(57)【要約】【課題】永久磁石式の交流発電機の出力を電源とするＬＥＤ式前照灯用のＬＥＤ点灯装置を簡素かつ安価に構成する。【解決手段】ＬＥＤ式前照灯２に供給する電流を、交流発電機１とＬＥＤ式前照灯２の間に配置したトランジスタＴｒを有する定電流出力部１２により生成し、概ね一定の当ＬＥＤ式前照灯２への出力電圧を制御用電源部１４に引き込んで制御部１３の電源として使用する。【選択図】図１
2014205415.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
永久磁石を回転して発電する交流発電機の出力を電源としてＬＥＤを点灯するＬＥＤ点灯装置であって、
前記交流発電機と前記ＬＥＤの間に介在して電圧降下を生じさせる半導体と、
前記半導体を制御して前記ＬＥＤへ出力する定電流を生成する制御部と、
前記制御部の電源を生成する制御用電源部とを備え、
前記制御用電源部への給電は前記ＬＥＤに出力する電圧から行うことを特徴とするＬＥＤ点灯装置。
【請求項２】
前記半導体は、ＰＮＰ型のトランジスタ、あるいはＰチャネル型の電界効果トランジスタであることを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ点灯装置。
【請求項３】
前記半導体に並列に接続された抵抗を備えることを特徴とする請求項１または請求項２記載のＬＥＤ点灯装置。
【請求項４】
前記交流発電機の出力電圧が所定の閾値以上になったときに、前記交流発電機の端子間を短絡する過電圧制限部を備えることを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載のＬＥＤ点灯装置。
【請求項５】
直列に接続された複数のＬＥＤを有する前照灯と、
前記複数のＬＥＤのうち、一部のＬＥＤの端子間を短絡するスイッチと、
前記前照灯の有する前記ＬＥＤを点灯する、請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載のＬＥＤ点灯装置とを備える前照灯システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、永久磁石式の交流発電機から電源供給を受けてＬＥＤ（発光ダイオード、半導体光源）を点灯するＬＥＤ点灯装置、および当ＬＥＤ点灯装置を用いて自動二輪車等の車両に搭載された前照灯用ＬＥＤを点灯する前照灯システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
昨今の、地球温暖化を助長する二酸化炭素の排出量を削減する風潮と、発光効率の高い明るいＬＥＤが実現化される情勢において、車載用灯具の光源にも、従来のタングステンフィラメントの電球に代替して、低電力のＬＥＤが普及し、廉価な自動二輪車（バイク）にまで普及され始めた（例えば、特許文献１参照）。当ＬＥＤは、長寿命、かつ、一定の電流を供給する簡単な制御によって安定した明るさを発することができるため、車載用灯具の光源としても好適である。
【０００３】
ところで、自動二輪車、特に廉価なミニバイクの発電機は、エンジンにより永久磁石を回転して交流電力を発電する永久磁石式の交流発電機が主流である。このタイプの発電機は、永久磁石を使用する都合上、エンジンの回転数に対応して、低い電圧から高い電圧まで広範囲の電圧を出力するため、出力電圧が一定に制御されない。
【０００４】
しかし、当永久磁石式の交流発電機に抵抗負荷を接続すれば、概ね定格電圧に近い電圧を維持することができるため、抵抗のような特性を備える電球を光源とする前照灯用の電源としては特段の配慮をすることなく使用することができた。
その上、電球は交流電源でも直流電源と同様に点灯することができるため、わざわざ交流を直流に変換する必要さえなかった。
なお、一般的に、抵抗のような特性を備える電球としてハロゲンバルブが使用されている。
【０００５】
