CN101952913B - 高电压变压器及包括其的放电灯点火模块 - Google Patents

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Abstract

本发明描述了一种高电压变压器，其具有由铁磁性材料制成的细长磁芯(38)。由塑料材料制成的变压器框架(36)具有垂直于所述磁芯(38)设置的段壁(40)。按照通过所述段壁(40)分开的绕组段的形式围绕所述磁芯(38)缠绕次级绕组。初级绕组由导体段形成，以便提供围绕所述磁芯的环。至少其中一个导体段是在其中一个段壁内模制的连接引脚(50)。

Description

高电压变压器及包括其的放电灯点火模块
技术领域
本发明涉及高电压变压器和用于放电灯的点火模块的领域。 
背景技术
点燃放电灯需要几kV的相对较高的电压。这些高电压可以利用包括初级和次级绕组的高电压变压器从相对较低的初级电压生成。变压器可以是为初级绕组提供相对较低的初级电压以便在次级绕组处生成高点火电压的电路的一部分。 
WO 2006/054454描述了一种高电压变压器。绕线管包含围绕铁氧体磁芯的初级和次级绕组。所述次级绕组被缠绕成由形成在所述绕线管上的凸缘分开的各部分。所述初级绕组由形成在引线框架上的片状金属导体形成。所述绕线管通过插入模制(molding)而制成，其嵌入所述初级绕组。 
发明内容
本发明的一个目的是提供一种变压器以及一种同时满足尺寸限制和电气要求的包括变压器的放电灯点火模块。 
该目的是通过提供一种高电压变压器和放电灯点火模块实现的。该高电压变压器包括：由铁磁性材料制成的细长磁芯；由塑料材料制成的变压器框架，所述变压器框架包括垂直于所述磁芯的纵向方向设置的多个段壁；包括围绕所述磁芯缠绕的导体的次级绕组，所述次级绕组包括由所述段壁分开的多个绕组段；以及包括被连接形成围绕所述磁芯的至少一匝的导体段的初级绕组，至少其中一个所述导体段是在其中一个所述段壁内模制的连接引脚。该放电灯点火模块包括：如上面所述的变压器；包括处于相同平面内的多个平坦导体的第一引线框架，其中所述初级和次级绕组电连接到所述导体，其中，所述连接引脚附着到所述第一引线框架上，以便把所述第一引线框架机械地固定到所述变压器。 
从具有彼此紧接着缠绕的初级和次级绕组的变压器的已知概念出 发，本发明的基本构思是使用变压器框架的某些部分来放置初级绕组，从而为次级绕组保留更多空间。 
根据本发明，高电压变压器包括由铁磁性材料(优选地是铁氧体)制成的细长磁芯。提供由塑料材料制成的变压器框架，其包括处于与所述细长磁芯的纵向方向基本上垂直的指向中的段壁(segment wall)。 
在提供在各段壁之间的空间中，围绕所述磁芯成匝地放置所述次级绕组。次级绕组被划分成串联电连接的多个绕组段。各绕组段由各段壁分开。 
初级绕组由相连的导体段形成。整个初级绕组形成围绕所述磁芯的至少一环。根据本发明，至少其中一个导体段是在其中一个段壁中模制的连接引脚。 
术语“连接引脚”在这里指的是由机械稳定的材料制成的金属导体，其适于电传导在初级侧所需的相对较高的电流。连接引脚可以基本上直线延伸，但是也可以弯曲从而形成围绕所述磁芯形成的环的一部分。优选地，连接引脚由线制成，其可以具有基本上圆形或正方形的横截面并且优选地具有不超过2的宽高比。 
连接引脚在变压器框架的塑料材料内模制，也就是说其被至少部分地嵌入，从而使得塑料材料围绕所述引脚闭合。具体来说，连接引脚被放置在其中一个段壁内。因此节省了大量空间，从而可以把变压器组建得更小，或者可以把更多空间用于次级绕组，从而允许获得更多匝数(以便获得对应于更高次级电压的更高匝数比)或者更厚的导体(以便获得更低电阻和/或更高的次级侧电流传导能力)。 
优选地，初级绕组包括不只一个而是几个这种连接引脚，其中的每一个都被放置在段壁内，即被放置在两个次级绕组段之间。这样就得到有显著更多的空间可用于次级绕组的总体设置。连接引脚以这样的方式彼此电连接，使得形成具有至少一匝的初级绕组。 
根据一个优选方面，放电灯点火模块包括连接到引线框架的如上所述的变压器，该引线框架具有设置在相同平面内的多个平坦导体。可以有利地通过冲压(stamp out)成所期望的导体形状而从平坦金属片制造出引线框架。 
