JP6074855B2 - 照明装置及びそれを用いた照明器具 - Google Patents

Description

本発明は、照明装置及びそれを用いた照明器具に関するものである。

従来より、ＬＥＤの温度を制御することでＬＥＤの光量を安定化させる制御方法が提供されている（例えば特許文献１参照）。特許文献１に記載された制御方法は、ＬＥＤの両端電圧を検出し、検出した両端電圧からＬＥＤの温度を推定し、ＬＥＤの温度が所定の温度となるようにファンなどを用いてＬＥＤを冷却するというものである。この制御方法によれば、ＬＥＤ点灯装置の周囲温度の変動に影響されることなく、ＬＥＤの温度を制御することができる。

また近年では、ＬＥＤを光源とする非常用の照明装置も提供されており、この照明装置の電源にはニッケル水素電池が一般的に用いられる。このニッケル水素電池は、放電時の温度が常温付近のときに電池容量が最大となり、放電時の温度が常温よりも低温又は高温になると電池容量が減少することが知られている。

特開２００６−３１０６１７号公報

ところで、ニッケル水素電池の電池容量を知るためには器具の周囲温度を検出する必要があるが、上述の特許文献１に示した制御方法は、ＬＥＤの両端電圧からＬＥＤの温度を推定するものであって、器具の周囲温度を検出できるものではなかった。そのため、器具の周囲温度を検出しようとすると温度センサなどが必要になり、その分コストアップになるという問題があった。

また、ニッケル水素電池は、放電時の温度が高いと放電容量が減少するため、例えば商用電源の停電時においてニッケル水素電池によりＬＥＤを点灯させた場合、器具の周囲温度が高くなるに従ってＬＥＤの点灯時間が短くなってしまうという問題があった。

本発明は上記問題点に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、コストアップを抑えつつ、器具の周囲温度が高くなった場合でも発光素子をより長い時間点灯可能な照明装置及びそれを用いた照明器具を提供することにある。

本発明の照明装置は、蓄電池と、商用電源が正常に供給されている状態では商用電源により蓄電池を充電する充電部と、発光素子と、商用電源の異常時に蓄電池から電力供給を受けて発光素子に定電流を供給する定電流部と、発光素子に印加される電圧を検出する電圧検出部と、発光素子に流れる電流を検出する電流検出部と、定電流部の動作を制御する制御部とを備え、制御部は、電圧検出部の検出結果と電流検出部の検出結果に基づいて器具の周囲温度を推定する温度推定部を有し、温度推定部が推定した周囲温度が上昇すると発光素子に流す電流を減少させることを特徴とする。

この照明装置において、発光素子はＬＥＤからなり、温度推定部は、電圧検出部の検出結果と電流検出部の検出結果に基づいてＬＥＤのジャンクション温度を求め、求めたジャンクション温度から周囲温度を推定するのが好ましい。

また、この照明装置において、制御部は、温度推定部が推定した周囲温度が所定温度を超えると発光素子に流す電流を減少させるのも好ましい。

また、この照明装置において、制御部は、発光素子に流す電流の下限値を設定するのも好ましい。

本発明の照明器具は、上記の照明装置を備えたことを特徴とする。

本発明の構成によれば、器具の周囲温度が上昇すると発光素子に流す電流を減少させることで蓄電池の放電量を減少させており、その結果、器具の周囲温度が高くなった場合でも発光素子をより長い時間点灯させることができるという効果がある。また、電圧検出部の検出結果と電流検出部の検出結果に基づいて器具の周囲温度を推定しているので、温度を検出するための部品を追加しなくてもよく、コストアップを抑えることができるという効果もある。

