JP2001257086A - 放電灯起動装置 - Google Patents
放電灯起動装置Info
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F21S41/00—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps
- F21S41/10—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by the light source
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- General Engineering & Computer Science (AREA)
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- Arrangement Of Elements, Cooling, Sealing, Or The Like Of Lighting Devices (AREA)
- Circuit Arrangements For Discharge Lamps (AREA)
Abstract
型、軽量で安価な構成とし、振動等による破損を防止で
きるようにする。 【解決手段】 放電ランプのソケット20及び起動トラ
ンス30等の起動用部品を備えた点灯起動装置におい
て、起動トランス30を、ボビン31とこのボビン31
に巻回した1次巻線33及び2次巻線32のみの空芯コ
イル構造とし、かつ起動トランス30の形状をリング形
状か、馬蹄形状か、あるいは横型配置可能なストレート
形状とする。
Description
点灯装置に適した放電灯起動装置に関するものである。
付きの起動トランスを有したものが用いられている。こ
のコア付きの起動トランスにおいては、電流飽和が存在
し、これを避けるにはコア体積を大きくするしかない。
すなわち、通常トランスではコアがあるため、図8の直
流重畳特性例で示すように、電流を増加させていくとあ
る電流値でインダクタンスが飽和(空芯のインダクタン
ス値まで)してしまう。
9はそのキューリー温度特性例を示す図であり、比較的
低い温度(100℃以下)で使用する破線のAタイプの
コアと、比較的高い温度(150℃以下)でも使用でき
る実線のBタイプのコアの初期透磁率(μi)と温度T
(℃)の関係を示している。
温向きであり、Bタイプはキューリー温度が200℃で
高温向きである。高温時(100℃〜200℃程度)で
のフェライトコアの場合、磁心が強磁性から常磁性に移
る性質、つまり臨界温度(キューリー温度)があるた
め、キューリー温度が高いコアを選択しなければならな
い。
ランプソケットに起動回路を内蔵させるようにするとラ
ンプとの距離が近くなり、そこからの熱が起動部品側へ
伝わり、その温度が約150℃程度になるので、起動ト
ランスは安全上からキューリー温度が200℃以上のコ
アを選択しなければならない。このキューリー温度が高
いコア材の場合は、初期透磁率(μi)が低くなる(同
じ巻数ならばインダクタンス値が低くなる)ため、性能
が低下し、さらにそのようなコアは一般的ではないの
で、市場に出る数量が少なく、コストアップになる。
シ樹脂等により絶縁のためにモールドを行う場合、モー
ルド材とコア材とで収縮率が異なるため、フェライトコ
アのワレやクラック等の致命的な欠陥が発生する。した
がって、コアをモールド材から防ぐために、ボビン等で
密閉するか、コアを単純形状(丸棒、角棒等)にするこ
とが必要である。
にあっては、上記のようにコア材があるため、重量が増
加し、振動、衝撃等によって支持点が破損し易くなる。
また、その対策のために保持機構を強化したり、別部材
を用いて保持しなければならず、コストアップになって
いた。
なされたもので、小型化、軽量化を図ることができ、振
動、衝撃等による破損を防止でき、安価な構成の放電灯
起動装置を提供することを目的としている。
装置は、次のように構成したものである。
れに巻回された1次巻線と2次巻線から成る空芯コイル
構造の起動トランスとを備え、前記起動トランスの形状
をリング形状とした。
れに巻回された1次巻線と2次巻線から成る空芯コイル
構造の起動トランスとを備え、前記起動トランスの形状
を馬蹄形状とした。
れに巻回された1次巻線と2次巻線から成る空芯コイル
構造の起動トランスとを備え、前記起動トランスの形状
を横型配置可能なストレート形状とした。
成において、起動トランスの空芯コイル形状を円形と
