JP2007234622A - マイクロ波を利用した無電極照明装置およびその電源制御方法 - Google Patents

マイクロ波を利用した無電極照明装置およびその電源制御方法 Download PDF

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Abstract

【課題】入力交流電圧が変動してマグネトロンのフィラメントに流れる電流が変化したとき、マグネトロンに供給する電圧及び電流を一定に維持することでマグネトロンの寿命を延長させることができるマイクロ波を利用した無電極照明装置及びその電源制御方法を提供する。
【解決手段】無電極照明装置は、入力交流電圧が変動してマグネトロン１４のフィラメントに流れる発振電流が変化したとき、入力交流電圧の変動率を補償することで、マグネトロン１４に供給する電圧及び電流を一定に維持する手段を包含する。
【選択図】図１

Description

本発明は、照明装置に関し、詳しくは、マイクロ波を利用した無電極照明装置に関する。
最近、マイクロ波を利用した無電極電球を有する照明装置が開発され、この無電極照明装置は、寿命が長く発光効率や特性が優秀であるため、その使用が増加される傾向にある。
以下、従来の無電極照明装置について図を用いて説明する。
図２は、従来のマイクロ波を利用した無電極照明装置のブロック構成図である。図示するように、従来のマイクロ波を利用した無電極照明装置は、交流電源を供給する電源部１０と、制御信号により交流電源を高電圧の直流電源に変換し、変換された高電圧の直流電源を出力する高電圧発生器(高電圧変圧器：HVT)１３と、高電圧の直流電源の入力を受けてマイクロ波を発生するマグネトロン１４と、マグネトロン１４から発生したマイクロ波を誘導するウェーブガイド(Wave guide)１６と、誘導されたマイクロ波により光を発生する無電極電球１５と、無電極電球１５の前方から被されて、マイクロ波を遮断し、無電極電球１５から発光した光を通過させる共振器１７と、制御信号を発生する制御部１２と、制御信号によりマグネトロン１４及び高電圧発生器１３から発生する熱を冷却する冷却部１１と、を包含して構成される。
以下、このように構成された従来のマイクロ波を利用した無電極照明装置の動作について説明する。
まず、高電圧発生器１３は、電源部１０から出力された交流電源を高電圧の交流電源に変換し、変換された高電圧の交流電源を高電圧の直流電源に変換し、変換された高電圧の直流電源をマグネトロン１４に出力する。
次いで、マグネトロン１４は、高電圧の直流電源の入力を受けてマイクロ波を発生し、マイクロ波は、ウェーブガイド１６を通して無電極電球１５に誘導される。
その後、無電極電球１５は、誘導されたマイクロ波により光を発生し、光は、反射器１８により前方に放射される。
以下、高電圧発生器１３の倍電圧部の構成について図３を用いて説明する。
図３は、従来の高電圧発生器の倍電圧部の構成を示す回路図である。図示するように、高電圧発生器１３内部の倍電圧部は、商用周波数の一周期中半周期の間に、高電圧発生器(HVT)１３から発生した高電圧の交流電源を高電圧の直流電源に変換する第１回路部２１と、前記一周期中他の半周期の間に、高電圧発生器(HVT)１３から発生した高電圧の交流電源を高電圧の直流電源に変換する第２回路部２２と、から構成されている。
且つ、第１回路部２１は、高電圧発生器１３の一方側の出力端子に接続された第１キャパシタC１の第１電極と、第１キャパシタC１の第２電極に接続された第１ダイオードD１のカソード端子と、第１キャパシタC１の第２電極に接続された第３ダイオードD３のアノード端子と、から構成され、第２回路部２２は、高電圧発生器１３の他方側の出力端子に接続された第２キャパシタC２の第１電極と、第２キャパシタC２の第２電極に接続された第２ダイオードD２のカソード端子と、第２キャパシタC２の第２電極に接続された第４ダイオードD４のアノード端子と、から構成される。且つ、第１ダイオードD１のアノード端子と第２ダイオードD２のアノード端子とが相互に接続されている。即ち、前記倍電圧部は、高電圧発生器１３の接地を基準としてミラー型に構成され、互いに異なる周期の間に動作する回路により構成される。
