JP2013171828A

JP2013171828A - 電池不要で消灯直後の暗闇を自動照明するｌｅｄ点灯装置

Info

Publication number: JP2013171828A
Application number: JP2012049757A
Authority: JP
Inventors: Nobuo Oda; 展生小田
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-02-20
Filing date: 2012-02-20
Publication date: 2013-09-02

Abstract

【課題】人の目には暗順応という機能があり、視界回復には一定の時間を必要とする。従って消灯直後は視界を失い易い。この対策として消灯直後に点灯させる常夜灯などが従来から使われてきた。しかし小型電球の連続点灯は最近の省電力指向にはそぐわなくなってきた。また小型電球自動点灯用電源として一次電池または二次電池を使用する照明器具では、必ず一定期間毎に電池交換または装置の保守点検作業が必要になる。
【解決手段】小型電球の自動点灯電源として使用されている、一次または二次電池を使わずに、点灯時の照明光を受けて発電するアモルファス発電素子におきかえ、この素子によって発電した電力を電気二重層キャパシタに電荷エネルギーとして蓄積しておく。照明が消灯される事により、アモルファス素子の発電停止を検出する電子回路を備えておき、この検出信号により電子回路内のタイマー点灯回路を作動させて、消灯直後の暗闇を一定時間、ＬＥＤで照明するようにして解決した。
【選択図】図１

Description

ＬＥＤ自動点灯照明装置に関する。

消灯直後の暗闇で視界を確保するため小型電球を手動で点灯させるか、或いは一次電池または２次電池を照明装置に組み込んで、小型電球を自動的に点灯させる装置は既に存在する。

人の目には暗順応という機能があり、視界回復には一定の時間を必要とする。従って消灯直後は視界を失い易い。この対策として消灯直後に点灯させる常夜灯などが従来から使われてきた。しかし小型電球の連続点灯は最近の省電力指向にはそぐわなくなってきた。また小型電球自動点灯用電源として一次電池または二次電池を使用する照明器具では、必ず一定期間毎に電池交換または装置の保守点検作業が必要になる。

小型電球の自動点灯電源として使用されている、一次または二次電池を使わずに、点灯時の照明光を受けて発電するアモルファス発電素子におきかえ、この素子によって発電した電力を電気二重層キャパシタに電荷エネルギーとして蓄積しておく。照明が消灯される事により、アモルファス素子の発電停止を検出する電子回路を備えておき、この検出信号により電子回路の点灯回路を作動させて、消灯直後の暗闇を一定時間、ＬＥＤで照明するようにして課題を解決した。

多様な照明器具にも適用できるように、煩雑な交換や保守点検の必要な一次電池、二次電池の使用をやめて、本装置はアモルファス発電素子と、過充電、過放電、或いはショートなどによる劣化や発火の心配がなく、充放電可能回数１０万回を超える小型で安全な電気二重層キャパシタを使用することにより、装置全体を１６グラム程度に軽量小型化できるため、既存の照明器具の下に吊るすか、またはシーリングライトの本体内部に置いて使用する事ができる。装置は照明光を受けて自動充電され、消灯時は一定時間、ＬＥＤを自動点灯させる動作を、電池を使わず半永久的にくりかえすもので、消灯直後やブレーカー作動、突然の停電などで奪われがちな視界が確保できる。本装置は、流行り廃れのない有用な実用品としてランニングコスト不要の照明装置を、安価にグローバル提供できるものである。

本発明装置のアモルファス発電素子受光上面を示す斜視図本発明装置内部の各部品位置透視と下面に設けた照明用ＬＥＤを示す斜視図本発明の電子回路図本発明電子回路内のワンショットマルチバイブレータ動作波形本発明装置をシーリングライト内に置き、消灯直後暗闇を照明する様子