本実施形態の照明装置の一例を示す概略回路図である。 同上に用いられる発光部の電圧及び電流と発光部を構成するＬＥＤのジャンクション温度との関係を示すグラフである。 同上に用いられる発光部の電圧及び電流と発光部を構成するＬＥＤのジャンクション温度との関係を示すデータテーブルである。 （ａ）、（ｂ）は同上の周囲温度と電流指令値との関係を示すグラフである。 同上を用いた照明器具の一例を示し、（ａ）は外観斜視図、（ｂ）は断面図である。

以下に、照明装置及びそれを用いた照明器具の実施形態について図１〜図５を参照しながら説明する。本実施形態の照明装置は、例えば商用電源の停電時において蓄電池により点灯する非常用の照明装置である。

図１は本実施形態の照明装置１０の一例を示す概略回路図である。この照明装置１０は、充電部２と、蓄電池３と、定電流部４と、発光部５と、制御部６と、電圧検出部７と、電流検出部８とを備える。

充電部２は、商用電源１が正常に供給されている状態では商用電源１により蓄電池３を充電する。蓄電池３は、例えばニッケル水素電池からなり、商用電源１の停電時において発光部５に点灯電力を供給する非常用電源として機能する。充電部２と蓄電池３の間にはスイッチＳ１，Ｓ２が設けられており、これらのスイッチＳ１，Ｓ２は、商用電源１が正常に供給されている状態で閉極し、商用電源１の停電時に開極する。

定電流部４は、商用電源１の停電時において蓄電池３から電力供給を受け、制御部６より出力される電流指令値Ｉ２に基づいた定電流を発光部５に供給する。蓄電池３と定電流部４の間にはスイッチＳ３，Ｓ４が設けられており、これらのスイッチＳ３，Ｓ４は、商用電源１が正常に供給されている状態で開極し、商用電源１の停電時に閉極する。

つまり、商用電源１が正常に供給されている状態では、スイッチＳ１，Ｓ２が閉極し且つスイッチＳ３，Ｓ４が開極しており、充電部２により蓄電池３が充電される。また、商用電源１の停電時には、スイッチＳ１，Ｓ２が開極し且つスイッチＳ３，Ｓ４が閉極しており、蓄電池３に蓄積させた電力が定電流部４へと供給される。

発光部５は、直列に接続された複数のＬＥＤ（発光ダイオード）５１を有し、定電流部４より出力される定電流に応じた照度で点灯する。ここに本実施形態では、ＬＥＤ５１により発光素子が構成されている。

電圧検出部７は発光部５に印加される電圧Ｖ１を検出し、電流検出部８は発光部５に流れる電流Ｉ１を検出し、これらの検出結果は制御部６へと出力される。

制御部６は、第１温度推定部６１と、第２温度推定部６２と、電流指令値生成部６３とで構成される。

第１温度推定部６１は、図１に示すように、発光部５に印加される電圧Ｖ１及び発光部５に流れる電流Ｉ１と、発光部５を構成するＬＥＤ５１のジャンクション温度Ｔ１との関係を示すデータテーブルを具備する。そして、第１温度推定部６１は、電圧検出部７が検出した電圧Ｖ１と電流検出部８が検出した電流Ｉ１に基づいて、上記データテーブルからＬＥＤ５１のジャンクション温度Ｔ１を求め、求めたジャンクション温度Ｔ１を第２温度推定部６２へ出力する。

第２温度推定部６２は、第１温度推定部６１より受け取ったジャンクション温度Ｔ１、電圧Ｖ１及び電流Ｉ１を後述の（１）式に代入することで器具の周囲温度Ｔ２を算出し、算出した器具の周囲温度Ｔ２を電流指令値生成部６３へ出力する。ここに本実施形態では、第１温度推定部６１と第２温度推定部６２とで温度推定部が構成されている。

電流指令値生成部６３は、器具の周囲温度Ｔ２と電流指令値Ｉ２との関係を示すグラフ（図１参照）に基づくデータテーブルを具備し、第２温度推定部６２より受け取った器具の周囲温度Ｔ２に基づいて、上記データテーブルから電流指令値Ｉ２を求める。電流指令値生成部６３は、求めた電流指令値Ｉ２を定電流部４へ出力し、定電流部４は、電流指令値生成部６３より受け取った電流指令値Ｉ２と同じ大きさの電流Ｉ１を生成し、発光部５に供給する。

