JP2002222722A - 安定器用鉄心及び安定器 - Google Patents
安定器用鉄心及び安定器Info
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Abstract
え、正弦波形に近いランプ電流を供給することができ、
発電機で使用する際も問題を起こさず、異常なランプ電
力での点灯を防止し得ることができる安定器を供給する
ことである。 【解決手段】 前記目的を達成するために本発明におけ
る安定器用鉄心2は、安定器に用いられる鉄心におい
て、前記鉄心の形状は、少なくとも一次コイルを巻回す
るための第一脚部4と、二次コイルを巻回するための第
二脚部6を有しており、前記第一及び第二脚部の幅比が
第一脚部:第二脚部=1:1.8〜2.3であり、前記
鉄心が有する脚部には、それぞれ磁路に対して垂直とな
る1つの磁路ギャップ8、10、12が設けられている
ことを特徴とする。
Description
る鉄心及び安定器、特に鉄心の形状と安定器のランプ点
灯性能の改良に関する。
ルハライドランプや、高圧ナトリウムランプが主流とな
ってきている。このようなメタルハライドランプや高圧
ナトリウムランプは、大型競技場照明や道路などに多数
使用されているが、ランプの点灯の為には安定器をラン
プとともに設置することが必要不可欠であり、このため
設置場所を取らず、かつ、扱いやすいように安定器の小
型化・軽量化が求められている。
トリウムランプの正常な点灯のためには、ランプの特性
上、ランプに供給される電流波形を正弦波形に近づける
必要があった。
のとしては、一般型のチョークタイプの安定器が存在
し、このような安定器によってランプの立ち消え防止を
図っていた。また、メタルハライドランプ用の安定器と
しては、メタルハライドランプの特性上、ピーク進相形
安定器を使用することもあった。
ートアークメタルハライドランプには、ランプが有する
特性から、一般型チョークタイプの安定器が使用されて
おり、正弦波に近いランプ電流を供給することで安定点
灯させていた。
トアークメタルハライドランプには、定格ランプ電圧が
120V付近のものと210V付近のものの二種類があ
る。定格ランプ電圧が120V付近のランプの場合、供
給電源電圧が240V〜265Vであれば、一般型のチ
ョークタイプ安定器を使用することができる。しかし、
供給電源電圧が100V〜220Vのときにはステップ
アップトランスを付加し、400V〜460Vのときに
はステップダウントランスを付加して安定器二次電圧を
240V程度にしなければならなかった。
ンプの場合、供給電源電圧が400V〜460Vであれ
ば一般型のチョークタイプ安定器を使用することができ
るが、供給電源電圧が100V〜265Vのときにはス
テップアップトランスを付加して、安定器二次電圧を4
00V程度にする必要があった。このように一般型のチ
ョークタイプ安定器は、ステップアップトランスやステ
ップダウントランスを付加することにより、安定器が大
型化し、安定器の重量が重くなると言う欠点があった。
また発電機で使用すると異常電圧を発生させ、暴走させ
るハンチング現象を引き起こす可能性もあった。
定器にて、安定器のインダクタンスを大きくし、チョー
クタイプに近似した電流波形を供給する安定器も存在し
た。しかし、ピーク進相形安定器は、チョークタイプに
近似した電流波形であるが、磁気回路において磁気飽和
が発生し、これによって電流休止期間が引き起こされ、
再点弧電圧を高くすることがあった。また、安定器のイ
ンダクタンスを大きくするため安定器二次電圧が高くな
り、それによって経時変化に伴うランプ電圧の上昇によ
るランプ立ち消え電圧が高くなり、ランプ寿命末期の高
いランプ電圧であっても点灯してしまい、異常なランプ
電力で点灯しつづける(このため回路や周辺機器への負
担が大きくなり、コスト的にも負担が増す)欠点があっ
た。
り、小型化・軽量化が容易に行え、正弦波形に近いラン
