(57)【要約】【課題】小型・薄型で放電ランプの始動性能が優れた高電圧発生装置を提供する。【解決手段】放電ランプを始動させるための高電圧パルスを発生させる装置において、高電圧パルス発生用のパルストランスの磁路軸方向に直流バイアス磁化を与えた。直流バイアス磁化の手段は永久磁石とし、フェライト、Ｓｍ−Ｃｏ、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂなどを用いる。また、パルストランスの磁心はフェライト、アモルファス金属、珪素鋼板などを用いる。パルストランスの磁心形状は棒状であって、その少なくとも片方の端部に永久磁石を配置する。この高電圧発生装置を、車載用前照灯を始動させるためのイグナイタとして用いる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電ランプを始動させるための高電圧パルスを発生させる装置において、高電圧パルス発生用のパルストランスの磁路軸方向に直流バイアス磁化を与えたことを特徴とする高電圧発生装置。
【請求項２】
請求項１の直流バイアス磁化の手段が永久磁石によることを特徴とする高電圧発生装置。
【請求項３】
請求項１または２において、パルストランスの磁心がフェライト、アモルファス金属、珪素鋼板のいずれかよりなることを特徴とする高電圧発生装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかにおいて、直流バイアスを与える永久磁石がフェライト、Ｓｍ−Ｃｏ、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂのいずれかであることを特徴とする高電圧発生装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかにおいて、パルストランスの磁心形状が棒状であって、その少なくとも片方の端部に永久磁石を配置したことを特徴とする高電圧発生装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の高電圧発生装置を、車載用前照灯を始動させるためのイグナイタとして用いたことを特徴とする前照灯点灯装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は放電ランプを始動させるための高電圧パルスを発生させる高電圧発生装置およびこれを用いた前照灯点灯装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ＨＩＤランプのような高圧放電ランプを始動するためにイグナイタと呼ばれる高電圧を発生する装置（高電圧発生装置）が必要であり、高電圧発生装置には低電圧の入力をパルス状の高電圧に変換するパルストランスのような電磁装置が用いられている。ところで、近年、自動車用の前照灯（ヘッドライト）において、安全性を重視する観点から従来のハロゲンランプよりも高輝度、低消費電力、長寿命であるＨＩＤランプのような高圧放電ランプが使用されるようになっている。そして、高圧放電ランプの急速な普及に伴って、イグナイタの寸法的な制約から、極めて小型・薄型の電磁装置が要望され、たとえば、特開２０００−３６３１６号（特許文献１）や特開２００２−９３６３５号（特許文献２）のように小型・薄型化を指向する発案がなされている。特許文献２では、図３のようなパルストランスであって、抵抗率が１０００Ωｍ以上の絶縁物とみなせる棒状の磁気コア３を用いて磁気コア３の全周にわたって巻線２を備え、平角導線を磁気コア３に直接エッジワイズ巻きするような構成が開示されている。これは平角導線を用いることで、銅線の占有率を高め、かつ磁気コア３に直接巻回することでボビンなどの絶縁物を不要とし、小型・薄型化へ大きな効果を有するものである。
【特許文献１】特開２０００−３６３１６号公報
【特許文献２】特開２００２−９３６３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、本発明者らによる検討の結果、さらにサイズダウンを行おうとするとパルス性能的に限界があることがわかった。そこで、本発明が解決しようとする課題は小型・薄型でありながら優れたパルス性能を有する高電圧発生装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明にあっては、上記の課題を解決するために、放電ランプを始動させるための高電圧パルスを発生させる装置において、図４に示すように、高電圧パルス発生用のパルストランスの磁路軸方向に直流バイアス磁化を与えたことを特徴とするものである。図４の例では、直流バイアス磁化の発生手段として、永久磁石６ａ，６ｂを用いている。