し、ボビンの巻線部分形状を円形でかつ分割巻き形状と
し、ソケットの中心と同一の軸となるように配置すると
ともに、空芯部の穴形を略φ0(ボビン形成材料にて内
部空気層を無くした場合)〜φ10とし、2次巻線の出
力線をソケットの中心部に貫通させて該ソケットの高圧
電極に電気的に接続した。
成において、コネクタ付ハーネスを有するようにした。
成において、ダイレクトカプラーを有するようにした。
11について説明する。図1及び図2は本発明の第1の
実施例の構成を示す図で、図1の(a)は正面図、
(b)は側面図、図2の(a)は図1の(a)のA−A
線断面図、(b)は後部のソケットケースを開けたとき
の状態を示す背面図であり、コネクタ付ハーネスを有し
ている場合を示している。図3は本発明の第2の実施例
の構成を示す図で、(a)は正面図、(b)は側面図、
(c)は(a)のB−B線断面図、(d)は後側のソケ
ットケース3を開けたときの状態を示す背面図であり、
ダイレクトカプラーを有している場合を示している。
を示す図で、(a)は上面図、(b)は(a)のC−D
−E線断面図である。図5は起動トランスの第2の構造
を示す図で、(a)は上面図、(b)は(a)のF−F
線断面図、(c)は側面図である。図6は起動トランス
の第3の構造を示す図で、(a)は上面図、(b)は
(a)のG−G線断面図、(c)は1次巻線側の側面
図、(d)は2次巻線側の側面図、(e)は側面図であ
る。
図8は起動トランスの直流重畳特性例を示す図、図9は
フェライトコアのキューリー温度特性例を示す図、図1
0は放電灯であるHIDランプの寿命特性を示す図であ
る。図11は起動パルス波形を示す図で、(a)は実施
例の場合、(b)は従来例の場合をそれぞれ示してい
る。
実施例について説明する。本実施例は、HIDランプを
点灯するための点灯装置に含まれる点灯起動装置に係る
ものである。点灯装置には、装置本体(不図示)にHI
Dランプ電源及び起動パルス発生用トリガ素子電源等が
含まれており、点灯起動装置は、起動用部品及びHID
ランプソケット等の構造物で構成されている。また本実
施例においては、点灯装置本体−点灯起動装置間の電気
的接続は、ハーネス6と入力コネクタ7を有する点灯起
動装置とダイレクトカプラーを有する点灯装置本体によ
って行われる。
面図であり、分割位置9より前側のソケットケース2
は、インサート成形または挿入にて高圧電極22、GN
D(接地)電極23を有している。図1の(b)は側面
図であり、ソケットケース2に付随する7個の凸部2a
(数は適宜増減可)が後側のソケットケース3に付随す
る切り込み窓部3aに嵌合する。
2の(a)のA−A線断面図及び図2の(b)のソケッ
トケース3を開けた背面図にて説明する。絶縁壁28
(この絶縁壁28は高圧電極22とGND電極23の電
位差が20数kVとなるために絶縁用として用いられ
る)で囲まれた高圧電極22のランプ側高圧電極22a
から引き出された高圧電極引出電極22c(高圧電極2
2を構成する電極板から成るもので、その形状はHID
ランプ電流の最大値である2.6Aを流せるφ0.1〜
φ10相当の断面積を有するものとし、丸形は勿論のこ
と、角形(0.1〜8mm角程度)でも良い)は、ソケッ
ト隔壁21を通過して起動トランス収容部4に貫通して
おり、さらに起動トランス30の中心つまりリング中心
空間部35(高圧電極22の引出電極22cが入る穴形
状でφ0.1〜φ10相当の断面積を有する円形)を通
り、その先端の起動トランス側高圧電極22bに2次巻
線32の高圧側引出線36に接続されている。
ト形状に合わせてリング形状で、内部は空洞もしくはボ
ビン形成材料にて内部空気層を無くした構造のためリン
グ形状と平行した面方向に2分割にて形成されて張り合
わされた構造、また巻き付け部分は巻線効率から円形で
かつ分割巻き型で3分割、分割数は3〜6程度)に2次
巻線32(100〜400T程度、線径=φ0.1〜φ
1程度、実験では0.3−300Tとした場合の分布容
量は、葯3pFであった)を図4の(a)に示すよう
に、各セクションに均等巻に巻き付ける。このように分
割巻きを行うことによって、2次巻線32の分布容量は
増加する。
心)から遠くなるほど増加する。そして、この容量値が
後に示す起動パルス幅を大きくする重要なポイントとな
る。そこで起動パルス幅が大きい例として、図11の
(a)に示すように綺麗な振動波形が実験において得ら
れている。
巻く)を形成して巻き付けた方が大きくなって起動パル
ス幅が増加し、HIDランプ電極の摩耗を抑えて寿命が
向上することが、図10のHIDランプの寿命特性図に
