JP3206202U

JP3206202U - 植物栽培用照明

Info

Publication number: JP3206202U
Application number: JP2016002990U
Authority: JP
Inventors: 祐樹塩原; 太一池田
Original assignee: 上越電子工業株式会社
Priority date: 2016-06-23
Filing date: 2016-06-23
Publication date: 2016-09-01
Anticipated expiration: 2026-06-23

Abstract

【課題】省電力な植物栽培用照明を提供する。【解決手段】この植物栽培用照明８０は、一つのＬＥＤランプ５０ａ（ＬＥＤランプ５０ｂ）が点灯している時に、他のＬＥＤランプ５０ｂ（ＬＥＤランプ５０ａ）は消灯する。そして、順に点灯、消灯を繰り返しながら、常にいずれか一つのＬＥＤランプ５０ａ、５０ｂが点灯する。このため、全てのＬＥＤランプを常時点灯する植物栽培用照明と比較して、消費電力を約１／Ｎとすることができる。また、基本的に１台のＬＥＤランプ５０ａ、５０ｂの定格電流しか必要としないため、定格電力の低い安価な電源部２０を用いることができる。また、常時点灯の電源部２０を転用する場合、常時点灯の植物栽培用照明よりも多くの植物栽培用照明８０を電源部２０に接続することができる。そして、栽培時に掛かる電気量を低減し、栽培作物のコスト削減を図ることができる。【選択図】図１

Description

本考案は、植物の栽培に用いる植物栽培用照明に関するものである。

近年、温室や屋内での植物栽培において、その植物や生育状態に応じて栽培環境を管理することが一般的に行われている。このような栽培方法の一つとして、施肥量、灌水量に加え閉鎖的な空間で温度、湿度、光量をも管理した工場栽培という栽培方法がある。この工場栽培では基本的に土は使用せず、作物の種類、生育段階に応じた適切な養液にて水耕栽培を行うとともに、栽培温度、湿度を管理し、さらに光量や日長に関しても人工光源によって適切に管理する。このような工場栽培では栽培環境を人間の管理下におくことで、季節を選ばず一定品質の作物を安定的に収穫することができる。また、水耕栽培と人工光源の採用により多段の栽培棚で３次元的な高密度栽培が可能となる。さらに、土を使用せず、また閉鎖空間で栽培を行うため、病害虫や病原菌の侵入を抑制し無農薬での作物栽培も可能となる。そして、工場栽培に用いる人工光源としては発熱と消費電力が低く、特定の波長の光を発光可能なＬＥＤ（発光ダイオード）を用いることが好ましい。このようなＬＥＤを用いた植物栽培用照明は工場栽培のみならず、ハウス栽培における補助光源としても使用されている。ここで、下記［特許文献１］では植物栽培に特化した植物用照明装置に関する発明が開示されている。

特開２０１５−０３３３６７号公報

しかしながら、消費電力が低いＬＥＤであってもその電気使用量は無視できず、栽培コストの削減のためには更なる省電力化が望まれる。本考案は上記事情に鑑みてなされたものであり、省電力な植物栽培用照明を提供することを目的とする。

本考案は、
（１）複数のＬＥＤランプ５０ａ、５０ｂを有する植物栽培用照明において、
前記ＬＥＤランプ５０ａ、５０ｂの点灯・消灯を制御する制御部４０をさらに有し、
前記制御部４０は、常に一つのＬＥＤランプ５０ａ、５０ｂが点灯するように前記複数のＬＥＤランプ５０ａ、５０ｂを順に点滅させることを特徴とする植物栽培用照明８０を提供することにより、上記課題を解決する。
（２）ＬＥＤランプ５０ａ、５０ｂの個数をＮとしたときに、
前記制御部４０が複数のＬＥＤランプ５０ａ、５０ｂを（１／Ｎ）のデューティ比で順に点滅させることを特徴とする上記（１）記載の植物栽培用照明８０を提供することにより、上記課題を解決する。
（３）ＬＥＤランプ５０ａ、５０ｂのうちの一つが前記制御部４０を備えることを特徴とする上記（１）または（２）に記載の植物栽培用照明８０を提供することにより、上記課題を解決する。

