JP2011146294A

JP2011146294A - 照明装置

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Publication number: JP2011146294A
Application number: JP2010007133A
Authority: JP
Inventors: Heikon Ki; 炳根季
Original assignee: FUTURE LINK KK
Current assignee: FUTURE LINK KK
Priority date: 2010-01-15
Filing date: 2010-01-15
Publication date: 2011-07-28

Abstract

【課題】直列に接続された複数のＬＥＤの発光に消費される電力の省電力化を図ることができる照明装置を提供する。
【解決手段】照明装置１０Ａは、太陽電池パネル１２および蓄電池１４と、照度センサ１３および電圧計１５と、直列に接続された複数のＬＥＤから形成された照明器具１１と、それらＬＥＤの明るさを調節するコントローラ１６とを有する。コントローラ１６は、交流入力電力を整流して脈流電力を生成する脈流電力生成部と、脈流電力の脈流成分に交流成分を付加して所定波形を有する出力電力を生成する出力電力生成部と、ＰＷＭ信号を利用し、出力電力生成部で生成される出力電力を所定の周波数かつ所定の出力レベルに可変する電力可変部と、電力可変部で可変されて出力電力生成部から出力された出力電力の周波数を共振周波数に保持し、共振周波数に保持した出力電力をＬＥＤに出力する共振出力部とから形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数のＬＥＤ（発光ダイオード）を利用した照明装置に関する。

直列に接続された複数のＬＥＤと、交流電源と整流器との間に直列に接続された蛍光灯安定器とを備え、それらＬＥＤによる順方向電圧降下の総量が蛍光灯安定器に適合するランプの点灯電圧に対応するようにＬＥＤの設置数が調整されているとともに、抵抗が直列に接続されていない交流用ＬＥＤ点灯回路がある（特許文献１参照）。それらＬＥＤによる順方向電圧降下の総量は、蛍光灯安定器における適合ランプの点灯電圧に対して１倍以上に設定される。この交流用ＬＥＤ点灯回路は、その構造の簡素化や製造コストの低減、電源効率の向上を図ることができる。

特開２００９−２３８５７９号公報

前記特許文献１に開示の交流用ＬＥＤ点灯回路は、ＬＥＤの発光に商用電源のみを使用するから、太陽光発電による電力を利用する場合と比較し、回路における省電力化を図ることができない。また、直列に接続されたそれらＬＥＤの発光量を調節することができないから、それらＬＥＤを設置した室内等を適した明るさにすることができないのみならず、常時１００％の出力レベルでＬＥＤが発光するから、それらＬＥＤにおける消費電力を低下させることができず、ＬＥＤの発光に消費される電力の省電力化を図ることができない。さらに、この交流用ＬＥＤ点灯回路は、太陽光によって室内等の照度を十分に確保することができる日中にそれらＬＥＤから必要以上の明るさが室内に供給され、室内を太陽光を含めた適度な明るさに保持することができない。

本発明の目的は、直列に接続された複数のＬＥＤにおける消費電力を調節することができ、それらＬＥＤの発光に消費される電力の省電力化を図ることができる照明装置を提供することにある。本発明の他の目的は、直列に接続された複数のＬＥＤの発光量を調節することができ、照明を必要とする所定のスペースを最適な明るさにすることができる照明装置を提供することにある。

前記課題を解決するための本発明にかかる照明装置は、太陽電池パネルと、太陽電池パネルが発電した電気を蓄電する蓄電池と、直列に接続された複数のＬＥＤ（発光ダイオード）から形成され、照明を必要とする所定のスペースに設置された照明器具と、それらＬＥＤの発光に必要な電力を蓄電池から供給しつつ、それらＬＥＤの明るさを調節するコントローラとを備え、コントローラが、蓄電池から出力された直流電気を交流入力電力に変換する交流入力電力生成部と、交流入力電力を整流して脈流電力を生成する脈流電力生成部と、脈流電力の脈流成分に交流入力電力の交流成分を付加して所定波形を有する出力電力を生成する出力電力生成部と、ＰＷＭ信号を利用し、出力電力生成部で生成される出力電力を所定の周波数かつ所定の出力レベルに可変する電力可変部と、電力可変部で可変されて出力電力生成部から出力された出力電力が照明器具における共振条件を満たすように出力電力の周波数を共振周波数に変調し、共振周波数に保持した出力電力を照明器具のそれらＬＥＤに出力する共振出力部とから形成されている。

本発明の一例としては、照明装置が、太陽電池パネルを設置した箇所における照度を計測し、計測した照度をコントローラに出力する照度センサを含み、コントローラが照度センサから出力された照度に比例して出力電力の出力レベルを可変する。

本発明の他の一例としては、コントローラが、照度センサから出力された照度に基づき、太陽電池パネルから蓄電池に充電する充電運転と、蓄電池に蓄電された電力によってそれらＬＥＤを点灯させる点灯運転との少なくとも一方を実行する。

本発明の他の一例としては、照明装置が、太陽電池パネルの発電電圧を計測しつつ、計測した発電電圧をコントローラに出力する電圧計を含み、コントローラが、電圧計から出力された発電電圧に比例して出力電力の出力レベルを可変する。

本発明の他の一例としては、コントローラが、電圧計から出力された太陽電池パネルの発電電圧に基づき、太陽電池パネルから蓄電池に充電する充電運転と、蓄電池に蓄電された電力によってそれらＬＥＤを点灯させる点灯運転との少なくとも一方を実行する。

本発明の他の一例としては、照明装置が、蓄電池の蓄電電圧を計測しつつ、計測した蓄電電圧をコントローラに出力する電圧計を含み、コントローラが、電圧計から出力された蓄電電圧に基づき、蓄電池から直流入力電力を導入してその直流入力電力によってＬＥＤを点灯させる蓄電池運転と、外部電源から交流入力電力を導入してその交流入力電力によってＬＥＤを点灯させる外部電源運転との少なくとも一方を実行する。