プ電流を供給することができ、発電機で使用する際も問
題を起こさず、異常なランプ電力での点灯を防止し得る
ことができる安定器を供給することを目的とする。
に本発明における安定器用鉄心は、安定器に用いられる
鉄心において、前記鉄心の形状は、少なくとも一次コイ
ルを巻回するための第一脚部と、二次コイルを巻回する
ための第二脚部を有しており、前記第一及び第二脚部の
幅比が第一脚部:第二脚部=1:1.8〜2.3であ
り、前記鉄心が有する脚部には、それぞれ磁路に対して
垂直となる1つの磁路ギャップが設けられていることを
特徴とする。
第一脚部が二つに分割されており、前記二つの第一脚部
の幅の合計と第二脚部の幅の比が第一脚部:第二脚部=
1:1.8〜2.3であることが好適である。また本発
明の安定器用鉄心において、前記鉄心は第三脚部を備え
ることが好適である。また本発明の安定器用鉄心におい
て、前記磁路ギャップの寸法が1.5mm〜3.5mm
であることが好適である。
心は2つのE型鉄心が互いに脚部が対向するように向か
い合わせに配置されて形成されていることが好適であ
る。また本発明における安定器は、前記鉄心を用いた安
定器であって、該鉄心の第一脚部に一次コイルが、第二
脚部に二次コイルがそれぞれ巻回され、かつ、前記二次
コイルの磁束密度が放電灯安定点灯時に1.25〜1.
60TとなっているL−C共振進相形安定器であること
を特徴とする。
三脚部を備える鉄心であり、前記第三脚部に第三のコイ
ルが巻回され、前記第三コイルによって点灯・不点検知
回路が形成されていることが好適である。
心の一実施形態の概要図を示す。同図に記載されている
ように、ここに示した本発明の一実施形態では安定器に
用いられる鉄心2は2個のE型鉄心部2a、2bを有
し、該鉄心部2a、2bは、その脚部を対向させて配置
されている。このように構成された鉄心2において、前
記鉄心2の形状は、少なくとも一次コイルを巻回するた
めの第一脚部4と、二次コイルを巻回するための第二脚
部6を有しており、前記第一及び第二脚部の幅比が第一
脚部:第二脚部=1:1.8〜2.3であり、前記鉄心
が有する脚部には、それぞれ磁路に対して垂直となる1
つの磁路ギャップ8、10、12が設けられていること
を特徴とする。
部と第二脚部の幅の比が第一脚部:第二脚部1:1.8
〜2.3としたことで、この鉄心を用いて安定器を構成
した場合、一次コイル、二次コイルの巻数を調整するだ
けで定格ランプ電圧が120V付近のランプの場合は安
定器二次電圧を200V〜220Vとし、定格ランプ電
圧が210V付近のランプの場合は安定器二次電圧を2
90V〜320Vとすることができ、安定器のインダク
タンスを大きくとれるようになって、安定器二次側の磁
気飽和を防止することができるようになっている。ここ
で、磁気飽和を防止するためには、第一脚部と第二脚部
の幅の比が第一脚部:第二脚部1:1.8〜2.3、さ
らには1:2.0〜2.2であることが好適である。
鉄心を用いて安定器を構成する際に、一次コイル、二次
コイルの巻数とギャップを調整する事によりランプ始動
時の入力電流を安定時入力電流の60%程度とすること
ができ、発電機等の使用に対し、発電機のハンチング対
策も可能となる。このギャップは安定器のインダクタン
スを大きくし、かつ二次側の磁気飽和を防止するために
設けられ、このギャップ寸法により第二脚部に巻回され
る二次コイルに誘起される電圧は降下するため、ランプ
特性に合わせた二次電圧を得るためには、さらに巻数を
増やす必要が生じる。その結果、インダクタンスが大き
く取れると同時に二次側の磁気飽和を防止することがで
きるため、電流休止期間の発生が防止されるのである。
用したときにハンチング現象等を好適に防止するため
に、ランプ始動時の入力電流を安定時入力電流の65%
以下とするギャップ寸法が望ましい。よって本発明にお
ける安定器用鉄心においては、前記磁路ギャップの寸法
が1.5mm〜3.5mm、さらに好適には2.0〜