本考案に係る植物栽培用照明は、一つのＬＥＤランプが点灯している時に、他のＬＥＤランプは消灯する。そして、順に点灯、消灯を繰り返しながら、常にいずれか一つのＬＥＤランプが点灯する。これにより、消費電力を低減し栽培作物のコスト削減を図ることができる。

本考案に係る２灯の植物栽培用照明を示す図である。本考案に係る３灯の植物栽培用照明を示す図である。本考案に係る植物栽培用照明を並列接続した例を示す図である。本考案に係る植物栽培用照明の回路の一例を示す図である。本考案に係る植物栽培用照明のスイッチング信号を説明するタイミングチャートである。

本考案に係る植物栽培用照明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ここで、図１は本考案に係る２灯の植物栽培用照明８０を示す図である。また、図２は本考案に係る３灯の植物栽培用照明８０を示す図である。尚、本考案に係る植物栽培用照明８０は、２灯、３灯に限定されず、４灯、５灯、６灯等、いくつ設けても良い。

図１、図２に示す植物栽培用照明８０は、複数のＬＥＤランプ５０ａ、５０ｂと、これらＬＥＤランプ５０ａ、５０ｂの点灯・消灯を制御する制御部４０と、を有している。尚、制御部４０はＬＥＤランプ５０ａ、５０ｂとは別に設けても良いが、ＬＥＤランプ５０ａ、５０ｂのうちの一つの基板内もしくはカバー内に設けることが好ましい。この構成によれば、植物栽培用照明８０がコンパクトにまとまり、設置が容易となる他、美観の観点からも好ましい。尚、ここではＬＥＤランプ５０ａ内に制御部４０を設けた例を説明し、以後は制御部４０を備えたＬＥＤランプ５０ａをマスタＬＥＤランプ５０ａと記述し、その他のＬＥＤランプ５０ｂをスレーブＬＥＤランプ５０ｂと記述する。

そして、制御部４０を備えたマスタＬＥＤランプ５０ａには電源部２０の正極電源ケーブル１４がコネクタ１４ａ、１４ｂを介して接続する。また、電源部２０の負極電源ケーブル１２がコネクタ１２ａ、１２ｂを介して接続する。また、スレーブＬＥＤランプ５０ｂには電源部２０の正極電源ケーブル１４がコネクタ１４ａ、１４ｂを介して接続するとともに、電源部２０の負極がマスタＬＥＤランプ５０ａから延びる接続ケーブル１６を介して接続する。そして、電源部２０は商用電源１０と接続し、この商用電源１０からの交流電力を植物栽培用照明８０に適した電力に変換して供給する。

尚、本考案に係る植物栽培用照明８０は、図３に示すように、複数の植物栽培用照明８０を並列に接続して使用することが可能である。この構成によれば、複数段の栽培棚の植物栽培用照明８０を一つの電源部２０で動作させることができる。これにより、電源部２０に係る部品コストの低減と省スペース化及び配線ケーブルの簡素化を図ることができる。尚、図３では２灯の植物栽培用照明８０を３つ並列に接続した例を示しているが、本考案はこれに限定されるものではなく、４台、６台、９台等、植物栽培用照明８０を何台接続しても構わない。また、接続する植物栽培用照明８０も２灯のものに限定される訳ではなく、何灯のものを接続しても良い。尚、植物栽培用照明８０を複数並列に接続する場合には、図３に示すように、正極電源ケーブル１４は接続するＬＥＤランプ５０ａ、５０ｂの数に分岐させる。また、負極電源ケーブル１２は接続するマスタＬＥＤランプ５０ａの数に分岐させる。

次に、植物栽培用照明８０の制御部４０の回路の一例を図４を用いて簡単に説明する。尚、図４では２灯の植物栽培用照明８０を例に説明を行うが、植物栽培用照明８０が３灯、４灯・・・の場合には、スレーブＬＥＤランプ５０ｂの分だけ後述のスイッチング素子４４ｂが増え、このスイッチング素子４４ｂを介してスレーブＬＥＤランプ５０ｂと負極電源ケーブル１２とが接続する。

