JPS5927513A - 変圧器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は半導体開閉素子を用いたインバータ式の電源装
置等に用いるのに好適な変圧器に関する。

通常けい光灯等の放電灯は、寿命の末期に両電極のエミ
ッションが同時に無くなることは殆んどなく、一方の電
極のエミッションのみが無くなることが多い。そのため
、放電灯の寿命の末期においては、いわゆる半波放電を
生じて電源装置の発振トランスの出力巻線に直流が流れ
、このトランスの鉄心が直流励磁されることになる。こ
のように発振トランスの鉄心が直流励磁されるとその１
次巻線のインピーダンスが低下するため該入力巻線に接
続されているトランジスタ等の半導体能動素子に過大電
流が流れ、該半導体素子が破損することがあった。これ
を防ぐには半波放電状態を検出して半波放電時に半導体
素子の動作を制限する必要がある。従来このような半波
）ｊｋ　ｔｌ、状態を検出する方法としては、トランス
の入力電流の増大を検出する方法−や放電灯の管電圧の
変化を検出する方法、トランスに補助巻線を設けて放電
灯管市２圧の正負非対線波形の電圧差を検出する方法等
が知られているが、これらの方法では複雑な検出回路を
必歎とする難点があった。複雑な回路を用いることなく
半波放電等の異常状態を検出しイ（するようにするため
には、発振トランスとして用いる変圧器に検出コイルを
設けて直接偏磁検出信号を得るようにすればよいが、こ
のような検出信号を得ることができる変圧器は末だ開発
されていない。

本発明の目的は、直流偏磁の状態を検出する検出信号を
出力し得るようにした変圧器を提供することにある。

本発明は、閉磁路鉄心に複数の巻線を巻回してなる変圧
器において、鉄心の閉磁路の途中に漏洩磁束を生じる不
連続部を設け、前記閉磁路を外側から囲むように偏磁検
出コイルを設けたものである０ このように構成すると、直流偏磁の状態が生じたときに
検出コイルの出力′１に圧が増大するので、この検出コ
イルの出力電圧の増大を判別することにより直流偏磁の
状態が生じていることを検出することができる。

本発明の変圧器は放電灯の点灯装置に限られることなく
、広く直流偏磁状態を検出する必要がある用途に用いる
ことができるが、以下−例として、本発明の変圧器をイ
ンバニタ制御式放電灯点灯装簡に用いる場合を例にとっ
て本発明の詳細な説明する。

第１図はインバータ用変成器として用いる場合の本発明
の変圧器の＃Ｎｉ成例を示１〜たもので、同図において
１は中央脚部１０１とノこ名画イ１ｌｔｌ　Ｂ１１１部
１０２゜１０３と、これらの脚ｆａｔｓの両端を接続す
る絹コリ、部１０４．１０５とからｋる閉磁路鉄心であ
る。この閉磁路鉄心は積層鎖板から々る２個のＥ手彫鉄
心ＩＡ、１Ｂの相応する脚部を対向させて各脚部の対向
部を非磁性スペーサ１０６を介して突き合せたものから
なり、Ｅ字形鉄心Ｉ　Ａ　＋−’　Ｉ　Ｂ及びスペーサ
１０６は適宜の手段により結合されて一体化されている
。この実施例ではスベーーリ°１０６を介して突き合せ
られた鉄心脚部の突き合狙゛部により、磁路の不連続部
分が構成され、これらの不達方の半部１０１Ａには、１
次巻線１１０と帰還巻線１１１とが密に結合されて巻装
され、他の半部１０１ＢＫは２次巻線１１２が巻装され
ている。

１次巻線１１０の両側からは端子ａ、））が引出され、
また１次巻線１１０の中間部からは中間タッグＣが引出
されている。また帰還巻線１１１の両端から端子ｄ及び
ｅが引出され、２次巻線１１２の両端から端子ｆ及びｇ
が引出されている。更に２次巻線１１２０両端部寄りの
部分からタッグ１１及び１が引出され、端子ｆとタッグ
ｈとの間及び端子ｇとタップｌとの間にそれぞれ放電灯
のヒータに印加する低電圧が得られるようになっている
。

