JP2014127426A - 標識灯制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】格別な信号線を用いることなく、また、電力線搬送方式を用いることなく電源装置側から、各標識灯を制御するための制御信号を標識灯に送信することが可能な標識灯制御装置を提供する。
【解決手段】電源装置１の位相制御出力を、通常時の切換えパターンとは異なるパターンで切換えて制御信号Ｓ２（図３）とする。この切換えパターンによる位相制御出力の組合せを標識灯１０（４０）側で識別し、標識灯１０（４０）の投光窓部４１、４１に付着する雪を融かすために加熱手段２５（４６）を作動させる。
【選択図】図１

Description

本発明の一実施形態は、交流電源電圧を位相制御した出力により直列接続した複数個の標識灯を付勢する標識灯制御装置に関する。

例えば空港における標識灯制御装置においては、定電流電源装置に複数個の標識灯を互いに直列的に接続して付勢するようにしている。このような標識灯制御装置においては、標識灯の光出力を薄暮、夜間、雨天、曇天等周囲の環境条件に応じて複数段階に制御するようにしている。例えば光度比率を１００％、２５％、５％、１％、０．２％の５段階に制御するようにしている。

このような光度比率の制御は、交流電源の出力を位相制御して標識灯への供給電流値を変更することにより行われ、電球負荷の場合、例えば６．６Ａ、５．２Ａ、４．１Ａ、３．４Ａ、２．８Ａに切換えることにより行っている。

一方、近年においては、光源として電球以外の新たな光源例えばＬＥＤ（発光ダイオード）を用いた標識灯が提案されている。この新たな光源を用いた標識灯では、従来の電球を用いた標識灯とは異なる構成、課題等を有する。

例えば、ＬＥＤ等の半導体発光素子を光源とする場合には、点灯用の直流電源回路が必要であり、また、光出力制御用の点灯回路が必要である。すなわち、ＬＥＤの光出力特性は電球のそれとは異なるため、ＬＥＤ光源の標識灯と電球光源の標識灯とを同じ定電流電源装置で付勢する場合には、前記６．６Ａ〜２．８Ａに対するＬＥＤの光出力を電球の光出力特性に合わせる光出力制御手段が必要である。

また、半導体発光素子を光源とする場合には、電球に比して消費電力が小さく、発熱量も小さい。このため、投光部に雪が積もった場合に、この雪を融かすことができず、雪に遮られて所要の照射特性を得られなくなるという課題が生じることがある。また、投光部内面に結露が生じた場合に、この水滴を蒸発できずに所要の照射特性を得られなくなるという課題が生じることがある。

さらに、半導体発光素子を光源とする場合には、光出力制御のために電子回路等が用いられるが、これら半導体発光素子、電子回路の状態監視、点検が必要になることもある。

上記のように、半導体発光素子のような新たな光源を用いた標識灯では、電球のときとは異なる構成、異なる課題等を有するため、管制室等から標識灯を多岐に亘って制御、監視、点検等できることが望まれる。

しかし、標識灯制御装置において、上記のような光度比率の制御以外の制御を行うことは困難であった。その理由は、制御信号を送信するための信号線を配設することが困難なためである。すなわち、空港の標識灯システムは、総延長が通常数百メートル〜数千メートルと広範囲にわたって配設されるものである。また、空港を工事のために閉鎖することは困難である。このため、制御信号用の配線を施すことが、価格的にも施設工事的にも困難である。

これに対し、特許文献１に示されるように定電流電源装置からの給電線を利用して、給電波形に高周波信号を重畳して制御信号とするものが提案されている。

特開平１０−９２５８８号公報

しかし、特許文献１のように定電流電源装置から給電線を利用して、給電波形に信号を重畳するもの（電力線搬送）では制御信号を発生して給電線に重畳する手段が必要であるし、受信側では信号の分離等の手段が必要である。

