JP6311907B1

JP6311907B1 - 人工照明装置およびそれを用いた植物工場ならびに人工照明装置の電力供給方法

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Publication number: JP6311907B1
Application number: JP2017135388A
Authority: JP
Inventors: 壮介内藤
Original assignee: MICRO COATEC CO.,LTD.
Current assignee: MICRO COATEC CO.,LTD.
Priority date: 2017-07-11
Filing date: 2017-07-11
Publication date: 2018-04-18
Anticipated expiration: 2037-07-11
Also published as: WO2019012753A1; US10980186B1; JP2019016580A

Abstract

【課題】スイッチング素子は用いず線形負荷のみで構成して高調波発生を抑制し、平滑コンデンサを省略して突入電流の防止と力率の低下防止を実現した人工照明装置を提供する。【解決手段】多数個のＬＥＤ素子２００と、三相交流電源３００から供給される三相電力を各々のＵＶＷの入力に分割する入力分割部１１０と、分割した入力を全波整流する全波整流器１２０と、全波整流された出力を重畳して単相化する単相化部１３０と、単相化部１３０の出力をＬＥＤ素子２００の供給電源とする単相化電源部１４０を備えた構成とする。大規模ＬＥＤ照明装置集合体２００全体して積算されるインダクタンス成分、キャパシタンス成分を疑似的なＬＣフィルタとして利用すれば、入力分割部１１０の入力段から大規模ＬＥＤ照明装置集合体２００への帰還ループを介してノイズとなる高調波が抑制され、力率を改善する。【選択図】図１

Description

本発明は、大規模な照明光を必要とする工場などに用いられる人工照明装置に関する。人工照明の光源としてはＬＥＤ素子に限らず、他の光源であっても適用可能である。なお、植物工場に適用した場合、育成する植物としては、人工栽培に適した植物であれば、種類は問わない。
また、本発明は、一般の工場やオフィスなどに適用される人工照明装置に関する。人工照明の光源としてはＬＥＤ素子に限らず、他の光源であっても適用可能である。

高出力のＬＥＤ（Light Emitting Diode）素子の開発が進み、従来の白色電球による照明や、蛍光灯による照明に代え、いわゆるＬＥＤ照明具が普及し始めている。特に、白色ＬＥＤ素子は、従来の単色光しか発光しなかった単色ＬＥＤとは異なり、多数の波長の光を発光するできるため、生活照明用途、産業照明用途に適したものとなり、ＬＥＤ素子が持つ小型・省電力・長寿命という特性も相まって普及に弾みがついてきた。

このＬＥＤ素子は、人工照明装置の人工光源として普及している。例えば、植物工場に適用される人工照明装置の人工光源としても利用され始めている。植物の光合成に必要な波長の光を人工的に発光させることが可能となっており、優れた光源として注目されている。

植物工場は、照明以外にも、温度、湿度、空気などが適切に制御された施設内で植物を生育させるため、天候や害虫などの影響を受けることなく無農薬野菜などを安定して生産することができる。植物工場では照明は太陽光を全く利用せず人工照明のみを利用するため、ビニールハウスなどの外光を利用する設備とは異なり、天候の制約がなく、野菜等を計画的に生産できる。それゆえに植物工場と呼ばれている。

植物工場に用いる人工光源としては、ＬＥＤ素子を多数搭載した管状のＬＥＤ照明管を用い、そのＬＥＤ照明管を多数配設して大規模な人工照明装置が採用されている例が多い。
ここで、植物工場の運営において、ＬＥＤ照明装置の調達コスト、設置コストを下げ、さらに電力供給コストも下げることが重要となってくる。

以下、一般的なＬＥＤ照明装置の電力供給について説明する。
工場やオフィスなどへの電力供給は、商用電源が用いられることが多い。商用電源は１００Ｖで周波数が５０Ｈｚ（東日本）か６０Ｈｚ（西日本）である。一方、ＬＥＤ素子自体は半導体素子であり、３．５Ｖ〜５Ｖ程度の直流で駆動する。そこで、ＬＥＤ素子駆動用の電源を得るための電源回路が必要となる。つまり、１００Ｖ交流の商用電源から３．５Ｖ〜５Ｖ程度の直流へ電圧降下およびＡＤ変換を伴う電源回路が必要となる。
従来技術において、このようなＬＥＤ素子駆動用の電源回路は、大別すると、リニア方式電源回路と、スイッチング方式電源回路がある。

