JP4226318B2

JP4226318B2 - 放電灯点灯装置

Info

Publication number: JP4226318B2
Application number: JP2002519382A
Authority: JP
Inventors: 孝大沢; 芳永川▲さき▼
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2000-08-17
Filing date: 2000-08-17
Publication date: 2009-02-18
Anticipated expiration: 2020-08-17
Also published as: DE60027610T2; EP1311143A4; US6624596B1; EP1311143A1; DE00953472T1; DE60027610D1; WO2002015647A1; EP1311143B1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、自動車等の車両の前照灯として用いられる放電灯を点灯するための放電灯点灯装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
放電灯の中でも、メタルハライドランプ、高圧ナトリウムランプ、水銀ランプ等の高輝度放電灯（ＨＩＤ）は光束が大きく、ランプ効率が高く、寿命が長いなどの利点を有していることから、従来から、屋外施設、屋内施設、倉庫および工場等における照明灯や街灯等として用いられている。特に、近年では、自動車等の車両用の前照灯としても利用されている。この種の放電灯を点灯させるためには、起動時に高電圧の起動電圧を印加することが必要であり、放電灯を安定に点灯させるための安定器に加えて起動電圧を発生するイグナイタを備えた点灯装置が必要である。
【０００３】
図１は、従来の点灯装置に用いられるイグナイタとしての高電圧発生トランスの内部構造を示す断面図であり、図において１は高電圧発生トランスである。高電圧発生トランス１は、その中央部に配設された柱状のコア２と、このコア２の周囲に配設した一次巻線部３と、この一次巻線部３の外側に配設した二次巻線部４と、この二次巻線部４と上記一次巻線部３との間を絶縁する絶縁部材５とから概略構成されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の点灯装置における高電圧発生トランス１は以上のように構成されているので、高電圧発生部としての二次巻線部４が低電圧のコア２およびそのコア２の周辺部に近いため、コア２と二次巻線部４との間、および二次巻線部４とその周辺部との間に高電圧に対する絶縁距離Ｌを採らなければならず、ある程度の厚さの絶縁部材５が不可欠であり、例えば自動車等に搭載する放電灯点灯装置に対する小型化の要請に対処できないという課題があった。
なお、このような小型化の要請に対応するにあたって、放電灯点灯装置における高電圧発生トランスは、一次巻線部３の磁束を二次巻線部４に差交させて電磁誘導作用により二次巻線部４側で高電圧を発生するためにトランス結合性を維持すると共に、発生する高電圧に対する耐電圧を備えている必要がある。
【０００５】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、高電圧発生が可能な小型の放電灯点灯装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る放電灯点灯装置は、コアと、該コアの外側に複数のセクションに分割して配設された二次巻線部と、該二次巻線部の外側に直接重ねて配設された一次巻線部とを含む高電圧発生トランスを備え、前記二次巻線部の高圧側端子を前記コアの端子に接続し、前記一次巻線部は、高耐電圧電線で構成され、導線の外側に配設された第一絶縁層と、該第一絶縁層の外側に配設されかつ前記高耐電圧電線の外側に充填される封止樹脂と前記第一絶縁層との接合性を確保する第二絶縁層とを含むものであることを特徴とするものである。
【０００７】
【発明の効果】
このことによって、高電圧発生トランスにおける絶縁容積を小さくすることができるので、絶縁部材等の部品の点数を減らすことができることから小型化を達成することができる。また、コアの外側に配設した二次巻線部を複数のセクションに分割したことにより、各セクションにおいて巻き始めと巻き終わりとの間の電位差を低く抑えつつ、セクション数を増やすことにより二次巻線部全体の耐電圧を高めることができる。さらに、二次巻線部の各セクションで区画された同一空間内に一次巻線部を配設したことにより、一次巻線部から二次巻線部への電力伝達効率を向上させ、トランス結合性を向上させることができる。また、一次巻線部を複数のセクションにわたって二次巻線部に重ねることにより、一次巻線部から発生する磁束を広範囲の二次巻線部に差交させることができるので、電磁誘導作用により二次巻線部から高電圧を発生させることができる。