本発明の他の一例として、コントローラの電力可変部では、出力電力の周波数を１６ｋＨｚ〜２０ｋＨｚの範囲で可変可能である。

本発明の他の一例としては、照明器具における前記ＬＥＤの直列接続の個数が１００〜１８０個の範囲にある。

本発明にかかる照明装置によれば、蓄電池から出力された直流電気を交流入力電力に変換し、その交流入力電力を整流した脈流電力の脈流成分に交流入力電力の交流成分を付加して所定波形を有する所定の周波数かつ所定の出力レベルの出力電力を生成するとともに、照明器具を共振させる共振周波数に保持した状態でその出力電力を直列に接続された複数のＬＥＤに出力するから、それらＬＥＤにおける消費電力を調節することができ、それらＬＥＤの発光に消費される電力の省電力化を図ることができる。さらに、太陽電池パネルが発電した電力をＬＥＤの発光に利用するから、ＬＥＤの発光に商用電源のみを使用する場合と比較し、大幅な省電力化を図ることができる。照明装置は、それらＬＥＤの発光量を０〜１００％の範囲で可変することができ、照明を必要とする所定のスペースを最適な明るさにすることができる。この照明装置は、脈流成分に交流成分を付加するから、交流成分によって脈流電力の電圧降下を防ぐことができ、直列に接続された複数のＬＥＤに安定した電力を供給することができる。また、それらＬＥＤに出力する出力電力を共振周波数に保持するから、出力電力を無負荷制御することができ、出力電力の損失を防ぐことができる。

太陽電池パネルを設置した箇所における照度を計測する照度センサを含み、コントローラが照度センサから出力された計測照度に比例して出力電力の出力レベルを可変する照明装置は、太陽光発電パネルを設置した外部の明るさに応じてそれらＬＥＤの発光量を調節することで、太陽光によって室内等のスペースの照度を十分に確保することが可能な日中にＬＥＤの発光量を少なくすることができ、照明器具を設置したスペースを太陽光を含めた適度な明るさに保持することができる。また、明るさを必要とする夜間にそれらＬＥＤの発光量を多くすることができ、夜間においてスペースを十分な明るさに保持することができる。

照度センサから出力された計測照度に基づき、コントローラが太陽電池パネルから蓄電池に充電する充電運転と蓄電池に蓄電された電力によってそれらＬＥＤを点灯させる点灯運転との少なくとも一方を実行する照明装置は、たとえば、照度センサから出力された計測照度が設定照度の範囲よりも小さい場合、充電不能かつ点灯要と判断し、蓄電池に蓄電された電力によってＬＥＤを点灯させる点灯運転を行い、計測照度が設定照度の範囲内にある場合、充電可能かつ点灯要と判断し、太陽電池パネルから蓄電池に充電する充電運転と点灯運転とを行い、さらに、計測照度が設定照度の範囲よりも大きい場合、充電可能かつ点灯不要と判断し、充電運転を行う。このように、照度センサから出力された照度によって充電運転と点灯運転との少なくとも一方を選択して実行することができる。

太陽電池パネルの発電電圧を計測する電圧計を含み、コントローラが電圧計から出力された発電電圧に比例して出力電力の出力レベルを可変する照明装置は、太陽電池パネルの発電電力に応じてそれらＬＥＤの発光量を調節することで、太陽光によって室内等のスペースの照度を十分に確保することが可能な日中にＬＥＤの発光量を少なくすることができ、照明器具を設置したスペースを太陽光を含めた適度な明るさに保持することができる。また、明るさを必要とする夜間にそれらＬＥＤの発光量を多くすることができ、夜間においてスペースを十分な明るさに保持することができる。

電圧計から出力された太陽電池パネルの発電電圧に基づき、コントローラが太陽電池パネルから蓄電池に充電する充電運転と蓄電池に蓄電された電力によってそれらＬＥＤを点灯させる点灯運転との少なくとも一方を実行する照明装置は、たとえば、電圧計から出力された発電電圧が設定電圧の範囲よりも小さい場合、充電不能かつ点灯要と判断し、蓄電池に蓄電された電力によってＬＥＤを点灯させる点灯運転を行い、発電電圧が設定電圧の範囲内にある場合、充電可能かつ点灯要と判断し、太陽電池パネルから蓄電池に充電する充電運転と点灯運転とを行い、さらに、発電電圧が設定電圧の範囲よりも大きい場合、充電可能かつ点灯不要と判断し、充電運転を行う。このように、電圧計から出力された発電電圧によって充電運転と点灯運転との少なくとも一方を選択して実行することができる。

蓄電池の蓄電電圧を計測する電圧計を含み、電圧計から出力された蓄電電圧に基づき、コントローラが蓄電池の直流入力電力によってＬＥＤを点灯させる蓄電池運転と外部電源の交流入力電力によってＬＥＤを点灯させる外部電源運転との少なくとも一方を実行する照明装置は、電圧計から出力された蓄電電圧によって蓄電池に蓄えられた電力量を判断し、蓄電池に電力が十分に蓄えられている場合、蓄電池のみを利用してＬＥＤを点灯させるから、外部電源（商用電源）を使用する必要はなく、大幅な省電力化を図ることができる。また、蓄電池に電力が十分に蓄えられていない場合、外部電源を利用してＬＥＤを点灯させるから、電力不足によるＬＥＤの不点灯を防止することができる。

出力電力の周波数を１６ｋＨｚ〜２０ｋＨｚの範囲で可変可能な照明装置は、高い周波数の出力電力をそれらＬＥＤに出力することで、それらＬＥＤの発光が安定し、それらＬＥＤにフリッカが発生することがなく、照明器具を設置したスペースを快適な明るさに保持することができる。

照明器具におけるＬＥＤの直列接続の個数が１００〜１８０個の範囲にある照明装置は、それら複数のＬＥＤによって照明器具を設置したスペースに光を供給することで、スペースを十分な明るさに保持することができるのみならず、脈流成分に交流成分を付加し、交流成分によって脈流電力の電圧降下を防ぐから、それら複数のＬＥＤにその発光に必要な安定した電力を供給することができ、それらＬＥＤの発行不足を防ぐことができる。この照明装置は、それら複数のＬＥＤの発行量を個々に調節することができ、スペースを適度な明るさに保持することができる。

一例として示す照明装置のブロック図。照明器具の回路図。一例として示すコントローラのブロック図。図４ａは、出力電力の波形の一例を示し、図４ｂは、出力電力の波形の一例を示し、図４ｃは、出力電力の波形の一例を示し、図４ｄは、出力電力の波形の一例を示す図。他の一例として示す照明装置のブロック図。

