JP2013528313A - フェイルセーフな照明システム - Google Patents

Abstract

フェイルセーフな照明システム１は、ランプＬと、ランプＬの正常動作を監視する監視回路と、を有し、監視回路は、ランプＬによって生成された光を受けるために置かれた光センサ２６を有する。監視回路は、ランプＬ及び光センサ２６を含む自励発振ループ２５を有し、ランプＬと光センサ２６との間の光路は、光センサ２６がランプＬから十分な光を受ける場合にのみループ２５が発振できるような、ループ２５の要部である。

Description

本発明は、一般的に、光を放射するための照明デバイスに関する。特に、本発明は、安全灯または警告灯に関する。

以下では、「ランプ」なる語句は、十分な電力を受けた場合に光を放射することが可能なデバイスを示す単純な短い語句として用いられる。かかるランプは、電力部への接続のための電気的端子を持つ。ランプは、実際には、前記端子に直列及び／または並列に接続された１つ以上の光生成素子を含んでいてもよいが、一般的な例は、複数のＬＥＤ素子を具備するランプであることに留意すべきである。

ランプの動作を監視することが所望されると考えられる多くの状況がある。これは、ランプが照明に使用される状況のときに必ずしも当てはまらない。当該ランプが不良品である場合、ユーザは、ランプが点灯されると期待する場合に、光が点かないことに気付くであろう。上記所望は、特に、ランプがインジケータまたは信号灯として使用される状況、とりわけ、ランプが安全機能を持つ状況に当てはまる。信号灯は、一般には、装置の状態を示すために用いられる。多くの人々は、彼らの車の中で、ランプのシグナリング機能が、車がガソリン切れであること、または、エンジンの温度が高過ぎることを示していることを認識するであろう。通常、かかるランプは消灯されており、全てが正常であることを示しているが、かかるランプが点灯された場合、これは、ユーザからのアクションを必要とするエラー状態であることを示す。かかるランプが故障した場合、ユーザは警告されない。前述した例では、結果は、軽度であるか（車がガソリン切れのために停止する）、または、金銭的なもの（モータが壊れる）に過ぎない。しかしながら、警告灯の故障が悲惨な結果を招き得る状況がある。例えば、人力の危険な機械の場合や、飛行機の場合などである。実際、フェイルセーフな信号灯の使用が安全規則及び／または法規定によって命じられていさえする多くの状況がある。

フェイルセーフなランプは、ランプが正常に使える状態であるか否かを検出することが可能な監視回路を備えている。実際のランプと監視回路との組み合わせは、フェイルセーフな照明システムとして意味される。

ランプを監視することは、多くの態様で行なわれ得る。例えば、白熱灯の場合、ランプが消灯している場合であっても、ランプフィラメントのインピーダンスを監視することができる。また、ランプが点灯しており、フィラメントの温度が上昇し、フィラメントインピーダンスの変化を生じさせている場合、フィラメントインピーダンスの特徴的な振る舞いが監視され得る。当該監視は、ランプがスイッチをオンされる前でさえ、壊れたフィラメントを検出することができる。しかしながら、かかるアプローチは、信号灯として最近ますます使用されているＬＥＤの場合には不可能である。ＬＥＤの故障は、多くの観点で発生し、必ずしも開回路または短絡回路を伴わない。そのため、故障したＬＥＤは、電気的には正常であるかのように、駆動電圧が印加された場合に電流を通すことができるが、実際は、適切に動作せず、光を作り出さない。

ランプの電気特性を監視する代わりに、ランプの光出力を監視することが可能である。そのような場合、監視回路は、光検出器と、測定した光出力を事前に設定された光閾値と比較するための比較器とを有することができる。例えば、監視回路が、光出力が予想よりも少ないことを検出した場合、ユーザに注意喚起するような警告信号を作り出すのである。しかしながら、問題は、監視回路そのものが故障し得るということである。故障している監視回路が、実際はそうでないのに、監視された信号灯に欠陥があることを警告した場合、これは実に悩ましい。反対に、故障している監視回路が、監視された信号灯が実際は不良品であるのに警告しない場合、上述した深刻な結果が発生し得る。確かに、信号灯及びその監視回路の両方が不良品である可能性は、既に、信号灯単独での故障の可能性より大幅に小さい。それでもなお、本発明は、改善された安全レベルを有するフェイルセーフな照明システムを提供することを目的とする。