示すように実験で判明した。図10では、起動パルス幅
大(0.4msec)、パルス幅小(0.2msec)
とした場合のHIDランプの寿命特性を示す図であり、
横軸に点滅動作による経過時間、縦軸に全光束の相対値
をとったグラフである。起動パルス幅大の方が全光束劣
化が少ないために寿命が長いといえる。このときの点滅
モードは、車両用点灯装置(HID点灯装置と本発明の
点灯起動装置)にて、ON:9分45秒、OFF:15
秒を5回繰り返した後、10分間OFFしたサイクルに
て行ったものである。通常、起動パルスのエネルギー
(HIDランプを起動するためのエネルギー)は、パル
ス幅×波高値で決まるため、起動パルス幅が増加すると
波高値(起動パルス電圧)を下げることが可能(限界は
20kV前後)となり、1次−2次巻線の昇圧比も低く
できるため、小型化が可能となったり、2次巻線数が減
少するためにその銅損が減少して効率が向上する等のメ
リットがある。
きを行わず、1列にて整列巻きを行った場合の分布容量
は、同じ巻数にて約0.001pFであり、このような
分布容量では、起動パルス幅は、0.2μsec前後と
なり、急峻な立上がりを持つ起動パルスとなる(図11
の(a),(b)参照)。
芯棒に巻き付ける場合、同じ断面積の巻芯であれば丸形
が最も外周が短くなり、巻線長が短くなるために巻線で
の銅損が最小となる)から角形ではなく丸形を用いてい
る。さらに、ボビン31の分割層の幅は、巻線の最大外
径の整数倍に設定することで、より巻線が効率よく配置
できるようにしている(ボビン断面の中心線の円周上に
て3〜30mm程度)。また、分割層の壁厚は0.5〜2
mm程度としている。1次−2次電位差を考慮して1次巻
線33(1〜10T程度、線径=φ0.1〜φ1程度。
実験ではφ0.5−4Tとした)は、2次巻線32の低
圧側−高圧側の中間セクションA(Sa)は勿論、2次
巻線32の低圧側セクションB(Sb)に巻き付けを行
っても良い。但し、1次巻線33を2次巻線32の高圧
側セクションC(Sc)に巻き付ける場合は、3層絶縁
電線等の絶縁性が高い(10〜20kVの耐電圧)巻線
を採用する場合に可能となる。
出線絡げ部50(数は適宜増減可)に2次巻線32の低
圧側引出線37と1次巻線33の2本の引出線38を絡
げ、起動トランス収容部4の側壁に這わすように3カ所
のスリット2b(数は適宜増減可)を通り、起動部品収
納部5へ起動部品収容部5に納まる起動回路部品と起動
トランス30とハーネスAssy8とを接続する接続板
29に溶接もしくは高温半田等で接続(環境温度がHI
Dランプ近傍のため約150℃程度まで上昇するので、
有機基板等で一般に用いられる低温半田接合が不可とな
る)し、ハーネスAssy8へとつなげる。
(主には2次巻線32)と接触をしないように(絶縁確
保)、クリップ51にて起動トランス収容部4に密着さ
せている。
に組み付けた後、モールド材40(エポキシ樹脂、ウレ
タン樹脂、シリコン樹脂等)にて起動トランス30のみ
をモールドする。このとき、リング中心空間部35を含
む起動トランス30全体にモールド材40が流れ込むた
め、絶縁確保が容易に行える。場合によっては(絶縁性
確保、湿度対策、振動による部品の欠落防止等の目的
で)、起動部品収容部5にも起動部品を組付け後にモー
ルドを行う場合もある。
1の内部を通り、起動部品収納部5につながっており、
ハーネスAssy8に接続して入力コネクタ7を介して
点灯装置本体と接続させている。
を説明する。本実施例においては、点灯装置本体−点灯
起動装置間の電気的接続は、ダイレクトカプラーを有す
る点灯装置本体とダイレクトカプラー81を有する点灯
起動装置及びその両者を接続するためのコネクタ付きハ
ーネス(不図示)によって行われる。また、ダイレクト
カプラー81内にある入力端子82(図7に示す+40
0V、−600V、GNDの3端子)は、HID−GN
D電極及び2次巻線32の低圧側電極23と一体化(ソ
ケットケース2もしくは3にインサート成形等によって
形成)あるいは別部材にて形成された金属電極である。
この点が第1の実施例と異なり、その他においては、第
1の実施例と同じであるので省略する。
力は不図示の点灯装置から供給される主電源の+400
VとGND、また高圧パルス用トリガ素子であるSG
(スパークギャップ)用電源の−600Vである。SG
は車載用として400〜3kVの範囲内で選択を行い、
ここでは800Vにてブレークダウンするものを使用し
ている。また、点灯装置内にある−600Vの電源出力
端子に直列接続される抵抗(不図示)を設けて、そこか
