NO172720B - Elektrodefritt fluorescerende lyssystem - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse vedrører elektrodefri fluorescerende utladningslampe som har en ytre pære som er gjennomskinnelig for synlig lys og belagt innvendig med et fluorescerende belegg som er i stand til å omdanne ultrafiolett strålning som treffer dette til synlig lys, en ioniserbar gassblanding som er i stand til å utsende nevnte ultrafiolette strålning når den bombarderes med elektroner, en toroidialformet spole anbragt innenfor nevnte pære for å akselerere nevnte elektroner inn i den ioniserbare gassblandingen for å generere nevnte ultrafiolette strålning, og et elektrostatisk skjermorgan som er plassert innenfor nevnte pære og som i alt vesentlig omgir nevnte toroidalformede spole.

Lysrør av fluorescerende type er kjent innenfor den tidligere teknikk ved lyssystemer. Generelt omfatter slike tidligere kjente lyssystemer av fluorescerende type en blanding av edelgasser, slik som neon, argon og eventuelt en sekundær gass, slik som kvikksølv. Slike tidligere fluorescerende rør forsynes generelt med et par elektroder av filamenttypen som er belagt med et materiale som har egenskapen med lett å utsende elektroner når det oppvarmes. Når elektrisk strøm innføres i de tidligere kjente filamentfluorescerende lysrør, vil slike filamenter oppvarmes og utsende elektroner med filamenten vekselsvis virkende som en anode og en katode. I slike tidligere kjente rør av fluorescerende type, er uhyre høye spenninger mellom elektrodene nødvendiggjort for å iverksette edelgassutladning. Således nødvendiggjør slike tidligere kjente fluorescerende lyssystemer høyere initial-innmatning av elektrisk energi og nødvendiggjør dessuten bruken av startere og ballaster for initiering av den selv-opprettholdende utladning. Anvendelsen av slike systemer muliggjør et komplisert system og øker kostnadsutleggene ved produksjon av slike tidligere kjent lyssystemer.

Generelt krever tidligere kjente fluorescerende lyssystemer et fluorescerende rør som må være en stort sett lineær eller bueformet utstrukket sylindrisk anordning med bestemt diameter. Diametrene for slike lysstoffrør velges for virkningsfull operasjon. Således er de tidligere kjente fluorescerende rør begrenset i sin konstruksjon som en funksjon av operasjonsvirkningsgrad. I motsetning til dette kan foreliggende lyssystem utformes fra en flerhet av konstruksjoner, innbefattende sfæriske, sylindriske, eller annen konstruksjonskontur som avhenger av en spesiell anvendelse. Det foreliggende system er ikke bundet av konstruksjonskriterier, ettersom det foreliggende system opererer uten elektroder og ikke er avhengig av et elektrisk felt som forløper fra ende til den andre i en turbulær konstruksjon, slik det foreligger ved de tidligere kjente systemer.

Ved tidligere kjente lysrør av fluorescerende type, under hver operasjonssyklus, vil elektronene som strømmer i en enkelt retning skape en konsentrasjon ved en ende av det tidligere kjente fluorescerende røret som tillater ioner å rekombinere på veggen av røret med elektronene som de fanger, og i stedet for rekombinering for å frembringe strålning, går energi tapt på rørveggen. Således byr slike tidligere kjente systemer på en begrensning med hensyn til minimumsdiameteren, ettersom en meget liten diameter ville øke opptredenen av rekombinasjonen av elektroner med ioner uten produksjonen av ultrafiolett strålning.

Tidligere kjente systemer av fluorescerende type er også begrenset hva angår operasjonsvirkningsgrad på grunn av reabsorpsjonen av ultrafiolett strålning ved hjelp av det metalliske gassmaterialet. Ettersom fotoner av ultrafiolett strålning utsendes med kollisjonen av elektroner og ioner, kan fotonene dempes ved hjelp av den metalliske gassen. Således er begrensningen relatert til distansen som fotonene må bevege seg og dette vil i realiteten begrense maksimums-diameteren for slike tidligere kjente fluorescerende lyssystemer. Reabsorpsjonen er en funksjon av både distansen som fotonene må bevege seg og gasstrykket innenfor de fluorescerende lysrørene.

Av annen kjent teknikk nevnes japansk patentsøknad nr. 57-103255 som omhandler en elektrodefri utladningslampe som har en toroidal spole formet på en toroidal kjerne, der toroidal-sammensti11 ingen er plassert innenfor en indre glasspære 5 som inneholder den ioniserbare gassblandingen.

