JP2009158551A - 電子発光光源用定電流発生器システム - Google Patents

Abstract

【課題】負荷回路に対して簡単な回路構成で輝度調整の高精度化を図ると共に、複数個直列接続された各々の負荷回路を任意に点滅制御することを可能にし、さらに、保守メンテナンス負担を軽減することができる電子発光光源用定電流発生装置システムを提供する。
【解決手段】商用交流電源とコンデンサと出力変成器一次側巻線とが直列に接続され、出力変成器の二次側巻線に発生した交流定電流の振幅を線形に変化させる複数の入力側切換タップが出力変成器一次側巻線に設けられた定電流発生器１００と、電子発光光源を内装した負荷回路とを備え、負荷回路３００〜７００が複数個直列に定電流発生器１００に接続されており、負荷回路３００〜７００の各々が、該負荷回路を直列回路から切り離す開閉器３０２〜７０２と負荷回路を短絡させる回路接点器３０１〜７０１とを有することによって、前記課題を解決する。
【選択図】図４

Description

本発明は、ＬＥＤ（発光ダイオード）やＨＩＤランプ（高輝度放電灯）などの電子発光光源の電源に関し、さらに詳しくは、飛行場灯火のように配線距離が長く広範囲に配設された多数の灯火からなる照明設備を点灯するための電子発光光源用電源システムに関するものである。

一般に、飛行場では、天候不順による視界不良時や夜間であっても、航空機を安全に運行させるために、各種飛行場灯火が配設されている。これらの飛行場灯火としては、着陸機に対して、最終進入経路を示す進入灯、滑走路の輪郭を示す滑走路灯、誘導路及びエプロン（飛行機を停めておくエリア）の縁を示す誘導路灯などが挙げられる。

このような飛行場や、高速道路、トンネル、公園などの公共施設では、広範囲にわたってタングステンランプやハロゲンランプなどの熱発光光源を内装した多数の灯火が配設されるため、これらの多数の灯火に対して電力を供給するためには、非常に長い距離の配線が必要となる。そのため、この配線による電力損失を考慮して各灯火の光度を均一に保つ必要があると共に、何れかの灯火に不点灯が発生しても他の灯火を安定して点灯させる灯火システムが必要である。

さらに、前述した灯火システムでは、昼間であるか夜間であるかや、気象状況に応じて灯火の視認性が変化するため、これらの状況の変化に応じて灯火の輝度を調整する必要がある。例えば、周辺照度が高い、すなわち周りが明るい昼間では灯火の視認性が低下するため、灯火の輝度を高くする必要がある。一方、周辺照度が低い、すなわち周りが暗い夜間では灯火の視認性が良好であるため、灯火の輝度を低くすることによって消費電力を削減することができる。

このような用途に適した電源装置として、本発明者は、図５に示したような定電流光度調整装置２００を開発した。この定電流光度調整装置２００は、商用交流電源２１０と、この商用交流電源２１０に直列に接続され、商用交流電源２１０の出力と所定の共振条件を満たす時定数を有し、負荷変動に無関係な一定な正弦波交流電流Ｉを出力する共振回路２２０と、一次側巻線２３０Ｐが共振回路２２０の出力に直列接続された出力変成器２３０とを有している。

さらに、比較的長い距離の配線２８０を介して出力変成器２３０の二次側巻線２３０Ｓにそれぞれ直列接続された複数の灯火２４０と、任意の期間だけ一次側巻線２３０Ｐに流れる正弦波交流を短絡する分流回路２５０と、電流検出器２７０により検出された出力変成器２３０の二次側電流すなわち負荷電流ＩＬに基づいて、共振回路２２０から出力される正弦波交流電流Ｉの１サイクルを単位として分流回路２５０を短絡制御（サイクル制御）することにより、負荷電流ＩＬの大きさを調整するサイクル制御回路２６０とを有している。

このような定電流光度調整装置２００は、商用交流電源２１０に対して共振回路２２０が直列接続されており、所定の共振条件を満たすように、コンデンサ２２０Ａとリアクトル２２０Ｂとから決定される時定数と、交流電源出力の周波数、電圧、電流とを選択することにより、負荷の変動に無関係な一定の電流Ｉが得られる。この電流Ｉは、出力変成器２３０の一次側巻線２３０Ｐに供給され昇圧され、出力変成器２３０の二次側巻線２３０Ｓに直列接続されたそれぞれの灯火２４０に一定の負荷電流ＩＬとして等しく供給される。

これにより、出力変成器２３０から各灯火２４０への配線２８０が非常に長い場合であっても、各灯火２４０の熱発光光源２４０Ｂには、絶縁トランス２４０Ａを介して等しい電流が供給されるものとなり、各熱発光光源２４０Ｂを均一な光度で点灯させることができる。なお、任意の熱発光光源２４０Ｂが不点灯となっても絶縁トランス２４０Ａにより負荷側の直列回路が断線されることがないので、他の熱発光光源２４０Ｂへの影響は生じない。また、分流回路２５０は、互いに極性が逆方向となるように並列接続されたサイリスタ２５０Ａ、２５０Ｂから構成されており、短絡動作時には、正弦波交流がプラス側の期間にはサイリスタ２５０Ａがオンとなり、マイナス側の期間にサイリスタ２５０Ｂがオンとなる。

図６は、図５に示した従来の定電流光度調整装置２００の各部の信号を示す信号波形図で有り、ここでは、共振回路２２０から出力される電流Ｉの正弦波８周期分（周期Ｔ１）のうち１周期分（周期Ｔ２）を短絡する場合が例として示されている。サイクル制御回路２６０は、電流検出器２７０を介して検出された負荷電流ＩＬに基づいて、所望の負荷電流ＩＬを得るための波数比Ｒ＝Ｔ２／Ｔ１を算出する。例えば、波数比Ｒ＝１／８の場合には、図６に示すように、電流Ｉの正弦波８周期分（周期Ｔ１）分のうち１周期分（周期Ｔ２）分を短絡するように分流回路２５０を制御する。その結果、灯火２４０に供給される電流は、７／８に減少する。そして、波数比Ｒを変えることにより灯火２４０に供給される電流を可変することができる（例えば、特許文献１参照）。
特許第３３６４４０７号公報

ところが、前述した従来の定電流光度調整装置２００では、出力変成器２３０の一次側に流れる電流Ｉａを所定の波数比Ｒで短絡させることにより、負荷電流ＩＬの調整を行っているため、例えば、商用交流電源２１０の周波数が５０Ｈｚであるとした場合、負荷電流ＩＬの刻み幅は、２％となり、それ以下の電流調整は不可能であるという課題があった。
また、負荷電流ＩＬを低減させるためには、所定の波数比Ｒで負荷電流ＩＬを短絡させているため、負荷電流ＩＬを低減させていくにつれて灯器２４０がちらつくという課題があった。
しかも、従来の定電流光度調整装置２００では、図５に示したように、共振回路２２０、分流回路２５０、サイクル制御回路２６０などが必要であり、回路構成が複雑となると共に、共振回路２２０が大型のリアクトル２２０Ｂを必要とするため、装置が大型化するという課題があった。

さらに、灯火のグローブ（光源を覆っている部材）に埃が付着し次第に輝度が低下するため、灯火の寿命がまだ尽きていないのに、グローブを磨いたり、光源を交換したりしなくてはならないという保守メンテナンス上の課題があった。

一方、近年、広範囲にわたって多数の灯火を配設する灯火システムにおいては、消費電力やメンテナンス性を考慮し、光源として前述したようなタングステンランプやハロゲンランプなどのフィラメントを用いたランプ、いわゆる熱発光光源ではなく、効率よく所望の発光色が得られ、かつ球切れ（フィラメントの断線）の心配がなく長寿命なＬＥＤやＨＩＤランプなどのフィラメントを有していない、いわゆる電子発光光源の導入が検討されている。

しかしながら、従来用いられていた、タングステンランプやハロゲンランプなどの熱発光光源では、図７及び図８に示すように、負荷電流に対する光源の輝度が三次曲線に沿った電流−輝度特性を有しているため、例えば、負荷電流が６．６Ａの時に輝度が１００％であった場合、０．２％の輝度に調整する場合であっても、２．８Ａの負荷電流が必要であった。その結果、微少な負荷電流量の供給及び調整は必要ではなく、前述したような定電流光度調整装置２００で十分に対応可能であった。

これに対して、光源としてＬＥＤやＨＩＤランプなどの電子発光光源を用いる場合には、負荷電流に対する光源の輝度が一次曲線に沿った電流−輝度特性であるため、例えば、ＬＥＤを用いた場合であって、前述と同様に負荷電流が６．６Ａの時に輝度が１００％とした場合、０．２％の輝度に調整する場合、必要な電流は、０．０１Ａ程度の微少な負荷電流となるため、微少な負荷電流量の供給と調節が要求される。したがって、前述したような定電流光度調整装置２００では、微少な負荷電流量を精度良く調整することができないため、電子発光光源を用いた灯火システムには対応できないという問題があった。

しかも、電子発光光源を用いた灯火システムにおいては、輝度を０．２％に下げた場合、必要な電流は輝度が１００％の時の０．２％で良いのに対して、従来の熱発光光源を用いた灯火システムでは、輝度を０．２％に下げた場合であっても、輝度が１００％の時の４０％以上の電流が必要であり、エネルギー効率がきわめて悪いという問題があった。

また、前述したような従来の定電流光度調整装置２００は、各灯火２４０が絶縁トランス２４０Ａを介して直列に接続されてた１つの負荷回路への電力供給のみしか想定しておらず、複数の負荷回路を直列に接続して、任意の負荷回路を他の負荷回路の点灯・消灯状態に影響を与えることなく点灯・消灯させる手段が提供されていないため、飛行場で使われる進入灯や誘導路灯等を緻密なフライトスケジュールに合わせて個別に点灯・消灯させるという高度なユーザーニーズに対応することができなかった。

さらに、地球温暖化が深刻な社会問題となっている昨今、省エネルギー化によりＣＯ_２排出量削減に寄与する電子発光光源を用いた灯火システムの開発に高い関心が集まっている。

そこで、本発明が解決しようとする技術的課題、すなわち、本発明の目的は、ＬＥＤやＨＩＤランプなどのいわゆる電子発光光源を用いた複数の灯火が直列に接続されている負荷回路に対して簡単な回路構成で輝度調整の高精度化を図ると共に、複数個直列接続された各々の負荷回路を任意に点滅制御することを可能にし、さらに、灯火の保守メンテナンス負担を軽減することができる電子発光光源用定電流発生装置システムを提供することを目的とする。

まず、本請求項１に係る発明は、商用交流電源とコンデンサと出力変成器の一次側巻線とが直列に接続されていると共に前記出力変成器の二次側巻線に発生する交流定電流の振幅を線形に変化させる複数の入力側切換タップが前記出力変成器の一次側巻線に設けられた定電流発生器と、電子発光光源を内装した複数の灯火が直列に接続されている負荷回路とを備えた電子発光光源用定電流発生器システムであって、前記負荷回路が複数個直列に前記定電流発生器に接続されており、前記負荷回路の各々が、該負荷回路を直列回路から切り離す開閉器と前記負荷回路を短絡させる回路接点器とを有することにより、前記課題を解決したものである。

なお、本発明において、「電子発光光源」とは、ＬＥＤやＨＩＤランプなどのフィラメントを有しておらず、負荷電流に対する光源の輝度が一次曲線に沿った電流−輝度特性である光源を総称しているが、耐久性や耐衝撃性、寿命などの点で電子発光光源にＬＥＤを用いることが特に好ましい。また、本発明において、「商用交流電源」とは、電力会社から供給される電圧が１００Ｖ又は２００Ｖで周波数が５０Ｈｚ（東日本）又は６０Ｈｚ（西日本）である電源を意味しているが、周波数が４００Ｈｚ程度以下の低周波交流電源であれば、商用交流電源に換えて利用可能である。さらに、本発明において、「定電流発生器」とは、従来の定電流電源装置のように負荷に対して所定の定電流が流れるように電圧を変化させるものではなく、負荷変動に関係なく、すなわち負荷が短絡状態であっても常に一定の電流を供給可能であるという点で従来の定電流電源装置とは定電流発生原理が全く異なるものである。

