省スペースな一次巻線を有する高圧変圧器

专利摘要:
高圧変圧器34が、強磁性体から作られた細長いコア38と共に説明されている。プラスチック材から作られた変圧器フレーム36は、コア38に対して直交して配置された区分壁40をもっている。二次巻線が、区分壁40によって分割されている複数の巻線セグメント内で、コア38の周りに巻回されている。一次巻線は、コアの周りにループを形成するための複数の導体セグメントで形成されている。当該導体セグメントのうちの少なくとも1つが、区分壁のうちの1つの中にモールド成形された接続ピン50である。
公开号:JP2011512686A
申请号:JP2010547278
申请日:2009-02-13
公开日:2011-04-21
发明作者:アナトリ サヴェリエヴ；マルクス ヒェルハルド
申请人:コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ；
IPC主号:H01F38-08

专利说明:

[0001] 本発明は、放電ランプ用の高圧変圧器及び点孤モジュールの分野に関する。]
背景技術

[0002] 放電ランプの点灯は、数kVの比較的高い電圧を必要とする。この高電圧は、一次巻線と二次巻線とを有する高圧変圧器を用いて、比較的低い一次電圧から生成される。変圧器は、二次巻線で高い点孤電圧を生成するために、比較的低い一次電圧を一次巻線に供給する電気回路の一部である。]
[0003] 国際特許公開公報WO 2006/054454は、高圧変圧器について記述している。ボビンは、フェライトコアに巻かれた一次巻線と二次巻線とを含んでいる。二次巻線は、当該ボビン上に形成されたフランジによって分割された複数の区画に巻回されている。一次巻線は、リードフレーム上に形成されたシート状の金属導体によって形成されている。前記ボビンは、一次巻線を埋め込んだ圧入モールド成形によって作られている。]
発明が解決しようとする課題

[0004] 本発明の目的は、変圧器と、寸法制限及び電気的な要件の両方を満たす当該変圧器を有する放電ランプ用点孤モジュールと、を提供することである。]
課題を解決するための手段