また、高周波信号は、数百メートル〜数千メートルに亘って伝送しようとすると減衰の問題が発生し、ノイズとの混信の問題も生じ易い。

このため、より一層の簡便化、低価格化を図れ、信号伝送の正確性を向上した制御システムが要望されるところである。

本発明の実施形態は、このような事情を考慮してなされたもので、比較的簡単な構成で、電源装置側から各標識灯を制御するための制御信号を標識灯に送信することが可能な標識灯制御装置を提供することを目的とする。

本発明における一実施形態の標識灯制御装置は、位相制御出力を出力可能な電源装置、電源装置から付勢される複数個の標識灯、標識灯への制御信号を出力させる制御信号生成手段および制御信号に応じて標識灯の動作態様を制御する制御装置を有している。

前記電源装置は、設定された複数段階の内の何れかを指示する設定信号に応じて交流電源電圧を位相制御し、複数段階の位相制御出力の内の何れかを選択的に出力可能になされている。

前記標識灯は、電源装置の出力間に互いに直列的に接続され、電源装置の位相制御出力のレベルを判別するレベル判別部を有し、判別された位相制御出力のレベルに応じて負荷光源の光出力を制御する。

前記制御信号生成手段は、電源装置から出力される位相制御出力を時系列的に複数段階の内の２以上の組合わせとし、かつ、通常時に行われる位相制御出力の切換えとは異なるパターンで切換えることによって標識灯に制御信号として出力する。

前記制御装置は、各標識灯に設けられ、制御信号の内容に応じて標識灯の動作態様を制御する。

標識灯の動作態様とは、負荷光源の動作、監視動作、自己点検動作、付属装置の動作等多種多様な動作であることを許容する。そして、動作態様を制御するとは、少なくとも一つの動作態様を制御可能にしていることを意味している。

負荷光源は、好適にはＬＥＤ（発光ダイオード）であるがその他半導体レーザ、有機ＥＬ素子等その他の素子であってもよい。また、発光色は、白色の他、任意の発光色でもよいし、異なる色の混合であってもよい。

本発明の一実施形態によれば、格別な信号線を要することなく電源装置側から制御信号を送信することができる。また、電源の位相制御出力を切換え、順序を組合わせるだけで制御信号を構成できるので、格別な信号生成手段や電力線搬送のように信号分離、波形整形のような手段も不要にでき、高周波信号に比して、安定した信号とすることができる。

本発明の一実施形態である標識灯制御装置を示す回路図。 同じく電源装置の出力波形例を示す波形図。 同じく制御信号の例を示す波形図。 同じく埋込標識灯の一例を示す図であり、同（ａ）は平面図、同（ｂ）は断面した概略側面図。 本発明の他の実施形態である埋込標識灯の作動態様の切換え内容を示す図。

以下、図１〜図４を参照して本発明の一実施形態を説明する。図１は本発明の第１の実施形態である標識灯制御装置を示す回路図、図２は同じく電源装置の出力波形例を示す波形図、図３は同じく制御信号の例を示す波形図、図４は同じく埋込標識灯の一例を示す図であり、同（ａ）は平面図、同（ｂ）は断面した概略側面図である。

電源装置１は、５０Hz、６０Hz等の正弦波交流電源４の出力電圧を位相制御して出力する。このような電源装置１の位相制御手段２としては、トライアック等双方向性の制御極付スイッチング素子、ＳＣＲ等片方向性の制御極付スイッチング素子を逆並列接続したもの、整流ブリッジおよび片方向性の制御極付スイッチング素子を組合わせたもの等適宜任意に構成し得る。また、電源装置１は、位相制御手段２の導通位相を後述の設定信号Ｓ１に応じて制御する導通位相制御手段３を有している。

なお、図示は省略したが、電源装置１は周知のまたは当業者が適宜構成し得る電流フィードバック制御手段等を有し、出力電流が設定された設定信号Ｓ１に応じた電流値になるように導通位相制御手段３を介して位相制御手段２の導通位相を制御するようになっていることが好ましい。このような構成により、電源装置１を定電流電源装置とすることができる。