そして、本請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明の構成に加えて、前記出力変成器の二次側巻線に発生した交流定電流の振幅を微調整する複数の出力側切換タップが、前記出力変成器の二次側巻線に設けられていることにより、前記課題をさらに解決したものである。

また、本請求項３に係る発明は、請求項１又は請求項２に係る発明の構成に加えて、前記電子発光光源が、ＬＥＤであることにより、前記課題をさらに解決したものである。

本発明の電子発光光源用定電流発生器システムは、出力電圧がＶ（ボルト）である商用交流電源と蓄積電荷Ｑ（クーロン）のコンデンサと出力変成器の一次側巻線とが直列に接続されていると共に前記出力変成器の二次側巻線に発生する交流定電流の振幅を線形に変化させる複数の入力側切換タップが前記出力変成器の一次側巻線に設けられた定電流発生器と、電子発光光源を内装した複数の灯火が直列に接続されている負荷回路とを備えたというきわめて簡単な構成によって、蓄積電荷Ｑは固定であるため、出力変成器の一次側巻線には、定電流Ｉ_１＝ＱＶが流れるので、前記出力変成器の二次側巻線に直列接続された負荷（点灯する電子発光光源の数や配線の長さになどによって決まる）が増減した場合であっても、例えば、負荷が短絡した場合であっても電源電圧に影響が波及せず、出力変成器の二次側へ常に安定した定電流供給が実現できる。その結果、出力変成器の二次側を短絡させた状態で定電流発生器の動作状態を点検することができる。また、複数の灯火が一筆書きのように一本の配線で直列に接続されるため、２本の配線で各灯火に電力を供給する場合に比べて配線の量を大幅に削減でき省資源化に貢献する。

さらに、前記一次側巻線に流れる定電流Ｉ_１と選択された入力側切換タップまでの巻数Ｔ_１との積Ｉ_１・Ｔ_１（アンペアターン）が、前記二次側巻線に発生する交流定電流Ｉ_２と二次側巻線の巻数Ｔ_２との積Ｉ_２・Ｔ_２（アンペアターン）が一定、すなわちＩ_１・Ｔ_１＝Ｉ_２・Ｔ_２の関係が成立し、Ｉ_１が前述したように一定で、Ｔ_２を固定とした場合、各入力側切換タップまでの巻数Ｔ_１に比例した交流定電流Ｉ_２が前記出力変成器の二次側巻線に発生するので、電子発光光源に通電される負荷電流を１００％通電から、例えば、０．２％という微少な通電まで入力側切換タップの切り換えによって精度良く調整することができる。

しかも、この調整は出力変成器の二次側巻線に発生する正弦波である交流定電流Ｉ_２の振幅の大きさを変化させることによって達成されるため、負荷電流を低減させていった場合であっても灯火がちらつくことなく、良好な視認性を発揮させることができる。さらに、電流式のタップ切換は、電圧式のタップ切換と異なり、タップ間に電位差が発生しないため絶縁破壊などの故障の発生が抑制され、装置の安全性が向上する。

加えて、以下のような各請求項に特有の構成に対応した格別の効果を奏することができる。

すなわち、本請求項１に係る電子発光光源用定電流発生器システムによれば、負荷回路が複数個直列に定電流発生器に接続されており、前記負荷回路の各々が、該負荷回路を直列回路から切り離す開閉器と前記負荷回路を短絡させる回路接点器とを有していることによって、定電流発生器の出力は負荷の大きさに関わらず常に一定の定電流が流れるため、消灯したい負荷回路を回路接点器によって短絡させるだけで、他の負荷回路の点滅状態に影響を与えることなく消灯することができる。また、点灯したい負荷回路を開閉器によって直列回路に組み入れた後、回路接点器を開放するだけで、他の負荷回路の点滅状態に影響を与えることなく点灯することができる。

また、本請求項２に係る電子発光光源用定電流発生器システムによれば、請求項１に係る電子発光光源用定電流発生器システムが奏する効果に加えて、出力変成器の二次側巻線に発生した交流定電流の振幅を微調整する複数の出力側切換タップが、前記出力変成器の二次側巻線に設けられていることにより、灯火のグローブに埃が付着し輝度が低下した場合であっても前記出力側切換タップの切り換えによって灯火に流れる負荷電流を増加させて輝度の低下を補償することができるので、熱発光光源に比べて長寿命である電子発光光源を運用途中で特別な保守を繰り返すことなく、電子発光光源の寿命が尽きるまで安全要求輝度１００％を維持することができる。

また、本請求項３に係る電子発光光源用定電流発生器システムによれば、請求項１又は請求項２に係る電子発光光源用定電流発生器システムが奏する効果に加えて、電子発光光源がＬＥＤであることにより、ＬＥＤは半導体を用いたｐｎ接合と呼ばれる固体構造で作られており、この構造の中で電子の持つエネルギーを直接、光エネルギーに変換することで発光し、巨視的には熱や運動の介在を必要としないので、優れた耐久性や耐衝撃性、長寿命化、高効率化を実現できる。

しかも、ハロゲンランプのような熱発光光源においては、過電流によってフィラメントが溶断することを防ぐために過電流継電器を設置する必要があったが、ＬＥＤは、多少の過電流が流れたとしても素子が溶断することがなく過電流継電器を設置する必要がないので、装置構成の簡略化を図ることができる。

本発明の電子発光光源用定電流発生器システムは、商用交流電源とコンデンサと出力変成器の一次側巻線とが直列に接続されていると共に前記出力変成器の二次側巻線に発生した交流定電流の振幅を線形に変化させる複数の入力側切換タップが前記出力変成器の一次側巻線に設けられた定電流発生器と、電子発光光源を内装した複数の灯火が直列に接続されている負荷回路とを備え、前記負荷回路が複数個直列に前記定電流発生器に接続されており、前記負荷回路の各々が、該負荷回路を直列回路から切り離す開閉器と前記負荷回路を短絡させる回路接点器とを有しており、負荷回路に対して簡単な回路構成で輝度調整の高精度化を図ると共に、複数個直列接続された各々の負荷回路を任意に点滅制御することを可能にし、さらに、灯火の保守メンテナンス負担を軽減することができるものであれば、その具体的な実施の態様は、如何なるものであっても何ら構わない。

本発明の一実施例を図１乃至図４に基づいて説明する。
ここで、図１は、本発明の実施例である電子発光光源用定電流発生器システムの主要構成要素の一つである定電流発生器の回路図であり、図２は、電子発光光源用定電流発生器システムの主要構成要素の別の一つである負荷回路の回路図である。図３は、５つの負荷回路が全て消灯状態で直列に定電流発生器に接続された時の回路図であり、図４は、５つの負荷回路のうち３つの負荷回路が点灯状態で直列に定電流発生器に接続された時の回路図である。

本発明の実施例である電子発光光源用定電流発生器システムの主要構成要素の一つである定電流発生器１００は、図１に示すように、商用交流電源１１０と一定の蓄積電荷Ｑ（静電容量Ｃ）を有するコンデンサ１２０と出力変成器１３０の一次側巻線１３０Ｐとが直列に接続されている。そして、出力変成器１３０の二次側巻線１３０Ｓには、図３に示すように電子発光光源を内装した複数の灯火が直列に接続されている５つの負荷回路３００、４００、５００、６００、７００が、これらの負荷回路の各々を直列回路から切り離す開閉器３０２、４０２、５０２、６０２、７０２とこれらの負荷回路の各々を短絡させる回路接点器３０１、４０１、５０１、６０１、７０１を介して接続されている。

負荷回路３００、４００、５００、６００、７００は、例えば、飛行場の進入灯、滑走路灯、誘導路灯などの用途に応じて、適宜必要数の灯火が直列に接続されている。その一例として負荷回路３００の回路構成を図２に示す。なお本実施例に於いては、灯火を構成する電子発光光源としてＬＥＤを用いている。

図２に示したように、直列に接続された複数の灯火に内装された電子発光光源３００Ｂの任意の一つが不点灯になっても他の電子発光光源３００Ｂが影響を受けないようにするため、負荷回路３００を構成する各灯火には、絶縁トランス３００Ａを備えている。そして、電子発光光源３００Ｂに加わる逆方向電流を遮断するための逆流防止ダイオード３００Ｃが電子発光光源３００Ｂと直列に接続されている。なお、逆流防止ダイオード３００Ｃを用いて電子発光光源３００Ｂに加わる逆方向電流を遮断することに換えて２つの電子発光光源３００Ｂを互いに極性が逆方向となるように並列接続したものを絶縁トランス３００Ａの二次側に接続しても良い。この場合、正弦波交流電流の正方向通電時及び逆方向通電時に２つの電子発光光源３００Ｂが交互に点灯し、エネルギー効率が向上すると共に、負荷回路３００を構成する灯火のちらつきが一層低減し、その効果は甚大である。

さらに、出力変成器１３０の二次側巻線１３０Ｓに発生する交流定電流Ｉ_２の振幅を線形に変化させるための複数の入力側切換タップ１３０Ａが、出力変成器１３０の一次側巻線１３０Ｐに設けられている。この入力側切換タップ１３０Ａは、要求される輝度（％）の変更段階、例えば、図７に示すように、１００％、３０％、２５％、１０％、５％、１％、０．２％と一次側巻線１３０Ｐの巻数が比例関係になるように設けられている。なお、図１においては、５％、１％、０．２％に対応する入力側切換タップは、記載を省略している。

そして、出力変成器１３０における電圧降下は、コンデンサ１２０の端子間電圧に比べて十分に小さいため、商用交流電源１１０の出力電圧がＶ（ボルト）で一定であり、コンデンサ１２０の蓄積電荷がＱ（クーロン）で固定、例えば、２００μＦであることによって、出力変成器１３０の一次側巻線１３０Ｐには、定電流Ｉ_１＝ＱＶが流れる。さらに、この定電流Ｉ_１と選択された入力側切換タップまでの巻数Ｔ_１との積Ｉ_１・Ｔ_１（アンペアターン）と、二次側巻線１３０Ｓに発生する交流定電流Ｉ_２と二次側巻線１３０Ｓの巻数Ｔ_２との積Ｉ_２・Ｔ_２（アンペアターン）とが一定、すなわちＩ_１・Ｔ_１＝Ｉ_２・Ｔ_２の関係が成立するため、Ｉ_１が前述したように一定で、二次側巻線１３０Ｓの巻数Ｔ_２を固定とした場合、各入力側切換タップまでの巻数Ｔ_１に比例した交流定電流Ｉ_２が出力変成器１３０の二次側巻線１３０Ｓに発生する。

その結果、入力側切換スイッチ１３０Ｂによって、所望の入力側切換タップ１３０Ａを選択することにより、出力変成器１３０の二次側巻線１３０Ｓに一次側巻線１３０Ｐの巻数Ｔ_１に比例した交流定電流Ｉ_２を発生させることができる。例えば、Ｔ_１が１０００ターンでありＴ_２がＴ_１の３倍の３０００ターンとした場合、Ｉ_１を２０Ａの定電流とすることによって、Ｉ_２としてＩ_１の３分の１の６．６Ａの定電流が得られる。そして、Ｔ_１を全巻数の３０％である３００ターンに切り替えることによって、Ｉ_２として、６．６Ａの３０％である１．９８Ａの定電流が得られる。