まず、リニア方式電源回路１０を説明する。
リニア方式電源回路１０は、図７に示すような電源回路である。
図７に示すように、入力電源は、ＡＣ１００Ｖの商用電源である。
この商用電源の入力電圧がトランス１１を介して５Ｖ程度に電圧降下される。つまり、最初にトランス１１を用いてＡＣ−ＡＣにて電圧降下を行う。
このトランス１１で電圧降下された電圧が全波整流ダイオードブリッジ回路１２に入力され、ＡＣ−ＤＣ変換の結果、全波整流されて脈流に変化する。
全波整流ダイオードブリッジ回路１２において、脈流に整流された電圧が平滑コンデンサ１３の充電放電作用により平滑化されるが、完全な安定化直流にはならずにリップルが含まれる非安定化直流（リップル直流）になる。
平滑コンデンサ１３の出力が、チョッパコイルや整流ダイオードなどによる安定化回路１４を介して品質の良い３．５Ｖ〜５Ｖの平坦な直流電源が得られる。
このように、リニア方式電源回路は、多数の部品点数から構成されている。

次に、スイッチング方式電源回路２０を説明する。
スイッチング方式電源回路２０は、図８に示すような電源回路である。
スイッチング方式電源回路２０は、リニア方式電源回路１０のような大型の巻き線型のトランスを用いないため、比較的コンパクトに小型化できるメリットがあるとされている。
スイッチング方式電源回路２０の入力電源は、同じくＡＣ１００Ｖの商用電源である。
スイッチング方式電源回路２０は、最初にＡＣ１００Ｖの商用電源を全波整流ダイオードブリッジ２１で全波整流する。上記したリニア方式電源回路１０では、最初にトランス１１でＡＣ−ＡＣの電圧降下を行ったが、このスイッチング方式電源回路２０では電圧が高いまま全波整流ダイオードブリッジ２１でＡＣ−ＤＣ変換を行ってそのまま整流する。したがって、ダイオードブリッジは高電圧（１４０Ｖ程度）に耐えうる耐圧仕様のものが必要となる。
全波整流ダイオードブリッジ回路２１において、脈流に整流された電圧が平滑コンデンサ２２の充電放電作用により平滑化される。平滑コンデンサ２２も高電圧仕様のものが必要となる。平滑コンデンサ２２で平滑化された電圧は、リップルが含まれる非安定化直流（リップル直流）になる。

スイッチング方式電源回路２０は、ここで、この高いＤＣ電圧を、スイッチング素子２３のスイッチング動作により、チョッピング(切り分け)をしてＤＣ−ＡＣ変換をし、高周波トランス２４を介して二次側に低電圧のＯＮ／ＯＦＦ波形を得る。この時のＯＮ／ＯＦＦ周波数、つまりスイッチング周波数は、入力ＡＣの周波数である５０Ｈｚ／６０Ｈｚに比べてかなり高い数十ｋＨｚの周波数となっている。
この高周波トランス２４を介して得られた、高周波のＡＣ電圧は、整流ダイオード回路２５で整流され、低電圧の脈流に変化する。
整流ダイオード２５において、脈流に整流された電圧が平滑コンデンサ２６の充電放電作用により平滑化される。しかし、いまだ完全な安定化直流にはならずにリップルが含まれる低電圧の非安定化直流（リップル直流）になる。

最後に、平滑コンデンサ２６の出力が、チョッパコイルや整流ダイオードなどによる安定化回路２７を介して品質の良い３．５Ｖ〜５Ｖの平坦な直流電源が得られる。
つまり、スイッチング方式電源回路２０は、ダイオードブリッジによる高電圧ＡＣ−高電圧ＤＣ変換、スイッチングによる高電圧ＤＣ−高電圧ＡＣ変換、高周波トランスによる高電圧ＡＣ−低電圧ＡＣ変換という、少々複雑な電圧の変換履歴を経る。

