JP2010272479A - Rotating light - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、外燃機関及び発光ダイオードから構成される回転灯に関するものである。 The present invention relates to a rotating lamp composed of an external combustion engine and a light emitting diode.
回転灯に関する技術としては、特許文献1記載の方法がある。この方法においては、電球と反射板から構成されるユニットをモータで回転させ、回転灯としている。
As a technique related to the rotating lamp, there is a method described in
従来方法による回転灯は広く用いられており、一般的な用途においては必要かつ十分な能力を有している。しかしながら、電球と反射板の回転にモータを用いるため、発光部の点灯とは別に電源を準備する必要があり、回路が複雑になる。 Conventionally used rotating lamps are widely used, and have a necessary and sufficient capacity in general applications. However, since a motor is used to rotate the light bulb and the reflector, it is necessary to prepare a power source separately from the lighting of the light emitting unit, which complicates the circuit.
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、発光部への電力供給だけで機能する回転灯を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to solve the above-described problems and provide a rotating lamp that functions only by supplying power to a light emitting unit.
上記課題を解決するために本発明は、シリンダ内のガスを外部から加熱・冷却して動力を得る外燃機関および発光ダイオードを備えて構成され、かつ前記発光ダイオードが発光源と前記外燃機関の加熱源を兼ね、かつ、前記外燃機関が前記発光ダイオードの回転運動の動力源となるように構成されたものである。 In order to solve the above problems, the present invention comprises an external combustion engine and a light emitting diode that obtain power by heating and cooling a gas in a cylinder from the outside, and the light emitting diode comprises a light emitting source and the external combustion engine. And the external combustion engine is configured to be a power source for the rotational movement of the light emitting diode.
前記発光ダイオードが2個以上の複数であるとよい。 The light emitting diode may be two or more.
前記発光ダイオードの発光層が、少なくともアルミニウム、ガリウム、インジウム、リンのいずれかを含む化合物半導体から構成されるとよい。 The light emitting layer of the light emitting diode may be composed of a compound semiconductor containing at least one of aluminum, gallium, indium, and phosphorus.
本発明によれば、発光部への電力供給だけで機能する回転灯を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the rotating lamp which functions only by the electric power supply to a light emission part can be provided.
図1に示すように、回転灯21は、外燃機関22と、発光部たる発光ダイオード9とを備えて構成される。
As shown in FIG. 1, the rotating
外燃機関22は第1シリンダ4内のガスを外部から加熱・冷却して仕事を得るものであり、一般にはスターリングエンジン18として知られている。スターリングエンジン18は、その加熱部(エンジン下面板2)に発光ダイオード9を接続され、発光ダイオード9の発熱を加熱源として用いる。冷却部(エンジン上面板1)は強制冷却であってもよいが、特に必要がなければ自然冷却でもよい。また、外燃機関22は発光ダイオード9の回転運動の動力源となるように構成される。
The
具体的には、回転灯21は、柱状に形成される回転軸12と、回転軸12にスターリングエンジン18を回転自在に、かつ、スターリングエンジン18の駆動力で回転するように取り付けるための減速機19とをさらに備える。
Specifically, the rotating
減速機19は、回転軸12に設けられる第1ベベルギア13と、スターリングエンジン18の駆動軸たるクランクシャフト6に設けられ第1ベベルギア13と噛合される第2ベベルギア11とを備える。また、減速機19は、回転軸12に回転自在に支持されると共にクランクシャフト6を回転自在に支持するギアボックス20を有する。
The
スターリングエンジン18は、加熱部と冷却部の温度差が大きいほど高い効率を得ることができる。したがってスターリングエンジン18の加熱部に発光ダイオード9を2個以上の複数個取り付け、加熱部の熱量を増加させることでより回転を安定させることが可能となる。
The Stirling
発光ダイオード9は外燃機関の加熱源と、発光源とを兼ねる。 The light emitting diode 9 serves as a heating source for the external combustion engine and a light emitting source.
発光ダイオード9の発光層に用いる材料に制限はないが、一般的な赤色の回転灯に用いるには、アルミニウム、ガリウム、インジウム、リンのいずれかを含む化合物半導体から構成されることが好ましい。その他には、例えば窒素ガリウム・インジウム系の化合物半導体材料を用い、青色の回転灯とすることも可能である。 Although there is no restriction | limiting in the material used for the light emitting layer of the light emitting diode 9, when using for a general red rotary lamp, it is preferable to comprise from the compound semiconductor containing either aluminum, gallium, indium, or phosphorus. In addition, for example, a gallium / indium compound semiconductor material may be used to form a blue rotating lamp.
