DE4107263A1 - Elektrodenlose entladungslampe hoher intensitaet, anregungsspule dafuer sowie verfahren zu deren herstellung - Google Patents

Elektrodenlose entladungslampe hoher intensitaet, anregungsspule dafuer sowie verfahren zu deren herstellung

Info

Publication number
DE4107263A1
DE4107263A1 DE4107263A DE4107263A DE4107263A1 DE 4107263 A1 DE4107263 A1 DE 4107263A1 DE 4107263 A DE4107263 A DE 4107263A DE 4107263 A DE4107263 A DE 4107263A DE 4107263 A1 DE4107263 A1 DE 4107263A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
coil
trapezoid
excitation coil
parallel side
turns
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE4107263A
Other languages
English (en)
Other versions
DE4107263C2 (de
Inventor
George Albert Farrall
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
General Electric Co
Original Assignee
General Electric Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US07/493,266 external-priority patent/US5039903A/en
Application filed by General Electric Co filed Critical General Electric Co
Publication of DE4107263A1 publication Critical patent/DE4107263A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE4107263C2 publication Critical patent/DE4107263C2/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J9/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture, installation, removal, maintenance of electric discharge tubes, discharge lamps, or parts thereof; Recovery of material from discharge tubes or lamps
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F41/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
    • H01F41/02—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets
    • H01F41/04—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets for manufacturing coils
    • H01F41/10—Connecting leads to windings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F41/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
    • H01F41/02—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets
    • H01F41/04—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets for manufacturing coils
    • H01F41/12—Insulating of windings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J65/00—Lamps without any electrode inside the vessel; Lamps with at least one main electrode outside the vessel
    • H01J65/04—Lamps in which a gas filling is excited to luminesce by an external electromagnetic field or by external corpuscular radiation, e.g. for indicating plasma display panels
    • H01J65/042—Lamps in which a gas filling is excited to luminesce by an external electromagnetic field or by external corpuscular radiation, e.g. for indicating plasma display panels by an external electromagnetic field
    • H01J65/048—Lamps in which a gas filling is excited to luminesce by an external electromagnetic field or by external corpuscular radiation, e.g. for indicating plasma display panels by an external electromagnetic field the field being produced by using an excitation coil
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49002—Electrical device making
    • Y10T29/4902—Electromagnet, transformer or inductor

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Discharge Lamps And Accessories Thereof (AREA)
  • Circuit Arrangements For Discharge Lamps (AREA)

