JP3733829B2 - 温度センサ付き絶縁物モールド昇圧装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、絶縁モールドしたトランスまたはインダクターに温度センサを取り付けた昇圧装置に関し、さらに詳細には、発熱を伴うトランスまたはインダクターの絶縁モールド内に温度センサを取り付けた昇圧装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
誘電体バリア放電ランプ、希ガス蛍光ランプ用の高圧電源や各種高圧機器等の電源には、コアと巻線を樹脂で一体モールドした高圧用トランスやインダクターが用いられている。
これらモールドされた高圧用トランスやインダクター（以下これらを必要に応じてモールド形巻線機器という）の異常発熱等を監視する場合には、これら機器に温度センサを取付け、温度センサにより上記モールド形巻線機器の過熱が検出されたとき例えば電源を遮断する等の保護動作を行う。
モールド形変圧器に温度センサを取付けたものとしては、例えば特開平７−１６１５５０号公報に記載されるように、低圧用巻線に隣接した隙間部に絶縁物を介して温度センサを配設したものが提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記公報に記載されるものは、低圧用巻線に隣接した隙間部に温度センサを配設しているため、温度センサとしては例えば熱電対のように細いまたは薄型のものしか使用できない。また、巻線間に温度センサを配設しているため、変圧器の一次側と２次側の結合が悪くなり漏洩インダクタンスが増加する。
前記した誘電体バリア放電ランプ、希ガス蛍光ランプ等に使用される電源は高圧（例えば１０ｋＶ程度）で、かつ周波数が高く（例えば数１０ｋＨｚ程度）、上記のように変圧器の一次側と２次側の結合が悪くなり漏洩インダクタンスが増加すると、サージ電圧が増加するなどの問題が生ずる場合がある。
【０００４】
また、上記公報記載のものは温度センサが巻線の近傍に配置されているため、温度センサや該センサから引き出される信号線等が電源の電気力線により影響を受け正確な温度測定ができない。また、電源からノイズが回り込み不都合を生ずるといった問題もある。特に、誘電体バリア放電ランプ、希ガス蛍光ランプ等を点灯させる際のトランスの２次側の電圧、電流波形は図９に示すように比較的急峻な立ち上がり、立ち下がりをもつ高調波成分の多い波形であるためノイズが発生し易く、温度測定系にノイズが回り込みやすい。
さらに、上記公報に記載されるものでは前記したように熱電対やサーミスタ等の薄型の温度センサしか使用できないが、一般にこれらの温度センサを使用した場合、温度センサを含めた測定系のコストがアップする。このため、例えばバイメタルのように比較的安価で、かつ測定系の構成も簡単なものを使用し温度測定系のコストダウンを図りたいという要望に応えることはできない。
【０００５】
一方、図７（ａ）に示すようにモールド形巻線機器１０１のモールド材１０２の外側に温度センサ１０４を取り付ける方法も考えられるが、ファン冷却等による自然対流の影響等により正確な温度検出ができず、また、温度検出の時間遅れも大きくなる。
また、図７（ｂ）のように絶縁モールド材１０２内に一体で温度センサ１０４をモールドする方法も考えられるが、モールド形巻線機器１０１の巻線が高圧になると、該絶縁モールド材１０２は通常樹脂等の誘電体であるため、該モールド材表面や温度センサのケース内面に分極が発生し高圧が誘起する。このため、温度センサ１０４のケースの内面と内部の回路との間、あるいはモールド材１０２の表面と信号線１０６の間で放電が発生し、接続された測定回路１０５に高圧が伝わり、該温度センサ１０４又は測定回路１０５が破壊される可能性がある。
この状況は、図７（ａ）の場合でも全く同じである。すなわち、温度センサ１０４のケースはモールド材１０２の表面に接しているため、高電圧に充電され、したがって、温度センサ１０４のケースの内面と内部の回路との間、あるいは温度センサ１０４のケースと信号線１０６の間で放電が発生し、接続された測定回路１０５に高圧が伝わり、該温度センサ１０４または測定回路１０５が破壊される可能性がある。
一方、温度センサ１０４および信号線１０６付近は構造が複雑であるため、モールド材１０２内に空隙が発生し易く、空隙内でボイド放電が発生する可能性もある。ボイド放電が生ずると、空隙内表面のモールド材が劣化して、トランス全体の焼損の危険があるし、また、空隙が図８（ａ）（ｂ）のように、信号線１０６に接している場合は、空隙内面と信号線１０６との間で放電が発生し、前記と同様に測定回路１０５が破壊される可能性がある。
【０００６】