一例として示す照明装置１０Ａのブロック図である図１等の添付の図面を参照し、本発明にかかる照明装置の詳細を説明すると、以下のとおりである。なお、図２は、一例として示す照明器具１１の回路図であり、図３は、一例として示すコントローラ１６のブロック図である。図４ａ〜４ｄは、ＬＥＤ１９（発光ダイオード）に出力される出力電力の波形の一例を示す図である。照明装置１０Ａは、照明器具１１、太陽電池パネル１２、照度センサ１３、蓄電池１４、電圧計１５、コントローラ１６から形成され、赤外線遠隔操作機１７（リモコン）が附属し、外部電源１８（商用電源）が接続されている。

照明器具１１は、その発光素子として複数のＬＥＤ１９（発光ダイオード）を利用している。照明器具１１は、照明を必要とする室内や地下建築物等のスペース２０の天井や壁、柱等に設置される。なお、照明器具１１を設置するスペース２０は室内や地下建築物に限定されず、照明器具１１を屋外（外部）に設置することもできる。照明器具１１は、インターフェイス（電線）を介してコントローラ１６に接続されている。ＬＥＤ１９は、図２に示すように、複数個のそれらが直列に接続され、直列接続の個数が１００〜１８０個の範囲、好ましくは、１３０〜１６０個の範囲にある。それらＬＥＤ１９は、所定の電力が供給されることで発光し、スペース２０に光を放射する。

太陽電池パネル１２は、屋外に設置され、インターフェイス（電線）を介して蓄電池１４に接続されている。太陽電池パネル１２は、太陽光によって発電した直流電力を蓄電池１４に出力する。太陽電池パネル１２には、単結晶シリコン型や多結晶シリコン型、微結晶シリコン型、アモルファスシリコン型等のシリコン系、ＩｎＧａＡｓ太陽電池やＧａＡｓ太陽電池、ＣＩＳ系太陽電池、ＣＵ２ＺｎＳｎＳ４（ＣＺＴＳ）太陽電池、ＣｄＴｅ−ＣｄＳ系太陽電池等の化合物系、色素増感太陽電池や有機薄膜太陽電池等の有機系を使用することができる。また、薄膜シリコン型やハイブリット型、多接合型、球状シリコン型等を使用することもできる。

照度センサ１３は、太陽電池パネル１２に近接した箇所（屋外）に設置され、インターフェイスを介してコントローラ１６に接続されている。照度センサ１３は、太陽電池パネル１２を設置した箇所における照度を計測し、計測した照度を電流値または電圧値に換算し、その計測電流値または計測電圧値をコントローラ１６に出力する。

蓄電池１４は、インターフェイス（電線）を介してコントローラ１６に接続されている。蓄電池１４は、太陽電池パネル１２が発電した直流電気を蓄電（充電）し、蓄電した直流電気をコントローラ１６に出力（放電）する。蓄電池１４には、鉛蓄電池やリチウムイオン二次電池、リチウムイオンポリマー二次電池、ニッケル・水素蓄電池、ニッケルカドミウム蓄電池等の一般型、レドックス・フロー電池や亜鉛・塩素電池、亜鉛・臭素電池等の液循環型、アルミニウム・空気電池や空気・亜鉛電池、空気・鉄電池等のメカニカルチャージ型、ナトリウム・硫黄電池やリチウム・硫化電池等の高温動作型を使用することができる。

電圧計１５は、インターフェイスを介してコントローラ１６に接続されている。電圧計１５は、蓄電池１４の電圧を計測し、計測した蓄電池１４の蓄電電圧をコントローラ１６に出力する。赤外線遠隔操作機１７は、照明装置１１のＯＮ／ＯＦＦ操作やＬＥＤ１９の出力操作に使用される。遠隔操作機１７からコントローラ１６の受光素子（図示せず）に向かって赤外線信号を発振し、赤外線信号によって照明装置１０ＡのＯＮ／ＯＦＦやＬＥＤ１９の出力を操作する。

コントローラ１６は、ＬＥＤ１９の発光に必要な電力を供給しつつ、それらＬＥＤ１９の明るさを調節（調光）する。コントローラ１６は、交流入力電力生成部２１、脈流電力生成部２２、出力電力生成部２３、電力可変部２４、共振出力部２５から形成されている。コントローラ１６には、中央処理部（ＣＰＵまたはＭＰＵ）とメモリ（記憶部）とを有するコンピュータ（図示せず）が内蔵され、各設定値を入力する入力装置（図示せず）や各設定値を表示する表示装置（図示せず）が接続されている。

コンピュータのメモリには、蓄電池１４から直流入力電力を導入してその直流入力電力をＬＥＤ１９の点灯に使用する蓄電池運転と外部電源１８から交流入力電力を導入してその交流入力電力をＬＥＤ１９の点灯に使用する外部電源運転との少なくとも一方の運転を行う場合の蓄電池１４の設定電圧が格納されている。蓄電池１４の設定電圧は、表示装置によって確認することができ、入力装置によって変更することができる。コンピュータのメモリには、太陽電池パネル１２から蓄電池１４に充電する充電運転と蓄電池１４に蓄電された電力によってそれらＬＥＤ１９を点灯させる点灯運転との少なくとも一方の運転を行う場合の設定照度（設定電流値または設定電圧値）が格納されている。設定照度は、表示装置によって確認することができ、入力装置によって変更することができる。

コンピュータのメモリには、照度センサ１３から出力された計測照度（センサ１３が照度を電流値または電圧値に換算した値）とＬＥＤ１９の出力との相関関係、ＬＥＤ１９の出力とその出力でＬＥＤ１９を発光させるための出力電力との相関関係が格納されている。照度とＬＥＤ１９の出力との相関関係やＬＥＤ１９の出力とその出力でＬＥＤ１９を発光させるための出力電力との相関関係は、表示装置によって確認することができ、入力装置によって変更することができる。

コンピュータのメモリには、照明器具１１に出力する出力電力の設定周波数が格納され、照明器具１１を共振させる共振周波数が格納されている。出力電力の設定周波数や共振周波数は、表示装置によって確認することができ、入力装置によって変更することができる。なお、出力電力の設定周波数は、１６ｋＨｚ〜２０ｋＨｚの範囲で変更することができる。