[0005] この目的は、請求項１に記載の高圧変圧器と、請求項４に記載の放電ランプ用点孤モジュールとによって達成される。従属請求項は、本発明の好ましい実施例を引用している。]
[0006] お互いの上部に巻回された一次巻線及び二次巻線をもつ変圧器、という既知の概念からスタートして、本発明の基本的な着想は、変圧器のフレームの一部を一次巻線を配置するために使用することであり、この結果、より多くのスペースが二次巻線用に残る。]
[0007] 本発明によれば、高圧変圧器は、強磁性体、好ましくはフェライトから作られた細長いコアを有する。プラスチック材から作られた変圧器フレームが形成される。当該変圧器フレームは、細長いコアの長手方向に対して実質的に直交する方向に区分壁を有する。]
[0008] 区分壁間に設けられたスペースに、二次巻線がコアの周りに順番に配置される。当該二次巻線は、電気的には、直列に接続された複数の巻線セグメントに分割されている。巻線セグメントは、区分壁によって分けられている。]
[0009] 一次巻線が、複数の導体セグメントの結合によって形成される。完全な一次巻線は、コアを囲む少なくとも1つのループを形成する。本発明によれば、導体セグメントのうちの少なくとも一部は、区分壁の一部にモールド成形された接続ピンである。]
[0010] 用語「接続ピン」は、ここでは、機械的に安定な材料から作られ、1次側で必要とされる比較的高い電流を電気的に導通するのに適している金属導体を指す。当該接続ピンは実質的にまっすぐに延在しているが、コアを囲んで形成されるループの一部を形成するために曲げられてもよい。好ましくは接続ピンは、好ましくは、2よりも大きくない高さ-幅比をもち、実質的に円形又は正方形の断面積をもっているワイヤから作られる。]
[0011] 接続ピンは、変圧器フレームのプラスチック材の中にモールド成形される、即ち、接続ピンは、プラスチック材がピンを取り囲むよう、少なくとも部分的に埋め込まれている。具体的には、接続ピンは、区分壁の一部の中に置かれる。これ故、かなりの量のスペースが確保され、結果として、変圧器がより小さく造られることができる、又はより多くのスペースが二次巻線のために使われることができ、（より高い二次電圧用の、より高い巻線比を実現するために）より多くの巻数を可能にし、又は、（より低い抵抗、及び/又はより高い二次側の電流伝導能力を実現するために）より厚い導体の使用を可能にする。]
[0012] 好ましくは、一次巻線は、1つだけではなく数個の斯様な接続ピンを含み、各々のピンが区分壁内に、即ち2箇所の二次巻線セグメントの間に配置される。これは、二次巻線用に使われる実質的により多くのスペースを備えた全体構成に至る。少なくとも1回は巻回された一次巻線が形成されるよう、接続ピンは互いに電気的に接続される。]
[0013] 好ましい態様では、放電ランプ用点孤モジュールは、同一平面内に配置された複数の平坦な導体を備えたリードフレームに接続された、上記の変圧器を有する。リードフレームは、所望の導体形状に型で打ち抜かれることによって、平坦な金属シートから都合良く製造されることができる。]
[0014] 本発明による放電ランプ用の点孤モジュールにおいては、変圧器は、接続ピンによってリードフレームの導体に機械的に固定され、同時に電気的に接続されている。ピン又は複数のピンが、例えば半田付け、導電性の接着、又は溶接によって、前記導体に取り付けられる。レーザ溶接を使用することが特に好まれる。接続ピンが、このように、機械的な結合、並びに電気的な接続の両方に、及び一次巻線の一部として非常に効率良く用いられる。ここでは機械的な固定が、モジュールの要素を一緒に保持するために、組み立ての間に、特に重要である。後の組立てステージにおいて、全体のモジュールが、例えばポッティング（導電性ではない合成物への埋め込み）によって、封入されることができる。]
[0015] 本発明の他の実施例によれば、第2のリードフレームが設けられる。変圧器が、好ましくは少なくとも実質的に平行な2つのリードフレームの間に配置される。接続ピンのうちの少なくとも1つが、第2のリードフレームに取り付けられる。この実施例は、変圧器が両方のリードフレームに機械的に、同時に電気的に接続される、非常に単純で省スペースな構成を保証する。]
[0016] 複数の接続ピンが設けられ、各々のピンが区分壁内にモールド成形され、各々のピンが両端で、2つのリードフレームの導体に取り付けられることが特に好まれる。リードフレームの平坦な導体と、接続ピンとが一緒に、コアの周りに少なくとも一巻きを描く一次巻線をここで形成する。一次巻線の全体形状は、好ましくは一般的に、螺旋の形状に似ている。]
[0017] 更なる好ましい実施例によれば、変圧器と、上記の2つのリードフレームのうちの少なくとも1つとを有するモジュールは、高圧生成回路の少なくとも一部を形成するために、少なくとも1個の更なる電気部品を有する。このタイプの好ましい回路の更なる電気部品とは、電圧スイッチ素子（即ち、規定された閾値電圧に達した場合、自動的に切替える素子）、（一次電流用の電荷を提供する）コンデンサ、及び（例えば、コンデンサの充電用抵抗としての）抵抗器である。更に（EMI-コンプライアンスを形成するための高周波フィルタ素子として使われる）ダイオード及びコイルが設けられてもよい。1つ以上のこれらの素子が、リードフレームの一方又は両方の導体に、直接電気的に接続されてもよく、この結果、これらの素子もまた、導体に機械的に固定される。このように、非常にコンパクトで、にもかかわらず電気的に完全、又は少なくとも部分的に完全な回路を、放電ランプを点灯するために提供することが可能である。]
[0018] 本発明の上記の目的及び他の目的、特徴、及び長所が、以下の好ましい実施例の説明から明らかになることであろう。]
図面の簡単な説明

[0019] 高圧変圧器の第1の実施例の平面図を示す。
図1の変圧器の側面図を示す。
図1及び図2の変圧器の下面図を示す。
図1乃至図3の変圧器の正面図を示す。
図2の変圧器の、線A .. Aに沿った断面図を示す。
図2の変圧器の、線B .. Bに沿った断面図を示す。
図2の変圧器の、線C .. Cに沿った断面側面図を示す。
変圧器の第2の実施例の側面図を示す。
図7の変圧器の正面図を示す。
図7及び図8の変圧器の下面図を示す。
放電ランプ用の動作回路の典型的な回路図を示す。
点孤モジュールを含む放電ランプの側面図を示す。
図7乃至図9の変圧器を含む点孤モジュールの下面図を示す。]
実施例

