JP5069321B2 - 放電ランプのための点弧トランス - Google Patents

Description

技術分野
本発明は、放電ランプ、とりわけ高圧放電ランプをパルス点弧によって点弧するための点弧トランスに関しており、ここでは点弧の後で、ランプが電子安定器において高周波数で作動される。

背景技術
刊行物ＷＯ２００５／０１１３３８にて開示されている高圧放電ランプのための回路装置は、直流電圧源を備えた作動部分と、パルス源および水銀不使用のハロゲン金属蒸気高圧放電ランプを備えた点弧部分とを有する。この点弧部分では、放電ランプと点弧トランスの二次巻線とが直列に接続されている。点弧トランスの一次巻線は、パルス源によって駆動制御される。点弧トランスコア用の材料として、特に低損失の材料が望ましい。放電ランプがパルス源と点弧トランスとを介して点弧された後は、二次巻線が、作動回路において放電ランプと直列に接続される。

放電ランプの動作中にはランプ電流が二次巻線を流れているので、この二次巻線は、ランプ動作中は望まないインダクタンスを有することとなる。二次巻線のインダクタンスは、上記刊行物によれば、二次巻線にコンデンサを直列接続することによって部分的に補償することができる。

しかしながら高周波でのランプ動作においては、上述したようなコンデンサを使用してもランプ電流回路における二次巻線のインダクタンスは残存してしまうので、点弧トランスにおいても、高周波のランプ電流が供給されるトランスにおいても損失が生じてしまう。

発明の開示
本発明の課題は、高周波でのランプ動作中における損失が低減され、かつ所要の回路技術的コストもわずかで済む、放電ランプのための点弧トランスを提供すること、ならびに、コンパクトなランプソケットを提供することである。

この課題は、独立請求項記載の放電ランプのための点弧トランスと、独立請求項記載のランプソケットとによって解決される。

特に有利な実施形態は従属請求項に示されている。

本発明によれば、トランスコアを備える放電ランプのための点弧トランスが設けられ、このトランスコアの材料、出力、構成が、以下のように選択されている。すなわち、点弧トランスによって生じる点弧の後で、該点弧トランスの二次巻線を介した電圧降下によってトランスコア材料のキュリー温度に達するように選択されているのである。点弧温度までの加熱は、二次巻線に印加されるエネルギーによって行われ、キュリー温度に達した後では点弧トランスの二次巻線は実質的に無効となり、トランスコアをキュリー温度に保つために、ランプ回路からは非常に少ない電力および吸収しか必要とされない。

トランスコアの材料が、６０℃〜４００℃、とりわけ１００℃〜２２０℃の範囲のキュリー温度を有すると有利である。これにより、場合によってはトランスコア周囲の材料に悪影響を及ぼし得るような、トランスコアの過度な加熱が回避される。

キュリー温度は１００℃〜２２０℃の範囲であると有利である。なぜなら、キュリー温度の上昇に伴う熱損失によって効率は低下するが、その一方でこのキュリー温度は、いずれにせよ正常な機能を補償し得るために、周囲温度よりも高くしなければならないからである。

さらに有利には、トランスコアは、該トランスコアの磁気長および磁気有効断面積が以下のようにして最小化されるように形成されている。すなわち、点弧トランスの冷間状態において、一次巻線と二次巻線の間で点弧のための充分な磁気結合が生じるように、最小化されている。これにより迅速な点弧が達成できると同時に、ランプ動作中において二次巻線を実質的に無効とすることができる。

特に有利な実施形態においては、トランスコアはリング形を有する。なぜなら、高周波なランプ電流のもとでは、ロッド形コアのような開放タイプの幾何学形状よりも、引き起こされる電磁障害が少ないからである。

さらにトランスコアを、より少ない供給電力にて装置全体の効率をより高めるべく、キュリー温度に保ち、かつ二次巻線を実質的に無効にするために、点弧トランスが熱的に絶縁されるように構成されていると有利である。

トランスコアは、有利には熱的および電気的に絶縁されるよう封入成形される。これによってトランスコアを経済的に有利に製造することができる。

これに代えて、トランスコアを、閉鎖されたケーシング内に設けることもできる。これにより、空気の対流とそれに伴って生じる冷却促進を阻止することができる。

点弧トランスは、とりわけ高圧放電ランプのために設けられている。とりわけ自動車ヘッドライトにおいて、コンパクトな構造形態を、良好な発光効率のもとで達成することができる。

さらに、上述した特性を有する点弧トランスを備える放電ランプのためのランプソケットが設けられ、ここではトランスコアの体積が小さいのでランプ装置の構造形態をコンパクトにすることができる。

