Ламповый узел с индуктивным источником энергии и способ производства лампового узла - RU2292130C2

Чертежи

Показать все 19 чертежа(ей)

Описание

Уровень техники

Настоящее изобретение частично является продолжением патентной заявки США номер 90/592,194, под названием "Система обработки жидкости", которая была подана 12 июня 2000 г.

Настоящее изобретение относится к области освещения, более конкретно к ламповому узлу с индуктивным источником энергии, предназначенному для использования в системе освещения с индуктивным источником энергии.

Хотя индуктивно соединенные системы освещения не очень широко распространены, они являются известными. Традиционная индуктивно соединенная система освещения, в общем, включает первичную цепь, содержащую первичную катушку (или "первичную обмотку"), которая приводится в действие источником питания, и вторичную цепь, имеющую вторичную катушку (или "вторичную обмотку"), которая индуктивно получает питание от первичной обмотки. Индуктивные соединения обеспечивают множество преимуществ по сравнению с традиционными прямыми электрическими соединениями. Во-первых, индуктивно соединенные лампы обычно, являются более безопасными и их проще устанавливать и отсоединять, чем лампы, подключаемые по проводам. При прямых электрических соединениях обычно необходимо выполнять манипуляции с электрическими разъемами при установке и отсоединении лампового узла. Обычно это требует приложения некоторого усилия и связано с риском электрического удара. Часто электрические разъемы, по меньшей мере, частично, открыты, что увеличивает риск электрического удара. С другой стороны, индуктивно соединенные лампы не требуют манипуляций с какими-либо электрическими разъемами. Вместо этого вторичную обмотку лампового узла просто требуется разместить рядом с первичной обмоткой, чтобы обеспечить подачу питания в ламповый узел. Во-вторых, устранение электрических разъемов также повышает надежность системы, благодаря устранению проблем, связанных с традиционными электрическими разъемами. Например, обычные электрические разъемы подвержены коррозии и износу. Эти проблемы особенно обостряются при наружном применении устройств, где в результате воздействия условий окружающей среды на электрических контактах может собираться влага. При повторном использовании механические разъемы также подвержены износу и возможному повреждению. В-третьих, индуктивно соединенные лампы, по существу, обеспечивают более низкий риск электрического поражения в ламповом узле. Как указано выше, ламповый узел электрически отделен от источника питания. Вся энергия питания должна передаваться индуктивно от источника питания в ламповый узел. Поскольку существует внутренний предел величины энергии, которую можно индуктивно передавать в узел лампы, количество энергии, передаваемой в узел лампы, ограничено, в результате чего снижается риск электрического поражения.

Хотя традиционные индуктивно соединенные лампы обеспечивают множество важных преимуществ по сравнению с лампами с прямым соединением, они имеют существенные недостатки. Индуктивное соединение, по существу, менее эффективно, чем прямой электрический соединитель. Это частично связано с мощностью, требуемой для создания и поддержания электромагнитного поля. Низкая эффективность первичной обмотки в традиционном индуктивном соединении получается в результате плохо настроенной цепи. Такая низкая эффективность выражается в повышенном выделении тепла и в шумах, возникающих в результате вибрации первичной и вторичной обмоток. Проблемы, связанные с эффективностью, обостряются при повышении мощности осветительных устройств. Кроме того, существующие цепи питания ламп требуют точного совмещения первичной и вторичной обмоток для обеспечения приемлемого уровня эффективности. Это требует использовать более точные допуски и ограничивает конфигурацию и компоновку лампового узла и всей лампы.

Одна из наибольших проблем, связанных с надежностью, возникающих при производстве ламп, вызвана необходимостью пропускания проводов или других электрических элементов через колбу лампы. Как правило, провода проходят внутрь лампы через стеклянную ножку. Поскольку стекло не обеспечивает надежное прилипание к проводам и герметизацию вокруг них, существует риск утечки материалов лампы в точке прохода проводов внутрь лампы. Хотя были предприняты попытки по оптимизации соединения, остается существенная проблема, связанная с надежностью.