また、本実施例を構成する定電流発生器１００は、図１に示すように、出力変成器１３０の二次側巻線１３０Ｓに、例えば、全巻数に対して０％、１％、３％、５％という細かい間隔で巻数を減少させる複数の出力側切換タップ１３０Ｃが設けられている。そして、出力側切換スイッチ１３０Ｄによって、所望の出力側切換タップ１３０Ｃを選択することにより、前述したＩ_１・Ｔ_１＝Ｉ_２・Ｔ_２の関係において、二次側巻線１３０Ｓの巻数Ｔ_２を若干減少させることができるため、負荷に供給される交流定電流Ｉ_２の振幅を微増（数％の上昇）させることができる。これにより、灯火のグローブに埃が付着して輝度が低下した際に初期の輝度を維持するように微調整することができる。ここで、灯火の輝度の微調整用の切換タップを出力変成器１３０の二次側に設ける理由は、一次側に設けた入力側切換タップ１３０Ａの巻数の線形関係を変更することなく、負荷電流を微増することができるからである。

次に、本実施例を構成する定電流発生器に直列接続された複数の負荷回路の点灯・消灯動作について、図３及び図４に基づき説明する。定電流発生器１００の出力変成器の二次側巻線には、図３に示すように、５つの負荷回路３００、４００、５００、６００、７００が直列に接続されている。そして、これらの負荷回路の各々を直列回路から切り離す開閉器３０２、４０２、５０２、６０２、７０２と、これらの負荷回路の各々を短絡させる回路接点器３０１、４０１、５０１、６０１、７０１が設けられている。そして、回路接点器３０１、４０１、５０１、６０１、７０１は、開閉器３０２、４０２、５０２、６０２、７０２よりも定電流発生器１００側に設けられており、開閉器３０２、４０２、５０２、６０２、７０２が開放状態にある場合には、回路接点器３０１、４０１、５０１、６０１、７０１は開放されないようにインターロック制御機構（図示されていない）が各回路接点器及び開閉器に配備されている。これにより、直列接続された複数の負荷回路からなる直列回路が開放状態となることを防止している。

図３は、全ての回路接点器３０１、４０１、５０１、６０１、７０１が短絡状態にあり、全ての開閉器３０２、４０２、５０２、６０２、７０２が開放状態にある回路を示している。すなわち、定電流発生器１００の出力変成器の出力端子（二次側巻線）間ＯＵＴが短絡された状態になっている。しかしながら、前述したように本発明による定電流発生器１００によれば、負荷の大きさに関わらず一定の電流を出力変成器の二次側巻線に発生させるため、出力端子間ＯＵＴが短絡状態になっても定電流発生器１００の電源側に影響が波及することがない。この状態、すなわち全ての負荷回路３００、４００、５００、６００、７００が消灯状態であり、定電流発生器１００の出力端子間ＯＵＴが短絡状態にある状態から、１つの負荷回路３００を点灯状態とする場合には、まず、開閉器３０２をＯＮ（導通状態）とした後、回路接点器３０１をＯＦＦ（開放状態）にする。他の負荷回路４００、５００、６００、７００も同様の操作で点灯状態とすることができる。

図４は、回路接点器４０１、６０１が短絡状態にあり、開閉器４０２、６０２が開放状態にある回路を示している。すなわち、定電流発生器１００の出力端子間ＯＵＴには、３つの負荷回路３００、５００、７００が直列接続され、それぞれ点灯状態になっている。この状態から、１つの負荷回路５００を消灯状態とする場合には、まず、回路接点器５０１をＯＮ（短絡状態）にする。その瞬間、定電流発生器１００の出力端子間ＯＵＴには、２つの負荷回路３００、７００が直列接続された状態になり、負荷回路５００は消灯状態となる。その後、開閉器５０２を開放する。その結果、直列接続されていた３つの負荷回路３００、５００、７００のうち、２つの負荷回路３００、７００の点灯状態が途切れることなく、負荷回路５００のみを消灯状態とすることができる。

回路接点器３０１、４０１、５０１、６０１、７０１及び開閉器３０２、４０２、５０２、６０２、７０２のＯＮ・ＯＦＦ動作は、遠隔制御が可能な汎用のシーケンス制御盤などを用いて行うことができる。

なお、前述した実施例では、定電流発生器に接続される負荷回路の数が５つのものについて説明しているが、負荷回路の数は、５つに限定されるものではなく、いくつであっても構わない。

また、本発明の電子発光光源用電流発生器システムを構成する定電流発生器１００は、出力変成器１３０の一次側巻線１３０Ｐに設けられた入力側切換タップ１３０Ａの設置位置を図７に示した輝度（％）と熱発光光源電流（Ａ）の関係に対応させて設けることによって、従来から用いられている熱発光光源に対しても入力側切換タップ１３０Ａの切り換えにより従来の定電流装置と同様に、所望の輝度に対する電流を出力する電源として使用することも可能である。

本発明は、固定容量（蓄積電荷Ｑ）のコンデンサに定電圧Ｖを印加するとＩ＝ＱＶの関係を満たす定電流が発生するという原理を応用して、きわめて簡単な構成で定電流発生器を構成することができると共に、定電流発生器に直列接続された複数の負荷回路のうち所望の負荷回路のみを他の負荷回路のＯＮ・ＯＦＦ状態に関係なくＯＮ・ＯＦＦ制御できるものであって、飛行場の灯火システムのみならず、高速道路、トンネル、競技場、公園などの公共施設の照明システムの高度なＯＮ・ＯＦＦ制御、輝度調整の高精度化、エネルギー効率の高効率化、保守メンテナンス負担の軽減を実現でき、その産業上の利用可能性はきわめて高い。

本発明の電子発光光源用定電流発生器システムの定電流発生器の回路図。 本発明の電子発光光源用定電流発生器システムの負荷回路の回路図。 定電流発生器に直列に接続された５つの負荷回路が全て消灯状態にある時の回路図。 定電流発生器に直列に接続された５つの負荷回路のうち３つが点灯状態にある時の回路図。 従来の熱発光光源用の定電流光度調整装置の回路図。 図５に示した従来の定電流光度調整装置の各部における信号波形図。 電子発光光源と熱発光光源の電流−輝度特性を示した表。 図７に示した表に基づいたグラフ。

符号の説明

１００ ・・・定電流発生器
１１０ ・・・商用交流電源
１２０ ・・・コンデンサ
１３０ ・・・出力変成器
１３０Ａ・・・（出力変成器の）入力側切換タップ
１３０Ｂ・・・（出力変成器の）入力側切換スイッチ
１３０Ｃ・・・（出力変成器の）出力側切換タップ
１３０Ｄ・・・（出力変成器の）出力側切換スイッチ
１３０Ｐ・・・（出力変成器の）一次側巻線
１３０Ｓ・・・（出力変成器の）二次側巻線
３００、４００、５００、６００、７００・・・負荷回路
３０１、４０１、５０１、６０１、７０１・・・（負荷回路の）回路接点器
３０１、４０１、５０１、６０１、７０１・・・（負荷回路の）開閉器
３００Ａ・・・（負荷回路３００の）絶縁トランス
３００Ｂ・・・（負荷回路３００の）電子発光光源
３００Ｃ・・・（負荷回路３００の）逆流防止ダイオード
２００ ・・・定電流光度調整装置
２１０ ・・・商用交流電源
２２０ ・・・共振回路
２２０Ａ・・・（共振回路の）コンデンサ
２２０Ｂ・・・（共振回路の）リアクトル
２３０ ・・・出力変成器
２３０Ｐ・・・（出力変成器の）一次側巻線
２３０Ｓ・・・（出力変成器の）二次側巻線
２４０ ・・・灯火
２４０Ａ・・・（灯火の）絶縁トランス
２４０Ｂ・・・（灯火の）熱発光光源
２４０Ｃ・・・（灯火の）逆流防止ダイオード
２５０ ・・・分流回路
２５０Ａ・・・（分流回路の）サイリスタ
２５０Ｂ・・・（分流回路の）サイリスタ
２６０ ・・・サイクル制御回路
２７０ ・・・電流検出器
２８０ ・・・配線

本発明は、ＬＥＤ（発光ダイオード）やＨＩＤランプ（高輝度放電灯）などの電子発光光源の電源に関し、さらに詳しくは、飛行場灯火のように配線距離が長く広範囲に配設された多数の灯火からなる照明設備を点灯するための電子発光光源用電源システムに関するものである。

一般に、飛行場では、天候不順による視界不良時や夜間であっても、航空機を安全に運行させるために、各種飛行場灯火が配設されている。これらの飛行場灯火としては、着陸機に対して、最終進入経路を示す進入灯、滑走路の輪郭を示す滑走路灯、誘導路及びエプロン（飛行機を停めておくエリア）の縁を示す誘導路灯などが挙げられる。

このような飛行場や、高速道路、トンネル、公園などの公共施設では、広範囲にわたってタングステンランプやハロゲンランプなどの熱発光光源を内装した多数の灯火が配設されるため、これらの多数の灯火に対して電力を供給するためには、非常に長い距離の配線が必要となる。そのため、この配線による電力損失を考慮して各灯火の光度を均一に保つ必要があると共に、何れかの灯火に不点灯が発生しても他の灯火を安定して点灯させる灯火システムが必要である。

さらに、前述した灯火システムでは、昼間であるか夜間であるかや、気象状況に応じて灯火の視認性が変化するため、これらの状況の変化に応じて灯火の輝度を調整する必要がある。例えば、周辺照度が高い、すなわち周りが明るい昼間では灯火の視認性が低下するため、灯火の輝度を高くする必要がある。一方、周辺照度が低い、すなわち周りが暗い夜間では灯火の視認性が良好であるため、灯火の輝度を低くすることによって消費電力を削減することができる。

このような用途に適した電源装置として、本発明者は、図５に示したような定電流光度調整装置２００を開発した。この定電流光度調整装置２００は、商用交流電源２１０と、この商用交流電源２１０に直列に接続され、商用交流電源２１０の出力と所定の共振条件を満たす時定数を有し、負荷変動に無関係な一定な正弦波交流電流Ｉを出力する共振回路２２０と、一次側巻線２３０Ｐが共振回路２２０の出力に直列接続された出力変成器２３０とを有している。

さらに、比較的長い距離の配線２８０を介して出力変成器２３０の二次側巻線２３０Ｓにそれぞれ直列接続された複数の灯火２４０と、任意の期間だけ一次側巻線２３０Ｐに流れる正弦波交流を短絡する分流回路２５０と、電流検出器２７０により検出された出力変成器２３０の二次側電流すなわち負荷電流ＩＬに基づいて、共振回路２２０から出力される正弦波交流電流Ｉの１サイクルを単位として分流回路２５０を短絡制御（サイクル制御）することにより、負荷電流ＩＬの大きさを調整するサイクル制御回路２６０とを有している。

このような定電流光度調整装置２００は、商用交流電源２１０に対して共振回路２２０が直列接続されており、所定の共振条件を満たすように、コンデンサ２２０Ａとリアクトル２２０Ｂとから決定される時定数と、交流電源出力の周波数、電圧、電流とを選択することにより、負荷の変動に無関係な一定の電流Ｉが得られる。この電流Ｉは、出力変成器２３０の一次側巻線２３０Ｐに供給され昇圧され、出力変成器２３０の二次側巻線２３０Ｓに直列接続されたそれぞれの灯火２４０に一定の負荷電流ＩＬとして等しく供給される。

これにより、出力変成器２３０から各灯火２４０への配線２８０が非常に長い場合であっても、各灯火２４０の熱発光光源２４０Ｂには、絶縁トランス２４０Ａを介して等しい電流が供給されるものとなり、各熱発光光源２４０Ｂを均一な光度で点灯させることができる。なお、任意の熱発光光源２４０Ｂが不点灯となっても絶縁トランス２４０Ａにより負荷側の直列回路が断線されることがないので、他の熱発光光源２４０Ｂへの影響は生じない。また、分流回路２５０は、互いに極性が逆方向となるように並列接続されたサイリスタ２５０Ａ、２５０Ｂから構成されており、短絡動作時には、正弦波交流がプラス側の期間にはサイリスタ２５０Ａがオンとなり、マイナス側の期間にサイリスタ２５０Ｂがオンとなる。