先ず、マスタＬＥＤランプ５０ａ、スレーブＬＥＤランプ５０ｂはＬＥＤランプユニット５４をそれぞれ有している。そして、ＬＥＤランプユニット５４は複数の発光ダイオード素子５２と、この発光ダイオード素子５２を駆動する駆動回路５６と、を有している。ＬＥＤランプユニット５４の形状に特に限定は無いが、発光面が所定の長さの棒状もしくは板状のものを用いることが好ましい。また、ＬＥＤランプユニット５４の照度に関しても植物栽培に十分な光量を有していれば特に限定は無く、いくつの照度のものを用いても良い。尚、本例ではＬＥＤランプユニット５４として、長さ１３００ｍｍで照度が約２０００ルクスのものを用いている。

また、植物栽培用照明８０の制御部４０は、マイクロコンピュータ等の演算部４２と、この演算部４２に所定の電力を供給する演算部用電源４２ａと、演算部４２によってオン・オフ制御されるスイッチングＦＥＴ等のスイッチング素子４４ａ、４４ｂと、を有している。そして、スイッチング素子４４ａはマスタＬＥＤランプ５０ａのＬＥＤランプユニット５４と負極電源ケーブル１２との間に設置され、スイッチング素子４４ｂはスレーブＬＥＤランプ５０ｂのＬＥＤランプユニット５４と負極電源ケーブル１２との間に設置される。

次に、本考案に係る植物栽培用照明８０の動作を説明する。先ず、商用電源１０と接続した電源部２０と植物栽培用照明８０とを接続し、電源をオンする。これにより、所定の電力が正極電源ケーブル１４、負極電源ケーブル１２を介して植物栽培用照明８０に供給される。植物栽培用照明８０に電力が供給されると、制御部４０の演算部用電源４２ａが供給された電力を所定の電圧に変換して演算部４２に供給する。

電力の供給を受けた演算部４２は例えば以下の様にしてスイッチング信号を生成する。先ず演算部４２は、植物栽培用照明８０のＬＥＤランプの個数をＮとしたときに、（１／Ｎ）のデューティ比のスイッチング信号を生成する。即ち、２灯の植物栽培用照明８０では５０％のデューティ比のスイッチング信号を生成する。そして、これを第１のスイッチング信号とするとともに、スイッチング信号の周期をＴとしたときに、位相を（Ｔ／Ｎ）ずらした信号を第２のスイッチング信号とする。また、３灯の植物栽培用照明８０では３３％のデューティ比のスイッチング信号を生成し、これを第１のスイッチング信号とする。また、位相を（Ｔ／Ｎ）ずらした信号を第２のスイッチング信号とし、位相を（２Ｔ／Ｎ）ずらした信号を第３のスイッチング信号とする。このように、演算部４２はＮ個のＬＥＤランプ５０ａ、５０ｂに対し（１／Ｎ）のデューティ比のスイッチング信号を生成し、それぞれ位相を（（ｎ−１）×Ｔ／Ｎ）（ｎ＝1、２、３、４、・・・Ｎ）ずらして第ｎのスイッチング信号とする。

そして、第１のスイッチング信号をスイッチング素子４４ａに出力し、このスイッチング素子４４ａをオン・オフ制御する。また、第２のスイッチング信号をスイッチング素子４４ｂに出力し、このスイッチング素子４４ｂをオン・オフ制御する。また、植物栽培用照明８０が３灯の場合には第３のスイッチング信号を図示しないスイッチング素子４４ｂ_３に出力し、このスイッチング素子４４ｂ_３をオン・オフ制御する。また、ＬＥＤランプ５０ａ、５０ｂがＮ個の場合には、第ｎのスイッチング信号をスイッチング素子４４ｂ_ｎに出力し、このスイッチング素子４４ｂ_ｎをオン・オフ制御する。尚、スイッチング信号の周期Ｔに特に限定は無いが、２００μｓｅｃ〜１０ｍｓｅｃが好ましく、数ｍｓｅｃが特に好ましい。そして、例えば周期Ｔを２ｍｓｅｃとしたときの２灯の植物栽培用照明８０のオン・オフ期間は１ｍｓｅｃとなり、また３灯の植物栽培用照明８０のオン期間は０．６６ｍｓｅｃ、オフ期間は１．３３ｍｓｅｃとなる。