TJS-patent 4171503 vedrører en elektrodefri utladningslampe som har et enkelt pæreelement for oppbevaring av det fluorescerende materialet, den ioniserbare gassen og toroidalspolen. I tillegg til de ugunstige virkninger på spoleviklingene på grunn av den kjemiske reaksjon med den ioniserbare gassen utsettes denne kjente løsning for et tap i lysutmatnings-virkningsgrad ettersom den ultrafiolette stråling som utsendes med kollisjonene av elektroner og ioner utsettes for reabsorpsjon. Dessuten blir fosforbelegget degradert, hvilket skyldes bombardering av tungmetallionene i kvikksølvdamp. En annen ulempe ved den kjente løsning er at det kreves en elektrisk lysbue for å initiere generering av ultrafiolett stråling.

I motsetning til dette er foreliggende lyssystem ikke bundet av ovennevnte begrensning, ettersom refangingen av elektroner ved hjelp av ioner på veggene av lyssystemet ikke opptrer, ettersom kollisjonen mellom ionene og elektronene opprettholdes innenfor en grense med lukket volum.

Av relatert teknikk nevnes US patent nr. 4.414.492 med tittel "Electronic Ballast System" og US patent nr. 4587461 med tittel "Self-Regulating Electronic Ballast System", og som begge har samme oppfinner og assignatar som i den foreliggende oppfinnelse, innbefattes begge hermed ved denne henvisning.

Ved foreliggende oppfinnelse tilsiktes å overvinne endel av de ulemper som er knyttet til den kjente teknikk, og den innledningsvis nevnte utladningslampen kjennetegnes, ifølge oppfinnelsen ved en eksiteringsanordning for å generere et innelukket magnetfelt, et indusert elektrisk felt i alt vesentlig parallelt og i den samme retning som nevnte magnetfelt, og et utstrålende elektrisk felt som er ortogonalt på nevnte innelukkede magnetfelt, idet nevnte magnetfelt og induserte elektriske felt tilføres med i alt vesentlig den samme frekvens for å akselerere og dirigere nevnte elektroner for kollisjon med nevnte ioniserbare gassblanding, idet nevnte eksiteringsanordning innbefatter et gasshus med lukket kontur som har i alt vesentlig smultringform som er posisjonsmessig plassert innenfor nevnte toroidalformede spole, og idet nevnte gasshus med lukket kontur inneholder nevnte ioniserbare gassblanding.

Ifølge ytterligere utførelsesformer av utladningslampen akselererer det induserte elektriske felt de nevnte elektroner, og nevnte magnetfelt dirigerer nevnte elektroner i en forutbestemt skruelinjet bane. Utladningslampen kan også innbefatte permanentmagnet(er) for å etablere et i alt vesentlig konstant magnetfelt som er i alt vesentlig ortogonalt på nevnte innelukkede magnetfelt. Nevnte perma-nentmagnet (er) innbefatter fortrinnsvis et par skiveformede magneter som er plassert innenfor den innvendige diameter av toroidalspolen.

Dessuten er det fordelaktig at rommet innenfor pæren og utenfor gasshuset er evakuert, at den ioniserbare gassblanding innbefatter en metalldamp, at den ioniserbare gassblandingen opprettholdes innenfor gasshuset på et forutbestemt trykk, at den ioniserbare gassblandingen innbefatter minst en edelgass, og at metalldampen eventuelt er en kvikksølvdamp.

Videre er det fordelaktig at gasshuset er dannet av en materialsammensetning som er gjennomtrengelig for ultrafiolett stråling.

Figur 1 er et vertikalriss, delvis bortkuttet, som viser det

elektrodefrie lyssystemet.

Figur 2 er et snittriss av det elektrodefrie lyssystemet

langs snittlinjen 2-2 i figur 1.

Figur 3 er et vertikalriss av en utførelsesform av det elektrodefrie lyssystemet, som viser en eksiterings-mekanisme med permanent magnet. Figur 4 er et snittriss av utførelsesformen av det elektrodefrie lyssystemet tatt langs snittlinjen 4-4 i figur 3.

Idet der nå vises til figurene 1 og 2, er der vist en foretrukken utførelsesform av det elektrodefrie lyssystemet 10 av fluorescerende type for frembringelse av utsendelse av synlig lys som har høyere virkningsgrad og utvidet drifts-levetid når det sammenlignes med tidligere kjente lyssystemer. Det grunnliggende driftskonsept ved lyssystemet 10 er rettet mot elektronkollisjon med gassatomer til å frembringe ultrafiolett stråling. Den ultrafiolette stråling blir isotropisk transportert til et fosforbelegg for å støte an mot dette, hvilket medfører gjenutsendelse av den ultrafiolette stråling i den synlige delen av den elektromagnetiske båndbredden.