特に、本発明は、ランプが故障した場合及び監視回路が故障した場合に、極めて高レベルの信頼性で警告信号を生成可能なランプ監視回路とランプとを含む、フェイルセーフな照明システムを提供することを目的とする。

ある態様では、本発明に従ったフェイルセーフな照明システムは、ランプ及び光センサが組み込まれた自励発振回路を有する。ランプを含む、発振回路の任意のコンポーネントの故障は、回路が発振するのを妨げるであろう。遠隔検出回路であってもよい、検出回路は、発振を検出し、発振がない場合にアラームを生成する。

第２の態様では、検出回路は、電気機械式リレーを有し、発振回路は、リレーのために電力を供給する。検出回路の入力部は、発振回路からＡＣ電力を受けるためのトランスを有する。このため、リレーは正常に機能している発振回路によってのみ駆動され得るのであって、任意のコンポーネントのどんな故障によっても駆動されないことが本質的に保障される。

第３の態様では、リレー端子が、可能性のあるリレーの機械的故障が検出され得るように、配線される。

他の好適な詳細が従属項で述べられる。

本発明の、これらの態様及び他の態様、特徴及び利点が、同じ参照符号が同じまたは同様の部分を示す図面を参照して、１つ以上の好ましい実施形態の以下の記述によって、さらに説明されるであろう。
図１は、本発明に従ったフェイルセーフな照明システムの一般的な設計を概略的に示すブロック図である。 図２は、ランプユニット及びアラームユニットの幾らかより細部を概略的に示すブロック図である。 図３は、ランプユニットの可能性な実施形態をより詳細に示すブロック図である。 図４Ａ〜図４Ｃは、フェイルセーフなリレー回路の第１の実施形態を示す。 図５Ａ〜図５Ｃは、フェイルセーフなリレー回路の第２の実施形態を示す。

図１は、本発明に従ったフェイルセーフな照明システム１の一般的な設計を概略的に示すブロック図である。システム１は、ランプユニット２０及びアラームユニット３０を有する。アプリケーションに依存して、アラームユニット３０は、ランプユニット２０と同じ筺体内に収納されてもよいが、アラームユニット３０は、図示されるように、ランプユニット２０から離れて配置されてもよい。

ランプユニット２０は、少なくとも１つのランプＬを有する。本発明の原理は、ランプＬが白熱灯型である場合にも適用され得るが、本発明は、図示されるように、１つ以上のＬＥＤによって実装されるランプＬのために主に意図されている。

ランプＬの電源は、参照符号１０によって示されている。電源は、ＤＣバス電圧Ｕｂを提供する出力端子１１，１２を持つ。ランプユニット２０は、電源出力端子１１，１２に結合された電力入力端子２１，２２を持つ。ランプＬは、バスラインの１つでスイッチＳによってスイッチオン／オフされてもよい。ランプユニット２０が常に電圧を受けていて、制御入力端子２３で受けた制御信号によってスイッチオン／オフされることも可能である。

ランプユニット２０は、アラームユニット３０の入力端子３３に結合された監視出力端子２４を持つ。アラームユニット３０は、供給電圧Ｕｓを受ける電力供給バスに結合された電力入力端子３１，３２を持つ。アラームユニット３０は、ランプステータス表示信号またはアラーム信号Ｓ_Ａを出力するための出力端子３９をさらに有する。この信号は、監視されたランプＬが正常に機能しているか否かを示す２つの値を持つことができる。当該信号は、例えば、視覚信号、音響信号またはコンピュータなどの信号プロセッサによって処理される電気信号の形式であってもよい。