ここで、２灯の植物栽培用照明８０の第１のスイッチング信号Ｓ１、第２のスイッチング信号Ｓ２のタイミングチャートを図５（ａ）に示す。また、３灯の植物栽培用照明８０の第１のスイッチング信号Ｓ１、第２のスイッチング信号Ｓ２、第３のスイッチング信号Ｓ３のタイミングチャートを図５（ｂ）に示す。

２灯の植物栽培用照明８０の場合、図５（ａ）に示すように、第１のスイッチング信号Ｓ１のオン期間には第２のスイッチング信号Ｓ２はオフ期間を取る。そして、第１のスイッチング信号Ｓ１のオン期間にはスイッチング素子４４ａはオン状態となり、マスタＬＥＤランプ５０ａのＬＥＤランプユニット５４と負極電源ケーブル１２とが導通する。これにより、ＬＥＤランプユニット５４に電源部２０からの電流が流下し、マスタＬＥＤランプ５０ａのＬＥＤランプユニット５４は点灯する。このとき、第２のスイッチング信号Ｓ２はオフ期間にあるからスイッチング素子４４ｂはオフ状態にあり、スレーブＬＥＤランプ５０ｂのＬＥＤランプユニット５４と負極電源ケーブル１２とは開いた状態にあって電流は流下せず、よってスレーブＬＥＤランプ５０ｂのＬＥＤランプユニット５４は消灯状態をとる。

次に、第１のスイッチング信号Ｓ１のオン期間が終了しオフ期間となると、これと同時に第２のスイッチング信号Ｓ２はオン期間となる。これにより、スイッチング素子４４ａはオフ状態となってマスタＬＥＤランプ５０ａのＬＥＤランプユニット５４は消灯する。反対にスイッチング素子４４ｂはオン状態となってスレーブＬＥＤランプ５０ｂのＬＥＤランプユニット５４は点灯する。次に、第２のスイッチング信号Ｓ２のオン期間が終了しオフ期間となると、これと同時に第１のスイッチング信号Ｓ１はオン期間となる。これにより、スイッチング素子４４ａはオン状態となってマスタＬＥＤランプ５０ａは点灯する。反対にスイッチング素子４４ｂはオフ状態となってスレーブＬＥＤランプ５０ｂは消灯する。そして、これらの動作を繰り返すことで、植物栽培用照明８０は常にいずれか一つのＬＥＤランプ５０ａ、５０ｂが点灯しながら順に（交互に）点滅する。

また、３灯の植物栽培用照明８０の場合、図５（ｂ）に示すように、第１のスイッチング信号Ｓ１のオン期間には第２のスイッチング信号Ｓ２、第３のスイッチング信号Ｓ３はオフ期間を取る。このときスイッチング素子４４ａはオン状態となってマスタＬＥＤランプ５０ａは点灯し、またスイッチング素子４４ｂ、４４ｂ_３はオフ状態を取ってスレーブＬＥＤランプ５０ｂ、５０ｂ’は消灯状態を維持する。次に、第１のスイッチング信号Ｓ１のオン期間が終了しオフ期間となると、これと同時に第２のスイッチング信号Ｓ２はオン期間となる。このとき、第３のスイッチング信号Ｓ３はオフ期間を継続する。これにより、スイッチング素子４４ａはオフ状態となってマスタＬＥＤランプ５０ａは消灯する。また、スイッチング素子４４ｂはオン状態となってスレーブＬＥＤランプ５０ｂは点灯する。また、スイッチング素子４４ｂ_３はオフ状態を維持し、これと対応するもう一つのスレーブＬＥＤランプ５０ｂ’は消灯状態を継続する。次に、第２のスイッチング信号Ｓ２のオン期間が終了しオフ期間となると、これと同時に第３のスイッチング信号Ｓ３はオン期間となる。このとき、第１のスイッチング信号Ｓ１はオフ期間を継続する。これにより、スイッチング素子４４ｂはオフ状態となってスレーブＬＥＤランプ５０ｂは消灯する。また、スイッチング素子４４ｂ_３はオン状態となってスレーブＬＥＤランプ５０ｂ’は点灯する。このとき、スイッチング素子４４ａはオフ状態を維持しマスタＬＥＤランプ５０ａは消灯状態を継続する。次に、第３のスイッチング信号Ｓ３のオン期間が終了しオフ期間となると、これと同時に第１のスイッチング信号Ｓ１はオン期間となる。このとき、第２のスイッチング信号Ｓ２はオフ期間を継続する。これにより、スイッチング素子４４ｂ_３はオフ状態となってスレーブＬＥＤランプ５０ｂ’は消灯する。また、スイッチング素子４４ａはオン状態となってマスタＬＥＤランプ５０ａは点灯する。また、スイッチング素子４４ｂはオフ状態を維持しスレーブＬＥＤランプ５０ｂは消灯状態を継続する。そして、これらの動作を繰り返すことで、植物栽培用照明８０は常にいずれか一つのＬＥＤランプ５０ａ、５０ｂ、５０ｂ’が点灯しながら順に点滅する。