図１は本発明装置１、にアモルファス発電素子２、を取り付けた受光上面。図２は照明用ＬＥＤ５、をとりつけてある下面側から見た装置１、内部に備えた電気二重層キャパシタ３、と電子回路基板４、の内部透視図である。アモルファス発電素子２、の発電能力は、５Ｖ、５ｍＡ程度を使用する。本装置の電源は蛍光灯、白熱電球、ＬＥＤなど人工照明光を受けて発電した電力を電気二重層キャパシタ３、（ＥＤＬＣ５．５Ｖ１Ｆ）に電荷エネルギーとして蓄えておき、消灯時電子回路４、により、５ミリ径白色ＬＥＤ５、を点灯させる。アモルファス発電素子２、は非晶質（非結晶）で単結晶や多結晶シリコンタイプより安価に入手できる。受光スペクトルのピーク波長位置が蛍光灯、ＬＥＤの発光スペクトルのピーク波長に近いため比較的効率よく発電でき、温度上昇時は結晶タイプより効率を落とさない。電気二重層キャパシタ３、は５．５Ｖ１Ｆを使用する。電荷エネルギーを蓄積して電力としてとり出すことができるこのキャパシタは、最大電圧５．５Ｖ以下、使用温度７０℃以下、極性などを守れば過充電、過放電、或いはショートさせても劣化や発火の心配はなく、充放電サイクルは１０万回以上と製品メーカーは発表している。頭上に吊るしても安全に使用できるように軽量小型が必要な本装置では、できる限りシンプルな回路で充放電制御回路などを持たずに長期間安全に動作しなくてはならない。充電を終えると自動的に電流が流れ込まなくなる電気二重層キャパシタは適切な電源になる。
次に本装置の機能と回路動作について説明する。図３、が本装置の電子回路である。ＩＣ１、は汎用Ｃ−ＭＯＳ、ＮＡＮＤゲートＩＣ７４ＨＣ００を使用、ＩＣ内部二つのゲートを使ってＬＥＤ点灯タイマー用としてワンショットマルチバイブレータ回路を構成、残り二つのゲートをＬＥＤ点灯回路用として使用する。図４、はワンショットマルチバイブレータ各部の動作波形を示したもの。アモルファス発電素子２、は照明器具の光度と距離により発電する電圧は異なり、最大約５．５Ｖが発電されワンショットマルチバイブレータ回路の入力段ＩＣ１、７４ＨＣ００Ｃ−ＭＯＳゲートに加わる。加わる電圧波形は光源の種類により異なってくる。光源が直流で点灯しているものであれば、アモルファス発電素子２、からも直流が出力される。しかし安定コイルを介して直接ＡＣ１００Ｖで点灯させるタイプの蛍光灯はＡＣ１００Ｖのサイン波に従って光量も変動、これを受けたアモルファス発電素子２、からも変動に従った電圧波形を出力する。インバーター方式など５０〜６０Ｈｚと異なった周波数で点灯するものは、点灯させている周波数の波形を受け出力する。ワンショットマルチバイブレータ回路に、このようなサイン波形やパルス波形が加わると、正しい動作は得られないのでＣ１、のパスコンを入れておく事で約３００ｍＳ以下のパルスではワンショットマルチバイブレータがトリガしないようにしておき、２０ｍＳ以下のＡＣ１００Ｖサイン波や、それ以上の周波数で点灯させている器具からの波形は受け付けなくする。従ってワンショットマルチバイブレータ入力は照明が消された時点で、アモルファス発電素子２、の出力はなくなり、Ａ点はＣ１、のキャパシタにより電圧がスロープ状に低下していく途中７４ＨＣ００ゲートのスレッシホールド値に達した時点でトリガされＢ点はＨレベルとなり、ここからＣ２、キャパシタとＲ２により更に長いスロープ状の電圧変動、Ｃ点を発生させて次段ゲートの入力端子がスレッシホールド値に達するまで、ゲートの出力、Ｄ点がＬレベルを保つことで、ワンショットマルチバイブレータはタイマー回路として動作する。このタイマー時間が、５ミリ径白色ＬＥＤ５、を点灯させている時間となる。点灯時間の設定を変更する場合は、以下の計算式を使って希望する時間に変更する。
Ｔ（Ｓｅｃ）＝０．６９ＲＣ
例：Ｔ＝０．６９×Ｒ（４．７ＭΩ）×Ｃ（２０ｕＦ）
０．６９×４．７×１０^６×２０×１０^−６
＝６４．８６秒
通常ＬＥＤ点灯にはバイポーラトランジスタを使用する。しかしトランジスタを使用すると、Ｉ_Ｂ（ベース電流）を消費する。本装置では消費電流をできるだけ減らすためＣ−ＭＯＳＩＣ内部のＦＥＴを使用することでＩ_Ｂ電流を省くことができる。７４ＨＣ００の最大定格出力電流はゲート１個あたり±２５ｍＡなので、２個パラレルにすれば十分使用できる。普通太陽電池と２次電池などを接続する場合は、発電が行われないときに２次電池からの電流逆流を防ぐため及び電圧ロスを最小にするため、Ｖ_Ｆ値の小さいショッキーバリアダイオードを介して接続する。しかし本装置では普通のシリコンダイオードを使用する。ショットキーバリアダイオードのＶ_Ｆ値は小さくてよいのだが、Ｉ_Ｒ値（逆方向漏れ電流）がシリコンダイオードに比べ大きくなる。もし本機にショットキーバリアダイオードを使用すると、発電が行われない状態では、ワンショットマルチバイブレータの入力、Ａ点の電圧もなくなるはず、しかし電気２重層キャパシタ２、に充電された電圧がショットキーバリアダイオードのＩ_Ｒ逆方向漏れで流れてしまい、Ａ点はＬレベルにならずスレッシホールドの上側を保った状態になってしまう。これを防ぐためには、Ｒ１のプルダウン抵抗値を小さくすればよいはずだが、今度はこの抵抗からの無駄な消費電流が生じてしまう。結果、小さなＶ_Ｆ値でロスを防ぐ目的が果たせなくなってしまう。Ｄ２、のツェナーダイオード５．６Ｖを電気２重層キャパシタ３、とパラレル接続で設けてある。これは電気２重層キャパシタ３、の充電が進みハイインピーダンスになってきた時でも、アモルファス発電素子２、からの供給電圧が電気２重層キャパシタ３、の最大定格電圧５．５Ｖを超えさせないための必要な部品。アモルファス発電素子２、に５Ｖ５ｍＡを使用した場合、４０Ｗ白熱電球相当のＬＥＤ電球４８５Ｌｍから約１５センチ離れた状態で、電気二重層キャパシタ３、への充電々流は約１ｍＡ得られる。この状態で数時間放置したのち、ＬＥＤ点灯時間をテストすると、約５回点灯することができる。（照明器具を約５回点滅できる電荷エネルギーが電気二重層キャパシタ３、に蓄積される）光源が蛍光灯や白熱電球ではデータは変わってくるが、光エネルギーは距離の二乗に反比例するので光源に近いほど有利になる。通常部屋に設置してある照明器具光源から３０センチ以内にあれば実用的には差し支えなく使用できる。ただし白熱電球に使用する場合は、電気二重層キャパシタ３、の上限温度、７０℃を超えないように、近づけすぎない注意が必要になる。蛍光灯やＬＥＤを使用したシーリングライトであれば、シーリングライトの本体内部に本装置を置いて使用することも可能である。本装置に使用する５ｍｍ径の国産ＬＥＤは電流２０ｍＡを流すと、光度２７カンデラ程度得られるので、シーリングライト内部からの照明でも使用できる。５ミリ径白色ＬＥＤ５、に流す電流ＩＦはＲ３，の値をＶｃｃ５．５Ｖ時、１５〜２０ｍＡになるように設定する。