I særdeleshet frembringer det elektrodefrie lyssystemet 10, slik det vil ses i de etterfølgende avsnitt, kombinerte magnetiske og elektriske felt, hvor magnetfeltene hver befinner seg innenfor et i alt vesentlig lukket volum. Kombinasjonen av et magnetfelt og et elektrisk felt for å fokusere elektroner er blitt vellykket anvendt for et antall anvendelser, slik som for fokuseringen av elektroner i katodestrålerøranvendelser. Konseptet med den foreliggende oppfinnelse retter seg mot å utsette elektroner for kombinasjonen av krefter som utvikles av det induserte elektriske feltet og magnetfeltet, for å øke sannsynligheten for kollisjoner mellom elektroner og gassatomer relativt sannsynligheten for kollisjon hvis et elektron ble transportert under virkningen av kun et av feltene som resulterer i en kollisjon med kun vilkårlig bevegelige gasssatomer.

En av de elektriske hovedforstyrrelser i det eksterne miljøet kan oppstå fra det frembragte magnetfeltet. For å unngå denne type av forstyrrelser, slik det vil ses av de etterfølgende avsnitt, blir magnetfeltinterferensen kansellert ved å omslutte magnetfeltet i hva som generelt betegnes som en magnetisk flaske som begrepsmessig anvendes i anordninger for høy-akselerasjonspartikler. Lyssystemet 10 vil, slik det skal vises, operere på en relativt høy frekvens i størrelsesorden 10,0 MHz og magnetfeltet som frembringes, hvis ikke beholdt og avgrenset, ville eventuelt forstyrre telekommunikasjons-sending over et stort område. Slik man vil se blir de eksterne virkninger av utstrålt elektrisk felt minsket ved innføringen av en elektrostatisk skjerm som befinner seg innenfor systemet 10.

I tidligere kjente fluorescerende lyssystemer, er der tilveiebragt to filamenter som driftsmessig veksler som katode og anode. Ser man på en halvsyklus, vil elektroner forplante seg i en retning og der frembringes en konsentrert felteffekt med den ultrafiolette stråling av det oppbevarte plasmaet som er en funksjon av det fluorescerende rørets diameter. Ved slike kjente systemer kan metastabile atomer og ioner rekombineres på rørveggen og slik det kan fange deler av elektronene i stedet for å rekombinere til å frembringe stråling. Generelt kan vanlig fluorescerende rør (lysstoff-rør) ha en total virkningsgrad innenfor området 15$ - 20%. Ved å begrense banen og kollisjonen av elektronene innenfor et i alt vesentlig lukket volum, transporterer lyssystemet 10 ikke elektroner til en rør- eller husvegg som ville senke den synlige lysvirkningsgrad for det opererende system, slik som i tilfellet i standard fluorescerende belysningssystemer.

Generelt er to fenomener som har innflytelse på levetiden for tidligere kjent fluorescerende lyssystemer rettet mot levetiden av filamentene som anvendes, hvilke fordamper over en driftslevetidssyklus, samt hva angår økningen av avset-ninger på den innvendige overflaten av heleggsammensetningen etter et forutbestemt antall av lysoperasjoner. Dette siste fenomen skyldes delvis forringelsen av gasstrykket som resultatet av det vedvarende bombardement av tung-partikkel-ioner og/eller elektroner.

Elektrodefritt fluorescerende lyssystem 10 omfatter eksiteringsanordning 12 for å generere et permanent magnetisk felt, et omsluttet magnetisk felt og et indusert elektrisk felt som er i alt vesentlig parallelt og i den samme retning som det vekslende magnetiske feltet. De vekslende magnetiske og induserte elektriske felt tilføres med i alt vesentlig den samme frekvensen for akselerering og dirigering av elektroner for kollisjon med forutbestemte gassatomer som befinner seg innenfor gasshuskammeret 16 i gasshus 14 som har lukket kontur. Vekselsstrømsforløpet ved høy frekvens som tidligere beskrevet innenfor hele toroidalspolen 18 skaper en elektrisk potensialgradient mellom individuelle viklinger av spolen 18. Den elektriske potensialgradient skapes åpenbart på grunn av økningen og minskningen av strømmen som passerer gjennom de individuelle viklingene. Den elektriske potensialgradi-enten resulterer således i et elektrisk felt som er i alt vesentlig parallelt med det magnetiske feltet. Totalt sett skaper strømpassering gjennom toroidalspolen 18 både et magnetisk og indusert elektrisk felt som akselererer og dirigerer elektronene i en forutbestemt bane for kollisjon med gassatomer som befinner seg innenfor gasshuskammeret 16. Kollisjonen av elektroner med metalliske gassatomer som befinner seg innenfor gasshuset 14 av lukket kontur og i særdeleshet gasshuskammer 16, skjer internt innenfor toroidalspolens 18 grenser.