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf elektrodenlose Entladungslampen hoher Intensität (HID- Lampen). Mehr im besonderen bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine hochwirksame Anregungsspule für eine HID-Lampe, die eine optimierte Konfiguration aufweist, die zu einer minimalen Blockierung der Lichtabgabe aus der Lampe führt.
Bei einer Entladungslampe hoher Intensität emittiert ein Medium aus einem unter hohem Druck stehenden ionisierbarem Gas, wie Quecksilber- oder Natriumdampf, sichtbare Strahlung, wenn eine Anregung erfolgt, die üblicherweise durch den Durchgang eines hochfrequenten Stromes durch das Gas verursacht wird. Eine Klasse von HID-Lampen umfaßt elektrodenlose Lampen, die eine Bogenentladung durch Erzeugen eines solenoidalen elektrischen Feldes in einer unter hohem Druck stehenden gasförmigen Lampenfüllung erzeugen. Im besonderen wird die Lampenfüllung oder das Entladungsplasma durch einen hochfrequenten Strom in einer Anregungsspule, die ein Entladungsrohr umgibt, angeregt. Die Einheit aus Entladungsrohr und Anregungsspule wirkt im wesentlichen als ein Transformator, der hochfrequente Energie in das Plasma koppelt. Das bedeutet, daß die Anregungsspule als eine primäre Spule und das Plasma als eine einzige Windung aufweisende Sekundärspule wirkt. Hochfrequenter Strom in der Anregungsspule erzeugt ein sich änderndes Magnetfeld, das seinerseits ein elektrisches Feld in dem Plasma erzeugt, das vollständig in sich selbst geschlossen ist, d. h. ein solenoidales elektrisches Feld ist. Das Ergebnis dieses elektrischen Feldes ist ein Strom, der zu einer ringförmigen Bogenentladung in dem Entladungsrohr führt.
Für einen wirksamen Lampenbetrieb darf die Anregungsspule nicht nur eine genügende Kopplung in das Entladungsplasma aufweisen, sondern sie muß auch einen geringen Widerstand und eine kleine Größe haben. Eine praktische Spulenkonfiguration vermeidet weitestmöglich die Blockierung des Lichtes durch die Spule und maximiert so die Lichtabgabe. Eine solche Spulenkonfiguration ist in der US-PS 48 12 702 beschrieben, auf die hiermit Bezug genommen wird. Die Anregungsspule nach dieser US-PS weist mindestens eine Windung eines Leiters auf, die allgemein auf der Oberfläche eines Ringes mit einem im wesentlichen rhomboiden oder V-förmigen Querschnitt auf jeder Seite einer Spulenmittellinie angeordnet ist. Eine andere beispielhafte Spulenkonfiguration ist in der US-PS 48 94 591 beschrieben, auf die hiermit Bezug genommen wird. In dieser letztgenannten US-PS ist eine invertierte Anregungsspule beschrieben, die erste und zweite solenoidale gewickelte Spulenabschnitte umfaßt, wobei jeder dieser Abschnitte auf der Oberfläche eines imaginären Kegels angeordnet ist, dessen Scheitel innerhalb des Entladungsrohres oder innerhalb des Volumens des anderen Spulenabschnittes angeordnet ist.
Während des Betriebes einer HID-Lampe nimmt der Spulenwiderstand mit zunehmender Temperatur der Anregungsspule zu, was zu höheren Spulenverlusten führt. Um daher die Spuleneffizienz zu erhöhen, ist die Anregungsspule einer HID-Lampe üblicherweise mit einer Wärmesenke gekoppelt, um während des Lampenbetriebes überschüssige Wärme von der Anregungsspule zu entfernen. Eine solche Wärmefalle kann z. B. wärmeabstrahlende Rippen umfassen, die mit dem Vorschaltgerät gekoppelt sind, das zur Lieferung von hochfrequenter Leistung an die Lampe benutzt wird, wie in der US-PS 49 10 439 beschrieben, auf die hiermit Bezug genommen wird.
Obwohl die vorbeschriebenen Anregungsspulen-Konfigurationen für HID-Lampen für viele Beleuchtungsanwendungen geeignet sind, ist es doch erwünscht, eine Anregungsspule zu schaffen, die eine noch höhere Effizienz hat, z. B. von mehr als 90%, während sie wirksam die Wärme von der Spule entfernt und eine minimale Blockierung des von der Lampe kommenden Lichtes verursacht.
Es ist somit eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine hochwirksame Anregungsspule für eine elektrodenlose HID- Lampe zu schaffen, die eine optimierte Konfiguration aufweist, die die Blockierung des Lichtes der Lampe so weit als irgend möglich vermeidet. Weiter soll eine hochwirksame Anregungsspule für eine elektrodenlose HID-Lampe geschaffen werden, die eine wirksame Einrichtung zur Entfernung von Wärme von der Spule aufweist, ohne daß die Lichtabgabe der Lampe vermindert wird.
Eine weitere Aufgabe ist die Schaffung eines Verfahrens zum Herstellen einer hochwirksamen Anregungsspule für eine elektrodenlose HID-Lampe.