図６は、図５に示した従来の定電流光度調整装置２００の各部の信号を示す信号波形図で有り、ここでは、共振回路２２０から出力される電流Ｉの正弦波８周期分（周期Ｔ１）のうち１周期分（周期Ｔ２）を短絡する場合が例として示されている。サイクル制御回路２６０は、電流検出器２７０を介して検出された負荷電流ＩＬに基づいて、所望の負荷電流ＩＬを得るための波数比Ｒ＝Ｔ２／Ｔ１を算出する。例えば、波数比Ｒ＝１／８の場合には、図６に示すように、電流Ｉの正弦波８周期分（周期Ｔ１）分のうち１周期分（周期Ｔ２）分を短絡するように分流回路２５０を制御する。その結果、灯火２４０に供給される電流は、７／８に減少する。そして、波数比Ｒを変えることにより灯火２４０に供給される電流を可変することができる（例えば、特許文献１参照）。
特許第３３６４４０７号公報

ところが、前述した従来の定電流光度調整装置２００では、出力変成器２３０の一次側に流れる電流Ｉａを所定の波数比Ｒで短絡させることにより、負荷電流ＩＬの調整を行っているため、例えば、商用交流電源２１０の周波数が５０Ｈｚであるとした場合、負荷電流ＩＬの刻み幅は、２％となり、それ以下の電流調整は不可能であるという課題があった。
また、負荷電流ＩＬを低減させるためには、所定の波数比Ｒで負荷電流ＩＬを短絡させているため、負荷電流ＩＬを低減させていくにつれて灯火２４０がちらつくという課題があった。
しかも、従来の定電流光度調整装置２００では、図５に示したように、共振回路２２０、分流回路２５０、サイクル制御回路２６０などが必要であり、回路構成が複雑となると共に、共振回路２２０が大型のリアクトル２２０Ｂを必要とするため、装置が大型化するという課題があった。

さらに、灯火のグローブ（光源を覆っている部材）に埃が付着し次第に輝度が低下するため、灯火の寿命がまだ尽きていないのに、グローブを磨いたり、光源を交換したりしなくてはならないという保守メンテナンス上の課題があった。

一方、近年、広範囲にわたって多数の灯火を配設する灯火システムにおいては、消費電力やメンテナンス性を考慮し、光源として前述したようなタングステンランプやハロゲンランプなどのフィラメントを用いたランプ、いわゆる熱発光光源ではなく、効率よく所望の発光色が得られ、かつ球切れ（フィラメントの断線）の心配がなく長寿命なＬＥＤやＨＩＤランプなどのフィラメントを有していない、いわゆる電子発光光源の導入が検討されている。

しかしながら、従来用いられていた、タングステンランプやハロゲンランプなどの熱発光光源では、図７及び図８に示すように、負荷電流に対する光源の輝度が三次曲線に沿った電流−輝度特性を有しているため、例えば、負荷電流が６．６Ａの時に輝度が１００％であった場合、０．２％の輝度に調整する場合であっても、２．８Ａの負荷電流が必要であった。その結果、微少な負荷電流量の供給及び調整は必要ではなく、前述したような定電流光度調整装置２００で十分に対応可能であった。

これに対して、光源としてＬＥＤやＨＩＤランプなどの電子発光光源を用いる場合には、負荷電流に対する光源の輝度が一次曲線に沿った電流−輝度特性であるため、例えば、ＬＥＤを用いた場合であって、前述と同様に負荷電流が６．６Ａの時に輝度が１００％とした場合、０．２％の輝度に調整する場合、必要な電流は、０．０１Ａ程度の微少な負荷電流となるため、微少な負荷電流量の供給と調節が要求される。したがって、前述したような定電流光度調整装置２００では、微少な負荷電流量を精度良く調整することができないため、電子発光光源を用いた灯火システムには対応できないという問題があった。

しかも、電子発光光源を用いた灯火システムにおいては、輝度を０．２％に下げた場合、必要な電流は輝度が１００％の時の０．２％で良いのに対して、従来の熱発光光源を用いた灯火システムでは、輝度を０．２％に下げた場合であっても、輝度が１００％の時の４０％以上の電流が必要であり、エネルギー効率がきわめて悪いという問題があった。

また、前述したような従来の定電流光度調整装置２００は、各灯火２４０が絶縁トランス２４０Ａを介して直列に接続されてた１つの負荷回路への電力供給のみしか想定しておらず、複数の負荷回路を直列に接続して、任意の負荷回路を他の負荷回路の点灯・消灯状態に影響を与えることなく点灯・消灯させる手段が提供されていないため、飛行場で使われる進入灯や誘導路灯等を緻密なフライトスケジュールに合わせて個別に点灯・消灯させるという高度なユーザーニーズに対応することができなかった。

さらに、地球温暖化が深刻な社会問題となっている昨今、省エネルギー化によりＣＯ_２排出量削減に寄与する電子発光光源を用いた灯火システムの開発に高い関心が集まっている。

そこで、本発明が解決しようとする技術的課題、すなわち、本発明の目的は、ＬＥＤやＨＩＤランプなどのいわゆる電子発光光源を用いた複数の灯火が直列に接続されている負荷回路に対して簡単な回路構成で輝度調整の高精度化及び負荷電流低減時における灯火のちらつき防止を図ると共に、複数個直列接続された各々の負荷回路を任意に点滅制御することを可能にし、さらに、灯火の保守メンテナンス負担を軽減することができる電子発光光源用定電流発生装置システムを提供することを目的とする。

まず、本請求項１に係る発明は、商用交流電源と定電流供給用コンデンサと出力変成器の一次側巻線とが直列に接続されていると共に前記出力変成器の二次側巻線に発生する交流定電流の振幅を線形に変化させる複数の入力側切換タップが前記出力変成器の一次側巻線に設けられた定電流発生器と、電子発光光源を内装した複数の灯火が直列に接続されている負荷回路とを備えた電子発光光源用定電流発生器システムであって、前記負荷回路が複数個直列に前記定電流発生器に接続されており、前記負荷回路の各々が該負荷回路を直列回路から切り離す開閉器と前記負荷回路を短絡させる回路接点器と前記開閉器の開放時に前記回路接点器の開放を阻止するインターロック制御機構とを有することにより、前記課題を解決したものである。

なお、本発明において、「電子発光光源」とは、ＬＥＤやＨＩＤランプなどのフィラメントを有しておらず、負荷電流に対する光源の輝度が一次曲線に沿った電流−輝度特性である光源を総称しているが、耐久性や耐衝撃性、寿命などの点で電子発光光源にＬＥＤを用いることが特に好ましい。また、本発明において、「商用交流電源」とは、電力会社から供給される電圧が１００Ｖ又は２００Ｖで周波数が５０Ｈｚ（東日本）又は６０Ｈｚ（西日本）である電源を意味しているが、周波数が４００Ｈｚ程度以下の低周波交流電源であれば、商用交流電源に換えて利用可能である。さらに、本発明において、「定電流発生器」とは、従来の定電流電源装置のように負荷に対して所定の定電流が流れるように電圧を変化させるものではなく、負荷変動に関係なく、すなわち負荷が短絡状態であっても常に一定の電流を供給可能であるという点で従来の定電流電源装置とは定電流発生原理が全く異なるものである。

そして、本請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明の構成に加えて、前記出力変成器の二次側巻線に発生した交流定電流の振幅を微調整する複数の出力側切換タップが、前記出力変成器の二次側巻線に設けられていることにより、前記課題をさらに解決したものである。

また、本請求項３に係る発明は、請求項１又は請求項２に係る発明の構成に加えて、前記電子発光光源が、ＬＥＤであることにより、前記課題をさらに解決したものである。

本発明の電子発光光源用定電流発生器システムは、出力電圧がＶ（ボルト）である商用交流電源と静電容量Ｃの定電流供給用コンデンサと出力変成器の一次側巻線とが直列に接続されていると共に前記出力変成器の二次側巻線に発生する交流定電流の振幅を線形に変化させる複数の入力側切換タップが前記出力変成器の一次側巻線に設けられた定電流発生器と、電子発光光源を内装した複数の灯火が直列に接続されている負荷回路とを備えたというきわめて簡単な構成によって、静電容量Ｃは固定であるため、出力変成器の一次側巻線には、静電容量Ｃに対応した定電流Ｉ_１が流れるので、前記出力変成器の二次側巻線に直列接続された負荷（点灯する電子発光光源の数や配線の長さになどによって決まる）が増減した場合であっても、例えば、負荷が短絡した場合であっても電源電圧に影響が波及せず、出力変成器の二次側へ常に安定した定電流供給が実現できる。その結果、出力変成器の二次側を短絡させた状態で定電流発生器の動作状態を点検することができる。また、複数の灯火が一筆書きのように一本の配線で直列に接続されるため、２本の配線で各灯火に電力を供給する場合に比べて配線の量を大幅に削減でき省資源化に貢献する。

さらに、前記一次側巻線に流れる定電流Ｉ_１と選択された入力側切換タップまでの巻数Ｔ_１との積Ｉ_１・Ｔ_１（アンペアターン）が、前記二次側巻線に発生する交流定電流Ｉ_２と二次側巻線の巻数Ｔ_２との積Ｉ_２・Ｔ_２（アンペアターン）が一定、すなわちＩ_１・Ｔ_１＝Ｉ_２・Ｔ_２の関係が成立し、Ｉ_１が前述したように一定で、Ｔ_２を固定とした場合、各入力側切換タップまでの巻数Ｔ_１に比例した交流定電流Ｉ_２が前記出力変成器の二次側巻線に発生するので、電子発光光源に通電される負荷電流を１００％通電から、例えば、０．２％という微少な通電まで入力側切換タップの切り換えによって精度良く調整することができる。

しかも、この調整は出力変成器の二次側巻線に発生する正弦波である交流定電流Ｉ_２の振幅の大きさを変化させることによって達成されるため、負荷電流を低減させていった場合であっても灯火がちらつくことなく、良好な視認性を発揮させることができる。さらに、電流式のタップ切換は、電圧式のタップ切換と異なり、タップ間に電位差が発生しないため絶縁破壊などの故障の発生が抑制され、装置の安全性が向上する。

加えて、以下のような各請求項に特有の構成に対応した格別の効果を奏することができる。

すなわち、本請求項１に係る電子発光光源用定電流発生器システムによれば、負荷回路が複数個直列に定電流発生器に接続されており、前記負荷回路の各々が該負荷回路を直列回路から切り離す開閉器と前記負荷回路を短絡させる回路接点器と前記開閉器の開放時に前記回路接点器の開放を阻止するインターロック制御機構とを有していることによって、定電流発生器の出力は負荷の大きさに関わらず常に一定の定電流が流れるため、消灯したい負荷回路を回路接点器によって短絡させるだけで、他の負荷回路の点滅状態に影響を与えることなく消灯することができる。また、点灯したい負荷回路を開閉器によって直列回路に組み入れた後、回路接点器を開放するだけで、他の負荷回路の点滅状態に影響を与えることなく点灯することができる。

また、本請求項２に係る電子発光光源用定電流発生器システムによれば、請求項１に係る電子発光光源用定電流発生器システムが奏する効果に加えて、出力変成器の二次側巻線に発生した交流定電流の振幅を微調整する複数の出力側切換タップが、前記出力変成器の二次側巻線に設けられていることにより、灯火のグローブに埃が付着し輝度が低下した場合であっても前記出力側切換タップの切り換えによって灯火に流れる負荷電流を増加させて輝度の低下を補償することができるので、熱発光光源に比べて長寿命である電子発光光源を運用途中で特別な保守を繰り返すことなく、電子発光光源の寿命が尽きるまで安全要求輝度１００％を維持することができる。