図２は、発光部５に印加される電流Ｖ１及び発光部５に流れる電流Ｉ１と、発光部５を構成するＬＥＤ５１のジャンクション温度Ｔ１との関係を示すグラフである。ＬＥＤ５１は、電流Ｉ１が増加すると電圧Ｖ１が増加する特性を有し、さらにジャンクション温度Ｔ１が上昇すると電圧Ｖ１が低下する特性を有している。従って、発光部５の電圧Ｖ１及び電流Ｉ１が分かれば、ＬＥＤ５１のジャンクション温度Ｔ１を知ることができる。

図２によれば、ＬＥＤ５１のジャンクション温度Ｔ１が低い場合には、発光部５の電圧Ｖ１及び電流Ｉ１は直線ｂに沿って変化し、ＬＥＤ５１のジャンクション温度Ｔ１が中程度の場合には、発光部５の電圧Ｖ１及び電流Ｉ１は直線ｃに沿って変化する。また、ＬＥＤ５１のジャンクション温度Ｔ１が高い場合には、発光部５の電圧Ｖ１及び電流Ｉ１は直線ｄに沿って変化する。

ここで、ＬＥＤのジャンクション（接合部）と器具の周囲との間の熱抵抗は、ＬＥＤの放熱形態や器具の形状で決まる固有の値であり、上記熱抵抗をＲｊａとすると、器具の周囲温度Ｔ２は、
Ｔ２＝Ｔ１−Ｒｊａ×Ｖ１×Ｉ１ ・・・・・ （１）
で求められる。

図３は、発光部５に印加される電圧Ｖ１及び発光部５に流れる電流Ｉ１と、発光部５を構成するＬＥＤ５１のジャンクション温度Ｔ１との関係を示すデータテーブルである。このデータテーブル及び上記（１）式は、制御部６に設けられた記憶部（図示せず）に予め記憶されており、電圧検出部７が検出した電圧Ｖ１と電流検出部８が検出した電流Ｉ１とに基づいて器具の周囲温度Ｔ２を推定する。

図４（ａ）は器具の周囲温度Ｔ２と電流指令値Ｉ２との関係を示すグラフである。本実施形態では、器具の周囲温度Ｔ２が所定温度Ｔ２１に達するまでは電流指令値Ｉ２を定格値Ｉ２１とし、器具の周囲温度Ｔ２が所定温度Ｔ２１に達すると電流指令値Ｉ２を下限値Ｉ２２（Ｉ２１＞Ｉ２２）まで減少させている。

次に、制御部６の動作について説明する。第１温度推定部６１は、電圧検出部７が検出した電圧Ｖ１及び電流検出部８が検出した電流Ｉ１に基づいて、上記データテーブルからＬＥＤ５１のジャンクション温度Ｔ１を求め、求めたジャンクション温度Ｔ１を第２温度推定部６２へ出力する。

第２温度推定部６２は、第１温度推定部６１より受け取ったジャンクション温度Ｔ１、電圧Ｖ１及び電流Ｉ１を上記（１）式に代入し、器具の周囲温度Ｔ２を求め、求めた器具の周囲温度Ｔ２を電流指令値生成部６３へ出力する。

電流指令値生成部６３は、器具の周囲温度Ｔ２に基づいて、上記データテーブルから電流指令値Ｉ２を求め、求めた電流指令値Ｉ２を定電流部４へ出力する。そして、定電流部４は、電流指令値生成部６３より受け取った電流指令値Ｉ２と同じ大きさの定電流Ｉ１を生成し、発光部５に供給する。

