(57)【要約】【課題】昇圧比が高く一次側に耐電圧の低い部品を使っても高いパルス電圧が得られるイグナイタ回路を有した高圧放電ランプ点灯装置を提供することである。【解決手段】イグナイタ回路１２は、高圧放電ランプ１６を点灯するための電力を供給する点灯回路１１の出力端に接続された整流手段１７で点灯回路１１の出力電圧を整流し、コンデンサＣ１は整流手段１７で整流された直流を充電する。昇圧トランス１９は、棒コア上に１層で巻かれた二次巻線２１を覆うように外側２層目に二次巻線２１よりも巻数が少なく電気的に並列接続される複数の巻線を有した一次巻線２０ａ、２０ｂを巻いて構成される。スイッチ素子１８は、昇圧トランス１９の一次巻線２０ａ、２０ｂとコンデンサＣ１との間に接続され、高圧放電ランプ１６の始動時にオンして昇圧トランス１９の二次巻線２１に高圧パルス電圧を発生させる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧放電ランプを点灯するための電力を前記高圧放電ランプに供給する点灯回路と；
前記点灯回路の出力端に接続され前記点灯回路の出力電圧を整流する整流手段と、前記整流手段で整流された直流を充電するコンデンサと、棒コア上に１層で巻かれた二次巻線を覆うように外側２層目に前記二次巻線よりも巻数が少なく電気的に並列接続される複数の巻線を有した一次巻線を巻いて構成され前記一次巻線の一方端が前記コンデンサの一方端に接続される昇圧トランスと、前記昇圧トランスの一次巻線の他方端と前記コンデンサの他方端との間に接続され前記高圧放電ランプの始動時にオンして前記昇圧トランスの二次巻線に高圧パルス電圧を発生させるスイッチ素子とを備えたイグナイタ回路と；
を備えたことを特徴とする高圧放電ランプ点灯装置。
【請求項２】
前記昇圧トランスは、前記二次巻線を棒コア上で２分割配置して終端が棒コアの両側になるように１層で巻き、一次巻線はそれぞれの二次巻線を覆うように外側２層目に巻いて電気的に並列接続し、前記棒コアの両側にある二次巻線の終端は前記イグナイタ回路の基板上の端部に位置し、終端近傍の基板上に放電ランプへの出力端子を接続したことを特徴とする請求項１記載の高圧放電ランプ点灯装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高圧放電ランプを点灯する高圧放電ランプ点灯装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高圧放電ランプは、高圧パルス電圧を電極間に印加して始動を行う。そのために、高圧放電ランプ点灯装置は、高圧放電ランプを点灯するための電力を供給する点灯回路に加え、高圧放電ランプの始動時に高圧パルス電圧を発生するイグナイタ回路とを備えている。高圧放電ランプの始動や再始動時を確実にするために、印加する高圧パルス電圧が１０ｋＶから３０ｋＶ程度に高くなっており、高圧パルス電圧を発生させるために昇圧や耐圧の確保が必要となりイグナイタ回路が大型化する傾向にある。
【０００３】
そこで、棒状のコアの中央部分に巻回した一次巻線の両側に二次巻線を分割配置し、二次巻線の終端が棒状のコアの両端になるように巻回してパルスを発生する昇圧トランスを形成し、その昇圧トランスの中央部に接合部が配置可能に２分割されたケースに、昇圧トランスを駆動する発振回路と昇圧トランスとを収納し、ケース内部の少なくとも昇圧トランスの棒状コアの両端に絶縁樹脂を充填して、耐圧を確保しつつ使用時の安全を確保するとともに小型化を図るようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
すなわち、イグナイタ回路は、棒コアの中央に一次巻線を配置し、その両側に分割配置され終端がコアの両端になるように巻回した二次巻線を配置して構成され、これにより、絶縁を確保しながら小型化を可能としている。また、２つの昇圧トランスを使って高電圧パルスを発生可能としている。