3.5mmであることが好適である。ギャップ寸法は安
定器の小型軽量化とインダクタンスの大きさに影響し、
小さいとインダクタンスが小さくなり、ランプ電流波形
が歪み、ランプの立ち消え現象が発生する。大きいとイ
ンダクタンスは大きくなり、ランプ電流波形も正弦波形
になるがランプ特性に合わせた二次電圧を得るために、
二次コイルの巻数を多くしなければならず安定器は大型
化する。
鉄心に備えられた脚部には、それぞれに一つのギャップ
を有していることが必要である。図1に示したようにギ
ャップを設けながら上下の鉄心を一つの鉄心として結合
させるには、磁気的に両者を結合しない、例えばステン
レス板などを挟み込んで固定する方法などの従来周知の
方法を用いることができる。ギャップを設ける位置とし
ては脚部のおおよそ中央付近が最適であるが、窓幅の9
0%以内の位置、つまり図1に示す範囲Wに入っていれ
ば特に場所の限定はなく、鉄心を打ち抜く型の形状など
の設計的事情などを考慮して選択可能である。しかし窓
幅の90%を超えるとギャップが十分な効果を発揮せ
ず、同様のインダクタンスを確保するために安定器が大
型化する傾向がある。
記鉄心は第三脚部を備えることが好適である。図1にお
いても第三脚部14が設けられている。このような第三
脚部が備えられていると、磁気回路の調整が容易で、か
つ放熱性が向上し、良好な性能の安定器が得られるよう
になる。また後に説明する安定器を構成した際に、この
第三脚部にコイルを巻回して、ランプの点灯・消灯状況
により誘起される電圧差を検知して点灯・消灯検知回路
を設けることもできる。ここまで説明したように、ギャ
ップ位置の設定、及び第三脚部を備えることが好適であ
ることから、本発明の安定器用鉄心において、該鉄心は
2つのE型鉄心が互いに脚部が対向するように向かい合
わせに配置されて形成されていることが好適である。こ
のようなE型鉄心の組み合わせを使用すると、鉄心形成
の際に、型の納まりがよい上、鉄心の製造が比較的容易
に行うことができるようになる。続いて前記鉄心を使用
して形成する安定器について説明する。
部にコイルを巻回した概要図を示す。 同図に示す安定
器用鉄心2において、鉄心2の第一脚部4には一次コイ
ル16が、第二脚部6には二次コイル18が巻回されて
いる。そして本発明における安定器においては、該鉄心
の第一脚部に一次コイルが、第二脚部に二次コイルがそ
れぞれ巻回され、かつ、前記二次コイルの磁束密度が放
電灯安定点灯時に1.25〜1.60TとなっているL
−C共振進相形安定器であることを特徴とする。
次コイルの磁束密度が放電灯安定点灯時に1.25〜
1.60Tとなるように調整するのである。その際、一
次コイルの巻数は供給電源電圧および周波数に応じ、磁
束密度を1.5T〜1.9T程度に調整するのがコスト
パフォーマンス的に好適である。そして二次コイルは使
用されるランプ特性に合わせた二次電圧を得るべく一次
コイルとの巻数比で決定することができる。
安定器の回路図を図3に示す。同図に示すように、本発
明の安定器は、L−C共振進相形の安定器である。本発
明の安定器を使用してランプを点灯するには、二次電圧
を低くしたため、ランプの始動にイグナイターを用いる
のが好適である。イグナイターは、近年停電などにより
ランプが消灯しても、復電後に早急に再点灯する為に、
照明器具に併置されることが一般的であるから、この点
に関しては問題は無い。このように構成された本発明の
安定器はL−C共振進相形安定器であって、チョークタ
イプと同様な理想的な正弦波形の電流波形を供給可能と
するものである。
の上昇によるランプ電力増加は、定格ランプ電圧が21
0V付近のランプは約260V〜270V程度で最大電
力となるように構成され、それ以上のランプ電圧になる
とランプ電力は減少できる。このためランプ立ち消え電
圧は、ランプ電圧300V前後で、ランプ寿命末期での
異常な状態でランプは立ち消え・不点灯となる。
ンプは約160V〜170V程度で最大電力となるよう