また、本請求項３に係る電子発光光源用定電流発生器システムによれば、請求項１又は請求項２に係る電子発光光源用定電流発生器システムが奏する効果に加えて、電子発光光源がＬＥＤであることにより、ＬＥＤは半導体を用いたｐｎ接合と呼ばれる固体構造で作られており、この構造の中で電子の持つエネルギーを直接、光エネルギーに変換することで発光し、巨視的には熱や運動の介在を必要としないので、優れた耐久性や耐衝撃性、長寿命化、高効率化を実現できる。

しかも、ハロゲンランプのような熱発光光源においては、過電流によってフィラメントが溶断することを防ぐために過電流継電器を設置する必要があったが、ＬＥＤは、多少の過電流が流れたとしても素子が溶断することがなく過電流継電器を設置する必要がないので、装置構成の簡略化を図ることができる。

本発明の電子発光光源用定電流発生器システムは、商用交流電源と定電流供給用コンデンサと出力変成器の一次側巻線とが直列に接続されていると共に前記出力変成器の二次側巻線に発生した交流定電流の振幅を線形に変化させる複数の入力側切換タップが前記出力変成器の一次側巻線に設けられた定電流発生器と、電子発光光源を内装した複数の灯火が直列に接続されている負荷回路とを備え、前記負荷回路が複数個直列に前記定電流発生器に接続されており、前記負荷回路の各々が該負荷回路を直列回路から切り離す開閉器と前記負荷回路を短絡させる回路接点器と前記開閉器の開放時に前記回路接点器の開放を阻止するインターロック制御機構とを有しており、負荷回路に対して簡単な回路構成で輝度調整の高精度化を図ると共に、複数個直列接続された各々の負荷回路を任意に点滅制御することを可能にし、さらに、灯火の保守メンテナンス負担を軽減することができるものであれば、その具体的な実施の態様は、如何なるものであっても何ら構わない。

本発明の一実施例を図１乃至図４に基づいて説明する。
ここで、図１は、本発明の実施例である電子発光光源用定電流発生器システムの主要構成要素の一つである定電流発生器の回路図であり、図２は、電子発光光源用定電流発生器システムの主要構成要素の別の一つである負荷回路の回路図である。図３は、５つの負荷回路が全て消灯状態で直列に定電流発生器に接続された時の回路図であり、図４は、５つの負荷回路のうち３つの負荷回路が点灯状態で直列に定電流発生器に接続された時の回路図である。

本発明の実施例である電子発光光源用定電流発生器システムの主要構成要素の一つである定電流発生器１００は、図１に示すように、商用交流電源１１０と一定の静電容量Ｃを有するコンデンサ１２０と出力変成器１３０の一次側巻線１３０Ｐとが直列に接続されている。そして、出力変成器１３０の二次側巻線１３０Ｓには、図３に示すように電子発光光源を内装した複数の灯火が直列に接続されている５つの負荷回路３００、４００、５００、６００、７００が、これらの負荷回路の各々を直列回路から切り離す開閉器３０２、４０２、５０２、６０２、７０２とこれらの負荷回路の各々を短絡させる回路接点器３０１、４０１、５０１、６０１、７０１を介して接続されている。

負荷回路３００、４００、５００、６００、７００は、例えば、飛行場の進入灯、滑走路灯、誘導路灯などの用途に応じて、適宜必要数の灯火が直列に接続されている。その一例として負荷回路３００の回路構成を図２に示す。なお本実施例に於いては、灯火を構成する電子発光光源としてＬＥＤを用いている。

図２に示したように、直列に接続された複数の灯火に内装された電子発光光源３００Ｂの任意の一つが不点灯になっても他の電子発光光源３００Ｂが影響を受けないようにするため、負荷回路３００を構成する各灯火には、絶縁トランス３００Ａを備えている。そして、電子発光光源３００Ｂに加わる逆方向電流を遮断するための逆流防止ダイオード３００Ｃが電子発光光源３００Ｂと直列に接続されている。なお、逆流防止ダイオード３００Ｃを用いて電子発光光源３００Ｂに加わる逆方向電流を遮断することに換えて２つの電子発光光源３００Ｂを互いに極性が逆方向となるように並列接続したものを絶縁トランス３００Ａの二次側に接続しても良い。この場合、正弦波交流電流の正方向通電時及び逆方向通電時に２つの電子発光光源３００Ｂが交互に点灯し、エネルギー効率が向上すると共に、負荷回路３００を構成する灯火のちらつきが一層低減し、その効果は甚大である。

さらに、出力変成器１３０の二次側巻線１３０Ｓに発生する交流定電流Ｉ_２の振幅を線形に変化させるための複数の入力側切換タップ１３０Ａが、出力変成器１３０の一次側巻線１３０Ｐに設けられている。この入力側切換タップ１３０Ａは、要求される輝度（％）の変更段階、例えば、図７に示すように、１００％、３０％、２５％、１０％、５％、１％、０．２％と一次側巻線１３０Ｐの巻数が比例関係になるように設けられている。なお、図１においては、５％、１％、０．２％に対応する入力側切換タップは、記載を省略している。

そして、出力変成器１３０における電圧降下は、コンデンサ１２０の端子間電圧に比べて十分に小さいため、商用交流電源１１０の出力電圧がＶ（ボルト）で一定であり、コンデンサ１２０の静電容量がＣ（ファラッド）で固定、例えば、２００μＦであることによって、出力変成器１３０の一次側巻線１３０Ｐには、静電容量Ｃに対応した定電流Ｉ_１が流れる。さらに、この定電流Ｉ_１と選択された入力側切換タップまでの巻数Ｔ_１との積Ｉ_１・Ｔ_１（アンペアターン）と、二次側巻線１３０Ｓに発生する交流定電流Ｉ_２と二次側巻線１３０Ｓの巻数Ｔ_２との積Ｉ_２・Ｔ_２（アンペアターン）とが一定、すなわちＩ_１・Ｔ_１＝Ｉ_２・Ｔ_２の関係が成立するため、Ｉ_１が前述したように一定で、二次側巻線１３０Ｓの巻数Ｔ_２を固定とした場合、各入力側切換タップまでの巻数Ｔ_１に比例した交流定電流Ｉ_２が出力変成器１３０の二次側巻線１３０Ｓに発生する。

その結果、入力側切換スイッチ１３０Ｂによって、所望の入力側切換タップ１３０Ａを選択することにより、出力変成器１３０の二次側巻線１３０Ｓに一次側巻線１３０Ｐの巻数Ｔ_１に比例した交流定電流Ｉ_２を発生させることができる。例えば、Ｔ_１が１０００ターンでありＴ_２がＴ_１の３倍の３０００ターンとした場合、Ｉ_１を２０Ａの定電流とすることによって、Ｉ_２としてＩ_１の３分の１の６．６Ａの定電流が得られる。そして、Ｔ_１を全巻数の３０％である３００ターンに切り替えることによって、Ｉ_２として、６．６Ａの３０％である１．９８Ａの定電流が得られる。

また、本実施例を構成する定電流発生器１００は、図１に示すように、出力変成器１３０の二次側巻線１３０Ｓに、例えば、全巻数に対して０％、１％、３％、５％という細かい間隔で巻数を減少させる複数の出力側切換タップ１３０Ｃが設けられている。そして、出力側切換スイッチ１３０Ｄによって、所望の出力側切換タップ１３０Ｃを選択することにより、前述したＩ_１・Ｔ_１＝Ｉ_２・Ｔ_２の関係において、二次側巻線１３０Ｓの巻数Ｔ_２を若干減少させることができるため、負荷に供給される交流定電流Ｉ_２の振幅を微増（数％の上昇）させることができる。これにより、灯火のグローブに埃が付着して輝度が低下した際に初期の輝度を維持するように微調整することができる。ここで、灯火の輝度の微調整用の切換タップを出力変成器１３０の二次側に設ける理由は、一次側に設けた入力側切換タップ１３０Ａの巻数の線形関係を変更することなく、負荷電流を微増することができるからである。

次に、本実施例を構成する定電流発生器に直列接続された複数の負荷回路の点灯・消灯動作について、図３及び図４に基づき説明する。定電流発生器１００の出力変成器の二次側巻線には、図３に示すように、５つの負荷回路３００、４００、５００、６００、７００が直列に接続されている。そして、これらの負荷回路の各々を直列回路から切り離す開閉器３０２、４０２、５０２、６０２、７０２と、これらの負荷回路の各々を短絡させる回路接点器３０１、４０１、５０１、６０１、７０１が設けられている。そして、回路接点器３０１、４０１、５０１、６０１、７０１は、開閉器３０２、４０２、５０２、６０２、７０２よりも定電流発生器１００側に設けられており、開閉器３０２、４０２、５０２、６０２、７０２が開放状態にある場合には、回路接点器３０１、４０１、５０１、６０１、７０１は開放されないようにインターロック制御機構（図示されていない）が各回路接点器及び開閉器に配備されている。これにより、直列接続された複数の負荷回路からなる直列回路が開放状態となることを防止している。

図３は、全ての回路接点器３０１、４０１、５０１、６０１、７０１が短絡状態にあり、全ての開閉器３０２、４０２、５０２、６０２、７０２が開放状態にある回路を示している。すなわち、定電流発生器１００の出力変成器の出力端子（二次側巻線）間ＯＵＴが短絡された状態になっている。しかしながら、前述したように本発明による定電流発生器１００によれば、負荷の大きさに関わらず一定の電流を出力変成器の二次側巻線に発生させるため、出力端子間ＯＵＴが短絡状態になっても定電流発生器１００の電源側に影響が波及することがない。この状態、すなわち全ての負荷回路３００、４００、５００、６００、７００が消灯状態であり、定電流発生器１００の出力端子間ＯＵＴが短絡状態にある状態から、１つの負荷回路３００を点灯状態とする場合には、まず、開閉器３０２をＯＮ（導通状態）とした後、回路接点器３０１をＯＦＦ（開放状態）にする。他の負荷回路４００、５００、６００、７００も同様の操作で点灯状態とすることができる。

図４は、回路接点器４０１、６０１が短絡状態にあり、開閉器４０２、６０２が開放状態にある回路を示している。すなわち、定電流発生器１００の出力端子間ＯＵＴには、３つの負荷回路３００、５００、７００が直列接続され、それぞれ点灯状態になっている。この状態から、１つの負荷回路５００を消灯状態とする場合には、まず、回路接点器５０１をＯＮ（短絡状態）にする。その瞬間、定電流発生器１００の出力端子間ＯＵＴには、２つの負荷回路３００、７００が直列接続された状態になり、負荷回路５００は消灯状態となる。その後、開閉器５０２を開放する。その結果、直列接続されていた３つの負荷回路３００、５００、７００のうち、２つの負荷回路３００、７００の点灯状態が途切れることなく、負荷回路５００のみを消灯状態とすることができる。

回路接点器３０１、４０１、５０１、６０１、７０１及び開閉器３０２、４０２、５０２、６０２、７０２のＯＮ・ＯＦＦ動作は、遠隔制御が可能な汎用のシーケンス制御盤などを用いて行うことができる。

なお、前述した実施例では、定電流発生器に接続される負荷回路の数が５つのものについて説明しているが、負荷回路の数は、５つに限定されるものではなく、いくつであっても構わない。

また、本発明の電子発光光源用電流発生器システムを構成する定電流発生器１００は、出力変成器１３０の一次側巻線１３０Ｐに設けられた入力側切換タップ１３０Ａの設置位置を図７に示した輝度（％）と熱発光光源電流（Ａ）の関係に対応させて設けることによって、従来から用いられている熱発光光源に対しても入力側切換タップ１３０Ａの切り換えにより従来の定電流装置と同様に、所望の輝度に対する電流を出力する電源として使用することも可能である。

