケーブルＷｍからハンドホールＨＤで分岐されて、滑走路Ｒ／Ｗに分散して埋設された複数の標識灯ＬＧＴの間を並列接続する手段として用いられている。
【００８０】
なお、ハンドホールＨＤは、路側Ｓ／Ｗに埋設されている。また、本実施の形態において、負荷制御回路ブロックＬＤＣは、ハンドホールＨＤに近い標識灯ＬＧＴに内蔵されている。
【００８１】
＜標識灯ＬＧＴ＞ 標識灯ＬＧＴは、滑走路中心線灯を構成しており、光源として、図２に示すように、直並列接続された複数の発光ダイオードＬＥＤを用いたもので、図７および図８に示す構造である。なお、図２において、各発光ダイオードＬＥＤに対して直列に接続された抵抗器Ｒは、電流調整用抵抗である。
【００８２】
また、標識灯ＬＧＴは、基台１および標識灯本体２からなり、基体１の内部に負荷制御回路ブロックＬＤＣを収納している。
【００８３】
（基台１） 基台１は、容体１ａを主体として構成されている。容体１ａは、その上端が開口した有底円筒状をなしていて、開口端を路面から露出した状態で路面に埋設される。容体１ａの側面には適数の配線引き込み孔１ａ１が形成され、配線引き込み孔１ａ１に装着された防水ブッシュ１ｂを介して直列接続幹線ケーブルＷｍが引き込まれる。また、図示しない同様な構造を介して分岐ケーブルＷｂが容体１ａから導出される。さらに、容体１ａの開口端には、一段下がった位置に内向きの環状座１ａ２が形成されている。環状座１ａ２にはボルトをねじ込むねじ孔（図示しない。）が形成されている。
【００８４】
（負荷制御回路ブロックＬＤＣ） 負荷制御回路ブロックＬＤＣは、基台１の内部に収納され、その底面に載置されている。また、負荷制御回路ブロックＬＤＣは、配線基板ＰＢに実装されているとともに、防水ケースＷＴＣに収納されている。防水ケースＷＴＣは、２つ割構成であって、その接合面はＯリングＯＲにより防水処理されている。また、防水ケースＷＴＣには、一対の配線挿通孔Ｈ１、Ｈ２が形成され、防水ブッシュＷＴＢを介して内部に直列接続幹線ケーブルＷｍが引き込まれ、分岐ケーブルＷｂへの接続線ＣＣが導出されている。分岐ケーブルＷｂは、接続線ＣＣに防水コネクタＷＣＮを介して基台１の内部で接続している。
【００８５】
（標識灯本体２） 標識灯本体２は、灯体２ａ、プリズム２ｂ、発光ダイオードユニット２ｃおよび端子台２ｄを主体として構成されている。
【００８６】
灯体２ａは、上部灯体２ａ１および下部灯体２ａ２を覆合して構成されている。
【００８７】
上部灯体２ａ１は、その上面に膨出部２ａ１１および光導出溝２ａ１２を備えている。膨出部２ａ１１は、中央に円形の平坦な頂面および頂面から上部灯体２ａの周縁にわたる切頭円錐斜面によって上部灯体２ａ１の上面に画成されている。光導出溝２ａ１２は、膨出部２ａ１２の切頭円錐斜面に開口するとともに、灯体２ａの内部に連通している。なお、光導出溝２ａ１２は、所望数を放射状に配設することができる。また、上部灯体２ａ１の周縁部には、上部灯体２ａ１および下部灯体２ａ２を結合して灯体２ａを形成する複数のボルト挿通孔２ａ１３と、灯体２ａを基台１に固着するための複数のボルト挿通孔２ａ１４とが形成されている。
【００８８】
下部灯体２ａ２は、皿状をなしていて、周縁にスタッドボルト（図示しない。）が植立している。また、上部ボルト灯体２ａ１のボルト挿通孔２ａ１４に正対する位置に図示しないボルト挿通孔が形成されている。
【００８９】
そうして、下部灯体２ａ２のスタッドボルトを上部灯体２ａ１のボルト挿通孔２ａ１３に下側から挿通して、下部灯体２ａ２を上部灯体２ａ１に下側から覆合し、上部灯体２ａ１のボルト挿通孔２ａ１３から上部へ露出したスタッドボルトの先端にナットをねじ込み、締め付けることによって灯体２ａが一体化され、内部に内部空間２ａ３が形成される。また、灯体２ａは、基台１の環状座１ａ２に載置され、上部灯体２ａ１のボルト挿通孔２ａ１４を環状座１ａ２のねじ孔に正対させ、灯体２ａの上からボルト挿通孔２ａ１４にボルト（図示しない。）を挿通して、環状座１ａ２のねじ孔にねじ込むことにより、基台１に固定される。
【００９０】
プリズム２ｂは、灯体２ａの光導出溝２ａ１２の内部に上記内部空間２ａ３側から挿入し、内端の周縁をパッキン２ｂ１および押さえ金具２ｂ２により上部灯体２ａ１の内面に液密に固着されている。
【００９１】
発光ダイオードユニット２ｃは、配線基板２ｃ１、発光ダイオード２ｃ２、整列板２ｃ３および取付具２ｃ４を備えて構成されている。配線基板２ｃ１は、複数の発光ダイオード２ｃ２を実装している。整列板２ｃ３は、複数の挿通孔を備えていて、配線基板２ｃ１の前方に配設され、複数の発光ダイオード２ｃ２を挿通孔に挿入することにより所定の向きに支持する。取付具２ｃ４は、整列板２ｃ３をプリズム２ｂの光入射面に対して正対し、かつ所定の間隔を維持して固定するとともに、配線基板２ｃ１を整列版２ｃ３の背方において所定の間隔を維持して固定する。
【００９２】
（端子台２ｄ） 端子台２ｄは、絶縁ブッシュ２ｄ１および端子２ｄ２を備え、下部灯体２ａ２を貫通して灯体２ａの下面に配設されている。絶縁ブッシュ２ｄ１は、下部灯体２ａ２を貫通して装着され、端子２ｄ２は絶縁ブッシュ２ｄ１内を下部灯体２ａ２に対して絶縁されて貫通していて、灯体２ａの外部において分岐ケーブルＷｂを接続し、内部において配線基板２ｃ１を介して発光ダイオード２ｃ２に接続している。
【００９３】
（標識灯の動作） 標識灯は以下のように動作する。すなわち、複数の発光ダイオード２ｃ２が点灯すると、その発光はプリズム２ｂの光入射面からプリズム２ｂ内に入射し、プリズム２ｂから出射するときに進路が屈折して入射角より小さな出射角度で、かつ所定配光を有する光ビームとなって光導出溝２ａ１２を通って滑走路Ｒ／Ｗに放射される。航空機のパイロットは、標識灯の光ビームを視認することで滑走路の中心を認識し、航空機を滑走路の中心に沿って離発着するように操縦することができる。
【００９４】
図９ないし図１２は、本発明の標識灯システムの第２の実施の形態としての空港用の航空標識灯システムを示し、図９は全体の概要を示すブロック回路図、図１０は要部を示す回路ブロック図、図１１は直列接続幹線ケーブル、複数の負荷制御回路ブロックおよび分岐線ケーブルの埋設状態を説明する俯瞰図、図１２は標識灯の縦断面図である。各図において、図２ないし図８と同一部分については同一符号を付して説明は省略する。
【００９５】
本実施の形態においては、点灯制御手段ＯＣおよび負荷調整回路ＬＲＣの回路構成が変更され、複数の標識灯ＬＧＴ接続態様が変更され、負荷制御回路ブロックＬＤＣの配設位置が変更され、かつ、標識灯ＬＧＴの構造が変更されている点で異なる。
【００９６】
＜点灯制御手段ＯＣ＞ 点灯制御手段ＯＣは、その直流電圧変換回路Ｖｄｃに代えて直流電流変換回路Ｉｄｃが用いられている。直流電流変換回路Ｉｄｃは、整流回路ＲＥＣおよび定電流回路ＩＣＲからなる。これにより、標識灯ＬＧＴの発光ダイオードＬＥＤは定電流下で点灯する。