鉄心１にはまた該鉄心１の閉磁路を外側から囲むように
して偏磁検出コイル１１３が巻装され、図示の例ではこ
の検出コイル１１３が鉄心１の突合せ部（閉磁路の不連
続部分）付近に配置されている。検出コイル１１３の両
路ｉからは端子ｊ及び１（が引出されている。

尚第２図に示した例ではインバータの発振トランスとし
て用いるために帰ｉ倦１１１１が設けられているが、帰
還巻線を必要としない用途の変圧器に本発明を適用する
場合には之れが省略されるのは勿論である。

上記第１図の変圧器において、検出コイル１１３には、
鉄心の閉磁路を環流する磁束のベクトル合成和と不連続
部から閉磁路外に漏洩する磁束とによって誘起電圧が生
じ、この誘起電圧は鉄心１が１μ流偏磁の状７．＋、ｋ
ｉ　Ｖζなったときに大幅に垢Ｉ太する。

すなわち、今（ＩＱりに鉄心１を３．！、ｉ流−する７
１９５束が図示の矢印のｊ■す（矢印の数が磁束］１４
を表わしている。）であったとし、各１１．１１１１’
１１部の断面積が中央脚部の３４であったとすると、中
央脚部１０１をｌ）；シれる磁束φは両佃脚Ｒ：Ｉに等
喰ずり分流する。この場合磁路の不連続ｙｅｌｌ　Ｉｔ
ζは（１ｈ気抵」）１−が増大するプこめ漏れ磁束が生
じる。すなわち中央脚部１０．１の不達＜、７；部では
、漏れ磁束φｒｌが生じ、また側脚部１０２及び１０３
の不達Ｕ１；部では前記１１ｉれ磁束φｒ１と逆方向の
漏れ１）ン炙束ψｒ２が生じている。ぞしで１１ｉＪ磁
検出コイル１１３の内側を通過する磁束ｔ；ｊ１、中央
脚部の鉄心内を通る磁束φ１及び漏れ磁束φｒ１と左右
両側脚部の鉄心内を」する磁束φ、と、漏れ磁束φｒ、
のうち検出コイル１１３の内（Ｉｌｌを通るものとのベ
クトル合成和１である。第１図の例でを」検出コイル１
１３の内側をｙＬ口る漏れ磁束φｒ、とφｒｌとが互い
（ζ逆方向であるため打ｉ１’ｊＬ分い、またφ、とφ
１とが逆方向でおるプζめ１，７．ｌの一部とφ、とが
打消し合う０したかって検出コイル１１３の内側を流れ
る磁束としては中央脚部を流れる磁束φ１の一部（図示
の例では矢印２木分の磁束）のみが残る。一方左右両側
脚部の漏れ磁束φｒ２の一部は検出コイルの外側を通過
する。すなわち、検出コイル１１３には、該検出コイル
の内側を流れる磁束のベクトル合成和の磁束（即ち左右
両側脚部の不連続部から生じる漏れ磁束のうち検出コイ
ルの外側を通過する漏れ磁束に和尚する磁束）が鎖交す
る。この磁束は巻線１１０〜１１２を流れる交流電流の
周波数で交番し、偏磁検出コイル１１３ＫＫ圧が誘起す
る。。

