(57)【要約】【課題】ワイヤー巻線の温度上昇を抑えた巻線デバイスを提供する。【解決手段】この巻線デバイスは、コア３、４と、上記コアに備え付けられたワイヤー巻線２と、熱伝導性材料６とを備えている。上記熱伝導性材料６は、この熱伝導性材料によって上記ワイヤー巻線２と上記コア３，４とが接触するように、上記ワイヤー巻線２の外表面の周囲に設けられている。【選択図】　　　　図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コアと、上記コアに備え付けられ外表面を有するワイヤー巻線と、熱伝導性材料とからなり、上記熱伝導性材料は上記ワイヤー巻線の外表面の周囲に設けられ、この熱伝導性材料によって上記ワイヤー巻線と上記コアとを接触させることを特徴とする巻線デバイス。
【請求項２】
請求項１に記載の巻線デバイスにおいて、上記熱伝導性材料は上記ワイヤー巻線の外表面の周囲に巻かれたテープからなる。
【請求項３】
請求項２に記載の巻線デバイスにおいて、上記テープは繊維から作られている。
【請求項４】
請求項１に記載の巻線デバイスにおいて、上記熱伝導性材料には添加剤が含浸されている。
【請求項５】
請求項４に記載の巻線デバイスにおいて、上記添加剤はワニスである。
【請求項６】
請求項１に記載の巻線デバイスにおいて、上記熱伝導性材料は多孔質である。
【請求項７】
請求項１に記載の巻線デバイスにおいて、上記コアは上記ワイヤー巻線が挿入される空間を有し、その空間の大きさは、上記熱伝導性材料を備えたワイヤー巻線が該空間で圧縮されるように、上記熱伝導性材料を備えたワイヤー巻線の大きさよりも小さい。
【請求項８】
請求項１記載の巻線デバイスにおいて、上記コアと上記ワイヤー巻線と上記熱伝導性材料との組み立て部品には、添加剤が含浸されている。
【請求項９】
請求項８記載の巻線デバイスにおいて、上記添加剤はワニスである。
【請求項１０】
請求項１記載の巻線デバイスにおいて、さらに、上記ワイヤー巻線が巻かれるボビンを備える。
【請求項１１】
請求項１乃至１０の何れかに記載の巻線デバイスを製造する製造方法であって、ワイヤー巻線を形成するために少なくとも一本のワイヤーを巻くことと、上記ワイヤー巻線の外表面の周囲に熱伝導性材料を備え付けることと、上記熱伝導性材料を備えたワイヤー巻線をコアに形成された空間内に押し込み、上記熱伝導性材料によって上記ワイヤー巻線と上記コアとを接触させることと、からなる巻線デバイスの製造方法。
【請求項１２】
巻線デバイスを備えたバラスト回路であって、上記巻線デバイスは、コアと、上記コアに備え付けられ外表面を有するワイヤー巻線と、熱伝導性材料とからなり、上記熱伝導性材料は上記ワイヤー巻線の外表面の周囲に設けられ、この熱伝導性材料によって上記ワイヤー巻線と上記コアとを接触させることを特徴とするバラスト回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トランスやインダクタのような巻線デバイスおよびその製造方法、またその巻線デバイスを備えたバラスト回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
特許文献１には、多数の独立した磁気素子が内部で結線されたマトリックストランスが開示されている。このトランスは、高周波アプリケーションにおいても非常に漏れインダクタンスが少ない特性を示す。
【０００３】
特許文献２には、シールド線を用いたシールドトランスが開示されている。このトランスは、非常に少ない寄生容量と高い同相信号除去比の特性を示す。
【０００４】
特許文献３には、巻線が斜めに整列して巻かれたトランスが開示されている。このトランスは、非常に高い耐電圧特性を有し、非常に高電圧なアプリケーションに用いることが想定されている。