Diese und andere Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden durch eine neue und verbesserte Anregungsspule für eine elektrodenlose HID-Lampe gelöst, die eine sehr hohe Wirksamkeit hat und nur eine minimale Blockierung des Lichtes der Lampe verursacht. Zu diesem Zweck ist die Spulenkonfiguration hinsichtlich des Kopplungskoeffizienten zwischen der Spule und der Bogenentladung sowie hinsichtlich des Qualitätsfaktors Q der Spule optimiert. Die Gesamtgestalt der Anregungsspule der vorliegenden Erfindung ist allgemein die einer Oberfläche, die gebildet ist durch Rotieren eines zweiseitig symmetrischen Trapezes um eine Mittellinie, die in der gleichen Ebene wie das Trapez angeordnet ist, dieses jedoch nicht schneidet. Die beiden parallelen Seiten des Trapezes haben eine unterschiedliche Länge, wobei die kürzere Seite zum Zentrum der Spulenoberfläche hin angeordnet ist. Vorzugsweise sind die Ecken des Trapezes abgerundet. Obwohl die Anzahl der Spulenwindungen in Abhängigkeit von der jeweiligen besonderen Anwendung variiert werden kann, bleibt gemäß der Erfindung die Gesamtgestalt gleich. In einer alternativen Ausführungsform ist der allgemein trapezförmige Querschnitt durch Hinzufügen eines Abschnittes mit rechteckigen Querschnitt am äußeren Abschnitt der Spule modifiziert, so daß die längere der beiden parallelen Seiten des Trapezes mit einer der Seiten des Rechteckes zusammenfällt, was zu einer größeren Querschnittsfläche und zu einer wirksameren Wärmeabführung von der Anregungsspule führt, ohne daß mehr Licht blockiert wird.
Eine Anregungsspule nach der vorliegenden Erfindung kann hergestellt werden, indem man die Spulenwindungen separat gießt und sie miteinander verbindet, indem man ein Verbindungsteil zwischen jeder der Windungen hartlötet. Es werden dann in die Windungen Schlitze eingebracht, um sie elektrisch in Reihe zu verbinden. Alternativ kann ein entsprechender Abschnitt aus jeder Spulenwindung herausgeschnitten werden, so daß ein einzelnes festes Verbindungsteil mit den Spulenanschlüssen, die damit verbunden sind, zwischen die Spulenwindungen hart gelötet werden kann. Dann bringt man in das Verbindungsteil Schlitze ein, so daß die Spulenwindungen elektrisch in Reihe geschaltet sind.
Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Im einzelnen zeigen:
Fig. 1A eine teilweise schematische Ansicht eines HID- Lampensystems mit einer Draufsicht auf eine elektrodenlose HID-Lampe, die eine aus einer einzigen Windung bestehende Anregungsspule hoher Effizienz gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet;
Fig. 1B eine isometrische Ansicht, der aus einer einzigen Windung bestehenden Anregungsspule und des Entladungsrohres der Fig. 1A;
Fig. 1C eine Querschnittsansicht der aus einer einzigen Windung bestehenden Anregungsspule der Fig. 1A längs der Linie 1C-1C;
Fig. 2 eine graphische Darstellung des Qualitätsfaktors Q der Anregungsspule in Abhängigkeit vom Konturwinkel R für eine konstante Querschnittsfläche, die für das Verstehen der vorliegenden Erfindung brauchbar ist;
Fig. 3A eine teilweise schematische Ansicht eines HID- Lampensystems mit einer Draufsicht einer HID-Lampe, die eine aus zwei Windungen bestehende Anregungsspule hoher Effizienz gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung benutzt;
Fig. 3B eine isometrische Ansicht der aus zwei Windungen bestehenden Anregungsspule nach Fig. 3A;
Fig. 3C eine Querschnittsansicht der aus zwei Windungen bestehenden Anregungsspule der Fig. 3A längs der Linie 3C-3C;
Fig. 3D eine isometrische Querschnittsansicht der aus zwei Windungen bestehenden Anregungsspule der Fig. 3B längs der Linie 3D-3D;
Fig. 4 eine isometrische Querschnittsansicht einer aus zwei Windungen bestehenden Anregungsspule gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 5A eine isometrische Querschnittsansicht einer aus zwei Windungen bestehenden Anregungsspule gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 5B den Leiter, der in der Anregungsspule nach Fig. 5A benutzt wird, um die Spulenwindungen in Reihe zu verbinden;
Fig. 6 eine isometrische Querschnittsansicht einer aus zwei Windungen bestehenden Anregungsspule gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 7 eine Querschnittsansicht einer aus drei Windungen bestehenden Anregungsspule gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 8 eine Querschnittsansicht einer aus vier Windungen bestehenden Anregungsspule gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 9A eine isometrische Ansicht einer anderen Ausführungsform der aus zwei Windungen bestehenden Anregungsspule nach den Fig. 3A-3D und
Fig. 9B eine Querschnittsansicht der aus zwei Windungen bestehenden Anregungsspule der Fig. 9A längs der Linie 6B-6B.
Die Fig. 1A bis 1C veranschaulichen ein elektrodenloses HID-Lampensystem 10, das eine aus einer Windung bestehende Anregungsspule 12 benutzt, die gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Entladungsrohr 14 umgibt. Das Entladungsrohr besteht vorzugsweise aus einem hochtemperatur-beständigem Glas, wie geschmolzenem Quarz oder einer optisch durchlässigen Keramik, wie polykristallinem Aluminiumoxid. Beispielhaft und der Klarheit der Darstellung wegen ist das Entladungsrohr 14 mit einer kugelförmigen Gestalt dargestellt. Es können jedoch auch Entladungsrohre mit anderen Gestalten in Abhängigkeit von der Anwendung erwünscht sein. So kann z. B. das Entladungsrohr 14 die Gestalt eines kurzen Zylinders oder einer "Pillenschachtel" mit abgerundeten Kanten haben, wenn dies erwünscht ist, wie in der US-PS 48 10 938 dargestellt und beschrieben, auf die hiermit Bezug genommen wird. Wie in dieser letztgenannten PS erläutert, fördert eine solche Struktur mehr einen isothermen Betrieb und vermindert so thermische Verluste und erhöht die Effizienz. Das Entladungsrohr 14 enthält eine Füllung, in der während des Lampenbetriebes eine solenoidale Bogenentladung angeregt wird. Eine geeignete Füllung, wie sie in der vorgenannten US-PS 48 10 938 beschrieben ist, umfaßt ein Natriumhalogenid, ein Cerhalogenid