株式会社ＴＤＫ http://www.tdk.co.jp/techmag/power/200807/

しかし、上記従来の人工照明のＬＥＤ素子駆動用の電源回路には問題があった。
リニア方式電源回路１０の第１の問題点として、電源回路が大きくなる問題がある。
リニア方式電源回路１０はトランス１２が高電圧ＡＣを定電圧ＡＣへ変換するために調整された巻き線式のトランス装置であり、装置が大きく重いという問題があった。また、平滑コンデンサ１３もリップルを低減するために必須の電子素子として組み込まれていた。ここで、従来はＬＥＤ素子に対する電源供給に対して、数千本〜数万本と非常に数が多いＬＥＤ照明装置全体に対する電源供給というマクロな観点では捉えずに、１本１本のＬＥＤ照明装置への高品質な電圧供給を命題と捉え、ＬＥＤ照明装置の内部に電源回路を個別に含めるよう設計する傾向が強く、平滑コンデンサなどを組み込んでしまうため、電源回路が大きくなる問題があった。

リニア方式電源回路１０の第２の問題点として、突入電流の問題がある。リップル波形の平滑化のための平滑コンデンサ１３を用いた場合、大容量の平滑コンデンサ１３となる。そのため、立ち上げ時に平滑コンデンサ１４の充電のため突入電流が発生する。

スイッチング方式電源回路２０の第１の問題点として、ノイズ発生の問題がある。スイッチング方式は数十ｋＨｚの周波数という高速にＯＮ／ＯＦＦを繰り返すためにノイズが発生する。このノイズ対策を施さなければ、ＬＥＤ素子の駆動には障害となり誤動作、さらには過電圧による素子破壊などのおそれもある。ノイズ対策に要する部品点数の増加、装置の大型化、コスト増加を招いていた。

スイッチング方式電源回路２０の第２の問題点として、力率低下の問題がある。スイッチング方式電源回路２０では高電圧でのリップル低減の平滑コンデンサ２２、低電圧でのリップル低減の平滑コンデンサ２６と２つの平滑コンデンサがあり、リアクタンス成分の存在により位相がずれるため力率が落ちるという問題がある。

スイッチング方式電源回路２０の第３の問題点として、高調波発生の問題がある。スイッチング方式電源回路２０は、高調波の発生源となり得る非線形素子が多数含まれており高調波が発生しやすい。高調波、特に第３高調波が発生して重畳されると過電圧による素子破壊などのおそれもある。高調波対策に要する部品点数の増加、装置の大型化、コスト増加を招いていた。

スイッチング方式電源回路２０の第４の問題点として、部品点数が多くコスト低減が難しいという問題点がある。つまり、スイッチング方式電源回路２０は、ダイオードブリッジによる高電圧ＡＣ−高電圧ＤＣ変換、スイッチングによる高電圧ＤＣ−高電圧ＡＣ変換、高周波トランスによる高電圧ＡＣ−低電圧ＡＣ変換という動作のために多数の部品類を組み込まなければならない。また、上記したように、従来技術では、１つ１つのＬＥＤ素子への高品質な電圧供給を命題と捉え、ＬＥＤ照明装置の内部に電源回路を個別に含めるよう設計する傾向が強く、部品点数が多くコスト低減が難しい。

上記課題を解決するために、本発明は、少ない部品点数で小型に構成するとともに、スイッチング素子は用いず線形負荷のみで構成してノイズ発生や高調波発生を抑制し、平滑コンデンサを省略して突入電流の防止と力率の低下防止が実現できる優れた特性を備えた人工照明装置およびその制御方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、多数個のＬＥＤ素子を備えたＬＥＤ照明装置と、入力電源である三相交流電源から供給される三相電力を各々のＵＶＷの入力に分割する入力分割部と、前記入力分割部の各々の前記入力を個別に全波整流する全波整流器と、各々の前記全波整流器により全波整流された出力を重畳して単相化する単相化部と、前記単相化部の出力を前記ＬＥＤ素子の供給電源とする単相化電源部を備え、前記単相化電源部から前記ＬＥＤ照明装置に電力供給することを特徴とする人工照明装置である。
上記構成により、少ない部品点数で小型に構成するとともに、スイッチング素子は用いず線形負荷のみで構成してノイズ発生や高調波発生を抑制し、平滑コンデンサを省略して突入電流の防止と力率の低下防止が実現できる。