【００９７】
また、第１および第２の電流検出手段ＤＥＴ１、ＤＥＴ２が配設されている。第１の電流検出手段ＤＥＴ１は、本発明の第１の実施の形態における電流検出手段ＤＥＴと同一の構成であって、交流定電流電源ＣＣＲの出力電流を直接検出するが、その出力はパルス幅制御回路ＰＷＭにのみに送出される。
【００９８】
これに対して、第２の電流検出手段ＤＥＴ２は、整流回路ＲＥＣの直流出力電圧を検出することによって、交流定電流電源ＣＣＲの出力電流の大きさを間接的に検出する構成である。そして、その検出出力は、周波数変換開路ＦＣＣに送出される。
【００９９】
周波数変換回路ＦＣＣの周波数出力は、リアクタンス可変回路ＺＶＣに送出されるとともに、パルス幅制御回路ＰＷＭに対してその励振周波数を提供している。
【０１００】
＜負荷調整回路ＬＲＣ＞ 負荷調整回路ＬＲＣは、点灯制御手段ＯＣの第２の電流検出手段ＤＥＴ２および周波数変換回路ＦＣＣを共有して構成されている。
【０１０１】
以上の構成により、スイッチング回路ＳＷおよびリアクタンス可変回路ＺＶＣは同期しながら回路動作を行う。
【０１０２】
＜複数の標識灯ＬＧＴの接続態様＞ 複数の標識灯ＬＧＴの接続態様は、図９に示すように、負荷回路制御回路ブロックＬＤＣに対して直列接続されている。
【０１０３】
＜負荷制御回路ブロックＬＤＣの配設位置＞ 負荷制御回路ブロックＬＤＣの配設位置は、路側Ｓ／Ｗに埋設したハンドホールＨＤ内に配設されている。
【０１０４】
＜標識灯ＬＧＴ＞ 標識灯ＬＧＴは、図１２に示すように、その基台１´が浅皿状をなしている。負荷制御回路ブロックＬＤＣをハンドホールＨＤに収納することから、このような基台１´を用いことが可能になり、航空標識灯の路面埋設作業を容易にすることができる。
【０１０５】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、電流切換手段を備えた交流定電流電源と、発光ダイオードを光源として構成される標識灯と、絶縁トランスと、電流検出手段と、発光ダイオードの発光が所定の光度比率になるように標識灯を制御する点灯制御手段と、交流定電流電源の電流切換特性と標識灯の負荷電流特性との差を補償するように作用する負荷調整回路とを具備していることにより、発光ダイオードの点灯回路に不自然な負担が増加したり、交流定電流電源への高調波の不所望な流出をしたりするのを抑制した信頼性の高い標識灯システムを提供することができる。
【０１０６】
請求項２の発明によれば、加えて負荷調整回路が流定電流電源の出力電流の電流検出手段に応動するように構成されているので、正確な負荷調整作用を行う標識灯システムを提供することができる。
【０１０７】
請求項３の発明によれば、加えて負荷調整回路が電流検出手段の検出出力を周波数に変換する周波数変換回路および周波数変換回路の出力に応じて駆動されるリアクタンス可変回路を備えていることにより、構成が比較的簡単で、しかも、回路損失が少なくて、信頼性の高い回路動作を行う負荷調整回路を備えた標識灯システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ハロゲン電球および発光ダイオードの電流−光度特性を示すグラフ
【図２】本発明の標識灯システムにおける第１の実施の形態としての空港用の航空標識灯システム全体の概要を示すブロック回路図
【図３】同じく要部を示す回路ブロック図、図４は要部の回路図
する斜視図
【図４】同じく図４は要部の回路図
【図５】同じく図４における各部の電圧、電流波形図
【図６】同じく直列接続幹線ケーブル、複数の負荷制御回路ブロックおよび分岐線ケーブルの埋設状態を説明する俯瞰図
【図７】同じく標識灯の平面図
【図８】同じく縦断面図
【図９】本発明の標識灯システムの第２の実施の形態としての空港用の航空標識灯システム全体の概要を示すブロック回路図
【図１０】同じく要部を示す回路ブロック図
【図１１】同じく直列接続幹線ケーブル、複数の負荷制御回路ブロックおよび分岐線ケーブルの埋設状態を説明する俯瞰図
【図１２】同じく標識灯の縦断面図
【図１３】特許文献２に記載の標識灯システムにおける交流定電流電源、絶縁トランスおよび点灯制御手段の電圧、電流の関係を説明するための回路概要を示す回路図
【図１４】図１３の各部の電圧、電流波形図
【符号の説明】
ＣＣＲ…交流定電流電源、Ｔｒｆ…絶縁トランス、ＤＥＴ…電流検出手段、ＯＣ…点灯制御手段、ＳＷ…スイッチング回路、ＰＷＭ…パルス幅制御回路、ＬＲＣ…負荷調整回路、ＦＣＣ…周波数変換回路、ＺＶＣ…リアクタンス可変回路、ＬＧＴ…標識灯、ＬＥＤ…発光ダイオード
【発明の属する技術分野】
本発明は、空港などに用いられる標識灯システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
空港などに用いられる標識灯は、その複数が交流定電流電源の出力端に直列接続されることにより付勢される。また、標識灯は、周囲の明るさが変化しても標識の見え方を良好に維持するために、周囲の明るさに応じて交流定電流電源の出力電流を切り換えることによって標識灯が所定の光度比率で作動するように制御される。例えば、交流定電流電源に出力電流の切換タップを配設して、光度比率を１００％、２５％、５％、１％および０．２％の５段階の中から所望により選択できるように構成されている。
【０００３】
また、現行の空港などに用いられる標識灯は、光源にハロゲン電球などの白熱電球を用いている。白熱電球は、タングステンフィラメントを通電加熱した際に発光するので、その電流−光度特性が後述する図１に示すようになる。
【０００４】
一方、この種の標識灯において、ハロゲン電球などの光源に代えて発光ダイオードを用いることが考えられ、このことは特許文献１などにも記載されている。発光ダイオードを光源に変更すれば、省エネルギーになるとともに、寿命が著しく長くなるので、環境にやさしくなるばかりか、メンテナンス費用を大幅に節約することができる。
【０００５】
そこで、標識灯の光源を発光ダイオードに変更する場合、現行の空港に既に設備されている交流定電流電源をそのままして標識灯のみを発光ダイオードを光源とするものに変更できれば最も少ない変更で済む。また、一つの交流定電流電源に対して、多数の標識灯が接続される中で、一部の標識灯はハロゲン電球を光源とするものを使用し、残余の標識灯を発光ダイオードを光源とするものとする場合もあり得る。
【０００６】
ところが、ハロゲン電球と発光ダイオードとでは、図１に示すように、同一光度であっても、所要の電流が異なる。
【０００７】
