船舶通航信号用定電流発生器切換システム
【課題】正規用及び代行用の２台の電源の切換時間を圧縮し、灯火の保守メンテナンス負担を軽減することができる船舶通航信号用定電流発生器切換システムを提供する。
【解決手段】商用交流単相電源と定電流供給用コンデンサと出力変成器の一次側巻線とが直列に接続されていると共に出力変成器の二次側巻線に発生する交流定電流の振幅を線形に変化させる複数の入力側切換タップが出力変成器の一次側巻線に設けられた正規用及び代行用の２台の定電流発生器と、電子発光光源を内装した複数の灯火が直列に接続されている負荷回路とを備え、２台の定電流発生器が、出力する交流定電流が逆相となるように直列に接続されていると共に負荷回路と接続され直列回路を形成し、２台の定電流発生器の各々が、出力端を短絡させて直列回路から切り離す回路接点器を有していることによって、前記課題を解決する。
【解決手段】商用交流単相電源と定電流供給用コンデンサと出力変成器の一次側巻線とが直列に接続されていると共に出力変成器の二次側巻線に発生する交流定電流の振幅を線形に変化させる複数の入力側切換タップが出力変成器の一次側巻線に設けられた正規用及び代行用の２台の定電流発生器と、電子発光光源を内装した複数の灯火が直列に接続されている負荷回路とを備え、２台の定電流発生器が、出力する交流定電流が逆相となるように直列に接続されていると共に負荷回路と接続され直列回路を形成し、２台の定電流発生器の各々が、出力端を短絡させて直列回路から切り離す回路接点器を有していることによって、前記課題を解決する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤ（発光ダイオード）やＨＩＤランプ（高輝度放電灯）などの電子発光光源の電源に関し、さらに詳しくは、船舶通航信号板のように配線距離が長く広範囲に配設された多数の灯火からなる照明設備を正規用及び代行用の２台の電源により交互に点灯させる船舶通航信号用定電流発生器切換システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、港湾や海峡では、天候不順による視界不良時や夜間であっても、船舶を安全に運行させるために、各種視覚情報装置が配設されている。これらの視覚情報装置は、船舶に対して視認距離と停船待機位置を知らせる船舶通航信号や潮流の向きを知らせる潮流信号などをＬＥＤ表示板などにより提供している。
【０００３】
このような船舶通航信号システムでは、広範囲にわたってタングステンランプやハロゲンランプなどの熱発光光源を内装した多数の灯火が配設されるため、これらの多数の灯火に対して電力を供給するためには、非常に長い距離の配線が必要となる。そのため、この配線による電力損失を考慮して各灯火の光度を均一に保つ必要があると共に、何れかの灯火に不点灯が発生しても他の灯火を安定して点灯させる灯火システムが必要である。
【０００４】
さらに、前述した灯火システムでは、昼間であるか夜間であるかや、気象状況に応じて灯火の視認性が変化するため、これらの状況の変化に応じて灯火の輝度を調整する必要がある。例えば、周辺照度が高い、すなわち周りが明るい昼間では灯火の視認性が低下するため、灯火の輝度を高くする必要がある。一方、周辺照度が低い、すなわち周りが暗い夜間では灯火の視認性が良好であるため、灯火の輝度を低くすることによって消費電力を削減することができる。
【０００５】
このような用途に適した電源装置として、本発明者は、図７に示したような定電流光度調整装置２００を開発した。この定電流光度調整装置２００は、商用単相交流電源２１０と、この商用単相交流電源２１０に直列に接続され、商用単相交流電源２１０の出力と所定の共振条件を満たす時定数を有し、負荷変動に無関係な一定な正弦波交流電流Ｉを出力する共振回路２２０と、一次側巻線２３０Ｐが共振回路２２０の出力に直列接続された出力変成器２３０とを有している。
【０００６】
さらに、比較的長い距離の配線２８０を介して出力変成器２３０の二次側巻線２３０Ｓにそれぞれ直列接続された複数の灯火２４０と、任意の期間だけ一次側巻線２３０Ｐに流れる正弦波交流を短絡する分流回路２５０と、電流検出器２７０により検出された出力変成器２３０の二次側電流すなわち負荷電流ＩＬに基づいて、共振回路２２０から出力される正弦波交流電流Ｉの１サイクルを単位として分流回路２５０を短絡制御（サイクル制御）することにより、負荷電流ＩＬの大きさを調整するサイクル制御回路２６０とを有している。
【０００７】
このような定電流光度調整装置２００は、商用単相交流電源２１０に対して共振回路２２０が直列接続されており、所定の共振条件を満たすように、コンデンサ２２０Ａとリアクトル２２０Ｂとから決定される時定数と、交流電源出力の周波数、電圧、電流とを選択することにより、負荷の変動に無関係な一定の電流Ｉが得られる。この電流Ｉは、出力変成器２３０の一次側巻線２３０Ｐに供給され昇圧され、出力変成器２３０の二次側巻線２３０Ｓに直列接続されたそれぞれの灯火２４０に一定の負荷電流ＩＬとして等しく供給される。
【０００８】
これにより、出力変成器２３０から各灯火２４０への配線２８０が非常に長い場合であっても、各灯火２４０の熱発光光源２４０Ｂには、絶縁トランス２４０Ａを介して等しい電流が供給されるものとなり、各熱発光光源２４０Ｂを均一な光度で点灯させることができる。なお、任意の熱発光光源２４０Ｂが不点灯となっても絶縁トランス２４０Ａにより負荷側の直列回路が断線されることがないので、他の熱発光光源２４０Ｂへの影響は生じない。また、分流回路２５０は、互いに極性が逆方向となるように並列接続されたサイリスタ２５０Ａ、２５０Ｂから構成されており、短絡動作時には、正弦波交流がプラス側の期間はサイリスタ２５０Ａがオンとなり、マイナス側の期間はサイリスタ２５０Ｂがオンとなる。
【０００９】
図８は、図７に示した従来の定電流光度調整装置２００の各部の信号を示す信号波形図で有り、ここでは、共振回路２２０から出力される電流Ｉの正弦波８周期（周期Ｔ１）分のうち１周期（周期Ｔ２）分を短絡する場合が例として示されている。サイクル制御回路２６０は、電流検出器２７０を介して検出された負荷電流ＩＬに基づいて、所望の負荷電流ＩＬを得るための波数比Ｒ＝Ｔ２／Ｔ１を算出する。例えば、波数比Ｒ＝１／８の場合には、図８に示すように、電流Ｉの正弦波８周期（周期Ｔ１）分のうち１周期（周期Ｔ２）分を短絡するように分流回路２５０を制御する。その結果、灯火２４０に供給される電流は、７／８に減少する。そして、波数比Ｒを変えることにより灯火２４０に供給される電流を可変することができる（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特許第３３６４４０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところが、前述した従来の定電流光度調整装置２００では、出力変成器２３０の一次側に流れる電流Ｉａを所定の波数比Ｒで短絡させることにより、負荷電流ＩＬの調整を行っているため、例えば、商用単相交流電源２１０の周波数が５０Ｈｚであるとした場合、負荷電流ＩＬの刻み幅は、２％となり、それ以下の電流調整は不可能であるという課題があった。
また、負荷電流ＩＬを低減させるためには、所定の波数比Ｒで負荷電流ＩＬを短絡させているため、負荷電流ＩＬを低減させていくにつれて灯火２４０がちらつくという課題があった。
しかも、従来の定電流光度調整装置２００では、図７に示したように、共振回路２２０、分流回路２５０、サイクル制御回路２６０などが必要であり、回路構成が複雑となると共に、共振回路２２０が大型のリアクトル２２０Ｂを必要とするため、装置が大型化するという課題があった。
【００１１】
さらに、灯火のグローブ（光源を覆っている部材）に埃が付着し次第に輝度が低下するため、灯火の寿命がまだ尽きていないのに、グローブを磨いたり、光源を交換したりしなくてはならないという保守メンテナンス上の課題があった。
【００１２】
一方、近年、広範囲にわたって多数の灯火を配設する船舶通航信号システムにおいては、消費電力やメンテナンス性を考慮し、光源として前述したようなタングステンランプやハロゲンランプなどのフィラメントを用いたランプ、いわゆる熱発光光源ではなく、効率よく所望の発光色が得られ、かつ球切れ（フィラメントの断線）の心配がなく長寿命なＬＥＤやＨＩＤランプなどのフィラメントを有していない、いわゆる電子発光光源の導入が検討されている。
【００１３】