例えば、前記一周期中の半周期の間には、第１回路部２１が動作してその半周期に該当する交流電源(電圧/電流)を整流し、前記一周期中の他の半周期の間には、第２回路部２２が動作してその半周期に該当する交流電源を整流する。
米国特許番号第６，６０８，４４３号 米国特許文献第６，６３３，１３０号 米国特許文献第６，３５１，０８７号
然るに、このような従来のマイクロ波を利用した無電極照明装置においては、電源部１０から高電圧発生器１３に入力される交流電圧が変動する場合(例えば、瞬間電圧変動時)、高電圧発生器１３及び倍電圧部を通してマグネトロン１４のフィラメントに流れる電流が変化するので、マグネトロン１４の寿命が短縮してしまうという不都合な点があった。例えば、入力電圧が変動すると、出力される高電圧及びマグネトロン１４のフィラメント(マグネトロンのカソード)に流れる電流も変化して、マグネトロン１４が不安定な状態に置かれるようになるため、マグネトロン１４の寿命が短縮される。
その他、従来のマイクロ波を利用した照明装置は、２００３年８月１９日登録された特許文献１の明細書、２００３年１０月１４日登録された特許文献２の明細書及び２００２年２月２６日登録された特許文献３の明細書にそれぞれ詳しく記載されている。
本発明は、このような従来の問題に鑑みてなされたもので、入力交流電圧が変動してマグネトロンのフィラメントに流れる電流が変化したとき、マグネトロンに供給する電圧及び電流を一定に維持することにより、マグネトロンの寿命を延長することができるマイクロ波を利用した無電極照明装置及びその電源制御方法を提供することを目的とする。
このような目的を達成するため、本発明に係るマイクロ波を利用した無電極照明装置は、入力交流電圧が変動してマグネトロンのフィラメントに流れる発振電流が変化したとき、前記入力交流電圧の変動率を補償することで、前記マグネトロンに供給する電圧及び電流を一定に維持する手段を包含することを特徴とする。
また、本発明に係るマイクロ波を利用した無電極照明装置は、入力交流電源の電圧変動率を感知し、該感知された電圧変動率を補償することで一定の交流電圧及び電流を発生する電源制御部を包含し、前記無電極照明装置のマグネトロンは、前記一定の交流電圧及び電流に基づいてマイクロ波を発生することを特徴とする。
また、本発明に係るマイクロ波を利用した無電極照明装置は、入力交流電源の電圧変動率を感知し、該電圧変動率を補償することで一定の交流電圧及び一定の発振電流を発生する電源制御部と、前記一定の交流電圧を高電圧の直流電圧に変換し、該変換された高電圧の直流電圧を出力する高電圧発生器と、前記一定の発振電流及び前記高電圧の直流電圧に基づいてマイクロ波を発生するマグネトロンと、を包含することを特徴とする。
また、上記本発明に係るマイクロ波を利用した無電極照明装置において、前記電源制御部は、商用交流電源を直流電源に変換する整流平滑部と、前記商用交流電源の電圧変動率を感知し、該電圧変動率を補償するための電圧補償信号を発生する制御部と、該制御部の電圧補償信号によって、前記整流平滑部により変換された直流電源の周波数を可変することで、該変換された直流電源を一定の交流電源に変換するインバータ部と、該インバータ部から出力された一定の交流電源を予め決定した一定の電圧及び電流に変換し、該予め決定した一定の電圧及び電流を前記マグネトロンのフィラメントに供給する第１変圧部と、前記インバータ部から出力された一定の交流電源の電圧を予め決定した一定の電圧に変換する第２変圧部と、を包含し、前記高電圧発生器は、前記第２変圧部から出力された予め決定した一定の電圧を高電圧の直流電圧に変換し、該変換された高電圧の直流電圧を前記マグネトロンに出力することを特徴とする。
そして、本発明に係るマイクロ波を利用した無電極照明装置の電源制御方法は、入力交流電圧が変動してマグネトロンのフィラメントに流れる発振電流が変化したとき、前記入力交流電圧の変動率を補償することで、前記マグネトロンに供給する電圧及び電流を一定に維持する段階を包含することを特徴とする。