また、この発明に係る放電灯点灯装置は、一次巻線部を高耐電圧電線で構成したことを特徴とするものである。このことによって、二次巻線部に発生する高電圧に耐えることができるので、二次巻線部の低圧側セクションから高圧側セクションにかけて複数のセクションに一次巻線部を支障なく配設することができる。
さらに、この発明に係る放電灯点灯装置は、高耐電圧電線を、導線の外側に配設された第一絶縁層と、該第一絶縁層の外側に配設されかつ高耐電圧電線の外側に充填される封止樹脂と前記第一絶縁層との接合性を確保する第二絶縁層とを含むものとしたことを特徴とするものである。このことによって、一次巻線部に要求される高耐電圧を第一絶縁層で確保する一方、封止樹脂と第一絶縁層との接合性を第二絶縁層で確保することができる。
【０００８】
この発明に係る放電灯点灯装置は、二次巻線部の外側に一次巻線部を略均一に配設したことを特徴とするものである。このことによって、一次巻線部から発生する磁束も均一にすることができ、二次巻線部に差交する磁束が増加して電力伝達効率を向上させることができる。
【０００９】
この発明に係る放電灯点灯装置は、一次巻線部を二次巻線部の低圧側セクションに配設したことを特徴とするものである。このことによって、二次巻線部の高圧側セクションに一次巻線部を配設した場合に一次巻線部の絶縁被覆に要求される過大な耐電圧性を一次巻線部に備える必要がないことから、一次巻線部に厚い絶縁被覆を設けなくて済む分、高電圧発生トランスの小型化を図ることができる。
【００１０】
この発明に係る放電灯点灯装置は、一次巻線部の高圧側を二次巻線部の高圧側に配設したことを特徴とするものである。このことによって、一次巻線部と高圧側の二次巻線部との間の電位差を二次巻線部の発生電圧分だけにすることができるので、一次巻線部の絶縁被覆における耐電圧の余裕度を増すことができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための最良の形態について、添付の図面に従ってこれを説明する。
実施の形態１．
図２はこの発明の実施の形態１による放電灯点灯装置における高電圧発生トランスに用いられる複数のセクションを有するボビンを示す正面図であり、図３は図２に示したボビンのセクションに二次巻線が巻回された状態を示す正面図であり、図４（ａ）は図２に示した各セクションに巻回された二次巻線の線処理方法を説明するための平面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）に示した線処理部を拡大して示す平面図であり、図５は図３に示した二次巻線を巻回したボビンに一次巻線が巻回された状態を示す正面図であり、図６は図５のＶＩ−ＶＩ線断面図であり、図７は図２に示した高電圧発生トランスに一次巻線として用いられる耐高電圧電線の内部構成を示す概略斜視図であり、図８は図５および図６に示した高電圧発生トランスに用いられるボビンに巻回された二次巻線全体の耐電圧とセクションごとの耐電圧とを説明するための模式図である。
【００１２】
図において１０は高電圧発生トランスであり、１１は高電圧発生トランスのボビンであり、１２はボビン１１の中央穴１１ａ内に挿入されるコアである。ボビン１１の上部には、図６に示すようにＨＩＤ（図示せず）を支持するランププラグ（図示せず）と嵌合するための円環状の嵌合凹部１１ｂが形成されており、この嵌合凹部１１ｂには低圧側端子（図示せず）が形成されている。また、嵌合凹部１１ｂの中央部分はボビン１１の中央穴１１ａと連通しており、嵌合凹部１１ｂの中央部分にはコア１２の端子１２ａと接続する高圧側端子１３が配設されている。さらに、ボビン１１の外周部には、図２、図３、図５および図６に示すように軸方向に沿って複数（この実施の形態１では四つ）に分割された巻溝（セクション）１４，１５，１６および１７が形成されている。各巻溝１４，１５，１６および１７の軸方向の長さは同一に設定されており、耐電圧のため、巻数が多くなるように、巻溝１４から１７に向けて深くなるように設定されている。また、図４（ａ）に示すように、巻溝１４と巻溝１５とを区画する壁部１８と、巻溝１５と巻溝１６とを区画する壁部１９と、巻溝１６と巻溝１７とを区画する壁部２０には壁部を貫通しかつ隣接する巻溝間で後述の巻線を挿通させるための挿通穴２１がそれぞれ形成されており、各壁部１８，１９および２０の外周縁部には、図４（ｂ）に示すように各巻溝で巻回された巻線を屈曲させた状態で支持する凹状の巻線支持部２２がそれぞれ形成されている。
