JP2012501513A - 高圧パルス発生器および高圧パルス発生器を有する高圧放電ランプ - Google Patents

Abstract

本発明は、スパイラルパルス発生器に基づく高圧パルス発生器に関しており、ここでこのスパイラルパルス発生器は、ＬＴＣＣコンポーネントとして実施されておりかつ少なくとも２つのセラミック層および金属を含有する少なくとも２つの層によって巻回されており、高圧パルス発生器は、円筒形の体積体Ｖ＝ｄ²＊π＊３＊ｄに収納することができ、高圧パルス発生器の長さは、上記の体積体の直径の３倍であり、上記の高圧パルス発生器の体積は、上記の円筒形の体積体の３分の１よりも大である。本発明はまた管状の外管を有する高圧放電ランプにも関しており、ここで高圧放電ランプの外管は、上記の高圧パルス発生器のうちの１つを有する。

Description

本発明は、スパイラルパルス発生器に基づく高圧パルス発生器に関しており、このスパイラルパルス発生器は、ＬＴＣＣコンポーネントとして実施されており、少なくとも２つのセラミック層および金属を含有する少なくとも２つの層から巻回されている。本発明はまた、管状の外管を有する高圧放電ランプにも関する。

従来技術
本発明は、請求項１の上位概念に記載した高電圧パルス発生器に関する。

DE 10 2005 061 832 A1からは、スパイラルパルス発生器に基づく高圧パルス発生器が公知であり、これはＬＴＣＣコンポーネントから実施されているため、高圧放電ランプのランプ口金または外管に使用することができる。この発生器は、図１ａにも示したように円形の基本形状を有する。図１ｂにはスパイラルパル発生器の直径に依存してその電圧増幅度の基本的な関係が示されている。この電圧増幅度は、直径の増加と共に顕著に増大している。しかしながら比較的高い点弧電圧を要する高圧放電ランプでは、円形のスパイラルパルス発生器として実施される高圧パルス発生器が大き過ぎるという問題がある。それは、その出力電圧Ｕ_Aが、つぎの式に示されるように幾何学的寸法、殊にその外径および内径（ＡＤ，ＩＤ）に依存するからである。すなわち、
Ｕ_A ＝ ２×ｎ×Ｕ_L×（ＡＤ−ＩＤ）／ＡＤ
となるからである。ここでｎはスパイラルパルス発生器の巻数を表し、またＵ_Lは、チャージ電圧ないしは入力電圧を表す。この式が意味するのは、スパイラルパルス発生器の効率は、例えば、その内径と外径との差分に対する平均直径の比によって決定されることである。

点弧のため、すなわち電極間で絶縁破壊を起こさせるため、上記の高圧放電ランプに高電圧が必要になる場合、１つの問題が発生する。それは、この場合に適切なスパイラルパルス発生器の外径が、この高圧放電ランプの外管の内径よりも大きくなってしまうからである。

課題
本発明の課題は、スパイラルパルス発生器に基づく高圧パルス発生器を提供することであり、ここでこのスパイラルパルス発生器は、ＬＴＣＣコンポーネントとして実施されており、少なくとも２つのセラミック層および金属を含有する少なくとも２つの層から巻回されている。上記のスパイラルパルス発生器は機械的には、細い外管を有する高圧放電ランプにも使用できるように構成されている。また本発明の課題は、良好な点弧特性を示しかつ細い外管を有する高圧放電ランプを提供することでもある。

発明の説明
高圧パルス発生器についての課題は、本発明により、スパイラルパルス発生器に基づく高圧パルス発生器によって解決され、ここでスパイラルパルス発生器はＬＴＣＣコンポーネントとして実施されており、少なくとも２つのセラミック層および金属を含有する少なくとも２つの層から巻回されている。この高圧パルス発生器の特徴は、この高圧パルス発生器が、円筒形の体積体Ｖ＝ｄ２＊π＊３＊ｄに収納可能であり、高圧パルス発生器の長さは、この体積体の直径の３倍であり、高圧パルス発生器の体積は、上記の円筒形の体積体の３分の１よりも大である。驚いたことにも判明したのは、上記のスパイラルパルス発生器が円形ではなく、一方向に扁平させた形状、例えば楕円形である場合、上記のスパイラルパルス発生器から出力され得る点弧電圧が実質的に低下しないことである。