また、本発明に係るマイクロ波を利用した無電極照明装置の電源制御方法は、入力交流電圧の変動率を感知する段階と、該感知された電圧変動率を補償することで一定の交流電圧及び電流を発生する段階と、を包含し、前記無電極照明装置は、前記一定の交流電圧及び電流に基づいてマイクロ波を発生することを特徴とする。
また、本発明に係るマイクロ波を利用した無電極照明装置の電源制御方法は、入力交流電源の電圧変動率を感知し、該電圧変動率を補償することで一定の交流電圧及び一定の発振電流を発生する段階と、前記一定の交流電圧を高電圧の直流電圧に変換し、該変換された高電圧の直流電圧を出力する段階と、を包含し、前記無電極照明装置のマグネトロンは、前記一定の発振電流及び前記高電圧の直流電圧に基づいてマイクロ波を発生することを特徴とする。
添付図面を参照して本発明の実施形態について以下に詳細に説明する。
以下、入力交流電圧が変動してマグネトロンのフィラメントに流れる電流が可変されたとき、入力交流電圧の変動率を補償してマグネトロンに印加される電圧及び電流を一定に維持することにより、マグネトロンの寿命を延長することができるマイクロ波を利用した無電極照明装置の実施形態について、図１に基づいて説明する。
図１は、本発明に係るマイクロ波を利用した無電極照明装置のブロック構成図である。図示するように、本発明に係るマイクロ波を利用した無電極照明装置は、商用交流電源を供給する電源部１０と、予め決定した基準電圧値(例えば、２２０ボルト)に基づいて商用交流電源の電圧変動率を感知し、感知した電圧変動率を補償することで一定の電圧及び一定の電流 (発振電流)を発生する電源制御部１００と、前記一定の電圧を高電圧の直流電圧に変換し、変換された高電圧の直流電圧を出力する高電圧発生器(HVT)２００と、高電圧の直流電圧及び一定の電流(発振電流)の供給を受けてマイクロ波を発生するマグネトロン１４と、マグネトロン１４から発生したマイクロ波を誘導するウェーブガイド１６と、誘導されたマイクロ波により光を発生する無電極電球１５と、無電極電球１５の前方に被されて、マイクロ波を遮断し、無電極電球１５から放出された光を通過させる共振器１７と、共振器１７を通して通過した光を前方に放射する反射器１８と、制御信号によりマグネトロン１４及び高電圧発生器２００から発生する熱を冷却する冷却部１１と、を包含して構成される。
また、電源制御部１００は、電源部１０から供給される商用交流電源を整流及び平滑して直流電源を発生する整流平滑部１０２と、商用交流電源の電圧変動率を感知し、電圧変動率を補償するための電圧補償信号を出力する制御部１０１と、制御部１０１の電圧補償信号によって、整流平滑部１０２により発生された直流電源を周波数を可変することで、直流電源を一定の交流電源に変換する第１、第２インバータ部１０３、１０５と、第１インバータ部１０３から出力された一定の交流電源を予め決定した一定の電圧及び一定の電流に変換し、変換された一定の電圧及び一定の電流をマグネトロン１４に供給する第１変圧部１０４と、第２インバータ部１０５から出力された交流電源の電圧を予め決定した一定の電圧に変換し、変換された予め決定した一定の電圧を高電圧発生器２００に出力する第２変圧部１０６と、から構成される。
以下、このように構成された本発明に係る無電極照明装置の電源制御部１００の動作について説明する。
まず、整流平滑部１０２は、電源部１０から入力された商用交流電源を整流及び平滑して直流電源を発生し、発生された直流電源を第１インバータ部１０３及び第２インバータ部１０５にそれぞれ印加する。
一方、制御部１０１は、商用交流電源の電圧の入力を受けて商用交流電源の電圧変動率を感知し、電圧変動率を補償するための電圧補償信号を第１インバータ部１０３及び第２インバータ部１０５にそれぞれ入力する。例えば、予め決定した基準電圧値が２２０ボルト（Ｖ）のとき、商用交流電圧が１１Ｖ上昇したと仮定すると、電圧変動率は５%(１１Ｖ)上昇し、２３１Ｖになる。このとき、制御部１０１は、電圧変動率(５%=１１Ｖ)を減少させるための電圧補償信号を第１インバータ部１０３及び第２インバータ部１０５にそれぞれ入力する。これは、電圧変動率(５%)を補償しないと、マグネトロン１４を動作させるフィラメント(マグネトロン１４のカソード)に流れる電流が増加してマグネトロン１４の寿命が短縮するためである。