本発明は、静電容量Ｃの定電流供給用コンデンサに定電圧Ｖを印加すると静電容量Ｃに対応した定電流が発生するという原理を応用して、きわめて簡単な構成で定電流発生器を構成することができると共に、定電流発生器に直列接続された複数の負荷回路のうち所望の負荷回路のみを他の負荷回路のＯＮ・ＯＦＦ状態に関係なくＯＮ・ＯＦＦ制御できるものであって、飛行場の灯火システムのみならず、高速道路、トンネル、競技場、公園などの公共施設の照明システムの高度なＯＮ・ＯＦＦ制御、輝度調整の高精度化、エネルギー効率の高効率化、保守メンテナンス負担の軽減を実現でき、その産業上の利用可能性はきわめて高い。

本発明の電子発光光源用定電流発生器システムの定電流発生器の回路図。 本発明の電子発光光源用定電流発生器システムの負荷回路の回路図。 定電流発生器に直列に接続された５つの負荷回路が全て消灯状態にある時の回路図。 定電流発生器に直列に接続された５つの負荷回路のうち３つが点灯状態にある時の回路図。 従来の熱発光光源用の定電流光度調整装置の回路図。 図５に示した従来の定電流光度調整装置の各部における信号波形図。 電子発光光源と熱発光光源の電流−輝度特性を示した表。 図７に示した表に基づいたグラフ。

符号の説明

１００ ・・・定電流発生器
１１０ ・・・商用交流電源
１２０ ・・・コンデンサ
１３０ ・・・出力変成器
１３０Ａ・・・（出力変成器の）入力側切換タップ
１３０Ｂ・・・（出力変成器の）入力側切換スイッチ
１３０Ｃ・・・（出力変成器の）出力側切換タップ
１３０Ｄ・・・（出力変成器の）出力側切換スイッチ
１３０Ｐ・・・（出力変成器の）一次側巻線
１３０Ｓ・・・（出力変成器の）二次側巻線
３００、４００、５００、６００、７００・・・負荷回路
３０１、４０１、５０１、６０１、７０１・・・（負荷回路の）回路接点器
３０１、４０１、５０１、６０１、７０１・・・（負荷回路の）開閉器
３００Ａ・・・（負荷回路３００の）絶縁トランス
３００Ｂ・・・（負荷回路３００の）電子発光光源
３００Ｃ・・・（負荷回路３００の）逆流防止ダイオード
２００ ・・・定電流光度調整装置
２１０ ・・・商用交流電源
２２０ ・・・共振回路
２２０Ａ・・・（共振回路の）コンデンサ
２２０Ｂ・・・（共振回路の）リアクトル
２３０ ・・・出力変成器
２３０Ｐ・・・（出力変成器の）一次側巻線
２３０Ｓ・・・（出力変成器の）二次側巻線
２４０ ・・・灯火
２４０Ａ・・・（灯火の）絶縁トランス
２４０Ｂ・・・（灯火の）熱発光光源
２４０Ｃ・・・（灯火の）逆流防止ダイオード
２５０ ・・・分流回路
２５０Ａ・・・（分流回路の）サイリスタ
２５０Ｂ・・・（分流回路の）サイリスタ
２６０ ・・・サイクル制御回路
２７０ ・・・電流検出器
２８０ ・・・配線

本発明は、ＬＥＤ（発光ダイオード）やＨＩＤランプ（高輝度放電灯）などの電子発光光源の電源に関し、さらに詳しくは、飛行場灯火のように配線距離が長く広範囲に配設された多数の灯火からなる照明設備を点灯するための電子発光光源用電源システムに関するものである。

一般に、飛行場では、天候不順による視界不良時や夜間であっても、航空機を安全に運行させるために、各種飛行場灯火が配設されている。これらの飛行場灯火としては、着陸機に対して、最終進入経路を示す進入灯、滑走路の輪郭を示す滑走路灯、誘導路及びエプロン（飛行機を停めておくエリア）の縁を示す誘導路灯などが挙げられる。

このような飛行場や、高速道路、トンネル、公園などの公共施設では、広範囲にわたってタングステンランプやハロゲンランプなどの熱発光光源を内装した多数の灯火が配設されるため、これらの多数の灯火に対して電力を供給するためには、非常に長い距離の配線が必要となる。そのため、この配線による電力損失を考慮して各灯火の光度を均一に保つ必要があると共に、何れかの灯火に不点灯が発生しても他の灯火を安定して点灯させる灯火システムが必要である。

さらに、前述した灯火システムでは、昼間であるか夜間であるかや、気象状況に応じて灯火の視認性が変化するため、これらの状況の変化に応じて灯火の輝度を調整する必要がある。例えば、周辺照度が高い、すなわち周りが明るい昼間では灯火の視認性が低下するため、灯火の輝度を高くする必要がある。一方、周辺照度が低い、すなわち周りが暗い夜間では灯火の視認性が良好であるため、灯火の輝度を低くすることによって消費電力を削減することができる。

このような用途に適した電源装置として、本発明者は、図５に示したような定電流光度調整装置２００を開発した。この定電流光度調整装置２００は、商用交流電源２１０と、この商用交流電源２１０に直列に接続され、商用交流電源２１０の出力と所定の共振条件を満たす時定数を有し、負荷変動に無関係な一定な正弦波交流電流Ｉを出力する共振回路２２０と、一次側巻線２３０Ｐが共振回路２２０の出力に直列接続された出力変成器２３０とを有している。

さらに、比較的長い距離の配線２８０を介して出力変成器２３０の二次側巻線２３０Ｓにそれぞれ直列接続された複数の灯火２４０と、任意の期間だけ一次側巻線２３０Ｐに流れる正弦波交流を短絡する分流回路２５０と、電流検出器２７０により検出された出力変成器２３０の二次側電流すなわち負荷電流ＩＬに基づいて、共振回路２２０から出力される正弦波交流電流Ｉの１サイクルを単位として分流回路２５０を短絡制御（サイクル制御）することにより、負荷電流ＩＬの大きさを調整するサイクル制御回路２６０とを有している。

このような定電流光度調整装置２００は、商用交流電源２１０に対して共振回路２２０が直列接続されており、所定の共振条件を満たすように、コンデンサ２２０Ａとリアクトル２２０Ｂとから決定される時定数と、交流電源出力の周波数、電圧、電流とを選択することにより、負荷の変動に無関係な一定の電流Ｉが得られる。この電流Ｉは、出力変成器２３０の一次側巻線２３０Ｐに供給され昇圧され、出力変成器２３０の二次側巻線２３０Ｓに直列接続されたそれぞれの灯火２４０に一定の負荷電流ＩＬとして等しく供給される。

これにより、出力変成器２３０から各灯火２４０への配線２８０が非常に長い場合であっても、各灯火２４０の熱発光光源２４０Ｂには、絶縁トランス２４０Ａを介して等しい電流が供給されるものとなり、各熱発光光源２４０Ｂを均一な光度で点灯させることができる。なお、任意の熱発光光源２４０Ｂが不点灯となっても絶縁トランス２４０Ａにより負荷側の直列回路が断線されることがないので、他の熱発光光源２４０Ｂへの影響は生じない。また、分流回路２５０は、互いに極性が逆方向となるように並列接続されたサイリスタ２５０Ａ、２５０Ｂから構成されており、短絡動作時には、正弦波交流がプラス側の期間にはサイリスタ２５０Ａがオンとなり、マイナス側の期間にサイリスタ２５０Ｂがオンとなる。

図６は、図５に示した従来の定電流光度調整装置２００の各部の信号を示す信号波形図で有り、ここでは、共振回路２２０から出力される電流Ｉの正弦波８周期分（周期Ｔ１）のうち１周期分（周期Ｔ２）を短絡する場合が例として示されている。サイクル制御回路２６０は、電流検出器２７０を介して検出された負荷電流ＩＬに基づいて、所望の負荷電流ＩＬを得るための波数比Ｒ＝Ｔ２／Ｔ１を算出する。例えば、波数比Ｒ＝１／８の場合には、図６に示すように、電流Ｉの正弦波８周期分（周期Ｔ１）分のうち１周期分（周期Ｔ２）分を短絡するように分流回路２５０を制御する。その結果、灯火２４０に供給される電流は、７／８に減少する。そして、波数比Ｒを変えることにより灯火２４０に供給される電流を可変することができる（例えば、特許文献１参照）。
特許第３３６４４０７号公報

ところが、前述した従来の定電流光度調整装置２００では、出力変成器２３０の一次側に流れる電流Ｉａを所定の波数比Ｒで短絡させることにより、負荷電流ＩＬの調整を行っているため、例えば、商用交流電源２１０の周波数が５０Ｈｚであるとした場合、負荷電流ＩＬの刻み幅は、２％となり、それ以下の電流調整は不可能であるという課題があった。
また、負荷電流ＩＬを低減させるためには、所定の波数比Ｒで負荷電流ＩＬを短絡させているため、負荷電流ＩＬを低減させていくにつれて灯火２４０がちらつくという課題があった。
しかも、従来の定電流光度調整装置２００では、図５に示したように、共振回路２２０、分流回路２５０、サイクル制御回路２６０などが必要であり、回路構成が複雑となると共に、共振回路２２０が大型のリアクトル２２０Ｂを必要とするため、装置が大型化するという課題があった。

さらに、灯火のグローブ（光源を覆っている部材）に埃が付着し次第に輝度が低下するため、灯火の寿命がまだ尽きていないのに、グローブを磨いたり、光源を交換したりしなくてはならないという保守メンテナンス上の課題があった。

一方、近年、広範囲にわたって多数の灯火を配設する灯火システムにおいては、消費電力やメンテナンス性を考慮し、光源として前述したようなタングステンランプやハロゲンランプなどのフィラメントを用いたランプ、いわゆる熱発光光源ではなく、効率よく所望の発光色が得られ、かつ球切れ（フィラメントの断線）の心配がなく長寿命なＬＥＤやＨＩＤランプなどのフィラメントを有していない、いわゆる電子発光光源の導入が検討されている。

しかしながら、従来用いられていた、タングステンランプやハロゲンランプなどの熱発光光源では、図７及び図８に示すように、負荷電流に対する光源の輝度が三次曲線に沿った電流−輝度特性を有しているため、例えば、負荷電流が６．６Ａの時に輝度が１００％であった場合、０．２％の輝度に調整する場合であっても、２．８Ａの負荷電流が必要であった。その結果、微少な負荷電流量の供給及び調整は必要ではなく、前述したような定電流光度調整装置２００で十分に対応可能であった。

これに対して、光源としてＬＥＤやＨＩＤランプなどの電子発光光源を用いる場合には、負荷電流に対する光源の輝度が一次曲線に沿った電流−輝度特性であるため、例えば、ＬＥＤを用いた場合であって、前述と同様に負荷電流が６．６Ａの時に輝度が１００％とした場合、０．２％の輝度に調整する場合、必要な電流は、０．０１Ａ程度の微少な負荷電流となるため、微少な負荷電流量の供給と調節が要求される。したがって、前述したような定電流光度調整装置２００では、微少な負荷電流量を精度良く調整することができないため、電子発光光源を用いた灯火システムには対応できないという問題があった。

しかも、電子発光光源を用いた灯火システムにおいては、輝度を０．２％に下げた場合、必要な電流は輝度が１００％の時の０．２％で良いのに対して、従来の熱発光光源を用いた灯火システムでは、輝度を０．２％に下げた場合であっても、輝度が１００％の時の４０％以上の電流が必要であり、エネルギー効率がきわめて悪いという問題があった。