上記構成において、単相化電源の後段に設けられるＬＥＤ照明装置を多数個にのぼる大規模ＬＥＤ照明装置集合体とし、前記大規模ＬＥＤ照明装置集合体において、前記ＬＥＤ照明装置に生じる微小なインダクタンス成分およびキャパシタンス成分の積算により前記大規模ＬＥＤ照明装置集合体全体として疑似ＬＣフィルタ成分が形成されており、前記ＬＥＤ照明装置から前記入力電源である前記三相交流電源へ帰還するループ回路を備えたことを特徴とする。

上記構成により、ＬＥＤ照明装置に存する微小なインダクタンス成分およびキャパシタンス成分の積算により大規模ＬＥＤ照明装置集合体において疑似ＬＣフィルタが形成される構成とすることができ、三相−単相変換電源により供給される電力波形に現れる高調波を抑制し、力率を改善することができる。
上記構成により、力率低下を防止することができるとともに、部品点数を低減することができ、コスト低減、装置の小型化を図ることができる。

なお、上記構成において、全波整流器の後段かつ単相化部の前段に平滑コンデンサを配した構成とすれば、全波整流器の出力に存するリップルが平滑化され、出力が一層安定する。
この全波整流器の後段に平滑コンデンサを設けるにおいても、大規模ＬＥＤ照明装置集合体により微小なインダクタンス成分およびキャパシタンス成分の積算によりって疑似ＬＣフィルタ成分を形成し、ＬＥＤ照明装置から三相交流電源へ帰還するループ回路を備えた構成とすることは可能である。

本発明の人工照明装置は、入力電源が三相交流電源であるので、工場において用いられる他の誘導型電気機器の入力電源として共用することができる。入力電源を共用化することにより照明装置の点数を減らすことができ、コスト低減につながる。

また、植物工場に適用する場合、昼間を模した時間帯にＬＥＤ素子が点灯し、夜間を模した時間帯にＬＥＤ素子が消灯するように制御するＬＥＤ照明制御装置を備える構成が好ましい。
上記構成により、植物工場として建物の中に設置した場合に昼夜がしっかりと再現することができる。

本発明によれば、スイッチング素子を用いず、かつ、線形負荷のみで構成すれば、人工照明装置全体として高調波発生を抑制することができ、力率の改善を行うこともできる。
また、本発明によれば、人工照明装置の部品点数を低減することができ、コスト低減、装置の小型化を図ることができる。

実施例１にかかる人工照明装置１００−１を模式的に示した図である。実施例２にかかる人工照明装置１００ａの回路図である。図２に示した人工照明装置１００ａの回路構成を分かりやすく簡素化して示した図である。実施例３にかかる人工照明装置１００ｂの構成例を示した図である。実施例４にかかる人工照明装置１００ｃの構成例を示した図である。図５に示した人工照明装置１００ｃの回路構成を分かりやすく簡素化して示した図である。従来技術におけるリニア方式電源による人工照明装置１０を模式的に示した図である。従来技術におけるスイッチング方式電源による人工照明装置２０を模式的に示した図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の人工照明装置の実施例を説明する。ただし、本発明の範囲は以下の実施例に示した具体的な用途、形状、個数などには限定されないことは言うまでもない。

実施例１にかかる本発明の人工照明装置１００の構成例を示す。以下、ＬＥＤ照明の発光面を下面として説明する。
図１は、実施例１にかかる人工照明装置１００の回路図である。
図１に示すように、実施例１にかかる人工照明装置１００は、入力分割部１１０、全波整流器１２０、単相化部１３０、単相化電源部１４０を備えた構成となっている。スイッチング電源を用いていないことが分かる。図１には、入力段には商用三相交流電源３００、出力段には大規模ＬＥＤ照明装置集合体２００がある。