図１は、ハロゲン電球および発光ダイオードの電流−光度特性を示すグラフである。図において、横軸は電流（Ａ）を、縦軸は比光度（％）を、それぞれ示す。曲線Ａはハロゲン電球、曲線Ｂは発光ダイオード、をそれぞれ示す。図から理解できるように、ハロゲン電球は電流と光度との関係すなわち電流−光度特性が指数関数的曲線になる。これに対して、発光ダイオードは電流−光度特性がほぼ直線すなわち正比例の関係になる。
【０００８】
また、交流定電流電源における切換タップは、その出力電流がハロゲン電球を備えた標識灯を付勢した際に所定の光度が得られるように設定されていて、例えば表１の中欄に示すとおりである。これに対して、発光ダイオードの場合には、同一光度を得るために必要な電流は、図１に示す電流−光度特性から計算すると、表１の右欄に示すとおりである。
【０００９】
【表１】
【００１０】
そこで、上記の問題を解決するために、交流定電流電源の出力電流を検出する電流検出手段を配設するとともに、その検出出力に応じて発光ダイオードの発光が所定の光度比率になるように標識灯を制御する点灯制御手段を配設した標識灯システムが本発明者らにより提案されている（特許文献２参照。）。すなわち、特許文献２においてば、点灯制御手段を配設していることにより、発光ダイオードの電流−光度特性と異なる電流−光度特性に対応した電流切り換えが行われる交流定電流電源であっても、所定の光度比率で標識灯の光度切り換えを行えることができる。
【００１１】
ところで、標識灯を直列点灯する場合、交流定電流電源から延在する幹線線路の高電圧から標識灯側を導電的に分離するために、絶縁トランスを介して負荷を接続するように構成されている。
【００１２】
次に、図１３および図１４を参照して、特許文献２に記載の絶縁トランスＴｒｆ、点灯制御手段ＯＣの主要部である直流電流変換回路Ｉｄｃおよびその負荷Ｚの電流、電圧の関係についてさらに詳しく説明する。
【００１３】
図１３は、特許文献２に記載の標識灯システムにおける交流定電流電源、絶縁トランスおよび点灯制御手段の電圧、電流の関係を説明するための回路概要を示す回路図、図１４は図１３の各部の電圧、電流波形図である。
【００１４】
すなわち、絶縁トランスＴｒｆは、その１次巻線が交流定電流電源ＣＣＲに接続し、２次巻線が直流電流変換回路Ｉｄｃの入力端に接続している。
【００１５】
直流電流変換回路Ｉｄｃは、絶縁トランスＴｒｆから得られる交流を整流回路ＲＥＣで整流し、かつ、定電流にしてから、平滑コンデンサＣを経由して負荷Ｚに直流を供給する回路構成であるが、定電流化する回路部分については以下の説明に関係ないので、図示を省略してある。
【００１６】
負荷Ｚは、直流変換回路Ｉｄｃから付勢される標識灯ＬＧＴおよびこれを制御するスイッチング回路ＳＷを意味している。標識灯ＬＧＴは、その内部に光源として発光ダイオードを内蔵し、発光ダイオードがスイッチング回路ＳＷにより交流定電流電源ＣＣＲの出力電流に応じてＰＷＭ制御される。
【００１７】
上記において、絶縁トランスＴｒｆの１次電流Ｉ１、同２次電流Ｉ２、２次電圧Ｖ２および直流電流変換回路Ｉｄｃの出力電圧ＶＤは、それぞれ図１４に示すとおりとなる。
【特許文献】
特許文献１ 特表平１１−５１４１３６号（特許請求の範囲、Ｆｉｇ．１）
特許文献２ 特開２００２−４９９９２号（第５頁、図２）
【発明が解決しようとする課題】
すなわち、絶縁トランスＴｒｆの１次巻線が交流定電流源ＣＣＲに接続していると、負荷変動がある場合に、２次電圧Ｖ２が変動するとともに、図１４のＶ２が示すように、その電圧波形が複雑に乱れる。２次電圧が変動すると、発光ダイオードを所定の光度で発光させるために配設している定電圧素子や定電流素子の負担が増えすぎるなど発光ダイオードの点灯回路に不自然な負担が増加して、回路の信頼性が低下するという問題を生じる。また、２次電圧が乱れると、それが１次側にも波及して交流定電流電源へ高調波を不所望に流出するという問題を生じる。
【００１８】
本発明は、発光ダイオードの点灯回路に不自然な負担が増加したり、交流定電流電源への高調波の不所望な流出をしたりするのを抑制して信頼性の高い標識灯システムを提供することを目的とする。
【００１９】
また、本発明は、加えて標識灯の発光ダイオードに流れる電流が交流定電流電源から通流する電流より小さくても、負荷調整回路を具備することにより、発光ダイオードとは別に無効電流を流して交流定電流電源から通流する電流に相応する電流が絶縁トランスの２次側に流れるようにした標識灯システムを提供することを他の目的とする。
【００２０】
【課題を達成するための手段】
請求項１の発明の標識灯システムは、所定の光度比率にしたがって出力電流を切り換える電流切換手段を備えた交流定電流電源と；発光ダイオードを光源として構成され、交流定電流電源の出力に対して直列接続される標識灯と；交流定電流電源および標識灯の間に介在する絶縁トランスと；交流定電流電源の出力電流を検出する電流検出手段と；電流検出手段の検出出力に応じて発光ダイオードの発光が所定の光度比率になるように標識灯を制御する点灯制御手段と；標識灯と並列的に接続して交流定電流電源の電流切換特性と標識灯の負荷電流特性との差を補償するように作用する負荷調整回路と；を具備していることを特徴としている。
【００２１】
本発明および以下の各発明において、特に指定しない限り用語の定義および技術的意味は次による。
【００２２】
＜交流定電流電源について＞ 交流定電流電源は、定電流化された出力電流を直列接続された複数の負荷に対して出力する電気的回路手段である。そして、光度比率に応じて出力電流を切り換え可能に構成されている。なお、出力電流の切り換えは、段階的および連続的のいずれであってもよい。段階的な出力電流の切り換えは、交流定電流電源の内部に含まれるトランスのタップを切り換えることによって行うことができる。また、交流定電流電源の定電流制御機能は、サイリスタの位相制御回路を主体とする半導体定電流回路または可飽和トランスを主体とする定電流磁気回路を主体として構成することができる。
【００２３】
所定の光度比率は、標識灯を設置している周囲の明るさが、例えば晴天白昼、曇天白昼、日暮、夜明け、夜間など時間や天候により変化しても、標識灯の見え方を常に良好に維持することを目的として、標識灯の光度をそのときの周囲の明るさに応じて制御するために定められる。そして、所定の電流−光度特性に応じて予め定められたプログラムにしたがって交流定電流電源の出力電流を切り換えることにより制御される。なお、このプログラムは、標識灯の発光ダイオードの電流−光度特性とは異なる電流−光度特性たとえばハロゲン電球の電流−光度特性に基づいて定められている。
【００２４】
＜標識灯について＞ 標識灯は、埋込形および地上形のいずれであってもよい。また、空港用、道路用など多様な用途のいずれであってもよい。しかし、標識灯は、その光源に発光ダイオードが用いられている点で共通している。なお、空港用の標識灯である航空標識灯の場合、たとえば滑走路中心線灯、誘導路中心線灯などがある。