に構成され、それ以上のランプ電圧になるとランプ電力
は減少できる。このためランプ立ち消え電圧は、ランプ
電圧185V前後で、ランプ寿命末期での異常な状態で
ランプは立ち消え・不点灯となる。このように本発明の
安定器によれば、回路やランプへの異常負荷防止が好適
に行われることとなる。なお、本発明の安定器におい
て、前述のように該鉄心が第三脚部を備える場合には、
前記第三脚部に第三のコイルを巻回し、前記第三コイル
によって点灯・不点検知回路を形成することもできる。
も第三脚部に第三コイル20を巻介しており、図3に示
すように第三コイル20によって点灯・不点灯検知回路
を構成している。このような回路を設けておけば、ラン
プの点灯・不点灯を機器的に確認することが可能とな
る。なお本発明と類似した形状を持つ安定器用鉄心とし
て図7に示す従来の鉄心が存在した。図7に示す鉄心は
同一形状のC型鉄心が4つ使用されて組み上げられてい
る。この鉄心502は、一次コイルを巻回するための第
一脚部504と、二次コイルを巻回するための第二脚部
506、507を有しており、一見すると、前記第一及
び第二脚部の幅比が第一脚部:第二脚部=1:2となっ
ており、前記鉄心が有する脚部には、それぞれ磁路に対
して垂直となる1つの磁路ギャップ508、510、5
12が設けられているように見える。
は得ることができない。なぜならば、第一脚部504に
一次コイルを巻回し、脚部506と507を一つの第二
脚部として二次コイルを巻回して、安定器を構成したと
しても、一次コイルが巻回される第一脚部504の磁束
は脚部507には伝えられず、磁気回路としては第二脚
部の半分の506しか機能しないためである。つまり磁
気回路としては中心線C−C’で分断されているためで
ある。このため、このような磁気回路は第一脚部と第二
脚部の幅比が実質的に1:1となってしまっているので
ある。このような理由により図7に記載した安定器用鉄
心は本発明とははっきりと区別されるべきものである。
安定器のさらに他の実施形態について説明する。図4に
本発明の他の実施形態による安定器用鉄心の概要図を記
載する。同図において図1と対応する部分には符号に1
00を加えて表記し、説明を省略する。図4に記載され
ているように、本実施形態において特徴的なことは2つ
C型鉄心によって構成されており、安定器に用いられる
鉄心102において、前記鉄心102の形状は、少なく
とも一次コイルを巻回するための第一脚部104と、二
次コイルを巻回するための第二脚部106を有してお
り、前記第一及び第二脚部の幅比が第一脚部:第二脚部
=1:1.8〜2.3であり、前記鉄心が有する脚部に
は、それぞれ磁路に対して垂直となる1つの磁路ギャッ
プ108、110、が設けられていることを特徴とす
る。
図において図1と対応する部分には符号に200を加え
て表記し、説明を省略する。図5(a)に記載されてい
るように、本実施形態において特徴的なことは4つのC
型鉄心によって構成されており、安定器に用いられる鉄
心202において、前記鉄心202の形状は、少なくと
も一次コイルを巻回するための第一脚部204と、二次
コイルを巻回するための第二脚部206を有しているこ
とは、図1に器際した安定器用鉄心と同じであるが、前
記第一脚部が第一脚部204−1と204−2の二つに
分割されており、前記二つの第一脚部204−1と20
4−2の幅の合計と第二脚部206の幅の比が第一脚
部:第二脚部=1:1.8〜2.3であることを特徴と
する。そして前記鉄心が有する脚部には、それぞれ磁路
に対して垂直となる1つの磁路ギャップ208、21
0、212が設けられている。
−2に一次コイル216−1と216−2を、第二脚部
206に二次コイル218を巻回して構成した安定器を
図5(b)に記載する。図5(b)に記載されるよう
に、一次コイル216−1と216−2を並列で接続し
た安定器であっても前記図1〜図3に記載して説明した
安定器と同様の効果を得ることができる。