【特許文献１】特開２００１−２１０４８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１のものでは、一次巻線と二次巻線とを１層目に並べて巻回したとすると、二次巻線のターン数が少なくなってしまうので、昇圧トランスの昇圧比を大きくすることが難しくなる。また、一次巻線と二次巻き線との結合が劣るため、所望の二次電圧を得るための一次側電圧をより大きくする必要が生じる。一次側電圧をより大きくすると、耐圧の高い部品を使う必要があり、部品実装や部品選定の上で小型化に不利である。
【０００６】
本発明の目的は、昇圧比が高く一次側に耐電圧の低い部品を使っても高いパルス電圧が得られるイグナイタ回路を有した高圧放電ランプ点灯装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１の発明に係わる高圧放電ランプ点灯装置は、高圧放電ランプを点灯するための電力を前記高圧放電ランプに供給する点灯回路と；前記点灯回路の出力端に接続され前記点灯回路の出力電圧を整流する整流手段と、前記整流手段で整流された直流を充電するコンデンサと、棒コア上に１層で巻かれた二次巻線を覆うように外側２層目に前記二次巻線よりも巻数が少なく電気的に並列接続される複数の巻線を有した一次巻線を巻いて構成され前記一次巻線の一方端が前記コンデンサの一方端に接続される昇圧トランスと、前記昇圧トランスの一次巻線の他方端と前記コンデンサの他方端との間に接続され前記高圧放電ランプの始動時にオンして前記昇圧トランスの二次巻線に高圧パルス電圧を発生させるスイッチ素子とを備えたイグナイタ回路と；を備えたことを特徴とする。
【０００８】
本発明および以下の発明において、特に指定しない限り用語の定義および技術的意味は以下による。
【０００９】
高圧放電ランプは、水銀ランプ、メタルハライドランプ、高圧ナトリウムランプなどを示し、また、発光管にアルミナ管を用いたセラミック放電ランプも含む。点灯回路は直流電源からの直流電力を交流電力に変換して出力するものである。イグナイタ回路は高圧放電ランプの始動時に高圧パルス電圧を発生するものであり、例えば、数ｋＶ〜数十ｋＶの電圧を発生し、高圧放電ランプにグロー放電を起こさせるものである。
【００１０】
イグナイタ回路の整流手段とは、半波整流、全波整流、倍電圧整流、他倍電圧整流などを含んでいる。コンデンサは整流手段で整流された直流を充電する。
【００１１】
昇圧トランスの二次巻線は棒コア上に１層で巻かれ高圧放電ランプに接続されている。一次巻線は二次巻線を覆うように外側２層目に二次巻線よりも巻数が少なく電気的に並列接続される複数の巻線で構成され、一次巻線の一方端がコンデンサに接続される。また、スイッチ素子は、放電ギャップ、IGBTなどの半導体素子などであり、整流手段の出力端と昇圧トランスの一次巻線の他方端との間に接続される。スイッチ素子は、高圧放電ランプの始動時にオンして昇圧トランスの二次巻線に高圧パルス電圧を発生させる。
【００１２】
請求項２記載の発明に係わる高圧放電ランプ点灯装置は、請求項１の発明において、前記昇圧トランスは、前記二次巻線を棒コア上で２分割配置して終端が棒コアの両側になるように１層で巻き、一次巻線はそれぞれの二次巻線を覆うように外側２層目に巻いて電気的に並列接続し、前記棒コアの両側にある二次巻線の終端は前記イグナイタ回路の基板上の端部に位置し、終端近傍の基板上に放電ランプへの出力端子を接続したことを特徴とする。
【００１３】
少なくともいずれの二次巻線の外側には最低１つの一次巻線が巻かれていればよいが、一次巻線が２つの場合はそれぞれの二次巻線の外側に１つずつ、一次巻線が４つの場合には、各二次巻線の外側には２つずつ一次巻線が巻かれるのが望ましい。つまり、各二次巻線の外側には各二次巻線を覆うように平均的な数の一次巻線が巻かれていることが望ましい。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１の発明によれば、昇圧トランスの一次巻線は、棒コア上に１層で巻かれた二次巻線を覆うように外側２層目に二次巻線よりも巻数が少なく電気的に並列接続される複数の巻線で構成されるので、昇圧トランスの変成比を大きくしても結合がよくなるので、昇圧比を高くできる。従って、一次側に耐電圧の低い部品を使っても、高圧放電ランプが接続される昇圧トランスの二次巻線に高いパルス電圧を発生させることができる。これにより、イグナイタ回路の小型化が図れる。
【００１５】