ここで上記の高圧パルス発生器は、円形ではない中空円筒形の形状を有する。ここで中空円筒形の形状とは、直径はより小さいが同じ長さ円筒形の形状が貫通している円筒形の形状のことである。殊に有利には高圧パルス発生器の輪郭は、円形から偏差した閉じた曲線、例えば第１実施形態の楕円形に相応する。楕円形の形状として、あらゆる直線がこの楕円に２つ以下の点で交わりかつこの楕円の各点がちょうど１つの接線を有するという特徴を有する。この高圧パルス発生器の断面は、楕円形のリングの形状である。

第２実施形態において、高圧パルス発生器の輪郭は、対向する平行な２つの直線を有する曲線であり、これらの直線の対向する２つの点においてこれらの直線には１つずつの半円が接続される。この形状らは、円形競技場の輪郭に類似したものであると考えることができる。この場合に断面は、リングの形状に類似しており、その輪郭は、対向する平行な２つの直線であり、これらの直線の対向する２つの点においてこれらの直線にはそれぞれ１つの半円が接続される。

上記の高圧パルス発生器の偏心度は、有利には１〜１０の間にあり、殊に有利には１．５〜３の間にある。ここで偏心度として、９０°だけずらして半径方向に見た高圧パルス発生器の２つの直径の比とする。

高圧放電ランプについての課題は、管状の外管を有する高圧放電ランプによって解決され、ここでこの高圧放電ランプの特徴は、その外管が上述の１つまたは複数の特徴を有する高圧パルス発生器を有することである。ここで上記の高圧放電ランプの外管は有利には１８〜２５ｍｍの内径を有する。

上記の高圧放電ランプは、有利にはスパイラルパルス発生器の回路を有しており、この回路により、共振の増大によってスパイラルパルス発生器のチャージ電圧が形成される。この回路は、ランプ口金に収容することができるが、上記のスパイラルパルス発生器と共に高圧放電ランプの外管に収容することも可能である。

本発明の有利な発展形態および実施形態は、別の従属請求項および以下の説明より明らかになる。

従来技術による円形のスパイラルパルス発生器を示す図である。 スパイラルパル発生器の直径に依存して従来技術による電圧増幅度の関係を表す線図である。 第１実施形態の楕円形のスパイラルパルス発生器を示す図である。 第２実施形態のスパイラルパルス発生器が示す図である。 従来技術による円形のスパイラルパルス発生器の出力電圧と、本発明による楕円形のスパイラルパルス発生器の出力電圧とを比較した線図である。 スパイラルパルス発生器の回路の回路図が示されている。

以下では実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。

発明の有利な実施形態
第１実施形態
図２ａに示した第１実施形態においてスパイラルパルス発生器は、楕円形の形状を有する。驚いたことにも判明したのは、楕円形の形状を有するスパイラルパルス発生器の出力電圧が、相応する円形のスパイラルパルス発生器の出力電圧よりも約１／３だけしか小さくないことである。図３にはこのことがはっきりと示されている。信号３２は、円形のスパイラルパルス発生器の出力電圧を示しており、信号３４は、楕円形のスパイラルパルス発生器の出力電圧を示している。ここから明瞭にわかるのは、円形のスパイラルパルス発生器の最大出力電圧が、楕円形のスパイラルパルス発生器の最大出力電圧の約１／３だけ大きいことである。楕円形のスパイラルパルス発生器の幅と類似の直径を有するような円形のスパイラルパルス発生器によったとすれば、格段に低い出力電圧が形成されることになる。

しかしながら楕円形のスパイラルパルス発生器は、長手方向に円筒形の体積体に挿入することができ、ここでこの円筒形の体積体は、直径が制限されているが長さは制限されていない。これは、所定の高圧放電ランプにおいて細い外管を有する場合にあてはまる。この外管は、適当な円形のスパイラルパルス発生器を収容するのには細すぎるが、楕円形のスパイラルパルス発生器は、場合によって延長したランプの外管に問題なく入れることができる。スパイラルパルス発生器の偏心度、すなわちこのスパイラルパルス発生器の幅ｂに対する長さｌの比ｌ／ｂは、ここでは１〜１０の間であり、殊に有利には１．５〜３の間である。