しかしながら、従来用いられていた、タングステンランプやハロゲンランプなどの熱発光光源では、図９及び図１０に示すように、負荷電流に対する光源の輝度が三次曲線に沿った電流−輝度特性を有しているため、例えば、負荷電流が６．６Ａの時に輝度が１００％であった場合、０．２％の輝度に調整する場合であっても、２．８Ａの負荷電流が必要であった。その結果、微少な負荷電流量の供給及び調整は必要ではなく、前述したような定電流光度調整装置２００で十分に対応可能であった。
【００１４】
これに対して、光源としてＬＥＤやＨＩＤランプなどの電子発光光源を用いる場合には、負荷電流に対する光源の輝度が一次曲線に沿った電流−輝度特性であるため、例えば、ＬＥＤを用いた場合であって、前述と同様に負荷電流が６．６Ａの時に輝度が１００％とした場合、０．２％の輝度に調整する場合、必要な電流は、０．０１Ａ程度の微少な負荷電流となるため、微少な負荷電流量の供給と調節が要求される。したがって、前述したような定電流光度調整装置２００では、微少な負荷電流量を精度良く調整することができないため、電子発光光源を用いた船舶通航信号システムには対応できないという問題があった。
【００１５】
しかも、電子発光光源を用いた船舶通航信号システムにおいては、輝度を０．２％に下げた場合、必要な電流は輝度が１００％の時の０．２％で良いのに対して、従来の熱発光光源を用いた灯火システムでは、輝度を０．２％に下げた場合であっても、輝度が１００％の時の４０％以上の電流が必要であり、エネルギー効率がきわめて悪いという問題があった。
【００１６】
また、船舶通航信号システムでは、停電をなくすために図１１に示すように正規用の定電流光度調整装置２００の他に代行用の定電流光度調整装置５００を装備しているが、前述したような従来の定電流光度調整装置２００では、正規用の定電流光度調整装置２００の開閉器２０１をＯＮにした状態から、この開閉器２０１をＯＦＦにして、代行用の定電流光度調整装置５００の開閉器５０１をＯＮにして、正規用及び代行用の電源の切換を行う。その場合、負荷回路６００に電圧が掛かっている状態であるので、開閉器２０１においてアークが発生する。そのため、アークが完全に切れてから開閉器５０１をＯＮにしないと代行用の定電流光度調整装置５００が短絡事故を起こすため、電源の切換時間が長期化する。特に巨大船を対象とした船舶通航信号システムにおいては、電源の切換時間が長期化して負荷回路の停電状態が長期化すると、慣性の大きな巨大船が長く不安な状態に陥る。従って、正規用及び代行用の電源の切換時間を圧縮することが、長年の課題であった。
【００１７】
さらに、地球温暖化が深刻な社会問題となっている昨今、省エネルギー化によりＣＯ２排出量削減に寄与する電子発光光源を用いた船舶通航信号システムの開発に高い関心が集まっている。
【００１８】
そこで、本発明が解決しようとする技術的課題、すなわち、本発明の目的は、ＬＥＤやＨＩＤランプなどのいわゆる電子発光光源を用いた複数の灯火が直列に接続されている負荷回路に対して簡単な回路構成で輝度調整の高精度化及び負荷電流低減時における灯火のちらつき防止を図ると共に、正規用及び代行用の２台の電源の切換時間を圧縮し、さらに、灯火の保守メンテナンス負担を軽減することができる船舶通航信号用定電流発生器切換システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
まず、本請求項１に係る発明は、商用交流単相電源と定電流供給用コンデンサと出力変成器の一次側巻線とが直列に接続されていると共に前記出力変成器の二次側巻線に発生する交流定電流の振幅を線形に変化させる複数の入力側切換タップが前記出力変成器の一次側巻線に設けられた正規用及び代行用の２台の定電流発生器と、電子発光光源を内装した複数の灯火が直列に接続されている負荷回路とを備えた船舶通航信号用定電流発生器切換システムであって、前記２台の定電流発生器が出力する交流定電流が逆相となるように直列に接続されていると共に前記負荷回路と接続され直列回路を形成し、前記２台の定電流発生器の各々が該定電流発生器の出力端を短絡させて前記直列回路から切り離す回路接点器を有していることにより、前記課題を解決したものである。
【００２０】
なお、本発明において、「電子発光光源」とは、ＬＥＤやＨＩＤランプなどのフィラメントを有しておらず、負荷電流に対する光源の輝度が一次曲線に沿った電流−輝度特性である光源を総称しているが、耐久性や耐衝撃性、寿命などの点で電子発光光源にＬＥＤを用いることが特に好ましい。また、本発明において、「商用単相交流電源」とは、電力会社から供給される電圧が１００Ｖ又は２００Ｖで周波数が５０Ｈｚ（東日本）又は６０Ｈｚ（西日本）である電源を意味しているが、周波数が４００Ｈｚ程度以下の低周波交流電源であれば、商用単相交流電源に換えて利用可能である。さらに、本発明において、「定電流発生器」とは、従来の定電流電源装置のように負荷に対して所定の定電流が流れるように電圧を変化させるものではなく、負荷変動に関係なく、すなわち負荷が短絡状態であっても常に一定の電流を供給可能であるという点で従来の定電流電源装置とは定電流発生原理が全く異なるものである。
【００２１】
そして、本請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明の構成に加えて、前記出力変成器の二次側巻線に発生した交流定電流の振幅を微調整する複数の出力側切換タップが、前記出力変成器の二次側巻線に設けられていることにより、前記課題をさらに解決したものである。
【００２２】
また、本請求項３に係る発明は、請求項１又は請求項２に係る発明の構成に加えて、前記電子発光光源が、ＬＥＤであることにより、前記課題をさらに解決したものである。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の船舶通航信号用定電流発生器切換システムは、出力電圧がＶ（ボルト）である商用単相交流電源と静電容量Ｃ（ファラッド）の定電流供給用コンデンサと出力変成器の一次側巻線とが直列に接続されていると共に前記出力変成器の二次側巻線に発生する交流定電流の振幅を線形に変化させる複数の入力側切換タップが前記出力変成器の一次側巻線に設けられた正規用及び代行用の２台の定電流発生器と、電子発光光源を内装した複数の灯火が直列に接続されている負荷回路とを備えたというきわめて簡単な構成によって、蓄積電荷Ｑは固定であるため、出力変成器の一次側巻線には、静電容量Ｃ（ファラッド）に対応した定電流Ｉ１が流れるので、前記出力変成器の二次側巻線に直列接続された負荷（点灯する電子発光光源の数や配線の長さになどによって決まる）が増減した場合であっても、例えば、負荷が短絡した場合であっても電源電圧に影響が波及せず、出力変成器の二次側へ常に安定した定電流供給が実現できる。その結果、出力変成器の二次側を短絡させた状態で定電流発生器の動作状態を点検することができる。また、複数の灯火が一筆書きのように一本の配線で直列に接続されるため、２本の配線で各灯火に電力を供給する場合に比べて配線の量を大幅に削減でき省資源化に貢献する。
【００２４】
さらに、前記一次側巻線に流れる定電流Ｉ１と選択された入力側切換タップまでの巻数Ｔ１との積Ｉ１・Ｔ１（アンペアターン）が、前記二次側巻線に発生する交流定電流Ｉ２と二次側巻線の巻数Ｔ２との積Ｉ２・Ｔ２（アンペアターン）が一定、すなわちＩ１・Ｔ１＝Ｉ２・Ｔ２の関係が成立し、Ｉ１が前述したように一定で、Ｔ２を固定とした場合、各入力側切換タップまでの巻数Ｔ１に比例した交流定電流Ｉ２が前記出力変成器の二次側巻線に発生するので、電子発光光源に通電される負荷電流を１００％通電から、例えば、０．２％という微少な通電まで入力側切換タップの切り換えによって精度良く調整することができる。
【００２５】
しかも、この調整は出力変成器の二次側巻線に発生する正弦波である交流定電流Ｉ２の振幅の大きさを変化させることによって達成されるため、負荷電流を低減させていった場合であっても灯火がちらつくことなく、良好な視認性を発揮させることができる。さらに、電流式のタップ切換は、電圧式のタップ切換と異なり、タップ間に電位差が発生しないため絶縁破壊などの故障の発生が抑制され、装置の安全性が向上する。
【００２６】
加えて、以下のような各請求項に特有の構成に対応した格別の効果を奏することができる。
【００２７】