7に記載した従来の安定器鉄心を比較すると、図5に記
載した本発明の安定器用鉄心202も、第二脚部206
の中心で磁気回路的には分断されたものとなっている。
しかし、図5に記載した本発明の安定器用鉄心202は
第一脚部204−1と第二脚部206の左半分の幅の
比、及び第一脚部204−2と第二脚部206の右半分
の幅の比はそれぞれ1:1.8〜2.3となっており、
図4に記載されたようなC型鉄心が4つ組合わされたよ
うな形状となっている。そして、前記二つの第一脚部2
04−1と204−2の幅の合計と第二脚部206の幅
の比が第一脚部:第二脚部=1:1.8〜2.3となっ
ているため、磁気回路的に分断されたそれぞれの回路に
おいて、図1に記載したような安定器鉄心と同様の効果
が得られるため、結果として、図5に記載した安定器鉄
心であっても同様の効果を得ることができるのである。
器用鉄心502は脚部504と514それぞれに一次コ
イルを巻回することとしても、第一脚部504と第二脚
部506の幅の比、及び第一脚部514と第二脚部50
7の幅の比はそれぞれ1:1となっており、前記二つの
第一脚部504と514の幅の合計と第二脚部506と
507の幅の比が第一脚部:第二脚部=1:1となって
いるため、やはり本発明の安定器鉄心のような効果を得
ることはできないものである。
ない範囲でさまざまな変形や応用が可能であり、本発明
はここに示した実施形態のみに限定されるものではな
く、様々な応用が可能である。
記載したような本発明のショートアークメタルハライド
ランプ(定格ランプ電圧210V)用安定器を製造し、
ランプを点灯させて本発明の安定器の性能について検討
した。まず、ショートアークメタルハライドランプ2k
W点灯時の諸特性値を次の表1に記載する。
する。なおこの諸特性を測定する際の鉄心におけるギャ
ップ寸法は2.7mmであった。
明の安定器の電流波形を計測してみた。計測の結果を図
6に記載する。なお電流波形の計測に際して、比較例と
してチョークタイプ安定器、ピーク進相形安定器の電流
波形についても測定した。図6(a)は比較例のチョー
クタイプ安定器の電流波形を示したものである。同図に
記載されているように、チョークタイプ安定器は理想的
な正弦波形の電流波形を示した。
器の電流波形を示す。同図に記載するように、本発明の
安定器もチョークタイプ安定器同様、かなり正弦波形に
近い電流波形を示している。これらに対し、図6(c)
にピーク進相形安定器の電流波形を示す。同図に記載す
るように、ピーク進相形安定器は、電流波形に電流休止
期間が存在し、波形も正弦波形から離れてしまってい
る。この結果、本発明の安定器は理想的な正弦波形の電
流波形を供給し得ることがわかる。
安定器、及び比較例としてのチョークタイプ安定器とピ
ーク進相形安定器を発電機を使用して、ランプの照明を
行ったところ、本発明の安定器とピーク進相形安定器は
問題無くランプの点灯を行うことができたのに対し、チ
ョークタイプ安定器は発電機にハンチング現象を発生さ
せてしまった。この結果、本発明の安定器は発電機によ
るランプの点灯も問題無く行えることがわかる。
において、ギャップ寸法を2.7mmの一定として、第
一脚部と第二脚部の幅の比を1:Xとし、Xの値を変え
てランプ電流波形と、コストパフォーマンスの計算を行
ってみた。そして、ランプ電流波形が良好な正弦波形と
なるものを○、少し形が崩れるを△、正弦波形が得られ
ないを×として評価した。またコストパフォーマンスは
大変よいを◎、良いを○、普通を△、悪いを×として評
価した。
脚部の幅の比が1.8より小さいと電流波形が崩れ、コ
ストパフォーマンスは低下する傾向にあった。また第一
脚部に対する第二脚部の幅の比が2.3より大きいと、
電流波形は良好であるものの安定器が大型化する傾向に
ありコストパフォーマンスはやはり低下してしまった。
この結果が示すように本発明における安定器用鉄心の第
一脚部に対する第二脚部の幅の比は1:1.8〜2.