【０００５】
特許文献１乃至３の内容は、全て本願発明に含まれている。
【０００６】
【特許文献１】
米国特許第４８４５６０６号明細書
【特許文献２】
米国特許第５０１２１２５号明細書
【特許文献３】
米国特許第５１２４６８１号明細書
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したトランスのような巻線デバイスにおいては、動作中にワイヤー巻線が発熱し温度上昇が大きくなるという問題があった。
【０００８】
本発明は上記問題点に鑑みて為されたものであって、その目的とするところは、ワイヤー巻線の温度上昇を抑えた巻線デバイスを提供することにある。加えて、巻線デバイスの製造方法、および巻線デバイスを用いたバラスト回路を提供する。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の一つの様相である巻線デバイスは、コアと、上記コアに備え付けられたワイヤー巻線と、熱伝導性材料とを備えている。上記熱伝導性材料は、この熱伝導性材料によって上記ワイヤー巻線と上記コアとが接触するように、上記ワイヤー巻線の外表面の周囲に設けられている。
【００１０】
本発明の別の様相である巻線デバイスの製造方法は、ワイヤー巻線を形成するために少なくとも一つのワイヤーを巻くことと、上記ワイヤー巻線の外表面の周囲に熱伝導性材料を備え付けることとを含む。上記熱伝導性材料が備え付けられたワイヤー巻線はコアに形成された空間内に押し込まれ、上記熱伝導性材料によって上記ワイヤー巻線と上記コアとを接触させる。
【００１１】
本発明のさらに別の様相であるバラスト回路は、巻線デバイスを含み、その巻線デバイスは、コアと、上記コアに備え付けられたワイヤー巻線と、熱伝導性材料とを備えている。上記熱伝導性材料は、この熱伝導性材料によって上記ワイヤー巻線と上記コアとが接触するように、上記ワイヤー巻線の外表面の周囲に備え付けられている。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照しながら説明する。なお、図面全体にわたって同一あるいは対応する要素には同一の符号を付している。
【００１３】
図１は、本発明の実施形態に係るトランスＴを含む高輝度放電灯（ＨＩＤ）用バラストの回路図である。図１に示すように、コントロールスイッチＱ１，Ｑ２は、電源と直列に接続されている。同様に、コントロールスイッチＱ３，Ｑ４も、電源と直列に接続されている。コントロールスイッチＱ１，Ｑ２と、コントロールスイッチＱ３，Ｑ４とは、並列に設けられる。バックフィルターコンデンサＣとバックフィルターインダクタＬは直列に接続され、コントロールスイッチＱ１，Ｑ２間の点と、コントロールスイッチＱ３，Ｑ４間の点とを接続する。トランスＴとバックフィルターコンデンサＣは、並列に設けられる。トランスＴは、３つの端子Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３を有する。始動コンデンサＣ１は、コントロールスイッチＱ２，Ｑ４間の点とトランスＴの端子Ｔ２との間に設けられる。始動段階の間（秒オーダーである）、トランスＴとイグニッションコンデンサＣ１は、コントロールスイッチＱ１，Ｑ２によって駆動される共振回路を形成する。トランスＴの端子Ｔ１と端子Ｔ３との間には、約４ｋＶの高電圧が発生する。始動期間は非常に短いため、ワイヤー巻線やトランスＴのコアにおける損失は、トランスＴの設計上無視することができる。始動後の通常作動時においては、コントロールスイッチＱ１，Ｑ４は、コントロールスイッチＱ１をオンしたままコントロールスイッチＱ４を高周波で切り替えることで、バックコンバータの一つの岐路を形成する。