その後、第１インバータ部１０３及び第２インバータ部１０５は、制御部１０１の電圧補償信号によって、整流平滑部１０２により発生された直流電圧を周波数を可変することで直流電圧を一定の交流電圧に変換し、変換された一定の交流電圧を第１変圧部１０４及び第２変圧部１０６にそれぞれ出力する。例えば、第１インバータ部１０３及び第２インバータ部１０５は、電圧変動率(５%)を補償するため、即ち、１１Ｖの交流電圧を減少させるため、整流平滑部１０２により発生された直流電圧を周波数を増加させることで直流電圧を２２０Ｖの交流電圧に変換し、変換された一定の交流電圧(２２０Ｖ)を第１変圧部１０４及び第２変圧部１０６にそれぞれ供給する。
その後、第１変圧部１０４は、第１インバータ部１０３から出力された一定の交流電圧により、予め設定した巻線数に比例した一定の電圧及び電流を誘導し、誘導された一定の電圧及び電流をマグネトロン１４のフィラメントに供給する。例えば、マグネトロン１４のフィラメントに印加される電圧は３Ｖ、流れる電流は１０アンペア（Ａ）が好ましいので、第１変圧部１０４は、第１インバータ部１０３から出力された一定の交流電圧(２２０Ｖ)の入力を受けて３Ｖの一定の電圧及び１０Aの一定の電流を発生し、発生された一定の電圧及び電流をマグネトロン１４のフィラメントに供給する。このとき、第１変圧部１０４の巻線数は、２２０Ｖの交流電圧の入力を受けて３Ｖの電圧及び１０Aの電流が発生するように設定されることが好ましい。且つ、マグネトロン１４のフィラメント(マグネトロン１４のカソード)に３Ｖの電圧及び１０Aの電流が供給されるには、マグネトロン１４のアノード及びカソードの両端に４kVの高電圧の直流電圧を印加することが好ましい。即ち、本発明は、商用交流電源の変動率を感知し、商用交流電源の変動率を補償して、マグネトロン１４のフィラメントに常に一定の発振電流(１０A)を流すことで、マグネトロン１４の寿命を延長させることができる。
一方、第２変圧部１０６は、第２インバータ部１０５から出力された一定の交流電圧(AC ２２０Ｖ)により、予め設定した巻線数に比例した一定の交流電圧(例えば、AC ３８０Ｖ〜４００Ｖ)を誘導し、誘導された一定の交流電圧(例えば、AC ３８０Ｖ〜４００Ｖ)を高電圧発生器２００に入力する。その後、高電圧発生器２００は、第２変圧部１０６から出力された一定の交流電圧(例えば、AC ３８０Ｖ〜４００Ｖ)を直流成分の高電圧に変換し、直流成分の高電圧(例えば、４kV)をマグネトロン１４に印加する。
その後、マグネトロン１４は、高電圧の直流電源の入力を受けてマイクロ波を発生し、マイクロ波は、ウェーブガイド１６を通して無電極電球１５に誘導される。
その後、無電極電球１５は、誘導されたマイクロ波により光を発生し、その光を、反射器１８により前方に放射する。
以上説明したように、本発明に係るマイクロ波を利用した無電極照明装置及びその電源制御方法によれば、入力電圧の変動率を補償してマグネトロンのフィラメントに流れる発振電流を一定に維持するので、マグネトロンの寿命が延長されるという効果がある。即ち、入力交流電圧が変動してマグネトロンのフィラメントに供給される発振電流が可変されたとき、入力交流電圧の変動率を補償してマグネトロンに供給される電圧及び電流を一定に維持するので、マグネトロンの寿命を延長させることができる。
本発明に係るマイクロ波を利用した無電極照明装置のブロック構成図である。 従来のマイクロ波を利用した無電極照明装置のブロック構成図である。 従来の高電圧発生器の倍電圧部の構成を示す回路図である。
符号の説明
１０ 電源部
１１ 冷却部
１２、１０１ 制御部
１３ 高電圧発生器
１４ マグネトロン
１５ 無電極電球
１６ ウェーブガイド
１７ 共振器
１８ 反射器
１００ 電源制御部
１０２ 整流平滑部
１０３ 第１インバータ部
１０４ 第１変圧部
１０５ 第２インバータ部
１０６ 第２変圧部
２００ 高電圧発生器

Claims (10)

  1. 入力交流電圧が変動してマグネトロンのフィラメントに流れる発振電流が変化したとき、前記入力交流電圧の変動率を補償することで、前記マグネトロンに供給する電圧及び電流を一定に維持する手段を包含することを特徴とするマイクロ波を利用した無電極照明装置。