以下に、永久磁石式の交流発電機を電源に使用した点灯装置の従来例を示す。
例えば特許文献２に係る電源装置は、永久磁石式交流発電機からの交流電圧を交流負荷、つまりは電球（特許文献２ではランプと記載）を点灯するための駆動電圧として利用し、当交流電圧を交流−直流変換回路により直流電圧に変換して直流負荷の駆動電圧として利用する構成である。当電源装置においては、例えば、交流負荷への通電が途絶えたときのように、永久磁石式交流発電機が発生する電源電圧が過度に上昇するときには、交流−直流変換回路のパワトランジスタへの負荷を軽減するために、当パワトランジスタをオフしていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１２−１１９７０号公報
【特許文献２】実開平５−５９５０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記特許文献２が示すように、電球は永久磁石式交流発電機の電圧を適当な電圧に維持する役割も担っている。つまり、永久磁石式交流発電機に接続された電球に代替して、低電力のＬＥＤを点灯すれば（もちろん交流を直流に変換する整流器の介在は必要）、永久磁石式交流発電機の出力電圧が上昇し、電源を共有する他の負荷に影響が及ぶという課題があった。
特に、電球を、一般的なスイッチングレギュレータを使用した高効率のＬＥＤ点灯装置に代替した場合には、さらに永久磁石式交流発電機の負荷が減少することで、当交流発電機の出力電圧が上昇し、当過電圧により他の負荷を破壊する可能性もある。
【０００８】
また、ＬＥＤは定電流によって点灯させるため、当定電流を生成する制御部が必要であり、必然的に当制御部用の安定した電源が必要となる。しかしながら、永久磁石式の交流発電機の出力電圧は、エンジンの回転数と接続される負荷とによって大きく変動するために、当交流発電機の出力電圧から制御部用電源を生成する回路は、高耐圧および大容量の部品で構成する必要があり、装置が大型化および高コストになるという課題があった。
【０００９】
なお、上記特許文献１では、鞍乗型車両用のＬＥＤを点灯する機能を有するＬＥＤ点灯装置が記載されているが、当ＬＥＤ点灯装置の電源は直流電源であった。そのため、制御部を駆動するための制御部用電源は、当直流電源から逆流防止ダイオードおよびスイッチを介して入力される簡単な構成であり、電源電圧が大きく変動する場合の想定はされていなかった。
【００１０】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、永久磁石式の交流発電機を電源とするＬＥＤ点灯装置、および当ＬＥＤ点灯装置を用いた前照灯システムを簡素かつ安価に構成することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明に係るＬＥＤ点灯装置は、交流発電機とＬＥＤの間に介在して電圧降下を生じさせる半導体と、当半導体を制御してＬＥＤへ出力する定電流を生成する制御部と、制御部の電源を生成する制御用電源部とを備え、制御用電源部への給電はＬＥＤに出力する電圧から行うようにしたものである。
【００１２】
この発明に係る前照灯システムは、直列に接続された複数のＬＥＤを有する前照灯と、複数のＬＥＤのうち、一部のＬＥＤの端子間を短絡するスイッチと、前照灯の有するＬＥＤを点灯する上述のＬＥＤ点灯装置とを備えるものである。
【発明の効果】
【００１３】
この発明によれば、制御部の半導体制御により定電流を生成してＬＥＤへ供給すると共に、当ＬＥＤへの出力端子間に発生する概ね一定の電圧を制御部の電源として使用するようにしたので、低電圧対応の部品を使用して制御用電源部を構成でき、ＬＥＤ点灯装置を簡素かつ安価に構成することができる。
【００１４】
この発明によれば、上述のＬＥＤ点灯装置を使用することで前照灯システムを簡素かつ安価に構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】この発明の実施の形態１に係るＬＥＤ点灯装置の構成の一例を示す回路図である。