【００１３】
巻溝１４から１７には図５および図６に示すように二次巻線を巻回してなる二次巻線部２３が設けられており、その高圧側端子２３ａはコア１２の端子１２ａに接続されており、低圧側の端末部分２３ｂはボビン１１の嵌合凹部１１ｂ側を経由して外部に這い回され、その入力端子（図示せず）は上記二次巻線部２３の外側に配設される一次巻線部２４の出力端子２４ａに接続され、両端子は同電位とされている。なお、２４ｂは一次巻線部２４の入力端子である。
【００１４】
一次巻線部２４は、二次巻線部２３の最も高圧側の巻溝１７を除き、それよりも低圧側にあたる巻溝１４から１６に巻線を巻回して設けられている。一次巻線部２４は二次巻線部２３の低圧側の巻溝１４から１６に配設されるものの、二次巻線部２３の外側に直接重ねているため、一次巻線部２４を構成する巻線として高耐電圧電線が用いられる。この高耐電圧電線２５は、図７に示すように、銅線等の導線２６の外側に耐電圧を確保するための第一絶縁層２７を被覆してなるものである。第一絶縁層２７を形成する材料としては高耐電圧の他に高温に晒されることを考慮して耐熱性のポリテトラフルオロエチレンが好適に用いられる。このポリテトラフルオロエチレンはデュポン社から商品名「テフロン」で市販されているフッ素系樹脂である。また、高耐電圧電線２５は、二次巻線部２３の外側に直接巻回された後に、このトランスで発生する高電圧を他にリークさせないためのエポキシ樹脂で封止されるが、この封止樹脂と上述のフッ素系樹脂との接合性が良好でなく、この接合性を確保するために、図７に示すように第二絶縁層２８を被覆する必要がある。第二絶縁層２８としては、上述の接合性を確保する性質を有するポリエステル膜が好適に用いられる。このポリエステル膜はその性質上、押出成形できないため、第一絶縁層２７上に直接被覆することはできない。このため、例えばテープ状のポリエステル膜を第一絶縁層２７上に螺旋状に巻回することによって所定の厚さの第二絶縁層２８が設けられる。
【００１５】
この実施の形態１では、上述したように一次巻線部２４を二次巻線部２３の低圧側の巻溝１４，１５および１６に配設しているが、これは二次巻線部２３の最も高圧側の巻溝１７にまで一次巻線部２４を配設すると、一次巻線部２４を二次巻線部２３の全体に略均一に配設することになるので、一次巻線部２４の磁束を二次巻線部２３の全体に差交させることができ、一次巻線部２４から二次巻線部２３への電力伝達効率を向上させることができ、トランス結合性を向上させることができる一方、最高電圧を発生するセクションとしての巻溝１７にまで一次巻線部２４を配設する場合、絶縁破壊しない程の高耐電圧性を有する電線の絶縁被覆が厚くなり、製品を大型化する不都合がある。従って、上述したように一次巻線部２４を二次巻線部２３の低圧側の巻溝１４，１５および１６に配設することにより、トランス結合性を維持しつつ、製品の小型化を達成することができる。
【００１６】
ここで、ボビン１１に形成されたセクションとしての巻溝１４，１５，１６および１７に二次巻線部２３を設け、巻溝１４，１５および１６内に配設された二次巻線部２３の外側に一次巻線部２４を設けたことにより、各セクションごとの耐電圧を抑えることができる。即ち、図８に示すように、低圧側の０Ｖに対し、高圧側で１００００Ｖの高電圧を発生させる場合、各セクションでの二次巻線部２３の巻数を同一にすると、巻溝１４での巻き始めと巻き終わりとの電位差は２５００Ｖ、巻溝１５での巻き始めと巻き終わりとの電位差は２５００Ｖ、巻溝１６での巻き始めと巻き終わりとの電位差は２５００Ｖとなり、巻溝１７での巻き始めと巻き終わりとの電位差は２５００Ｖとなり、各巻溝での電位差はいずれも２５００Ｖとなる。従って、二次巻線部２３を構成する電線の絶縁被覆は２５００Ｖの電圧に耐える程度の耐電圧を満たせばよいことになる。また、同様に、一次巻線部２４を構成する電線の絶縁被覆も２５００Ｖの電圧に耐える程度の耐電圧を満たせばよいことになる。このように二次巻線部２３を複数のセクションに分割することにより、電線の絶縁被覆の耐電圧基準を下げることができる。そして、これら複数のセクションを増やすことにより、例えば１００００Ｖの所望の高電圧を発生させることができる。
【００１７】