在根据本发明的放电灯点火模块中，变压器通过连接引脚不仅是机械地固定而且还电连接到引线框架的各导体。例如可以通过有焊料 焊接(soldering)、导电胶合或者无焊料焊接(welding)把一个或多个引脚附着到各导体上。特别优选的是使用激光无焊料焊接。因此连接引脚被非常高效地既用作机械和电连接也用作初级绕组的一部分。在这里，为了把模块的各元件结合在一起，机械固定在组装期间是特别重要的。在后面的组装阶段，例如可以通过灌封(potting)(嵌入在不导电复合物中)来封闭整个模块。 
根据本发明的另一个实施例，提供第二引线框架。变压器被设置在优选地至少基本上平行的两个引线框架之间。至少其中一个连接引脚被附着到第二引线框架上。本实施例确保一种非常简单而且节省空间的设置，其中变压器既机械地又电连接到两个引线框架。 
特别优选的是提供多个连接引脚，其中的每一个引脚在段壁内模制并且每一个引脚在两端处附着到两个引线框架的导体上。于是引线框架的平坦导体和连接引脚一起形成描绘出围绕磁芯的至少一匝的初级绕组。初级绕组的总体形状优选地一般类似于螺旋配置。 
根据另一个优选实施例，包括变压器和所提到的两个引线框架的至少其中之一的模块还包括至少一个另外的电气组件，从而形成高电压生成电路的至少一部分。此类优选电路的另外的电气元件是电压开关元件(即在达到已定义的阈值电压的情况下自动开关的元件)、电容器(其为初级电流提供电荷)以及电阻器(例如作为用于电容器的充电电阻器)。此外还可以提供二极管和电感(其将被用作高频滤波器元件以便提供EMI相容性)。这些元件当中的一个或多个可以直接地电连接到其中一个或全部两个引线框架的导体，从而它们也被机械地固定在该处。因此，有可能提供一种非常紧凑但是在电气方面仍然完全或至少部分完整的用于点燃放电灯的电路。 
附图说明
通过下面对各优选实施例的描述，本发明的上述和其他目的、特征及优点将变得显而易见，其中： 
图1示出了高电压变压器的第一实施例的顶视图； 
图2示出了图1的变压器的侧视图； 
图3示出了图1、图2的变压器的底视图； 
图4示出了图1-3的变压器的正视图； 
图5a示出了沿着线A..A取得的图2的变压器的横截面图； 
图5b示出了沿着线B..B取得的图2中所示的变压器的横截面图； 
图6示出了沿着线C..C取得的图5a的变压器的侧截面图； 
图7示出了变压器的第二实施例的侧视图； 
图8示出了图7的变压器的正视图； 
图9示出了图7、图8的变压器的底视图； 
图10示出了用于放电灯的操作电路的示例性电路图； 
图11示出了包括点火器模块的放电灯的侧视图； 
图12示出了包括图7-9的变压器的点火器模块的底视图。 
具体实施方式
图11示出了包括燃烧器12和底座14的高压放电灯10的一个例子。由于放电灯本身是本领域技术人员已知的，因此下面的描述仅仅给出此类灯的操作和点火的简短概述。燃烧器12包括有两个电极18突入其中的放电容器16。该放电容器包括具有惰性气体(例如氙气)和金属卤化物的填充物。在灯10的操作中，在电极18的尖端之间生成电弧。 
在灯10的稳态操作中，灯电压通常将是40V到120V的量级，点燃电极18之间的电弧所需的电压要高得多，例如10-30kV。 
电极18电连接到导向底座14内的端子的导体。在所示出的例子中，底座14包括点火模块20(在图11中仅仅象征性地示出)，其生成用于点燃灯10的高电压脉冲。 
图10示出了用于操作灯10的电路的一个例子。该电路包括镇流器22，其向外部灯电路(端子24a、24b)以及向点火模块(端子26a、26b)提供操作电压。点火模块20包括与电阻器32并联地连接到输入端子26a、26b的电容器30。此外并联连接的还有变压器34的初级侧与开关元件36的串联连接，该开关元件36在所示出的电路中是火花隙。只要所施加的电压低于特定的击穿电压，该开关元件就不导通。 
变压器34在其次级侧连接到与灯10串联连接的外部灯电路。变压器34用来把相对较低的初级侧电压变换到点燃灯10所需的高电压电平。为此，通过在端子26a、26b处提供相应的电压来为电容器30充电。一旦电容器30处的电压达到开关元件36的击穿电压电平，该 电容器30就通过变压器34的初级绕组放电。举例来说，如果把火花隙用作击穿电压为800V的开关元件36，则在变压器34的初级侧生成相应的电压脉冲，从而在该变压器34的次级绕组中得到例如20kV的高电压脉冲。该高电压脉冲被提供给灯10。 