und Xenon, die in Gewichtsanteilen kombiniert sind, um eine sichtbare Strahlung mit hohem Wirkungsgrad und einer guten Farbwiedergabe bei den Farbtemperaturen des weißen Lichtes zu erzeugen. Eine solche Füllung kann nach der zuletzt genannten US-PS Natriumjodid und Cerchlorid in gleichen Gewichtsanteilen in Kombination mit Xenon bei einem Partialdruck von etwa 66500 Pa (entsprechend 500 Torr) umfassen. Eine andere geeignete Füllung ist in der US-PS 49 72 120 beschrieben, auf die hiermit Bezug genommen wird. Die Füllung der letztgenannten US-PS umfaßt eine Kombination eines Lanthanhalogenids, eines Natriumhalogenids, eines Cerhalogenids und Xenon oder Krypton als Puffergas. Beispeilsweise kann eine solche Füllung eine Kombination von Lanthanjodid, Natriumjodid, Cerjodid und Xenon mit einem Partialdruck von etwa 33250 PA (entsprechend 250 Torr) umfassen.
Wie in Fig. 1A veranschaulicht, wird eine hochfrequente Leistung durch ein Hochfrequenz-Vorschaltgerät 16 über eine Anregungsspule 12, die mit der Lampe gekoppelt ist, an die HID-Lampe angelegt. Eine Einrichtung 18 zur Wärmeabführung ist thermisch gekoppelt mit Spule 12 und Vorschaltgerät 16 gezeigt, um Wärme von der Anregungsspule 12 zu entfernen. Während des Betriebes resultiert der hochfrequente Strom in der Spule 12 in einem sich ändernden Magnetfeld, das innerhalb des Entladungsrohres 14 ein elektrisches Feld erzeugt, das vollständig in sich selbst geschlossen ist. Als Ergebnis dieses solenoidalen elektrischen Feldes fließt ein Strom durch die Füllung innerhalb des Entladungsrohres 14 und erzeugt eine ringförmige Bogenentladung darin.
Geeignete Betriebsfrequenzen für das hochfrequente Vorschaltgerät 16 liegen im Bereich von 1-30 MHz, wobei eine beispielhafte Betriebsfrequenz 13, 56 MHz hat.
Ein geeignetes Vorschaltgerät 16 ist in der anhängigen US- Patentanmeldung mit der Serial-Nummer 4 72 144 vom 30. Januar 1990 beschrieben, auf die hiermit Bezug genommen wird. Das Lampen-Vorschaltgerät der vorgenannten US- Patentanmeldung ist ein sehr wirksames Vorschaltgerät, das einen Leistungsverstärker der Klasse D und abgestimmtes Netzwerk umfaßt. Das abgestimmte Netzwerk schließt ein abstimmendes integriertes Kondensatornetzwerk und eine Wärmefalle bzw. ein Kühlblech ein. Im besonderen sind ein Reihen/blockierender-Kondensator und ein paralleler abstimmender Kondensator dadurch integriert, das sie eine gemeinsame Kondensatorplatte aufweisen. Darüber hinaus umfassen die Metallplatten des parallelen abstimmenden Kondensators wärmeabführende Ebenen einer Wärmesenke, die dazu benutzt wird, Überschußwärme von der Anregungsspule der Lampe zu entfernen. Alternativ schließt ein geeignetes Lampen-Vorschaltgerät für eine elektrodenlose HID-Lampe, wie es in der vorgenannten US-Patentanmeldung beschrieben ist, ein Netzwerk von Kondensatoren ein, das sowohl zur Impedanzanpassung als auch zur Wärmeabführung benutzt wird. Im besonderen hat ein Paar parallel geschalteter Kondensatoren große Platten, die dazu benutzt werden, die von Anregungsspule und Entladungsrohr erzeugte Wärme abzuführen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Konfiguration der Anregungsspule 12 optimiert, um die Spulenwirksamkeit ESpule zu maximieren und das Blockieren von Licht durch die Spule zu minimieren. Zu diesem Zwecke ist die Spulenkonfiguration hinsichtlich des Qualitätsfaktors Q und des Kopplungskoeffizienten k zwischen Spule 12 und Bogenentladung gemäß der folgenden Gleichung optimiert:
worin α eine Konstante ist, deren Wert von der Größe des Entladungsrohres 14 abhängt. Der vorstehenden Gleichung läßt sich entnehmen, das die Spulenwirksamkeit ESpule durch Maximieren des Produktes k2Q maximiert wird. Die optimale Spulenkonfiguration wird so durch einen iterativen bzw. wiederholten Prozess erhalten.
Eine aus einer einzigen Windung bestehende Anregungsspule mit einer optimierten Konfiguration gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in der Draufsicht der Fig. 1A, der isometrischen Ansicht der Fig. 1B und im Querschnitt in Fig. 1C gezeigt. Die Gesamtgestalt der Anregungsspule ist allgemein die einer Oberfläche, die gebildet wird durch Rotieren eines zweiseitig symmetrischen Trapezes um eine Mittellinie, die in der gleichen Ebene angeordnet ist, wie das Trapez, die das Trapez jedoch nicht schneidet. Die beiden parallelen Seiten des Trapezes haben eine ungleiche Länge, wobei die kürzere Seite zur Mittellinie angeordnet ist. Vorzugsweise sind die Ecken des Trapezes abgerundet. In Fig. 1C ist die Mittellinie der Spule als Z - Achse bezeichnet, während die X - Achse senkrecht dazu dargestellt ist und die aus einer Windung bestehende Spule zweimal schneidet. Der innere Radius der Anregungsspule erstreckt sich entlang der X - Achse von der Mittellinie bis zur kürzeren Seite des Trapezes, und er ist als R1 bezeichnet. Der Außenradius erstreckt sich entlang der X - Achse von der Mittellinie zur Außenkante der Spule, und er ist als R2 bezeichnet. Entlang der Z - Achse oder Mittellinie ist der Abstand von der X - Achse bis zur Innenkante der Spule h1 bezeichnet, während der Abstand X - Achse zur Außenkante der Spule als h2 bezeichnet ist.