発光体は必ずしも発光ダイオードを用いる必要はないが、例えば電球は発生した熱の多くを輻射熱として放出してしまい、スターリングエンジンの熱源としては不向きである。一方、発光ダイオードは、所望の波長域以外での発光はほぼないため、発生した熱が空間へと放出されにくく、スターリングエンジンの熱源として有効に活用できる。 A light emitting diode does not necessarily need to use a light emitting diode, but a light bulb, for example, emits much of the generated heat as radiant heat and is not suitable as a heat source for a Stirling engine. On the other hand, since the light emitting diode hardly emits light outside the desired wavelength range, the generated heat is not easily released into the space, and can be effectively used as a heat source for the Stirling engine.
次に本実施の形態の作用を述べる。 Next, the operation of this embodiment will be described.
図4(a)に示す状態のスターリングエンジン18は、エンジン上面板1が外気で自然冷却されることで第1シリンダ4内のガスの圧力が下がる。これにより、図4(b)に示すように後述するパワーピストン5がガスの圧力で引き下げられると共に、ディスプレーサ3が引き上げられ、ディスプレーサ3より上方のガスがディスプレーサ3の下方に移動される。この状態から第2ベベルギア11が慣性によって回転することで図4(c)に示すようにディスプレーサ3が上死点まで引き上げられ、エンジン下面板2が発光ダイオード9で加熱されることで第1シリンダ4内のガスの圧力が上がる。この後、図4(d)に示すように、パワーピストン5がガスの圧力で押し上げられ、第2ベベルギア11の慣性によって図4(a)の状態に戻る。以降、同様の動作を繰り返すことでクランクシャフト6が回転駆動され、図1に示すスターリングエンジン18が回転軸12を中心として回転する。
In the Stirling
このように、第1シリンダ4内のガスを外部から加熱・冷却して動力を得る外燃機関たるスターリングエンジン18および発光ダイオード9を備えて構成され、かつ発光ダイオード9が発光源とスターリングエンジン18の加熱源を兼ね、かつ、スターリングエンジン18が発光ダイオード9の回転運動の動力源となるように構成されたため、発光ダイオード9への電力供給だけで発光ダイオード9を点灯させつつ回転させることができる。
As described above, the
スターリングエンジン18の加熱源となる発光ダイオードが2個以上の複数であるものとしたため、スターリングエンジン18を十分加熱でき安定して駆動できる。
Since there are two or more light emitting diodes that serve as a heating source for the Stirling
また、発光ダイオード9の発光層が、少なくともアルミニウム、ガリウム、インジウム、リンのいずれかを含む化合物半導体から構成されるものとしたため、赤色回転灯を容易に構成できる。 In addition, since the light emitting layer of the light emitting diode 9 is made of a compound semiconductor containing at least one of aluminum, gallium, indium, and phosphorus, a red rotating lamp can be easily formed.
直径110mm、厚さ3mmのA5052アルミニウム合金製のエンジン上面板1と、直径110mm、厚さ3mmの主に銅からなるエンジン下面板2と、内径100mm、外径106mm、高さ22mmのアクリルパイプからなり、エンジン上面板1とエンジン下面板2の間に設けられる第1シリンダ4と、直径96mm、厚さ10mmの発泡スチロールからなり第1シリンダ4内に上下移動可能に収容されるディスプレーサ3と、上下に延びる筒状に形成されると共にエンジン上面板1の開口17に連通して設けられた第2シリンダ16と、直径20mm、厚さ10mmのゴムからなり第2シリンダ16内に上下移動可能に収容されるパワーピストン5と、ディスプレーサ3に真鍮製のクランクシャフト6を介して連結されると共にパワーピストン5に真鍮製のコネクティングロッド8を介して連結されパワーピストン5の上下運動を回転運動に変換する真鍮製のクランクシャフト6とを用い、ディスプレーサ型のスターリングエンジン18を構成した。第1シリンダ4、第2シリンダ16内には、室温において1気圧相当の空気(ガス)が封入されている。
From an
スターリングエンジン18は、エンジン上面板1が冷却部、エンジン下面板2が加熱部となる。エンジン下面板2には発光源兼加熱源となる発光ダイオード9が10個取り付けられている。発光ダイオード9はフィリップス・ルミレッズ・ライトニング・カンパニー社製のLXK2−PD12−S00を用いた。LXK2−PD12−S00のヒートシンクはエンジン下面板2に熱伝導グリスを介して接触しており、発光ダイオード9の発熱をエンジン下面板2に効率よく伝達することができる。さらにエンジン下面板2に取り付けた反射鏡10により、発光ダイオード9からの光を特定方向にのみ反射する。
In the Stirling
ディスプレーサ3側のクランクシャフト6に連結されるクランクシャフト6と、パワーピストン5側のコネクティングロッド8に連結されるクランクシャフト6とには90°の位相差がつけられている。
The
クランクシャフト6の先端には外径20mmの第2ベベルギア11が取り付けられており、直径30mmの回転軸12に取り付けられた第1ベベルギア13と噛み合い、第1ベベルギア13上を第2ベベルギア11が移動する。これにより、スターリングエンジン18及びスターリングエンジン18に取り付けられた発光ダイオード群(以下、発光回転部と称する)23が回転軸12の周囲を回転する。回転軸12の中心からスターリングエンジン18の中心(ディスプレーサ3の中心)までの距離は150mmである。