[0020] 図11は、バーナ部12と、ベース部14とを有する高圧放電ランプ10の一例を示す。放電ランプ自体は当業者に知られているので、以下の説明は、このタイプのランプの動作及び点孤についての簡単な概要を与えるに過ぎない。バーナ部12は、2つの電極18が突出する放電容器16を有する。放電容器は、不活性ガス、例えばキセノンと、金属ハロゲン化物とが充填された充填部を有する。ランプ10の動作時には、アークが電極18の先端の間に生成される。]
[0021] ランプ10の定常状態の動作の間は、ランプ電圧は通常40 V乃至120 Vのオーダーであろうが、電極18の間にアークを点孤するために必要とされる電圧は非常に高く、例えば10 kV乃至30 kVである。]
[0022] 電極18は、ベース部14内の端子へ至る導体と電気的に接続されている。図示された例では、ベース部14は、ランプ10に点孤するための高電圧パルスを生成する点孤モジュール20（図11ではシンボリックにのみ示されている）を有する。]
[0023] 図10は、ランプ10を動作させるための電気回路の一例を示す。当該電気回路は、外部のランプ回路（端子24a、同24b）、及び点孤モジュール20（端子26a、同26b）へ動作電圧を供給しているバラスト22を有する。点孤モジュール20は、入力端子26a、同26bに接続され、抵抗器32と並列なコンデンサ30を有する。更に並列に接続されているものは、変圧器34の一次側と、図示の回路では火花ギャップである、スイッチ素子36との直列結合である。印加された電圧が特定の降伏電圧以下である限り、当該スイッチ素子は導通しない。]
[0024] 変圧器34は、当該変圧器の2次側が、ランプ10と直列接続で外側のランプ回路へ接続されている。当該変圧器34は、比較的低い一次側の電圧を、ランプ10を点灯するために必要とされる高電圧レベルへと変換するよう機能する。これを実現するために、特定の電圧を端子26a、同26bへ供給することによって、コンデンサ30が充電される。コンデンサ30の電圧がスイッチ素子36の降伏電圧レベルに達するや否や、コンデンサ30は変圧器34の一次巻線を通じて放電される。例えば、800 Vの降伏電圧を備えた火花ギャップがスイッチ素子36として使われた場合、対応する電圧パルスが変圧器34の一次側で生成され、変圧器34の二次巻線で、例えば20 kVの高電圧パルスになる。この高電圧パルスが、ランプ10に供給される。]
[0025] 本発明は高圧変圧器34の構造、及び点孤モジュール20の構造に関する。図10に示された典型的な回路の他に、例えば国際特許公開公報WO 2006/079937及び米国特許公報US 6,624,596において開示され本願明細書で引用されている、種々異なる回路設計が使われてもよい。]
[0026] 図1乃至図6は、高圧変圧器34の第1の実施例を概観的な図で示している。これらの図は、変圧器の主要な構成要素を示すことを目的としているが、しかし縮尺通りに描かれてはいない点に留意する必要がある。図6から見える様に、変圧器34は、フェライトコア38を囲んで形成されたプラスチックの変圧器フレーム36を有する。当該変圧器フレーム36は、複数の（示された例においては、4箇所の）巻線区画42を互いに隔てている区画壁40と、軸方向の端部に形成された端部壁41と、を有する。変圧器フレームは絶縁性のプラスチック材料、好ましくはポリアミド（PA66）で作られ、例えば射出モールド成形によって作られる。]
[0027] 巻線区画42内に、二次巻線44が形成される。各巻線区画42内に、二次巻線44が、絶縁ワイヤの複数の巻回として形成される。軸方向に隣接する巻線区画42の巻線が、直列に接続される。二次巻線44を巻線区画42において分離することは、良好な絶縁性を実現し、寄生容量を減じるのを助ける。]
[0028] 変圧器34は、ランプのベース部14に集積化されることができる、点孤モジュール20の一部である。これ故、変圧器は、厳格な寸法要件を満たさねばならない。]
[0029] 例として、図1乃至図6で示されている変圧器は、30 mmの全長をもっている。各区画42は、およそ5 mmの幅をもっている。二次巻線44は、（コア径5 mmの）フェライトコアの周りに直径12 mmのコイルを形成するために、0.4 mmの直径のワイヤが巻回される。]
[0030] 変圧器34は、一方がリードフレーム46に接続される。当該リードフレーム46は、平坦な導電性のトラック48（図1で見えている）を有する。当該導電性のトラック48は、製造の間に、薄い金属シート、好ましくは銅から、型で打ち抜かれる。これらのトラックは、電気素子の接続端子を接続する導体として機能する。原理的に、従来のPCB（印刷回路基板）の導電性のトラック（パターン）と比較すると、リードフレーム46の導電性のトラック48は、少なくとも組立の間、担体基板に固定されてはいない。]
[0031] 変圧器フレーム36は、接続ピン50を用いてリードフレーム46に機械的に固定される。複数の接続ピン50が、平行配向で、一端をリードフレーム46の導電性のトラック48へ固定されて提供され、この固定は半田付け又は導電性の接着によって遂行されてもよいが、好ましくはレーザ溶接によって実現される。接続ピン50は、機械的に安定し、電気的に導通のある材料、好ましくは金属で作られる。図示された例では、接続ピン50は、0.6 mmの直径の銅のワイヤで作られている。当該ワイヤは、好ましくは円形又は正方形の断面であるが、しかし代替的に、概して矩形の断面形状のこともあり得る。]