Fig. 2 ist eine graphische Darstellung des Qualitätsfaktors Q der Anregungsspule in Abhängigkeit vom Konturwinkel für eine konstante Querschnittsfläche A wobei der Konturwinkel R definiert ist als der Winkel, der bestimmt ist durch die Neigung jeder der nicht parallelen Seiten des Trapezes. Wie in Fig. 2 gezeigt, ist der Qualitätsfaktor Q ein Maximum für R=28° für die gewählte konstante Querschnittsschwäche A. Für den Konturwinkel R=28° ist der Querschnitt der optimierten Spulenkonfiguration daher durch die folgenden Verhältnisse definiert:
und
worin R die Höhe des Trapezes repräsentiert und durch die Gleichung R=R2-R1 definiert ist. Zur Erzielung der maximalen Spuleneffizienz mit einer Anregungsspule der Querschnittsfläche A werden die vorgenannten Verhältnisse konstant gehalten, während der innere und äußere Radius der Anregungsspule in Abhängigkeit von der Größe des Entladungsrohres variiert werden kann.
Die Prinzipien der vorliegenden Erfindung sind auf Anregungsspulen mit irgendeiner Anzahl von Windungen anwendbar. So ist z. B. eine zwei Windungen aufweisende Anregungsspule 20 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in den Fig. 3A-3D veranschaulicht. Die Querschnittsfläche und der Konturwinkel sind im wesentlichen die gleichen wie bei der vorbeschriebenen Spule mit einer Windung. Die beiden Windungen der Spule sind durch einen Spalt 22 voneinander getrennt, der z. B. bis zu etwa 4 mm für ein Entladungsrohr breit ist, das einen Bogendurchmesser von etwa 12 mm hat, das heißt entsprechend α=0,3.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die zwei Windungen aufweisende Anregungsspule gebildet durch separates Gießen der beiden Spulenwindungen, die jeweils einen Anschluß 23 einschließen und durch deren Verbinden, indem man ein dreieckiges Leiterstück 24 (in den Fig. 3A und 3D gezeigt) dazwischen hartlötet. Schließlich wird ein Schlitz 26 in jedem der Windungsgießkörper hergestellt, um die Windungen elektrisch in Reihe zu verbinden. Es können andere, in geeigneter Weise konfigurierte Leiter benutzt werden, um die separat gegossenen Spulenwindungen miteinander zu verbinden. So wird z. B., wie in Fig. 4 gezeigt, ein rechteckiges Leiterstück 124 zwischen die Spulenwindungen hartgelötet, wobei Schlitze 126 dessen Kontur folgen, um die Spulenwindungen elektrisch in Reihe zu verbinden. Wie in den Fig. 5A und 5B veranschaulicht, kann in einer anderen alternativen Ausführungsform ein Verbindungsleiter 224 in einer akkordeonartigen Weise gefaltet und dann zwischen die Spulenwindungen hartgelötet werden. Es werden Schlitze 226 in die Spulenwindungen eingebracht, um sie elektrisch in Reihe zu schalten. Bei einem in Fig. 6 veranschaulichten anderen Verfahren wird ein entsprechender Abschnitt von jeder Spulenwindung entfernt, und es wird ein einzelnes festes Verbindungsteil 250, das Anschlüsse 23 einschließt, in den Spalt hart­ gelötet, der durch das Entfernen des entsprechenden Abschnittes von jeder Spulenwindung gebildet wurde. Diagonale Schlitze 256 werden dann in das Verbindungsteil eingebracht, um die Spulenwindungen in Reihe zu verbinden. Wie der Fachmann ohne weiteres erkennt, kann irgendeines der hier beschriebenen Verfahren zum Herstellen einer Anregungsspule nach der vorliegenden Erfindung dazu benutzt werden, Spulen zu konstruieren, die irgendeine Anzahl von Windungen aufweisen.
Die Fig. 7 und 8 sind Querschnittsansichten von Anregungsspulen mit 3 bzw. 4 Windungen gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung. Im besonderen sind die Querschnittsfläche und der Konturwinkel R im wesentlichen gleich für die Dreiwindungs- und Vierwindungs-Spulen wie bei der Einwindungs-Spule der Fig. 1 und den Zweiwindungs- Spulen der Fig. 3-6. Die Spulenwindungen sind in einer Weise in Reihe miteinander verbunden, wie es im Zusammenhang mit den Zweiwindungs-Spulen der Fig. 3-6 oben erläutert wurde.
In den Fig. 1 und 3-8 sind die Anregungsspulen jeweils als aus festem Metall zusammengesetzt dargestellt. Da die Anregungsspulen bei HID-Lampen jedoch üblicherweise bei hohen Frequenzen arbeiten, werden die Spulenströme im wesentlichen innerhalb einer Randzonentiefe der Spulenoberfläche getragen. Bei 13,56 MHz beträgt die Randzonentiefe von Kupfer etwa nur 0,025 mm. Wenn daher der Spulenkern nicht erforderlich ist, um Wärme von der Spule zu entfernen, daß heißt, wenn ein anderes Verfahren der Wärmeabfuhr benutzt wird, dann kann die Anregungsspule als hohle Struktur hergestellt werden, z. B. durch Gießen, Schleudern oder elektrische Abscheidung eines leitenden Materials auf eine Form. Für eine so konstruierte Spule kann die Wärmeabfuhr z. B. durch zirkulierendes Wasser erfolgen, wie es im Stande der Technik an sich bekannt ist. Eine alternative Ausführungsform einer Anregungsspule mit einer leitenden Oberfläche über einem leitenden Kern gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in den Fig. 9A und 9B gezeigt. Zur Illustration ist die alternative Ausführungsform der Fig. 9A und 9B für eine zwei Windungen aufweisende Anregungsspule gezeigt. Der Spulenquerschnitt ist mit Bezug auf den der Fig. 3 bis 7 dadurch vergrößert worden, daß man einen rechteckigen Abschnitt 30 zum im wesentlichen strapezförmigen Querschnitt am äußeren Abschnitt der Spule hinzugefügt hat. Als Ergebnis wird Wärme rascher von der Spule entfernt, ohne daß zusätzliches Licht von der Lampe blockiert wird.