上記変圧器において鉄心１を環流する磁束が、図示の矢
印方向と、反矢印方向とでアンバランス・になるといわ
ゆる直流偏磁の状態になり、直流偏磁と同方向の磁束が
流れる半波では鉄心１が磁気飽和かまたはそれに近い状
態になる。このような状態になると鉄心１の不連続部で
の磁気抵抗が著しく増大し、不連続部では磁束が鉄心内
を通過し難く、不飽和時に比して多くの磁束が鉄心外を
通過することになる。したがって直流偏磁が生じた状態
では検出コイル１１３に鎖交する１１Ｆｉ　＋＝力（ｊ
曽え、検出コイル１１３の誘起電圧が高く在る。またこ
のときの検出コイル１１３の誘起電圧のｉＬ３杉は歪の
多い波形とカる。したがってこの検出コイ）しの出力の
増大またけ出力波形の歪みを検ＩＢラーることにより偏
？ｉＢ　７）Ｅ生じたことを知ること７５”できる０＼
、 ＼ 次に第１図に示した変圧器を発振トランスとしてインバ
ータ制御式の放電灯点火装置を構成した例を第２図を用
いて説明する。第２図において２は商用交流電源、３は
交流電源の出力を整流する全波整流器である。整流器３
の正極出力端は定電流リアクトル４を介して変圧器の１
次巻ａｉｉ。

の中間タップＣに接続され、整流器３の負極出力端は半
導体開閉素子としてのトランジスタ５及び６のエミッタ
共通接続点に接続されている。トランジスタ５及び６の
コレクタはそれぞれ１次巻線１１０の一端ａ及び他端ｂ
Ｋ接続され、１次巻線１１０の両端ａｒｂ間にはコンデ
ンサ７が並列接続されている。トランジスタ５及び６の
各ベースは変圧器の帰還巻線１１１の端子ｅ及びｄに接
続されるとともに、抵抗器８１及び８２の一端に接続さ
れ、これらの抵抗器の他端は、抵抗器９を介してリアク
トル４と１次巻線１１０の中間タップＣとの接続点に接
続されている。以上の各部により高周波で発振するイン
バータが構成されている。

そして変圧器の２次巻線１１２の端子ｆとタップｈ間に
放電灯１０の一方のヒータ１０ａを接続し、端子ｇとタ
ラ１ｊ間に他方のヒータ１０ｂを接続して該２次巻線に
放電灯を負荷しである。トランジスタ５．６を保護する
ため、抵抗器９の抵抗器８１．８２側の一端にサイリス
タ１１のアノ、−ドが接続され、・す゛イリスタ１１の
カンードは偏磁検出コイル１１３の出力端子ｌ（に接続
され−Ｃいる。

サイリスタ１１のゲートカンード間には抵抗器１２が並
列接続され、該抵抗器１２とサイリスタ１１のゲートと
の接続点にはツェナーダイオード１３のアノードが接続
されている。ツェナーダイオード１３のカンードは、ア
ノードを検出コイル１１３の出力端子ｊＫ接続したダイ
オード１４のカンードに接続され、該ダイオード１４の
カンードと検出コイル１１３の出力端子ｌ（との間にコ
ンデンサ１５が接続されている。サイリスタ１１乃至コ
ンデンナ１５の部品によりインバータの保護回路１６が
構成されている。

第２図の放屯灼装置において７［（、源を投入すると、
トランジスタ５．６が交互に導通してインバータが発振
し、放電、灯１０に高周波電圧が印加されて該放電灯が
点灯する。こ＼で放電灯１０が半波放電を起すと、変圧
器の２次巻線１１２に直流が流れ、鉄心１が直流励磁さ
れて１次巻線１１ｏのインピーダンスが低下する。第２
図においてサイリスタ１１乃至コンデンサ１５からなる
保護回路１６が無いとすると、上記１次巻線のインピー
ダンスの低下によってトランジスタ５，６に過大な電流
が流れ、これらのトランジスタが破損する虞れがある。

これに対し、第２図に示すような保護回路１６を設ける
と、放電灯１ｏに半波放電が生じて鉄心１が直流偏磁さ
れたときに偏磁検出コイル１１３に大きな検出電圧が誘
起し、この電圧がツェナーダイオード１３のツェナーレ
ベルを越えてサイリスタ１１に点弧信号を与える。した
がってサイリスタ１１が導通し、トランジスタ５及び６
のベース電位を略エミッタ電位まで低下させる。