【００２５】
標識灯の光源に用いられる発光ダイオードは、その光度、発光色、配光特性などの光学性能が特段限定されるものではないが、標識灯の用途に応じて所要の光学性能を有する発光ダイオードを適切に選択すればよい。また、発光ダイオードは、その順方向に直流が流れることによって発光すなわち点灯する。しかし、その点灯電源は、直流電源および交流電源のいずれであってもよい。すなわち、１チップの発光ダイオードの光度は、標識灯の所要光度より明らかに小さい場合が圧倒的に多いので、このような場合には複数の発光ダイオードを用いるのが一般的である。
【００２６】
そこで、交流電源を用いて発光ダイオードを点灯する場合には、たとえば使用する複数の発光ダイオードを偶数のブロックに分けて、それぞれのブロック内で直列接続してから、各ブロックを二つに分けて互いに逆並列に接続する。これにより、半数の発光ダイオードは、交流電圧の一方の極性に対して順方向になり、残余の半数の発光ダイオードは、交流電圧の他方の極性に対して順方向になる。また、一対の発光ダイオードを逆並列に接続した発光ダイオードペアの複数を直列接続して交流電源に接続することもできる。もちろん、直流電源を用いて発光ダイオードを点灯する場合、その順方向に直流が流れるような極性に接続する。
【００２７】
また、複数の標識灯を交流定電流電源の出力に対して直列接続する場合、後述するように絶縁トランスを介して接続する。
【００２８】
さらに、発光ダイオード素子の配光は一般的に狭いので、標識灯が要求するところの広がった配光特性を得るために、複数の発光ダイオード素子を配列するに際して、一部または全部の発光素子を適当な角度に傾けて標識灯に装着することができる。
【００２９】
さらにまた、発光ダイオードの標識灯に対する取り付け角度および位置が使用中の振動や衝撃によって変化しないように、発光ダイオードを透明合成樹脂で充填することができる。また、熱伝導性の金属からなる整列板に形成した挿通孔に発光ダイオードを挿入して支持するように構成してもよい。この場合、発光ダイオードの放熱も良好になる。
【００３０】
さらにまた、発光ダイオード素子の配光を標識灯の要求する配光特性になるべく接近させるために、発光ダイオード素子の半導体チップを包囲する透明合成樹脂製のレンズを非円形たとえば楕円形にすることができる。
【００３１】
＜絶縁トランスについて＞ 絶縁トランスは、標識灯を幹線線路の高電圧から導電的に分離するために用いられる。すなわち、交流定電流電源から延在する幹線線路は、標識灯を設置する路面などに沿って敷設される複数の標識灯を直列接続して給電するように構成されているために、その電圧がかなり高く設定されている。個々の標識灯をこのような高電圧に耐えるように構成するのは困難で、かつ、不経済であるため、幹線線路と標識灯との間に絶縁トランスを介在させるのが一般的である。この絶縁トランスは、１次巻線と２次巻線とに流れる電流を等しく、すなわち巻数を等しくしてもよいし、２次巻線の電流を少なく設定してもよい。
【００３２】
また、絶縁トランスを用いる場合、閉ループを形成するようにその２次巻線間に分岐線路を接続することができる。これに対して、標識灯の入力端に変流器の２次巻線を接続し、閉ループの分岐線路を１次巻線とするように変流器を閉ループに磁気結合させる。この構成により標識灯の不点時に絶縁トランスの２次側に高電圧が現れるのを防止することができる。なお、変流器をクリップ式にすれば、変流器の閉ループに対する標識灯の交換作業を容易に行えるようになる。
【００３３】
＜電流検出手段について＞ 電流検出手段は、交流定電流電源からの出力電流を直接または間接に検出する手段である。直接検出するには、例えば交流定電流電源の出力回路すなわち負荷回路に挿入変流器などの既知の各種電流検出手段を挿入することができる。この場合の変流器としては、標識灯の前段に絶縁トランスが付設される場合、当該絶縁トランスの１次巻線に磁気結合する電流検出巻線を配設することにより、絶縁トランスに一体化されたものとして得ることができる。
【００３４】
また、交流定電流電源からの出力電流を間接的に検出するには、例えば絶縁トランスの２次電圧を検出することができる。なお、交流定電流電源に直列接続する絶縁トランスは、１種の変流器であるから、その２次電圧が概ね交流定電流電源の出力電流に比例する。
【００３５】
＜点灯制御手段について＞ 点灯制御手段は、電流検出手段の検出信号に基づいて交流定電流電源の出力の光度比率を判定し、判定した光度比率で電流を変調して出力するように構成されている。すなわち、発光ダイオードの電流−光度特性とは異なる電流−光度特性に基づいて交流定電流電源から出力された電流を発光ダイオードの電流−光度特性に基づく電流に変調する。
【００３６】
また、全ての標識灯の光源が発光ダイオードである場合には、交流定電流電源の出力端に直列接続される全ての標識灯に対して共通に単一の点灯制御手段を配設することができる。この場合には、設備費が相対的に安価になる。また、点灯制御手段を交流定電流電源の設置場所および標識灯の設置場所のいずれにも設置することもでき、設置の自由度が大きい。
【００３７】
これに対して、複数の点灯制御手段を分散して配設し、各点灯回路手段に対して一または複数の標識灯をすることもできる。この場合には、複数の標識灯の一部のみの光源が発光ダイオードに変更されていて、残余の標識灯は光源がハロゲン電球など交流定電流電源にプログラムされているのと同じ電流−光度特性を有する光源によって構成されている光源が混合した態様であってもよい。そして、光源が発光ダイオードの標識灯に対してのみ点灯制御手段を付設する。また、点灯制御手段は、それぞれ対応する標識灯に近接した位置に設置するのがよい。
【００３８】
さらに、点灯制御手段は、その出力端に接続されている発光ダイオードに供給する電流を適当な方式たとえばパルス幅変調方式、振幅変調方式などによって変調することができる。しかし、発光ダイオードのある種のものは、電流の振幅に応じて発光色が変化する性質があるので、パルス幅変調方式の方が好ましい。
【００３９】
パルス幅変調方式の点灯制御手段の場合、標識灯に対して直列に挿入したスイッチング回路と、電流検出手段の検出出力に基づいて光度比率を判定する判定回路と、判定した光度比率に相当するパルス幅制御信号を発生してスイッチング回路を制御するパルス幅制御回路とにより点灯制御手段を構成することができる。
【００４０】
＜負荷調整回路について＞ 負荷調整回路は、標識灯と並列的に接続して交流定電流電源の電流切換特性と標識灯の負荷電流特性との差を補償するように作用する回路手段であり、本発明における特徴的構成部分である。
【００４１】