Claims (19)

1. Verfahren zum Herstellen einer Anregungsspule für eine elektrodenlose Entladungslampe hoher Intensität, wobei die Spule mindestens zwei Spulenwindungen aufweist, umfassend:
separates Gießen jeder Spulenwindung, so daß die Anregungsspule eine leitende Oberfläche einer Gestalt hat, die bestimmt ist durch Rotieren eines im wesentlichen zweiseitig symmetrischen Trapezes um eine Mittelinie, die das Trapez nicht schneidet, wobei das Tapez eine relativ kurze parallele Seite und eine relativ lange parallele Seite hat und die kurze parallele Seite zur Mittellinie hin angeordnet ist, um die innere Oberfläche der Spule zu bilden;
Hartlöten eines leitenden Teiles zwischen jede Spulenwindung und
Schneiden eines Schlitzes in jede Spulenwindung, um die Spulenwindungen elektrisch in Reihe miteinander zu koppeln.
2. Verfahren nach Anspruch 1, worin die Gießstufe weiter einschließt das Bilden eines Anschlußes auf zweien der genannten Spulenwindungen, wobei die Anschlüsse mit einer hochfrequenten Leistungszufuhr gekoppelt werden können.
3. Verfahren nach Anspruch 1, worin die Stufe des Gießens weiter das Ausbilden des Trapezes mit abgerundeten Ecken einschließt.
4. Verfahren nach Anspruch 1, worin die Stufe des Gießens weiter das Bilden des genannten Trapezes mit einer Höhe R, einer kurzen parallelen Seite mit einer Länge 2h1, einer langen parallelen Seite mit einer Länge 2h2 einschließt und der Querschnitt der Anregungsspule so bestimmt ist, daß: und
5. Verfahren zum Herstellen einer Anregungsspule für eine elektrodenlose Entladungslampe hoher Intensität, wobei die Spule mindestens zwei Windungen aufweist, umfassend:
Gießen der Spulenwindungen, so daß die Anregungsspule eine leitende Oberfläche mit einer Gestalt umfaßt, die bestimmt ist durch Rotieren eines im wesentlichen zweiseitig symmetrischen Trapezes um eine Mittellinie, die das Trapez nicht schneidet, wobei das Trapez eine relativ kurze parallele Seite zur Mittellinie hin angeordnet ist, um die innere Oberfläche der Spule zu bilden;
Entfernen eines entsprechenden Abschnittes aus jeder der Spulenwindungen, um entsprechende Spalte zu bilden;
Hartlöten eines leitenden Teiles an die Spulenwindungen, um die genannten Spalte auszufüllen und
Schneiden diagonaler Schlitze in das leitende Teil, um die Spulenwindungen elektrisch in Reihe zu verbinden.
6. Verfahren nach Anspruch 5, worin das leitende Teil zwei Anschlüsse zum Koppeln der Spule mit einer hochfrequenten Leistungszufuhr einschließt.
7. Verfahren nach Anspruch 5, worin das Trapez eine Höhe R, die kurze parallele Seite eine Länge 2h1 und die lange parallele Seite eine Länge 2h2 hat und der Querschnitt der Anregungsspule derart bestimmt ist, daß: und
8. Verfahren nach Anspruch 1 oder 5, weiter umfassend die Schaffung von wärmeleitenden Einrichtungen, die im wesentlichen innerhalb der leitenden Oberfläche enthalten sind, um Wärme von der Anregungsspule zu entfernen.
9. Verfahren nach Anspruch 8, worin die Stufe des Schaffens wärmeleitender Einrichtungen das Anordnen der leitenden Oberfläche auf einem wärmeleitenden Kern umfaßt.
10. Anregungsspule zum Anregen einer Bogenentladung in einer elektrodenlosen Entladungslampe hoher Intensität, umfassend:
eine leitende Oberfläche, die so konfiguriert ist, daß sie mindestens eine Spulenwindung bildet und daß sie eine Gestalt hat, die bestimmt ist durch Rotieren eines im wesentlichen zweiseitig symmetrischen Trapezes um eine Mittellinie, die das Trapez nicht schneidet, wobei das Trapez eine relativ kurze parallele Seite und eine relativ lange parallele Seite hat und die kurze parallele Seite zur Mittellinie hin angeordnet ist, um die innere Oberfläche der Spule zu bilden und
eine Einrichtung zum Koppeln der Anregungsspule mit einer hochfrequenten Leistungsquelle.
11. Elektrodenlose Entladungslampe hoher Intensität, umfassend:
ein lichtdurchlässiges Entladungsrohr zur Aufnahme einer Füllung;
eine Anregungsspule, die um das Entladungsrohr herum angeordnet ist, um eine Bogenentladung in der Füllung anzuregen, wobei die Anregungsspule eine leitende Oberfläche umfaßt, die so konfiguriert ist, daß sie mindestens eine Spulenwindung bildet und daß sie eine Gestalt hat, die bestimmt ist durch Rotieren eines im wesentlichen zweiseitig symmetrischen Trapezes um eine Mittellinie, die das Trapez nicht schneidet, wobei das Trapez eine relativ kurze parallele Seite und eine relativ lange Seite hat und die kurze parallele Seite zur Mittellinie hin angeordnet ist, um die innere Oberfläche der Spule zu bilden und
eine Einrichtung zum Koppeln der Anregungsspule mit einer hochfrequenten Leistungszufuhr.
12. Gegenstand nach Anspruch 10 oder 11, bei dem das Trapez abgerundete Ecken hat.
13. Gegenstand nach Anspruch 10 oder 11, bei dem das Trapez eine Höhe R, die kurze parallele Seite eine Länge h1 und die lange parallele Seite eine Länge h2 hat und der Querschnitt der Anregungsspule so bestimmt ist, daß: und
14. Gegenstand nach Anspruch 10 oder 11, worin die leitende Oberfläche so konfiguriert ist, daß sie mindestens zwei Windungen bildet, die elektrisch in Reihe verbunden sind.
15. Gegenstand nach Anspruch 10 oder 11, weiter umfassend eine wärmeleitende Einrichtung, die im wesentlichen innerhalb der leitenden Oberfläche enthalten ist, um Wärme von der Anregungsspule zu entfernen.
16. Lampe nach Anspruch 15, worin die wärmeleitende Einrichtung einen wärmeleitenden Kern umfaßt, auf dem die leitende Oberfläche angeordnet ist.
17. Lampe nach Anspruch 15, worin die leitende Oberfläche weiter einen rechteckigen Abschnitt umfaßt, der auf der langen parallelen Seite des Trapezes angeordnet ist, so daß die lange parallele Seite mit einer Seite des rechteckigen Abschnittes zusammenfällt, die Gestalt der Spule weiter bestimmt ist durch Rotieren des rechteckigen Abschnittes um die Mittellinie und die wärmeleitende Einrichtung einen wärmeleitenden Kern umfaßt, auf dem die leitende Oberfläche angeordnet ist.
18. Lampe nach Anspruch 17, worin die Anregungsspule weiter abgerundete Kanten umfaßt.
19. Lampe nach Anspruch 17, worin die leitende Oberfläche so konfiguriert ist, daß sie zumindest zwei Windungen bildet, die elektrisch in Reihe verbunden sind.
DE4107263A 1990-03-14 1991-03-07 Anregungsspule fuer eine elektrodenlose entladungslampe, verfahren zu deren herstellung und elektrodenlose entladungslampe Expired - Fee Related DE4107263C2 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US07/493,266 US5039903A (en) 1990-03-14 1990-03-14 Excitation coil for an electrodeless high intensity discharge lamp
US07/554,496 US5042139A (en) 1990-03-14 1990-07-19 Method of making an excitation coil for an electrodeless high intensity discharge lamp