ところで、器具の周囲温度Ｔ２が高温になると、蓄電池３の放電容量は常温時よりも減少するため、高温時において発光部５に流す電流Ｉ１を定格値Ｉ２１とした場合には、発光部５の点灯時間が短くなってしまう。そこで、本実施形態では、非常点灯時において発光部５に流す電流Ｉ１を下限値Ｉ２２まで減少させることで、器具の周囲温度Ｔ２が高温の場合でもより長い点灯時間を確保できるようになっている。

例えば、器具の周囲温度Ｔ２＝７０℃以上のときに、発光部５に流す電流Ｉ１を常温時の５０％以上の照度が得られる電流値に設定することで、発光部５の照射範囲内において視認性が確保できるとともに、より長い点灯時間を確保することができる。また、器具の周囲温度Ｔ２が常温のときは、発光部５に流す電流Ｉ１が定格値Ｉ２１に設定されるため、非常点灯時において十分な照度を得ることができる。

図５（ａ）は上述の照明装置１０を用いた照明器具２０の外観斜視図、図５（ｂ）はその断面図である。

照明器具２０は、上述した照明装置１０と、下面が開口する円筒状に形成された器具本体９とを備え、器具本体９の開口端縁には側方に突出する鍔部９ａが全周に亘って設けられている。器具本体９の内部には、図５（ｂ）に示すように、充電部２→蓄電池３→定電流部４、制御部６、電圧検出部７、電流検出部８→発光部５の順番で上から並べて収納され、さらに発光部５は、各ＬＥＤ５１が下側となる向きに配置されている。

この照明器具２０は、天井材（図示せず）に設けた埋込孔を通して器具本体９が埋込配設された状態で天井材に取り付けられ、商用電源１の停電時には、各ＬＥＤ５１から放射される光を下方へと照射する。

本実施形態によれば、器具の周囲温度Ｔ２が上昇すると発光部５に流す電流Ｉ１を減少させることで蓄電池３の放電量を減少させており、その結果、器具の周囲温度Ｔ２が高くなった場合でも発光部５をより長い時間点灯させることができる。また、電圧検出部７の検出結果（電圧Ｖ１）と電流検出部８の検出結果（電流Ｉ１）に基づいて器具の周囲温度Ｔ２を推定しているので、温度を検出するための部品（例えば温度センサ）を追加しなくてもよく、コストアップを抑えることができる。

また、本実施形態によれば、発光部５に印加される電圧Ｖ１と発光部５に流れる電流Ｉ１を検出するだけでよく、簡単な構成で器具の周囲温度Ｔ２を推定することができる。さらに、本実施形態によれば、器具の周囲温度Ｔ２が所定温度Ｔ２１を超えるまでは発光部５に流す電流Ｉ１を減少させない。これにより、器具の周囲温度Ｔ２が所定温度Ｔ２１を超えない範囲では、発光部５の照射範囲内において高い視認性を確保しつつ、発光部５を所定時間点灯させることができる。

また、本実施形態のように発光部５に流す電流の下限値Ｉ２２を設定することで、この下限値Ｉ２２によって得られる照度以上の照度を確保することができる。さらに、上述した照明装置１０を用いることによって、コストアップを抑えつつ、器具の周囲温度Ｔ２が高くなった場合でも発光部５をより長い時間点灯可能な照明器具２０を提供することができる。

なお、本実施形態では、図４（ａ）に示すように、器具の周囲温度Ｔ２が所定温度Ｔ２１に達した時点で電流指令値Ｉ２を定格値Ｉ２１から下限値Ｉ２２に減少させている。これに対して、図４（ｂ）に示すように、周囲温度Ｔ２が第１温度Ｔ２２から第２温度Ｔ２３まで上昇するときに、電流指令値Ｉ２を定格値Ｉ２１から下限値Ｔ２２まで徐々に減少させてもよい。この場合、電流Ｉ１を徐々に減少させることで、照度変化をユーザーに感じさせにくくすることができる。