【図２】実施の形態１に係るＬＥＤ点灯装置が電源に使用する交流発電機の出力電流／出力電圧特性の一例を示すグラフである。
【図３】実施の形態１に係るＬＥＤ点灯装置に接続するＬＥＤ式前照灯の一例を示す回路図である。
【図４】この発明の実施の形態２に係るＬＥＤ点灯装置の構成の一例を示す回路図である。
【図５】この発明の実施の形態３に係るＬＥＤ点灯装置の構成の一例を示す回路図である。
【図６】実施の形態３に係るＬＥＤ点灯装置１０の変形例を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
実施の形態１．
図１に示すＬＥＤ点灯装置１０は、自動二輪車等の車両に搭載された永久磁石式の交流発電機１の発生する交流を電源にして、出力端子１１間に接続されたＬＥＤ式前照灯２を点灯するものである。ＬＥＤ点灯装置１０において、整流ダイオードＤ１〜Ｄ４が交流発電機１の発生する交流を直流に変換し、平滑コンデンサＣ１で平滑し、定電流出力部１２のトランジスタＴｒにより電圧降下を生じさせて（通電電流を制限して）ＬＥＤ式前照灯２に組み込まれたＬＥＤを点灯する定電流を生成し、出力端子１１を通じてＬＥＤ式前照灯２へ供給する。
なお、当構成の整流用のダイオードは、交流発電機１が発生する正負両極性の電流から直流を出力するために、４個の整流ダイオードＤ１〜Ｄ４からなるダイオードブリッジを使用している。
【００１７】
ＬＥＤ式前照灯２は、直列に接続された複数のＬＥＤ（Ｌ，Ｈ）と、当ＬＥＤの一部（Ｈ）を短絡するスイッチＳＷ１とから構成されている。運転者がスイッチＳＷ１をオンすると、ＬＥＤ（Ｈ）が短絡され、ＬＥＤ（Ｌ）だけが点灯してすれ違い灯（Ｌｏ−Ｂｅａｍ）を形成し、スイッチＳＷ１をオフすると全てのＬＥＤ（Ｌ，Ｈ）が点灯して走行灯（Ｈｉ−Ｂｅａｍ）を形成する。このスイッチＳＷ１およびＬＥＤ式前照灯２とＬＥＤ点灯装置１０とで、自動二輪車等の車両に搭載される前照灯システムを構成している。
【００１８】
車両にはＬＥＤ式前照灯２以外にも車載機器５が搭載されており、車載機器５も交流発電機１の発生する交流電源で動作する。当交流電源は、例えば電源装置３の整流ダイオードＤ５で整流され、電圧制御部４で定電圧に変換されて、車載機器５へ供給される。なお、整流ダイオードＤ５に代替して、整流ダイオードＤ１〜Ｄ４からなるダイオードブリッジの出力を電圧制御部４に接続しても構わない。車載機器５としては、例えばエンジンコントローラ、ストップランプ、ウインカ等がある。
【００１９】
図２は、永久磁石式の交流発電機１の出力電流／出力電圧特性の一例を示すグラフである。交流発電機１は、エンジンによって永久磁石を回転し、コイルから永久磁石の回転数に対応した交流電圧を発生する。そして、当交流電圧は接続する負荷に流出する電流量よって変動する。つまり、エンジンの回転数と出力電流に対応して、交流発電機１の出力電圧が変動する。ところで、この交流発電機１に、負荷として定格３５Ｗの電球を接続した場合、エンジンの回転数を変化させても（２０００〜６５００ｒｐｍ）、最高出力電圧は１７Ｖ程度（変動幅は９Ｖ程度）であり、電球および他の車載機器５の定格電圧（１２Ｖ）に対して大きく外れることは無い。
【００２０】
一方、電球より低電力の、定格１２Ｗ（２Ａ、６Ｖ）のＬＥＤを点灯する場合、定電力制御によって常時１２Ｗを出力すると、交流発電機１の最高出力電圧は３２Ｖ程度（変動幅は２３Ｖ）に上昇する。したがって、定電力制御用に高耐圧および大容量の回路が必要となり、他の車載機器５への影響も大きい。
これに対し、定電流制御によって常時２Ａを出力すれば、最高出力電圧が２５Ｖ程度（変動幅は１７Ｖ）に緩和されることが読み取れる。
上記より、永久磁石式の交流発電機１を用いてＬＥＤを点灯させる場合には、定電力制御より定電流制御が好適であり、本実施の形態１では定電流出力部１２が定電流制御を行う。