すなわち、幹線線路に流れる電流が低減されると、前述したように点灯制御手段が発光ダイオードを、そこに通流する負荷電流を制御して、ハロゲン電球と同光度で発光させる。このときの負荷電流は、前述した理由によりハロゲン電球の場合の負荷電流より小さいので、負荷が変動することになる。
【００４２】
これに対して、本発明においては、負荷調整回路は、標識灯と並列的に接続していて、幹線線路に流れる電流に比例する電流に対して負荷電流の不足する分を負荷調整電流として発光ダイオードの負荷電流に追加して絶縁トランスを経由して交流定電流電源に流す。したがって、負荷調整回路に流れる負荷調整電流と負荷電流との和は、幹線線路に流れる電流にほぼ比例するようにすることが可能になる。そして、負荷調整電流と負荷電流とのベクトル和の電流が絶縁トランスを通流することになる。なお、本発明において、負荷調整電流は、幹線線路に流れる電流に比例する電流に対して負荷電流の不足する分を正確に補償することが望ましいが、少なくとも補償する方向に増減する程度であれば、相応の効果を生じるので、許容されるものとする。
【００４３】
また、負荷調整電流の好ましい態様は、電力損を伴わない無効電流である。無効電流は、容量性および誘導性のいずれであってもよい。無効の負荷調整電流を流すためには、負荷調整回路を容量性または誘導性に構成すればよい。
【００４４】
さらに、負荷調整回路は、これを負荷調整電流が発光ダイオードを流れる負荷電流と並列に流れるように構成することにより、負荷に対する干渉が発生しないので、好都合である。
【００４５】
＜その他の構成について＞ 本発明の必須構成要件ではないが、以下に列挙する構成を所望により選択的に付加することができる。
１．標識灯開放保護手段 標識灯開放保護手段は、標識灯が何らかの原因で開放した場合、標識灯に高電圧が印加されるとともに、直列接続している他の健全な標識灯も作動を停止するため、重大な障害になる。このような開放事故を防止するために、各標識灯に並列的に開放保護手段を挿入することができる。
【００４６】
そうして、標識灯保護手段は、標識灯が開放して高電圧が印加されると同時に短絡状態となり、当該標識灯に対する高電圧の印加を回避する。
２．点灯制御手段および負荷調整回路の設置場所 点灯制御手段および負荷調整回路は、これを一群の標識灯に対して共通に配設するのが経済的であるが、この場合、点灯制御手段および負荷調整回路の設置場所は、標識灯および路側のいずれか一方、または他の場所に設置できる。標識灯内に設置する場合、一群の標識灯の中で特定の標識灯の例えば基台内に点灯制御手段および負荷調整回路を設置して、残余の標識灯に対しては、配線を経由して接続する。路側に設置する場合、路側に例えばハンドホールを設置して、その内部に点灯制御手段および負荷調整回路を収納し、一群の標識灯に対して配線を経由して接続する。また、点灯制御手段および負荷調整回路は、上記以外の他所望の位置に設置することができる。
【００４７】
＜本発明の作用について＞ 本発明においては、交流定電流電源が所定の光度比率にしたがって、例えばハロゲン電球の電流−光度特性に応じて、出力電流を切り換えると、電流検出手段が出力電流を検出して点灯制御手段に制御入力する。
【００４８】
点灯制御手段は、電流検出信号が７９％の電流であるときには、発光比率が２５％であると判定するように予めプログラムされているので、そのプログラムにしたがって光度比率を２５％と判定する。また、同時に発光ダイオードの電流−光度特性のプログラムに基づき７９％の電流を、２５％の光度で点灯するのに必要な負荷電流であるところの２５％にまで低減して、発光ダイオードに供給する。その結果、発光ダイオードを光源とする標識灯は、交流定電流電源側で切り換えた光度比率と同じ光度比率で点灯する。そして、２５％にまで低減した負荷電流が絶縁トランスを経由して１次側の交流定電流電源に流れる。なお、以上の回路動作は、他の光度比率においても同様な原理により行われる。
【００４９】
したがって、ハロゲン電球など発光ダイオードの電流−光度特性とは異なる電流−光度特性に基づいて光度比率に対応する出力電流が設定されている交流定電流電源であっても、光源を発光ダイオードに変更した標識灯に対して引き続き使用することができる。
【００５０】
一方、負荷調整回路は、標識灯と並列的に接続して交流定電流電源の電流切換特性と標識灯の負荷電流特性との差を補償するように作用する。すなわち、発光ダイオードに流れる負荷電流が点灯制御手段により低減して交流定電流電源の出力電流に比例しなくなると、これと同時に負荷調整回路は、負荷調整電流を増加させて負荷電流の減少分を補償するように作動する。
【００５１】
以上の結果、絶縁トランスの２次側には、負荷電流と負荷調整電流とのベクトル和の電流が流れる。このベクトル和の電流は、絶縁トランスの１次側に流れる電流に概ね比例する関係になるので、絶縁トランスの２次側には、１次側に流れる電流波形に比例した電圧が発生し、負荷調整回路を具備しない場合のような複雑な波形の電圧が発生しなくなる。このため、絶縁トランスの２次側に接続する発光ダイオードおよび点灯制御手段などに不自然な負担が増加することがない。また、これに伴い交流定電流電源への高調波の不所望な流出がなくなる。
【００５２】
請求項２の発明の標識灯システムは、請求項１記載の標識灯システムにおいて、負荷調整回路は、交流定電流電源の出力電流を検出する電流検出手段の検出出力に応動することを特徴としている。
【００５３】
本発明は、負荷調整回路が発光ダイオードの負荷電流に対応して負荷調整電流を可変する際に、交流定電流電源の出力電流を検出する電流検出手段の検出出力を利用している。電流検出手段は、点灯制御手段を制御するのに用いる電流検出手段を流用することができる。しかし、要すれば、後者の電流検出手段とは別に配設することができる。
【００５４】
そうして、本発明においては、交流定電流電源の出力電流の切り換えを検出して、所要の負荷負荷調整電流を流すことができるので、正確な負荷調整作用を行うことができる。
【００５５】
請求項３の発明の標識灯システムは、請求項１または２記載の標識灯システムにおいて、負荷調整回路は、交流定電流電源の出力電流を検出する電流検出手段の検出出力に応じて周波数に変換する周波数変換回路および周波数変換回路の出力に応じて駆動されるリアクタンス可変回路を備えていることを特徴としている。
【００５６】
本発明は、負荷調整回路の好適な構成例を規定している。
【００５７】
すなわち、周波数変換回路は、電流検出手段の検出出力に応じて周波数に変換する。なお、「検出出力に応じて周波数に変換する」とは、検出出力を直接周波数の変換する場合および判定回路を経由して判定した結果に対応して、これを周波数に変換する場合を含む。したがって、交流定電流電源の出力電流の変化は、周波数変換回路により周波数の変化として取り出すことができる。
【００５８】