請求項２の発明によれば、昇圧トランスの棒コアの両側にある二次巻線の終端はイグナイタ回路の基板上の端部に位置させるので、出力端子間を接続する方向に昇圧トランスの棒コアが横たわることになり、最も高電圧が発生する箇所を極狭くすることにより、他部品との耐電圧確保を容易にできる。また、一次巻線が二次巻線上を広く覆い結合をよくすることが可能となり、また高圧部との絶縁が取りやすくなり回路の小型化が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１は本発明の実施の形態に係わる高圧放電ランプ点灯装置の構成図である。高圧放電ランプ点灯装置は点灯回路１１とイグナイタ回路１２とからなり、点灯回路１１は直流電源部１３とインバータ回路１４とから構成されている。
【００１７】
点灯回路１１の直流電源部１３には商用電源１５から交流電力が供給される。商用電源の交流電力は点灯回路１１の直流電源部１３で直流電力に変換されインバータ回路１４に入力される。インバータ回路１４は直流電力を高圧放電ランプ１６に供給する交流電力に変換するものであり、イグナイタ回路１２を介して高圧放電ランプ１６に交流電力が供給される。
【００１８】
イグナイタ回路１２は、高圧放電ランプ１６の始動時に高圧パルス電圧を発生する回路であり、例えば、数ｋＶ〜数十ｋＶの電圧を発生し、高圧放電ランプ１６にグロー放電を起こさせるものである。
【００１９】
すなわち、イグナイタ回路１２は、点灯回路１１のインバータ回路１４からの入力電圧を整流手段１７で整流して、整流手段１７で整流された直流は抵抗Ｒ１を介してコンデンサＣ１に充電される。図１では整流手段１７としてダイオードを用いた場合を示している。そして、コンデンサＣ１の直流電圧がスイッチ素子（ギャップ)１８のオン電圧を超えるとスイッチ素子１８がオンし、昇圧トランス１９の一次巻線２０にコンデンサＣ１の直流電圧が印加される。これにより、昇圧トランス１９の二次巻線２１に高圧パルス電圧が出力される。
【００２０】
本発明の実施の形態では、昇圧トランス１９の一次巻線２０は二次巻線２１よりも巻数が少なく電気的に並列接続される複数の巻線で構成される。図１では２つの一次巻線２０ａ、２０ｂが並列接続された場合を示している。
【００２１】
そして、昇圧トランス１９の二次巻線２１は２分割されており、２つの二次巻線２１ａ、２１ｂが高圧放電ランプ１６を挟んで接続される。すなわち、昇圧トランス１９の２つの二次巻線２１ａ、２１ｂは、インバータ回路１４の出力と高圧放電ランプ１６との間に接続されており、２つの二次巻線２１ａ、２１ｂの合計電圧が高圧放電ランプ１６の端子間に印加される。
【００２２】
図２は、本発明の実施の形態における昇圧トランス１９の実施例１の構成図であり、図２（ａ）は、図１に示した２つの一次巻線２０ａ、２０ｂおよび２つの二次巻線２１ａ、２１ｂを有した昇圧トランス１９の棒コア２２上に２つの二次巻線２１ａ、２１ｂを１層で巻いた状態を示す正面図、図２（ｂ）は図２（ａ）の２つの二次巻線２１ａ、２１ｂの外側に２つの一次巻線２０ａ、２０ｂを２層目として巻いた状態を示す正面図、図２（ｃ）は図２（ｂ）の側面図である。
【００２３】
図２（ａ）に示すように、棒コア２２上の１層目に平角線を使った二次巻線２１ａ、２１ｂが２分割して巻かれ、図２（ｂ）に示すように、それぞれの二次巻線２１ａ、２１ｂの外側の２層目に絶縁皮膜を有する一次巻線２０ａ、２ｂが巻かれている。図２（ｂ）では２つの一次巻線２０ａ、２０ｂが二次巻線２１ａ、２１ｂ上のほぼ全域を広く覆うように巻いた場合を示している。
【００２４】
図３は、本発明の実施の形態における昇圧トランス１９の実施例２の構成図である。この実施例２は、実施例１に対し、一次巻線２０ａ、２０ｂを二次巻線２１ａ、２１ｂ上の一部に密着して巻いた場合を示している。図３では、棒コア２２上の２つの二次巻線２１ａ、２１ｂの中央部の一部に２つの一次巻線２０ａ、２０ｂを密着して巻いた場合を示している。
【００２５】