コントローラ１６に内蔵されたコンピュータは、電圧計１５から出力された蓄電池１４の蓄電電圧と蓄電池１４の設定電圧とを参照しつつ、蓄電池運転と外部電源運転とのいずれかを実行し、または、それら運転の両者を実行する。さらに、照度センサ１３から出力された計測照度（計測電流値または計測電圧値）と設定照度（設定電流値または設定電圧値）とを参照しつつ、充電運転と点灯運転とのいずれかを実行し、または、それら運転の両者を実行する。

コントローラ１６のコンピュータは、照度とＬＥＤの出力との相関関係に基づいて、照度センサ１３から出力された計測照度（計測電流値または計測電圧値）に対応するＬＥＤ１９の出力（発行量）を決定するとともに、ＬＥＤ１９の出力とその出力でＬＥＤ１９を発光させるための出力電力との相関関係に基づいて、決定した出力でＬＥＤ１９を発光させるための出力電力を決定し、決定した出力電力をＬＥＤ１９に供給する。また、コントローラ１６のコンピュータは、遠隔操作機１７からの指示に基づいてＬＥＤ１９の出力（発行量）を調節する。

コントローラ１６の交流入力電力生成部２１は、蓄電池１４から出力された直流電気を交流入力電力に変換し、変換した交流入力電力を脈流電力生成部２２に出力する。脈流電力生成部２２は、平滑回路をとおった交流入力電力のマイナス側の値をプラス側に値に平滑し、交流入力電力生成部２１から入力される交流入力電力や外部電源１８から入力される交流入力電力を整流して脈流電力を生成する。出力電力生成部２３は、電流のループ回路を実現しつつ、スイッチング速度を制御し、脈流電力の脈流成分に交流入力電力の交流成分を付加して所定波形を有する出力電力を生成する。

コントローラ１６の電力可変部２４は、ＰＷＭ信号を利用し、出力電力生成部２３で生成される出力電力を所定の周波数かつ所定の出力レベルに可変する。電力可変部２４は、照度センサ１３から出力された計測照度（計測電流値または計測電圧値）に比例して出力電力の出力レベルを可変し、または、遠隔操作機１７から指示されたＬＥＤ１９の出力に比例して出力電力の出力レベルを可変する。電力可変部２４は、出力電力の周波数を１６ｋＨｚ〜２０ｋＨｚの範囲で可変する。共振出力部２５は、電力可変部２４で可変されて出力電力生成部２３から出力された出力電力が照明器具１１（負荷回路）の共振条件を満たすように出力電力の周波数を共振周波数に変調し、共振周波数に保持した出力電力を照明器具１１のそれらＬＥＤ１９に出力する。

以下、この照明装置１０Ａの作動を説明する。遠隔操作機１７によって照明装置１０Ａを起動させ、または、照明装置１０ＡのスイッチをＯＮにして装置１０Ａを起動させる。照明装置１０Ａを起動させると、照明装置１０Ａ（照度センサ１３、電圧計１５を含む）に蓄電池１４や外部電源１８から交流入力電力が供給され、照度センサ１３や電圧計１５が起動する。照度センサ１３は、太陽電池パネル１２を設置した箇所（屋外）の照度を計測し、計測照度を電流値または電圧値に換算し、換算した計測電流値または計測電圧値をコントローラ１６に出力する。電圧計１５は、蓄電池１４の電圧を計測し、計測した蓄電池１４の蓄電電圧をコントローラ１６に出力する。なお、コントローラ１６は、遠隔操作機１７からＬＥＤ１９の出力（発行量）が指示されると、その指示に基づいてＬＥＤ１９の出力（発行量）を調節する。

コントローラ１６は、電圧計１５から出力された蓄電池１４の蓄電電圧と蓄電池１４の設定電圧とを比較し、蓄電電圧が設定電圧の範囲の最大にある場合、蓄電池１４に十分に電力が蓄電されていると判断し、蓄電池１４から直流入力電力を導入してその直流入力電力をＬＥＤ１９の点灯に使用する蓄電池運転を実施する。コントローラ１６は、蓄電電圧が設定電圧の範囲の最大にないが、設定電圧の範囲内にある場合、蓄電池１４からの放電が可能と判断するとともに、蓄電池１４への充電が必要と判断し、蓄電池運転を実施しつつ、外部電源１８から交流入力電力を導入してその交流入力電力によってＬＥＤ１９を点灯させる外部電源運転を実行する。コントローラ１６は、蓄電電圧が設定電圧の範囲未満である場合、蓄電池１４からの放電が不可能と判断するとともに、蓄電池１４への充電が必要と判断し、外部電源運転を実行する。

蓄電池運転を実施する場合、蓄電池１４から直流電力がコントローラ１６の交流入力電力生成部２１に入力され、直流電力が交流入力電力生成部２１において交流入力電力に変換され、その交流入力電力が交流入力電力生成部２１から脈流電力生成部２２に出力される。蓄電池運転と外部電源運転とを実行する場合、直流電力が交流入力電力生成部２１において交流入力電力に変換され、その交流入力電力が交流入力電力生成部２１から脈流電力生成部２２に出力されるとともに、外部電源１８から交流入力電力が脈流電力生成部２２に供給される。外部電源運転を実行する場合、蓄電池１４からの放電は中止され、外部電源１８から交流入力電力が脈流電力生成部２２に供給される。

コントローラ１６は、照度センサ１３から出力された計測照度と設定照度とを比較し、計測照度が設定照度の範囲よりも小さい場合、太陽電池パネル１２の発電量が少なく、充電不能と判断するとともに、ＬＥＤ１９の点灯要と判断し、ＬＥＤ１９を点灯させる点灯運転を実施する。コントローラ１６は、計測照度が設定照度の範囲内にある場合、太陽電池パネル１２の発電量が十分であり、充電可能と判断するとともに、ＬＥＤ１９の点灯要と判断し、パネル１２から蓄電池１４に充電する充電運転と点灯運転とを実行する。コントローラ１６は、計測照度が設定照度の範囲よりも大きい場合、太陽電池パネル１２の発電量が十分であり、充電可能と判断するとともに、ＬＥＤ１９の点灯不要と判断し、充電運転を行う。コントローラ１６は、充電運転のみを実行すると判断すると、ＬＥＤ１９の点灯は行わず、太陽電池パネル１２を利用して蓄電池１４に電力の充電を行う。または、外部電源１８を利用してＬＥＤ１９を点灯させるとともに、太陽電池パネル１２を利用して蓄電池１４に電力の充電を行う。この照明装置１０Ａは、照度センサ１３から出力された照度によって充電運転と点灯運転との少なくとも一方を選択して実行することができる。