  2. 入力交流電源の電圧変動率を感知し、該感知された電圧変動率を補償することで一定の交流電圧及び電流を発生する電源制御部を包含し、
    前記無電極照明装置のマグネトロンは、前記一定の交流電圧及び電流に基づいてマイクロ波を発生することを特徴とするマイクロ波を利用した無電極照明装置。
  3. 前記一定の交流電圧は、高電圧発生器により高電圧の直流電圧に変換され、該変換された高電圧の直流電圧は前記マグネトロンに印加される、請求項２記載のマイクロ波を利用した無電極照明装置。
  4. 入力交流電源の電圧変動率を感知し、該電圧変動率を補償することで一定の交流電圧及び一定の発振電流を発生する電源制御部と、
    前記一定の交流電圧を高電圧の直流電圧に変換し、該変換された高電圧の直流電圧を出力する高電圧発生器と、
    前記一定の発振電流及び前記高電圧の直流電圧に基づいてマイクロ波を発生するマグネトロンと、
    を包含することを特徴とするマイクロ波を利用した無電極照明装置。
  5. 前記電源制御部は、
    商用交流電源を直流電源に変換する整流平滑部と、
    前記商用交流電源の電圧変動率を感知し、該電圧変動率を補償するための電圧補償信号を発生する制御部と、
    該制御部の電圧補償信号によって、前記整流平滑部により変換された直流電源の周波数を可変することで、該変換された直流電源を一定の交流電源に変換するインバータ部と、
    該インバータ部から出力された一定の交流電源を予め決定した一定の電圧及び電流に変換し、該予め決定した一定の電圧及び電流を前記マグネトロンのフィラメントに供給する第１変圧部と、
    前記インバータ部から出力された一定の交流電源の電圧を予め決定した一定の電圧に変換する第２変圧部と、を包含し、
    前記高電圧発生器は、前記第２変圧部から出力された予め決定した一定の電圧を高電圧の直流電圧に変換し、該変換された高電圧の直流電圧を前記マグネトロンに出力する、請求項４記載のマイクロ波を利用した無電極照明装置。
  6. 入力交流電圧が変動してマグネトロンのフィラメントに流れる発振電流が変化したとき、前記入力交流電圧の変動率を補償することで、前記マグネトロンに供給する電圧及び電流を一定に維持する段階を包含することを特徴とするマイクロ波を利用した無電極照明装置の電源制御方法。
  7. 入力交流電圧の変動率を感知する段階と、
    該感知された電圧変動率を補償することで一定の交流電圧及び電流を発生する段階と、を包含し、
    前記無電極照明装置は、前記一定の交流電圧及び電流に基づいてマイクロ波を発生することを特徴とするマイクロ波を利用した無電極照明装置の電源制御方法。
  8. 前記一定の交流電圧は、前記無電極照明装置の高電圧発生器により高電圧の直流電圧に変換され、該変換された高電圧の直流電圧は前記マグネトロンに印加される、請求項７記載のマイクロ波を利用した無電極照明装置の電源制御方法。
  9. 入力交流電源の電圧変動率を感知し、該電圧変動率を補償することで一定の交流電圧及び一定の発振電流を発生する段階と、
    前記一定の交流電圧を高電圧の直流電圧に変換し、該変換された高電圧の直流電圧を出力する段階と、を包含し、
    前記無電極照明装置のマグネトロンは、前記一定の発振電流及び前記高電圧の直流電圧に基づいてマイクロ波を発生する、マイクロ波を利用した無電極照明装置の電源制御方法。
  10. 前記一定の交流電圧及び一定の発振電流を発生する段階は、
    入力された商用交流電源を直流電源に変換する段階と、
    前記商用交流電源の電圧変動率を感知し、該電圧変動率を補償するための電圧補償信号を発生する段階と、
    前記電圧補償信号によって、前記変換された直流電源の周波数を可変することで、該変換された直流電源を一定の交流電源に変換する段階と、
    該変換された一定の交流電源を予め決定した一定の電圧及び電流に変換し、該変換された予め決定した一定の電圧及び電流を前記マグネトロンのフィラメントに印加する段階と、
    を包含する、請求項９記載のマイクロ波を利用した無電極照明装置の電源制御方法。
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