(57)【要約】【課題】負荷である白熱灯の位相制御を行い、ノイズ低減にリアクタを用いる調光装置において、電流値が大きくなってもインダクタンスが変わらない直流重畳特性の良好なリアクタを使用し、騒音ノイズを小さくすることが可能で、小型でかつコスト的にも有利な調光装置を提供することである。【解決手段】サイリスタ３及び４による主スイッチ回路７は、白熱灯６に対する交流電源ライン上に接続されて毎半サイクル位相制御される。リアクタ５は、ギャップ付きのコアを有しており、主スイッチ回路７と直列に接続されて該主スイッチ回路７が点弧する時に発生するノイズを低減する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
白熱灯に対する交流電源ライン上に接続されて毎半サイクル位相制御されるサイリスタによる主スイッチ回路と；
この主スイッチ回路と直列に接続されて前記主スイッチ回路が点弧する時に発生するノイズを低減するギャップ付きのコアを有したリアクタと；
を具備したことを特徴とする調光装置。
【請求項２】
前記リアクタのコア材料は、ケイ素鋼板であることを特徴とする請求項１に記載の調光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、白熱灯の調光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
舞台やスタジオなどで用いる調光装置は、照明負荷として主として白熱灯を用いて交流点灯する。その際に、交流電圧又は交流電流を位相制御することにより調光するのが一般的である。従来のこの種の調光装置は、スイッチ素子としてサイリスタを用いて位相制御を行なうように構成されているものが多い。
【０００３】
サイリスタを用いて行なう位相制御は、交流電圧又は交流電流半波の中間の所望位相でサイリスタをオン動作（点弧）させると、点弧時の電流の立ち上がりが急峻に変化するため、点弧時のｄｉ／ｄｔが大きく、高周波ノイズ（ＲＦノイズ）が発生する。このとき、負荷である白熱灯のフィラメント部分では音響ノイズが発生するという不具合がある。サイリスタ点弧時のこのようなスイッチングノイズは、他の音響機器や白熱ランプ（照明器具）の騒音ノイズ発生などに影響する。
【０００４】
このスイッチングノイズを低減するためにリアクタが使用される。例えば、負荷の白熱灯にインダクタを直列に挿入してｄｉ／ｄｔを小さくするなどの対策を講じている。リアクタのインダクタンスを増やすことにより、スイッチング時の電流変化が緩やかになりノイズが低減する。リアクタとしては、従来はコア材料に鉄粉を使用したトロイダル・コアを使用している。
【０００５】
しかし、リアクタが大型となり、高価である上に、このリアクタ自体が音響ノイズとなる唸りを発生し、静粛な環境を阻害し、スタジオ、舞台等の照明として不適切なものとなる。  
一方、照明負荷としての白熱灯をスイッチ素子にて位相制御する際に発生する音響ノイズを抑制する調光装置として、特許文献１乃至３にはＩＧＢＴ等のスイッチ素子を利用し点弧時の電流の立ち上がりの傾斜制御をリアクタを用いることなく行うものが開示されている。これにより、スイッチング時の電流の立ち上がりを緩やかにして音響ノイズの発生を抑制している。
【特許文献１】特開平６−２９０９１号公報
【特許文献２】特開平６−３３８３９５号公報
【特許文献３】特開２００６−２５４７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、照明負荷の位相制御を行う調光装置において、ノイズ低減にリアクタを用いる装置では、前述したように、従来はコア材料に鉄粉を使用したトロイダル・コアを使用しており、リアクタが大型となり、高価である上に、このリアクタ自体が音響ノイズとなる唸りを発生する問題がある。
【０００７】
リアクタのコア材料として鉄粉を使用したトロイダル・コアは、電流値が小さい時のインダクタンスを大きくしても、電流値が大きくなるとインダクタンスが急激に小さくなる特徴がある（図８参照）ため、サイリスタ点弧時にリアクタが飽和してスイッチング波形が歪むことにより、白熱灯（器具）から発生する騒音ノイズが大きくなる。スイッチング時の電流変化を緩やかにするには、リアクタのインダクタンスを大きくする必要があり、このためにはコアの断面積を大きくするか電線の巻き数を増やすしかなく、これによりサイズ、質量が大きくなるため実装上デメリットとなる。また、電線の巻き数を増やすと直流抵抗が大きくなるため、銅損が大きくなりリアクタの発熱が大きくなる。
【０００８】
また、照明負荷の位相制御を行う調光装置において、リアクタを用いることなくノイズ低減を行う装置では、音響ノイズは抑制されるが、ＩＧＢＴ等の部品を要し回路が高価で、しかも制御が複雑となるという問題がある。  
そこで、本発明は、上記の問題に鑑み、負荷である白熱灯の位相制御を行い、ノイズ低減にリアクタを用いる調光装置において、電流値が大きくなってもインダクタンスが変わらない直流重畳特性の良好なリアクタを使用し、騒音ノイズを小さくすることが可能で、小型でかつコスト的にも有利な調光装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１による調光装置は、白熱灯に対する交流電源ライン上に接続されて毎半サイクル位相制御されるサイリスタによる主スイッチ回路と；この主スイッチ回路と直列に接続されて前記主スイッチ回路が点弧する時に発生するノイズを低減するギャップ付きのコアを有したリアクタと；を具備したことを特徴とする。