図４は、本発明の実施の形態における昇圧トランス１９の実施例３の説明図であり、２つの一次巻線２０ａ、２０ｂおよび４つの二次巻線２１ａ〜２１ｄを有した昇圧トランス１９のさらに他の一例を示す実施例３の説明図であり、図４（ａ）は２つの一次巻線２０ａ、２０ｂおよび４つの二次巻線２１ａ〜２１ｄを有した昇圧トランス１９の巻線図、図４（ｂ）は、２つの一次巻線２０ａ、２０ｂおよび４つの二次巻線２１ａ〜２１ｄを有した昇圧トランス１９の２つの二次巻線２１ａ、２１ｂ上に４つの一次巻線２０ａ〜２０ｄを２層目として巻いた状態を示す正面図である。図４（ｂ）では４つの一次巻線２０ａ〜２０ｄが二次巻線２１ａ、２１ｂ上のほぼ全域を広く覆うように巻いた場合を示している。
【００２６】
図５は、本発明の実施の形態における昇圧トランス１９の比較例１の説明図であり、図５（ａ）は１つの一次巻線２０および２つの二次巻線２１ａ、２１ｂを有した昇圧トランス１９の巻線図、図５（ｂ）は、１つの一次巻線２０および２つの二次巻線２１ａ、２１ｂを有した昇圧トランス１９の２つの二次巻線２１ａ、２１ｂ上に１つの一次巻線２０を２層目として巻いた状態を示す正面図である。図５（ｂ）では、棒コア２２上の２つの二次巻線２１ａ、２１ｂの中央部の一部に１つの一次巻線２０を密着して巻いた場合を示している。
【００２７】
ここで、理想的な磁束漏れのない昇圧トランス１９では、変成比と昇圧比とが等しくなる。昇圧トランス１９の変成比は昇圧トランス１９の一次巻線２０と二次巻線２１との巻き数比であり、昇圧トランス１９の昇圧比は一次巻線２０に与える電圧に対する二次側に表れる電圧の倍率である。
【００２８】
実際の昇圧トランス１９では、必ず磁束漏れがあるので昇圧比は変成比よりも低くなる。この状態を、一次巻線２０と二次巻線２１との結合が低い、あるいは結合係数ｋが１よりも小さいという表現をする。昇圧トランス１９の入出力の伝達に寄与する総合インダクタンスは、結合係数ｋに比例すると考えることができるので、結合係数を１に近づけるほど昇圧比は高くできる。
【００２９】
結合係数ｋは、昇圧トランス１９の一次巻線２０または二次巻線２１の端子間を短絡した際に短絡しない側から計ったときに残留するインダクタンスLｓσ、他方の端子間を解放したときのインダクタンスＬｓを用いて、ｋ＝（１−Ｌｓσ／Ｌｓ）１／２で表わせる。この場合の結合係数ｋの測定結果を表１に示す。
【表１】
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【００３０】
比較例１（図５（ｂ）に示す１つの一次巻線２０の巻線方式）に比較して、実施例１（図２（ｂ）に示す２つの一次巻線２０ａ、２０ｂの全域巻き）、実施例２（図３に示す２つの一次巻線２０ａ、２０ｂの密着巻き）のいずれの巻線方式においても結合係数ｋが高くなるが、実施例１の方がより効果的である。また、実施例３（図４に示す４つの一次巻線２０ａ、２０ｂの全域巻き）の場合には、さらに結合係数ｋは良くなる。
【００３１】
この結果でも示されたように、二次巻線２１が２分割されている場合には、比較例１のように１つの一次巻線２０では、１つの一次巻線２０により発生する磁束の一部は二次巻線２１と交差しないこととなるため結合係数ｋが悪くなる。これに対し、実施例１や実施例３のように、一次巻線２０を複数に分割して二次巻線２１上を広く覆う巻き方は、一次巻線２０により発生する磁束をより二次巻線２１に交差させることができる、つまり漏れ磁束が少なくできる。また、実施例２のように、二次巻線２１上を広く覆う巻き方でなくても、一次巻線２０を複数に分割したことにより、比較例１より結合係数ｋを良くできる。
【００３２】
次に、イグナイタ回路１２のスイッチ素子（ギャップ）１８の放電電圧が８００Ｖの場合の高圧放電ランプ１６の両端に印加されるランプ電圧ピーク値について、実施例１と比較例１との場合で測定した。その測定結果を表２に示す。この場合、一次巻線２０ａ、２０ｂのそれぞれの巻数Ｎ１と二次巻線２１ａ、２１ｂの合計巻数Ｎ２との比は、（Ｎ１：Ｎ２＝４：１２０）とした。
【表２】
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【００３３】
表２から分かるように、実施例１の巻線方式の昇圧トランス１９を用いると、比較例１と比較し、高圧放電ランプ１６の両端に印加されるランプ電圧ピーク値を約１３％（１７ｋＶ／１５ｋＶ）以上も高くできる。
【００３４】
