JP2010267521A - 高電圧パルス発生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】イグナイタを小型化して、規格化されたイグナイタケースに簡単且つ安価に収納することのできる高電圧パルス発生装置を提供する。
【解決手段】高圧パルストランス２，３を２個備え、その各高圧パルストランスの一次巻線２１，３１を並列に接続してスイッチ素子４を介して充放電コンデンサ５に接続し、前記各高圧パルストランスの二次巻線２２，３３を放電灯１とともに直列に接続した構成である。
【選択図】図１

Description

この発明は、メタルハライドランプ等の高輝度放電灯（以下、放電灯と略称する）を装着するソケットと該放電灯を起動させる高圧パルス電圧を発生するイグナイタ（起動装置）を収納するイグナイタケースが一体化されたイグナイタ一体型放電灯に用いる高電圧パルス発生装置に関するものである。

この種のイグナイタは、放電ギャップやサイリスタ等のスイッチ素子がオンすることにより、放電用のコンデンサに充電された電荷を、スイッチ素子を介して高圧パルストランスの一次巻線を含んだ経路に放電し、高圧パルストランスの二次巻線に発生する高圧パルス電圧を放電灯へ印加して、放電灯の管内でブレークダウン（絶縁破壊）を起こさせ、アーク放電へ移行させている。そして、このブレークダウン時に発生するサージ電圧を吸収するサージ吸収素子と、放電用コンデンサに充電された電圧による感電を防ぐための放電抵抗を備えている。

スイッチ素子がオンする電圧は一般的に８００Ｖ程度であり、放電灯を確実に点灯させるのに必要な高圧パルスは一般的に２５ｋＶ程度であるので、結合係数や損失を考慮すると、高圧パルストランスの一次巻線と二次巻線の巻数比は３ターン対１５０〜２００ターン程度となる。また、イグナイタの温度上昇を抑制するために巻線抵抗は０．６Ω程度（水銀フリー用）に抑える必要がある。

これらの条件を満たす高圧パルストランスを１個で実現しようとすると、規格化されたイグナイタケース内に納めるには、高圧パルストランスの二次巻線に平角銅線を使用するなど、高圧パルストランスを小さくする措置を施すことが必要である。しかし、平角銅線は導線自体が高価なだけでなく、楕円形に施す巻線工程も数十秒と長時間を要するため、製造コストも高価となる。

高圧パルス発生時に二次巻線に発生する電圧は低圧側から高圧側に向かって高くなる。また、高圧パルストランスの出力である高圧パルス電圧を高くするには、結合係数を大きくすることが必要であるが、一次巻線のスイッチ素子側と二次巻線の高圧側には高圧パルス発生時に高電圧が印加されるため、耐電圧の確保が必要となり、高圧側まで一次巻線が巻けず、結合係数の確保が困難である。

二次巻線が積層巻き構造の場合は二次巻線間の耐電圧の確保が必要であり、巻き枠が増える分コアの断面積が小さくなってしまうので、整列巻き構造が最適である。しかし、整列巻き構造で平角銅線を使用しないで、断面円形の銅線を使用して上記条件を満たす安価な高圧パルストランスを１個で構成する場合、コアは長軸方向に長くなってしまい、規格化されたイグナイタケース内に納めることが困難である。

一方、従来、放電灯を装着するソケットとイグナイタを収納するイグナイタケースを一体化した装置として、特許文献１と特許文献２とがある。特許文献１には放電灯の電極に正負両方の高圧パルスを印加する放電灯点灯装置が開示されている。また、特許文献２には高圧パルストランスを分割した車両用前照灯装置が開示されている。

特開平８−２９８１９０号公報 特開平８−３１５６３０号公報

しかし、特許文献１は、放電灯の電極に正負両方の高圧パルスを印加する高電圧パルストランスは１つであり、特許文献２は、高圧パルストランスを分割しているがトランスとしては１つであり、特許文献１，２の構成によっては、イグナイタを小型化して規格化されたイグナイタケースに簡単且つ安価に収納することはできないという課題があった。
この発明は上記の課題を解消するためになされたもので、イグナイタを小型化して、規格化されたイグナイタケースに簡単且つ安価に収納することのできる高電圧パルス発生装置を提供することを目的とする。

この発明に係る高電圧パルス発生装置は、高圧パルストランスを２個備え、その各高圧パルストランスの一次巻線を並列に接続してスイッチ素子を介して放電用コンデンサに接続し、前記各高圧パルストランスの二次巻線を放電灯とともに直列に接続したことを特徴とする。