コントローラ１６は、蓄電池運転と外部電源運転との少なくとも一方を実行すると判断し、点灯運転、または、点灯運転と充電運転との両者を実行すると判断した後、メモリに格納された出力電力の設定周波数と照明器具１１を共振させる共振周波数とを参照し、出力電力の周波数を１６ｋＨｚ〜２０ｋＨｚの範囲で決定するとともに、共振周波数を決定する。照明装置１０Ａは、１６ｋＨｚ〜２０ｋＨｚの高い周波数の出力電力をそれらＬＥＤ１９に出力することで、それらＬＥＤ１９の発光が安定し、それらＬＥＤ１９にフリッカが発生することがなく、照明器具１１を設置したスペース２０を快適な明るさに保持することができる。なお、点灯運転と充電運転との両者を実行する場合、ＬＥＤ１９の点灯とともに、太陽電池パネル１２を利用して蓄電池１４に電力の充電を行う。

コントローラ１６は、メモリに格納された照度とＬＥＤ１９の出力との相関関係を参照し、計測照度をメモリにあらかじめ格納された照度に当て嵌め、当て嵌めた照度に対応するＬＥＤ１９の出力（０〜１００％）を決定するとともに、ＬＥＤ１９の出力とその出力でＬＥＤ１９を発光させるための出力電力との相関関係を参照し、決定したＬＥＤ１９の出力をメモリにあらかじめ格納された出力に当て嵌め、当て嵌めた出力に対応する出力電力（供給電力）を決定する。コントローラ１６は、決定した出力電力を設定周波数にするとともに、照明器具１１の共振周波数に変調しつつ、その出力電力をＬＥＤ１９に供給する。

その一例としてコントローラ１６は、照度センサ１３から出力された計測電流値が４ｍＡ〜２０ｍＡ（照度を変換した電流値）である場合、４ｍＡ〜２０ｍＡに合わせて出力レベルを０％〜１００％の範囲に決定するとともに、決定した出力レベルに対応する出力電力を決定する。コントローラ１６の出力電力生成部２３は、脈流電力生成部２２から出力された脈流電力の脈流成分と交流入力電力の交流成分とを合成した所定波形の出力電力を作る。電力可変部２４は、ＰＷＭ信号を利用し、出力電力生成部２３で作られた出力電力を所定の周波数かつ決定した出力レベルの出力電力に変換する。共振出力部２５は、電力可変部２４で所定の周波数かつ決定した出力レベルに変換されて出力電力生成部２３から出力された出力電力を照明器具１１の共振周波数に変調しつつ、その出力電力をＬＥＤ１９に供給する。ＬＥＤ１９は、供給された出力電力（電力量）に応じた出力（発行量）で発光する。

他の一例としてコントローラ１６は、照度センサ１３から出力された計測電圧値が０Ｖ〜１０Ｖ（照度を変換した電圧値）である場合、０Ｖ〜１０Ｖに合わせて出力レベルを０％〜１００％の範囲に決定するとともに、決定した出力レベルに対応する出力電力を決定する。コントローラ１６の出力電力生成部２３は、脈流電力生成部２２から出力された脈流電力の脈流成分と交流入力電力の交流成分とを合成した所定波形の出力電力を作る。電力可変部２４は、ＰＷＭ信号を利用し、出力電力生成部２３で作られた出力電力を所定の周波数かつ決定した出力レベルの出力電力に変換する。共振出力部２５は、電力可変部２４で所定の周波数かつ決定した出力レベルに変換されて出力電力生成部２３から出力された出力電力を照明器具１１の共振周波数に変調しつつ、その出力電力をＬＥＤ１９に供給する。ＬＥＤ１９は、供給された出力電力（電力量）に応じた出力（発行量）で発光する。

図４ａは出力電力の出力レベルが０％の出力電力の波形であり、出力レベルが０％の場合、その波形が交流入力電力を整流した脈流成分と交流成分とを含むが、略直線上の波形となり、脈流成分の出力電力が０（０Ｖ）であり、ＬＥＤ１９は発光しない。図４ｂは出力電力の出力レベルが３０％の出力電力の波形であり、その波形が交流入力電力を整流した脈流成分Ｌ１と交流成分Ｌ２とを含み、すべてのＬＥＤ１９が出力３０％で発光する。図４ｃは出力電力の出力レベルが５０％の出力電力の波形であり、その波形が交流入力電力を整流した脈流成分Ｌ１と交流成分Ｌ２とを含み、すべてのＬＥＤ１９が出力５０％で発光する。図４ｄは出力電力の出力レベルが１００％の出力電力の波形であり、その波形が交流入力電力を整流した脈流成分Ｌ１と交流成分Ｌ２とを含み、すべてのＬＥＤ１９が出力１００％で発光する。なお、ＬＥＤの出力レベルが０％、３０％、５０％、１００％の場合の波形を例示したが、この照明装置１０ＡはＬＥＤ１９の出力レベルを０〜１００％の間で無段階に調節することができる。

照明装置１０Ａは、蓄電池１４から出力された直流電気を変換した交流入力電力や外部電源１８から供給された交流入力電力を整流した脈流電力の脈流成分に交流入力電力の交流成分を付加して所定波形を有する所定の周波数かつ所定の出力レベルの出力電力を生成するとともに、照明器具１１を共振させる共振周波数に保持した状態でその出力電力を直列に接続された複数のＬＥＤ１９に出力するから、それらＬＥＤ１９における消費電力を調節することができ、それらＬＥＤ１９の発光に消費される電力の省電力化を図ることができる。さらに、太陽電池パネル１２が発電した電力をＬＥＤ１９の発光に利用するから、ＬＥＤ１９の発光に外部電源１８（商用電源）のみを使用する場合と比較し、大幅な省電力化を図ることができる。

照明装置１０Ａは、それらＬＥＤ１９の発光量を０〜１００％の範囲で可変するから、照明を必要とする所定のスペース２０を最適な明るさにすることができる。照明装置１０Ａは、脈流成分に交流成分を付加するから、交流成分によって脈流電力の電圧降下を防ぐことができ、直列に接続された複数のＬＥＤ１９に安定した電力を供給することができる。また、それらＬＥＤ１９に出力する出力電力を共振周波数に保持するから、出力電力を無負荷制御することができ、出力電力の損失を防ぐことができる。