したがってこれらのトランジスタがしゃ断状態になり、
その破損が防止される。

次に第２図の回路について行なった実験の結果心の０点
に偏磁検出コイル１１３を巻装して、電源２を投入し、
放電灯１０を魚釣させた場合の検出コイル１１３の出力
端子ｊ　、　ｌｃ間の電圧ｅｊｋの波形をブラウン管オ
シロスコープで観測した。その結果、放電灯１０が正常
な場合の検出電圧ｅｊｌｃの波形は第３図（ａ）のよう
に、インバータの発掘周波数（１ｏＫＨｚ　）の電圧を
商用電源周波数で変調した波形であ′つた。また放電灯
１０を取外した場合（無負荷時）の検出電圧ｅｊｋの波
形は第６図（ｃ）に示す通りで同図（ａ）の波形と略同
様であり、そのピーク値も同図（ａ）の場合と略同等で
あった。これに対し、放電灯１０が半波放電を起した場
合に検出コイル１゛１３から得られる検出電圧ｅｊｋの
波形は第３図（ｂ）のようになり、そのピーク値は同図
（ａ）の正常時の略２．５倍であった。

次に検出コイル１１３を０点の位置からＡ点。

Ｂ点、Ｄ点及びＥ点にそれぞれ移動させて、それぞれの
場合について検出コイル１１３の出力電圧波形を観測し
たところ、いずれの場合も上記０点に検出コイルを配置
した場合と同様の波形が観測された。またＡ、Ｂ、Ｄ及
びＥ点にそれぞれ検出コイルを配置した場合、半波放電
時の検出電圧ｅｊｋのピーク値は正常時のそれの約２倍
であった。

尚無負荷時の検出電圧のピーク値は、Ａ、Ｂ、Ｄ及びＥ
点のいずれに検出コイルを配置した場合も正常時のそれ
′と略等しい値を示した。これらのことから、検出コイ
ル１１３は、図示の位置に限らず、鉄心１の脚部の長手
方向の任意の個所で該鉄心の閉磁路を外側から囲むよう
に設ければよいことが明らかになった。

上記のように、放電灯点灯装置に本発明の変圧器を用い
ると、検出コイル１１３には、正常時と半波放電時とで
ピーク値が大幅に異なる検出電圧を得ることができるの
で、検出コイル１１３０巻数を適当に選び、ツェナーダ
イオード１３のツェナー電圧を適当に設定しておくこと
により、半波放電状態を確実に検出してトランジスタ５
，６を保護することができる。

尚第２図に示した例では、ツェナーダイオード１３を用
いて検出コ・１ル１１３の出力電圧のピーク値の増大を
判別しているが、ツェナーダイオードを用いることなく
、例メ、は検出コイルの出力ＩＬ圧を低い値に設定して
ツェナーダイコードを省略し、半波放電時にのみ検出コ
イルの出力電圧が・リーイリスタ１１のトリガレベルを
超えるように構成することもできる。

第２図に示した例では、整流Ｒ：（３の出力を平滑して
いないが、この整流器の出力を平ｒａｔ　して用いる場
合にも本発明を適用でき、′マだバラブリを電源とづる
インバータ回路にも同様に本発明の変圧器を適用できる
。またトランジスタ以外の半渚体開閉素子を用いる上記
の例と同様のインバータ回路にも本発明の変圧器を適用
できるのｉＪ勿論であり、更にシングルエンプツト発振
方式の発伽トランスや他励式インパーク装置の出カドラ
ンスにも用いることができる。要するに漏れ（１′Ｑ束
を生じるトランスであｎは如何なるものにも本発明を適
用できる。また負荷は放電灯に限られるものではなく、
変圧器の２次＄１１１に接続した整流器の破損や欠落な
どにより直流偏磁を起す虞れのある場合や対をなす半導
体開閉素子または能動素子の動作のアンバランスにより
直流偏磁を生じる虞れのある場合等に広く適用できる。