発展形態においては、ランプの放電容器が、ランプソケット内の点弧トランスの開口部に少なくとも部分的に突入するように形成されている。このようにして、トランスコアを放電ランプの放電容器周辺に設けるための、軸方向に長い放電ランプの寸法を有効利用することができる。

以下、実施例に基づき本発明を詳細に説明する。

本発明による、点弧トランスを備える放電ランプのための回路装置である。 本発明による、点弧トランスとパルス源と放電ランプとを備えるランプソケットの概略図である。 本発明による、点弧トランスのためのスリットを備えるトランスコアの斜視図である。 本発明によるトランスコアのための材料における、初期透磁率と温度との関係を示す線図である。 本発明の第１実施例による、点弧トランスを駆動制御するためのパルス源の構成を示す図である。 本発明の第２の実施例による、点弧トランスのためのパルス源の構成を示す図である。 第２の実施例による、二次巻線およびコンデンサにおける電圧を示す線図である。 第２の実施例による、対称な点弧を使用した放電ランプの回路装置である。 トランスコアのバリエーションを寸法例とともに示す図である。

発明の有利な実施形態
図1には、本発明による点弧トランス２を備える回路装置が示されている。

点弧トランス２の一次巻線４は、パルス源６および点弧電圧Ｕ２によって給電される。点弧トランス２の二次巻線８は、放電ランプ１０と直列に接続されており、動作電圧ＵＱによって給電される。放電ランプとして、有利には高圧放電ランプ、例えば"ＯＳＲＡＭ ＨＱＩ"型の、水素を含むハロゲン金属蒸気ランプが使用される。

図２には、ランプソケット１２内における放電ランプ１０が示されている。ランプソケット１２はパルス源６を有しており、このパルス源６によって、点弧トランス２の一次巻線４が給電される。点弧トランス２は、図２に示すように有利にはリング形に形成されており、図３に示すように空隙１５を有するトランスコア１４を有する。トランスコア１４の上には二次巻線８が設けられており、この二次巻線８は、一次巻線４によって取り囲まれている。

既に図１に示したように、放電ランプ１０の接続部１６は二次巻線８の端部と接続されており、放電ランプの別の接続部１８は、ランプソケットを介して動作電圧ＵＱによって給電される。既に図１に示したように、パルス源６は点弧電圧Ｕ２によって給電される。点弧トランスの周囲における電圧絶縁性を高めると同時に、トランスコア１４を熱的にするために、ランプソケット１２は有利には例えばシリコーンなどの成形材料によって充填されている。フォーム構造または中空体充填による封入成形が考えられる。これに代えて、コアを、閉鎖されたケーシング内に設けることもできる。このケーシングによれば空気対流が阻止され、したがって冷却が阻止される。

点弧電圧Ｕ２および動作電圧ＵＱのための複数の接続部は、作動装置への電気的接続部として、ランプソケットから引き出されている。

放電ランプ１０の放電容器２０は、点弧トランス２の中央開口部の中に挿入され、これによって、刊行物ＤＥ１９６１０３８５で既に開示されているように、短い電圧給電線を備えた容積の小さいガス放電ランプを、一体的な構造形態にて提供することができる。コンパクトな有利な構造形態の他にも、このコンパクトな構造形態によって、点弧電圧の損失を小さく抑えることが可能となる。

図３は、空隙１５を備えたトランスコア１４の一例を示す斜視図である。

コア材料としてフェライトが使用される。この実施例では材料として、外径２５mm、内径１５mm、高さ３．８mm、空隙３．５mmを有するＥｐｃｏｓ社のＮ３０が使用される。トランスコアの材料は、以下のようにして選択される。すなわちトランスコアの材料は、トランスによって供給されるエネルギー配分がトランスコアの加熱に使用されたことによって、点弧直後にキュリー温度に到達するように選択されるのである。トランスコアが少なくとも部分的にキュリー温度に達すると、トランスコアの二次巻線は実質的に無効となるが、この場合には、トランスコアまたはトランスコア部分をキュリー温度に保つためにランプ回路からのわずかな電力吸収しか必要ない。

従来技術では、磁性構成部材を高出力において作動できるように、キュリー温度を高くするよう努められてきた。これに対して本発明においては、有利には、材料のキュリー温度は６０℃から４００℃の範囲にあることが望ましい。なぜならこの材料では、従来技術によれば不利であったフェライト特性に基づき、二次巻線における所期の効果がより早い時点において生じるからである。

従来技術においては低損失が望まれていたのでトランスコアの断面積が大きい方が有利であったが、本願においては特に小さいコア断面積が望まれる。それだけでなく磁気長も小さく抑えるべきである。これによって、トランスコアを加熱するために必要なエネルギーを小さく抑えることができる。したがって要約すると、小さいコア体積は本願発明にとって有利であると言うことができる。しかしながらトランスは、以下のような大きさに選択される。すなわち、トランスが該トランス自身の機能を発揮できるような大きさ、つまり、冷間状態において一次巻線と二次巻線との間で充分な磁気結合が可能となるような大きさに選択されるのである。