照明装置１０Ａは、照度センサ１３が計測した計測照度（太陽光発電パネル１２を設置した外部の明るさ）に応じてそれらＬＥＤ１９の発光量を調節するから、太陽光によってスペース２０の照度を十分に確保することが可能な日中にＬＥＤ１９の発光量を少なくすることができ、照明器具１１を設置したスペース２０を太陽光を含めた適度な明るさに保持することができる。また、明るさを必要とする夜間にそれらＬＥＤ１９の発光量を多くすることができ、夜間においてスペース２０を十分な明るさに保持することができる。

照明装置１０Ａは、電圧計１５から出力された蓄電電圧によって蓄電池１４に蓄えられた電力量を判断し、蓄電池１４に電力が十分に蓄えられている場合、蓄電池１４のみを利用してＬＥＤ１９を点灯させるから、外部電源１８を使用する必要はなく、大幅な省電力化を図ることができる。また、蓄電池１４に電力が十分に蓄えられていない場合、外部電源１８を利用してＬＥＤ１９を点灯させるから、電力不足によるＬＥＤ１９の不点灯を防止することができる。

図５は、他の一例として示す照明装置１０Ｂのブロック図である。この照明装置１０Ｂは、照明器具１１、太陽電池パネル１２、蓄電池１４、電圧計１５、コントローラから形成され、赤外線遠隔操作機１７（リモコン）が附属し、外部電源１８（商用電源）が接続されている。照明器具１１は、その発光素子として直列に接続された複数のＬＥＤ１９（発光ダイオード）を利用している（図２参照）。照明器具１１は、インターフェイスを介してコントローラ１６に接続されている。ＬＥＤ１９の直列接続の個数は、図１の照明装置１０Ａのそれと同一である。それらＬＥＤ１９は、所定の電力が供給されることで発光し、スペース２０に光を供給する。

太陽電池パネル１２は、インターフェイスを介して蓄電池１４に接続され、太陽光によって発電した直流電力を蓄電池１４に出力する。太陽電池パネル１２には、図１の照明装置１０Ａと同一のパネル１２が使用されている。蓄電池１４は、インターフェイスを介してコントローラ１６に接続され、太陽電池パネル１２が発電した直流電気を蓄電（充電）し、蓄電した直流電気をコントローラ１６に出力（放電）する。蓄電池１４には、図１の照明装置１０Ａと同一の電池１４が使用されている。

電圧計１５は、インターフェイスを介してコントローラ１６に接続されている。電圧計１５は、蓄電池１４の電圧を計測し、計測した蓄電池１４の蓄電電圧をコントローラ１６に出力するとともに、太陽電池パネル１２の電圧を計測し、計測したパネル１２の計測電圧をコントローラ１６に出力する。赤外線遠隔操作機１７は、照明装置１０ＢのＯＮ／ＯＦＦ操作やＬＥＤ１９の出力操作に使用される。遠隔操作機１７からコントローラ１６の受光素子に向かって赤外線信号を発振し、赤外線信号によって照明装置１０ＢのＯＮ／ＯＦＦやＬＥＤ１９の出力を操作する。

コントローラ１６は、ＬＥＤ１９の発光に必要な電力を供給しつつ、それらＬＥＤ１９の明るさを調節（調光）する。コントローラ１６は、交流入力電力生成部２１、脈流電力生成部２２、出力電力生成部２３、電力可変部２４、共振出力部２５から形成されている（図３参照）。コントローラ１６には、図１の照明装置１０Ａのそれと同様に、中央処理部（ＣＰＵまたはＭＰＵ）とメモリ（記憶部）とを有するコンピュータが内蔵され、各設定値を入力する入力装置や各設定値を表示する表示装置が接続されている。

コンピュータのメモリには、蓄電池１４から直流入力電力を導入してその直流入力電力をＬＥＤ１９の点灯に使用する蓄電池運転と外部電源１８から交流入力電力を導入してその交流入力電力をＬＥＤ１９の点灯に使用する外部電源運転との少なくとも一方の運転を行う場合の蓄電池１４の設定電圧が格納されている。蓄電池１４の設定電圧は、表示装置によって確認することができ、入力装置によって変更することができる。コンピュータのメモリには、太陽電池パネル１２から蓄電池１４に充電する充電運転と蓄電池１４に蓄電された電力によってそれらＬＥＤ１９を点灯させる点灯運転との少なくとも一方の運転を行う場合のパネル１２の設定電圧が格納されている。太陽電池パネル１２の設定電圧は、表示装置によって確認することができ、入力装置によって変更することができる。

コンピュータのメモリには、電圧計１５から出力された太陽電池パネル１２の発電電圧とＬＥＤ１９の出力との相関関係、ＬＥＤ１９の出力とその出力でＬＥＤ１９を発光させるための出力電力との相関関係が格納されている。発電電圧とＬＥＤ１９の出力との相関関係やＬＥＤ１９の出力とその出力でＬＥＤ１９を発光させるための出力電力との相関関係は、表示装置によって確認することができ、入力装置によって変更することができる。

コントローラ１６に内蔵されたコンピュータは、電圧計１５から出力された蓄電池１４の蓄電電圧と蓄電池１４の設定電圧とを参照しつつ、蓄電池運転と外部電源運転とのいずれかを実行し、または、それら運転の両者を実行する。さらに、電圧計１５から出力された太陽電池パネル１２の発電電圧とパネル１２の設定電圧とを参照しつつ、充電運転と点灯運転とのいずれかを実行し、または、それら運転の両者を実行する。

コントローラ１６のコンピュータは、太陽電池パネル１２の発電電圧とＬＥＤ１９の出力との相関関係に基づいて、電圧計１５から出力された発電電圧に対応するＬＥＤ１９の出力（発行量）を決定するとともに、ＬＥＤ１９の出力とその出力でＬＥＤ１９を発光させるための出力電力との相関関係に基づいて、決定した出力でＬＥＤ１９を発光させるための出力電力を決定し、決定した出力電力をＬＥＤ１９に供給する。また、コントローラ１６のコンピュータは、遠隔操作機１７からの指示に基づいてＬＥＤ１９の出力（発行量）を調節する。なお、コントローラ１６の交流入力電力生成部２１や脈流電力生成部２２、出力電力生成部２３、電力可変部２４、共振出力部２５の機能は図１のコントローラ１６のそれらと同一であるから、図１のコントローラ１６の説明を援用するとともに、図１と同一の符号を付すことで、それらの説明は省略する。