以下、各構成要素について説明する。
商用三相交流電源３００は、商用の三相交流電源で良く、ここでは１００Ｖ電源とする。三相交流電源であるので、Ｕ、Ｖ、Ｗの各相の入力線が３本よられて供給されている。
入力分割部１１０は、入力電源である三相交流電源３００から供給される三相電力を各々のＵＶＷの入力に分割する。図１に示すように、商用三相交流電源３００が入力分割部１１０によりＵ、Ｖ、Ｗの３つの入力電圧に分割される。

図１の下方に描かれている入力分割部１１０の出力段の波形１１０は、Ｗ相の波形であるが、正弦波の形状で、その出力が−１００Ｖ〜１００Ｖとなっている。他のＵ相の波形、Ｖ相の波形は、それぞれ互いにその位相が１２０度ずつずれたものとなっている。
入力分割部１１０は、分割した各々のＵ、Ｖ、Ｗの３つの電圧を、次段にある全波整流器１２０に対して出力する。

全波整流器１２０は、交流波形を受け、全波整流するものである。つまり、交流波形のマイナス部分をプラスに転じるよう整流している。例えば、全波整流器１２０は全波整流ダイオードブリッジ回路で良い。
この例では、入力分割部１１０で分割され、トランス１２０で電圧降下された各々のＵ、Ｖ、Ｗの各々の入力を個別に全波整流器１２０によって全波整流している。

図１の下方に描かれている全波整流器１２０の出力段の波形１３０は、Ｗ相の波形であるが、正弦波が整流された脈流の形状で、その出力が０Ｖ〜１００Ｖとなっている。他のＵ相の波形、Ｖ相の波形は、それぞれ互いにその位相が１２０度ずつずれたものとなっている。全波整流の結果、脈流としては６０度ずつずれたものとなっている。
全波整流器１２０は整流した各々のＵ、Ｖ、Ｗの３つの電圧を、次段にある単相化部１３０に対して出力する。

単相化部１３０は、各々の全波整流器１２０により全波整流された三相の電力を重畳して単相化して１相の電圧にするものである。
全波整流器１２０により全波整流された三相の電力はそれぞれ１２０度ずつ位相がずれており、全波整流の結果、脈流としては６０度ずつずれたものとなっているため、全期間において正電位であり、それらを重畳すれば連続した脈流の頂上付近を連続してつなげたような電力波形が得られる。
図１の下方に描かれている単相化部１３０の出力段の波形１４０は、連続した脈流の頂上付近を連続してつなげたような電力波形であり、その出力が略１００Ｖとなっている。
単相化部１３０は重畳して得られた電圧を、次段にある単相化電源部１４０に対して出力する。

単相化電源部１４０は、単相化部１３０の電力を大規模ＬＥＤ照明装置集合体２００の各々のＬＥＤ照明装置に対する電源として供給する。
この例では、単相化部１３０の１００Ｖの電力と接地電位の０Ｖの電位差、つまり１００Ｖ電源を駆動電源として供給する。

大規模ＬＥＤ照明装置集合体２００は、多数個のＬＥＤ照明装置が備えられたものである。この例ではＬＥＤ照明装置内部の各々のＬＥＤ素子は３Ｖ程度で駆動する。

なお、上記説明において、１つのＬＥＤ素子に印可される電圧が３Ｖの例として説明したが、ＬＥＤ素子は種類によって２．５Ｖ〜５Ｖ程度のレンジで駆動するものが多く、採用するＬＥＤ素子の駆動電圧に合わせてＬＥＤ照明装置に印可する電圧が適するものとなるよう構成すれば良い。

上記したように、実施例１にかかる人工照明装置１００によれば、スイッチング素子は用いておらず、安定化装置のような高性能な電源対策は施していないが、単相化部により使用に耐え得る品質の電圧を生成することができ、人工照明装置１００全体として部品点数も少なく、コスト低減、装置の小型化を図ることができる。