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE4107263A1 true DE4107263A1 (de) 1991-09-19
DE4107263C2 DE4107263C2 (de) 1993-11-04

Family

ID=27051020

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE4107263A Expired - Fee Related DE4107263C2 (de) 1990-03-14 1991-03-07 Anregungsspule fuer eine elektrodenlose entladungslampe, verfahren zu deren herstellung und elektrodenlose entladungslampe

Country Status (5)

Country Link
US (1) US5042139A (de)
JP (1) JP2606976B2 (de)
CA (1) CA2036817C (de)
DE (1) DE4107263C2 (de)
NL (1) NL9100097A (de)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5214357A (en) * 1991-11-14 1993-05-25 General Electric Company Low-loss l-c drive circuit for an electrodeless high intensity discharge lamp
EP0612099B1 (de) * 1993-02-16 1996-09-25 Koninklijke Philips Electronics N.V. Elektrodenlose Hochdruckentladungslampe
US5619103A (en) * 1993-11-02 1997-04-08 Wisconsin Alumni Research Foundation Inductively coupled plasma generating devices
US6137237A (en) * 1998-01-13 2000-10-24 Fusion Lighting, Inc. High frequency inductive lamp and power oscillator
US5952784A (en) * 1998-08-28 1999-09-14 General Electric Company Electrodeless high intensity discharge lamps
US20100109831A1 (en) * 2008-10-31 2010-05-06 General Electric Company Induction coil without a weld
US9299527B2 (en) * 2012-12-27 2016-03-29 Chang Gung University Gas discharge tubes for surcharge suppression