図２は、ランプユニット２０及びアラームユニット３０の幾らかより細部を概略的に示す図である。ランプユニット２０は、ランプＬとは別に、ランプＬによって生成された光の一部を受信するために搭載された光センサ２６を有する。センサ２６の出力信号は、好ましくはバンドパスフィルタ２７を介して、自励発振回路２５を構成するような増幅器２８を介してランプＬにフィードバックされる。ランプＬからセンサ２６までのパスが閉じている場合、即ち、ランプＬが十分な光出力を生成している場合のみ、発振回路２５は、発振可能であるように、閉ループを形成できるということが理解される。

単純化のため、発振周波数を決定するためのコンポーネントは図２に示されていない。ここで、発振周波数の正確な値は重要ではないが、人間の目にとって目立たないように、好ましくは１００Ｈｚよりも高くあるべきことに留意する。適切な実施形態では、発振周波数は、約２０ｋＨｚのオーダである。バンドパスフィルタの中心通過周波数は、発振周波数に合わせて適合されることに、さらに留意するべきである。

センサ２６は、ランプの正常動作を監視する監視素子として動作するだけでない。センサ２６は自励発振回路２５に組み込まれるため、センサ２６は、自励発振回路２５が発振するのを可能とするのに必須である。実際、これは、自励発振回路２５の全てのコンポーネントに当てはまる。どのコンポーネントが故障している場合も、自励発振回路２５は発振できない。このため、自励発振回路２５の全てのコンポーネントの正常動作が、本質的に監視される。

アラームユニット３０は、自励発振回路２５の発振を監視するために設計される。本来、アラームユニット３０は、入力トランス３４が自励発振回路２５に負荷をかけないように、好ましくは第２の増幅器２９を介して、自励発振回路２５によって生成された入力ＡＣ電力信号を受信する入力巻き線を持つ入力トランス３４を有する。入力トランス３４の出力巻き線は、ダイオード３５及びキャパシタ３６と直列に接続されており、リレー３８の作動コイル３７は、前記キャパシタ３６と並列に接続されている。このため、リレー３８は、トランス３４が駆動電力を伝達する場合にのみ作動され、トランス３４は、正常に発振している発振回路２５から交流電流を受けている場合にのみ動作できる。自励発振回路２５が発振しない（あるいは、正常な周波数で発振しない、または、十分な振幅で発振しない）場合、トランス３４の出力電圧は、リレー３８を作動させるのに十分でないであろう。トランス３４の入力巻き線間で短絡をもたらすランプ２０における任意の故障は、最悪の場合、トランスを定電圧Ｕｂに接続し、トランスによって伝達される電力をもたらさないということは留意されたい。

図３は、ランプユニット２０の可能性な実施形態をより詳細に示すブロック図である。ランプＬは、この場合、電力入力端子２１，２２間でトランジスタＶ３及び抵抗Ｒ９に直列に接続された、ＬＥＤの直列配置として実装される。電力入力端子２１，２２間では、光センサ２６が、抵抗Ｒ１と、インダクタＬ１，キャパシタＣ４及びトランジスタＶ５のベースと結合された可変抵抗分圧器Ｒ１１の並列配置と直列に接続される。トランジスタＶ５は、自励発振フィードバックループ２５を閉じるため、抵抗Ｒ４及びキャパシタＣ５を介して、トランジスタＶ３のベースと結合される。フィードバックは構成可能である、即ち、光出力の増加がセンサ電流増加、したがって、Ｖ５のベースにおける電圧増加、Ｖ５のコレクタ電流増加、Ｖ３のコレクタ電流増加につながることは容易に理解される。インダクタＬ１及びキャパシタＣ４の並列配置は、自励発振回路２５の共振周波数を決定する。この並列配置は、バンドパスフィルタとしても作動する。可変抵抗分圧器Ｒ１１（固定比率抵抗分圧器であってもよい）は、増幅器２８へ向かう信号を更に処理するための共振並列配置Ｌ１／Ｃ４の出力電圧を感知する機能を持つ。

実験では、この構成がテストされた。コンポーネントＬ１及びＣ４の一方（または両方）が開放された（即ち、高いインピーダンスに交換された）場合、または、短絡された（即ち、低いインピーダンスに交換された）場合、いずれにおいても発振が停止されることとなった。

