KR100618449B1

KR100618449B1 - 권선형 이그나이터가 내장된 방전관

Info

Publication number: KR100618449B1
Application number: KR1020040052762A
Authority: KR
Inventors: 강영록
Original assignee: K.D.G.Eng
Priority date: 2004-07-07
Filing date: 2004-07-07
Publication date: 2006-09-01
Also published as: JP2008506234A; KR20060003751A; WO2006004235A1

Abstract

본 발명은 권선형 이그나이터가 내장된 방전관(Bulb)에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기존의 자동차 헤드 램프용으로 사용되는 방전관, 이그나이터, 연결잭이 분리되어 조립되는 방식을 개선하여 상기 방전관 하단부에 권선형 이그나이터를 일체형으로 구성하고, 그 권선형 이그나이터의 하단부에 핀투핀형식으로 다수개의 전원연결용 핀이 형성된 컨넥터를 구성함으로서, 자동차용 고압방전 램프의 제작 공정이 단순해지고, 제작원가도 낮출 수 있어, 사용자로 하여금 저가의 자동차용 고압방전 램프를 제공할 수가 있다.

방전관, 권선형 이그나이터, 컨넥터

Description

권선형 이그나이터가 내장된 방전관{THE BULB INCLUDED IGNITOR OF A COIL}

도 1은 종래의 고압방전 램프의 연결구조를 도시한 구조도,

도 2는 본 발명에 따른 권선형 이그나이터가 내장된 방전관을 도시한 사시도,

도 3은 본 발명에 따른 권선형 이그나이터의 코일유닛 제조방법을 도시한 일실시예도,

도 4는 본 발명에 따른 관(통)형상의 권선형 이그나이터를 수직으로 절개한 수직절개도,

도 5는 본 발명에 따른 관(통)형상의 권선형 이그나이터의 구성요소중 코일유닛 일부를 도시한 사시도,

도 6은 본 발명에 따른 권선형 이그나이터 코일유닛의 일반적인 등가회로를 도시한 회로도,

도 7은 본 발명에 따른 권선형 이그나이터의 코일유닛 제조방법을 도시한 순서도,

도 8a는 기존의 포일형 이그나이터의 파형을 도시한 파형도,

도 8b는 본 발명에 따른 권선형 이그나이터의 파형을 도시한 파형도,

도 9는 본 발명에 따른 박스형의 투핀용 컨넥터 대응 형상을 가진 권선형 이 그나이터를 도시한 일실시예도,

도10은 본 발명에 따른 원통형의 원핀용 컨넥터 대응 형상을 가진 권선형 이그나이터를 도시한 일실시예도,

도11은 본 발명에 따른 ㄱ자형의 투핀용 컨넥터 대응 형상을 가진 권선형 이그나이터를 도시한 일실시예도,

도12는 본 발명에 따른 쓰리핀소켓용 컨넥터 대응 형상을 가진 권선형 이그나이터를 도시한 일실시예도,

도13은 본 발명에 따른 투핀소켓용 컨넥터 대응 형상을 가진 권선형 이그나이터를 도시한 일실시예도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호 성명 *

10 : 방전관 20 : 권선형 이그나이터

21 : 코어 22 : 코일유닛

30 : 컨넥터 31 : 1차전극핀

32 : 2차 전극핀

본 발명은 권선형 이그나이터가 내장된 방전관에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자동차나 각종 기기에 사용하는 고효율램프(HID lamp)와 같은 방전형 램프의 방전관 하단부에 안전하게 연결이 가능하고 아울러 차량 램프설치의 활용성을 증가시킬 수 있는, 관(통)형상의 이그나이터를 일체형으로 구성시키는데 있다.

일반적으로 차량용HID램프에는 최초 램프의 방전이 개시될 수 있도록 수초의 짧은 시간동안 약 22,000[V]의 전원이 공급되고, 이후에는 개시된 방전이 유지될 수 있도록 약 88[V]의 전원이 공급된다.

따라서 ,발라스트는 입력라인을 통해 약 12[V]의 전원을 입력받아, 최초 30초정도의 시간 동안에는 방전개시전원을, 그 이후에는 방전유지전원을 생성하여 출력시키게 된다.

차량용HID램프는 이러한 발라스트의 전원을 받아 점등되며, 차량을 전체적으로 보았을 때 전방에 설치되는 램프이다. 보통 전조등으로 많이 사용하지만 후미등으로도 사용된다.

이러한 차량용HID램프로는 종래에는 고압방전램프(Halogen lamp)가 많이 사용되어 왔으나, 요즘은 방전효율이 높고 성능이 좋은 고효율방전램프(HID[High Intensity Discharge] lamp)가 많이 사용되고 있다.