実施例２にかかる人工照明装置１００ａについて説明する。
図２は、実施例２にかかる人工照明装置１００ａの回路図である。
図３は、図２に示した人工照明装置１００ａの回路構成を分かりやすく簡素化して示した図である。
図２に示すように、実施例２にかかる人工照明装置１００ａは、実施例１と同様、入力分割部１１０、全波整流器１２０、単相化部１３０、単相化電源部１４０ａを備えた構成となっており、スイッチング電源を用いていない。図２には、入力段には商用三相交流電源３００、出力段には大規模ＬＥＤ照明装置集合体２００がある。

各構成要素について説明する。
入力分割部１１０、全波整流器１２０、単相化部１３０の各構成要素は実施例１の各構成要素と同じもので良く、ここでの説明は省略する。

実施例２にかかる人工照明装置１００ａでは、図２、図３に示すように、単相化電源部１４０ａが、単相化部１３０への出力のほか、大規模ＬＥＤ照明装置集合体２００と入力分割部１１０の入力段の間に帰還ループを提供している。
全波整流器１２０はダイオードによる整流回路であるため、高調波の発生源となっている。この全波整流器１２０で発生する高調波が入力段の方へ反射して混入し、入力分割部１１０を介して商用電源３００にノイズを混入させてしまう。ここで本実施例２の構成では、入力分割部１１０の入力段から大規模ＬＥＤ照明装置集合体２００への帰還ループが形成されている。

ここで、大規模ＬＥＤ照明装置集合体２００全体として、疑似的ＬＣフィルタとして機能し得る点に着目する。大規模ＬＥＤ照明装置集合体２００は多数本のＬＥＤ照明装置が存在しており多数のＬＥＤ素子が用いられている。ここで、１つ１つのＬＥＤ素子や１本のＬＥＤ照明装置には、設計上、インダクタンス成分やキャパシタンス成分が無視できるものであるが、現実には物理的にはごく微量であるものの、インダクタンス成分やキャパシタンス成分が存在している。ＬＥＤ素子の個数が多くなれば、１つ１つは無視できる程度の微小なインダクタンス成分やキャパシタンス成分しかない場合であっても、大規模ＬＥＤ照明装置集合体２００全体して積算されるインダクタンス成分、キャパシタンス成分が現われ、疑似的なＬＣフィルタとして利用可能である。ここでは、そのような大規模ＬＥＤ照明装置集合体２００全体として大規模に積算されるインダクタンス成分やキャパシタンス成分をもって、疑似ＬＣフィルタとして利用する。

上記したように、本実施例２の構成では、入力分割部１１０の入力段から大規模ＬＥＤ照明装置集合体２００への帰還ループが形成されており、この帰還ループを介してノイズとなる高調波が大規模ＬＥＤ照明装置集合体２００側に形成されている疑似ＬＣフィルタにより抑制される構成となっている。ここで、大規模ＬＥＤ照明装置集合体２００全体として大規模に積算されるインダクタンス成分やキャパシタンス成分の周波数成分は多様であるので、事実上、第５次の高調波成分、第７次の高調波成分、それ以上の高調波成分に対して働きかけるＬＣフィルタが形成されているように機能し得る。
なお、上記構成例では、入力分割部１１０の入力段から大規模ＬＥＤ照明装置集合体２００への帰還ループが形成されている例であったが、全波整流器１２０の入力段から大規模ＬＥＤ照明装置集合体２００へ帰還ループが形成されている構成例でも良い。

さらに、このように高調波成分が抑制されると、入力分割部１１０の電圧波形、電流波形とも正弦波に近づき、力率が改善される効果も得られる。
上記したように、実施例２にかかる人工照明装置１００ａによれば、人工照明装置１００ａ全体としてノイズ発生や高調波発生を抑制することができ、力率を改善することもできる。

実施例３にかかる人工照明装置１００ｂについて説明する。
実施例３にかかる人工照明装置１００ｂは、実施例１の構成に対して全波整流器１２０ｂ後段に平滑コンデンサ１５０ｂを設けた構成例である。