本发明涉及高电压变压器34和点火模块20的构造。除了图10中示出的示例性电路之外，还可以使用不同的电路设计，例如在WO2006/079937和US 6,624,596中公开的，其被合并在此以作参考。 
图1-6示出了高电压变压器34的第一实施例。应当注意到，这些图意图示出变压器的元件的主要设置而不是按比例绘制的。如从图6可以看出，变压器34包括围绕铁氧体磁芯38提供的塑料变压器框架36。变压器框架36包括把多个(在所示出的例子中是4个)绕组部分42彼此分开的部分壁(section wal1)40以及提供在轴向末端的端壁41。变压器框架由绝缘塑料材料(优选地是聚酰胺(PA66))制成，并且例如可以通过注入模制制成。 
在绕组部分42内提供次级绕组44。在每一个部分42内，次级绕组44被提供为多匝绝缘线。轴向相邻的各部分42的绕组串联连接。各部分42中的次级绕组44的分离有助于实现良好的隔离以及减小寄生电容。 
变压器34是可以集成在灯底座14中的点火模块20的一部分。因此，变压器必须满足严格的尺寸要求。 
作为一个例子，图1-6中示出的变压器的总长度为30mm。每一个部分42的宽度近似为5mm。次级绕组44是由直径为0.4mm的线缠绕的，从而形成围绕铁氧体磁芯(磁芯直径为5mm)的12mm直径的线圈。 
变压器34在一侧连接到引线框架46。引线框架46由平坦导电轨道48(图1中可见)构成。导电轨道48是在生产过程中由薄的金属片(优选地是铜)冲压出来的。它们用来连接电气元件的连接端子的导体。虽然其在原理上与传统PCB(印刷电路板)的导电轨道可以相比，但是引线框架46的导电轨道48至少在组装期间没有与载体基板结合。 
变压器框架36借助于连接引脚50机械地固定到引线框架46。提供具有平行指向的多个连接引脚50，所述连接引脚50在一端固定到引线框架46的导电轨道48，这可以通过有焊料焊接或导电胶合来实施，但是优选地通过激光无焊料焊接来实现。连接引脚50由机械稳定的导 电材料(优选地是金属)制成。在所示出的例子中，连接引脚50由直径为0.6mm的铜线制成。该线优选地具有圆形或正方形横截面，但是替换地也可以具有一般为矩形的横截面形状。 
连接引脚50的中心部分被嵌入在变压器框架36的塑料材料内。连接引脚在这里位于各部分壁40内以及其中一个端壁41中。因此，连接引脚50用来至少在组装期间把引线框架46的各元件48稳固地固定到变压器框架36。 
另一方面，连接引脚50还充当导体。在所示出的例子中，次级绕组通过线端43连接到嵌入在其中一个端壁41中的连接引脚50。次级绕组从而电连接到引线框架。嵌入在部分壁40中的连接引脚50被用来形成变压器34的初级绕组。例如如图3中所示，连接引脚50的相对端通过线连接52在与引线框架46相对的变压器侧连接。该线连接52和连接引脚50与引线框架46的对角线设置的导电轨道48(图1)一起形成通常具有螺旋形状的初级绕组。在磁芯38的相对侧上嵌入在相同部分壁40中的每一对连接引脚50一次沿直线(即与磁芯38的纵向方向垂直)连接到另一个连接引脚50，并且一次沿对角线连接到轴向相邻的部分壁40的连接引脚50。 
本领域技术人员当然可以理解，取代像所述例子中所示出的那样在引线框架46处提供对角线导电轨道48以及在相对侧上提供直线线连接52，还可以通过对角线线连接和直线引线框架轨道实现螺旋配置(未示出)。 
因此，变压器34具有大致按照螺旋配置围绕铁芯38缠绕的次级绕组(其缠绕在各部分42中)和初级绕组(其包括导电轨道48、连接引脚50以及线连接52)。初级绕组只有非常有限的环数(在所示出的例子中是3环)。由于所使用的相对较厚的连接器，初级绕组可以承受相对较高的电流。另一方面，次级绕组包括高环数以达到例如50-100的必要匝数比，以便把800V的初级电压变换成所期望的20kV的次级电压。 
图7-9示出了变压器134的一个替换实施例。根据第二实施例的变压器134在很大部分上对应于第一实施例的变压器34。相同的部件由相同的附图标记表示。下面将仅仅进一步描述两个实施例之间的差异。 