図９はこの発明の実施の形態１による放電灯点灯装置を示す回路図である。図において３０は例えば８００Ｖでブレークダウン（絶縁破壊）するように設定されたスイッチ用ＧＡＰ（以下、スイッチという）であり、３１は例えば静電容量０．１μＦのコンデンサであり、３２は放電灯である。この放電灯点灯装置における高電圧発生トランス１０は、一次巻線部２４の出力端子２４ｂと二次巻線部２３の入力端子（図示せず）と接続する三端子構造を有している。このような高電圧発生トランス１０を放電灯の点灯用イグナイタとして用いるためには、次の二つの特性を有している必要がある。
【００１８】
第一は、絶縁破壊していない点灯前の放電灯３２の電極間に高電圧を発生して電極間を絶縁破壊する特性である。このためには、高電圧発生トランス１０は絶縁破壊しやすい電圧上昇率の低い、緩やかな高電圧パルスを発生することが望ましい。この目的を満たすためにはトランスとしての特性であるトランス結合性を低くして一次巻線部２４と二次巻線部２３との電力伝達効率を低下させ、一次巻線部２４から発生される磁束が差交しにくいトランス結合から外れたインダクタンスとなる二次巻線の領域を設ける必要がある。このようなインダクタンス成分によって電圧上昇率が緩やかになった高電圧パルスにより放電灯３２の電極間を絶縁破壊する。
【００１９】
ところで、放電灯３２を点灯させるためには、上述の電極間の絶縁破壊に続いて、電極および電極間物質の加熱が必要である。上記インダクタンス成分によって電圧上昇率が緩やかになった高電圧パルスで絶縁破壊しても、絶縁破壊後に続く電流がインダクタンス成分によって制限されるために、電極および電極間物質を加熱しにくくなり、絶縁破壊はすれど点灯に至らずに消えてしまう事態を起こしやすい。
【００２０】
第二は、上記放電灯３２の電極および電極間物質を急速に加熱する特性である。この電力は放電用のコンデンサ３１から供給される。ここで必要なことは高電圧発生トランス１０の電力伝達効率が高いこと、つまりトランス結合係数が高いことである。充分なトランス結合係数を有する場合には、放電用のコンデンサ３１に蓄えられている電荷による電力が放電灯３２にまで達し、電極および電極間物質を急速に加熱することができ、電極間の絶縁破壊に続いて点灯を維持することができる。充分大きな電力を確保できる大型のイグナイタであれば電圧上昇率を緩やかにし、伝達電力の大きなトランスを構築できるが、小型のイグナイタでは緩やかなパルス波形を犠牲にせざるを得ず、小型のイグナイタトランスで良好な点灯性を確保するためには、トランス結合係数を優先させる必要がある。
【００２１】
ここで、例えば３５Ｗの放電灯３２を良好に点灯させるためには、約２０ｍＪのエネルギが必要であるが、上述のスイッチ３０とコンデンサ３１を用いる場合にはトランス結合係数を０．７以上にする必要がある。このようにトランス結合係数を０．７以上にすることにより、放電灯３２の電極間が絶縁破壊された後に、電極間物質である電子やイオンの励起を促進し、放電灯３２の点灯を維持する。
【００２２】
トランス結合係数Ｔは次の式で求めることができる。
Ｔ＝√（１−Ｌｓｈｏｒｔ）／Ｌｏｐｅｎ
式中Ｌｓｈｏｒｔはスイッチ３０を開けたときのインダクタンスであり、Ｌｏｐｅｎはスイッチ３０を閉じたときのインダクタンスである。
このトランス結合係数は小型化のためにコンデンサの静電容量を低下させるか、あるいはスイッチ用のＧＡＰの電圧を低下させる場合には更に高い値が必要となる。
【００２３】
次に動作について説明する。
まず、図９における一次巻線部２４の両端に８００Ｖの電圧を印加すると、スイッチ３０が絶縁破壊により導通する。これにより一次巻線部２４から磁束が発生し、この磁束が二次巻線部２３に差交し、電磁誘導作用により二次巻線部２３に例えば１００００Ｖの高電圧が発生する。この高電圧により放電灯３２の電極間を絶縁破壊して点灯させる。
次に、コンデンサ３１から供給された電力により二次巻線部２３の高電圧を維持して放電灯３２の点灯を維持する。
【００２４】
ここで、高電圧発生トランス１０は三端子構造であるので、一次巻線部２４にはコンデンサ３１に蓄えられていた充電電圧が印加されるため、一次巻線部２４と二次巻線部２３の接続点にはコンデンサ３１の充電電圧が印加される。この接続点を二次巻線部２３の高圧側のセクションに配置すれば、一次巻線部２４と高電圧の二次巻線部２３との電位差は二次巻線部２３の発生電圧分だけとなる。逆に、一次巻線部２４の非接続点側の端子を二次巻線部２３の高圧側に配置すれば、一次巻線部２４と高電圧の二次巻線部２３との電位差は二次巻線部２３の発生電圧分にコンデンサ３１の充電電圧も加算される結果となる。従って、前者の配置を採用することにより、一次巻線部２４の耐電圧の余裕度を増すことができる。