以上の説明は、昇圧トランス１９の二次巻線２１が２分割されている場合であるが、昇圧トランス１９の二次巻線２１が分割されていない場合で、２つの一次巻線２０ａ、２０ｂを有している場合について検討した。
【００３５】
図６は、本発明の実施の形態における昇圧トランス１９の実施例４の説明図であり、図６（ａ）は２つの一次巻線２０ａ、２０ｂおよび１つの二次巻線２１を有した昇圧トランス１９の巻線図、図６（ｂ）は、２つの一次巻線２０ａ、２０ｂおよび１つの二次巻線２１を有した昇圧トランス１９の１つの二次巻線２１上に２つの一次巻線２０ａ、２０ｂを２層目として巻いた状態を示す正面図である。図６（ｂ）では、棒コア２２上の１つの二次巻線２１の一部（端部）に２つの一次巻線２０ａ、２０ｂを密着して巻いた場合を示している。
【００３６】
図７は、本発明の実施の形態における昇圧トランス１９の比較例２、３の説明図であり、図７（ａ）は、１つの一次巻線２０および１つの二次巻線２１を有した昇圧トランス１９の一次巻線２０を二次巻線２１上の一部に密着して巻いた場合の比較例２の正面図、図７（ｂ）は、１つの一次巻線２０および１つの二次巻線２１を有した昇圧トランス１９の一次巻線２０を二次巻線２１上のほぼ全域を広く覆うように巻いた場合の比較例３の正面図である。
【００３７】
これらの実施例４、比較例２、３について測定した結合係数ｋの測定結果を表３に示す。
【表３】
2009176586.tif 000005
【００３８】
表３から分かるように、昇圧トランス１９の二次巻線２１が分割されていない場合で、２つの一次巻線２０ａ、２０ｂを有している場合の実施例４おいても、同様の効果があることが確認された。比較例３から、一次巻線２０が二次巻線２１上を広く覆うほうが良いことが分かるが、二次巻線２１上を広く覆っても、一次巻線２０の巻数が少ない場合は漏れ磁束が増えて結合係数ｋは悪くなる。
【００３９】
二次巻線２１が分割されていない場合においても、実施例４（図６（ｂ）に示すように一次巻線を２分割したもの）の場合には、一次巻線２０ａ、２０ｂにより発生する磁束のうち二次巻線２１に交差する割合が多くなる。つまり漏れ磁束を減らすことができるので結合係数ｋは良くなることが分かった。
【００４０】
次に、図８は本発明の実施の形態におけるイグナイタ回路１２の回路基板の平面図である。イグナイタ回路１２の左側がインバータ回路１４に接続される入力側であり、入力端子２３によりインバータ回路１４に接続される。イグナイタ回路１２の右側が高圧放電ランプ１６に接続される出力側であり、出力端子２４により高圧放電ランプ１６に接続される。
【００４１】
昇圧トランス１９の両端の二次巻線２１ａ、２１ｂの引き出し位置と、出力端子２４は近接して配置されている。つまり、出力端子２４間を接続する方向に昇圧トランス１９の棒コア２２が横たわっている。これにより、最も高電圧が発生する箇所を極狭くすることができ、他部品との耐電圧確保を容易にできる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施の形態に係わる高圧放電ランプ点灯装置の構成図。
【図２】本発明の実施の形態における昇圧トランスの実施例１の構成図。
【図３】本発明の実施の形態における昇圧トランスの実施例２の構成図。
【図４】本発明の実施の形態における昇圧トランスの実施例３の説明図。
【図５】本発明の実施の形態における昇圧トランスの比較例１の説明図。
【図６】本発明の実施の形態における昇圧トランスの実施例４の説明図。
【図７】本発明の実施の形態における昇圧トランスの比較例２、３の説明図。
【図８】本発明の実施の形態におけるイグナイタ回路の回路基板の平面図。
【符号の説明】
【００４３】
１１…点灯回路、１２…イグナイタ回路、１３…直流電源部、１４…インバータ回路、１５…商用電源、１６…高圧放電ランプ、１７…整流手段、１８…スイッチ素子、１９…昇圧トランス、２０…一次巻線、２１…二次巻線、２２…棒コア、２３…入力端子、２４…出力端子
【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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