前記したバイメタル等の温度センサは、図７（ａ）（ｂ）に示すように温度センサの内部に可動部があるため当然のことながらモールド材内に空隙ができる。また、例えば熱電対１１０や半導体温度センサ１１１等をモールド材１０２内に一体モールドした場合でも、図８（ａ）（ａ）に示すように温度センサ１１０，１１１の周囲に空隙ができ、上記ボイド放電の問題が生ずることがある。
また、図７に示すように温度センサ１０４を巻線１０３からある程度離して設置しても、前記したように誘電体バリア放電ランプ、希ガス蛍光ランプ等の電源のように、高電圧を発生する電源に使用する場合には、温度センサ１０４が高圧に充電され、接続された測定回路１０５に高圧が伝わり、該温度センサ１０４又は測定回路１０５が破壊される。また、周波数が高く高調波分の多い波形を有する電圧を発生する電源の場合には、ノイズが温度センサ１０４に回り込み、不都合が生ずる。
【０００７】
本発明は前記の事情に鑑みなされたものであって、その目的とするところは、絶縁物モールドしたトランスまたはインダクターに温度センサを取り付けた昇圧装置において、温度センサ、温度測定用の回路が高圧により破壊される危険性を回避し、また、電源からのノイズに影響されずに高圧用トランスやインダクターの温度を比較的時間遅れなく測定できるようにすることである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明においては、前記課題を次のようにして解決する。
絶縁物モールドしたトランスまたはインダクターに温度センサを一体モールドした誘電体バリア放電ランプ用昇圧装置において、前記温度センサを、導電性部材によって覆い、該導電性部材を、低電圧部位に接続された温度センサとともに、上記絶縁物から一体モールドする。
本発明は前記構成としたので、温度センサやその信号線等が高圧に充電されることがなく、温度センサや測定回路が高圧により破壊するのを防止することができる。
また、トランスやインダクターの巻線から温度センサにノイズが回り込むのを防止することができ、温度測定系がノイズにより誤動作するのを防止することができる。さらに、時間遅れなく正確に巻線の過熱を検出することができるとともに、温度センサの内部もしくはその周辺に空隙ができてもボイド放電の発生を防止することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を誘電体バリア放電ランプ、希ガス蛍光ランプ等のランプ電源に適用した場合について説明する。なお、以下の実施例では主としてトランスに本発明を適用した場合について説明するが、例えば共振回路、フィルタ回路、昇圧用チョッパ回路等に用いられるインダクターにも同様に適用することができる。
図１，図２は本発明の実施例の温度センサを取り付けたトランスの構成を示す図であり、図１、図２（ａ）は正面図、図１、図２（ｂ）は図１、図２（ａ）のＡ方向から見た側面図であり、図１はモールド後の状態、図２はモールド前の状態を示している。
【００１０】
同図において、１ａ，１ｂはＥ型のコアであり、コア１ａ，１ｂの両側にエポキシガラス製の固定基板４ａ，４ｂが取り付けられ、コア１ａ，１ｂ，固定基板４ａ，４ｂがねじ３により一体に固定されている。コア１ａ，１ｂには低圧１次側巻線、高圧２次側巻線２が巻かれており、１次側巻線の引出し線が端子５に接続され、２次側巻線の引出し線が端子６に接続される。
エポキシガラス製の固定基板４ａには、温度センサ１０が取り付けられ、温度センサ１０は導電性材料で形成されたカバー１１内に収納されている。温度センサとしては、例えば、バイメタル、熱電対、サーミスタ、半導体温度センサ、温度ヒューズ等の各種の温度センサを用いることができる。
【００１１】
また固定基板４ａには図１、図２（ｂ）に示すように配線パターン１２が形成されており、配線パターン１２はねじ３により固定された取付け板７に電気的に接続されている。温度センサ１０を覆う導電性のカバーは前記配線パターン１２に電気的に接続されており、前記取付け板７は接地されるので前記導電性のカバー１１は接地電位となる。
また、前記固定基板４ａには貫通孔が設けられており、温度センサ１０からの引出し線１０ａが前記貫通孔から外部に引き出される。
【００１２】
前記のように温度センサ１０と導電性カバー１１を取付けた後、温度センサ１０、導電性カバー１１を含む固定基板４ａ，４ｂで挟まれる領域全体がシリコンモールド材あるいはエポキシモールド材等により一体モールドされる。
前記トランスを前記した誘電体バリア放電ランプ等のランプ電源として用いる場合、１次側には後述するように約６０ｋＨｚの高周波出力を発生するインバータ回路が接続され、２次側には概略サイン波または矩形波の最大値と最小値の差が少なくとも３ｋＶ以上である６０ｋＨｚの高電圧、高周波の電圧が発生する。
【００１３】