ら起動回路へ供給するようにしている。そして、−60
0Vと+400Vにて1kVの電位を上記の抵抗(不図
示)と充放電用コンデンサC2をシリーズに接続したも
のに加え、その定数にて起動パルス周期を決定する(通
常は30〜150Hz程度)。
クダウン電圧(800VのSGの場合は800V±15
%)に達したとき、起動トランスTの1次巻線N1に電
流が流れ、2次巻線N2に高電位が発生して+400V
電源に起動パルス(25kV程度)が発生し、HIDラ
ンプが点灯する。その他の電子部品としてC1は入力電
源用フィルターとなるコンデンサ、R1はコンデンサC
2に貯まった電荷を放出させるための抵抗である。
特性例について説明する。横軸に電流、縦軸にインダク
タンスをとると、コアのある場合は、ある電流値(ここ
では2A)にてインダクタンスが低減し、飽和現象が現
れる。さらに周囲温度が変化した場合(+100℃)、
飽和現象は+25℃のときに比べて早くなる。しかし、
コアのない空芯コイルの場合は、電流に依存することな
く安定したインダクタンスを得ることができ、周囲温度
が変化した場合においても空芯コイルの場合はインダク
タンス変化はない。
す。本データーはNi系フェライトコアの場合を示して
いる。キューリー温度とは、磁心が強磁性から常磁性に
移る臨界温度であり、実際には試料の初期透磁率(μ
i)を測定してこれと温度の関係を図に描き、その降下
部において最大値(MAX)の80%の点と20%の点
を結ぶ線の延長線がμi=1の線と交わる点を求めて、
その温度をキューリー温度と決めている。
Bタイプでは200℃となる。車載用として、またHI
Dランプの近傍に配置する条件下からこのキューリー温
度は高い方が望まれるが、図9からもわかるようにキュ
ーリー温度が高くなればμiが下がることとなる。つま
り、要求するインダクタンスを得るためには、巻数を多
く巻かなければならないこととなり、巻線の占有率が上
がり、大型化する。さらに、巻線の抵抗分が上がること
となり、図4に示すようにトランスTの2次巻線N2は
+400V電源ラインに直列接続されていることから、
抵抗分=ロスとなり、起動回路の効率を下げることにつ
ながる。また、キューリー温度が高いコア材は、市場で
は使用数が少なく一般的でないため、どうしてもコスト
アップとなる。そこで、本実施例による空芯コイル構造
とすることで、解決できる。
30の形状について説明する。図4は起動トランス30
の形状をリング形状にした閉磁路の場合の第1の構造を
示す図である。ボビン31は空芯部34を有する(もし
くはボビン形成材料にて内部空気層を無くした構造で、
どちらの場合もコア等の磁性体がない)リング形状で、
セクション壁31bを図では6カ所(数は適宜増減可)
有している。そして、セクション壁31bにより仕切ら
れた3セクションを2次巻線32の巻スペース、1セク
ションを1次巻線33の巻スペース(セクションA:S
a)に割り当てている。また、ボビン31の巻スペース
は全て巻線効率から丸形を用いている。2次巻線32の
巻スペースに接するセクション壁31bには全てスリッ
ト31aを設け、2次巻線32のセクション間の渡り用
としてしている。
(b)に示すように成型時においてはボビン分割位置3
1eにて2分割に成形したものを張り合わせて形成す
る。そして、1次−2次電位差を考慮して1次巻線33
は2次巻線32の低圧側−高圧側の中間セクションA
(Sa)に配置している。勿論、2次巻線32の低圧側
セクションB(Sb)に巻き付けを行っても良い。但
し、2次巻線32の高圧側セクションC(Sc)に巻き
付ける場合は、3層絶縁電線等の絶縁性が高い(10〜
20kVの耐電圧)巻線を採用する場合に可能となる。
出線絡げ部50にセクション壁31bの1カ所に設けた
2次巻線用溝31dを通って2次巻線32の低圧側引出
線37を出し、1次巻線用溝31c(2カ所)を通って
1次巻線33の引出線38(2本)を絡げ、起動トラン
ス収容部4に納め、起動回路へと接続を行っている。2
次巻線32の高圧側引出線36は、リング中心空間部3
5を通って起動トランス側の高圧電極22bに接続、つ
まり高圧電極22へ接続されている。そして、起動トラ
ンス30と回路との接続が終わった後にモールド材40
にて起動トランス30の全体を覆い隠す(絶縁と振動対
策及び固定の目的)ようにしてモールドを行う。
にした半開磁路の場合の第2の構造を示す図である。こ
の場合もセクション壁31bにより分割巻き形状として
いる。1次巻線33の巻付セクションは、2次巻線32
の低圧側セクションB(Sb)に配置している。また、