【００１０】
上記の説明で、主スイッチ回路はサイリスタを用いて交流電圧又は交流電流の毎半サイクルごとに白熱灯負荷への電圧又は電流の供給を位相制御するためのスイッチ回路である。リアクタとしては、誘導性リアクタンス（即ちインダクタンス）を与えるコア付きでかつギャップ付きのコアを用いる。このリアクタは、電流値が大きくなってもインダクタンスが変わらない直流重畳特性の良好なものである。
【００１１】
請求項２による調光装置は、請求項１に記載の調光装置において、前記リアクタのコア材料は、ケイ素鋼板であることを特徴とする。  
リアクタのコア材料を、ケイ素鋼板でかつギャップ付きのコアとすることによって、電流値が大きくなってもインダクタンスが変わらないリアクタを用いて、騒音ノイズの低減が可能な調光装置を提供することが可能となる。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１の発明によれば、リアクタのコアにギャップを持たせることにより電流値が大きくなってもインダクタンスが変わらない直流重畳特性の良いリアクタを構成できる。従って、白熱灯負荷の位相制御を行う調光装置において、このような直流重畳特性の良好なリアクタをノイズ低減用として用いることによって、サイリスタ点弧時にリアクタが飽和せずスイッチング波形が歪むことがなく、白熱灯器具から発生する騒音ノイズを抑制できる。また、白熱灯負荷の場合、電源投入時のようにフィラメントが冷えている時には、抵抗値が低く、定格電流の数倍〜１０倍程度の突入電流が数サイクル分流れるが、リアクタの直流重畳特性が良いために、大きな電流が流れてもインダクタンスが急激に小さくなることがなく、突入電流を抑制する効果がある。
【００１３】
請求項２の発明によれば、電流値が大きくなってもインダクタンスが変わらないリアクタを用いることで、白熱灯負荷へ供給される電圧又は電流の波形の歪みを無くして、騒音ノイズを低減することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
発明の実施の形態について図面を参照して説明する。  
［第１の実施形態］
図１は本発明の第１の実施形態の調光装置を示す回路図である。  
図１において、交流電源１の一方の出力端は、２つのサイリスタ３，４を逆並列接続した主スイッチ回路７（一点鎖線枠にて示す）とリアクタ５とを直列に接続して、白熱灯６の一方の電極に接続し、交流電源１のもう一方の出力端は、白熱灯６のもう一方の電極に接続している。交流電源１は例えば５０Ｈｚ又は６０Ｈｚの商用交流電源である。
【００１５】
主スイッチ回路７の逆並列接続した２つのサイリスタ３，４の各々のゲートには、制御部２から同一の調光信号が供給される。
【００１６】
制御部２からサイリスタ３，４の各々のゲートに供給される調光信号は、一定の振幅を有し、調光率に対応したパルス幅（時間幅）を有する制御信号である。制御部２は、毎半サイクルでゼロクロス検出後に調光信号に応じたタイミングでかつそのパルス幅に応じたオン期間でこれらのサイリスタ３，４を点弧させる位相制御を行う。  
その結果、交流電源１から白熱灯６に供給される交流電流は、制御部２からの調光信号によって、２つのサイリスタ３，４が交流１サイクルの正負の毎半サイクル毎に位相制御される。
【００１７】
図２は調光率を１０、２０、５０%と変化させた場合の、サイリスタに供給される調光信号と白熱灯負荷に供給される電流波形を示している。電流波形の立ち上がりが緩やかになることは、後述の図５及び図６において説明する。
【００１８】
リアクタ５としては、図３に示すようにコア５１に絶縁被覆された銅線５２をコイル状に巻き付けたものを使用する。コア５１の材料としては例えばケイ素鋼板を使用し、薄い（例えば０．２ｍｍの）ケイ素鋼板を重ねて製作している。また、コア５１にギャップ５３を持たせている。ギャップ５３には、ギャップ間隔を固定するために絶縁性の合成樹脂を充填してもよい。ケイ素鋼板は、電磁鋼板とも呼ばれ、鉄にケイ素を添加したものである。ケイ素の添加量が増すごとに、鉄損（磁化したときの鉄の消費エネルギー）が低下するが、脆くなるため、実用的にはケイ素添加量は約４%ぐらいとされる。従来例のリアクタとしてコアにダスト（鉄粉を圧縮成型したもの）を用いて粉の間がギャップになるものを使用した場合、０Ａ時のインダクタンスを大きく取っても、電流を流すとインダクタンスが低下してしまう（図８参照）。本発明の実施形態におけるリアクタは、コアがケイ素鋼板（薄い板を重ねたもの）でギャップを切ることで抵抗を持たせているため、直流重畳特性が良い。つまり、電流値によりインダクタンスが変化しない。なお、コア厚が厚いと、周波数が高くなった場合、インダクタンスが低下する傾向があるが、本実施形態のように照明負荷である白熱灯に使用される商用交流周波数であれば、コア厚を厚くしてもインダクタンス低下は少なく、コア厚を厚くしてもよい。