図４には、本発明によるスパイラルパルス発生器の有利な回路が示されており、これによって高圧放電ランプ５のホットリスタートが保証される。スパイラルパルス発生器１は、上記のように高圧放電ランプ５の外管に組み込まれている。択一的にはスパイラルパルス発生器１を高圧放電ランプ５の口金に組み込むことができる。回路としてはさらに火花ギャップ５１ならびにチャージ抵抗５２が必要である。この回路は、相応の温度耐性の実施例において、高圧放電ランプ５の外管に配置することができるが、高圧放電ランプ５の口金に配置することもできる。上記の口金に配置した回路によって生じる欠点は、スパイラルパルス発生器１を高圧放電ランプ５の外管に配置した際に３本のリード線を外管において案内しなければならないことである。回路を有する上記のスパイラルパルス発生器がランプソケットに配置される場合、２本のリード線だけが必要であるが、高圧耐性に実施しなければならない。上記の回路と共にスパイラルパルス発生器を高圧放電ランプ５の外管に配置する場合、同様に２つの電流供給部だけが必要であり、これは高圧耐性に実施する必要もない。

しかしながらここではスパイラルパルス発生器は、従来のように「点弧変換器」として利用されるのではなく、本発明では共振回路の一部分であり、この共振回路より、スパイラルパルス発生器の容量性の特性が使用される。この共振回路は、有利には電子式作動装置２０の出力インダクタンスと、チャージ抵抗５２と、スパイラルパルス発生器１とからなる。この共振回路は、キャパシタンスにおいて、すなわちスパイラルパルス発生器１において電圧の上昇が発生するように励起される。しかしながらこの電圧上昇により、スパイラルパルス発生器において、並列接続された火花ギャップ５１を絶縁破壊することの可能な電圧が加わり、ひいてはこの電圧によってスパイラルパルス発生器がトリガされる。これによってスパイラルパルス発生器１の既知の点弧パルスには、上記の共振回路によって生じた電圧上昇が重畳され、この電圧上昇によって高圧放電ランプ５に対して一層高い点弧電圧と、極めて大きな点弧エネルギとが得られる。これによって高圧放電ランプ５は、より良好かつ確実に点弧することができる。共振増大による本発明による作動法は、当然のことながら従来技術から公知のスパイラルパルス発生器にも適用可能である。

第２実施形態
図２ｂに示した第２実施形態は、スパイラルパルス発生器の形状だけが第１実施形態と異なっている。ここではスパイラルパルス発生器はつぎのような形状を有している。すなわちその輪郭は、対向する平行な２つの直線を有する曲線であり、これらの直線の対向する２つの点においてこれらの直線は１つずつの半円によって接続されているのである。この形状は、例えば古代ローマの大円形競技場の輪郭として知られている。このスパイラルパルス発生器はここでは直線のセグメントを有しており、これによってその偏心度、つまり幅ｂに対する長さｌの比をさらに増大させることができ、このスパイラルパルス発生器の偏心度は、ここでも１〜１０の間にあり、殊に有利には１．５〜３の間にある。