すなわち、本請求項１に係る船舶通航信号用定電流発生器切換システムによれば、２台の定電流発生器が出力する交流定電流が逆相となるように直列に接続されていると共に前記負荷回路と接続され直列回路を形成し、前記２台の定電流発生器の各々が該定電流発生器の出力端を短絡させて前記直列回路から切り離す回路接点器を有していることにより、２台の定電流発生器の回路接点器の両方を短絡させた場合、負荷回路には電流が流れず、各定電流発生器は出力端を短絡させた状態で動作試験を実施することができる。また、どちらか一方の回路接点器を開放することによって、開放された側の定電流発生器が負荷回路に瞬時に接続される。さらに２台の定電流発生器を切り換える場合、一方の回路接点器を短絡させると同時に他方の回路接点器を開放させることにより、切換時間を殆ど要することなく２台の定電流発生器の切換が実現する。しかも、両方の回路接点が開放状態になったとしても、２台の定電流発生器の出力が逆相になるように接続されていることにより、２台の定電流発生器が出力する交流定電流が互いに相殺されるため、負荷回路に過電流が流れることが回避される。したがって、正規用及び代行用の２台の定電流発生器が常に運行状態で、瞬時交代が可能な２４時間運用港内通航情報伝達管理システムに適合した定電流発生器切換システムが実現できる。
【００２８】
また、本請求項２に係る船舶通航信号用定電流発生器切換システムによれば、請求項１に係る船舶通航信号用定電流発生器切換システムが奏する効果に加えて、出力変成器の二次側巻線に発生した交流定電流の振幅を微調整する複数の出力側切換タップが、前記出力変成器の二次側巻線に設けられていることにより、灯火のグローブに埃が付着し輝度が低下した場合であっても前記出力側切換タップの切り換えによって灯火に流れる負荷電流を増加させて輝度の低下を補償することができるので、熱発光光源に比べて長寿命である電子発光光源を運用途中で特別な保守を繰り返すことなく、電子発光光源の寿命が尽きるまで安全要求輝度１００％を維持することができる。
【００２９】
また、本請求項３に係る船舶通航信号用定電流発生器切換システムによれば、請求項１又は請求項２に係る船舶通航信号用定電流発生器切換システムが奏する効果に加えて、電子発光光源がＬＥＤであることにより、ＬＥＤは半導体を用いたｐｎ接合と呼ばれる固体構造で作られており、この構造の中で電子の持つエネルギーを直接、光エネルギーに変換することで発光し、巨視的には熱や運動の介在を必要としないので、優れた耐久性や耐衝撃性、長寿命化、高効率化を実現できる。
【００３０】
しかも、ハロゲンランプのような熱発光光源においては、過電流によってフィラメントが溶断することを防ぐために過電流継電器を設置する必要があったが、ＬＥＤは、多少の過電流が流れたとしても素子が溶断することがなく過電流継電器を設置する必要がないので、装置構成の簡略化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
本発明の船舶通航信号用定電流発生器切換システムは、商用交流単相電源と定電流供給用コンデンサと出力変成器の一次側巻線とが直列に接続されていると共に前記出力変成器の二次側巻線に発生する交流定電流の振幅を線形に変化させる複数の入力側切換タップが前記出力変成器の一次側巻線に設けられた正規用及び代行用の２台の定電流発生器と、電子発光光源を内装した複数の灯火が直列に接続されている負荷回路とを備えており、前記２台の定電流発生器が出力する交流定電流が逆相となるように直列に接続されていると共に前記負荷回路と接続され直列回路を形成し、前記２台の定電流発生器の各々が該定電流発生器の出力端を短絡させて前記直列回路から切り離す回路接点器を有していることによって、ＬＥＤやＨＩＤランプなどのいわゆる電子発光光源を用いた複数の灯火が直列に接続されている負荷回路に対して簡単な回路構成で輝度調整の高精度化を図ると共に、正規用及び代行用の２台の電源の切換時間を圧縮し、さらに、灯火の保守メンテナンス負担を軽減することができるものであれば、その具体的な実施の態様は、如何なるものであっても何ら構わない。
【００３２】
本発明の一実施例を図１乃至図６に基づいて説明する。
ここで、図１は、本発明の実施例である船舶通航信号用定電流発生器切換システムの主要構成要素の一つである正規用の定電流発生器の回路図であり、図２は、船舶通航信号用定電流発生器切換システムの主要構成要素の別の一つである負荷回路の回路図である。図３乃至図６は、正規用の定電流発生器と代行用の定電流発生器の切換動作を説明するための回路接点器の状態図である。
【００３３】
本発明の実施例である船舶通航信号用定電流発生器切換システムの主要構成要素の一つである正規用の定電流発生器１００は、図１に示すように、商用単相交流電源１１０と一定の静電容量Ｃ（ファラッド）を有するコンデンサ１２０と出力変成器１３０の一次側巻線１３０Ｐとが直列に接続されている。
【００３４】
さらに、出力変成器１３０の二次側巻線１３０Ｓに発生する交流定電流Ｉ２の振幅を線形に変化させるための複数の入力側切換タップ１３０Ａが、出力変成器１３０の一次側巻線１３０Ｐに設けられている。この入力側切換タップ１３０Ａは、要求される輝度（％）の変更段階、例えば、図９に示すように、１００％、３０％、２５％、１０％、５％、１％、０．２％と一次側巻線１３０Ｐの巻数が比例関係になるように設けられている。なお、図１においては、５％、１％、０．２％に対応する入力側切換タップは、記載を省略している。
【００３５】
そして、出力変成器１３０における電圧降下は、コンデンサ１２０の端子間電圧に比べて十分に小さいため、商用単相交流電源１１０の出力電圧がＶ（ボルト）で一定であり、コンデンサ１２０の静電容量Ｃ（ファラッド）が固定、例えば、２００μＦであることによって、出力変成器１３０の一次側巻線１３０Ｐには、静電容量Ｃ（ファラッド）に対応した定電流Ｉ１が流れる。さらに、この定電流Ｉ１と選択された入力側切換タップまでの巻数Ｔ１との積Ｉ１・Ｔ１（アンペアターン）と、二次側巻線１３０Ｓに発生する交流定電流Ｉ２と二次側巻線１３０Ｓの巻数Ｔ２との積Ｉ２・Ｔ２（アンペアターン）とが一定、すなわちＩ１・Ｔ１＝Ｉ２・Ｔ２の関係が成立するため、Ｉ１が前述したように一定で、二次側巻線１３０Ｓの巻数Ｔ２を固定とした場合、各入力側切換タップまでの巻数Ｔ１に比例した交流定電流Ｉ２が出力変成器１３０の二次側巻線１３０Ｓに発生する。
【００３６】
その結果、入力側切換スイッチ１３０Ｂによって、所望の入力側切換タップ１３０Ａを選択することにより、出力変成器１３０の二次側巻線１３０Ｓに一次側巻線１３０Ｐの巻数Ｔ１に比例した交流定電流Ｉ２を発生させることができる。例えば、Ｔ１が１０００ターンでありＴ２がＴ１の３倍の３０００ターンとした場合、Ｉ１を２０Ａの定電流とすることによって、Ｉ２としてＩ１の３分の１の６．６Ａの定電流が得られる。そして、Ｔ１を全巻数の３０％である３００ターンに切り替えることによって、Ｉ２として、６．６Ａの３０％である１．９８Ａの定電流が得られる。
【００３７】
また、本実施例を構成する正規用の定電流発生器１００は、図１に示すように、出力変成器１３０の二次側巻線１３０Ｓに、例えば、全巻数に対して０％、１％、３％、５％という細かい間隔で巻数を減少させる複数の出力側切換タップ１３０Ｃが設けられている。そして、出力側切換スイッチ１３０Ｄによって、所望の出力側切換タップ１３０Ｃを選択することにより、前述したＩ１・Ｔ１＝Ｉ２・Ｔ２の関係において、二次側巻線１３０Ｓの巻数Ｔ２を若干減少させることができるため、負荷に供給される交流定電流Ｉ２の振幅を微増（数％の上昇）させることができる。これにより、灯火のグローブに埃が付着して輝度が低下した際に初期の輝度を維持するように微調整することができる。ここで、灯火の輝度の微調整用の切換タップを出力変成器１３０の二次側に設ける理由は、一次側に設けた入力側切換タップ１３０Ａの巻数の線形関係を変更することなく、負荷電流を微増することができるからである。なお、本実施例を構成する代行用の定電流発生器は、図１で示した正規用の電流発生器と全く同じ回路であるので、図示を省略する。
【００３８】
そして、正規用及び代行用の２台の定電流発生器が、出力する交流定電流が逆相となるように直列に接続される。ここで、２台の定電流発生器は、同じ商用交流単相電源１１０から給電を受けているので、図１に示した回路において、出力端ＯＵＴのＡ端子同士あるいはＢ端子同士を接続することによって、２台の定電流発生器が、出力する交流定電流が逆相となるように直列に接続される。そして、開放されている出力端ＯＵＴ間に負荷回路が接続され２台の定電流発生器と負荷回路とが直列回路を形成している。さらに２台の定電流発生器の出力端ＯＵＴの各々に、該出力端ＯＵＴを短絡させて前記直列回路から切り離す回路接点器が接続されている（図３乃至図６参照）。