上記のような電源装置１に、外部例えば管制室等に設けられる設定信号発生手段５から設定信号Ｓ１を供給してその出力電流値を切換える。設定信号Ｓ１としては、例えば出力電流値を上述のように、６．６Ａ、５．２Ａ、４．１Ａ、３．４Ａ、２．８Ａの５段階のいずれかに切換えるものである。もちろん、電流値の値、段階数はこれに限られるものではない。また、電源装置１を遮断状態にするために設定信号Ｓ１にて位相制御手段２を不導通に制御してもよいし、別途の遮断手段を用いてもよい。前記設定信号Ｓ１自体は、コード化された信号、手動操作に応じて入力される信号等どのような形態でもよい。

図２（ａ）〜（ｅ）に前記出力電流値６．６Ａ、５．２Ａ、４．１Ａ、３．４Ａ、２．８Ａの電流を出力するための位相制御波形例を示す。すなわち、（ａ）は電流値６．６Ａを得る場合の位相制御波形、（ｂ）は電流値５．２Ａを得る場合の位相制御波形、（ｃ）は電流値４．１Ａを得る場合の位相制御波形、（ｄ）は電流値３．４Ａを得る場合の位相制御波形、（ｅ）は電流値２．８Ａを得る場合の位相制御波形である。

なお、電源装置１は、位相制御手段２に対してバイパス回路を設け、位相制御手段２の不導通期間にもわずかな電圧を出力するようにしてもよい。

そして、本実施形態においては、前記導通位相制御手段３および設定信号発生手段５を用いて、制御信号生成手段６を構成している。制御信号生成手段６は、前記の図２（ａ）〜（ｅ）に示した位相制御出力を、通常時の切換えパターンとは異なるパターンで切換えて、この切換えパターンを制御信号Ｓ２として送出するものである。

すなわち、通常時には、周囲環境に応じて例えば薄暮から夜間に変化すると図２の（ｄ）から同（ｅ）の波形へと変化するように、光度比率が順次次のステップに移行するように変化することが多い。また、光出力のちらつきを起こさないように０．１秒とか１秒あるいはそれ以上の時間は同じ位相制御出力を継続させるようにし、短時間内に複数回位相制御出力を切換えることはない。

これに対して、制御信号生成手段６は、電源装置１の位相制御出力として、光度比率のステップを飛越した位相制御出力を組合せたり、交流電源４の半サイクル毎に位相制御出力を異ならせたりして制御信号Ｓ２を生成する。例えば、制御信号Ｓ２の一例としては、図３に示すように、出力レベル１（図２の（ｅ）の位相制御波形）と出力レベル５（図２の（ａ）の位相制御波形）とを交互に交流電源４の４サイクル以上に亘って繰返し出力するようにする。繰返す期間は、信号伝送の確実性、通常時の切換えパターンとの区別の観点から１０サイクル程度に設定することができる。

このような制御信号Ｓ２としては２種以上の位相制御出力の各種の組合せ、繰返し周期の設定等が可能であり、前記の通常時の切換えパターンと異ならせることが容易であるから、任意に形成可能である。

このような電源装置１の出力端間に複数個の標識灯１０が互いに直列的に接続されている。ここで直列的とは、電気回路的に直列であることを意味し、中間に他の部品が介在している場合、介在していない場合の何れをも含むことを意味している。なお、図１では一つの標識灯１０のみを詳細に表し、他の標識灯１０については簡略化または省略している。

図１の実施形態では、可飽和装置１１を介して標識灯１０が直列的に接続されている。可飽和装置１１としては、この種制御装置では通常ゴム被覆トランスと称される可飽和形のトランスを使用することができる。しかし、可飽和装置１１としては他のものでもよいし、負荷光源の種類によっては省略することも可能である。