그 이유는, HID램프는 일반 고압방전램프보다 약 3배 이상의 밝기를 제공하므로 거의 자연광에 가까운 밝기를 내고, 고압방전램프보다 소비전력이 적어 연비를 높여 줄 뿐만아니라, 수명도 비교할 수 없을 정도로 길기 때문이다.

이러한 고효율 램프(HID Lamp)는 도1에서 도시한 바와 같이, 일반적으로 이그나이터가 내장된 발라스트(안정기)(4), 고압와이어(3), 연결잭(2), 고압방전 램프(HID)(1)로 구성된다.

그리고, 이러한 구성으로 이루어진 램프를 구동시키기 위해서는 고압방전 램프(HID)의 하단부에 형성된 고압와이어와 연결잭을 통해 이그나이터가 내장된 발라스트와 연결함으로서 구동된다.

하지만 자동차 헤드 램프의 제한된 내부공간에서 고압 와이어를 연결하여 사용할 경우, 와이어가 접히거나 피복의 노출 등으로 인한 문제가 발생하여 컨넥터를 장착하기에 많은 불편함을 가지고 있었다.

종래 기술로, 본 발명의 본 출원인이 출원한 국내특허출원 10-2004-0040532 호 "절연제로 3중 코팅처리된 고압방전용 이그나이터"는 도1에서 본 바와같이 안정기내부에 권선형이그나이터가 장착되었다.

그러나 상기 발명은 권선형이그나이터가 내장된 발라스트, 고압와이어, 연결잭, 고압방전 램프등을 따로 제작하여 조립해야 하므로 제작원가가 높아, 제품 출 하시 고가로 인해 소비자가 사용하기에 부담감을 느끼는 문제점이 있었다.

따라서, 본발명에서는 방전관 하단부에 권선형 이그나이터를 일체형으로 구성하고,상기 권선형 이그나이터의 하단부에 방전관이나 이그나이터가 고장시 교체 및 수리가 용이하도록 핀투핀 형식으로 이루어진 다수개의 전원연결용 핀 구조를 가진 컨넥터를 구성하여 새로운 구조의 고압방전 램프(HID Lamp)를 발명함으로써 해결하였다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 권선형 이그나이터가 내장된 방전관은,

방전관(Bulb), 이그나이터, 연결잭으로 이루어진 자동차용 고압방전 램프(HID Lamp)으로 이루어지고,

상기 방전관(Bulb) 하단부에 관(통)형상으로 소형화하여 일체형으로 이루어진 권선형 이그나이터와,

그 권선형 이그나이터의 하단부에 핀투핀 형식으로 다수개의 전원 연결용 핀이 돌출되어 형성된 컨넥터(Connector)로 구성된다.

그리고, 상기 권선형 이그나이터는 절연된 코일을 이용하여 3층의 압출 및 3층의 테이핑처리된 코일유닛으로 형성되고 , 방전관 하단부에 일체형으로 구성된다.

이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 일실시예를 자세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 권선형 이그나이터가 내장된 방전관을 도시한 사시도이다.

도 2에서 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 권선형 이그나이터가 내장된 방전관의 구성은 권선형 이그나이터(20), 컨넥터(30)로 크게 구분할 수 있다.

상기 권선형 이그나이터(20)는 방전관(Bulb) 하단부에 관(통)형상으로 소형화하여 일체형으로 구성된다.

그리고 권선형 이그나이터는 코일을 절연제로 3층의 압출 및 3층의 테이핑처리된 코일유닛이 형성되는데, 여기서 절연제는 에폭시계, 우레탄계, 실리콘계 중 어느1종이상 단독 또는 1종이상 혼합된 수지로 코팅된다.

한편, 코일유닛은 도3 및 도4 그리고 도7에서 도시한 바와 같이, 코일에 절연제로 1층의 압출 및 1층의 테이핑처리된 기초절연공정하는 단계(S110)와, 그 1층의 코일에 절연제로 2층의 압출 및 2층의 테이핑처리된 보조절연공정하는 단계(S120)와, 그 2층의 코일에 절연제로 3층의 압출 및 3층의 테이핑처리된 강화절연공정하는 단계(S130)로, 전체적으로 3중으로 적층된 구조로 형성된다. 이처럼 코일에 기초절연공정단계, 보조절연공정단계, 강화절연공정단계를 거쳐서 제조하면 전기적 쇼크 및 에너지(열)을 위험을 방지할 수 있는 효과가 있다.