リアクタンス可変回路は、その励振周波数に応じて変化する無効電流を流す特性を有している。したがって、このリアクタンス可変回路を負荷である発光ダイオードに対して並列的に配設することにより、無効電流を負荷電流と別に流すことができる。なお、リアクタンス可変回路に流れる無効電流は、容量性および誘導性のいずれであってもよい。
【００５９】
また、リアクタンス可変回路は、例えばハーフブリッジ形インバータにより構成することができる。この場合、発光ダイオードをハーフブリッジ形インバータの出力端に接続して交流点灯またはパルス点灯を行うように接続することができる。すなわち、交流点灯を行うには、複数の発光ダイオードを、所望により逆流防止ダイオードと直列接続したうえで、一対の回路に分割し、これらを逆並列に接続すればよい。また、パルス点灯を行うには、ハーフブリッジインバータの出力側の一端を接地するなどして、インバータの交流出力を同極性のパルス列として取り出せばよい。なお、リアクタンス可変回路には、その入力端に整流回路を付設して、交流定電流電源に接続する絶縁トランスの２次電圧を当該整流回路によって整流して得た直流電圧を印加する。
【００６０】
交流定電流電源の出力電流が変化すると、周波数変換回路の出力周波数が変化するので、これに応動してリアクタンス可変回路に流れる無効電流が変化する。その結果、負荷電流と無効電流のベクトル和は、交流定電流電源の出力電流にほぼ比例的になる。
【００６１】
また、リアクタンス可変回路をハーフブリッジ形インバータにより構成した場合、ハーフブリッジインバータは、直列接続した一対のスイッチング素子の少なくとも一方に並列接続したコンデンサを備えているので、このコンデンサには、励振周波数に応じて変化する無効電流が流れる。また、発光ダイオードに対して並列的に接続するので、上記無効電流は、負荷電流と重畳して絶縁トランスに流れる。
【００６２】
そうして、本発明においては、負荷調整回路の構成が比較的簡単で、しかも、負荷調整電流が無効電流であるから、回路損失が少なくて、信頼性の高い回路動作を行う。
【００６３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００６４】
図２ないし図８は、本発明の標識灯システムにおける第１の実施の形態としての空港用の航空標識灯システムを示し、図２は全体の概要を示すブロック回路図、図３は要部を示す回路ブロック図、図４は要部の回路図、図５は図４における各部の電圧、電流波形図、図６は直列接続幹線ケーブル、複数の負荷制御回路ブロックおよび分岐線ケーブルの埋設状態を説明する俯瞰図、図７は標識灯の平面図、図８は同じく縦断面図である。
【００６５】
図２において、標識灯システムは、交流定電流電源ＣＣＲ、直列接続幹線ケーブルＷｍ、複数の負荷制御回路ブロックＬＤＣ、分岐線ケーブルＷｂ、複数の標識灯ＬＧＴを具備して構成されている。
【００６６】
＜交流定電流電源ＣＣＲ＞ 交流定電流電源ＣＣＲは、現行のハロゲン電球を用いる標識灯用のもので、前述した光度比率になるように出力電流を切り換えるための電流切換タップを備えている。
【００６７】
＜直列接続幹線ケーブルＷｍ＞ 直列接続幹線ケーブルＷｍは、交流定電流電源ＣＣＲの出力端から延在して標識灯ＬＧＴを設置する滑走路や誘導路の路側に沿って敷設される。なお、本実施の形態において、直列接続幹線ケーブルＷｍは、図６に示すように、滑走路Ｒ／Ｗの路側Ｓ／Ｗに埋設されている。
【００６８】
＜複数の負荷制御回路ブロックＬＤＣ＞ 複数の負荷制御回路ブロックＬＤＣは、直列接続幹線ケーブルＷｍを介して交流定電流電源ＣＣＲに対して直列接続している。また、各負荷制御回路ブロックＬＤＣは、その内部に絶縁トランスＴｒｆ、電流検出手段ＤＥＴ、点灯制御手段ＯＣおよび負荷調整回路ＬＲＣを備えている。
【００６９】
（絶縁トランスＴｒｆ） 絶縁トランスＴｒｆは、交流定電流電源ＣＣＲと標識灯ＬＧＴとの間に介在して、負荷制御回路ブロックＬＤＣおよび標識灯ＬＧＴを直列接続幹線ケーブルＷｍの高電圧から導電的に分離する手段として用いられ、１次巻線ｗｐおよび２次巻線ｗｓを備えている。１次巻線ｗｐは、直列接続幹線ケーブルＷｍに直列接続する。２次巻線ｗｓは、負荷制御回路ブロックＬＤＣの後述するその他の回路に接続する。
【００７０】
（電流検出手段ＤＥＴ） 電流検出手段ＤＥＴは、交流定電流電源ＣＣＲの出力電流を検出する手段であり、電流検出用の巻線を絶縁トランスＴｒｆの１次巻線ｗｐに磁気結合することにより、絶縁トランスＴｒｆの１次巻線に流れる電流を検出する変流器を構成している。
【００７１】
（点灯制御手段ＯＣ） 点灯制御手段ＯＣは、後述する標識灯ＬＧＴに供給する電力を制御して、交流定電流電源ＣＣＲの出力電流が指示する光度で発光ダイオードを発光させる手段であり、図３に示すように、直流電圧変換回路Ｖｄｃ、スイッチング回路ＳＷ、判定回路ＬＥＶおよびパルス幅制御回路ＰＷＭから構成されている。
【００７２】
直流電圧変換回路Ｖｄｃは、図３に示すように、整流回路ＲＥＣおよび定電圧回路ＣＶＲからなる。整流回路ＲＥＣは、その交流入力端が絶縁トランスＴｒｆの２次巻線ｗｓに接続している。定電圧回路ＣＶＲは、その入力端が整流回路ＲＥＣの直流出力端に接続している。これにより標識灯ＬＧＴの発光ダイオードＬＥＤは定電圧下で点灯する。なお、図４において、定電圧回路ＣＶＲは、本発明における点灯制御手段ＯＣおよび負荷調整回路ＬＲＣの回路動作を説明するうえで直接の関係がないので、図示を省略してある。
【００７３】
スイッチング回路ＳＷは、定電圧回路ＣＶＲおよび標識灯ＬＧＴの間に介在して、パルス幅制御回路ＰＷＭから送出されたパルス幅信号に基づいて標識灯ＬＧＴ内の発光ダイオードの発光レベルをＰＷＭ制御する。
【００７４】
判定回路ＬＥＶは、内蔵しているプログラムに基づいて電流検出部ＤＥＴで検出した電流値を記憶しているテーブルデータと比較して光度比率を判定し、判定結果を後述するパルス幅制御回路ＰＷＭおよび負荷調整回路ＬＲＣに送出する。
【００７５】
パルス幅制御回路ＰＷＭは、判定回路ＬＥＶから送出された判定結果に基づいて予定のパルス幅信号を発生してスイッチング回路ＳＷに送出する。
【００７６】
（負荷調整回路ＬＲＣ） 負荷調整回路ＬＲＣは、周波数変換回路ＦＣＣおよびリアクタンス可変回路ＺＶＣからなる。周波数変換回路ＦＣＣは、判定回路ＬＥＶの判定結果に基づいて、交流定電流電源ＣＣＲの出力電流に対応する周波数を発生する。リアクタンス可変回路ＺＶＣは、図４に示すように、出力トランスＯＴを備えたハーフブリッジインバータからなり、その直流入力端が整流回路ＲＥＣの直流出力端に接続し、交流を出力する出力トランスＴＯＵＴの２次巻線が（定電圧回路ＣＶＲを介して）標識灯ＬＧＴ（その光源である発光ダイオードＬＥＤ）およびスイッチング回路ＳＷの直列回路に接続している。
【００７７】