[0032] 接続ピン50の中央部は、変圧器フレーム36のプラスチック材の中に埋められている。図6では、接続ピンは区画壁40の内部に、及び端部壁41のうちの1つの中に置かれている。したがって、接続ピン50は、少なくとも組み立ての間、リードフレーム46の導電性のトラック48を変圧器フレーム36に確実に取り付けるのに役立つ。]
[0033] 他方、接続ピン50は導体としても機能する。図示された例では、二次巻線が、端部壁41の1つに埋め込まれている接続ピン50へと、ワイヤ端43によって接続されている（図3）。したがって、二次巻線はリードフレームに電気的に接続されている。区画壁40に埋め込まれた接続ピン50は、変圧器34の一次巻線を形成するために用いられている。例えば図3に示すように、接続ピン50の反対側の端部は、リードフレーム46と反対側の変圧器側で、ワイヤ接続52によって接続されている。斜めに配置されたリードフレーム46の導電性のトラック48（図1）と共に、ワイヤ接続52及び接続ピン50は、概して螺旋形状をしている一次巻線を形成する。同じ区画壁40の、コア38の対向する側に埋め込まれた接続ピン50の各ペアは、一度は、もう一方の（相手方の）接続ピン50に対してまっすぐに（即ちコア38の長手方向に対して直交して）接続され、一度は、軸方向に隣接する区画壁40の接続ピン50に対して斜めに接続される。]
[0034] 例に示したように、斜めの導電性のトラック48をリードフレーム46に形成し、まっすぐなワイヤ接続52を反対側に形成する代わりに、斜めのワイヤ接続と、まっすぐなリードフレーム（図示せず）とによっても螺旋状の構成が実現されることが、当業者には勿論理解できる。]
[0035] 変圧器34は、このように、（区画42に巻回された）二次巻線と、コア38の周りに大体螺旋状の構成で巻回された（導電性のトラック48、接続ピン50、及びワイヤ接続52から成る）一次巻線との両方をもっている。一次巻線は、非常に限定された数のループ（図示された例では3つのループ）をもっているに過ぎない。使用された比較的厚い導体に起因して、一次巻線は、比較的高い電流を維持することができる。他方、二次巻線は、800 Vの一次電圧を20 kVの所望の二次電圧に変換するよう、必要とされる例えば50乃至100の巻線比を実現するための沢山のループを有する。]
[0036] 図7乃至図9は、変圧器134の代替の実施例を示す。第二の実施例による変圧器134は、大部分、第1の実施例の変圧器34に対応している。同じパーツが同じ数字で引用されている。以下では、複数の実施例間の違いのみが、更に説明されよう。]
[0037] 第1の実施例とは対照的に、第2の実施例では接続ピン50の反対側の端の間の接続が、第2のリードフレーム156によって成されている。第2のリードフレーム156は、第1の実施例のワイヤ接続52を置き換える、導電性のセグメント158を有する。繰り返すが、概して螺旋状の一次巻線の構成を実現するために、導電性の斜めのトラックが第1のリードフレーム46か、又は第2のリードフレーム156に形成され、同時に、まっすぐな相互接続が、反対側で次に形成される。リードフレームは大量生産に良く適しているので、好ましい第2の実施例が費用効果のある製造の長所を提供する。]
[0038] 上で説明された実施例による変圧器34が、独立型の電気部品、例えば上で説明された点孤回路の電気部品として用いられることができる一方、変圧器34は、好ましくは点孤モジュール20の一部である。当該点孤モジュール20は、更なる電気素子、即ち、コンデンサ30、抵抗器32、及びスイッチ素子36を有している。幾つかの、又は実に全ての、これらの更なる電気素子が、図12に示された点孤モジュール20を形成するために、リードフレーム46、同156の一方又は両方に固定され、全ての電気素子が、所望の回路（例えば図10、又は国際特許公開公報WO 2006/079937に記載の異なる回路）を形成するために電気的に接続され、更に確実に機械的に相互結合される。モジュール20の中央部は、ランプ10のバーナ用のスペースを残すために、電気部品をもつことはない。]
[0039] モジュール全体が、好ましくはポッティングされる、即ち、例えば自動車アプリケーションに適する機械的に安定な態様で部品を固定し、高い点孤電圧に対して適切な電気的な絶縁性を更に提供するよう、ポッティング用のコンパウンド、例えばエポキシ樹脂又はシリコンで埋められる。]
[0040] 本発明が、図及び前述の説明にて詳細に例示され、説明された。斯様な例示及び説明は、図示のため又は典型例であり、拘束性はないと看做されるべきであり、本発明が、開示された実施例に限定されることはない。]
[0041] 請求項において、単語「有する」が他の要素を除外することはなく、不定冠詞「a」又は「an」が複数を除外することはない。特定の手段が相互に異なる従属請求項において列挙されているという単なる事実は、これらの手段の組合せが有効に使われることができないことを示してはいない。請求項中のいかなる引用符号も、範囲を限定するものとして解釈されてはならない。]