図4に示すものと同様に、ボビン31は分割位置31e
にて2分割としている。2次巻線32の低圧側引出線3
7を保持するため、セクション壁31bに2次巻線用飛
出部31fを設けている。このような形状とすること
で、起動トランス収容部4のスペースが小さくなり、小
型化及び軽量化が可能となる。
ストレート形状にした開磁路の場合の第3の構造を示す
図である。この場合も、セクション壁31bにより分割
巻き形状としている。1次巻線33の巻付セクション
は、2次巻線32の低圧側セクションB(Sb)に配置
している。この起動トランス30は、第1の実施例に比
べて、さらに小型化、軽量化が可能となる。
空芯コイル構造とすることによって電流飽和がなくな
り、周囲温度の影響を受けず、小型化、軽量化を図るこ
とができ、起動トランスをソケットの中心と同一の軸と
なるように配置(第3の起動トランス実施例を除く)す
ることで振動、衝撃等による破損を防止でき、起動トラ
ンスのボビンを分割巻きにすることによって分布容量が
増して起動パルス幅が大きくなってHIDランプ寿命を
伸ばす要因となり、さらに、点灯装置本体と点灯起動装
置の接続において任意の接続方式を採用することであら
ゆる車種に対応できるという効果がある。
な効果が得られる。
特性において電流を増加させていくとある電流値でイン
ダクタンスが飽和してしまう)。
ときは、直流重畳特性においては高温時(100℃程
度)にはインダクタンス飽和が室温時よりも低い電流値
で飽和する。また磁性体が持つキューリー点があるた
め、キューリー温度より高い温度では絶対に使用できな
い)。
いて ・閉磁路とすることで、開磁路起動トランスよりも磁束
の漏れが少ない。つまり、外部へのノイズ放射量が少な
くなる。そのため、ソケットケースの周囲にシールド用
の金属ケース等の処理を行わなくてすむ。リング中心空
間部にて高圧電極との接続を行うため空間利用度が増し
て薄型化が可能となり、モールド材もそのリング中心空
間部に流れ込むために絶縁確保でき、ソケット中心と同
一線上に重心がくるために振動に対しても有利となり、
また磁路を長くできるので、2次側インダクタンス値を
大きくでき、起動パルス波形を大きくすることが可能と
なる。
て ・リング形状に比べて、さらに軽量化が可能となる。
において ・馬蹄形状に比べて、さらに軽量化が可能となり、巻線
加工性が向上する。
することにおいて ・分割巻きとすることによって、2次巻線間の分布容量
が高く(数百倍〜数千倍)なり、出力波形のパルス幅が
大きくなる。このパルス幅が大きくなることによって、
ランプ電極に加わるストレスが緩和して電極摩耗を低く
抑え、さらにはランプ寿命を延ばす要因となる。
において ・コネクタ付きハーネスによって、ダイレクトカプラー
方式よりもカプラー(コネクタ)部の小型化が可能であ
る。またダイレクトカプラーによっては、コネクタ付き
ハーネス長を任意に選択できるため、自動車の車種が異
なる場合でも簡単に対応できる。
Claims (6)
- 【請求項1】 放電灯のソケットと、ボビン及びこれに
巻回された1次巻線と2次巻線から成る空芯コイル構造
の起動トランスとを備え、前記起動トランスの形状をリ
ング形状としたことを特徴とする放電灯起動装置。 - 【請求項2】 放電灯のソケットと、ボビン及びこれに
巻回された1次巻線と2次巻線から成る空芯コイル構造
の起動トランスとを備え、前記起動トランスの形状を馬
蹄形状としたことを特徴とする放電灯起動装置。 - 【請求項3】 放電灯のソケットと、ボビン及びこれに
巻回された1次巻線と2次巻線から成る空芯コイル構造
の起動トランスとを備え、前記起動トランスの形状を横
型配置可能なストレート形状としたことを特徴とする放
電灯起動装置。 - 【請求項4】 起動トランスの空芯コイル形状を円形と
し、ボビンの巻線部分形状を円形でかつ分割巻き形状と
し、ソケットの中心と同一の軸となるように配置すると
ともに、空芯部の穴形を略φ0(ボビン形成材料にて内
部空気層を無くした場合)〜φ10とし、2次巻線の出
力線をソケットの中心部に貫通させて該ソケットの高圧
電極に電気的に接続したことを特徴とする請求項1また
は2何れか記載の放電灯起動装置。 - 【請求項5】 コネクタ付ハーネスを有していることを
特徴とする請求項1ないし4何れか記載の放電灯起動装
置。 - 【請求項6】 ダイレクトカプラーを有していることを
特徴とする請求項1ないし4何れか記載の放電灯起動装
置。
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