（回路動作） 絶縁トランスＴｒｆ、点灯制御手段ＯＣおよび負荷調整回路ＬＲＣ相互間における回路動作を図５に示す電圧、電流波形に基づいて以下説明する。
【００７８】
すなわち、交流定電流電源ＣＣＲの出力電流Ｉ１が位相制御された波形であると、絶縁トランスＴｒｆの２次電流Ｉ２および２次電圧Ｖ２がともに出力電流Ｉ１と相似の波形になる。これに対して、負荷調整回路ＬＲＣのリアクタンス可変回路ＺＲＣの出力電圧Ｖ３は、図のような矩形波の交流波形になる。点灯制御手段ＯＣは、矩形波の交流出力をパルス列としてスイッチング回路ＳＷに印加し、ここでＰＷＭ制御を行ってから標識灯ＬＧＴの発光ダイオードＫＥＤに印加することによって、発光ダイオードＬＥＤを所定光度で発光させる。
【００７９】
＜分岐ケーブルＷｂ＞ 分岐ケーブルＷｂは、図６に示すように、滑走路Ｒ／Ｗに沿って路側Ｓ／Ｗに埋設された直列接続幹線ケーブルＷｍからハンドホールＨＤで分岐されて、滑走路Ｒ／Ｗに分散して埋設された複数の標識灯ＬＧＴの間を並列接続する手段として用いられている。
【００８０】
なお、ハンドホールＨＤは、路側Ｓ／Ｗに埋設されている。また、本実施の形態において、負荷制御回路ブロックＬＤＣは、ハンドホールＨＤに近い標識灯ＬＧＴに内蔵されている。
【００８１】
＜標識灯ＬＧＴ＞ 標識灯ＬＧＴは、滑走路中心線灯を構成しており、光源として、図２に示すように、直並列接続された複数の発光ダイオードＬＥＤを用いたもので、図７および図８に示す構造である。なお、図２において、各発光ダイオードＬＥＤに対して直列に接続された抵抗器Ｒは、電流調整用抵抗である。
【００８２】
また、標識灯ＬＧＴは、基台１および標識灯本体２からなり、基体１の内部に負荷制御回路ブロックＬＤＣを収納している。
【００８３】
（基台１） 基台１は、容体１ａを主体として構成されている。容体１ａは、その上端が開口した有底円筒状をなしていて、開口端を路面から露出した状態で路面に埋設される。容体１ａの側面には適数の配線引き込み孔１ａ１が形成され、配線引き込み孔１ａ１に装着された防水ブッシュ１ｂを介して直列接続幹線ケーブルＷｍが引き込まれる。また、図示しない同様な構造を介して分岐ケーブルＷｂが容体１ａから導出される。さらに、容体１ａの開口端には、一段下がった位置に内向きの環状座１ａ２が形成されている。環状座１ａ２にはボルトをねじ込むねじ孔（図示しない。）が形成されている。
【００８４】
（負荷制御回路ブロックＬＤＣ） 負荷制御回路ブロックＬＤＣは、基台１の内部に収納され、その底面に載置されている。また、負荷制御回路ブロックＬＤＣは、配線基板ＰＢに実装されているとともに、防水ケースＷＴＣに収納されている。防水ケースＷＴＣは、２つ割構成であって、その接合面はＯリングＯＲにより防水処理されている。また、防水ケースＷＴＣには、一対の配線挿通孔Ｈ１、Ｈ２が形成され、防水ブッシュＷＴＢを介して内部に直列接続幹線ケーブルＷｍが引き込まれ、分岐ケーブルＷｂへの接続線ＣＣが導出されている。分岐ケーブルＷｂは、接続線ＣＣに防水コネクタＷＣＮを介して基台１の内部で接続している。
【００８５】
（標識灯本体２） 標識灯本体２は、灯体２ａ、プリズム２ｂ、発光ダイオードユニット２ｃおよび端子台２ｄを主体として構成されている。
【００８６】
灯体２ａは、上部灯体２ａ１および下部灯体２ａ２を覆合して構成されている。
【００８７】
上部灯体２ａ１は、その上面に膨出部２ａ１１および光導出溝２ａ１２を備えている。膨出部２ａ１１は、中央に円形の平坦な頂面および頂面から上部灯体２ａの周縁にわたる切頭円錐斜面によって上部灯体２ａ１の上面に画成されている。光導出溝２ａ１２は、膨出部２ａ１２の切頭円錐斜面に開口するとともに、灯体２ａの内部に連通している。なお、光導出溝２ａ１２は、所望数を放射状に配設することができる。また、上部灯体２ａ１の周縁部には、上部灯体２ａ１および下部灯体２ａ２を結合して灯体２ａを形成する複数のボルト挿通孔２ａ１３と、灯体２ａを基台１に固着するための複数のボルト挿通孔２ａ１４とが形成されている。
【００８８】
下部灯体２ａ２は、皿状をなしていて、周縁にスタッドボルト（図示しない。）が植立している。また、上部ボルト灯体２ａ１のボルト挿通孔２ａ１４に正対する位置に図示しないボルト挿通孔が形成されている。
【００８９】
そうして、下部灯体２ａ２のスタッドボルトを上部灯体２ａ１のボルト挿通孔２ａ１３に下側から挿通して、下部灯体２ａ２を上部灯体２ａ１に下側から覆合し、上部灯体２ａ１のボルト挿通孔２ａ１３から上部へ露出したスタッドボルトの先端にナットをねじ込み、締め付けることによって灯体２ａが一体化され、内部に内部空間２ａ３が形成される。また、灯体２ａは、基台１の環状座１ａ２に載置され、上部灯体２ａ１のボルト挿通孔２ａ１４を環状座１ａ２のねじ孔に正対させ、灯体２ａの上からボルト挿通孔２ａ１４にボルト（図示しない。）を挿通して、環状座１ａ２のねじ孔にねじ込むことにより、基台１に固定される。
【００９０】
プリズム２ｂは、灯体２ａの光導出溝２ａ１２の内部に上記内部空間２ａ３側から挿入し、内端の周縁をパッキン２ｂ１および押さえ金具２ｂ２により上部灯体２ａ１の内面に液密に固着されている。
【００９１】
発光ダイオードユニット２ｃは、配線基板２ｃ１、発光ダイオード２ｃ２、整列板２ｃ３および取付具２ｃ４を備えて構成されている。配線基板２ｃ１は、複数の発光ダイオード２ｃ２を実装している。整列板２ｃ３は、複数の挿通孔を備えていて、配線基板２ｃ１の前方に配設され、複数の発光ダイオード２ｃ２を挿通孔に挿入することにより所定の向きに支持する。取付具２ｃ４は、整列板２ｃ３をプリズム２ｂの光入射面に対して正対し、かつ所定の間隔を維持して固定するとともに、配線基板２ｃ１を整列版２ｃ３の背方において所定の間隔を維持して固定する。
【００９２】
（端子台２ｄ） 端子台２ｄは、絶縁ブッシュ２ｄ１および端子２ｄ２を備え、下部灯体２ａ２を貫通して灯体２ａの下面に配設されている。絶縁ブッシュ２ｄ１は、下部灯体２ａ２を貫通して装着され、端子２ｄ２は絶縁ブッシュ２ｄ１内を下部灯体２ａ２に対して絶縁されて貫通していて、灯体２ａの外部において分岐ケーブルＷｂを接続し、内部において配線基板２ｃ１を介して発光ダイオード２ｃ２に接続している。
【００９３】
（標識灯の動作） 標識灯は以下のように動作する。すなわち、複数の発光ダイオード２ｃ２が点灯すると、その発光はプリズム２ｂの光入射面からプリズム２ｂ内に入射し、プリズム２ｂから出射するときに進路が屈折して入射角より小さな出射角度で、かつ所定配光を有する光ビームとなって光導出溝２ａ１２を通って滑走路Ｒ／Ｗに放射される。航空機のパイロットは、標識灯の光ビームを視認することで滑走路の中心を認識し、航空機を滑走路の中心に沿って離発着するように操縦することができる。
【００９４】