【００３９】
負荷回路は、例えば、港湾や海峡の管制信号板、電光情報掲示板などの用途に応じて、適宜必要数の灯火が直列に接続されている。その一例として負荷回路の回路構成を図２に示す。なお、本実施例に於いては、灯火を構成する電子発光光源としてＬＥＤを用いている。
【００４０】
図２に示したように、直列に接続された複数の灯火に内装された電子発光光源３００Ｂの任意の一つが不点灯になっても他の電子発光光源３００Ｂが影響を受けないようにするため、負荷回路３００を構成する各灯火には、絶縁トランス３００Ａを備えている。そして、電子発光光源３００Ｂに加わる逆方向電流を遮断するための逆流防止ダイオード３００Ｃが電子発光光源３００Ｂと直列に接続されている。なお、逆流防止ダイオード３００Ｃを用いて電子発光光源３００Ｂに加わる逆方向電流を遮断することに換えて２つの電子発光光源３００Ｂを互いに極性が逆方向となるように並列接続したものを絶縁トランス３００Ａの二次側に接続しても良い。この場合、正弦波交流電流の正方向通電時及び逆方向通電時に２つの電子発光光源３００Ｂが交互に点灯し、エネルギー効率が向上すると共に、負荷回路３００を構成する灯火のちらつきが一層低減し、その効果は甚大である。
【００４１】
次に、本実施例を構成する正規用及び代行用の２台の定電流発生器の切換動作について図３乃至図６に基づき説明する。
【００４２】
図３は、正規用の定電流発生器１００と代行用の定電流発生器４００の出力端ＯＵＴのそれぞれに接続された回路接点器１０１及び回路接点器４０１が、両方とも短絡状態にある。この時、負荷回路３００には、電流が流れない。そして、定電流発生器１００、４００は、出力端ＯＵＴが短絡状態にあるが、本発明による定電流発生器は、前述したように負荷の変動にかかわらず常に定電流を出力するので短絡事故を起こす心配はない。
【００４３】
図４は、正規用の定電流発生器１００と代行用の定電流発生器４００の出力端ＯＵＴのそれぞれに接続された回路接点器１０１及び回路接点器４０１のうち、回路接点器１０１だけが開放状態にある。この時、負荷回路３００には、正規用の定電流発生器１００から電流が供給される。代行用の定電流発生器４００は、出力端ＯＵＴが短絡状態にあり負荷回路３００への電流供給は行っていない。
【００４４】
図５は、正規用の定電流発生器１００と代行用の定電流発生器４００の出力端ＯＵＴのそれぞれに接続された回路接点器１０１及び回路接点器４０１のうち、回路接点器４０１だけが開放状態にある。この時、負荷回路３００には、代行用の定電流発生器４００から電流が供給される。正規用の定電流発生器１００は、出力端ＯＵＴが短絡状態にあり負荷回路３００への電流供給は行っていない。ここで、本発明による定電流発生器は、前述したように電圧制御によって、定電流を得るものではなく、負荷変動に関係なく定電流を発生させるものであるため回路接点器にアークが発生することなく、図４に示した正規用の定電流発生器１００からの給電と図５に示した代行用の定電流発生器４００からの給電との切換は、瞬時に行うことができる。
【００４５】
図６は、正規用の定電流発生器１００と代行用の定電流発生器４００の出力端ＯＵＴのそれぞれに接続された回路接点器１０１及び回路接点器４０１が、両方とも開いた状態にある。この時、定電流発生器１００と定電流発生器４００は、出力端ＯＵＴが逆相に接続されているため、それぞれから出力される電流が相殺して負荷回路３００には、電流が流れない。
【００４６】
また、本発明の船舶通航信号用電流発生器切換システムを構成する定電流発生器１００は、出力変成器１３０の一次側巻線１３０Ｐに設けられた入力側切換タップ１３０Ａの設置位置を図９に示した輝度（％）と熱発光光源電流（Ａ）の関係に対応させて設けることによって、従来から用いられている熱発光光源に対しても入力側切換タップ１３０Ａの切り換えにより従来の定電流装置と同様に、所望の輝度に対する電流を出力する電源として使用することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明は、一定の静電容量Ｃ（ファラッド）の電流供給用コンデンサに定電圧Ｖを印加すると静電容量Ｃに対応した定電流が発生するという原理を応用して、きわめて簡単な構成で負荷変動に因らず定電流を発生する定電流発生器を構成することができると共に、正規用及び代行用の２台の定電流発生器を瞬時に切り換えることができ、さらに海上の異常や危険を知らせるモールス信号も加えることで安全対策面での機能を向上させることができ、港内走行の安全性が増すことにより、大型船舶誘導制御が可能になる。また、小型船の誘導制御も同様に行え、管制官の無線情報に合わせた視覚情報提供の一端を担うことができ、港湾や海峡の船舶通航信号システムの安全性を高めると共に、輝度調整の高精度化、エネルギー効率の高効率化、保守メンテナンス負担の軽減を実現でき、その産業上の利用可能性はきわめて高い。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の船舶通航信号用定電流発生器切換システムの定電流発生器の回路図。
【図２】本発明の船舶通航信号用定電流発生器切換システムの負荷回路の回路図。
【図３】本発明の正規用の定電流発生器と代行用の定電流発生器の切換動作を示す図。
【図４】本発明の正規用の定電流発生器と代行用の定電流発生器の切換動作を示す図。
【図５】本発明の正規用の定電流発生器と代行用の定電流発生器の切換動作を示す図。
【図６】本発明の正規用の定電流発生器と代行用の定電流発生器の切換動作を示す図。
【図７】従来の熱発光光源用の定電流光度調整装置の回路図。
【図８】図７に示した従来の定電流光度調整装置の各部における信号波形図。
【図９】電子発光光源と熱発光光源の電流−輝度特性を示した表。
【図１０】図９に示した表に基づいたグラフ。
【図１１】従来の正規用の定電流光度調整装置と代行用の定電流光度調整装置の切換動作を示す図。
【符号の説明】
【００４９】
１００、４００ ・・・定電流発生器
１０１、４０１ ・・・回路接点器
１１０ ・・・商用単相交流電源
１２０ ・・・コンデンサ
１３０ ・・・出力変成器
１３０Ａ・・・（出力変成器の）入力側切換タップ
１３０Ｂ・・・（出力変成器の）入力側切換スイッチ
１３０Ｃ・・・（出力変成器の）出力側切換タップ
１３０Ｄ・・・（出力変成器の）出力側切換スイッチ
１３０Ｐ・・・（出力変成器の）一次側巻線
１３０Ｓ・・・（出力変成器の）二次側巻線
３００ ・・・負荷回路
３００Ａ・・・（負荷回路３００の）絶縁トランス
３００Ｂ・・・（負荷回路３００の）電子発光光源
３００Ｃ・・・（負荷回路３００の）逆流防止ダイオード
２００、５００ ・・・定電流光度調整装置
２１０ ・・・商用単相交流電源
２２０ ・・・共振回路
２２０Ａ・・・（共振回路の）コンデンサ
２２０Ｂ・・・（共振回路の）リアクトル
２３０ ・・・出力変成器
２３０Ｐ・・・（出力変成器の）一次側巻線
２３０Ｓ・・・（出力変成器の）二次側巻線
２４０ ・・・灯火
２４０Ａ・・・（灯火の）絶縁トランス
２４０Ｂ・・・（灯火の）熱発光光源
２４０Ｃ・・・（灯火の）逆流防止ダイオード
２５０ ・・・分流回路
２５０Ａ・・・（分流回路の）サイリスタ
２５０Ｂ・・・（分流回路の）サイリスタ
２６０ ・・・サイクル制御回路
２７０ ・・・電流検出器
２８０ ・・・配線
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤ（発光ダイオード）やＨＩＤランプ（高輝度放電灯）などの電子発光光源の電源に関し、さらに詳しくは、船舶通航信号板のように配線距離が長く広範囲に配設された多数の灯火からなる照明設備を正規用及び代行用の２台の電源により交互に点灯させる船舶通航信号用定電流発生器切換システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、港湾や海峡では、天候不順による視界不良時や夜間であっても、船舶を安全に運行させるために、各種視覚情報装置が配設されている。これらの視覚情報装置は、船舶に対して視認距離と停船待機位置を知らせる船舶通航信号や潮流の向きを知らせる潮流信号などをＬＥＤ表示板などにより提供している。
【０００３】