なお、標識灯１０の形式は限定されるものではなく、埋込形、地上形、その他の何れであってもよい。

図１の実施形態における各標識灯１０は、負荷光源１２として複数個例えば２個のＬＥＤ（発光ダイオード）を有するものである。また、標識灯１０は、可飽和装置１１の出力巻線の出力端間に３個のトランス１３、１４、１５を直列的に接続している。第１のトランス１３の出力側には、全波整流装置１６および平滑コンデンサ１７を接続している。平滑コンデンサ１７の出力側には電圧調整装置１８を設けて、この電圧調整装置１８の出力をスイッチング手段１９を介して光源１２に供給可能にしている。

制御装置２０は前記電圧調整装置１８の出力電圧値を制御するとともに、スイッチング手段１９をＰＷＭ（パルス幅制御）制御するものである。この制御装置２０はマイクロコンピュータ等から構成され、演算機能、メモリ機能等を備えている。そして、電源装置１から送信される制御信号Ｓ２の内容と標識灯１０の作動態様の制御内容との対応関係を記憶している。

第２のトランス１４の出力は、整流化手段２１により整流され、必要に応じて定電圧化手段２２により定電圧化されて、前記制御装置２０および所要の構成要素に動作電力を供給するようになっている。

第３のトランス１５の出力は、レベル判別部２３に入力される。レベル判別部２３は例えば電流検出手段によって構成され、現在電源装置１から供給されている位相制御出力がどのレベルかを判別する。また、レベル判別部２３を制御装置２０の演算機能等によって構成してもよい。この場合、第３のトランス１５の電流検出信号を制御装置２０に入力して、制御装置２０にて位相制御出力のレベルを判別させる。このレベル判別部２３は、電流値からレベルを判別するものであってよいし、位相制御波形から導通期間を検出してレベルを判別するものであってもよい。

また、前記平滑コンデンサ１７の出力側には制御スイッチ２４を介してヒータ等の加熱手段２５が設けられている。この加熱手段２５は後述するように、好ましくは標識灯の投光窓部に配設される。

つぎに、本実施形態の作用を説明する。通常の標識灯１０の点灯時には、電源装置１の位相制御手段２は設定信号発生手段５からの設定信号Ｓ１に応じて、図２の（ａ）〜（ｅ）のいずれかの位相制御電圧を出力する。各標識灯１０では、第３のトランス１５の出力から電流値あるいは位相制御波形を検知し、レベル判別部２３がレベルを判別する。制御装置２０は検知したレベルに応じて電圧調整装置１８の出力電圧値を制御する。

また、制御装置２０は、検知したレベルに応じてスイッチング手段１９をＰＷＭ制御（オンデューティの制御＝一周期期間中のオン期間制御）して光源１２の光出力を制御する。すなわち、図２の（ａ）時のレベルであるときには光度比率１００％、図２の（ｂ）時のレベルであるときには光度比率２５％、図２の（ｃ）時のレベルであるときには光度比率５％、図２の（ｄ）時のレベルであるときには光度比率１％、図２の（ｅ）時のレベルであるときには光度比率０．２％となるように負荷光源１２への供給電力を制御する。

つぎに、電源装置１から制御信号Ｓ２を送信する場合について説明する。例えば冬季の降雪時には、標識灯１０の投光窓部に付着する雪を融かすために加熱手段２５を作動させる。この場合、電源装置１の位相制御出力を切換えて、前述の図３のような出力電流の切換えパターンとして制御信号Ｓ２を送信する。

各標識灯１０では、第３のトランス１５の出力から、レベル判別部２３がレベルを判別して図３の切換えパターンすなわち制御信号Ｓ２を認識する。

すると、制御装置２０は制御信号Ｓ２の内容と作動態様の制御内容との関係を予め記憶しているので、制御スイッチ２４をオン制御し、加熱手段２５に平滑コンデンサ１７の両端電圧を供給する。

加熱手段２５の作動を停止する場合には、図３とは異なる制御信号を形成して、例えば出力レベル２（図２の（ｄ）の位相制御波形）と出力レベル４（図２の（ｂ）の位相制御波形）とを交流電源４の１０サイクルに亘って繰返すようにする。