図３は、本実施例のトランスにおける電気力線を模式的に示した図である。導電性カバー１１が接地電位であるため、同図に示すように電気力線は導電性カバー１１で遮蔽され、温度センサ１０を設置した領域の電界強度は極めて小さくなる。とりわけ、発生電圧が高い場合は、導電性カバー１１の一部がモールド材Ｍから外部にはみ出さないようにすることが望ましい。その理由は、導電性カバー１１の内側の領域では、電気力線が遮蔽されているが、内側と外側の境界では遮蔽は十分ではなく、もし導電性カバー１１の一部がモールド材Ｍから外部にはみ出している場合は、はみ出している部分とモールド材Ｍの表面との間で放電が発生する可能性があるからである。このため、温度センサ１０や温度センサ１０からの引出し線１０ａが高圧に充電されることがなく、温度センサ１０やその測定回路が高圧により破壊することがない。また、温度センサとして内部に空隙があるバイメタルのような温度センサを用いたり、温度センサの周囲に空隙が生じても前記したボイド放電が発生することもない。さらに、温度センサ１０が導電性カバー１１で遮蔽されているため、電源から回り込むノイズが温度測定系に回り込むこともない。
【００１４】
図４は前記導電性カバーの構成例を示す図である。同図（ａ）は導電性カバー１１として導電性のメッシュを用い、メッシュにより温度センサ１０全体を覆った場合を示し、同図（ｂ）は導電性カバー１１により温度センサ１０の一部を覆った場合を示している。
導電性カバー１１としては、図４（ａ）のように温度センサ１０全体を覆うものを用いてもよいし、また、導電性カバーがある程度以上の大きさで、巻線から発生する電気力線に対向する部分を覆っていれば、図４（ｂ）に示すように温度センサ１０の一部を覆うようにしてもよい。また、導体に複数の孔を開けたパンチメタル等を導電性カバーとして用いることもできる。
【００１５】
なお、モールド材の熱伝導率は空気の熱伝導率の約１０倍以上であり、巻線の発熱が温度センサ１０に効果的に伝わるようにするためには、温度センサ１０と導電性カバー１１の間の空間にモールド材が充填されることが望ましい。
したがって、導電性カバー１１により温度センサ１０全体を覆う場合には、導電性カバー１１として、上記金属メッシュやパンチメタル等、モールド材が浸透し易いものを用いるのが望ましい。
【００１６】
図５、図６は本実施例のトランスあるいはインダクターを前記した誘電体バリア放電ランプ、あるいは希ガス蛍光ランプの電源に用いた場合の回路構成例を示す図である。
図５はフルブリッジ方式のインバータ回路を用いた電源回路のトランスに前記実施例を適用した場合を示している。同図において、Ｑ１〜Ｑ４は電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）であり、ＦＥＴＱ１，Ｑ３の接続点とＦＥＴＱ２，Ｑ３の接続点間に直流電源が接続され、ＦＥＴＱ１，Ｑ２の接続点とＦＥＴＱ３，Ｑ４の接続点はトランスＴの一次側巻線に接続されている。ＦＥＴ駆動回路２１によりＦＥＴＱ１，Ｑ４とＦＥＴＱ２，Ｑ３を交互にオンにすることにより、トランスＴの一次側に前記したように例えば６０ｋＨｚの交流電圧が発生する。
【００１７】
トランスＴの一次側に印加される交流電圧はトランスＴにより昇圧され、その２次側には、前記したように最大値と最小値の差が少なくとも３ｋＶ以上であり周波数が６０ｋＨｚの高電圧が発生する。これにより、トランスＴの２次側に接続された例えば誘電体バリア放電ランプ２０が点灯する。
トランスＴには、前記したように接地された導電性カバー１１で覆われた温度センサ１０（例えば半導体温度センサ）が取り付けられており、温度センサ１０の出力は制御回路２２に送られる。
制御回路２２は前記温度センサ１０により検出された温度と、予め設定された温度とを比較し、温度センサ１０により検出された温度が予め設定された温度より高くなると、停止信号をＦＥＴ駆動回路２１に出力する。停止信号が与えられると、ＦＥＴ駆動回路２１はＦＥＴの駆動信号の出力を停止し、ＦＥＴＱ１〜Ｑ４をオフにする。これにより、トランスＴへの交流電圧の供給が停止し、トランスＴが過熱から保護される。
【００１８】
図６はハーフブリッジ方式のインバータ回路を用いた電源回路のトランスおよびインダクターに本実施例を適用した場合を示している。
同図において、Ｑ１，Ｑ２はＦＥＴであり、ＦＥＴＱ１，Ｑ２のソース、ドレインが直流電源の＋，−端子に接続され、ＦＥＴＱ１，Ｑ２の接続点がトランスＴの一次側巻線の一方の端子に接続され、トランスＴの１次側巻線の他方の端子は接地（０電位）されている。そして、ＦＥＴ駆動回路２１によりＦＥＴＱ１，Ｑ２を交互にオンにすることにより、トランスＴの一次側に前記したように例えば６０ｋＨｚの交流電圧が発生する。
【００１９】