【発明の効果】
【０００５】
請求項１の発明によれば、直流バイアス磁化をパルストランスに与えることにより著しいパルス電圧の向上が可能となった。
請求項２の発明によれば、直流バイアス磁化の発生手段が永久磁石であるため、極めて簡易で特殊な装置なしに小型に実現できた。
これにより、従来のサイズ限界を大幅に超えるパルストランスの小型・薄型化が可能となった。
【０００６】
請求項６の発明によれば、車載用の前照灯点灯装置のイグナイタを小型・薄型化することができ、自動車のヘッドライトの限られたスペースに収納しやすい。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
（実施形態１）
以下、本発明の好ましい実施の形態について図面を参照しながら説明する。一般に、ＨＩＤランプを始動させるためには発光管内の電極間に高電圧を印加して絶縁破壊を起こさなければならない。さらに車載用の前照灯などでは瞬時に始動、再始動させる必要があり、電極間には２０ｋＶクラスの高いパルス電圧を印加する必要がある。
【０００８】
パルス電圧を得るためのイグナイタ回路の基本構成は、図２に示すように、パルスエネルギーを蓄積するコンデンサＣと、昇圧用のパルストランスＰＴと、コンデンサＣのエネルギーをパルストランスＰＴに印加するスイッチＱとからなる。コンデンサＣには別のスイッチＳＷを介して直流電源Ｅの電圧が充電される。
【０００９】
イグナイタ回路の主部品で大きな体積を占めているのはパルストランスＰＴであり、パルストランスＰＴの小型化・薄型化は主たる課題である。しかし、イグナイタ回路による高電圧発生の詳細な過程については不明な部分が多いのが現状である。図２の回路でスイッチＱをＯＮすることによりパルストランスＰＴの二次側にパルス的な電圧が発生するが、このパルスのピーク値は実験検討の結果、鎖交磁束量φ＝Ｂ・Ｓ（Ｂは飽和磁束密度、Ｓは磁路断面積）にほぼ比例することがわかった。ここで、Ｂはトランスのコア材質、Ｓはコア形状で決まるから、材質・形状が一定であれば出力パルスには限界があることが理解された。
【００１０】
そこで、本発明者らは鋭意熟考の結果、トランスのコア材質・形状を同一としても仮想的に飽和磁束密度Ｂを大きくできないだろうかという観点に着目した。図１はこの着想の概念を示し、図４は具体的な実現手段を示している。図１はトランスの磁化曲線で、横軸は印加磁界、縦軸は磁束密度である。図中、破線のグラフは従来例の磁化特性を示すものである。すなわち、破線のグラフにおいて、励磁は原点から始まり、磁束が増加して飽和するまでの飽和磁化をパルス発生に利用している。
【００１１】
一方、本発明である励磁の原点を移動させたものが実線のグラフであり、励磁は負の磁束密度から始まり、正の飽和磁束密度までの仮想的飽和磁化がパルス発生に利用できることを示している。すなわち、実線のグラフの磁化特性では仮想的に飽和磁束密度が大きくなるため、より高いパルス電圧を得ることができると考えられる。励磁の原点を移動する手段の一例を図４に示した。パルストランスＰＴの磁気コア３の軸方向に永久磁石６ａ，６ｂを装着し、磁気的な直流バイアスを与えるという新規な手段である。
【００１２】
図４において、永久磁石６ａ，６ｂを取り除いた基本構造は、図３の従来例と同じであり、１は一次巻線、１ａ，１ｂは低圧側端子、２は二次巻線、２ａ，２ｂは高圧側端子、３は磁気コアである。磁気コア３の軸方向と平行な断面構造を図５（ａ）に、軸方向と垂直な断面構造を図５（ｂ）に示した。
【００１３】
図５は本発明の実証試験に用いたパルストランスの形状で、楕円断面のボビン４の一部にコア装着のための空隙部５を設けた。磁気コア３は異なる断面積の棒状の磁性体を空隙部５に挿入することによりコア断面積を可変とした。ボビン４の上に平角導線０．７ｍｍ×１ｍｍを２２０回エッジワイズ巻にて二次巻線２を形成した。二次巻線２の上にφ１導体を持つ耐圧巻線を４回巻回して一次巻線１を形成した。永久磁石としては、フェライト磁石（Ｈｃ２７５ｋＡ／ｍ、ＢＨ積３２ｋＪ／ｍ3 ）およびＮｄ2 Ｆｅ14Ｂ磁石（Ｈｃ９５５ｋＡ／ｍ、ＢＨ積２９４ｋＪ／ｍ3 ）の材料を以下のサイズ（直径×厚さ［ｍｍ］）に切り出して、以下の三種の表面磁束密度を持つ磁石体を作製した。
【００１４】
材料            Ｎｄ2 Ｆｅ14Ｂ        同左        フェライト
サイズ          φ１０×１          φ１０×３    φ１０×５
表面磁束密度    ０．５ｋＧ          ２．５ｋＧ    １．２ｋＧ
【００１５】