权利要求:

請求項1
高圧変圧器であって、−強磁性体から作られた細長いコアと、−プラスチック材から作られ、前記コアの長手方向に対して直交する複数の区分壁を有する変圧器フレームと、−前記コアの周りに巻回された導線を有する二次巻線であって、前記区分壁によって分割された複数の巻線セグメントを有する二次巻線と、−少なくとも一巻きを前記コアの周りに形成するよう接続された複数の導体セグメントを有し、当該複数の導体セグメントのうちの少なくとも1つが、前記区分壁のうちの１つの中にモールド成形された接続ピンである一次巻線と、を有する、高圧変圧器。
請求項2
前記導体セグメントは複数の接続ピンを含んでおり、当該複数の接続ピンの各々が前記区分壁の1つにモールド成形されていて、前記接続ピンが、前記コアの周りに少なくとも1回は巻回された一次巻線が形成されるよう、互いに接続されている、請求項１に記載の変圧器。
請求項3
前記接続ピンが、実質的に円形又は正方形の断面形状をもつ、請求項１又は２に記載の変圧器。
請求項4
請求項１乃至３の何れか一項に記載の変圧器と、複数の平坦な導体を同一平面内に有する第1のリードフレームと、を有する放電ランプ用点孤モジュールであって、前記一次巻線と二次巻線とが、当該導体へ電気的に接続されており、前記第１のリードフレームを前記変圧器に機械的に固定するよう、前記接続ピンが前記第1のリードフレームに取り付けられている、放電ランプ用点孤モジュール。
請求項5
前記複数の平坦な導体を同一平面内に有する第2のリードフレームを更に有し、前記変圧器が、前記1のリードフレームと当該第2のリードフレームとの間にあり、前記接続ピンの少なくとも1つが、前記第2のリードフレームに取り付けられている、請求項４に記載のモジュール。
請求項6
前記区分壁内に、各々がモールド成形された複数の接続ピンが設けられ、前記接続ピンは、前記第1のリードフレーム及び前記第2のリードフレームの前記平坦な導体に、当該接続ピンの両端が取り付けられ、前記コアの周りに少なくとも1回は巻回された前記一次巻線が形成されるよう、前記導体が前記接続ピンを結合する、請求項５に記載のモジュール。
請求項7
少なくとも1つの更なる電気素子が、前記リードフレームと電気的に接続され、機械的に固定されて、前記更なる電気素子が、電圧スイッチ素子、抵抗器、又はコンデンサの中の少なくとも1つである、請求項４乃至６の何れか一項に記載のモジュール。