【００２５】
以上のように、この実施の形態１によれば、コア１２の外側に二次巻線部２３を配設し、この二次巻線部２３の外側に一次巻線部２４を配設したことにより、高電圧発生トランス内における絶縁容積を小さくすることができ、絶縁部材等の部品の点数を減らすことができることから小型化を達成することができる。
【００２６】
この実施の形態１では、コア１２の外側に複数のセクションとしての巻溝１４，１５，１６および１７を設け、各巻溝１４，１５，１６および１７に二次巻線部２３を分割して配設したことにより、各巻溝１４，１５，１６および１７において巻き始めと巻き終わりとの間の電位差を低く抑えることができると共に、巻溝数を増やすことにより二次巻線部２３全体の耐電圧を高めることができる。
【００２７】
この実施の形態１では、二次巻線部２３の各巻溝１４，１５および１６で区画された同一空間内に一次巻線部２４を配設したことにより、一次巻線部２４から二次巻線部２３への電力伝達効率を向上させ、トランス結合性を向上させることができる。
この実施の形態１では、一次巻線部２４を複数のセクションとしての巻溝１４，１５，１６および１７に二次巻線部２３に重ねることにより、一次巻線部２４から発生する磁束を広範囲の二次巻線部２３に差交させることができるので、電磁誘導作用により二次巻線部２３から所望の高電圧を発生させることができる。
【００２８】
この実施の形態１では、一次巻線部２４を二次巻線部２３の低圧側の巻溝１４，１５および１６に配設したことにより、二次巻線部２３の高圧側セクションに一次巻線部２４を配設した場合に一次巻線部２４の絶縁被覆に要求される過大な耐電圧性を一次巻線部に備える必要がないことから、耐電圧に余裕を持たせることができると共に、一次巻線部２４に厚い絶縁被覆を設けなくて済む分、高電圧発生トランスの小型化を図ることができる。
【００２９】
この実施の形態１では、一次巻線部２４を二次巻線部２３の低圧側の巻溝１４，１５および１６に配設したが、一次巻線部２４を二次巻線部２３の外側に略均一に配設してもよい。この場合、一次巻線部２４から発生する磁束も均一にすることができ、二次巻線部２３に差交する磁束が増加して電力伝達効率を向上させ、高いトランス結合を維持することができる。
【００３０】
以上のように、この発明に係る放電灯点灯装置は、自動車等の車両の前照灯として用いられる放電灯を点灯するのに適する。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は従来の点灯装置に用いられるイグナイタとしての高電圧発生トランスの内部構造を示す断面図である。
【図２】図２はこの発明の実施の形態１による放電灯点灯装置における高電圧発生トランスに用いられる複数のセクションを有するボビンを示す正面図である。
【図３】図３は図２に示したボビンのセクションに二次巻線が巻回された状態を示す正面図である。
【図４】図４（ａ）は図２に示した各セクションに巻回された二次巻線の線処理方法を説明するための平面図である。図４（ｂ）は図４（ａ）に示した線処理部を拡大して示す平面図である。
【図５】図５は図４に示した二次巻線を巻回したボビンに一次巻線が巻回された状態を示す正面図である。
【図６】図６は図５のＶＩ−ＶＩ線断面図である。
【図７】図７は図２に示した高電圧発生トランスに一次巻線として用いられる耐高電圧電線の内部構成を示す概略斜視図である。
【図８】図８は図５および図６に示した高電圧発生トランスに用いられるボビンに巻回された二次巻線全体の耐電圧とセクションごとの耐電圧とを説明するための模式図である。
【図９】図９はこの発明の実施の形態１による放電灯点灯装置を示す回路図である。

Claims

コアと、該コアの外側に複数のセクションに分割して配設された二次巻線部と、該二次巻線部の外側に直接重ねて配設された一次巻線部とを含む高電圧発生トランスを備え、
前記二次巻線部の高圧側端子を前記コアの端子に接続し、
前記一次巻線部は、高耐電圧電線で構成され、導線の外側に配設された第一絶縁層と、該第一絶縁層の外側に配設されかつ前記高耐電圧電線の外側に充填される封止樹脂と前記第一絶縁層との接合性を確保する第二絶縁層とを含むものであることを特徴とする放電灯点灯装置。
二次巻線部の外側に一次巻線部を略均一に配設したことを特徴とする請求の範囲第１項記載の放電灯点灯装置。
一次巻線部は二次巻線部の低圧側セクションに配設されたことを特徴とする請求の範囲第１項記載の放電灯点灯装置。
一次巻線部の高圧側は二次巻線部の高圧側に配設されたことを特徴とする請求の範囲第１項記載の放電灯点灯装置。