여기서, 코일유닛 공정시 정격온도는 100℃~130℃이고, 정격전압은 최대1000Vrms이며, 사용도체의 규격은 0.2mm~1.0mm가 사용되는 것이 바람직할 것이 다. 그 이유는 상기 범위값이하 경우에는 코일에 절연제가 적층되는 시간이 연장되고, 상기 범위값을 초과하는 경우에는 코일 유닛이 손상될 우려가 발생되기 때문이다.

상기 컨넥터는 권선형 이그나이터의 하단부에 핀투핀 형식으로 다수개의 전원 연결용 핀이 돌출되어 형성되는 것으로, 도 2에서 도시한 바와같이, 전원 연결용핀은 다수개의 1차전극핀(31) 및 2차전극핀(32)이 내포되어 구성된다.

그리고, 이러한 1차전극핀 및 2차전극핀은 핀투핀 형식으로 권선형 이그나이터의 하단부에 투핀 또는 쓰리핀 타입등 여러 타입으로 형성되어 전원연결용 컨넥터와 연결되도록 구성된다.

이하, 본 발명에 따른 권선형 이그나이터가 내장된 방전관의 구체적인 동작사항을 살펴보면 다음과 같다.

도4 및 도 5에서 도시한 바와 같이, 권선형 이그나이터는 원통형상으로 중앙부에 코아(21)가 내포되어 있고, 그 코아의 둘레를 따라 절연제로 3층의 압출 및 3층의 테이핑처리된 코일유닛(22)이 수십회 및 수백회 권취되어 이루어진다.

여기서, 실제 권선형 이그나이터는 1,2,3차의 코일유닛이 있지만 형상의 복잡성을 제거하기 위하여 일부의 코일유닛만을 표시한다.

도6은 권선형 이그나이터 코일유닛의 일반적인 등가회로를 도시한 것으로, 이는 도5와 같은 모델에 대해서도 적용이 가능하다.

여기서, 본 발명에서는 권선형 이그나이터 코일유닛의 제작시, 그 코일유닛의 주파수에 대한 변수로 해당 저항(R), 인덕턱스(L), 캐패시턴스(C)를 모두 고려해서 기술한다.

단, 캐패시턴스는 주파수에 무관하다고 가정한다.

먼저, 본 발명에서는 도 6과 같은 형상의 등가회로에 대해 회로방정식을 만들고 이의 해를 구함에 있어 기하학적 모델을 받아들이고, 그 기하학적 모델을 고려하는 정수 값들을 선택하여 다음 수학식 1 및 수학식 2와 같은 최종적인 식을 얻을 수 있다.

여기서, 상기 회로방정식은 도5에서 도시한 바와 같이 A디스크의 1번 코일과 3번 코일사이의 캐패시턴스 C_A13...., A디스크의 1번코일과 2코일사이의 인덕턴스 CA12...., 1번코일상의 저항 R1......등의 여러 매개변수를 고려하여 성립된 방정식이다.

여기서, V'는 내부 권선에서의 전압집합, 그리고 C,D는 이산화된 Fredholm 방정식의 부행렬, V_B는 양끝 절점의 전압을 나타낸다.

여기서, I_B는 양끝 절점의 전류값, 그리고 A,B는 이산화된 Fredholm 방정식의 부행렬을 나타낸다.

즉, 양끝 절점이 전압을 알면 수학식1에 의해 내부의 절점에서의 전압을 알수 있고, 수학식2에 의해 양끝 절점의 전류값을 알수가 있다. 반대로 양끝 절점의 전류를 알면 수학식2에 의해 양끝 절점의 전압을 계산할수가 있게 된다.

이때, 상기 수학식1로 부터 권선형 이그나이터 코일유닛의 입력전압과 출력전압 사이의 전달함수(수학식3)을 얻을 수가 있게 된다.

여기서, a는 직류항, δ_k=표피 두께, h_k(s)는 등가적인 부계, b_k=코일유닛의 반지름, ω_k=부분계의 공진 각주파수를 각각 나타낸다.

이처럼, 상기 a와 δ_k, h_k(s)의 b_k,δ_k,ω_k들의 수치적 데이터들로부터 전체 전달함수 H(s)가 완성되면 임의의 라플라스 변환 입력에 대해 그에 해당하는 라플라스 변환 출력을 알수가 있게 된다.

또한, 본 발명에 따른 권선형 이그나이터의 제작시 적용되는 캐패시턴스는, 도6의 등가회로에서, 유한요소 해석방법을 통해, 임의의 i절점과 j절점 사이에서 이웃하는 절점사이를 나타내는 직렬캐패시턴스(수학식4)와, 코일과 외부사이의 캐패시턴스를 나타내는 병렬캐패시턴스(수학식5)로 표현할 수가 있다.