トランジスタＶ５のコレクタに結合されたベースを持つトランジスタＶ１の周囲の回路は、ツェナーダイオードＶ４及びＶ６の直列配置によって制限される振幅を有する、アラームユニット３０のトランス３４のための駆動電圧を提供する第２の増幅器２９を実装する。図３を図２と比較した場合、トランジスタＶ３の周囲の回路が、第２の増幅器２９の入力端子に結合された入力端子を持つ第１の増幅器２８を実装しているとみなしてもよいし、この場合、トランジスタＶ５の周囲の回路を、バンドパスフィルタ２７に結合された入力を持ち、第１及び第２の増幅器２８，２９の入力端子に結合された出力を持つ、図２に示されていない追加の増幅器とみなしてもよい。あるいは、トランジスタＶ５，Ｖ３の周囲の回路が、第１の増幅器２８の二段実装を構成しているとみなすことができ、この場合、第２の増幅器２９が、この第１の増幅器２８の中間ノードに結合された入力端子を持っているとみなしてもよい。

結合キャパシタＣ２が交流信号を通過させる場合、即ち、自励発振回路２５が発振している場合、増幅器２９はＡＣ出力電圧のみを作り出すことが容易に理解される。

リレーに関し、例えば、リレー接点がくっつくことで、リレーが故障するという可能性もある。本発明は、かかる故障を検出するための解決策も提供する。

図４Ａ〜図４Ｃは、第１の実施形態を示す。リレー３８は、それぞれ接点アームを具備する接点４１，４２の２つのセットを持つ。各セットは、中央接点ｃ，第１の接点ａ及び第２の接点ｂを持つ。第１のセット４１の中央接点ｃは、第１の入力端子３１に接続され、一方、第２のセット４２の中央接点ｃは、第１の電圧センサ４３を介して、第２の入力端子３２に接続される。２つの第１の接点ａは、互いに接続され、２つの第２の接点ｂは、互いに接続される。第２の電圧センサ４４は、第２の入力端子３２と２つの第２の接点ｂとの間に接続される。両電圧センサは、ユーザによる直接観測のため、または、信号プロセッサ等による処理のため、水平矢印によって示されるように、出力信号を生成する。

リレーが作動しない休止状態にある場合、２つの接点アームは、中央接点ｃを第１の接点ａと接続する（図４Ａ）。第１の電圧センサ４３は、最大入力電圧Ｕｓを感知する一方、第２の電圧センサ４４は、いかなる電圧も感知しない。これは、意図的または故障により、ランプＬが消灯していることを示すか、または、リレー３８が、例えば、リレーコイルが壊れているなどの理由で、作動しない状態に陥っていることにより、故障していることを示す状況である。

リレーが作動された場合、２つの接点アームは、中央接点ｃを第２の接点ｂと接続する（図４Ｃ）。ここで、両電圧センサ４３，４４は、最大入力電圧Ｕｓを感知する。これは、ランプＬの正常動作を示す状況である。リレーの接点アームのいずれかが間違った位置に嵌まり込めば（図４Ｂ）、第１の電圧センサ４３は、いかなる電圧も感知しない。これは、リレー３８の異常動作を示す状況である。

図５Ａ〜図５Ｃは、第２の実施形態を示す。図５Ａは、オフ状態のリレー３８を示している。開始スイッチＳ１が押されると、リレーコイル３７が作動され、リレー接点が、リレーへの電流を保持するためのパスを提供する位置に切り替わる（図５Ｂ）。そして、開始スイッチＳ１が解除され得る。停止スイッチＳ２が押されると、回路が開かれ、リレー３８は、図５Ａの状態に戻る。そして、停止スイッチＳ２が、リレーが作動されることなく、解除され得る。しかしながら、接点４１が動かない場合（図５Ｃ）、開始スイッチＳ１を押しても効果がない。両接点４１，４２が動かないとしたら、停止スイッチが解除された場合、すぐに、リレーは作動されるであろう。