また、前述したような従来の定電流光度調整装置２００は、各灯火２４０が絶縁トランス２４０Ａを介して直列に接続されてた１つの負荷回路への電力供給のみしか想定しておらず、複数の負荷回路を直列に接続して、任意の負荷回路を他の負荷回路の点灯・消灯状態に影響を与えることなく点灯・消灯させる手段が提供されていないため、飛行場で使われる進入灯や誘導路灯等を緻密なフライトスケジュールに合わせて個別に点灯・消灯させるという高度なユーザーニーズに対応することができなかった。

さらに、地球温暖化が深刻な社会問題となっている昨今、省エネルギー化によりＣＯ_２排出量削減に寄与する電子発光光源を用いた灯火システムの開発に高い関心が集まっている。

そこで、本発明が解決しようとする技術的課題、すなわち、本発明の目的は、ＬＥＤやＨＩＤランプなどのいわゆる電子発光光源を用いた複数の灯火が直列に接続されている負荷回路に対して簡単な回路構成で輝度調整の高精度化及び負荷電流低減時における灯火のちらつき防止を図ると共に、複数個直列接続された各々の負荷回路を任意に点滅制御することを可能にし、さらに、灯火の保守メンテナンス負担を軽減することができる電子発光光源用定電流発生装置システムを提供することを目的とする。

まず、本請求項１に係る発明は、商用交流電源と定電流供給用コンデンサと出力変成器の一次側巻線とが直列に接続されていると共に前記出力変成器の二次側巻線に発生する交流定電流の振幅を線形に変化させる複数の入力側切換タップが前記出力変成器の一次側巻線に設けられた定電流発生器と、電子発光光源を内装した複数の灯火が直列に接続されている負荷回路とを備えた電子発光光源用定電流発生器システムであって、前記負荷回路が複数個直列に前記定電流発生器の出力変成器の二次側巻線に接続されて直列回路を形成しており、前記負荷回路の各々が該負荷回路を前記直列回路から切り離す開閉器と前記負荷回路を短絡させる回路接点器と前記開閉器の開放時に前記回路接点器の開放を阻止するインターロック制御機構とを有することにより、前記課題を解決したものである。

なお、本発明において、「電子発光光源」とは、ＬＥＤやＨＩＤランプなどのフィラメントを有しておらず、負荷電流に対する光源の輝度が一次曲線に沿った電流−輝度特性である光源を総称しているが、耐久性や耐衝撃性、寿命などの点で電子発光光源にＬＥＤを用いることが特に好ましい。また、本発明において、「商用交流電源」とは、電力会社から供給される電圧が１００Ｖ又は２００Ｖで周波数が５０Ｈｚ（東日本）又は６０Ｈｚ（西日本）である電源を意味しているが、周波数が４００Ｈｚ程度以下の低周波交流電源であれば、商用交流電源に換えて利用可能である。さらに、本発明において、「定電流発生器」とは、従来の定電流電源装置のように負荷に対して所定の定電流が流れるように電圧を変化させるものではなく、負荷変動に関係なく、すなわち負荷が短絡状態であっても常に一定の電流を供給可能であるという点で従来の定電流電源装置とは定電流発生原理が全く異なるものである。

そして、本請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明の構成に加えて、前記出力変成器の二次側巻線に発生した交流定電流の振幅を微調整する複数の出力側切換タップが、前記出力変成器の二次側巻線に設けられていることにより、前記課題をさらに解決したものである。

また、本請求項３に係る発明は、請求項１又は請求項２に係る発明の構成に加えて、前記電子発光光源が、ＬＥＤであることにより、前記課題をさらに解決したものである。

本発明の電子発光光源用定電流発生器システムは、出力電圧がＶ（ボルト）である商用交流電源と静電容量Ｃの定電流供給用コンデンサと出力変成器の一次側巻線とが直列に接続されていると共に前記出力変成器の二次側巻線に発生する交流定電流の振幅を線形に変化させる複数の入力側切換タップが前記出力変成器の一次側巻線に設けられた定電流発生器と、電子発光光源を内装した複数の灯火が直列に接続されている負荷回路とを備えたというきわめて簡単な構成によって、静電容量Ｃは固定であるため、出力変成器の一次側巻線には、静電容量Ｃに対応した定電流Ｉ_１が流れるので、前記出力変成器の二次側巻線に直列接続された負荷（点灯する電子発光光源の数や配線の長さになどによって決まる）が増減した場合であっても、例えば、負荷が短絡した場合であっても電源電圧に影響が波及せず、出力変成器の二次側へ常に安定した定電流供給が実現できる。その結果、出力変成器の二次側を短絡させた状態で定電流発生器の動作状態を点検することができる。また、複数の灯火が一筆書きのように一本の配線で直列に接続されるため、２本の配線で各灯火に電力を供給する場合に比べて配線の量を大幅に削減でき省資源化に貢献する。

さらに、前記一次側巻線に流れる定電流Ｉ_１と選択された入力側切換タップまでの巻数Ｔ_１との積Ｉ_１・Ｔ_１（アンペアターン）が、前記二次側巻線に発生する交流定電流Ｉ_２と二次側巻線の巻数Ｔ_２との積Ｉ_２・Ｔ_２（アンペアターン）が一定、すなわちＩ_１・Ｔ_１＝Ｉ_２・Ｔ_２の関係が成立し、Ｉ_１が前述したように一定で、Ｔ_２を固定とした場合、各入力側切換タップまでの巻数Ｔ_１に比例した交流定電流Ｉ_２が前記出力変成器の二次側巻線に発生するので、電子発光光源に通電される負荷電流を１００％通電から、例えば、０．２％という微少な通電まで入力側切換タップの切り換えによって精度良く調整することができる。

しかも、この調整は出力変成器の二次側巻線に発生する正弦波である交流定電流Ｉ_２の振幅の大きさを変化させることによって達成されるため、負荷電流を低減させていった場合であっても灯火がちらつくことなく、良好な視認性を発揮させることができる。さらに、電流式のタップ切換は、電圧式のタップ切換と異なり、タップ間に電位差が発生しないため絶縁破壊などの故障の発生が抑制され、装置の安全性が向上する。

加えて、以下のような各請求項に特有の構成に対応した格別の効果を奏することができる。

すなわち、本請求項１に係る電子発光光源用定電流発生器システムによれば、負荷回路が複数個直列に定電流発生器の出力変成器の二次側巻線に接続されて直列回路を形成しており、前記負荷回路の各々が該負荷回路を前記直列回路から切り離す開閉器と前記負荷回路を短絡させる回路接点器と前記開閉器の開放時に前記回路接点器の開放を阻止するインターロック制御機構とを有していることによって、定電流発生器の出力は負荷の大きさに関わらず常に一定の定電流が流れるため、消灯したい負荷回路を回路接点器によって短絡させるだけで、他の負荷回路の点滅状態に影響を与えることなく消灯することができる。また、点灯したい負荷回路を開閉器によって直列回路に組み入れた後、回路接点器を開放するだけで、他の負荷回路の点滅状態に影響を与えることなく点灯することができる。

また、本請求項２に係る電子発光光源用定電流発生器システムによれば、請求項１に係る電子発光光源用定電流発生器システムが奏する効果に加えて、出力変成器の二次側巻線に発生した交流定電流の振幅を微調整する複数の出力側切換タップが、前記出力変成器の二次側巻線に設けられていることにより、灯火のグローブに埃が付着し輝度が低下した場合であっても前記出力側切換タップの切り換えによって灯火に流れる負荷電流を増加させて輝度の低下を補償することができるので、熱発光光源に比べて長寿命である電子発光光源を運用途中で特別な保守を繰り返すことなく、電子発光光源の寿命が尽きるまで安全要求輝度１００％を維持することができる。

また、本請求項３に係る電子発光光源用定電流発生器システムによれば、請求項１又は請求項２に係る電子発光光源用定電流発生器システムが奏する効果に加えて、電子発光光源がＬＥＤであることにより、ＬＥＤは半導体を用いたｐｎ接合と呼ばれる固体構造で作られており、この構造の中で電子の持つエネルギーを直接、光エネルギーに変換することで発光し、巨視的には熱や運動の介在を必要としないので、優れた耐久性や耐衝撃性、長寿命化、高効率化を実現できる。

しかも、ハロゲンランプのような熱発光光源においては、過電流によってフィラメントが溶断することを防ぐために過電流継電器を設置する必要があったが、ＬＥＤは、多少の過電流が流れたとしても素子が溶断することがなく過電流継電器を設置する必要がないので、装置構成の簡略化を図ることができる。

本発明の電子発光光源用定電流発生器システムは、商用交流電源と定電流供給用コンデンサと出力変成器の一次側巻線とが直列に接続されていると共に前記出力変成器の二次側巻線に発生した交流定電流の振幅を線形に変化させる複数の入力側切換タップが前記出力変成器の一次側巻線に設けられた定電流発生器と、電子発光光源を内装した複数の灯火が直列に接続されている負荷回路とを備え、前記負荷回路が複数個直列に前記定電流発生器の出力変成器の二次側巻線に接続されており直列回路を形成して、前記負荷回路の各々が該負荷回路を前記直列回路から切り離す開閉器と前記負荷回路を短絡させる回路接点器と前記開閉器の開放時に前記回路接点器の開放を阻止するインターロック制御機構とを有しており、負荷回路に対して簡単な回路構成で輝度調整の高精度化を図ると共に、複数個直列接続された各々の負荷回路を任意に点滅制御することを可能にし、さらに、灯火の保守メンテナンス負担を軽減することができるものであれば、その具体的な実施の態様は、如何なるものであっても何ら構わない。

本発明の一実施例を図１乃至図４に基づいて説明する。
ここで、図１は、本発明の実施例である電子発光光源用定電流発生器システムの主要構成要素の一つである定電流発生器の回路図であり、図２は、電子発光光源用定電流発生器システムの主要構成要素の別の一つである負荷回路の回路図である。図３は、５つの負荷回路が全て消灯状態で直列に定電流発生器に接続された時の回路図であり、図４は、５つの負荷回路のうち３つの負荷回路が点灯状態で直列に定電流発生器に接続された時の回路図である。

本発明の実施例である電子発光光源用定電流発生器システムの主要構成要素の一つである定電流発生器１００は、図１に示すように、商用交流電源１１０と一定の静電容量Ｃを有するコンデンサ１２０と出力変成器１３０の一次側巻線１３０Ｐとが直列に接続されている。そして、出力変成器１３０の二次側巻線１３０Ｓには、図３に示すように電子発光光源を内装した複数の灯火が直列に接続されている５つの負荷回路３００、４００、５００、６００、７００が、これらの負荷回路の各々を直列回路から切り離す開閉器３０２、４０２、５０２、６０２、７０２とこれらの負荷回路の各々を短絡させる回路接点器３０１、４０１、５０１、６０１、７０１を介して接続されている。

負荷回路３００、４００、５００、６００、７００は、例えば、飛行場の進入灯、滑走路灯、誘導路灯などの用途に応じて、適宜必要数の灯火が直列に接続されている。その一例として負荷回路３００の回路構成を図２に示す。なお本実施例に於いては、灯火を構成する電子発光光源としてＬＥＤを用いている。

図２に示したように、直列に接続された複数の灯火に内装された電子発光光源３００Ｂの任意の一つが不点灯になっても他の電子発光光源３００Ｂが影響を受けないようにするため、負荷回路３００を構成する各灯火には、絶縁トランス３００Ａを備えている。そして、電子発光光源３００Ｂに加わる逆方向電流を遮断するための逆流防止ダイオード３００Ｃが電子発光光源３００Ｂと直列に接続されている。なお、逆流防止ダイオード３００Ｃを用いて電子発光光源３００Ｂに加わる逆方向電流を遮断することに換えて２つの電子発光光源３００Ｂを互いに極性が逆方向となるように並列接続したものを絶縁トランス３００Ａの二次側に接続しても良い。この場合、正弦波交流電流の正方向通電時及び逆方向通電時に２つの電子発光光源３００Ｂが交互に点灯し、エネルギー効率が向上すると共に、負荷回路３００を構成する灯火のちらつきが一層低減し、その効果は甚大である。