Ultrafiolett stråling som frembringes ved slike kollisjoner blir så utstrålt i alle retninger for til sist å bli utsendt som synlig lys, slik det skal beskrives i de etterfølgende avsnitt. Kollisjonen av elektroner med metalliske gassioner som befinner seg i gasshuskammeret 16, frembringer ultrafiolett stråling som utstråles isotropisk på en utadrettet måte til å treffe fosforbelegg 20 som er påført den indre overflaten av pærehus 22. Fosforbelegget 20 eller en lignende beleggsammensetningen absorberer minst en del av den ultrafiolette energien som støter an mot dette og gjenut-stråler den absorberte energien eksternt til det elektrodefrie lyssystemet 10 i form av synlig lys.

Et gassformet plasma befinner seg innenfor gasshuset 14 som har lukket kontur innenfor gasshuskammeret 16 i det elek-trodef rie lyssystemet 10. Den ultrafiolette energien som genereres i plasmaet passerer gjennom den i alt vesentlig ultrafiolett gjennomsiktige eksiteringsanordningen 12 til å bombardere belegget 20 med ultrafiolett stråling uten å frembringe noen kjemisk reaksjon eller strukturell degra-dering deri. Slik det er blitt vist i tidligere avsnitt, har dette virkningen med å øke driftslevetiden for lyssystemet 10 samt å øke lyssystemets 10 virkningsgrad når vurdert med hensyn til tidligere kjente fluorescerende lyssystemer.

I tillegg muliggjør eksiteringsanordningen 12, som tilveiebragt i den foretrukne utførelsesform av lyssystemet 10 vist i figurene 1 og 2, ved en selvstendig gassammensetning som isoleres atmosfærisk fra pæreelementet 22, idet et vakuum kan opprettholdes innenfor pæreelementkammeret 24 til å redusere varmeoverføringseffekter fra eksiteringsanordningen 12 til den eksterne omgivelse.

Den spesielle struktur av eksiteringsanordningen 12 gjør den i alt vesentlig uavhengig av den genererte temperatur og sådan kan anvendes på et høyere trykk av gass som befinner seg innenfor gasshuset 14 enn tidligere kjente systemer.

Lyssystemer som opererer med høyt trykk er kjent, hvilke kan anvendes for gatebelysning eller andre anvendelser for å utsende store mengder av lys over store områder.

Imidlertid er det ved slike høytrykkssystemer fortsatt tilstede sylindriske rør hvor trykk må nå flere atmosfærer og gi meget høy intensitet. Spenningene som anvendes i slike høytrykkslyssystemer og som anvendes til å starte røret og å opprettholde utladningen, er ekstremt høye og således blir elektrodene som skal bombarderes og som utsettes for det elektriske feltet anbragt i gassammensetningen, hvilket på skadelig måte påvirker levetiden for slike høytrykksoperer-ende lyssystemer.

I det foreliggende elektrodefrie fluorescerende lyssystemet 10, er det ikke noen metallsammensetning innenfor eksiteringsanordningen 12, med unntaket av gassammensetningen eller eventuell metallsammensetning dannet som en del av gasshuset 14 som har lukket kontur. Således, utover disse betrakt-ninger, er der ikke noe i kontakt med det elektriske feltet som genereres. I lyssystemet 10 er den dampen som ioniseres og danner plasmaet innenfor gasshuset 14 med lukket kontur ikke i kontakt med toroidalspolen 18 og danner kun kontakt med den innvendige omhylning i gasshuskammeret 16.

Eksiteringsanordningen 12 omfatter toroidalspolen 18 for generering av de vekslende magnetiske og elektriske felt. I tillegg er gasshuset 14 med lukket kontur som har en i alt vesentlig smultringkontur posisjonsmessig plassert innenfor toroidalspolen 18, slik det er vist i figurene 1 og 2. Elektrisk strøm føres gjennom toroidalspolen 18 i en skruelinjet retning, slik det er åpenbart fra spolekonturen som er vist i figurene. Vekslingen av strøm innenfor toroidalspolen 18 skaper en elektrisk potensialgradient mellom de individuelle viklinger av spolen 18 ettersom strøm øker eller minsker. Denne gradient induserer et elektrisk felt som er i alt vesentlig parallelt med det magnetiske feltet. Den magnetiske fluks som genereres av toroidalspolen 18 befinner seg fullstendig innenfor gasshuset 14 som har lukket kontur. Magnetfeltet som omgir gasshuset 14 med lukket kontur opprettholder elektronene i en bevegelse som er syklisk av natur innvendig relativt gasshuset 14 med lukket kontur, hvilket muliggjør en eksitert plasmasirkulering mellom den innvendige diameter og utvendige diameter av gasshuset 14. På denne måte er der en konsentrasjon av elektroner og ioner som er begrenset innenfor gasshuset 16 på grunn av magnetfeltet.