また、本実施形態では、充電部２と蓄電池３の間にスイッチＳ１，Ｓ２を設け、蓄電池３と定電流部４の間にスイッチＳ３，Ｓ４を設けたが、これらのスイッチＳ１〜Ｓ４の代わりに半導体スイッチング素子を用いてもよく、本実施形態に限定されない。さらに、本実施形態では、図２及び図３中の電圧Ｖ１を発光部５に印加される電圧としたが、各ＬＥＤ５１に印加される電圧としてもよく、本実施形態に限定されない。

照明装置１０は、蓄電池３と、充電部２と、発光部５と、定電流部４と、電圧検出部７と、電流検出部８と、制御部６とを備える。充電部２は、商用電源１が正常に供給されている状態で商用電源１により蓄電池３を充電する。定電流部４は、商用電源１の異常時に蓄電池３から電力供給を受けて発光部５に定電流を供給する。電圧検出部７は、発光部５に印加される電圧Ｖ１を検出し、電流検出部８は、発光部５に流れる電流Ｉ１を検出する。制御部６は、定電流部４の動作を制御する。また、制御部６は、電圧検出部７の検出結果と電流検出部８の検出結果に基づいて器具の周囲温度Ｔ２を推定する温度推定部（第１温度推定部６１及び第２温度推定部６２）を有し、前記温度推定部が推定した周囲温度Ｔ２が上昇すると発光部５に流す電流を減少させることを特徴とする。

発光部５はＬＥＤ５１からなり、前記温度推定部は、電圧検出部７の検出結果と電流検出部８の検出結果に基づいてＬＥＤ５１のジャンクション温度Ｔ１を求め、求めたジャンクション温度Ｔ１から周囲温度Ｔ２を推定するのが好ましい。

制御部６は、前記温度推定部が推定した周囲温度Ｔ２が所定温度Ｔ２１を超えると発光部５に流す電流Ｉ１を減少させるのが好ましい。

制御部６は、発光部５に流す電流Ｉ１の下限値Ｉ２２を設定するのが好ましい。

照明器具２０は、照明装置１０を備えたことを特徴とする。

１ 商用電源
２ 充電部
３ 蓄電池
４ 定電流部
５ 発光部
６ 制御部
７ 電圧検出部
８ 電流検出部
１０ 照明装置
６１ 第１温度推定部（温度推定部）
６２ 第２温度推定部（温度推定部）
Ｉ１ 電流
Ｖ１ 電圧
Ｔ２ 周囲温度

Claims (5)

1. 蓄電池と、商用電源が正常に供給されている状態では前記商用電源により前記蓄電池を充電する充電部と、発光素子と、前記商用電源の異常時に前記蓄電池から電力供給を受けて前記発光素子に定電流を供給する定電流部と、前記発光素子に印加される電圧を検出する電圧検出部と、前記発光素子に流れる電流を検出する電流検出部と、前記定電流部の動作を制御する制御部とを備え、
   前記制御部は、前記電圧検出部の検出結果と前記電流検出部の検出結果に基づいて器具の周囲温度を推定する温度推定部を有し、前記温度推定部が推定した前記周囲温度が上昇すると前記発光素子に流す電流を減少させることを特徴とする照明装置。
2. 前記発光素子はＬＥＤからなり、
   前記温度推定部は、前記電圧検出部の検出結果と前記電流検出部の検出結果に基づいて前記ＬＥＤのジャンクション温度を求め、求めた前記ジャンクション温度から前記周囲温度を推定することを特徴とする請求項１記載の照明装置。
3. 前記制御部は、前記温度推定部が推定した前記周囲温度が所定温度を超えると前記発光素子に流す電流を減少させることを特徴とする請求項１又は２記載の照明装置。
4. 前記制御部は、前記発光素子に流す電流の下限値を設定することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の照明装置。
5. 請求項１〜４の何れか１項に記載の照明装置を備えたことを特徴とする照明器具。

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