さらに、出力変成器１３０の二次側巻線１３０Ｓに発生する交流定電流Ｉ_２の振幅を線形に変化させるための複数の入力側切換タップ１３０Ａが、出力変成器１３０の一次側巻線１３０Ｐに設けられている。この入力側切換タップ１３０Ａは、要求される輝度（％）の変更段階、例えば、図７に示すように、１００％、３０％、２５％、１０％、５％、１％、０．２％と一次側巻線１３０Ｐの巻数が比例関係になるように設けられている。なお、図１においては、５％、１％、０．２％に対応する入力側切換タップは、記載を省略している。

そして、出力変成器１３０における電圧降下は、コンデンサ１２０の端子間電圧に比べて十分に小さいため、商用交流電源１１０の出力電圧がＶ（ボルト）で一定であり、コンデンサ１２０の静電容量がＣ（ファラッド）で固定、例えば、２００μＦであることによって、出力変成器１３０の一次側巻線１３０Ｐには、静電容量Ｃに対応した定電流Ｉ_１が流れる。さらに、この定電流Ｉ_１と選択された入力側切換タップまでの巻数Ｔ_１との積Ｉ_１・Ｔ_１（アンペアターン）と、二次側巻線１３０Ｓに発生する交流定電流Ｉ_２と二次側巻線１３０Ｓの巻数Ｔ_２との積Ｉ_２・Ｔ_２（アンペアターン）とが一定、すなわちＩ_１・Ｔ_１＝Ｉ_２・Ｔ_２の関係が成立するため、Ｉ_１が前述したように一定で、二次側巻線１３０Ｓの巻数Ｔ_２を固定とした場合、各入力側切換タップまでの巻数Ｔ_１に比例した交流定電流Ｉ_２が出力変成器１３０の二次側巻線１３０Ｓに発生する。

その結果、入力側切換スイッチ１３０Ｂによって、所望の入力側切換タップ１３０Ａを選択することにより、出力変成器１３０の二次側巻線１３０Ｓに一次側巻線１３０Ｐの巻数Ｔ_１に比例した交流定電流Ｉ_２を発生させることができる。例えば、Ｔ_１が１０００ターンでありＴ_２がＴ_１の３倍の３０００ターンとした場合、Ｉ_１を２０Ａの定電流とすることによって、Ｉ_２としてＩ_１の３分の１の６．６Ａの定電流が得られる。そして、Ｔ_１を全巻数の３０％である３００ターンに切り替えることによって、Ｉ_２として、６．６Ａの３０％である１．９８Ａの定電流が得られる。

また、本実施例を構成する定電流発生器１００は、図１に示すように、出力変成器１３０の二次側巻線１３０Ｓに、例えば、全巻数に対して０％、１％、３％、５％という細かい間隔で巻数を減少させる複数の出力側切換タップ１３０Ｃが設けられている。そして、出力側切換スイッチ１３０Ｄによって、所望の出力側切換タップ１３０Ｃを選択することにより、前述したＩ_１・Ｔ_１＝Ｉ_２・Ｔ_２の関係において、二次側巻線１３０Ｓの巻数Ｔ_２を若干減少させることができるため、負荷に供給される交流定電流Ｉ_２の振幅を微増（数％の上昇）させることができる。これにより、灯火のグローブに埃が付着して輝度が低下した際に初期の輝度を維持するように微調整することができる。ここで、灯火の輝度の微調整用の切換タップを出力変成器１３０の二次側に設ける理由は、一次側に設けた入力側切換タップ１３０Ａの巻数の線形関係を変更することなく、負荷電流を微増することができるからである。

次に、本実施例を構成する定電流発生器に直列接続された複数の負荷回路の点灯・消灯動作について、図３及び図４に基づき説明する。定電流発生器１００の出力変成器の二次側巻線には、図３に示すように、５つの負荷回路３００、４００、５００、６００、７００が直列に接続されている。そして、これらの負荷回路の各々を直列回路から切り離す開閉器３０２、４０２、５０２、６０２、７０２と、これらの負荷回路の各々を短絡させる回路接点器３０１、４０１、５０１、６０１、７０１が設けられている。そして、回路接点器３０１、４０１、５０１、６０１、７０１は、開閉器３０２、４０２、５０２、６０２、７０２よりも定電流発生器１００側に設けられており、開閉器３０２、４０２、５０２、６０２、７０２が開放状態にある場合には、回路接点器３０１、４０１、５０１、６０１、７０１は開放されないようにインターロック制御機構（図示されていない）が各回路接点器及び開閉器に配備されている。これにより、直列接続された複数の負荷回路からなる直列回路が開放状態となることを防止している。

図３は、全ての回路接点器３０１、４０１、５０１、６０１、７０１が短絡状態にあり、全ての開閉器３０２、４０２、５０２、６０２、７０２が開放状態にある回路を示している。すなわち、定電流発生器１００の出力変成器の出力端子（二次側巻線）間ＯＵＴが短絡された状態になっている。しかしながら、前述したように本発明による定電流発生器１００によれば、負荷の大きさに関わらず一定の電流を出力変成器の二次側巻線に発生させるため、出力端子間ＯＵＴが短絡状態になっても定電流発生器１００の電源側に影響が波及することがない。この状態、すなわち全ての負荷回路３００、４００、５００、６００、７００が消灯状態であり、定電流発生器１００の出力端子間ＯＵＴが短絡状態にある状態から、１つの負荷回路３００を点灯状態とする場合には、まず、開閉器３０２をＯＮ（導通状態）とした後、回路接点器３０１をＯＦＦ（開放状態）にする。他の負荷回路４００、５００、６００、７００も同様の操作で点灯状態とすることができる。

図４は、回路接点器４０１、６０１が短絡状態にあり、開閉器４０２、６０２が開放状態にある回路を示している。すなわち、定電流発生器１００の出力端子間ＯＵＴには、３つの負荷回路３００、５００、７００が直列接続され、それぞれ点灯状態になっている。この状態から、１つの負荷回路５００を消灯状態とする場合には、まず、回路接点器５０１をＯＮ（短絡状態）にする。その瞬間、定電流発生器１００の出力端子間ＯＵＴには、２つの負荷回路３００、７００が直列接続された状態になり、負荷回路５００は消灯状態となる。その後、開閉器５０２を開放する。その結果、直列接続されていた３つの負荷回路３００、５００、７００のうち、２つの負荷回路３００、７００の点灯状態が途切れることなく、負荷回路５００のみを消灯状態とすることができる。

回路接点器３０１、４０１、５０１、６０１、７０１及び開閉器３０２、４０２、５０２、６０２、７０２のＯＮ・ＯＦＦ動作は、遠隔制御が可能な汎用のシーケンス制御盤などを用いて行うことができる。

なお、前述した実施例では、定電流発生器に接続される負荷回路の数が５つのものについて説明しているが、負荷回路の数は、５つに限定されるものではなく、いくつであっても構わない。

また、本発明の電子発光光源用電流発生器システムを構成する定電流発生器１００は、出力変成器１３０の一次側巻線１３０Ｐに設けられた入力側切換タップ１３０Ａの設置位置を図７に示した輝度（％）と熱発光光源電流（Ａ）の関係に対応させて設けることによって、従来から用いられている熱発光光源に対しても入力側切換タップ１３０Ａの切り換えにより従来の定電流装置と同様に、所望の輝度に対する電流を出力する電源として使用することも可能である。

本発明は、静電容量Ｃの定電流供給用コンデンサに定電圧Ｖを印加すると静電容量Ｃに対応した定電流が発生するという原理を応用して、きわめて簡単な構成で定電流発生器を構成することができると共に、定電流発生器に直列接続された複数の負荷回路のうち所望の負荷回路のみを他の負荷回路のＯＮ・ＯＦＦ状態に関係なくＯＮ・ＯＦＦ制御できるものであって、飛行場の灯火システムのみならず、高速道路、トンネル、競技場、公園などの公共施設の照明システムの高度なＯＮ・ＯＦＦ制御、輝度調整の高精度化、エネルギー効率の高効率化、保守メンテナンス負担の軽減を実現でき、その産業上の利用可能性はきわめて高い。

本発明の電子発光光源用定電流発生器システムの定電流発生器の回路図。 本発明の電子発光光源用定電流発生器システムの負荷回路の回路図。 定電流発生器に直列に接続された５つの負荷回路が全て消灯状態にある時の回路図。 定電流発生器に直列に接続された５つの負荷回路のうち３つが点灯状態にある時の回路図。 従来の熱発光光源用の定電流光度調整装置の回路図。 図５に示した従来の定電流光度調整装置の各部における信号波形図。 電子発光光源と熱発光光源の電流−輝度特性を示した表。 図７に示した表に基づいたグラフ。

符号の説明

１００ ・・・定電流発生器
１１０ ・・・商用交流電源
１２０ ・・・コンデンサ
１３０ ・・・出力変成器
１３０Ａ・・・（出力変成器の）入力側切換タップ
１３０Ｂ・・・（出力変成器の）入力側切換スイッチ
１３０Ｃ・・・（出力変成器の）出力側切換タップ
１３０Ｄ・・・（出力変成器の）出力側切換スイッチ
１３０Ｐ・・・（出力変成器の）一次側巻線
１３０Ｓ・・・（出力変成器の）二次側巻線
３００、４００、５００、６００、７００・・・負荷回路
３０１、４０１、５０１、６０１、７０１・・・（負荷回路の）回路接点器
３０１、４０１、５０１、６０１、７０１・・・（負荷回路の）開閉器
３００Ａ・・・（負荷回路３００の）絶縁トランス
３００Ｂ・・・（負荷回路３００の）電子発光光源
３００Ｃ・・・（負荷回路３００の）逆流防止ダイオード
２００ ・・・定電流光度調整装置
２１０ ・・・商用交流電源
２２０ ・・・共振回路
２２０Ａ・・・（共振回路の）コンデンサ
２２０Ｂ・・・（共振回路の）リアクトル
２３０ ・・・出力変成器
２３０Ｐ・・・（出力変成器の）一次側巻線
２３０Ｓ・・・（出力変成器の）二次側巻線
２４０ ・・・灯火
２４０Ａ・・・（灯火の）絶縁トランス
２４０Ｂ・・・（灯火の）熱発光光源
２４０Ｃ・・・（灯火の）逆流防止ダイオード
２５０ ・・・分流回路
２５０Ａ・・・（分流回路の）サイリスタ
２５０Ｂ・・・（分流回路の）サイリスタ
２６０ ・・・サイクル制御回路
２７０ ・・・電流検出器
２８０ ・・・配線

Claims (3)

1. 商用交流電源とコンデンサと出力変成器の一次側巻線とが直列に接続されていると共に前記出力変成器の二次側巻線に発生する交流定電流の振幅を線形に変化させる複数の入力側切換タップが前記出力変成器の一次側巻線に設けられた定電流発生器と、電子発光光源を内装した複数の灯火が直列に接続されている負荷回路とを備えた電子発光光源用定電流発生器システムであって、
   前記負荷回路が複数個直列に前記定電流発生器に接続されており、前記負荷回路の各々が、該負荷回路を直列回路から切り離す開閉器と前記負荷回路を短絡させる回路接点器とを有することを特徴とする電子発光光源用定電流発生器システム。
2. 前記出力変成器の二次側巻線に発生した交流定電流の振幅を微調整する複数の出力側切換タップが、前記出力変成器の二次側巻線に設けられていることを特徴とする請求項１記載の電子発光光源用定電流発生器システム。
3. 前記電子発光光源が、ＬＥＤであることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の電子発光光源用定電流発生器システム。

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