For å opprettholde et effektivt operasjonssystem, opererer det elektrodefrie lyssystemet 10 på en relativt høy frekvens og muliggjør genereringen av et høyt nok magnetfelt til å opprettholde og begrense baneretningen for elektronene som sirkulerer innenfor gasshuskammeret 16.

Eksperimentelt er lyssystemet 10 blitt effektivt drevet på et frekvensområde i størrelsesorden 0,1 - 50,0 MHz og særlig effektivt på en frekvens lik 10,0 MHz.

Diameteren av den ledende tråden for toroidalspolen 18 er relativt liten og avstandene mellom de individuelle viklinger i toroidalspolen 18 er relativt stor, for at den ultrafiolette strålingen som genereres innenfor gasshuset 14 med lukket kontur blir i alt vesentlig uhindret og ublokkert av toroidalspolen 18 i den ultrafiolette strålingspassasjen til beleggsammensetningen 20 på den innvendige overflaten av pæreelementet eller pærehuset 22. Individuelle viklinger av toroidalspolen 18 kan dannes av tynn elektrisk ledende tråd i diameterområdet 0,5 mm med avstand mellom viklingene omtrentlig 20,0 mm.

Gasshuset 14 er dannet av en ultrafiolett strålingsgjennom-siktig sammensetning som kan være en glassammensetning. Evis en glassammensetning anvendes, vil dette bety en glass-sammensetning fritt for jern. For å ha en vesentlig stråling, må det følgelig være et vesentlig tverrsnitt av plasmaet, og i eksperimentelle operasjoner, er tverrsnittsarealet av gasshuskammeret 16 blitt variert mellom 4,84 - 6,45 cm2 , hvor innvendig og utvendig radius av det smultringformede huset varieres mellom ca. 30,0 - 40,0 mm.

Gasshuset 14 med lukket kontur inneholder en forutbestemt gassammensetning som kan være en metallisk gassammensetning på et eller annet forutbestemt trykk. Den forutbestemte gass-sammensetning kan være kvikksølv, argon, neon, natrium eller en viss lignende gassammensetning, og trykket som er blitt holdt innenfor gasshuset 14 har på vellykket måte blitt anvendt på et trykk tilnærmet lik 3,0 torr.

Man har funnet det vanskelig å produsere en smultringkontur som har en liten innvendig radius sammenlignet med diameteren. I det foreliggende lyssystemet kan den totale smultringform dannes i to separate deler. Ved å forme stykker av glass som danner halvsirkel, er det mulig å tilveiebringe to halve smultringer som kan så sammenstilles med hverandre ved sveisning eller en eller annen lignende teknikk, slik som frittet glasstetning.

Toroidalspolen 18 er dannet av et metallisk materiale med stor elektrisk ledeevne, slik som kobber, sølv eller en viss kombinasjon derav. Slik det tidligere er blitt angitt, dannes toroidalspolen 18 av en flerhet av viklinger, med viklingene adskilt fra hverandre med en forutbestemt distanse for å gjøre toroidalspolen 18 i alt vesentlig gjennomsiktig for den ultrafiolette strålingen som genereres innenfor gasshuskammeret 16 i gasshuset 14 som har lukket kontur. Denne spesielle kobling av toroidalspolen 18 til en elektrisk kilde skal omtales i de etterfølgende avsnitt.

Det utstrålte elektriske feltet som genereres av toroidalspolen 18 utstråler utad i alle retninger og kan skape en forstyrrende innflytelse på forskjellige kommunikasjons-systemer og lignende elektriske systemer som befinner seg utenfor pæreelementet 22. Således omfatter det elektrodefrie fluorescerende lyssystemet 10 et elektrostatisk skjermorgan 26 som i alt vesentlig omgir eksiteringsanordningen 12 for å beholde de utstrålte elektriske felt innenfor lyssystemet 10. Det elektrostatiske skjermorganet 26 omgir i alt vesentlig toroidalspolen 18 for å hindre utvandring av det utstrålte elektriske feltet forbi grensene for lyssystemet 10.

Det elektrostatiske skjermorganet 26 kan være dannet av et perforert metallisk materiale, slik at fotoner i ultrafiolett stråling kan passere derigjennom med liten interferens eller refleksjon. Det elektrostatiske skjermorganet 26 er elektrisk koblet til jord 28 slik det skjematisk er vist i figur 1, i en direkte koblingsmodus eller i serie gjennom en konden-sator .

En annen type av elektrostatisk skjerm kan anvendes ved å tilveiebringe et ledende belegg på den utvendige flaten av pæreelementet 22. En sprut av tinnklorid eller en lignende sammensetning kan anvendes til utvendig å belegge pæreelementet 22 og således beholde det elektriske feltet innenfor lyssystemet 10. Slik tilfellet var for det elektrostatiske skjermelementet 26, kobles det ledende belegget til jord 28 enten direkte eller gjennom en seriekoblet konden-sator (ikke vist).