標識灯１０ではこの制御信号Ｓ２を識別し、制御装置２０は記憶内容に従って制御スイッチ２４をオフ制御し、加熱手段２５を不作動にする。

本実施形態は、電源装置１の位相制御出力の組合せにより制御信号Ｓ２を形成できるので、格別な信号生成手段が不要である。標識灯側においては、レベル判別部２３を制御信号Ｓ２の認識に共用できるので、構成が簡単になる。また、電源装置１の位相制御出力そのものを制御信号の構成要素としているので、高周波信号に比して減衰やノイズとの混信の問題も少なくなる。

また、本実施形態は、制御信号Ｓ２を送出している期間も電源装置１からは何らかの位相制御出力を標識灯１０に供給しているから、各標識灯１０においては電力を確保できる。

図４を参照して標識灯の一構成例を説明する。図４（ａ）は平面図、図４（ｂ）は図４（ａ）の線ｂ‐ｂ´に沿って断面し、かつ、内部を簡略化した概略側面図である。図４に示した標識灯１０は埋込形であり、上部の全体形状を載頭円錐状とされ、下部の全体形状を中間に段部を形成した円筒状とされている。上部には図４（ａ）に示すように、互いに反対方向に光照射するために２つの投光窓部４１、４１を有している。また、投光窓部４１、４１からの出射光を導出するために上面４２より凹んだ光導出部４３、４３を形成している。

そして、標識灯４０の内部には、各投光窓部４１、４１に光学的に対向して光源４４が配設されており、投光窓部４１、４１にはプリズム、レンズ等の制光部材４５が設けられている。

また、標識灯４０の内部には、投光窓部４１、４１の近傍例えば光導出部４３、４３の下部に加熱手段４６が埋設されている。この加熱手段４６は標識灯４０の内部空間に設けられてもよいし、標識灯４０のケースを構成する部材内に埋め込んで設けられてもよい。また、加熱手段４６は少なくとも投光窓部４１、４１および光導出部４３、４３を加熱できればよく、その設置箇所は限定されない。

このような標識灯４０は、図４（ｂ）に示すように、上部を露出させてすなわち光導出部４３、４３の外周縁部を路面Ｒと略一致させた状態で空港の滑走路、誘導路等所要部分に基台４７に支持されて埋設される。

なお、図示を省略したが、前述のトランス１３〜１５、全波整流装置１６、平滑コンデンサ１７、電圧調整装置１８、制御装置２０等の点灯制御手段が標識灯４０内に収納されている。しかし、点灯制御手段の一部または全部を基台４７内等標識灯４０の近辺に配置するようにしてもよい。

本実施形態の標識灯４０は、降雪時に投光窓部４１、４１や光導出部４３、４３に雪が積もった場合に、図１の電源装置１側から制御信号Ｓ２を送出する。各標識灯４０では、図１の実施形態で説明したように、加熱手段４６を作動する。この加熱手段４６の熱により融雪され、投光窓部４１、４１および光導出部４３、４３からの光照射を有効に維持できる。

なお、他の実施形態として、加熱手段４６を実施形態に加えてまたは別個に制光部材４５の内面を加熱するように設けることができる。この場合は、制光部材４５の内面に結露が生じることが懸念されるときに加熱手段４６を作動させることにより、結露を防止することができる。

つぎに、本発明のさらに他の実施形態を説明する。図５は、本発明のさらに他の実施形態の標識灯側での作動態様の切換え内容の例を示す図である。

ＬＥＤ等の半導体発光素子を用いた場合、光出力特性が電球とは異なることが知られている。すなわち、電球の電流に対する光出力特性は、電流の増加に対して光出力は二次曲線的に増加するのに対して、ＬＥＤは直線的に増加する。このために、電球を用いた標識灯とＬＥＤを用いた標識灯を同じ定電流電源から給電する場合には、ＬＥＤを用いた標識灯では電球の光出力に合わせるように電流値に対する光出力変換を行なっていた。例えば、上記の６．６Ａ、５．２Ａ、４．１Ａ、３．４Ａ、２．８Ａに対応して光度比率が１００％、２５％、５％、１％、０．２％になるように、ＬＥＤへの供給電力を調整している。