上記においては、交流発電機の仕様を固定して、３種類の動作を説明したが、もちろん、低電力のＬＥＤを点灯する交流発電機の仕様は小容量であってしかるべきであり、当小容量の交流発電機の使用によって、最高出力電圧をさらに適切な電圧に抑えることが可能である。
【００２１】
以上を換言すれば、電球は交流発電機１の出力電圧を適当な電圧に維持する役割も担っているため、当電球に代替して、低電力のＬＥＤ式前照灯２に組み込まれたＬＥＤを点灯すると、交流発電機１の出力電圧が上昇し、電源を共有する他の車載機器５にも影響が及ぶ。特に、スイッチングレギュレータを使用してＬＥＤに定電流を供給する（ＬＥＤの電圧降下が概ね一定であるため定電力制御と同等になる）と、交流発電機１の負荷がさらに減少して出力電圧が上昇し、当過電圧により車載機器５を破壊する可能性がある。
従って、交流発電機１を使用してＬＥＤ式前照灯２に組み込まれたＬＥＤを点灯させる場合には、高効率のスイッチングレギュレータを使用せずに、あえて、損失が大きく、発熱を伴う、図１に示すトランジスタＴｒのような、電圧降下を生じさせる半導体を利用したシリーズレギュレータを使用することが好適である。
【００２２】
なお、トランジスタＴｒの電力損失による発熱は、このトランジスタＴｒを収める筐体に放熱部材（ヒートシンク）を設けて放熱する。
また、図１では、電圧降下を生じさせる（電流制限をおこなう）半導体の一例としてトランジスタＴｒを使用したが、これに限定されるものではなく、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）等を使用してもよい。
【００２３】
シリーズレギュレータを構成する定電流出力部１２において、制御部１３が、シャント抵抗Ｒ１によって測定される出力電流が一定になるように駆動信号を出力して、トランジスタＴｒを制御することにより定電流制御を行い、すれ違い灯および走行灯を点灯するための電流を生成する。この制御部１３は、高速演算機能を有するマイクロコンピュータを用いたディジタル制御、オペアンプ等で構成される誤差増幅回路を用いたアナログ制御、または汎用のマイクロコンピュータと誤差増幅回路を組み合わせたディジタル−アナログ制御等で構成される。
【００２４】
ところで、制御部１３を動作させるためには電源が必要である。例えば交流発電機１の出力電圧から制御部１３の電源を生成する構成を考えた場合、エンジンの回転数に応じて広範囲に変動する交流発電機１の出力電圧に対応する電圧定格の部品を使用して制御用電源部１４を構成せざるを得ない。その場合、電圧定格が高くなるだけでなく、使用する部品点数も増える。
【００２５】
一方、ＬＥＤ式前照灯２に供給する電流を生成する定電流出力部１２の出力側に着目すれば、接続されるＬＥＤ式前照灯２の順方向電圧降下によって、出力端子１１間の電圧は概ね一定になっているため、当出力端子１１間の電圧を制御部１３用の電源に引き込むことが好都合である。従って、本実施の形態１では、制御用電源部１４が、ＬＥＤ式前照灯２を接続する出力端子１１間に発生する概ね一定の電圧から、制御部１３の電源を生成する。このように、ＬＥＤの定電圧特性を利用すれば、低電圧対応の少ない部品で制御用電源部１４を構成でき、ＬＥＤ点灯装置１０の小型化および低廉化ができる。
【００２６】
なお、ＬＥＤ式前照灯２は、図１に示したような、直列接続した複数のＬＥＤ（Ｌ，Ｈ）を１本有する構成に限定されるものではない。例えば、図３のように、直列接続した複数のＬＥＤ（Ｌ，Ｈ）を２本有する構成、さらに、直列接続した複数のＬＥＤ（Ｌ，Ｈ）を複数本並列に接続した構成であってもよい。
【００２７】
以上より、実施の形態１によれば、ＬＥＤ点灯装置１０は、交流発電機１とＬＥＤ式前照灯２の間に介在して電圧降下を生じさせるトランジスタＴｒと、トランジスタＴｒを制御して出力端子１１からＬＥＤ式前照灯２へ出力する定電流を生成する制御部１３と、出力端子１１間に発生する電圧から制御部１３の電源を生成する制御用電源部１４とを備えるように構成した。