尚、本考案に係る植物栽培用照明８０は、ＬＥＤランプを常時点灯させる植物栽培用照明と比較して光量は減少する。しかしながら、本願考案者が同一のＬＥＤランプユニット５４を用い、交互点灯と常時点灯とで植物（レタス）の栽培実験を行ったところ、植物の収量に有意差は認められなかった。これは、植物の光合成には光が必要な光化学反応（明反応）と、光をさほど必要としないカルビン回路（暗反応）が存在するためと考えられる。

以上のように、本考案に係る植物栽培用照明８０は、一つのＬＥＤランプ５０ａ（ＬＥＤランプ５０ｂ）が点灯している時に、他のＬＥＤランプ５０ｂ（ＬＥＤランプ５０ａ）は消灯する。そして、順に点灯、消灯を繰り返しながら、常にいずれか一つのＬＥＤランプ５０ａ、５０ｂが点灯する。このため、全てのＬＥＤランプを常時点灯する植物栽培用照明と比較して、収穫量を同等に維持しながら消費電力を約１／Ｎとすることができる。

また、一つのＬＥＤランプ５０ａ（ＬＥＤランプ５０ｂ）が点灯している時に、他のＬＥＤランプ５０ｂ（ＬＥＤランプ５０ａ）は消灯するため、基本的に１台のＬＥＤランプ５０ａ、５０ｂの定格電流しか必要としない。このため、定格電力の低い安価な電源部２０を用いることができる。また、常時点灯の電源部２０を転用する場合、常時点灯の植物栽培用照明よりも多くの植物栽培用照明８０を電源部２０に接続することができる。そして、栽培時に掛かる電気量を低減し、栽培作物のコスト削減を図ることができる。

尚、上記に示した植物栽培用照明８０、ＬＥＤランプ５０ａ、５０ｂの各部の構成、形状、デザイン、寸法、配線、制御部４０の回路等は一例であるから、上記の例に限定されるわけでは無く、本考案は本考案の要旨を逸脱しない範囲で変更して実施することが可能である。

２０電源部
４０制御部
５０ａマスタＬＥＤランプ
５０ｂスレーブＬＥＤランプ
８０植物栽培用照明

Claims

複数のＬＥＤランプを有する植物栽培用照明において、
前記ＬＥＤランプの点灯・消灯を制御する制御部をさらに有し、
前記制御部は、常に一つのＬＥＤランプが点灯するように前記複数のＬＥＤランプを順に点滅させることを特徴とする植物栽培用照明。
ＬＥＤランプの個数をＮとしたときに、
前記制御部が複数のＬＥＤランプを（１／Ｎ）のデューティ比で順に点滅させることを特徴とする請求項１記載の植物栽培用照明。
ＬＥＤランプのうちの一つが前記制御部を備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の植物栽培用照明。