このような船舶通航信号システムでは、広範囲にわたってタングステンランプやハロゲンランプなどの熱発光光源を内装した多数の灯火が配設されるため、これらの多数の灯火に対して電力を供給するためには、非常に長い距離の配線が必要となる。そのため、この配線による電力損失を考慮して各灯火の光度を均一に保つ必要があると共に、何れかの灯火に不点灯が発生しても他の灯火を安定して点灯させる灯火システムが必要である。
【０００４】
さらに、前述した灯火システムでは、昼間であるか夜間であるかや、気象状況に応じて灯火の視認性が変化するため、これらの状況の変化に応じて灯火の輝度を調整する必要がある。例えば、周辺照度が高い、すなわち周りが明るい昼間では灯火の視認性が低下するため、灯火の輝度を高くする必要がある。一方、周辺照度が低い、すなわち周りが暗い夜間では灯火の視認性が良好であるため、灯火の輝度を低くすることによって消費電力を削減することができる。
【０００５】
このような用途に適した電源装置として、本発明者は、図７に示したような定電流光度調整装置２００を開発した。この定電流光度調整装置２００は、商用単相交流電源２１０と、この商用単相交流電源２１０に直列に接続され、商用単相交流電源２１０の出力と所定の共振条件を満たす時定数を有し、負荷変動に無関係な一定な正弦波交流電流Ｉを出力する共振回路２２０と、一次側巻線２３０Ｐが共振回路２２０の出力に直列接続された出力変成器２３０とを有している。
【０００６】
さらに、比較的長い距離の配線２８０を介して出力変成器２３０の二次側巻線２３０Ｓにそれぞれ直列接続された複数の灯火２４０と、任意の期間だけ一次側巻線２３０Ｐに流れる正弦波交流を短絡する分流回路２５０と、電流検出器２７０により検出された出力変成器２３０の二次側電流すなわち負荷電流ＩＬに基づいて、共振回路２２０から出力される正弦波交流電流Ｉの１サイクルを単位として分流回路２５０を短絡制御（サイクル制御）することにより、負荷電流ＩＬの大きさを調整するサイクル制御回路２６０とを有している。
【０００７】
このような定電流光度調整装置２００は、商用単相交流電源２１０に対して共振回路２２０が直列接続されており、所定の共振条件を満たすように、コンデンサ２２０Ａとリアクトル２２０Ｂとから決定される時定数と、交流電源出力の周波数、電圧、電流とを選択することにより、負荷の変動に無関係な一定の電流Ｉが得られる。この電流Ｉは、出力変成器２３０の一次側巻線２３０Ｐに供給され昇圧され、出力変成器２３０の二次側巻線２３０Ｓに直列接続されたそれぞれの灯火２４０に一定の負荷電流ＩＬとして等しく供給される。
【０００８】
これにより、出力変成器２３０から各灯火２４０への配線２８０が非常に長い場合であっても、各灯火２４０の熱発光光源２４０Ｂには、絶縁トランス２４０Ａを介して等しい電流が供給されるものとなり、各熱発光光源２４０Ｂを均一な光度で点灯させることができる。なお、任意の熱発光光源２４０Ｂが不点灯となっても絶縁トランス２４０Ａにより負荷側の直列回路が断線されることがないので、他の熱発光光源２４０Ｂへの影響は生じない。また、分流回路２５０は、互いに極性が逆方向となるように並列接続されたサイリスタ２５０Ａ、２５０Ｂから構成されており、短絡動作時には、正弦波交流がプラス側の期間はサイリスタ２５０Ａがオンとなり、マイナス側の期間はサイリスタ２５０Ｂがオンとなる。
【０００９】
図８は、図７に示した従来の定電流光度調整装置２００の各部の信号を示す信号波形図で有り、ここでは、共振回路２２０から出力される電流Ｉの正弦波８周期（周期Ｔ１）分のうち１周期（周期Ｔ２）分を短絡する場合が例として示されている。サイクル制御回路２６０は、電流検出器２７０を介して検出された負荷電流ＩＬに基づいて、所望の負荷電流ＩＬを得るための波数比Ｒ＝Ｔ２／Ｔ１を算出する。例えば、波数比Ｒ＝１／８の場合には、図８に示すように、電流Ｉの正弦波８周期（周期Ｔ１）分のうち１周期（周期Ｔ２）分を短絡するように分流回路２５０を制御する。その結果、灯火２４０に供給される電流は、７／８に減少する。そして、波数比Ｒを変えることにより灯火２４０に供給される電流を可変することができる（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特許第３３６４４０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところが、前述した従来の定電流光度調整装置２００では、出力変成器２３０の一次側に流れる電流Ｉａを所定の波数比Ｒで短絡させることにより、負荷電流ＩＬの調整を行っているため、例えば、商用単相交流電源２１０の周波数が５０Ｈｚであるとした場合、負荷電流ＩＬの刻み幅は、２％となり、それ以下の電流調整は不可能であるという課題があった。
また、負荷電流ＩＬを低減させるためには、所定の波数比Ｒで負荷電流ＩＬを短絡させているため、負荷電流ＩＬを低減させていくにつれて灯火２４０がちらつくという課題があった。
しかも、従来の定電流光度調整装置２００では、図７に示したように、共振回路２２０、分流回路２５０、サイクル制御回路２６０などが必要であり、回路構成が複雑となると共に、共振回路２２０が大型のリアクトル２２０Ｂを必要とするため、装置が大型化するという課題があった。
【００１１】
さらに、灯火のグローブ（光源を覆っている部材）に埃が付着し次第に輝度が低下するため、灯火の寿命がまだ尽きていないのに、グローブを磨いたり、光源を交換したりしなくてはならないという保守メンテナンス上の課題があった。
【００１２】
一方、近年、広範囲にわたって多数の灯火を配設する船舶通航信号システムにおいては、消費電力やメンテナンス性を考慮し、光源として前述したようなタングステンランプやハロゲンランプなどのフィラメントを用いたランプ、いわゆる熱発光光源ではなく、効率よく所望の発光色が得られ、かつ球切れ（フィラメントの断線）の心配がなく長寿命なＬＥＤやＨＩＤランプなどのフィラメントを有していない、いわゆる電子発光光源の導入が検討されている。
【００１３】
しかしながら、従来用いられていた、タングステンランプやハロゲンランプなどの熱発光光源では、図９及び図１０に示すように、負荷電流に対する光源の輝度が三次曲線に沿った電流−輝度特性を有しているため、例えば、負荷電流が６．６Ａの時に輝度が１００％であった場合、０．２％の輝度に調整する場合であっても、２．８Ａの負荷電流が必要であった。その結果、微少な負荷電流量の供給及び調整は必要ではなく、前述したような定電流光度調整装置２００で十分に対応可能であった。
【００１４】
これに対して、光源としてＬＥＤやＨＩＤランプなどの電子発光光源を用いる場合には、負荷電流に対する光源の輝度が一次曲線に沿った電流−輝度特性であるため、例えば、ＬＥＤを用いた場合であって、前述と同様に負荷電流が６．６Ａの時に輝度が１００％とした場合、０．２％の輝度に調整する場合、必要な電流は、０．０１Ａ程度の微少な負荷電流となるため、微少な負荷電流量の供給と調節が要求される。したがって、前述したような定電流光度調整装置２００では、微少な負荷電流量を精度良く調整することができないため、電子発光光源を用いた船舶通航信号システムには対応できないという問題があった。
【００１５】
しかも、電子発光光源を用いた船舶通航信号システムにおいては、輝度を０．２％に下げた場合、必要な電流は輝度が１００％の時の０．２％で良いのに対して、従来の熱発光光源を用いた灯火システムでは、輝度を０．２％に下げた場合であっても、輝度が１００％の時の４０％以上の電流が必要であり、エネルギー効率がきわめて悪いという問題があった。
【００１６】
また、船舶通航信号システムでは、停電をなくすために図１１に示すように正規用の定電流光度調整装置２００の他に代行用の定電流光度調整装置５００を装備しているが、前述したような従来の定電流光度調整装置２００では、正規用の定電流光度調整装置２００の開閉器２０１をＯＮにした状態から、この開閉器２０１をＯＦＦにして、代行用の定電流光度調整装置５００の開閉器５０１をＯＮにして、正規用及び代行用の電源の切換を行う。その場合、負荷回路６００に電圧が掛かっている状態であるので、開閉器２０１においてアークが発生する。そのため、アークが完全に切れてから開閉器５０１をＯＮにしないと代行用の定電流光度調整装置５００が短絡事故を起こすため、電源の切換時間が長期化する。特に巨大船を対象とした船舶通航信号システムにおいては、電源の切換時間が長期化して負荷回路の停電状態が長期化すると、慣性の大きな巨大船が長く不安な状態に陥る。従って、正規用及び代行用の電源の切換時間を圧縮することが、長年の課題であった。
【００１７】