しかし、一つの定電流電源から給電する標識灯が全てＬＥＤを光源とするものになった場合、上記のように相対的に大電流である６．６Ａ、５．２Ａ、４．１Ａ、３．４Ａ、２．８Ａの電流を供給するのは電力的に無駄である。したがって、電流値を低減することが考えられる。

しかし、単純に電流値を低減すると、上述した光出力変換の割合が変化してしまい、所要の光度比率を得られなくなる。

本実施形態では、標識灯に予め２種以上の光度比率テーブルを記憶させている。光度比率テーブルの一例を図５に示す。図５において、光度比率テーブル１は、電流値を６．６Ａ、５．２Ａ、４．１Ａ、３．４Ａ、２．８Ａの５段階に変化させたときに光度比率を１００％、２５％、５％、１％、０．２％に変化させる関係である。光度比率テーブル２は、電流値を減じて、電流値を３．３Ａ、２．７Ａ、２．０Ａ、１．７Ａ、１．４Ａの５段階に変化させたときに光度比率を１００％、２５％、５％、１％、０．２％に変化させる関係である。なお、図５のタップ５〜１の表記は、前記５段階を意味している。

そして、電球光源の標識灯と併存して使用されるときには、図１の電源装置１から制御信号Ｓ２を送出せず、光度比率テーブル１で光出力を制御する。

ＬＥＤ光源のみの標識灯になった場合には、電源装置１からの出力電流を光度比率テーブル２のものの何れかに減じるとともに、位相制御出力を組合わせてなる制御信号Ｓ２を送出する。標識灯では、この制御信号Ｓ２に応じて光度比率テーブルを光度比率テーブル２に切換えて光出力制御を行なう。

この場合、電流値が減じられている関係で、位相制御出力波形は図２（ａ）〜（ｅ）のものとは異なるが、予め位相制御出力と動作態様の制御内容との対応関係を記憶しておくことにより上記の制御が可能である。もちろん、電流値を減じる以前に光度比率テーブルを切換えることも可能である。

以上、本発明の好ましい実施形態を中心に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内において、各種の変形を許容するものである。

１…電源装置、２…位相制御手段、３…導通位相制御手段、５…設定信号生成手段、６…制御信号生成手段、１０、４０…標識灯、１１…可飽和装置、１２、４４…負荷光源、２０…制御装置、２３…レベル判別部、２５、４６…加熱手段、４１…投光窓部、４３…光導出部。

Claims (3)

1. 設定された複数段階の内の何れかを指示する設定信号に応じて交流電源電圧を位相制御し、複数段階の位相制御出力の内の何れかを選択的に出力可能な電源装置と；
   電源装置の出力間に互いに直列的に接続され、電源装置の位相制御出力のレベルを判別するレベル判別部を有して判別された位相制御出力のレベルに応じて負荷光源の光出力を制御する複数個の標識灯と；
   電源装置から出力される位相制御出力を時系列的に複数段階の内の２以上の組合わせとし、かつ、通常時に行われる位相制御出力の切換えとは異なるパターンで切換えることによって標識灯に制御信号として出力する制御信号生成手段と；
   各標識灯に設けられ、制御信号の内容に応じて標識灯の動作態様を制御する制御装置と；
   を具備していることを特徴とする標識灯制御装置。
2. 前記標識灯は電源装置から供給される位相制御出力毎に負荷光源の明るさを設定するテーブルを２種類以上有するものであるとともに、前記制御装置は制御信号の内容に応じて前記テーブルを切換えるものであることを特徴とする請求項１記載の標識灯制御装置。
3. 前記標識灯は少なくとも投光窓部を加熱可能な加熱手段を有するとともに、前記制御装置は制御信号の内容に応じて前記加熱手段の作動を制御するものであることを特徴とする請求項１または２記載の標識灯制御装置。

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