この発明によれば、高圧パルストランスを２個備え、その各高圧パルストランスの二次巻線を放電灯とともに直列に接続したので、それぞれの高圧パルストランスは小型であっても、その高圧パルストランスの二次巻線に誘起された高電圧を加算して放電灯に印加するため、放電灯を確実に起動させることができる。また、２個の高圧パルストランスはそれぞれ小型に構成できるので、規格化されたイグナイタケースに容易に収納することができ、安価な高電圧パルス発生装置を得ることができる。

この発明の実施の形態１による高電圧パルス発生装置の構成を示す回路図である。 この発明の実施の形態１による高電圧パルス発生装置の高圧パルストランスの構成を示す断面図である。 この発明の実施の形態２による高電圧パルス発生装置の構成を示す斜視図である。 この発明の実施の形態３による高電圧パルス発生装置の構成を示す回路図である。 この発明の実施の形態３による高電圧パルス発生装置の動作説明図である。

実施の形態１．
以下、この発明に係る高電圧パルス発生装置の実施の形態１を図面に沿って説明する。図１はこの発明の実施の形態１による高電圧パルス発生装置の構成を示す回路図であり、この高電圧パルス発生装置は、メタルハライドランプ等の高輝度放電灯を装着するソケットと該放電灯を起動させる高圧パルス電圧を発生するイグナイタ（起動装置）を収納するイグナイタケースが一体化されている。そして、一次巻線２１，３１がそれぞれ並列に接続され、二次巻線２２，３２が放電灯１と直列に接続された第１の高圧パルストランス２および第２の高圧パルストランス３と、スイッチ素子４と、放電用コンデンサ５と、放電抵抗６と、サージ吸収素子７を備えている。

図２は第１の高圧パルストランス２の構成を示す断面図である。図２において、透磁率の高い材質で構成されるコア１０の外周に巻きつけられ高電圧を発生する二次巻線２２と、この二次巻線２２の外周をスペーサを兼ねた端面部材１３を介して覆うボビン１１と、このボビン１１の外周の二次巻線低圧側に巻きつけられ放電用コンデンサ５の放電電流がスイッチ素子４を介して流れる一次巻線２１とを備えている。図２は第１の高圧パルストランス２の構成を示したが、第２の高圧パルストランス３の構成も同一構成であるから説明を省略する。

次に、動作について説明する。図示を省略したＤＣ／ＤＣコンバータから端子Ｔ１に充電電圧が供給されると、放電用コンデンサ５が充電される。この放電用コンデンサ５が充電された段階でスイッチ素子４がオンする（または、自発的にオンする）と、放電用コンデンサ５から放電電流が、第１の高圧パルストランス２の一次巻線２１および第２の高圧パルストランス３の一次巻線３１を流れる。これによりその第１の高圧パルストランス２の二次巻線２２および第２の高圧パルストランス３の二次巻線３２に高電圧が発生して、この高電圧は、二次巻線２２、二次巻線３２が直列接続されているため加算されて放電灯１に印加され、放電灯１の電極間をブレークダウンさせて起動する。ブレークダウン後は、アーク放電に移行し、端子Ｔ２に印加された電圧によって放電灯１を点灯させる。若し、ブレークダウン時にサージ電圧が発生したとき、このサージ電圧はサージ吸収素子７で吸収される。

以上説明したように、この実施の形態１によれば、高圧パルストランスを、第１の高圧パルストランス２と第２の高圧パルストランス３によって構成したので、イグナイタケース内の配置の自由度が増し、容易に規格化されたイグナイタケース内に納めることができる。

そして、２つの第１の高圧パルストランス２と第２の高圧パルストランス３の二次巻線２２，３２と放電灯１を直列に接続したので、放電灯を確実に点灯できるだけの高圧パルスを発生できる。また、各高圧パルストランスのコア１０を棒形状とし、二次巻線９を断面形状が円形の巻線の整列巻き構造とすることで、コア１０および二次巻線９のコストの低廉化と巻線工程の短縮による製造コストの低廉化が可能となる。

実施の形態２．
図３はこの発明の実施の形態２による高電圧パルス発生装置の構成を示す斜視図である。図３において、図１と対応する部分には同一符号を付し、その詳細説明を省略する。図３において、この実施の形態２による高電圧パルス発生装置は、規格化されたイグナイタケース１２内に第１の高圧パルストランス２と第２の高圧パルストランス３をＬ字形に配置格納したものである。