トランスＴの一次側に印加される交流電圧はトランスＴにより昇圧され、その２次側には、周波数が６０ｋＨｚの高電圧が発生する。トランスＴの２次側に発生する高周波の高電圧はインダクターＬ、コンデンサＣ１からなるフィルタ回路を介して、前記したように最大値と最小値の差が少なくとも３ｋＶ以上のさらなる高電圧１２に昇圧され、例えば誘電体バリア放電ランプ２０に印加され、誘電体バリア放電ランプ２０が点灯する。
トランスＴには、前記したように接地された導電性カバー１１で覆われた温度センサ１０（例えば半導体温度センサ）が取り付けられており、温度センサ１０の出力は制御回路２２に送られる。
また、インダクターＬにも、接地された導電性カバー１１’で覆われた温度センサ１０’が取り付けられており、温度センサ１０’の出力は制御回路２２’に送られる。
【００２０】
制御回路２２，２２’は前記温度センサ１０，１０’により検出された温度と、予め設定された温度とを比較し、温度センサ１０，１０’により検出された温度が予め設定された温度より高くなると、停止信号をＦＥＴ駆動回路２１に出力する。停止信号が与えられると、ＦＥＴ駆動回路２１はＦＥＴの駆動信号の出力を停止し、ＦＥＴＱ１〜Ｑ２をオフにする。これにより、トランスＴ、インダクターＬへの交流電圧の供給が停止し、トランスＴ、インダクターＬが過熱から保護される。
【００２１】
温度センサ１０を前記のように導電性カバー１１で覆うことにより、温度センサ１０やその引出し線等が高圧に充電されることがなく、温度センサ１０や制御回路２２，２２’が高圧により破壊するのを防止することができる。
また、前記したように温度センサ１０の内部もしくはその周辺に空隙が存在しても、ボイド放電の発生を防止することができ、モールド材の損傷を防止することができる。特に、トランスＴの２次側の電圧、電流波形が、前記図９に示したように高調波成分の多い波形の場合には、ノイズが発生し易いが、温度センサ１０を導電性カバー１１で覆っておくことにより、温度センサ１０へノイズが回り込むことを防止することができ、制御回路２２，２２’がノイズにより誤動作するのを防止することができる。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明においては以下の効果を得ることができる。
（１）絶縁物モールドしたトランスまたはインダクターに温度センサを一体モールドした誘電体バリア放電ランプ用昇圧装置において、上記温度センサを、導電性部材によって覆い、該導電性部材を、低電圧部位に接続された温度センサとともに、上記絶縁物から一体モールドしたので、温度センサや測定回路が高圧により破壊するのを防止することができる。
（２）トランスやインダクターの巻線から温度センサにノイズが回り込むのを防止することができ、温度測定系がノイズにより誤動作するのを防止することができる。
さらに、時間遅れなく正確に巻線の過熱を検出することができるとともに、温度センサの内部もしくはその周辺に空隙ができてもボイド放電の発生を防止することができ、モールド材の損傷を防止することができる。また、温度センサとして、例えばバイメタル等の比較的安価にセンサを使用することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例のトランスの構成を示す図（１）である。
【図２】本発明の実施例のトランスの構成を示す図（２）である。
【図３】本実施例のトランスにおける電気力線を模式的に示した図である。
【図４】本実施例の導電性カバーの構成例を示す図である。
【図５】フルブリッジ方式のインバータ回路を用いた電源回路に本発明の実施例を適用した場合の構成例を示す図である。
【図６】ハーフブリッジ方式のインバータ回路を用いた電源回路に本発明の実施例を適用した場合の構成例を示す図である。
【図７】モールド形巻線機器への温度センサの取付け例を示す図である。
【図８】熱電対や半導体温度センサの周辺に生ずる空隙を説明する図である。
【図９】誘電体バリア放電ランプの電源トランスの２次側の電圧、電流波形の一例を示す図である。
【符号の説明】
１ａ，１ｂ コア
２ 巻線
３ ねじ
４ａ，４ｂ 固定基板
１０，１１’ 温度センサ
１１，１１’ 導電性カバー
１２ 配線パターン
２０ 誘電体バリア放電ランプ
２１ ＦＥＴ駆動回路
２２，２２’ 制御回路
Ｔ トランス
Ｌ インダクター
Ｑ１〜Ｑ４ ＦＥＴ

Claims (1)

1. 絶縁物モールドしたトランスまたはインダクターに温度センサを一体モールドした誘電体バリア放電ランプ用昇圧装置であって、
   該誘電体バリア放電ランプ用昇圧装置に配置された温度センサは、導電性部材によって覆われており、該導電性部材が、低電圧部位に接続された温度センサとともに、上記絶縁物から一体モールドされている
   ことを特徴とする誘電体バリア放電ランプ用温度センサ付き絶縁物モールド昇圧装置。

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