【００１９】
このような構造のリアクタ５を用いることにより、白熱灯６の電流値が大きくなってもリアクタ５のインダクタンスが変わらなく、サイリスタ３，４の点弧時にリアクタ５が飽和せずスイッチング波形が歪むことがない。  
リアクタ５のコア形状としては、図４(b)に示すように円形のコアに１つのギャップを有する構造のほかに、図４(a)に示すようにＵ字形のコアを２つ対向配置して２つのギャップを有する構造としてもよい。ギャップには、最終的にはギャップ間隔を固定するために絶縁性の合成樹脂が充填される。
【００２０】
次に、図５乃至図９を参照して本発明の実施形態の作用及び効果を説明する。ただし、ここでは白熱灯の安定点灯状態でのランプ電流の実効値が２０Ａ（波高値は約２８Ａ）の場合について説明する。  
図５(a)及び(b)は本発明の実施形態の調光装置（リアクタとしてケイ素鋼板のコアにギャップ付きとした場合）におけるランプ電流及びその一部を拡大した波形図である。図６(a)及び(b)は従来例の調光装置（リアクタとして鉄粉のコアにギャップ無しのものを用いた場合）におけるランプ電流及びその一部を拡大した波形図である。図５及び図６において、(b)は(a)の点線枠部分を時間軸方向にのみ１０倍に拡大した波形を示している。
【００２１】
図５の本発明実施形態における調光信号オン時のランプ電流の立ち上がりは、緩やかに立ち上がる波形となっている。このような立ち上がり波形は正弦波形の立ち上がりに近いものとなっている。これに対して、図６の従来例における調光信号オン時のランプ電流の立ち上がりは立ち上がり時は緩やかであるがランプ電流の最大値に至る立ち上がり傾斜は図５の場合に比べて急峻なものとなっている。
【００２２】
図７は本発明の実施形態の調光装置（リアクタとしてケイ素鋼板のコアにギャップ付きとした場合）に用いられるリアクタの直流重畳特性を示す図である。図８は従来例の調光装置（リアクタとして鉄粉のコアにギャップ無しのものを用いた場合）に用いられるリアクタの直流重畳特性を示す図である。直流重畳特性とは、リアクタに対して供給される電流に対するインダクタンスの変化特性である。ただし、ここでの直流重畳特性は、１Ｖ，１ｋＨｚの交流電圧をリアクタのコイルの両端に印加し、ランプ電流の実効値２０Ａ（波高値が約２８Ａ）に相当する電流をリアクタに流した時のインダクタンスの計測値を示している。つまり、電流として０〜３０Ａの範囲（電源容量の低下しない範囲）で使用しても、インダクタンスの変化は殆どないと言えるものとなっている。
【００２３】
図７の本発明実施形態に用いられるリアクタは、コア材料としてケイ素鋼板を使用し、またコアにギャップを持たせることにより、電流値が大きくなってもインダクタンスが変わらない良好な直流重畳特性を備えたものとなっている。これに対して、図８の従来例に用いられるリアクタは、電流が０〜３０Ａの範囲で増加するとインダクタンスが急激に低下する特性となっている。
【００２４】
図９は本発明実施形態（リアクタとしてケイ素鋼板のコアにギャップ付きとした場合）と従来例（リアクタとして鉄粉のコアにギャップ無しのものを用いた場合）とで、白熱灯を搭載した照明器具の騒音測定を行った結果を示す騒音特性図である。横軸は調光信号のパルス幅に対応して変化する調光率（%）を示し、縦軸は騒音（ｄＢ）を示している。ただし、騒音測定は、無響室で行った。ここで、無響室とは、白熱灯を搭載した照明器具を点灯しない状態で室内に配置したときのいわゆる暗騒音が一定値（例えば１５ｄＢ）に設定された部屋である。
【００２５】
図９に示すように、本発明実施形態における騒音（実線にて示す）は、調光率の大小にかかわらず、従来例における騒音（点線にて示す）より３ｄＢ前後低下する結果が得られた。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明は、フィラメント自体を発光源とする白熱灯の調光を行う調光装置に使用して有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第１の実施形態の調光装置を示す回路図。
【図２】調光率を変化させた場合における、サイリスタに供給される調光信号と白熱灯負荷に供給される電流波形を示す波形図。
【図３】図１におけるリアクタの一例を示す斜視図。
【図４】リアクタのコア形状を示す平面図。
【図５】本発明の実施形態の調光装置におけるランプ電流及びその一部を拡大した波形図。
【図６】従来例の調光装置におけるランプ電流及びその一部を拡大した波形図。
【図７】本発明の実施形態の調光装置に用いられるリアクタの直流重畳特性を示す図。
【図８】従来例の調光装置に用いられるリアクタの直流重畳特性を示す図。
【図９】本発明実施形態と従来例とで、白熱灯を搭載した照明器具の騒音測定を行った結果を示す騒音特性図。
【符号の説明】
【００２８】
１…交流電源    
２…制御部
３，４…サイリスタ
５…リアクタ
７…主スイッチ回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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