さらに、地球温暖化が深刻な社会問題となっている昨今、省エネルギー化によりＣＯ２排出量削減に寄与する電子発光光源を用いた船舶通航信号システムの開発に高い関心が集まっている。
【００１８】
そこで、本発明が解決しようとする技術的課題、すなわち、本発明の目的は、ＬＥＤやＨＩＤランプなどのいわゆる電子発光光源を用いた複数の灯火が直列に接続されている負荷回路に対して簡単な回路構成で輝度調整の高精度化及び負荷電流低減時における灯火のちらつき防止を図ると共に、正規用及び代行用の２台の電源の切換時間を圧縮し、さらに、灯火の保守メンテナンス負担を軽減することができる船舶通航信号用定電流発生器切換システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
まず、本請求項１に係る発明は、商用交流単相電源と定電流供給用コンデンサと出力変成器の一次側巻線とが直列に接続されていると共に前記出力変成器の二次側巻線に発生する交流定電流の振幅を線形に変化させる複数の入力側切換タップが前記出力変成器の一次側巻線に設けられた正規用及び代行用の２台の定電流発生器と、電子発光光源を内装した複数の灯火が直列に接続されている負荷回路とを備えた船舶通航信号用定電流発生器切換システムであって、前記２台の定電流発生器が出力する交流定電流が逆相となるように直列に接続されていると共に前記負荷回路と接続され直列回路を形成し、前記２台の定電流発生器の各々が該定電流発生器の出力端を短絡させて前記直列回路から切り離す回路接点器を有していることにより、前記課題を解決したものである。
【００２０】
なお、本発明において、「電子発光光源」とは、ＬＥＤやＨＩＤランプなどのフィラメントを有しておらず、負荷電流に対する光源の輝度が一次曲線に沿った電流−輝度特性である光源を総称しているが、耐久性や耐衝撃性、寿命などの点で電子発光光源にＬＥＤを用いることが特に好ましい。また、本発明において、「商用単相交流電源」とは、電力会社から供給される電圧が１００Ｖ又は２００Ｖで周波数が５０Ｈｚ（東日本）又は６０Ｈｚ（西日本）である電源を意味しているが、周波数が４００Ｈｚ程度以下の低周波交流電源であれば、商用単相交流電源に換えて利用可能である。さらに、本発明において、「定電流発生器」とは、従来の定電流電源装置のように負荷に対して所定の定電流が流れるように電圧を変化させるものではなく、負荷変動に関係なく、すなわち負荷が短絡状態であっても常に一定の電流を供給可能であるという点で従来の定電流電源装置とは定電流発生原理が全く異なるものである。
【００２１】
そして、本請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明の構成に加えて、前記出力変成器の二次側巻線に発生した交流定電流の振幅を微調整する複数の出力側切換タップが、前記出力変成器の二次側巻線に設けられていることにより、前記課題をさらに解決したものである。
【００２２】
また、本請求項３に係る発明は、請求項１又は請求項２に係る発明の構成に加えて、前記電子発光光源が、ＬＥＤであることにより、前記課題をさらに解決したものである。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の船舶通航信号用定電流発生器切換システムは、出力電圧がＶ（ボルト）である商用単相交流電源と静電容量Ｃ（ファラッド）の定電流供給用コンデンサと出力変成器の一次側巻線とが直列に接続されていると共に前記出力変成器の二次側巻線に発生する交流定電流の振幅を線形に変化させる複数の入力側切換タップが前記出力変成器の一次側巻線に設けられた正規用及び代行用の２台の定電流発生器と、電子発光光源を内装した複数の灯火が直列に接続されている負荷回路とを備えたというきわめて簡単な構成によって、蓄積電荷Ｑは固定であるため、出力変成器の一次側巻線には、静電容量Ｃ（ファラッド）に対応した定電流Ｉ１が流れるので、前記出力変成器の二次側巻線に直列接続された負荷（点灯する電子発光光源の数や配線の長さになどによって決まる）が増減した場合であっても、例えば、負荷が短絡した場合であっても電源電圧に影響が波及せず、出力変成器の二次側へ常に安定した定電流供給が実現できる。その結果、出力変成器の二次側を短絡させた状態で定電流発生器の動作状態を点検することができる。また、複数の灯火が一筆書きのように一本の配線で直列に接続されるため、２本の配線で各灯火に電力を供給する場合に比べて配線の量を大幅に削減でき省資源化に貢献する。
【００２４】
さらに、前記一次側巻線に流れる定電流Ｉ１と選択された入力側切換タップまでの巻数Ｔ１との積Ｉ１・Ｔ１（アンペアターン）が、前記二次側巻線に発生する交流定電流Ｉ２と二次側巻線の巻数Ｔ２との積Ｉ２・Ｔ２（アンペアターン）が一定、すなわちＩ１・Ｔ１＝Ｉ２・Ｔ２の関係が成立し、Ｉ１が前述したように一定で、Ｔ２を固定とした場合、各入力側切換タップまでの巻数Ｔ１に比例した交流定電流Ｉ２が前記出力変成器の二次側巻線に発生するので、電子発光光源に通電される負荷電流を１００％通電から、例えば、０．２％という微少な通電まで入力側切換タップの切り換えによって精度良く調整することができる。
【００２５】
しかも、この調整は出力変成器の二次側巻線に発生する正弦波である交流定電流Ｉ２の振幅の大きさを変化させることによって達成されるため、負荷電流を低減させていった場合であっても灯火がちらつくことなく、良好な視認性を発揮させることができる。さらに、電流式のタップ切換は、電圧式のタップ切換と異なり、タップ間に電位差が発生しないため絶縁破壊などの故障の発生が抑制され、装置の安全性が向上する。
【００２６】
加えて、以下のような各請求項に特有の構成に対応した格別の効果を奏することができる。
【００２７】
すなわち、本請求項１に係る船舶通航信号用定電流発生器切換システムによれば、２台の定電流発生器が出力する交流定電流が逆相となるように直列に接続されていると共に前記負荷回路と接続され直列回路を形成し、前記２台の定電流発生器の各々が該定電流発生器の出力端を短絡させて前記直列回路から切り離す回路接点器を有していることにより、２台の定電流発生器の回路接点器の両方を短絡させた場合、負荷回路には電流が流れず、各定電流発生器は出力端を短絡させた状態で動作試験を実施することができる。また、どちらか一方の回路接点器を開放することによって、開放された側の定電流発生器が負荷回路に瞬時に接続される。さらに２台の定電流発生器を切り換える場合、一方の回路接点器を短絡させると同時に他方の回路接点器を開放させることにより、切換時間を殆ど要することなく２台の定電流発生器の切換が実現する。しかも、両方の回路接点が開放状態になったとしても、２台の定電流発生器の出力が逆相になるように接続されていることにより、２台の定電流発生器が出力する交流定電流が互いに相殺されるため、負荷回路に過電流が流れることが回避される。したがって、正規用及び代行用の２台の定電流発生器が常に運行状態で、瞬時交代が可能な２４時間運用港内通航情報伝達管理システムに適合した定電流発生器切換システムが実現できる。
【００２８】
また、本請求項２に係る船舶通航信号用定電流発生器切換システムによれば、請求項１に係る船舶通航信号用定電流発生器切換システムが奏する効果に加えて、出力変成器の二次側巻線に発生した交流定電流の振幅を微調整する複数の出力側切換タップが、前記出力変成器の二次側巻線に設けられていることにより、灯火のグローブに埃が付着し輝度が低下した場合であっても前記出力側切換タップの切り換えによって灯火に流れる負荷電流を増加させて輝度の低下を補償することができるので、熱発光光源に比べて長寿命である電子発光光源を運用途中で特別な保守を繰り返すことなく、電子発光光源の寿命が尽きるまで安全要求輝度１００％を維持することができる。
【００２９】
また、本請求項３に係る船舶通航信号用定電流発生器切換システムによれば、請求項１又は請求項２に係る船舶通航信号用定電流発生器切換システムが奏する効果に加えて、電子発光光源がＬＥＤであることにより、ＬＥＤは半導体を用いたｐｎ接合と呼ばれる固体構造で作られており、この構造の中で電子の持つエネルギーを直接、光エネルギーに変換することで発光し、巨視的には熱や運動の介在を必要としないので、優れた耐久性や耐衝撃性、長寿命化、高効率化を実現できる。
【００３０】
しかも、ハロゲンランプのような熱発光光源においては、過電流によってフィラメントが溶断することを防ぐために過電流継電器を設置する必要があったが、ＬＥＤは、多少の過電流が流れたとしても素子が溶断することがなく過電流継電器を設置する必要がないので、装置構成の簡略化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