図７は棒状のフェライトコア（Ｎｉ−Ｚｎ系フェライトトミタ製５Ｋ）を図６のボビン４の空隙部５に装着して、コアの断面積と、永久磁石装着の有無及び表面磁束密度の相違によるパルスピーク電圧への効果を調べたものである。図７の●は永久磁石を装着していないとき、○、△、□はそれぞれ表面磁束密度Ｂｓｕｆが０．５ｋＧ、１．２ｋＧおよび２．５ｋＧの永久磁石を装着したときの測定値である。永久磁石の装着によりパルスピーク電圧の改善効果が現れていることがわかる。
【００１６】
図８は静磁界（直流バイアス磁化）の有／無による二次側電圧波形を示している。また、図９は静磁界の有／無による鎖交磁束量の時間変化を示している。実線はボンド磁石（＝フェライト磁石）が無い場合、破線は有る場合である。これらの図から、永久磁石の装着によって、鎖交磁束および二次側ピーク電圧ともに増加していることが分かる。永久磁石を装着すると、二次側ピーク電圧は永久磁石を装着していないときと比べて増加していることがわかり、本発明の仮想的飽和磁化の増加が検証された。
【００１７】
また、棒状のフェライトコア（Ｍｎ−Ｚｎフェライトトミタ製２Ｈ８）を図６のボビン４の空隙部５に装着して、コアの断面積と、永久磁石装着の有無及び表面磁束密度の相違によるパルスピーク電圧への効果を調べた結果は図１０の通りであり、表面磁束密度０．５ｋＧおよび１．２ｋＧにおいて、永久磁石の装着によるパルス電圧ピーク値への改善効果が現れていることがわかった。
【００１８】
（実施形態２）
実施形態１では、パルストランスのコア材料としてフェライトを用いたが、実施形態２では、パルストランスのコア材料が金属材料の場合に、どういう挙動を示すかを実験した。図６のように、ボビン４の空隙部５にアモルファス金属箔体３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅ，…を複数枚積層して装着して同様の永久磁石の効果を調べた。材料は日本非晶質金属製２６０５ＳＣ（２９ミクロン、巾５ｍｍ、飽和磁束密度１．６１Ｔ）、２７０５ＭＮ（３２ミクロン、巾５ｍｍ、飽和磁束密度１．２Ｔ）および２６０５Ｓ−３Ａ（２８ミクロン、巾４ｍｍ、飽和磁束密度１．４１Ｔ）であり、永久磁石装着の効果を図１１〜図１３に示す。何れも●は永久磁石を装着していないとき、○、△、□はそれぞれ表面磁束密度０．５ｋＧ、１．２ｋＧおよび２．５ｋＧの磁石を装着したときの測定値である。表面磁束密度０．５ｋＧ、１．２ｋＧのときに、磁石装着の効果が明確となっている。また、表面磁束密度２．５ｋＧのときは、装着したときの方がピーク電圧が減少しているが、その原因としては過大な直流バイアス磁化の印加による透磁率の低下が考えられ、現在、研究中である。いずれにしても適切な直流バイアス磁化を与えることにより、著しいパルス電圧の向上が認められた。
【００１９】
なお、実施形態１，２では、パルストランスのコアは棒状のいわゆる開磁路磁心であるが、原理的に閉磁路であってもよいことはもちろんである。
【００２０】
また、実施形態１，２では、棒状コアの両端に永久磁石を配置しているが、表面磁束密度をパラメータとしていることから、棒状コアの片方に装着するだけでも原理的に実現可能であることは言うまでもない。
【００２１】
さらに、パルストランスのコアはフェライト、アモルファス金属を例として挙げたが、同様の軟磁性材である珪素鋼板であっても良いし、他の材質でも利用可能である。永久磁石はＮｄ−Ｆｅ−Ｂ、フェライトを例として挙げたが、Ｓｍ−Ｃｏであっても良いし、その他の材質でも利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の原理説明図である。
【図２】本発明の実施形態１の回路図である。
【図３】従来例のパルストランスの外観を示す斜視図である。
【図４】本発明の実施形態１に用いるパルストランスの外観を示す斜視図である。
【図５】本発明の実施形態１に用いるパルストランスの断面図である。
【図６】本発明の実証試験に用いた空心トランスの外観を示す斜視図である。
【図７】本発明の実証試験の結果を示す図である。
【図８】本発明の実証試験の結果を示す図である。
【図９】本発明の実証試験の結果を示す図である。
【図１０】本発明の実証試験の結果を示す図である。
【図１１】本発明の実証試験の結果を示す図である。
【図１２】本発明の実証試験の結果を示す図である。
【図１３】本発明の実証試験の結果を示す図である。
【符号の説明】
【００２３】
１    １次巻線
２    ２次巻線
３    磁気コア（磁心）
６ａ，６ｂ  永久磁石（直流バイアス磁化手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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