この配置格納構成により、第１の高圧パルストランス２と第２の高圧パルストランス３は磁気的に結合されるため、第１の高圧パルストランス２および第２の高圧パルストランス３を磁気的にはあたかも一つのパルストランスとして動作させることができ、結合係数が高くなる。なお、このイグナイタケース１２の図示しない面にはソケットが設けられており、このソケットに高輝度放電灯１が装着された構造である。

よって、この実施の形態２によれば、高圧パルストランスの巻数比を小さくすることが可能となり、第１の高圧パルストランス２と第２の高圧パルストランス３を小型化でき、規格化されたイグナイタケース１２内への収納がより容易となる。

実施の形態３．
図４はこの発明の実施の形態３による高電圧パルス発生装置の構成を示す回路図である。図４において、図１と対応する部分には同一符号を付し、その詳細説明を省略する。この実施の形態３は第１の高圧パルストランス２の二次巻線２２を放電灯１の一方の電極側１ｂに、第２の高圧パルストランス３の二次巻線３２を放電灯１のもう一方の電極側１ａに接続し、二次巻線２２、放電灯１、二次巻線３２を直列に接続した構成である。

図５は実施の形態３による高電圧パルス発生装置により放電灯１に印加される高圧パルスを示した特性図であり、この特性図を参照して動作を説明する。放電灯１のどちらか一方の電極側１ａに印加される第１の高圧パルストランス２の二次巻線２２の出力１４に対し、放電灯１のもう一方の電極側１ｂに印加される第２の高圧パルストランス３の二次巻線３２の出力１５の極性を逆にすることで、放電灯１の両電極間の電位差として放電灯１が確実に起動できるだけの高電圧の出力１５を、放電灯１の電極間に印加することができる。

以上のように、この実施の形態３によれば、二次巻線２２、放電灯１、二次巻線３２を直列に接続した構成であるので、第１の高圧パルストランス２の二次巻線２２の出力１４および第２の高圧パルストランス３の二次巻線３２の出力１５をそれぞれ従来の１／２に低減できる。この結果、高圧パルストランスの一次巻線と二次巻線の間の耐電圧も１／２となり、耐圧部材が簡易となる。また、結合係数も向上するため、高圧パルストランスの小型化が可能となる。

実施の形態４．
図２に示したように、第１の高圧パルストランス２および第２高圧パルストランス３において、コア１０を棒形状とし、第１の高圧パルストランス２および第２高圧パルストランス３のそれぞれの二次巻線２２および二次巻線３２を断面形状が円形の巻線の整列巻き構造とする。
この実施の形態４によれば、第１および第２の高圧パルストランスの二次巻線２２および二次巻線３２を断面形状が円形の巻線による整列巻きとしたので、コア１０と二次巻線２２および二次巻線３２のコストの低廉化と巻線工程の短縮による製造コストの低廉化が可能となる。

１ 放電灯、２ 第１の高圧パルストランス、２１ 一次巻線、２２ 二次巻線、３ 第２の高圧パルストランス、３１ 一次巻線、３２ 二次巻線、４ スイッチ素子、５ 放電用コンデンサ、６ 放電抵抗、７ サージ吸収素子、１０ コア、１１ ボビン、１２ イグナイタケース、１３ 放電灯の電極間に印加される高圧パルス、１４ 第１の高圧パルストランス２の二次巻線２の出力、１５ 第２の高圧パルストランス３の二次巻線３の出力。

Claims (4)

1. 高圧パルストランスを２個備え、その各高圧パルストランスの一次巻線を並列に接続してスイッチ素子を介して充放電コンデンサに接続し、前記各高圧パルストランスの二次巻線を放電灯とともに直列に接続したことを特徴とする高電圧パルス発生装置。
2. ２個の高圧パルストランスをイグナイタケース内にＬ字形に配置収納したことを特徴とする請求項１記載の高電圧パルス発生装置。
3. 放電灯の一方の電極側に接続された第１の高圧パルストランスと、放電灯の他方の電極側に接続され前記第１の高圧パルストランスと正負逆極性の電圧を出力する第２の高圧パルストランスとを備えたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の高電圧パルス発生装置。
4. 断面形状が円形の二次巻線と棒形状のコアにより構成された高圧パルストランスを備えた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項記載の高電圧パルス発生装置。

Images