本発明の船舶通航信号用定電流発生器切換システムは、商用交流単相電源と定電流供給用コンデンサと出力変成器の一次側巻線とが直列に接続されていると共に前記出力変成器の二次側巻線に発生する交流定電流の振幅を線形に変化させる複数の入力側切換タップが前記出力変成器の一次側巻線に設けられた正規用及び代行用の２台の定電流発生器と、電子発光光源を内装した複数の灯火が直列に接続されている負荷回路とを備えており、前記２台の定電流発生器が出力する交流定電流が逆相となるように直列に接続されていると共に前記負荷回路と接続され直列回路を形成し、前記２台の定電流発生器の各々が該定電流発生器の出力端を短絡させて前記直列回路から切り離す回路接点器を有していることによって、ＬＥＤやＨＩＤランプなどのいわゆる電子発光光源を用いた複数の灯火が直列に接続されている負荷回路に対して簡単な回路構成で輝度調整の高精度化を図ると共に、正規用及び代行用の２台の電源の切換時間を圧縮し、さらに、灯火の保守メンテナンス負担を軽減することができるものであれば、その具体的な実施の態様は、如何なるものであっても何ら構わない。
【００３２】
本発明の一実施例を図１乃至図６に基づいて説明する。
ここで、図１は、本発明の実施例である船舶通航信号用定電流発生器切換システムの主要構成要素の一つである正規用の定電流発生器の回路図であり、図２は、船舶通航信号用定電流発生器切換システムの主要構成要素の別の一つである負荷回路の回路図である。図３乃至図６は、正規用の定電流発生器と代行用の定電流発生器の切換動作を説明するための回路接点器の状態図である。
【００３３】
本発明の実施例である船舶通航信号用定電流発生器切換システムの主要構成要素の一つである正規用の定電流発生器１００は、図１に示すように、商用単相交流電源１１０と一定の静電容量Ｃ（ファラッド）を有するコンデンサ１２０と出力変成器１３０の一次側巻線１３０Ｐとが直列に接続されている。
【００３４】
さらに、出力変成器１３０の二次側巻線１３０Ｓに発生する交流定電流Ｉ２の振幅を線形に変化させるための複数の入力側切換タップ１３０Ａが、出力変成器１３０の一次側巻線１３０Ｐに設けられている。この入力側切換タップ１３０Ａは、要求される輝度（％）の変更段階、例えば、図９に示すように、１００％、３０％、２５％、１０％、５％、１％、０．２％と一次側巻線１３０Ｐの巻数が比例関係になるように設けられている。なお、図１においては、５％、１％、０．２％に対応する入力側切換タップは、記載を省略している。
【００３５】
そして、出力変成器１３０における電圧降下は、コンデンサ１２０の端子間電圧に比べて十分に小さいため、商用単相交流電源１１０の出力電圧がＶ（ボルト）で一定であり、コンデンサ１２０の静電容量Ｃ（ファラッド）が固定、例えば、２００μＦであることによって、出力変成器１３０の一次側巻線１３０Ｐには、静電容量Ｃ（ファラッド）に対応した定電流Ｉ１が流れる。さらに、この定電流Ｉ１と選択された入力側切換タップまでの巻数Ｔ１との積Ｉ１・Ｔ１（アンペアターン）と、二次側巻線１３０Ｓに発生する交流定電流Ｉ２と二次側巻線１３０Ｓの巻数Ｔ２との積Ｉ２・Ｔ２（アンペアターン）とが一定、すなわちＩ１・Ｔ１＝Ｉ２・Ｔ２の関係が成立するため、Ｉ１が前述したように一定で、二次側巻線１３０Ｓの巻数Ｔ２を固定とした場合、各入力側切換タップまでの巻数Ｔ１に比例した交流定電流Ｉ２が出力変成器１３０の二次側巻線１３０Ｓに発生する。
【００３６】
その結果、入力側切換スイッチ１３０Ｂによって、所望の入力側切換タップ１３０Ａを選択することにより、出力変成器１３０の二次側巻線１３０Ｓに一次側巻線１３０Ｐの巻数Ｔ１に比例した交流定電流Ｉ２を発生させることができる。例えば、Ｔ１が１０００ターンでありＴ２がＴ１の３倍の３０００ターンとした場合、Ｉ１を２０Ａの定電流とすることによって、Ｉ２としてＩ１の３分の１の６．６Ａの定電流が得られる。そして、Ｔ１を全巻数の３０％である３００ターンに切り替えることによって、Ｉ２として、６．６Ａの３０％である１．９８Ａの定電流が得られる。
【００３７】
また、本実施例を構成する正規用の定電流発生器１００は、図１に示すように、出力変成器１３０の二次側巻線１３０Ｓに、例えば、全巻数に対して０％、１％、３％、５％という細かい間隔で巻数を減少させる複数の出力側切換タップ１３０Ｃが設けられている。そして、出力側切換スイッチ１３０Ｄによって、所望の出力側切換タップ１３０Ｃを選択することにより、前述したＩ１・Ｔ１＝Ｉ２・Ｔ２の関係において、二次側巻線１３０Ｓの巻数Ｔ２を若干減少させることができるため、負荷に供給される交流定電流Ｉ２の振幅を微増（数％の上昇）させることができる。これにより、灯火のグローブに埃が付着して輝度が低下した際に初期の輝度を維持するように微調整することができる。ここで、灯火の輝度の微調整用の切換タップを出力変成器１３０の二次側に設ける理由は、一次側に設けた入力側切換タップ１３０Ａの巻数の線形関係を変更することなく、負荷電流を微増することができるからである。なお、本実施例を構成する代行用の定電流発生器は、図１で示した正規用の電流発生器と全く同じ回路であるので、図示を省略する。
【００３８】
そして、正規用及び代行用の２台の定電流発生器が、出力する交流定電流が逆相となるように直列に接続される。ここで、２台の定電流発生器は、同じ商用交流単相電源１１０から給電を受けているので、図１に示した回路において、出力端ＯＵＴのＡ端子同士あるいはＢ端子同士を接続することによって、２台の定電流発生器が、出力する交流定電流が逆相となるように直列に接続される。そして、開放されている出力端ＯＵＴ間に負荷回路が接続され２台の定電流発生器と負荷回路とが直列回路を形成している。さらに２台の定電流発生器の出力端ＯＵＴの各々に、該出力端ＯＵＴを短絡させて前記直列回路から切り離す回路接点器が接続されている（図３乃至図６参照）。
【００３９】
負荷回路は、例えば、港湾や海峡の管制信号板、電光情報掲示板などの用途に応じて、適宜必要数の灯火が直列に接続されている。その一例として負荷回路の回路構成を図２に示す。なお、本実施例に於いては、灯火を構成する電子発光光源としてＬＥＤを用いている。
【００４０】
図２に示したように、直列に接続された複数の灯火に内装された電子発光光源３００Ｂの任意の一つが不点灯になっても他の電子発光光源３００Ｂが影響を受けないようにするため、負荷回路３００を構成する各灯火には、絶縁トランス３００Ａを備えている。そして、電子発光光源３００Ｂに加わる逆方向電流を遮断するための逆流防止ダイオード３００Ｃが電子発光光源３００Ｂと直列に接続されている。なお、逆流防止ダイオード３００Ｃを用いて電子発光光源３００Ｂに加わる逆方向電流を遮断することに換えて２つの電子発光光源３００Ｂを互いに極性が逆方向となるように並列接続したものを絶縁トランス３００Ａの二次側に接続しても良い。この場合、正弦波交流電流の正方向通電時及び逆方向通電時に２つの電子発光光源３００Ｂが交互に点灯し、エネルギー効率が向上すると共に、負荷回路３００を構成する灯火のちらつきが一層低減し、その効果は甚大である。
【００４１】
次に、本実施例を構成する正規用及び代行用の２台の定電流発生器の切換動作について図３乃至図６に基づき説明する。
【００４２】
図３は、正規用の定電流発生器１００と代行用の定電流発生器４００の出力端ＯＵＴのそれぞれに接続された回路接点器１０１及び回路接点器４０１が、両方とも短絡状態にある。この時、負荷回路３００には、電流が流れない。そして、定電流発生器１００、４００は、出力端ＯＵＴが短絡状態にあるが、本発明による定電流発生器は、前述したように負荷の変動にかかわらず常に定電流を出力するので短絡事故を起こす心配はない。
【００４３】
図４は、正規用の定電流発生器１００と代行用の定電流発生器４００の出力端ＯＵＴのそれぞれに接続された回路接点器１０１及び回路接点器４０１のうち、回路接点器１０１だけが開放状態にある。この時、負荷回路３００には、正規用の定電流発生器１００から電流が供給される。代行用の定電流発生器４００は、出力端ＯＵＴが短絡状態にあり負荷回路３００への電流供給は行っていない。
【００４４】