3、さらには1:2.0〜2.2であることが好適であ
る。
いる鉄心のギャップ寸法だけを変更したものを製造し、
これらを用いて安定器を製造し、実際にランプを点灯さ
せて、ランプの立ち消えがあるかどうか、及びランプ電
流波高率を測定した。結果を次の表4に記載する。なお
ランプの立ち消えの評価では、ランプが立ち消えするを
×、ときどき立ち消えるを△、立ち消えが無いを○で記
載している。また測定中は安定器二次電圧を約320V
一定に保っていた。
プ寸法としては、1.5mm〜3.5mmさらには2.
0mm〜3.5mmであることが好適であることがわか
る。なおギャップ寸法として、2.0mmを超えていれ
ば良好な点灯ができるであろうが、3.5mm以上にな
ってしまうと、安定器が大型化してしまう。
れば、安定器の小型化、軽量化を図ることが可能とな
る。
態の概要図である。
コイルを巻回した概要図である。
れて構成された安定器の回路図である。
心の概要図である。
心の概要図と回路図である。
流波形と従来の安定器の電流波形の比較図である。
鉄心の概要図である。
Claims (7)
- 【請求項1】 安定器に用いられる鉄心において、 前記鉄心の形状は、少なくとも一次コイルを巻回するた
めの第一脚部と、二次コイルを巻回するための第二脚部
を有しており、 前記第一及び第二脚部の幅比が第一脚部:第二脚部=
1:1.8〜2.3であり、 前記鉄心が有する脚部には、それぞれ磁路に対して直交
する1つの磁路ギャップが設けられていることを特徴と
する安定器用鉄心。 - 【請求項2】 請求項1に記載の安定器用鉄心におい
て、 前記第一脚部が二つに分割されており、前記二つの第一
脚部の幅の合計と第二脚部の幅の比が第一脚部:第二脚
部=1:1.8〜2.3であることを特徴とする安定器
用鉄心。 - 【請求項3】 請求項1に記載の安定器用鉄心におい
て、 前記鉄心は第三脚部を備えることを特徴とする安定器用
鉄心。 - 【請求項4】 請求項1乃至3のいずれかに記載の安定
器用鉄心において、 前記磁路ギャップの寸法が1.5mm〜3.5mmであ
ることを特徴とする安定器用鉄心。 - 【請求項5】 請求項1乃至4のいずれかに記載の安定
器用鉄心において、該鉄心は2つのE型鉄心が互いに脚
部が対向するように向かい合わせに配置されて形成され
ていることを特徴とする安定器用鉄心。 - 【請求項6】 請求項1乃至5のいずれかに記載の鉄心
を用いた安定器であって、該鉄心の第一脚部に一次コイ
ルが、第二脚部に二次コイルがそれぞれ巻回され、か
つ、前記二次コイルの磁束密度が放電灯安定点灯時に
1.25〜1.60TとなっているL−C共振進相形安
定器であることを特徴とする安定器。 - 【請求項7】 請求項6に記載の安定器において、該鉄
心は第三脚部を備える鉄心であり、前記第三脚部に第三
のコイルが巻回され、前記第三コイルによって点灯・不
点検知回路が形成されていることを特徴とする安定器。
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