コアの形状として、とりわけ図３で示されたリング形が適している。なぜなら、このような温度であり、かつランプ電流が高周波数である場合には、引き起こされる電磁干渉がロッド形コアよりも少ないからである。この電磁干渉は、とりわけキュリー温度またはキュリー温度付近において生じる。

図４から見て取れるように、使用されるコア材料がＮ３０である場合、キュリー温度である約１４３℃を超えると透磁率はほぼ値１に達する。点弧の後の動作中に、トランスコアの温度が約１４３℃またはこの温度より若干高い温度に保たれる場合、トランスコアは自身のフェリ磁性特性を失って常磁性特性のみを示し、これによって二次巻線は実質的に無効となる。

以下に記載する第１および第２の実施例においては、上述の材料Ｎ３０から形成されるトランスコアが使用される。

図５は、第１の実施例によるパルス源２６を示し、このパルス源２６は、図１のパルス源６の代わりに使用される。

二次巻線８は、テフロン絶縁ワイヤからなり、３０ターンを有し、２０℃において３９μＨのインピーダンスを有する。一次巻線は２ターンを有する。一次巻線４ならびに二次巻線８の巻線中央部は、トランスコア１４上にて空隙の向かいに配置されている。トランスコアは、シリコーンを用いた真空成形によって断熱および高圧絶縁されている。一次巻線４は、１００ＫΩの抵抗２８とスパークギャップ３０とを介して、２ｋＶのスイッチング電圧と直列に接続されている。２７μＦのコンデンサ３２が、抵抗２８を介して点弧電圧Ｕ２と並列に接続されている。点弧電圧Ｕ２は、２．５ｋＶである。

以下に、図５による、パルス源２６を備える点弧トランスの作動について記載する。

点弧電圧Ｕ２が印加されている限り、点弧トランス２によって二次巻線８においてピーク電圧２１ｋＶを有するパルスが形成される。これにより、図５には図示しない放電ランプ１０の点弧が行われる。放電ランプとして、電力定格３５Ｗを有する"ＯＳＲＡＭ ＨＱＩ"型の、水銀を含むハロゲン金属蒸気ランプが使用される。

放電ランプ１０の点弧後には点弧電圧Ｕ２がオフとなり、点弧トランス２を介してさらなる点弧パルスは形成されない。図１に相応して、放電ランプ１０の作動は、周波数２ＭＨｚを有する動作電圧ＵＱによって行われる。放電ランプ１０は４００ｍＡの動作電流によって作動され、これによりまず、二次巻線８にわたって約２００Ｖの抵抗性・誘導性の電圧降下が生じる。この電圧降下によってトランスコア１４の加熱が行われる。ランプ電圧は初めのうちは２０Ｖである。

トランスコア１４の温度が、約１４３℃であるキュリー温度付近に達すると、インダクタンスは図４に相応して急激に減少し、二次巻線にわたる電圧降下は約４０Ｖに調節される。適当な断熱と相応する回路設計とによって、コアの温度は、ランプのスタートアップに必要な時間と同じ時間でキュリー温度付近の値に到達する。実際にはこの時間は数秒から数分である。この時間内にランプ電圧は初めの２０Ｖから８５Ｖまで上昇する。二次巻線８にわたる電圧降下が低減されるので、小さい動作電圧ＵＱしか必要とされない。

ランプ電力の調整は、周波数を例えば２．５ＭＨｚから３．５ＭＨｚへと上昇させることによって行われる。ランプ電力のこのような調整、および放電の安定化は、二次巻線８に残っている残留インダクタンスによって行われる。この残留インダクタンスは、二次巻線８によって形成される空心コイルのインダクタンスと、定常動作中における温度状態とに依存している。この残留インダクタンスは、有利には、形成されるインピーダンスが放電ランプのインピーダンスの５分の１から５倍の範囲にあるように調整される。第１の実施例では、残留インダクタンスは８μＨである。ここで放電ランプのインピーダンスとは、定格電力におけるランプ電圧の実効値とランプ電流の実効値の比であると解されたい。

図６には、第２の実施例に相応するパルス源４６が示されている。第２の実施例のパルス源４６は、スパークギャップ５０とコンデンサ５２とを有している。第１の実施例における抵抗２８と比較し得る抵抗は、第２の実施例では設けられていない。コンデンサ５２は７０ｎＦのキャパシタンスを有しており、スパークギャップは８００Ｖのスイッチング電圧を有している。