以下、この照明装置１０Ｂの作動を説明する。遠隔操作機１７によって照明装置１０Ｂを起動させ、または、照明装置１０ＢのスイッチをＯＮにして装置１０Ｂを起動させる。照明装置１０Ｂを起動させると、照明装置１０Ｂ（電圧計１５を含む）に蓄電池１４や外部電源１８から交流入力電力が供給され、電圧計１５が起動する。電圧計１５は、太陽電池パネル１２の発電電圧を計測し、計測したパネル１２の発電電圧をコントローラ１６に出力するとともに、蓄電池１４の電圧を計測し、計測した蓄電池１４の蓄電電圧をコントローラ１６に出力する。なお、コントローラ１６は、遠隔操作機１７からＬＥＤ１９の出力（発行量）が指示されると、その指示に基づいてＬＥＤ１９の出力（発行量）を調節する。

コントローラ１６は、電圧計１５から出力された蓄電池１４の蓄電電圧と蓄電池１４の設定電圧とを比較し、蓄電電圧が設定電圧の範囲の最大にある場合、蓄電池１４に十分に電力が蓄電されていると判断し、蓄電池１４から直流入力電力を導入してその直流入力電力をＬＥＤ１９の点灯に使用する蓄電池運転を実施する。コントローラ１６は、蓄電電圧が設定電圧の範囲の最大にないが、設定電圧の範囲内にある場合、蓄電池１４からの放電が可能と判断するとともに、蓄電池１４への充電が必要と判断し、蓄電池運転を実施しつつ、外部電源１８（商用電源）から交流入力電力を導入してその交流入力電力によってＬＥＤ１９を点灯させる外部電源運転を実行する。コントローラ１６は、蓄電電圧が設定電圧の範囲未満である場合、蓄電池１４からの放電が不可能と判断するとともに、蓄電池１４への充電が必要と判断し、外部電源運転を実行する。

コントローラ１６は、電圧計１５から出力された太陽電池パネル１２の発電電圧とパネル１２の設定電圧とを比較し、発電電圧が設定電圧の範囲よりも小さい場合、パネル１２の発電量が少なく、充電不能と判断するとともに、ＬＥＤ１９の点灯要と判断し、ＬＥＤ１９を点灯させる点灯運転を実施する。コントローラ１６は、発電電圧が設定電圧の範囲内にある場合、太陽電池パネル１２の発電量が十分であり、充電可能と判断するとともに、ＬＥＤ１９の点灯要と判断し、パネル１２から蓄電池１４に充電する充電運転と点灯運転とを実行する。コントローラ１６は、発電電圧が設定電圧の範囲よりも大きい場合、太陽電池パネル１２の発電量が十分であり、充電可能と判断するとともに、ＬＥＤ１９の点灯不要と判断し、充電運転を行う。コントローラ１６は、充電運転のみを実行すると判断すると、ＬＥＤ１９の点灯は行わず、太陽電池パネル１２を利用して蓄電池１４に電力の充電を行う。または、外部電源１８を利用してＬＥＤ１９を点灯させるとともに、太陽電池パネル１２を利用して蓄電池１４に電力の充電を行う。この照明装置１０Ｂは、電圧計１５から出力された発電電圧によって充電運転と点灯運転との少なくとも一方を選択して実行することができる。

コントローラ１６は、蓄電池運転と外部電源運転との少なくとも一方を実行すると判断し、点灯運転、または、点灯運転と充電運転との両者を実行すると判断した後、メモリに格納された出力電力の設定周波数と照明器具１１を共振させる共振周波数とを参照し、出力電力の周波数を１６ｋＨｚ〜２０ｋＨｚの範囲で決定するとともに、共振周波数を決定する。照明装置１０Ｂは、１６ｋＨｚ〜２０ｋＨｚの高い周波数の出力電力をそれらＬＥＤ１９に出力することで、それらＬＥＤ１９の発光が安定し、それらＬＥＤ１９にフリッカが発生することがなく、照明器具１１を設置したスペース２０を快適な明るさに保持することができる。なお、点灯運転と充電運転との両者を実行する場合、ＬＥＤ１９の点灯とともに、太陽電池パネル１２を利用して蓄電池１４に電力の充電を行う。

コントローラ１６は、メモリに格納された電圧とＬＥＤ１９の出力との相関関係を参照し、発電電圧をメモリにあらかじめ格納された電圧に当て嵌め、当て嵌めた電圧に対応するＬＥＤ１９の出力（０〜１００％）を決定するとともに、ＬＥＤ１９の出力とその出力でＬＥＤ１９を発光させるための出力電力との相関関係を参照し、決定したＬＥＤ１９の出力をメモリにあらかじめ格納された出力に当て嵌め、当て嵌めた出力に対応する出力電力（供給電力）を決定する。コントローラ１６は、決定した出力電力を設定周波数にするとともに、照明器具１１の共振周波数に変調しつつ、その出力電力をＬＥＤ１９に供給する。なお、この照明装置１０Ｂにおける出力電力の波形は、図１の照明装置１０Ａのそれらと同一である（図４ａ〜図４ｄ参照）。

その一例としてコントローラ１６は、電圧計１５から出力された太陽電池パネル１２の発電電圧が０Ｖ〜８０Ｖである場合、０Ｖ〜８０Ｖに合わせて出力レベルを０％〜１００％の範囲に決定するとともに、決定した出力レベルに対応する出力電力を決定する。コントローラ１６の出力電力生成部２３は、脈流電力生成部２２から出力された脈流電力の脈流成分と交流入力電力の交流成分とを合成した所定波形の出力電力を作る。電力可変部２４は、ＰＷＭ信号を利用し、出力電力生成部２３で作られた出力電力を所定の周波数かつ決定した出力レベルの出力電力に変換する。共振出力部２５は、電力可変部２４で所定の周波数かつ決定した出力レベルに変換されて出力電力生成部２３から出力された出力電力を照明器具１１の共振周波数に変調しつつ、その出力電力をＬＥＤ１９に供給する。ＬＥＤ１９は、供給された出力電力（電力量）に応じた出力（発行量）で発光する。