図９ないし図１２は、本発明の標識灯システムの第２の実施の形態としての空港用の航空標識灯システムを示し、図９は全体の概要を示すブロック回路図、図１０は要部を示す回路ブロック図、図１１は直列接続幹線ケーブル、複数の負荷制御回路ブロックおよび分岐線ケーブルの埋設状態を説明する俯瞰図、図１２は標識灯の縦断面図である。各図において、図２ないし図８と同一部分については同一符号を付して説明は省略する。
【００９５】
本実施の形態においては、点灯制御手段ＯＣおよび負荷調整回路ＬＲＣの回路構成が変更され、複数の標識灯ＬＧＴ接続態様が変更され、負荷制御回路ブロックＬＤＣの配設位置が変更され、かつ、標識灯ＬＧＴの構造が変更されている点で異なる。
【００９６】
＜点灯制御手段ＯＣ＞ 点灯制御手段ＯＣは、その直流電圧変換回路Ｖｄｃに代えて直流電流変換回路Ｉｄｃが用いられている。直流電流変換回路Ｉｄｃは、整流回路ＲＥＣおよび定電流回路ＩＣＲからなる。これにより、標識灯ＬＧＴの発光ダイオードＬＥＤは定電流下で点灯する。
【００９７】
また、第１および第２の電流検出手段ＤＥＴ１、ＤＥＴ２が配設されている。第１の電流検出手段ＤＥＴ１は、本発明の第１の実施の形態における電流検出手段ＤＥＴと同一の構成であって、交流定電流電源ＣＣＲの出力電流を直接検出するが、その出力はパルス幅制御回路ＰＷＭにのみに送出される。
【００９８】
これに対して、第２の電流検出手段ＤＥＴ２は、整流回路ＲＥＣの直流出力電圧を検出することによって、交流定電流電源ＣＣＲの出力電流の大きさを間接的に検出する構成である。そして、その検出出力は、周波数変換開路ＦＣＣに送出される。
【００９９】
周波数変換回路ＦＣＣの周波数出力は、リアクタンス可変回路ＺＶＣに送出されるとともに、パルス幅制御回路ＰＷＭに対してその励振周波数を提供している。
【０１００】
＜負荷調整回路ＬＲＣ＞ 負荷調整回路ＬＲＣは、点灯制御手段ＯＣの第２の電流検出手段ＤＥＴ２および周波数変換回路ＦＣＣを共有して構成されている。
【０１０１】
以上の構成により、スイッチング回路ＳＷおよびリアクタンス可変回路ＺＶＣは同期しながら回路動作を行う。
【０１０２】
＜複数の標識灯ＬＧＴの接続態様＞ 複数の標識灯ＬＧＴの接続態様は、図９に示すように、負荷回路制御回路ブロックＬＤＣに対して直列接続されている。
【０１０３】
＜負荷制御回路ブロックＬＤＣの配設位置＞ 負荷制御回路ブロックＬＤＣの配設位置は、路側Ｓ／Ｗに埋設したハンドホールＨＤ内に配設されている。
【０１０４】
＜標識灯ＬＧＴ＞ 標識灯ＬＧＴは、図１２に示すように、その基台１´が浅皿状をなしている。負荷制御回路ブロックＬＤＣをハンドホールＨＤに収納することから、このような基台１´を用いことが可能になり、航空標識灯の路面埋設作業を容易にすることができる。
【０１０５】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、電流切換手段を備えた交流定電流電源と、発光ダイオードを光源として構成される標識灯と、絶縁トランスと、電流検出手段と、発光ダイオードの発光が所定の光度比率になるように標識灯を制御する点灯制御手段と、交流定電流電源の電流切換特性と標識灯の負荷電流特性との差を補償するように作用する負荷調整回路とを具備していることにより、発光ダイオードの点灯回路に不自然な負担が増加したり、交流定電流電源への高調波の不所望な流出をしたりするのを抑制した信頼性の高い標識灯システムを提供することができる。
【０１０６】
請求項２の発明によれば、加えて負荷調整回路が流定電流電源の出力電流の電流検出手段に応動するように構成されているので、正確な負荷調整作用を行う標識灯システムを提供することができる。
【０１０７】
請求項３の発明によれば、加えて負荷調整回路が電流検出手段の検出出力を周波数に変換する周波数変換回路および周波数変換回路の出力に応じて駆動されるリアクタンス可変回路を備えていることにより、構成が比較的簡単で、しかも、回路損失が少なくて、信頼性の高い回路動作を行う負荷調整回路を備えた標識灯システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ハロゲン電球および発光ダイオードの電流−光度特性を示すグラフ
【図２】本発明の標識灯システムにおける第１の実施の形態としての空港用の航空標識灯システム全体の概要を示すブロック回路図
【図３】同じく要部を示す回路ブロック図、図４は要部の回路図
する斜視図
【図４】同じく図４は要部の回路図
【図５】同じく図４における各部の電圧、電流波形図
【図６】同じく直列接続幹線ケーブル、複数の負荷制御回路ブロックおよび分岐線ケーブルの埋設状態を説明する俯瞰図
【図７】同じく標識灯の平面図
【図８】同じく縦断面図
【図９】本発明の標識灯システムの第２の実施の形態としての空港用の航空標識灯システム全体の概要を示すブロック回路図
【図１０】同じく要部を示す回路ブロック図
【図１１】同じく直列接続幹線ケーブル、複数の負荷制御回路ブロックおよび分岐線ケーブルの埋設状態を説明する俯瞰図
【図１２】同じく標識灯の縦断面図
【図１３】特許文献２に記載の標識灯システムにおける交流定電流電源、絶縁トランスおよび点灯制御手段の電圧、電流の関係を説明するための回路概要を示す回路図
【図１４】図１３の各部の電圧、電流波形図
【符号の説明】
ＣＣＲ…交流定電流電源、Ｔｒｆ…絶縁トランス、ＤＥＴ…電流検出手段、ＯＣ…点灯制御手段、ＳＷ…スイッチング回路、ＰＷＭ…パルス幅制御回路、ＬＲＣ…負荷調整回路、ＦＣＣ…周波数変換回路、ＺＶＣ…リアクタンス可変回路、ＬＧＴ…標識灯、ＬＥＤ…発光ダイオード
Claims (3)
- 所定の光度比率にしたがって出力電流を切り換える電流切換手段を備えた交流定電流電源と；
発光ダイオードを光源として構成され、交流定電流電源の出力に対して直列接続される標識灯と；
交流定電流電源および標識灯の間に介在する絶縁トランスと；
交流定電流電源の出力電流を検出する電流検出手段と；
電流検出手段の検出出力に応じて発光ダイオードの発光が所定の光度比率になるように標識灯を制御する点灯制御手段と；
標識灯と並列的に接続して交流定電流電源の電流切換特性と標識灯の負荷電流特性との差を補償するように作用する負荷調整回路と；
を具備していることを特徴とする標識灯システム。 - 負荷調整回路は、交流定電流電源の出力電流を検出する電流検出手段の検出出力に応動することを特徴とする請求項１記載の標識灯システム。
- 負荷調整回路は、交流定電流電源の出力電流を検出する電流検出手段の検出出力に応じて周波数に変換する周波数変換回路および周波数変換回路の出力に応じて駆動されるリアクタンス可変回路を備えていることを特徴とする請求項１または２記載の標識灯システム。
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