与第一实施例不同，连接引脚50的相对端之间的连接在第二实施例中由第二引线框架156实现。第二引线框架156包括替代第一实施例的线连接52的导电段158。同样地，为了实现初级绕组的总体上的螺旋配置，可以在第一引线框架46或第二引线框架156处提供对角线轨道，同时可以在相对侧提供直线互连。由于引线框架很适于批量生产，因此优选的第二实施例可以提供节省成本的生产的优点。 
虽然根据上面描述的各实施例的变压器34可以被用作例如上述点火电路的独立电气组件，但是其优选地是点火模块20的一部分。点火模块20还包括另外的电气元件，即电容器30、电阻器32以及开关元件36。一部分或者甚至所有这些另外的电气元件可以固定到引线框架46、156的其中之一或全部二者以形成如图12中所示的点火模块20，其中所有电气元件既电连接以形成所期望的电路(例如图10或者WO2006/079937的不同电路)也稳固地机械互连。模块20的中心部分没有电气组件，以便为灯10的燃烧器留出空间。 
整个模块优选地被灌封，即嵌入在例如环氧树脂或硅酮的灌封复合物中，以便以例如适于自动应用的机械稳定的方式固定所述元件，并且还提供适于高点火电压的电绝缘。 
在附图和前面的描述中详细说明并描述了本发明。这种说明和描述应被理解为说明性或示例性而非限制性的；本发明不限于所公开的实施例。 
在权利要求书中，“包括”一词不排除其他元件，不定冠词“一个”不排除多个。在互不相同的从属权利要求中引述某些措施并不意味着不能使用这些措施的组合来获益。权利要求书中的任何附图标记不应被理解为限制其范围。 

Claims (7)

1.一种高电压变压器(34，134)，其包括：
包括多个平坦导体的引线框架；
由铁磁性材料制成的细长磁芯(38)；
由塑料材料制成的变压器框架(36)，所述变压器框架包括垂直于所述磁芯(38)的纵向方向设置的多个段壁(40)；
包括围绕所述磁芯(38)缠绕的导体的次级绕组(44)，所述次级绕组(44)包括由所述段壁(40)分开的多个绕组段；
以及包括被连接形成围绕所述磁芯(38)的至少一匝的导体段(48，50，52，158)的初级绕组，至少其中一个所述导体段是在其中一个所述段壁(40)内模制的连接引脚(50)；以及
其中所述连接引脚附着到所述引线框架上，以便把所述引线框架机械地固定到所述变压器。
2.根据权利要求1的变压器，其中，所述导体段包括多个连接引脚(50)，每一个所述连接引脚是在其中一个所述段壁(40)内模制的，
其中，所述连接引脚(50)彼此连接，从而形成具有围绕所述磁芯(38)的至少一匝的初级绕组。
3.根据上述权利要求中的任一项的变压器，其中，
所述连接引脚(50)基本上具有圆形或正方形横截面形状。
4.一种放电灯点火模块，其包括：
根据上述权利要求中的任一项的变压器(34，134)；
包括处于相同平面内的多个平坦导体(48)的第一引线框架(46)，其中所述初级和次级绕组电连接到所述导体(48)，
其中，所述连接引脚(50)附着到所述第一引线框架(46)上，以便把所述第一引线框架(46)机械地固定到所述变压器(34，134)。
5.根据权利要求4的模块，所述模块还包括：
包括处于相同平面内的多个平坦导体(158)的第二引线框架(156)，
其中，所述变压器(134)被设置在所述第一和第二引线框架(46，156)之间，
并且其中至少其中一个所述连接引脚(50)附着到所述第二引线框架(156)上。
6.根据权利要求5的模块，其中，
提供各自在所述段壁(40)内模制的多个连接引脚(50)，
其中，所述连接引脚(50)在其两端附着到所述第一和第二引线框架(46，156)的平坦导体(48，158)上，
并且其中所述第一引线框架和第二引线框架(46，156)的所述平坦导体(48，158)连接所述连接引脚(50)，从而形成具有围绕所述磁芯(38)的至少一匝的初级绕组。
7.根据权利要求4-6中的任一项的模块，其中，
至少一个另外的电气元件(30，32，36)电连接并且机械地固定到所述引线框架(46，156)，
其中，所述另外的电气元件至少是以下各项的其中之一：电压开关元件(36)、电阻器(32)或电容器(30)。
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