여기서, d는 디스크 사이의 간격, w는 디스크의 두께, r0는 디스크의 평균적인 반지름,

은 공기와 코일유닛사이의 유전율로 1.0을 각각 나타낸다.

여기서, d는 최외각 턴과 코일유닛 사이의 간격이고, h는 코일유닛의 폭이고, r은 코일유닛의 평균적인 반지름,

은 공기와 코일유닛사이의 유전율로 1.6을 각각 나타낸다.

다음으로, 인덕턴스와 철손에 해당하는 저항을 살펴보기로 한다.

코일유닛의 권선에 의해 생기는 자계는 내부에 있는 와이어에 와전류를 발생시키고 이는 다시 외부에 새로운 자계를 형성한다. 이러한 관계는 Maxwell 방정식을 통해 권선간의 인덕턴스를 구할수가 있는데, 이는 수학식 6와 같이 표현된다.

여기서,

=코어의 상대 투자율, N_k, N_m=임의의 디스크의 턴수, r=와이어의 반지름, a는 직류항, K=상수를 나타낸다.

다음으로, 철손에 대한 저항은 수학식7와 같이 표현할 수가 있다.

여기서, g=도체의 실제 둘레의 길이, l=길이, f=주파수, δ=표피두께를 각각 나타낸다.

이와같이, 본 발명에 따른 권선형 이그나이터의 코일유닛은, 그 코일유닛의 주파수에 대한 변수로, 권선형 이그나이터 코일유닛의 입력전압과 출력전압 사이의 전달함수를 통한 라플라스 변환값과, 이웃하는 코일유닛간의 캐패시턴스값, 권선간의 인덕턴스값, 철손에 대한 저항값을 각각 고려하여 제작하였다.

이렇게 제작된 본 발명에 따른 권선형 이그나이터의 파형과 기존의 포일형 이그나이터의 파형을, 실험을 통해 비교해 보면 다음과 같다.

본 실험에서는 차량용HID램프의 방전이 개시될때 이그나이터에 수초의 짧은 시간동안 약 22,000[V]의 전원이 공급되고, 이후에는 개시된 방전이 유지될 수 있도록 약 88[V]의 전원이 공급되도록 설정한다.

도 8a는 기존의 포일형 이그나이터의 파형을 도시한 파형도이고, 도 8b는 본 발명에 따른 권선형 이그나이터의 파형을 도시한 파형도이다.

도 8b에서 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 권선형 이그나이터의 파형은 초기점등시 5.0kV이하로 일정하게 유지되다가 급격히 하락한 뒤, 25.0kV까지 상승하다가 5.0kV로 일정하게 유지되는 파형을 나타낸 것으로, 전체적으로 기존의 포일형 이그나이터의 파형과 비슷한 양상을 띄는 것을 알수가 있다.

또한, 본 발명에 따른 권선형 이그나이터의 신뢰성 관련 실험을 해 보았는데, 그 결과는 아래의 표1과 같다.

항목	권선형이그나이터	포일형이그나이터	비고
내구성실험 (10만회 이상)	합격	합격	On/Off Test(3초/3초)
고온작동실험	합격	합격	105℃기준
저온작동실험	합격	합격	-40℃기준
습도실험	합격	합격	40℃에서 85%이상
EMI실험	합격	합격	CISPR25

이처럼, 각종 실험결과를 통해 보듯이 본 발명에 따른 권선형 이그나이터는 초기점화시의 고전압이 약 25kV에 달하므로 권선형의 이그나이터를 사용하여도 동작에 이상이 없음을 알 수가 있다.

이러한 실험을 통해 제작된 본 발명의 권선형 이그나이터가 차량용 고압방전관 하단부에 일체형으로 구성되는 일실시예를 살펴보면 다음과 같다.

도9는 본 발명에 따른 박스형의 투핀용 컨넥터 대응 형상을 가진 권선형 이그나이터를 도시한 일실시예도로서, 이는 방전관(Bulb) 하단부에 관(통)형상으로 소형화하여 일체형으로 이루어진 권선형 이그나이터(20)와,

그 권선형 이그나이터의 하단부에 박스형의 투핀용 컨넥터 대응 형상(30a)으로 이루어져 벌브 캡(30a-1)에 대응되도록 형성된 컨넥터(Connector)로 구성된다.

도10은 본 발명에 따른 원통형의 원핀용 컨넥터 대응 형상을 가진 권선형 이그나이터를 도시한 일실시예도로서, 이는 방전관(Bulb) 하단부에 관(통)형상으로 소형화하여 일체형으로 이루어진 권선형 이그나이터(20)와,

그 권선형 이그나이터의 하단부에 원통형의 원핀용 컨넥터 대응 형상(30b)으로 이루어져 벌브 캡(30b-1)에 대응되도록 형성된 컨넥터(Connector)로 구성된다.