照明装置１０Ｂは、蓄電池１４から出力された直流電気を変換した交流入力電力や外部電源１８から供給された交流入力電力を整流した脈流電力の脈流成分に交流入力電力の交流成分を付加して所定波形を有する所定の周波数かつ所定の出力レベルの出力電力を生成するとともに、照明器具１１を共振させる共振周波数に保持した状態でその出力電力を直列に接続された複数のＬＥＤ１９に出力するから、それらＬＥＤ１９における消費電力を調節することができ、それらＬＥＤ１９の発光に消費される電力の省電力化を図ることができる。さらに、太陽電池パネル１２が発電した電力をＬＥＤ１９の発光に利用するから、ＬＥＤ１９の発光に外部電源１８（商用電源）のみを使用する場合と比較し、大幅な省電力化を図ることができる。

照明装置１０Ｂは、それらＬＥＤ１９の発光量を０〜１００％の範囲で可変することができ、照明を必要とする所定のスペース２０を最適な明るさにすることができる。照明装置１０Ｂは、脈流成分に交流成分を付加するから、交流成分によって脈流電力の電圧降下を防ぐことができ、直列に接続された複数のＬＥＤ１９に安定した電力を供給することができる。また、それらＬＥＤ１９に出力する出力電力を共振周波数に保持するから、出力電力を無負荷制御することができ、出力電力の損失を防ぐことができる。

照明装置１０Ｂは、太陽光発電パネル１２の発電電圧（パネル１２を設置した外部の明るさ）に応じてそれらＬＥＤ１９の発光量を調節するから、太陽光によって室内等のスペース２０の照度を十分に確保することが可能な日中にＬＥＤ１９の発光量を少なくすることができ、照明器具１１を設置したスペース２０を太陽光を含めた適度な明るさに保持することができる。また、明るさを必要とする夜間にそれらＬＥＤ１９の発光量を多くすることができ、夜間においてスペース２０を十分な明るさに保持することができる。

照明装置１０Ｂは、電圧計１５から出力された蓄電電圧によって蓄電池１４に蓄えられた電力量を判断し、蓄電池１４に電力が十分に蓄えられている場合、蓄電池１４のみを利用してＬＥＤ１９を点灯させるから、外部電源１８（商用電源）を使用する必要はなく、大幅な省電力化を図ることができる。また、蓄電池１４に電力が十分に蓄えられていない場合、外部電源１８を利用してＬＥＤ１９を点灯させるから、電力不足によるＬＥＤ１９の不点灯を防止することができる。

１０Ａ照明装置
１０Ｂ照明装置
１１照明器具
１２太陽電池パネル
１３照度センサ
１４蓄電池
１５電圧計
１６コントローラ
１７赤外線遠隔操作機（リモコン）
１８外部電源（商用電源）
１９ＬＥＤ（発光ダイオード）
２０スペース
２１交流入力電力生成部
２２脈流電力生成部
２３出力電力生成部
２４電力可変部
２５共振出力部

Claims

太陽電池パネルと、前記太陽電池パネルが発電した電気を蓄電する蓄電池と、直列に接続された複数のＬＥＤ（発光ダイオード）から形成され、照明を必要とする所定のスペースに設置された照明器具と、それらＬＥＤの発光に必要な電力を前記蓄電池から供給しつつ、それらＬＥＤの明るさを調節するコントローラとを備え、
前記コントローラが、前記蓄電池から出力された直流電気を交流入力電力に変換する交流入力電力生成部と、前記交流入力電力を整流して脈流電力を生成する脈流電力生成部と、前記脈流電力の脈流成分に前記交流入力電力の交流成分を付加して所定波形を有する出力電力を生成する出力電力生成部と、ＰＷＭ信号を利用し、前記出力電力生成部で生成される出力電力を所定の周波数かつ所定の出力レベルに可変する電力可変部と、前記電力可変部で可変されて前記出力電力生成部から出力された前記出力電力が前記照明器具における共振条件を満たすように該出力電力の周波数を共振周波数に変調し、前記共振周波数に保持した出力電力を前記照明器具のそれらＬＥＤに出力する共振出力部とから形成されていることを特徴とする照明装置。
前記照明装置が、前記太陽電池パネルを設置した箇所における照度を計測し、計測した照度を前記コントローラに出力する照度センサを含み、前記コントローラが、前記照度センサから出力された照度に比例して前記出力電力の出力レベルを可変する請求項１に記載の照明装置。
前記コントローラが、前記照度センサから出力された照度に基づき、前記太陽電池パネルから前記蓄電池に充電する充電運転と、前記蓄電池に蓄電された電力によってそれらＬＥＤを点灯させる点灯運転との少なくとも一方を実行する請求項２に記載の照明装置。
前記照明装置が、前記太陽電池パネルの発電電圧を計測しつつ、計測した発電電圧を前記コントローラに出力する電圧計を含み、前記コントローラが、前記電圧計から出力された発電電圧に比例して前記出力電力の出力レベルを可変する請求項１に記載の照明装置。
前記コントローラが、前記電圧計から出力された前記太陽電池パネルの発電電圧に基づき、前記太陽電池パネルから前記蓄電池に充電する充電運転と、前記蓄電池に蓄電された電力によってそれらＬＥＤを点灯させる点灯運転との少なくとも一方を実行する請求項４に記載の照明装置。
前記照明装置が、前記蓄電池の蓄電電圧を計測しつつ、計測した蓄電電圧を前記コントローラに出力する電圧計を含み、前記コントローラが、前記電圧計から出力された蓄電電圧に基づき、前記蓄電池から直流入力電力を導入してその直流入力電力によって前記ＬＥＤを点灯させる蓄電池運転と、外部電源から交流入力電力を導入してその交流入力電力によって前記ＬＥＤを点灯させる外部電源運転との少なくとも一方を実行する請求項１ないし請求項５いずれかに記載の照明装置。
前記コントローラの電力可変部では、前記出力電力の周波数を１６ｋＨｚ〜２０ｋＨｚの範囲で可変可能である請求項１ないし請求項６いずれかに記載の照明装置。
前記照明器具における前記ＬＥＤの直列接続の個数が、１００〜１８０個の範囲にある請求項１ないし請求項７いずれかに記載の照明装置。