Således vil ultrafiolett energi som utsendes fra et gasshuskammer 16 passere gjennom gasshuset 14 som er gjennomsiktig for ultrafiolett stråling, toroidalspolen 18 og så gjennom det elektrostatiske skjermorganet 26 for å støte an mot det fluorescerende belegget 20 er dannet på den innvendige overflaten av pæreelementet 22 for absorpsjon og gjen-utsending av energi i den synlige båndbredden av det elektromagnetiske spektrum. Pæreelementets kammer 24 blir, slik det er blitt angitt, holdt på et høyt vakuum for å redusere absorpsjonen av ultrafiolett stråling og varmeoverførings-effekter og overføringer fra eksiteringsanordningen 12 til det eksterne miljøet.

Mens tidligere kjente lyssystemer krever genereringen av en høyspenning for å skape en utladning innenfor den innelukkede gassammensetning i et rør, anvender lyssystemet 10 en relativt lav spenning og krever en strøm til å passere gjennom toroidalspolen 18 til å generere de ønskede elektriske og magnetiske felt for generering av tilstrekkelig energi til å tillate kollisjoner mellom elektroner og ioner å opptre innenfor gasshuskammeret 16 og å generere den ultrafiolette stråling. Ved operasjon av toroidalspolen 18 på en høy frekvens, blir spenningen som anvendes til å drive lyssystemet 10 opprettholdt på en minimumsverdi og strømmen som flyter i spolen 18 kan være i størrelsesorden 1,0 - 3,0 ampere. Toroidalspolen 18 kobles til ballastsystemet 30 gjennom ledere 34 og 36 som er montert på eksterne overflater av konstruksjonsrammen 38 som er dannet av et dielektrisk materiale som ikke er viktig for det oppfinneriske konsept som heri omhandlet. Konstruksjonsrammen 38 kan være laget av en vertikalt rettet stolpe som har labber 40 som er rettet radielt og koblet til en innvendig overflate av gasshuset 14 med lukket kontur til å opprettholde sådan i et stasjonært sted innenfor pæreelementet 22. Elektriske ledere 34 og 36 er koblet på motstående ender til henholdsvis toroidalspolen 18 og til ballastsystemet 30.

Ballasten 30 kan være ballastsystemet som er vist i det tidligere nevnte US patent nr. 4.414.492 samt være til-svarende ballastsystemet vist i det tidligere nevnte US patent nr. 4587461 med tittel "Self-Regulating Electronic Ballast System".

Pæreelementet 22 omgir det elektrostatiske skjermorganet 26 og eksiteringsanordningen 12. Pæreelementet 24 omfatter en metallisk gassammensetning som befinner seg deri og særlig innenfor gasshuskammeret 16. Gassatomer ioniseres med kollisjon med akselerert elektroner som tilveiebringes av eksiteringsanordningen 12 og gassioniserte atomer utstråler energi i den ultrafiolette båndbredden av det elektromagnetiske spekteret etter slike kollisjoner enten atomene er metastabile eller ioner. Det fluorescerende materialbelegget 20 belegges på en indre overflate av pæreelementet 22 for å absorbere minst en del av den ultrafiolette energien og å gjenutstråle den absorberte energien som befinner seg utenfor lyssystemet 10 i form av synlig lys. Det utstrålende elektriske feltet som genereres ved hjelp av eksiteringsanordningen 12 er begrenset i sin utstrålingsdistanse av det elektrostatiske skjermorganet 26 som hindrer at stråling passerer utenfor lyssystemet 10.

Det er nå blitt vist en fremgangsmåte for å tilveiebringe synlig lys fra lyssystemet 10, som innbefatter anvendelsen av eksiteringsanordningen 12 for å akselerere elektroner i en forutbestemt bane. Elektronene akselereres i en cyklisk bane innenfor en omhylning med i alt vesentlig lukket kontur ved bruk av toroidalspolen 18, som akselererer elektronene i en sirkulær smultringformet omslutningsbane.

De akselererte elektroner kolliderer med atomer av en forutbestemt gassammensetning og slike ioniseres for fri-givelse av ultrafiolett stråling. Den ultrafiolette strål-ingsfotoner passerer gjennom toroidalspolene 18, og treffer til sist på belegget 20 av fluorescerende materiale, hvor den ultrafiolette stråling gjenutsendes i den synlige del av det elektromagnetiske spektrum. Det fluorescerende materialet 20 er belagt på en Innvendig overflate av pærehuset 22, som omgir eksiteringsanordningen 12.

Trinnet med å akselerere elektronene innenfor den lukkede konturs bane, omfatter trinnet å opprettholde elektronbanen innenfor et rom med lukket volum definert av den innvendige omhylning av den sirkulære toroidalspolen 18.