A
回転軸12には別途電極14が取り付けられており、この電極14からリード15を介してエンジン下面板2内へと電流が引き込まれる。なお、本実施例では、電極14とリード15で形成される電極構造にブラシ電極構造を採用した。エンジン下面板2には、発光ダイオード9に通電できるように配線パターンが形成され、リード15と発光ダイオード9は電気的に接続されている。
A separate electrode 14 is attached to the rotating
各々の発光ダイオード9に350mAの電流が流れるように電圧を印加したところ、発光回転部23は60rpmで回転軸12の周りを回転した。このとき、発光回転部23から放出される光量は、約500lmであり、回転灯として十分な光量を有している。
When a voltage was applied so that a current of 350 mA would flow through each light emitting diode 9, the light emitting rotating unit 23 rotated around the rotating
以上により、発光部(発光ダイオード9)への電力供給だけで機能する回転灯を提供できることが実証された。 From the above, it was proved that a rotating lamp that functions only by supplying power to the light emitting unit (light emitting diode 9) can be provided.
最適条件についての根拠
実施例1において、LXK2−PD12−S00への通電電流を350mAとした根拠について述べる。
Grounds for Optimal Conditions In
LXK2−PD12−S00のデータシートによると、350mA通電時の印加電圧は2.95V(ティピカル値)である。このときの投入電力は1032.5mWになる。一方、ドミナント波長は627nm、光束は60lm(いずれもティピカル値)であり、これらから換算される放射束はおよそ380mWとなる。放射束以外が全て熱になると換算すると、LXK2−PD12−S00 1個あたりの発熱量は、652.5mWである。実施例1では10個のLXK2−PD12−S00を用いているので、総発熱量は約6.5Wとなる。 According to the data sheet of LXK2-PD12-S00, the applied voltage at 350 mA energization is 2.95 V (typical value). The input power at this time is 1032.5 mW. On the other hand, the dominant wavelength is 627 nm, the luminous flux is 60 lm (both typical values), and the radiant flux converted from these is approximately 380 mW. When converted to heat except for the radiant flux, the calorific value per LXK2-PD12-S00 is 652.5 mW. In Example 1, since ten LXK2-PD12-S00 are used, the total calorific value is about 6.5 W.
各々の発光ダイオード9に350mAの電流を通電したとき、エンジン下面板2の温度を放射温度計を用いて測定したところ、およそ100℃(373K)であった。同様にエンジン上面板1の温度を測定したところ20℃(293K)であった。スターリングエンジン18の効率ηは高温部の温度をTH、低温部の温度TLとしてη=1−TL/THとして与えられるので、実施例1のスターリングエンジン18の効率は約21.4%となる。これに発光ダイオード9の発熱量を掛け合わせた約1.4Wが実施例1におけるスターリングエンジン18の仕事率である。
When a current of 350 mA was passed through each light emitting diode 9, the temperature of the
一方、発光ダイオード9を通電させずに発光回転部23を回転させるのに要する力を測定したところ、1.5Nであった。仕事率Wと力F、回転軸から力がかかる点までの距離r、角速度ωの間には、r×F×ω=Wの関係があることから、これを変形してω=W/(r×F)とし、上記で求めた仕事率W=1.4W、距離r=0.15m、力F=1.5Nを代入すると、角速度ω=6.22rad/sec≒2πrad/sec=60rpmと見積もられる。 On the other hand, when the force required to rotate the light emitting rotating portion 23 without energizing the light emitting diode 9 was measured, it was 1.5N. Since there is a relationship of r × F × ω = W between the power W and the force F, the distance r from the rotation axis to the point where the force is applied, and the angular velocity ω, this is modified so that ω = W / ( r × F) and substituting the power W = 1.4 W, the distance r = 0.15 m, and the force F = 1.5 N obtained above, the angular velocity ω = 6.22 rad / sec≈2π rad / sec = 60 rpm Estimated.