永久磁石式の交流発電機１から電源供給を受けて、出力端子１１間に接続されたＬＥＤ式前照灯２を点灯するＬＥＤ点灯装置１０においては、電力損失が少ないスイッチングレギュレータを使用せずに、電流損失が増大するデメリットはあるもののシリーズレギュレータ（定電流出力部１２）を使用することにより、交流発電機１の出力電圧の変動が緩和できるため、交流発電機１に接続するほかの車載機器５のための電源システムとして好ましい構成が実現できる。
また、ＬＥＤ点灯装置１０において制御部１３を動作するための電源としてＬＥＤの端子電圧を使用することで、制御用電源部１４を低電圧対応の部品で簡素に構成できるので、ＬＥＤ点灯装置１０を小型化および低廉化できる。
【００２８】
また、実施の形態１によれば、前照灯システムが、直列に接続された複数のＬＥＤ（Ｌ，Ｈ）および当ＬＥＤの一部（Ｈ）を短絡するスイッチＳＷ１を有するＬＥＤ式前照灯２と、当ＬＥＤ式前照灯２を点灯するＬＥＤ点灯装置１０とを備える構成にした。このため、簡素な構成で、前照灯システムが実現できる。
【００２９】
実施の形態２．
図４は、本実施の形態２に係るＬＥＤ点灯装置１０の構成を示す回路図である。図４において図１と同一または相当の部分については同一の符号を付し説明を省略する。本実施の形態２では、電圧降下を生じさせる（電流制限をおこなう）半導体としてＰＮＰ型のトランジスタＴｒを使用すると共に、このトランジスタＴｒに並列にバイパス抵抗Ｒ２を備える構成にしている。
【００３０】
ＰＮＰ型のトランジスタＴｒを使用すれば、ベース電流次第で、エミッタ端子（Ｅ）とコレクタ端子（Ｃ）間の電圧降下をほとんど０Ｖにすることができ、交流発電機１の出力電圧が低いときにもＬＥＤ式前照灯２へ充分な電流を供給することができる。
なお、図４では、電圧降下を生じさせる（電流制限をおこなう）半導体の一例としてＰＮＰ型のトランジスタＴｒを使用したが、これに限定されるものではなく、Ｐチャネル型のＦＥＴ等を使用してもよい。Ｐチャネル型のＦＥＴを使用すれば、上記ＰＮＰ型のトランジスタＴｒと同様に交流発電機１の出力電圧が低いときに、ソース端子とドレイン端子間の電圧降下をほとんど０Ｖにすることができる。
【００３１】
また、バイパス抵抗Ｒ２をトランジスタＴｒと並列に接続すれば、トランジスタＴｒが動作しないオフ状態でも、整流平滑後の交流発電機１の出力電流を当バイパス抵抗Ｒ２を介してＬＥＤ式前照灯２へ通電することができる。従って、制御部１３が動作を開始する前（即ち、トランジスタＴｒがオフ状態のとき）に、バイパス抵抗Ｒ２とＬＥＤ式前照灯２の作用によって、出力端子１１間には概ね一定な電圧が生成されることとなり、制御用電源部１４を介して制御部１３に電源を供給することができる。
【００３２】
さらに、このバイパス抵抗Ｒ２は、トランジスタＴｒの動作中にもＬＥＤ式前照灯２を点灯する電力の一部を通過させる。従って、並列に接続したトランジスタＴｒに流通する電流を減らすことができ、当トランジスタＴｒの発熱を分散することができる。そのため、トランジスタＴｒのストレスを緩和でき、ＬＥＤ点灯装置１０の信頼性を高めることができる。
【００３３】
以上より、実施の形態２によれば、定電流出力部１２の半導体として、ＰＮＰ型のトランジスタＴｒ、あるいはＰチャネル型のＦＥＴを使用するようにしたので、交流発電機１の出力電圧が低いときにもＬＥＤ式前照灯２へ充分な電流を供給可能なＬＥＤ点灯装置１０が実現できる。
【００３４】
また、実施の形態２によれば、ＬＥＤ点灯装置１０の定電流出力部１２のトランジスタＴｒに、並列に接続したバイパス抵抗Ｒ２を備える構成にしたので、トランジスタＴｒの負担を軽減することができ、制御用電源部１４をさらに簡素にでき、信頼性の高いＬＥＤ点灯装置１０を実現できる。
【００３５】
実施の形態３．