Trinnet med å opprettholde elektronbanen omfatter ytterligere trinnet å generere et omsluttet magnetfelt og et elektrisk felt som er i alt vesentlig parallelt og i den samme retning som det omsluttede magnetfeltet. Ved å anvende det smultringformede volum med lukket kontur som genereres av toroidalspolen 18, opprettholdes magnetfeltet innvendig relativt konturen som har lukket smultringform. Ved således å føre elektrisk strøm gjennom toroidalspoler 18, blir elektroner syklisk drevet gjennom det innvendige smultringformede konturlukkede volum for å støte an mot forutbestemte gass-sammensetningsatomer.

I den foretrukne utførelsesform som er vist i figurene 1 og 2 blir forutbestemte gassatomer opprettholdt innenfor gasshuskammeret 16 som er dannet innenfor gasshuset 14 som har lukket kontur. Toroidalspolen 18 er viklet rundt den utvendige overflaten av gasshuset 14 som har lukket kontur. I denne foretrukne utførelsesform blir pæreelementkammeret 24 i pærehuset 22 evakuert til å frembringe et vakuum. Således vil akselererte elektroner som passerer innenfor det smultringformede gasshuskammeret 16 kollidere med gassatomer som har en resulterende ultrafiolett stråling etter ionisering. Den ultrafiolette strålingen passerer gjennom gasshuset 14 som har lukket kontur, hvilket hus er dannet av en i alt vesentlig ultrafiolett gjennomsiktig sammensetning, slik som smeltet kvartsglass.

Ultrafiolett stråling passerer så gjennom det elektrostatiske skjermorganet 26 for å støte an mot det fluorescerende materialet eller fosforbelegget 20, som gjenutsender den anstøtende energien i form av synlig lys.

I utførelsesf ormen som er vist i figurene 1 og 2 blir trinnet med å ionisere den forutbestemte gassammensetning etterfulgt av isotropisk å transportere den ultrafiolette stråling til rørets fluorescerende materiale 20 som er dannet på den innvendige overflaten av pæreelementet eller huset 22.

Således er det i lyssystemet 10 tilveiebragt elektrisk skjerm 26 som omslutter eksiteringsanordningen 12 for å tilveiebringe en elektrostatisk skjermbarriere overfor det elektriske feltet som frembringes av eksiteringsanordningen 12. Det elektriske skjermorganet 26 er dannet av en gitter-skjerm eller perforert metallsammensetning for at slike skal være i alt vesentlig gjennomsiktige for den ultrafiolette stråling som passerer fra eksiteringsanordningen 12 til det fluorescerende materialbelegget 20 som er dannet på en innvendig overflate av pæreelementet 22.

Idet det nå vises til figurene 3 og 4, er der vist elektrodefritt lyssystem 10" som kan være en utførelsesf orm av det elektrodefrie lyssystemet 10 som er vist i figurene 1 og 2. Lyssystemet 10" er basert på konseptet at den strøm som behøves for å generere en forutbestemt magnetisk feltstyrke kan reduseres ved å anvende en vektor-sum av et konstant magnetisk felt fra permanente magneter som er innrettet ortogonalt på det lukkede magnetfeltet for spolene 18 eller 18' .

I den utførelsesform som er vist i figurene 3 og 4, omfatter eksiteringsanordningen 12" permanente magneter 42 og 44 for å etablere et konstant magnetfelt som er i alt vesentlig ortogonalt på det vekslende magnetfeltet som er tidligere beskrevet. Det permanente magnetfeltet blir således summert vektormessig med det vekslende feltet til å generere en økt feltstyrke.

Således vil lyssystemet 10" ha en forutbestemt magnetisk feltstyrke som anvender mindre strøm som går gjennom toroidalspolen 18" enn hva som ville være tilstede for spolen 18.

For illustrerende formål kan den permanente magneten 42 ha en Nordpol som er plassert på en flate og en Sydpol plassert på en motstående flate av magneten 42. Den permanente magneten 42 er plassert over senterlinjen for tverrsnittet av gasshus-omslutningen 14' og innenfor senteråpningen av den dannede smultringform.

De magnetiske flater på en permanent magnet 42 er i alt vesentlig parallelle med planet som dannes av toroiden. Den permanenten magneten 44 er montert som et speilbilde av den permanente magneten 42 under senterlinjen for gasshusets omslutning 14'. Den permanente magneten 44 har sine magnetiske flater orientert på en motstående måte relativt den for magneten 42.