本発明は、電子回路と構造を必要最小限まで簡素化。頭上に吊るして使用する場合の安全性を配慮して装置全体を１６グラムで構成。人の目が持つ暗順応という機能を助けるため、消灯直後の視界をアシストする。電池を必要としない省資源型製品として安価に生産販売することができる。

１．本発明装置
２．アモルファス発電素子
３．電気二重層キャパシタ（ＥＤＬＣＥｌｅｃｔｒｉｃＤｏｕｂｌｅＬａｙｅｒＣａｐａｃｉｔｏｒｓ）
４．電子回路基板
５．５ミリ径白色ＬＥＤ
Ａワンショットマルチバイブレータ初段ゲート入力点
Ｂワンショットマルチバイブレータ初段ゲート出力点
Ｃワンショットマルチバイブレータ次段ゲート入力点
Ｄワンショットマルチバイブレータ終段ゲート出力点

Claims

照明器具の光を受けて発電するソーラーバッテリー、発電した電力を蓄積するための、電気二重層キャパシタ、照明器具の消灯でソーラーバッテリー発電停止の電圧変化によりタイマーをトリガする電子回路、以上を備えて、このタイマー回路により、ＬＥＤを一定時間点灯させるようにした、照明器具消灯時の暗闇をＬＥＤで自動的に照明する装置。