図４は、実施例３にかかる人工照明装置１００ｂの構成例を示した図である。
図４に示すように、実施例３にかかる人工照明装置１００ｂは、入力分割部１１０ｂ、トランス１２０ｂ、全波整流器１２０ｂ、単相化部１３０ｂ、単相化電源部１４０ｂを備えた構成となっている。スイッチング電源を用いていないことが分かる。
図１と図４を比較すると分かるように、実施例３にかかる人工照明装置１００ｂは、実施例１にかかる人工照明装置１００の構成に対して、全波整流器１２０ｂの後段に平滑コンデンサ１５０ｂを設けた構成例となっている。

実施例３では全波整流器１２０ｂの後段に平滑コンデンサ１５０ｂを設けた例となっており、平滑コンデンサ１５０ｂにより電力波形中のリップルの大きさが抑制されている。平滑コンデンサ１５０ｂがあれば突入電流の発生が起こり得るというデメリット、また、部品点数が多くなり、コストも増加するというデメリットがあるが、電力波形中のリップルの大きさが抑制されるので、電力供給が安定しやすくなるというメリットがある。

実施例４にかかる人工照明装置１００ｃについて説明する。
実施例４にかかる人工照明装置１００ｃは、実施例２の構成に対して全波整流器１２０ｃ後段に平滑コンデンサ１５０ｃを設けた構成例である。

図５は、実施例４にかかる人工照明装置１００ｃの構成例を示した図である。
図６は、図５に示した人工照明装置１００ｃの回路構成を分かりやすく簡素化して示した図である。
図５および図６に示すように、実施例４にかかる人工照明装置１００ｃは、入力分割部１１０ｃ１、入力分割部１１０ｃ２、全波整流器１２０ｃ、単相化部１３０ｃ、単相化電源部１４０ｃを備えた構成となっている。スイッチング電源を用いていないことが分かる。

実施例４にかかる人工照明装置１００ｃでは、実施例２と同様、単相化電源部１４０ｃが、単相化部１３０ｃへの出力のほか、大規模ＬＥＤ照明装置集合体２００と入力分割部１１０ｃの入力段の間の帰還ループを提供している。
図２と図５、図３と図６を比較すると分かるように、実施例４にかかる人工照明装置１００ｃは、実施例２にかかる人工照明装置１００ａに対して、全波整流器１２０ａの後段に平滑コンデンサ１５０ｃを設けた構成例となっているが、全波整流器１２０が高調波の発生源となっている点は実施例２で説明したとおりであり、この全波整流器１２０で発生する高調波が入力段の方へ反射して混入し、入力分割部１１０を介して商用電源３００にノイズを混入させてしまう。そこで、本実施例４の構成では、入力分割部１１０の入力段から大規模ＬＥＤ照明装置集合体２００への帰還ループが形成されている。

実施例４でも、大規模ＬＥＤ照明装置集合体２００全体として、疑似的ＬＣフィルタとして機能し得る点は同様である。１つ１つのＬＥＤ素子や１本のＬＥＤ照明装置には、設計上、インダクタンス成分やキャパシタンス成分が無視できるものであるが、現実には物理的にはごく微量であるものの、インダクタンス成分やキャパシタンス成分が存在している。ＬＥＤ素子の個数が多くなれば、１つ１つは無視できる程度の微小なインダクタンス成分やキャパシタンス成分しかない場合であっても、大規模ＬＥＤ照明装置集合体２００全体して積算されるインダクタンス成分、キャパシタンス成分が現われ、疑似的なＬＣフィルタとして利用可能である。ここでは、そのような大規模ＬＥＤ照明装置集合体２００全体として大規模に積算されるインダクタンス成分やキャパシタンス成分をもって、疑似ＬＣフィルタとして利用する。

上記したように、本実施例４の構成では、入力分割部１１０の入力段から大規模ＬＥＤ照明装置集合体２００への帰還ループが形成されており、この帰還ループを介してノイズとなる高調波が大規模ＬＥＤ照明装置集合体２００側に形成されている疑似ＬＣフィルタにより抑制される構成となっている。
なお、上記構成例では、入力分割部１１０の入力段から大規模ＬＥＤ照明装置集合体２００への帰還ループが形成されている例であったが、全波整流器１２０の入力段から大規模ＬＥＤ照明装置集合体２００へ帰還ループが形成されている構成例でも良い。