このようなスパイラルパルス発生器１と、図４に示した電子式作動装置および回路の相応する設計とにより、高圧放電ランプ５を上首尾に始動することができる。以下では、本発明によるスパイラルパルス発生器１を備えた本発明による高圧放電ランプ５からなる構成を有し得る例示的な設計を示す。ここで本発明によるスパイラルパルス発生器は、約１８０ｎＦのキャパシタンスを有する。良好な共振特性を保証するため、スパイラルパルス発生器１に対して１０のＱが必要である。出力抵抗およびチャージ抵抗５２は、約５Ωの抵抗値を有する。（図４に図示しない）電子式作動装置２０のチョークコイルは、約０．４５ｍＨのインダクタンス値を有する。これによって上記の共振回路の約１７．７ｋＨｚの共振周波数が得られる。上記の電子式作動装置が２００Ｖの出力電圧を有する場合、上記の周波数においてスパイラルパルス発生器１に約２０００Ｖの電圧が加わる。すなわち、上記のスパイラルパルス発生器における電圧は、電子式作動装置の出力電圧に比べて１０倍である。ここでは上記の電子式作動装置の出力電圧として、点弧の前にこの電子式作動装置によってランプに出力される電圧であるとする。ふつう電子式作動装置２０と、高圧放電ランプ５との間には点弧装置が配置されており、この点弧装置により、２００Ｖの作動装置の出力電圧からさらに、高圧放電ランプをコールドスタートするための２〜２．５ｋＶの点弧電圧が生成される。これは、本発明による高圧放電ランプではもはや不要である。それは、この点弧装置が、接続されたスパイラルパルス発生器１の形態でランプにすでに組み込まれているからである。偏心度を有する本発明のスパイラルパルス発生器によってチャージ電圧から２桁のｋＶ領域の高い点弧電圧が生成可能であることにより、簡単に適合させただけの電子式作動装置に直接接続可能でありかつホットスタートできる高圧放電ランプを作製することができる。

Claims (14)

1. スパイラルパルス発生器に基づく高圧パルス発生器であって、
   該スパイラルパルス発生器はＬＴＣＣコンポーネントとして実施されておりかつ少なくとも２つのセラミック層および少なくとも２つの導電層によって巻回されている形式の高圧パルス発生器において、
   当該高圧パルス発生器は、円筒形の体積体Ｖ＝ｄ²＊π＊３＊ｄに収納可能であり、
   当該の高圧パルス発生器の長さは、前記の体積体の直径の３倍であり、
   前記の高圧パルス発生器の体積は、前記の円筒形の体積体の３分の１よりも大であることを特徴とする
   高圧パルス発生器。
2. 前記の高圧パルス発生器は、円形から偏差した中空円筒形状を有する、
   請求項１に記載の高圧パルス発生器。
3. 前記の高圧パルス発生器の輪郭は、円形から偏差した閉じた曲線である、
   請求項２に記載の高圧パルス発生器。
4. 前記の高圧パルス発生器の輪郭は、楕円形である、
   請求項３に記載の高圧パルス発生器。
5. 前記の高圧パルス発生器の断面は、楕円形のリングの形状である、
   請求項４に記載の高圧パルス発生器。
6. 前記の高圧パルス発生器の輪郭は、対向する平行な２直線を有する曲線であり、当該の２つの直線の対向する２つの点にて、当該の直線は１つずつの半円によって接続されている、
   請求項３に記載の高圧パルス発生器。
7. 前記の高圧パルス発生器の断面は、リング状であり、
   当該リングの輪郭は、対向する平行な２直線であり、当該の２つの直線の対向する２つの点にて、当該の直線は１つずつの半円によって接続されている、
   請求項６に記載の高圧パルス発生器。
8. 前記の高圧パルス発生器の偏心度は、１〜１０の間にある、
   請求項１から７までのいずれか１項に記載の高圧パルス発生器。
9. 前記の高圧パルス発生器の偏心度は、１．５〜３の間にある、
   請求項１から８までのいずれか１項に記載の高圧パルス発生器。
10. 管状の外管を有する高圧放電ランプ（５）において、
    当該の高圧放電ランプ（５）の外管は、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の高圧パルス発生器（１）を有することを特徴とする、
    高圧放電ランプ（５）。
11. 前記の外管は、１８乃至２５ｍｍの内径を有する、
    請求項１０に記載の高圧放電ランプ。
12. 前記の高圧放電ランプ（５）はさらに、スパイラルパルス発生器（１）の回路（５１，５２）を有しており、
    当該の回路により、共振増大によってスパイラルパルス発生器（１）のチャージ電圧が形成される、
    請求項１０または１１に記載の高圧放電ランプ。
13. 前記の回路（５１，５２）は、ランプ口金に取り付けられている、
    請求項１２に記載の高圧放電ランプ。
14. 前記の回路（５１，５２）は、スパイラルパルス発生器（１）と共に高圧放電ランプ（５）の外管に取り付けられている、
    請求項１０から１２までのいずれか１項に記載の高圧放電ランプ。

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