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