以上の計算に基づき、本実施例では60rpmを得るために、LXK2−PD12−S00への通電電流を350mAとした。 Based on the above calculation, in order to obtain 60 rpm in this example, the energization current to LXK2-PD12-S00 was set to 350 mA.
なお、上記計算に基づくと実施例1の放射束は600lmと見積もられるが、実測値は実施例1に示したように500lmであった。これは反射鏡10による反射が完全ではなく、損失があることが大きな原因と推察される。
Based on the above calculation, the radiant flux of Example 1 is estimated to be 600 lm, but the actually measured value was 500 lm as shown in Example 1. This is presumably due to the fact that the reflection by the reflecting
なお、上述の実施の形態では発光ダイオード9としてフィリップス・ルミレッズ・ライトニング・カンパニー社製のLXK2−PD12−S00を用い赤色回転灯を構成したが、青色発光ダイオードを用いて青色回転灯としてもよい。また、発光ダイオード9の製造メーカー、型式に制限はなく、形状やコストに応じて適宜選択することができる。 In the above-described embodiment, a red rotating lamp is configured using LXK2-PD12-S00 manufactured by Philips Lumileds Lightning Company as the light emitting diode 9, but a blue rotating lamp may be formed using a blue light emitting diode. Moreover, there is no restriction | limiting in the manufacturer and model of the light emitting diode 9, It can select suitably according to a shape and cost.
スターリングエンジン18の構造や大きさ、回転数、発光ダイオード9の個数、通電電流等のパラメータは上述の実施の形態に限定されるものではなく、必要に応じて変更が可能である。
Parameters such as the structure and size of the
上述の回転灯21は、一般的な回転灯とは異なりモータを使用しない。直流モータはその構造上、漏れ磁束による電磁誘導ノイズが発生しやすいが、上述の回転灯21はモータが存在しないためノイズは発生しない。この特徴を生かし、例えば微小電流や磁場を検出する装置等の信号灯として上述の回転灯21を用いることができる。
Unlike the general rotating lamp, the rotating
また、発光部への通電だけで回転運動が得られるという意外性を生かし、スターリングエンジンの動作原理について学習するための学校教材として上述の回転灯21を用いることも可能である。
In addition, the above-described
1 エンジン上面板
2 エンジン下面板
3 ディスプレーサ
4 第1シリンダ
5 パワーピストン
6 クランクシャフト
7 コネクティングロッド
8 コネクティングロッド
9 発光ダイオード
10 反射鏡
11 第2ベベルギア
12 回転軸
13 第1ベベルギア
14 電極
15 リード
16 第2シリンダ
17 開口
18 スターリングエンジン
19 減速機
20 ギアボックス
21 回転灯
22 外燃機関
23 発光ダイオード群(発光回転部)
DESCRIPTION OF
Claims (3)
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2009125551A JP2010272479A (en) | 2009-05-25 | 2009-05-25 | Rotating light |
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Cited By (3)
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---|---|---|---|---|
KR101374561B1 (en) | 2013-01-16 | 2014-03-25 | 관동대학교산학협력단 | Led lighting device |
WO2015053518A1 (en) * | 2013-10-11 | 2015-04-16 | 김화자 | Led cooling device |
KR101525380B1 (en) * | 2013-11-08 | 2015-06-02 | 가톨릭관동대학교산학협력단 | Light Emitting Diode Street Lights |
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2009
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WO2015053518A1 (en) * | 2013-10-11 | 2015-04-16 | 김화자 | Led cooling device |
KR101516748B1 (en) | 2013-10-11 | 2015-05-04 | 주식회사 엘엠에이치코리아 | A cooling apparatus of LED |
KR101525380B1 (en) * | 2013-11-08 | 2015-06-02 | 가톨릭관동대학교산학협력단 | Light Emitting Diode Street Lights |
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