도11은 본 발명에 따른 ㄱ자형의 투핀용 컨넥터 대응 형상을 가진 권선형 이그나이터를 도시한 일실시예도로서, 이는 방전관(Bulb) 하단부에 관(통)형상으로 소형화하여 일체형으로 이루어진 권선형 이그나이터(20)와,

그 권선형 이그나이터의 하단부에 ㄱ자형의 투핀용 컨넥터 대응 형상(30c)으로 이루어져 벌브 캡(30c-1)에 대응되도록 형성된 컨넥터(Connector)로 구성된다.

도12는 본 발명에 따른 쓰리핀소켓용 컨넥터 대응 형상을 가진 권선형 이그나이터를 도시한 일실시예도로서, 이는 방전관(Bulb) 하단부에 관(통)형상으로 소형화하여 일체형으로 이루어진 권선형 이그나이터(20)와,

그 권선형 이그나이터의 하단부에 쓰리핀소켓용 컨넥터 대응 형상(30d)으로 이루어져 벌브 캡(30d-1)에 대응되도록 형성된 컨넥터(Connector)로 구성된다.

도13은 본 발명에 따른 투핀소켓용 컨넥터 대응 형상을 가진 권선형 이그나이터를 도시한 일실시예도로서, 이는 방전관(Bulb) 하단부에 관(통)형상으로 소형화하여 일체형으로 이루어진 권선형 이그나이터(20)와,

그 권선형 이그나이터의 하단부에 투핀소켓용 컨넥터 대응 형상(30e)으로 이루어져 벌브 캡(30e-1)에 대응되도록 형성된 컨넥터(Connector)로 구성된다.

이처럼, 본 발명에 따른 절연제로 3층의 압출 및 3층의 테이핑처리된 코일유닛이 형성된 권선형 이그나이터를 소형화하여 차량용 고압방전관 하단부에 일체형으로 구성함으로서 여러 자동차용 전구규격과 호환시킬수가 있다.

이상에서와 같이 본 발명은 권선형 이그나이터가 고압방전 램프의 방전관 하단부에 소형화되어 일체형으로 내장되어 형성됨으로서 제작 공정이 단순해지고, 제작원가도 낮출 수 있어, 사용자로 하여금 저가의 자동차용 고압방전 램프를 제공할 수 있는 좋은 효과가 있다.

Claims

방전관(Bulb), 이그나이터, 연결잭으로 이루어진 자동차용 고압방전 램프(HID Lamp)가

상기 방전관(Bulb) 하단부에 관 및 통형상으로 소형화하여 일체형으로 이루어진 권선형 이그나이터(20)와,

그 권선형 이그나이터의 하단부에 핀투핀 형식으로 다수개의 전원 연결용 핀이 형성된 컨넥터(Connector)(30)로 구성된 것에 있어서,

컨넥터(30)는 권선형 이그나이터의 하단부에 원통형의 원핀용 컨넥터 대응 형상(30b)으로 이루어져 벌브 캡(30b-1)에 대응되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 권선형 이그나이터가 내장된 방전관.
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삭제
제1항에 있어서, 컨넥터(30)는 권선형 이그나이터의 하단부에 ㄱ자형의 투핀용 컨넥터 대응 형상(30c)으로 이루어져 벌브 캡(30c-1)에 대응되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 권선형 이그나이터가 내장된 방전관.
삭제
제1항에 있어서, 컨넥터(30)는 권선형 이그나이터의 하단부에 투핀소켓용 컨넥터 대응 형상(30e)으로 이루어져 벌브 캡(30e-1)에 대응되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 권선형 이그나이터가 내장된 방전관.
제 2항에 있어서, 코일유닛(22)은 코일에 절연제로 1층의 압출 및 1층의 테이핑처리된 기초절연공정하는 단계(S110)와,

1층의 코일에 절연제로 2층의 압출 및 2층의 테이핑처리된 보조절연공정하는 단계(S120)와,

2층의 코일에 절연제로 3층의 압출 및 3층의 테이핑처리된 강화절연공정하는 단계(S130)로 이루어져서 전체적으로 3중으로 적층된 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 권선형 이그나이터가 내장된 방전관
제8항에 있어서, 코일유닛 공정시 정격온도는 100℃~130℃이고, 정격전압은 최대1000Vrms이며, 사용도체의 규격은 0.2mm~1.0mm가 사용되는 것을 특징으로 하는 권선형 이그나이터가 내장된 방전관