I det viste eksempel har den permanente magneten 42 sin Sydpol vendende mot den permanente magneten 44. På tilsvar-ende måte er den permanente magneten 44 så orientert på en måte slik at dens Nordpol vender mot magneten 42. Denne forutbestemte orientering av magnetene 42 og 44 tillater magnetfeltet mellom utsideflåtene av magnetene 42 og 44 å passere gjennom tverrsnittet av toroiden som er dannet av den toroidale spolen 18" eller gasshuset 14' som har lukket kontur på en måte slik at det permanente magnetfeltet er perpendikulært på feltet som befinner seg deri. Det er innlysende at den magnetiske kretsen fullføres av det magnetiske feltet som er koblet mellom de magnetiske polene for magnetene 42 og 44 som motstående vender mot hverandre i den sentrale åpning av den generelle toroidekonturen.

Selv om denne oppfinnelse er blitt beskrevet i forbindelse med bestemte formål og utførelsesformer derav, vil det forstås at forskjellige modifikasjoner som avviker fra de som er omtalt ovenfor kan tys til uten å avvike fra oppfinnelsens ide og omfang. Eksempelvis kan ekvivalente elementer erstatte de som er særlig vist og beskrevet, visse trekk kan anvendes uavhengig av andre trekk, og i visse tilfeller kan spesielle plasseringer av elementer bli omsnudd eller innskutt, hele tiden uten å avvike fra oppfinnelsens ide og omfang som definert i de vedlagte patentkrav.

Claims (10)

1. Elektrodefri fluorescerende utladningslampe som har en ytre pære (22) som er gjennomskinnelig for synlig lys og belagt innvendig med et fluorescerende belegg (20) som er i stand til å omdanne ultrafiolett stråling som treffer dette til synlig lys, en ioniserbar gassblanding som er i stand til å utsende nevnte ultrafiolette stråling når den bombarderes med elektroner, en toroidialformet spole (18, 18") anbragt innenfor nevnte pære (22) for å akselerere nevnte elektroner inn i den ioniserbare gassblandingen for å generere nevnte ultrafiolette stråling, og et elektrostatisk skjermorgan (26) som er plassert innenfor nevnte pære (22) og som i alt vesentlig omgir nevnte toroidalformede spole (18, 18"), karakterisert ved: en eksiteringsanordning (12) for å generere et innelukket magnetfelt, et indusert elektrisk felt i alt vesentlig parallelt og i den samme retning som nevnte magnetfelt, og et utstrålende elektrisk felt som er ortogonalt på nevnte innelukkede magnetfelt, idet nevnte magnetfelt og induserte elektriske felt tilføres med i alt vesentlig den samme frekvens for å akselerere og dirigere nevnte elektroner for kollisjon med nevnte ioniserbare gassblanding, idet nevnte eksiteringsanordning (12) innbefatter et gasshus (14, 14') med lukket kontur som har i alt vesentlig smultringform som er posisjonsmessig plassert innenfor nevnte toroidalformede spole (18, 18"), idet nevnte gasshus (14, 14') med lukket kontur inneholder nevnte ioniserbare gassblanding.

2. Elektrodefri fluorescerende utladningslampe som angitt i krav 1, karakterisert ved at det nevnte induserte elektriske felt akselerer nevnte elektroner, og nevnte magnetfelt dirigerer nevnte elektroner i en forutbestemt skruelinjet bane.

3. Elektrodefri fluorescerende utladningslampe som angitt i krav 1, karakterisert ved at den også innbefatter permanentmagnet(er) (42, 44) for å etablere et i alt vesentlig konstant magnetfelt som er i alt vesentlig ortogonalt på nevnte innelukkede magnetfelt.

4. Elektrodefri fluorescerende utladningslampe som angitt i krav 3, karakterisert ved at det nevnte perma-nentmagnet (er) innbefatter et par skiveformede magneter (42, 44) som er plassert innenfor den innvendige diameter av toroidalspolen (18, 18").

5. Elektrodefri fluorescerende utladningslampe som angitt i krav 1, karakterisert ved at rommet innenfor pæren (22) og utenfor gasshuset (14, 14') er evakuert.

6. Elektrodefri fluorescerende utladningslampe som angitt i krav 5, karakterisert ved at den ioniserbare gassblanding innbefatter en metalldamp.

7. Elektrodefri fluorescerende utladningslampe som angitt i krav 6, karakterisert ved at den ioniserbare gassblandingen opprettholdes innenfor gasshuset (14, 14') på et forutbestemt trykk.

8. Elektrodefri fluorescerende utladningslampe som angitt i krav 7, karakterisert ved at den ioniserbare gassblandingen innbefatter minst en edelgass.

9. Elektrodefri fluorescerende utladningslampe som angitt i krav 8,karakterisert ved at metalldampen er en kvikksølvdamp.

10. Elektrodefri fluorescerende utladningslampe som angitt i krav 1,karakterisert ved at gasshuset (14, 14') er dannet av en materialsammensetning som er gjennomtrengelig for ultrafiolett stråling.