要約すると、本発明は、ランプと、ランプの正常動作を監視する監視回路とを有し、当該監視回路は、ランプによって生成された光を受けるために置かれた光センサを有する、フェイルセーフな照明システムを提供する。

本発明によれば、監視回路は、ランプ及び光センサを含む自励発振ループを有し、ランプと光センサとの間の光路は、光センサがランプから十分な光を受ける場合にのみループが発振できるような、ループの要部である。

本発明は、図面及び前述の記載により詳細に図示及び説明されたが、当該技術における当業者にとって、かかる図示及び説明が実例または例示であって限定的でないと考えられることは明らかであろう。本発明は開示された実施形態に限定されず、むしろ、種々の変形及び修正が、添付の請求項で規定される本発明の保護範囲において可能である。

例えば、図２では、バンドパスフィルタ２７及び増幅器２８の相対的な順序は必須ではない。また、第２の増幅器２９は、異なる位置で、例えば、第１の増幅器２８の出力において、ループ２５に結合されてもよい。

さらに、アラームユニット及びランプユニットは一体化されることが可能であるし、あるいは、アラームユニットが離れて配置されることも可能である。

開示された実施形態に対する他の変形が、請求された発明を実行する際、図面、明細書及び添付された請求項の研究から、当該技術における当業者によって、理解及び達成され得る。請求項では、「有する」なる文言は、他の要素またはステップを除外せず、不定冠詞「ａ」または「ａｎ」は、複数を除外しない。単一のプロセッサまたは他のユニットが、請求項で規定された幾つかの項目の機能を満たしてもよい。特定の手段が相互に異なる従属項で言及されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが有利に用いられないということを示すものではない。請求項中の任意の参照符号は、本発明の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。

Claims (8)

1. ランプと、
   ランプの正常動作を監視する監視回路と、を有し、
   前記監視回路は、前記ランプによって生成された光を受けるために置かれた光センサを有し、
   前記監視回路は、前記ランプ及び前記光センサを含む自励発振ループを有し、
   前記ランプと前記光センサとの間の光路は、前記光センサが前記ランプから十分な光を受ける場合にのみ前記自励発振ループが発振できるような、前記自励発振ループの要部である、フェイルセーフな照明システム。
2. 前記自励発振ループは、増幅器を含む、請求項１記載のフェイルセーフな照明システム。
3. 前記自励発振ループは、バンドパスフィルタ手段を含む、請求項１記載のフェイルセーフな照明システム。
4. 前記自励発振ループの任意のコンポーネントの故障は、前記自励発振ループが発振するのを妨げる、請求項１記載のフェイルセーフな照明システム。
5. 前記監視回路は、電気機械式リレーと、前記リレーを作動するためのリレーコイルに結合された二次巻き線を持つトランスとを含む、アラームユニットをさらに有し、
   前記トランスは、発振時に前記自励発振ループから生じた入力ＡＣ電力信号を受ける前記自励発振ループに結合された一次巻き線を持つ、請求項１記載のフェイルセーフな照明システム。
6. 前記自励発振ループと前記トランスとの間に結合された増幅器をさらに有する、請求項５記載のフェイルセーフな照明システム。
7. 前記リレーは、リレー故障を検出するために相互接続されたリレー接点の２つのセットを有する、請求項１記載のフェイルセーフな照明システム。
8. 各セットは、中央接点，第１の接点及び第２の接点を持ち、
   前記リレーは、それぞれのアームが各中央接点を対応する第１の接点に接続する休止状態を持ち、
   前記リレーは、それぞれのアームが各中央接点を対応する第２の接点に接続する作動状態を持ち、
   ２つの第１の接点は、互いに接続され、２つの第２の接点は互いに接続され、
   前記第１のセットの前記中央接点は、第１の入力端子に接続される一方、前記第２のセットの前記中央接点は、第１の電圧センサを介して、第２の入力端子に接続され、
   第２の電圧センサは、前記第２の入力端子と前記２つの相互接続された第２の接点との間に接続され、
   前記２つの入力端子は、電源に接続される、請求項７記載のフェイルセーフな照明システム。

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