さらに、このように高調波成分が抑制されると、入力分割部１１０の電圧波形、電流波形とも正弦波に近づき、力率が改善される効果も得られる。
このように、特別な高調波対策用の電子回路を搭載することなく、ノイズ低減、高調波抑制、力率改善を行うことができる。

以上、実施例１から４に示した人工照明装置は、一般工場やオフィスを始め、例えば植物工場に導入することができる。なお、植物工場の光源として用いる場合、昼間を模した時間帯にはＬＥＤ素子が点灯し、夜間を模した時間帯にはＬＥＤ素子が消灯するように制御するＬＥＤ照明制御装置を備えたものとすることが好ましい。

本発明の技術的範囲を逸脱することなく種々の変更が可能であることは理解されるであろう。

１００植物栽培装置
１１０入力分割部
１２０全波整流器
１３０単相化部
１４０単相化電源部
２００大規模ＬＥＤ照明装置集合体
３００商用三相交流電源

Claims

植物工場に適用される人工照明装置であって、
多数個のＬＥＤ素子を備えたＬＥＤ照明装置と、
入力電源である三相交流電源から供給される三相電力を各々のＵＶＷの入力に分割する入力分割部と、
前記入力分割部の各々の前記入力を個別に全波整流する全波整流器と、
各々の前記全波整流器により全波整流された出力を重畳して単相化する単相化部と、
前記単相化部の出力を前記ＬＥＤ照明装置の供給電源とする単相化電源部と、
前記大規模ＬＥＤ照明装置集合体から前記入力分割部または前記全波整流器の入力段へ帰還するループ回路を備え、
前記ＬＥＤ照明装置が大規模ＬＥＤ照明装置集合体であり、前記大規模ＬＥＤ照明装置集合体において、前記大規模ＬＥＤ照明装置集合体の各所に生じる微小なインダクタンス成分およびキャパシタンス成分の積算により前記大規模ＬＥＤ照明装置集合体全体として疑似的にＬＣフィルタ成分が形成されていることを特徴とする植物工場に適用される人工照明装置。
前記入力分割部の前段または後段としてスイッチング電源を用いていないことを特徴とする請求項１に記載の植物工場に適用される人工照明装置。
前記全波整流器の後段かつ前記単相化部の前段に平滑コンデンサを配したことを特徴とする請求項１または２に記載の植物工場に適用される人工照明装置。
昼間を模した時間帯には前記ＬＥＤ素子が点灯し、夜間を模した時間帯には前記ＬＥＤ素子が消灯するように制御するＬＥＤ照明制御装置を備えたものである請求項１から３のいずれかに記載の植物工場に適用される人工照明装置。
請求項１から４のいずれかに記載の植物工場に適用される人工照明装置を用いた植物工場。
植物工場に適用される人工照明装置の電源制御方法であって、
多数個のＬＥＤ素子を備えたＬＥＤ照明装置を配し、
入力電源である三相交流電源から供給される三相電力を各々のＵＶＷの入力に分割する入力分割し、
前記分割にかかる各々の出力を全波整流器により全波整流し、
各々の前記全波整流器により全波整流された出力を重畳して単相化し、
前記大規模ＬＥＤ照明装置集合体から前記入力分割部または前記全波整流器の入力段へ帰還するループ回路を設け、
前記ＬＥＤ照明装置が大規模ＬＥＤ照明装置集合体であり、前記大規模ＬＥＤ照明装置集合体において、前記大規模ＬＥＤ照明装置集合体の各所に生じる微小なインダクタンス成分およびキャパシタンス成分の積算により前記大規模ＬＥＤ照明装置集合体全体として疑似ＬＣフィルタ成分を形成し、
前記単相化した出力を前記ＬＥＤ素子の供給電源として電力供給することを特徴とする植物工場に適用される人工照明装置の電力供給方法。