上記の実施例では、外鉄型鉄心が用いられたが、第４図
に示しだように内鉄型鉄心１′を用いる場合にも同様に
本発明を適用できる。この場合は例えばコの字形の鉄心
ＩＡ’及びＩＢ’の両脚部を突き合せて一方の脚部の突
き合せ部に非磁性スペ゛−サ１０６′を介在、させ、鉄
心ｘＮ　　、　１Ｂ’の他方の脚部は直接突合せた状態
にして鉄心１′の両脚部ＩＡ′及びＩＢ’に設ける不連
続部をアンバランスにしてヤ〈。そして鉄心ＩＮに１次
巻線１１０及び帰還巻＃ｉ！ｉｌｌを密に結合させて巻
装し、鉄心ＩＢ’に２次巻線１１２を巻装する。また鉄
心１′の閉磁路を外側から囲むように偏磁検出コイル１
１３を巻く。

このように構成すれば、脚部１０１′の不連続部と脚部
１０２′の不連続部とで漏れ磁束の量を異ならせること
ができるので、検出コイル１０６′の内側を通る磁束の
ベクトル合成和を零にすることなく、検出コイル１１３
に検出電圧を訪起させることができ、第１図に示した変
圧器と同ｊ；＋＞　ｊｒ効果を得ることができる。

第１図に示した例では、中央脚部と左右両側脚部とで構
成されるすべての閉磁路を外側から囲むように検出コイ
ルを設けているが、一部の閉磁路のみを外側から囲むよ
うに、例えば中央脚部１０１と一方の側脚１０２とで構
成される閉磁路を外側から囲むように検出コイル１１３
を中央脚部１０１と１１１１脚部１０３との間を通して
巻回することもできる。

以上のように、本発明によれば、鉄心が直流偏磁された
際に偏磁検出コイルに大きな検出電圧を肪起させること
ができるので、複雑な検出回路を用いることなく、直流
偏磁が生じたことの検出を行なうことができる利点がち
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の−（φ！構成例示す概略構成図、第２
図は第１図の変圧器をインバータ制御式放電灯点灯装置
に用いた例を示した接続図、第５図（ａ）乃至（ｃ）は
第２図の例において検出コイルに得られる検出電圧の波
形を示す波形図、第４図は本発明の他の構成例を示した
概略構成図である。 １．１′・・・鉄心、１０１　、１０１’、１０２，１
０２’、１０３・・・鉄心の脚部、１０６　、１０６’
・・・スペーサ、１１０・・・１次巻線、１１１・・・
帰還巻線、１１２・・・２次巻線、１１３・・・偏磁検
出コイル。 第３図 第４図 手続補正書（自発） 特願昭５７−１３６５２９号 ２、発明の名称　変圧器 ヘルメス電機株式会社 ４、代　理　人　〒１０５東ＩＬＬ都港区新橋４丁目３
１番６号　文山ヒル６階伏本特δ′１事務所　　（電話
４３７−５７８１番）５　補正の対象　　　　　　　　
　　　　　　　　　パシ′図面第１図、第２図を別紙の
通り訂正する。 以　　ト Σ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）閉磁路鉄心に複数の巻線を倦回してなる変圧器に
   おいて、前記鉄心の閉磁路の途中に漏洩磁束を生じる不
   連続部が設けられ、前記閉磁路を外側から囲むように偏
   磁検出コイルが設けられている、ことを″特徴とする変
   圧器。
2. （２）前記閉磁路鉄心は前記巻線に直流成分を有する電
   流が流れたときに直流偏磁されて磁気飽和するように構
   成されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項に
   記載の変圧器。