図５および図６は、本実施の形態３に係るＬＥＤ点灯装置１０の構成を示す回路図である。図５および図６において図１と同一または相当の部分については同一の符号を付し説明を省略する。本実施の形態３では、交流発電機１を接続した入力端子１５間に配置したスイッチＳＷ２と、交流発電機１の出力電圧が高電圧になったときに当スイッチＳＷ２をオンして入力端子１５間を短絡する過電圧制限部１６とを備える構成にしている。
【００３６】
図５の例では、サイリスタをスイッチＳＷ２として使用している。過電圧制限部１６は、入力端子１５間に印加される交流発電機１の出力電圧が予め設定された閾値を超えると、スイッチＳＷ２をオンして交流発電機１を短絡し、電圧を制限する。
【００３７】
図６の例では、整流ダイオードＤ１〜Ｄ４の出力側に一方向対応のスイッチ（トランジスタ、ＦＥＴ等）を接続して、スイッチＳＷ２として使用している。過電圧制限部１６は、整流平滑後の交流発電機１の出力電圧が予め設定された閾値を超えると、スイッチＳＷ２をオンして交流発電機１の出力を短絡し、電圧を制限する。
【００３８】
エンジンが過度に回転されて交流発電機１の出力電圧が高電圧になっても、図５または図６の構成により過電圧を制限できるので、当交流発電機１に接続したＬＥＤ点灯装置１０および他の車載機器５に悪影響が及ばない。
【００３９】
なお、スイッチＳＷ２としてサイリスタを使用する図５においては、オンしたスイッチＳＷ２（サイリスタ）が交流発電機１の出力電流が反転した時に自らオフになって短絡を開放するので、続く交流サイクルにおいては後段への通電が再開されて、過電圧制限動作が繰り返される。
他方のスイッチＳＷ２としてトランジスタやＦＥＴを使用する図６においては、オンしたスイッチＳＷ２（トランジスタまたはＦＥＴ）が自らオフできないため、交流発電機１の出力電流の通電方向を入力端子１５に接続したカレントトランス１７によって検出し、過電圧制御部の操作によって交流発電機１の出力電流が反転した時にスイッチＳＷ２をオフして短絡を開放する。当操作によって、続く交流サイクルにおいては後段への通電が再開され、過電圧制限動作を繰り返すことができる。
【００４０】
また、図５および図６では、上記実施の形態１のＬＥＤ点灯装置１０に対してスイッチＳＷ２と過電圧制限部１６を設けた構成例を示したが、これに限定されるものではなく、上記実施の形態２のＬＥＤ点灯装置１０に対しても同様にスイッチＳＷ２と過電圧制限部１６を設けることができる。
【００４１】
以上より、実施の形態３によれば、ＬＥＤ点灯装置１０は、入力端子１５間に入力される交流発電機１の出力電圧が閾値以上になったときにスイッチＳＷ２をオンして入力端子１５間を短絡する過電圧制限部１６を備える構成にした。このため、交流発電機１の出力電圧が過度に高いときに、当交流発電機１に接続するＬＥＤ点灯装置１０および他の車載機器５に悪影響を与えないＬＥＤ点灯装置１０が実現できる。
【００４２】
なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
【符号の説明】
【００４３】
１  交流発電機、２  ＬＥＤ式前照灯、３  電源装置、４  電圧制御部、５  車載機器、１０  ＬＥＤ点灯装置、１１  出力端子、１２  定電流出力部、１３  制御部、１４  制御用電源部、１５  入力端子、１６  過電圧制限部、１７  カレントトランス、Ｃ１，Ｃ２  平滑コンデンサ、Ｄ１〜Ｄ５  整流ダイオード、Ｒ１  シャント抵抗、Ｒ２  バイパス抵抗、Ｔｒ  トランジスタ（半導体）、ＳＷ１，ＳＷ２  スイッチ。
【図１】
2014205415.tif 000003
【図２】
2014205415.tif 000004
【図３】
2014205415.tif 000005
【図４】
2014205415.tif 000006
【図５】
2014205415.tif 000007
【図６】
2014205415.tif 000008