図５は、正規用の定電流発生器１００と代行用の定電流発生器４００の出力端ＯＵＴのそれぞれに接続された回路接点器１０１及び回路接点器４０１のうち、回路接点器４０１だけが開放状態にある。この時、負荷回路３００には、代行用の定電流発生器４００から電流が供給される。正規用の定電流発生器１００は、出力端ＯＵＴが短絡状態にあり負荷回路３００への電流供給は行っていない。ここで、本発明による定電流発生器は、前述したように電圧制御によって、定電流を得るものではなく、負荷変動に関係なく定電流を発生させるものであるため回路接点器にアークが発生することなく、図４に示した正規用の定電流発生器１００からの給電と図５に示した代行用の定電流発生器４００からの給電との切換は、瞬時に行うことができる。
【００４５】
図６は、正規用の定電流発生器１００と代行用の定電流発生器４００の出力端ＯＵＴのそれぞれに接続された回路接点器１０１及び回路接点器４０１が、両方とも開いた状態にある。この時、定電流発生器１００と定電流発生器４００は、出力端ＯＵＴが逆相に接続されているため、それぞれから出力される電流が相殺して負荷回路３００には、電流が流れない。
【００４６】
また、本発明の船舶通航信号用電流発生器切換システムを構成する定電流発生器１００は、出力変成器１３０の一次側巻線１３０Ｐに設けられた入力側切換タップ１３０Ａの設置位置を図９に示した輝度（％）と熱発光光源電流（Ａ）の関係に対応させて設けることによって、従来から用いられている熱発光光源に対しても入力側切換タップ１３０Ａの切り換えにより従来の定電流装置と同様に、所望の輝度に対する電流を出力する電源として使用することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明は、一定の静電容量Ｃ（ファラッド）の電流供給用コンデンサに定電圧Ｖを印加すると静電容量Ｃに対応した定電流が発生するという原理を応用して、きわめて簡単な構成で負荷変動に因らず定電流を発生する定電流発生器を構成することができると共に、正規用及び代行用の２台の定電流発生器を瞬時に切り換えることができ、さらに海上の異常や危険を知らせるモールス信号も加えることで安全対策面での機能を向上させることができ、港内走行の安全性が増すことにより、大型船舶誘導制御が可能になる。また、小型船の誘導制御も同様に行え、管制官の無線情報に合わせた視覚情報提供の一端を担うことができ、港湾や海峡の船舶通航信号システムの安全性を高めると共に、輝度調整の高精度化、エネルギー効率の高効率化、保守メンテナンス負担の軽減を実現でき、その産業上の利用可能性はきわめて高い。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の船舶通航信号用定電流発生器切換システムの定電流発生器の回路図。
【図２】本発明の船舶通航信号用定電流発生器切換システムの負荷回路の回路図。
【図３】本発明の正規用の定電流発生器と代行用の定電流発生器の切換動作を示す図。
【図４】本発明の正規用の定電流発生器と代行用の定電流発生器の切換動作を示す図。
【図５】本発明の正規用の定電流発生器と代行用の定電流発生器の切換動作を示す図。
【図６】本発明の正規用の定電流発生器と代行用の定電流発生器の切換動作を示す図。
【図７】従来の熱発光光源用の定電流光度調整装置の回路図。
【図８】図７に示した従来の定電流光度調整装置の各部における信号波形図。
【図９】電子発光光源と熱発光光源の電流−輝度特性を示した表。
【図１０】図９に示した表に基づいたグラフ。
【図１１】従来の正規用の定電流光度調整装置と代行用の定電流光度調整装置の切換動作を示す図。
【符号の説明】
【００４９】
１００、４００ ・・・定電流発生器
１０１、４０１ ・・・回路接点器
１１０ ・・・商用単相交流電源
１２０ ・・・コンデンサ
１３０ ・・・出力変成器
１３０Ａ・・・（出力変成器の）入力側切換タップ
１３０Ｂ・・・（出力変成器の）入力側切換スイッチ
１３０Ｃ・・・（出力変成器の）出力側切換タップ
１３０Ｄ・・・（出力変成器の）出力側切換スイッチ
１３０Ｐ・・・（出力変成器の）一次側巻線
１３０Ｓ・・・（出力変成器の）二次側巻線
３００ ・・・負荷回路
３００Ａ・・・（負荷回路３００の）絶縁トランス
３００Ｂ・・・（負荷回路３００の）電子発光光源
３００Ｃ・・・（負荷回路３００の）逆流防止ダイオード
２００、５００ ・・・定電流光度調整装置
２１０ ・・・商用単相交流電源
２２０ ・・・共振回路
２２０Ａ・・・（共振回路の）コンデンサ
２２０Ｂ・・・（共振回路の）リアクトル
２３０ ・・・出力変成器
２３０Ｐ・・・（出力変成器の）一次側巻線
２３０Ｓ・・・（出力変成器の）二次側巻線
２４０ ・・・灯火
２４０Ａ・・・（灯火の）絶縁トランス
２４０Ｂ・・・（灯火の）熱発光光源
２４０Ｃ・・・（灯火の）逆流防止ダイオード
２５０ ・・・分流回路
２５０Ａ・・・（分流回路の）サイリスタ
２５０Ｂ・・・（分流回路の）サイリスタ
２６０ ・・・サイクル制御回路
２７０ ・・・電流検出器
２８０ ・・・配線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
商用交流単相電源と定電流供給用コンデンサと出力変成器の一次側巻線とが直列に接続されていると共に前記出力変成器の二次側巻線に発生する交流定電流の振幅を線形に変化させる複数の入力側切換タップが前記出力変成器の一次側巻線に設けられた正規用及び代行用の２台の定電流発生器と、電子発光光源を内装した複数の灯火が直列に接続されている負荷回路とを備えた船舶通航信号用定電流発生器切換システムであって、
前記２台の定電流発生器が出力する交流定電流が逆相となるように直列に接続されていると共に前記負荷回路と接続され直列回路を形成し、
前記２台の定電流発生器の各々が該定電流発生器の出力端を短絡させて前記直列回路から切り離す回路接点器を有していることを特徴とする船舶通航信号用定電流発生器切換システム。
【請求項２】
前記出力変成器の二次側巻線に発生した交流定電流の振幅を微調整する複数の出力側切換タップが、前記出力変成器の二次側巻線に設けられていることを特徴とする請求項１記載の船舶通航信号用定電流発生器切換システム。
【請求項３】
前記電子発光光源が、ＬＥＤであることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の船舶通航信号用定電流発生器切換システム。
【請求項１】
商用交流単相電源と定電流供給用コンデンサと出力変成器の一次側巻線とが直列に接続されていると共に前記出力変成器の二次側巻線に発生する交流定電流の振幅を線形に変化させる複数の入力側切換タップが前記出力変成器の一次側巻線に設けられた正規用及び代行用の２台の定電流発生器と、電子発光光源を内装した複数の灯火が直列に接続されている負荷回路とを備えた船舶通航信号用定電流発生器切換システムであって、
前記２台の定電流発生器が出力する交流定電流が逆相となるように直列に接続されていると共に前記負荷回路と接続され直列回路を形成し、
前記２台の定電流発生器の各々が該定電流発生器の出力端を短絡させて前記直列回路から切り離す回路接点器を有していることを特徴とする船舶通航信号用定電流発生器切換システム。
【請求項２】
前記出力変成器の二次側巻線に発生した交流定電流の振幅を微調整する複数の出力側切換タップが、前記出力変成器の二次側巻線に設けられていることを特徴とする請求項１記載の船舶通航信号用定電流発生器切換システム。
【請求項３】
前記電子発光光源が、ＬＥＤであることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の船舶通航信号用定電流発生器切換システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１０−１２３３８４（Ｐ２０１０−１２３３８４Ａ）
【公開日】平成２２年６月３日（２０１０．６．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２９５６７４（Ｐ２００８−２９５６７４）
【出願日】平成２０年１１月１９日（２００８．１１．１９）
【出願人】（５９８１５５７５９）日本光機工業株式会社 (17)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年６月３日（２０１０．６．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１１月１９日（２００８．１１．１９）
【出願人】（５９８１５５７５９）日本光機工業株式会社 (17)
【Ｆターム（参考）】
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