図７において、グラフの上部には、二次巻線８によって形成される電圧が示されており、グラフの下部には、コンデンサ５２における電圧が認識できる。

ランプの点弧に続く作動は、第１の実施例に相応する回路装置のように行われる。第１および第２の実施例に相応する回路装置によって、点弧後のランプ動作のために二次巻線のインダクタンスを小さくすることができ、また放電ランプの動作中の損失も低減することができる。

放電ランプは有利には、ビデオプロジェクタのため、および自動車ヘッドライトにおいて、および一般照明のために使用される。ＷＯ２００５／０１１３３８にて開示された従来技術と比較して、本願発明による放電ランプ動作のための回路装置においては、付加的な構成部材、例えば前記刊行物における、部分的な補償のためのコンデンサ等は必要ない。したがって本願発明によれば、回路装置における良好な総合効率を達成することができる。

これまで示した実施形態では常に、点弧トランスがただ１つの二次巻線のみを有する、非対称の点弧装置が検討されていた。図８は、第３の実施例による回路装置５４を示しており、ここでは２つの二次巻線８ａおよび８ｂによって、対称な点弧が実現される。コア材料として以下の様なフェライト、すなわちキュリー温度がたった約１０９℃であり、かつ最大初期透磁率が２５００であるフェライトが使用される。これに対して図４によるこれまでの２つの実施例においては、それぞれ１４３℃であり、５４００であった。さらに図８には、パルス源５６と、電圧Ｕ２およびＵＱを供給する作動装置５８とが示されている。電流供給（例えば１２Ｖの直流電流、または２３０Ｖの交流電流）のための接続部は、参照符号６０で示されている。回路装置５４はランプソケット内に設けられている。

図９は、スリットを有さないコアの幾何学寸法を示す。ここで２つの二次巻線８ａおよび８ｂは、長さ３０mmのコアの長手側の上に巻回されている。別の作業工程において、一次巻線は、コアの２つの長手側の上の二次巻線８ａおよび８ｂの上に、それぞれ半分だけ巻回される。

トランスコアは、パルス源および作動装置とともにランプソケット内に封入成形されている。例えばパワー半導体のように、動作装置のうち動作中に特に熱くなる部分は、点弧トランスの直近に配置されており、この廃熱を、トランスコアを加熱するために利用することができる。したがって、トランスコアをキュリー温度付近に保つために、動作中にランプ電流回路から取り去られるエネルギーを特に少なくしなければならない。

トランスコア備える放電ランプのための点弧トランスが設けられる。トランスコアの材料および寸法は、この材料が、点弧トランスによって生じた点弧の後に、点弧トランスの二次巻線にわたる電圧降下によってキュリー温度に到達するように選択される。このようにして、二次巻線のために残留インダクタンスだけが残る。さらに、このような点弧トランスを備える放電ランプのためのランプソケットが設けられ、有利にはランプの放電容器は、ランプソケット内の点弧トランスの中央の開口部の中に少なくとも部分的に突入しており、このようにして、放電ランプを備えるよりコンパクトなランプソケットが形成される。

Claims (8)

1. トランスコア（１４）を備える放電ランプのための点弧トランス（２）において、
   該トランスコアの材料は１００℃〜２２０℃の範囲のキュリー温度を有しており、該トランスコアの材料および構成は、以下のようにして選択されている、すなわち、
   点弧トランス（２）によって生じる点弧の後に、前記点弧トランスの二次巻線（８）を介した電圧降下によってキュリー温度に達するように選択されており、
   前記トランスコア（１４）の磁気長および磁気有効断面積は、以下のようにして最小化されている、すなわち、点弧トランスの冷間状態において、一次巻線（４）と二次巻線（８）で点弧のための充分な磁気結合が生じるように最小化されている、
   ことを特徴とする点弧トランス。
2. 前記トランスコアはリング形に形成されている、
   ことを特徴とする請求項１記載の点弧トランス。
3. 前記点弧トランスは熱的に絶縁されるよう構成されている、
   ことを特徴とする請求項１記載の点弧トランス。
4. 前記トランスコア（１４）は、熱的または電気的絶縁のために封入形成されている、
   ことを特徴とする請求項３記載の点弧トランス。
5. 前記トランスコア（１４）は、閉鎖されたケーシングの中に設けられており、これによって空気対流が低減されている、
   ことを特徴とする請求項３記載の点弧トランス。
6. 高圧放電ランプのために設けられている、
   ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項記載の点弧トランス。
7. 請求項１〜６のいずれか一項記載の点弧トランス（１４）を備える放電ランプのためのランプソケット（１２）。
8. 前記放電ランプの放電容器（２０）は、前記ランプソケット（１２）内の前記点弧トランスの中央開口部の中に、少なくとも部分的に突入している、
   ことを特徴とする請求項７記載のランプソケット。

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