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4812702A (en) * 1987-12-28 1989-03-14 General Electric Company Excitation coil for hid electrodeless discharge lamp
US4894591A (en) * 1988-09-06 1990-01-16 General Electric Company Inverted Excitation coil for HID lamps
US4910439A (en) * 1987-12-17 1990-03-20 General Electric Company Luminaire configuration for electrodeless high intensity discharge lamp
EP0439389A1 (de) * 1990-01-23 1991-07-31 AEROSPATIALE Société Nationale Industrielle Verfahren zur Herstellung von elektromagnetischen Spulen

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4220839A (en) * 1978-01-05 1980-09-02 Topsil A/S Induction heating coil for float zone melting of semiconductor rods
JPS6448391A (en) * 1987-04-27 1989-02-22 Shinetsu Handotai Kk Single winding induction heating coil used in floating zone melting method
US4810938A (en) * 1987-10-01 1989-03-07 General Electric Company High efficacy electrodeless high intensity discharge lamp

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4910439A (en) * 1987-12-17 1990-03-20 General Electric Company Luminaire configuration for electrodeless high intensity discharge lamp
US4812702A (en) * 1987-12-28 1989-03-14 General Electric Company Excitation coil for hid electrodeless discharge lamp
US4894591A (en) * 1988-09-06 1990-01-16 General Electric Company Inverted Excitation coil for HID lamps
EP0439389A1 (de) * 1990-01-23 1991-07-31 AEROSPATIALE Société Nationale Industrielle Verfahren zur Herstellung von elektromagnetischen Spulen

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JP 61-189613 A. In: Patents Abstr. of Japan, Sect. E, Vol. 11 (1987), Nr. 17, (E-471) *

Also Published As

Publication number Publication date
US5042139A (en) 1991-08-27
NL9100097A (nl) 1991-10-01
DE4107263C2 (de) 1993-11-04
JP2606976B2 (ja) 1997-05-07
CA2036817C (en) 2002-02-12
JPH05101895A (ja) 1993-04-23
CA2036817A1 (en) 1991-09-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE2711278C2 (de) Einrichtung zum wirksamen Ankoppeln von Mikrowellenenergie an eine Last
DE3842971C2 (de)
DE2847840C2 (de) Verfahren zum Betreiben einer Hochdruck-Metalldampf-Entladungslampe und Hochdruck-Metalldampf-Entladungslampe zur Durchführung des Verfahrens
DE3935058C2 (de)
US5039903A (en) Excitation coil for an electrodeless high intensity discharge lamp
DE69827580T2 (de) Elektrodenlose Lampe mit Wärmebrücke zwischen Transformatorkern und Amalgam
DE2809957A1 (de) Elektrodenlose fluoreszenzlampe mit reflektierendem ueberzug
DE2439961A1 (de) Vorrichtung und verfahren zur erzeugung von strahlung
DE2935981C2 (de) Miniatur-Hochdruck-Metalldampfentladungslampe
DE2821826C2 (de) Gasentladungslampe
EP0015026B1 (de) Glühfadenlampe
DE4139336C2 (de) Elektrodenlose Hochdruck-Entladungslampe
DE2726946A1 (de) Elektrische gluehlampe
DE4107263A1 (de) Elektrodenlose entladungslampe hoher intensitaet, anregungsspule dafuer sowie verfahren zu deren herstellung
DE2659859C2 (de) Vorrichtung zur Aufrechterhaltung einer elektrischen Entladung
DE3907056C2 (de)
DE3109538A1 (de) Leuchtstofflampe mit leuchtstoffkombination
DE2924593A1 (de) Lampe mit quellenfreiem elektrischem feld und verminderter elektromagnetischer stoerung
DE3019543C2 (de) Leuchtstofflampe mit quellenfreiem elektrischen Feld
DE3922865A1 (de) Quecksilber-niederdruckentladungslampe mit einer festkoerper-rekombinationsstruktur
DE2656949A1 (de) Elektrodenlose fluoreszenzlampe
DE2601666C3 (de)
DE2600705A1 (de) Vorrichtung zur unterdrueckung von parasitaeren schwingungen in elektronenroehren
DE2816696A1 (de) Kernkonfiguration fuer induktionsionisierte lampen
DE3318795A1 (de) Mit mikrowellen gespeiste elektrodenlose lampe

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
8128 New person/name/address of the agent

Representative=s name: SIEB, R., DIPL.-CHEM. DR.RER.NAT., PAT.-ANW., 6947

D2 Grant after examination
8364 No opposition during term of opposition
8339 Ceased/non-payment of the annual fee