コントロールスイッチＱ２，Ｑ３は、コントロールスイッチＱ２をオンしたままコントロールスイッチＱ３を高周波で切り替えることで、バックコンバータの別の岐路を形成する。これら２つの岐路を交互に切り替えることで、ランプ負荷ＬＡに低周波の方形波電流が流れる。低周波サイクルの半サイクルにおいて、インダクタＬを流れる電流の流れは、交流電流と直流電流とを組み合わせたものとなる。交流成分はバックフィルターコンデンサＣを通って流れる。直流成分はトランスＴを通って流れ、ランプ電流ともなる。実際には、上記フィルタコンデンサＣは、全ての交流成分を除去できず、上記直流電流に少量のリップルが重畳される。上記リップルは非常に少ないので、トランスコアの損失は実質的にゼロとみなされ、ワイヤー巻線の損失は純粋な直流抵抗の損失となる。
【００１４】
例えば、ある１００Ｗのメタルハライドランプのバラストは、１．１Ａで振幅がその１０％未満の高周波リップル（すなわち、最大で５５ｍＡのリップル）が乗った電流をランプへと流す。端子Ｔ１と端子Ｔ３との間で測られたトランスＴのインダクタンスは巻数２２０回で３ｍＨである。動作周波数は、６０ＫＨｚである。コアには、有効コア面積が８２．１ｍｍ２のＥＥＲ２８型コアを用いている。この時、この交流成分の最高磁束密度Ｂａｃ＿ｐｋは、次の等式で表される。
【００１５】
Ｂａｃ＿ｐｋ＝（３ｍＨ×５５ｍＡｐｋ）／（２２０ｔ×８２．１ｍｍ２）＝０．００９１Ｔｅｓｌａ
上記Ｂａｃ＿ｐｋの値は非常に低くコアでの損失は実質的にゼロである。このトランスでの唯一の損失は、ワイヤー巻線での損失となる。よって、ワイヤー巻線の温度はコアの温度よりも高くなる。
【００１６】
図２および図３は、上記トランスＴを示している。図２、図３を参照すると、トランスＴは、コア１とワイヤー巻線２とを備える。コア１は、フェライト材から形成され、上側コア３と下側コア４とからなる。上側コア３と下側コア４はそれぞれ両端に、第１の突出部３ａ，４ａと、第２の突出部３ｂ，４ｂとを備え、第１の突出部３ａ，４ａと第２の突出部３ｂ，４ｂとの間の中央に中央突出部３ｃ，４ｃを備える。ワイヤー巻線２は、中央突出部３ｃ，４ｃの周囲に巻かれている。
【００１７】
図４を参照すると、ボビン５は、円筒部５ａを有し、円筒部５ａの両端にそれぞれフランジ部５ｂと５ｃとを備える。フランジ部５ｂと５ｃとの間となる円筒部５ａの周囲にワイヤーが巻かれて、上記ワイヤー巻線２を形成している。熱伝導性材料として、例えば外層テープ６がワイヤー巻線２の外周面の周囲に巻かれている。上記熱伝導性材料は、例えば熱絶縁物である静止空気よりも熱伝導性が良い。上記外層テープ６は、例えば、繊維テープもしくはワニスのような添加剤を吸収する繊維や布のシーツ、或いは多孔質なものである。少なくともワイヤー巻線２の図４中の記号ＬＷで示した長さは、第１の突出部３ａ，４ａと第２の突出部３ｂ，４ｂとの間の長さとなる図４中の記号ＬＣで示したコア１の長さよりも若干大きく形成されている。すなわち、外層テープ６が巻かれたワイヤー巻線２の大きさは、コア１に形成されたワイヤー巻線２を収納する空間の大きさよりも大きい。それから、上側コア３と下側コア４は、図３に示すようにボビン５の円筒部５ａの中に中央突出部３ｃ，４ｃを挿入するようにして接続される。外層テープ６が巻かれたワイヤー巻線２は、中央突出部３ｃ，４ｃと、第１の突出部３ａ，４ａおよび第２の突出部３ｂ，４ｂとの間に形成された溝（空間）の中に、外層テープ６を変形させながら押し込まれる。従って、ワイヤー巻線２は外層テープ６によってコア１の内部と確実に接触する。よって、ワイヤー巻線２からコア１への熱伝導性が良くなる。
【００１８】
本実施形態では、ワイヤー巻線２が巻きつけられるボビン５の部分は円筒形状（円筒部５ａ）であったが、別の形状でもよい。例えば、フランジ部５ｂ，５ｃと実質上並行な線に沿って得られるボビン５の断面が、長方形や楕円やそれらと同様なものであってもよい。
【００１９】
それから、ワイヤー巻線２と外層テープ６とコア１とが互いに確実に接触し熱伝導によって熱的に結合されるように、トランスＴには、例えばワニスのような添加剤が含浸される。すなわち、ワイヤー巻線２とコア１との間の空隙、および外層テープ６の層間の空隙は最小にされる。ワイヤー巻線２からコア１への熱伝導を良くするためには、なるべくなら、外層テープ６の層間の空隙は全て取り除く。本実施形態では、外層テープ６の層間の空隙は最小にされている。
【００２０】
本実施形態においては、外層テープ６は、ワイヤー巻線２とコア１とが外層テープ６によって確実に接触するように、ワイヤー巻線２の外周面とコア１との間に設けられている。よって、ワイヤー巻線２で発生した熱は、外層テープ６によってコア１へと伝導され、伝導中に放散される。従って、ワイヤー巻線２からコア１への熱伝導性が良くなる。
【００２１】
外層テープ６は繊維テープ、もしくは使いやすさと強度を上げるためにフィルムが裏打ちされた繊維テープである。例えば、外層テープ６は、厚さ０．０５ｍｍのポリエステルフィルムと、厚さ０．３５ｍｍのポリエステル不繊布とを含んだ、厚さ０．５ｍｍの組合わせテープである。繊維テープには、ワニスのような添加剤が含浸させてある。よって、繊維テープ内の空隙は全て取り除かれている。従って、ワイヤー巻線２からコア１までの熱伝導用のための通り道が固形物により確立されている。ワニスのような固形物は、熱絶縁物である静止空気よりも熱伝導性がよい。本実施形態では空隙を埋めるためにワニスを用いたが、他の材料を用いてもよい。
【００２２】
本発明の効果を調べるために、本発明の実施形態に係るトランスを用いた１００ＷのＨＩＤバラストシステムを生産し、木の台上に置いて最高出力で作動させ、その時の温度を、熱平衡の後に調べた。本システムを用いると、室温が３０℃の時に、ワイヤー巻線の温度を８３℃から７８℃へと５℃低下させることができた。
【００２３】
トランスの組立て部品からバラストの器体表面への熱抵抗をさらに下げるために、コアの底と接触する封止材料を加えても良い。
【００２４】
バラストシステム全体を封止材料で封止しても良いが、しかしながらこの場合、コストが上昇する。本実施形態においては、外層テープ６は、ワイヤー巻線２の外周面の周りのみに巻かれているので、従って、このトランスのコストは、上述したバラストシステム全体を封止する場合に比べて低く抑えることができる。
【００２５】
本実施形態では、巻線デバイスとしてトランスを説明したが、本発明は、インダクタのように同様の構造を持つものにも適用することができる。
【００２６】
もちろん、これまで述べてきたことを考慮すれば、本発明は、多数の変更例やバリエーションが可能である。従って、請求項の範囲内において、ここに明らかに述べたものとは別の形態で本発明が実行されることも理解すべきである。
【００２７】
【発明の効果】
以上より明らかなように、本発明の巻線デバイスは、ワイヤー巻線の温度上昇を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るトランスを備えた高輝度放電灯（ＨＩＤ）用バラスト回路の回路図である。
【図２】同上のトランスの遠近図である。
【図３】同上のトランスの断面図である。
【図４】同上のトランス製造方法を説明する説明図である。
【符号の説明】
１　コア
２　ワイヤー巻線
３　上側コア
４　下側コア
５　ボビン
６　外層テープ
Ｔ　トランス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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