При использовании традиционных ламп с индуктивным источником энергии также возникает проблема обеспечения надежности, связанная с воздействием на компоненты цепей лампы условий окружающей среды, например, повреждение компонентов цепи лампы при попадании на них воды и влажности из окружающей среды. Для решения этой проблемы, по меньшей мере, в одной системе освещения с индуктивным питанием весь ламповый узел заключен в герметичную оболочку. В патенте США 5,264,997 авторов Hutchisson и др. раскрыта лампа, установленная на печатной плате, которая отделена от вторичной обмотки с помощью множества столбиков. Печатная плата включает различные электрические компоненты, необходимые для работы индуктивной связи. Отдельные компоненты колбы и линзы герметизированы вместе, благодаря формированию герметичной оболочки вокруг лампы, печатной платы и вторичной обмотки. Колба, в частности имеет форму, позволяющую устанавливать внутри нее вторичную обмотку, и позволяющую устанавливать лампу в патрон, содержащий первичную обмотку. Хотя герметичная оболочка обеспечивает улучшенную защиту от воздействия условий окружающей среды, она получается относительно громоздкой и обеспечивает пропускание света только в направлении линзы.

Как можно видеть, сохраняется потребность в разработке эффективного индуктивно соединенного лампового узла, который обеспечивает повышенную надежность в различных условиях работы, и может быть легко приспособлен к множеству различных конфигураций лампы.

Краткое описание изобретения

Вышеуказанные проблемы преодолеваются в соответствии с настоящим изобретением, в котором ламповый узел содержит лампу, индуктивную вторичную обмотку, предназначенную для питания лампы и конденсатор. Конденсатор последовательно соединен с лампой и вторичной обмоткой, и выбран так, что он имеет реактивное сопротивление на рабочей частоте, приблизительно равное или немного меньше, чем суммарное полное сопротивление лампы и вторичной обмотки при рабочей температуре. В результате, цепь лампы работает в резонансе или около резонанса. При использовании электроразрядных ламп, включенный последовательно конденсатор также выполняет функцию ограничителя тока во вторичной цепи, что исключает неуправляемое повышение тока, которое в противном случае происходило бы в электроразрядной лампе.

В другом объекте изобретение обеспечивает ламповый узел с индуктивным источником энергии, в котором вся цепь лампового узла лампы герметизирована внутри прозрачной колбы. Предпочтительно, вся цепь лампового узла, включая вторичную обмотку и соединенный с ней конденсатор, герметизирована внутри колбы лампы. В альтернативном варианте выполнения вторичная обмотка и лампа, а также конденсатор и пусковое устройство установлены внутри второй закрытой пластмассовой, тефлоновой, стеклянной или кварцевой оболочки, при этом отсутствуют какие-либо провода или другие элементы, проходящие через колбу. Из полости, образующейся между второй колбой и колбой лампы, предпочтительно, откачивают воздух, или ее заполняют функциональным газом для обеспечения требуемого уровня теплопроводности или изоляции.

В другом объекте изобретение обеспечивает дистанционно включаемый выключатель для обеспечения предварительного нагрева электроразрядной лампы. Выключатель обеспечен так, что он замыкает электроды через вторичную обмотку на определенный период времени при пуске лампы. Кроме того, цепь может содержать последовательно включенное сопротивление, чтобы способствовать ограничению тока предварительного нагрева. В одном варианте выполнения выключатель представляет собой электромагнитный выключатель, который, предпочтительно, приводят в действие с помощью магнитного поля, генерируемого соответствующей катушкой в цепи управления лампы.

Настоящее изобретение обеспечивает простой и недорогой ламповый узел, предназначенный для использования в системах освещения с индуктивным питанием. Поскольку ламповый узел работает в режиме резонанса или около него, он имеет высокое значение коэффициента мощности и высокую эффективность. Это снижает потери энергии, связанные с накоплением тепла, а также обеспечивает тихую работу индуктивного соединения, даже в условиях передачи относительно высокой мощности. Эффективность вторичной цепи позволяет использовать менее точное совмещение между первичной и вторичной обмотками, что повышает степень свободы при выборе компоновки и конфигурации лампы и лампового узла. Герметизированная колба обеспечивает улучшенную защиту цепи лампы от воздействия окружающей среды, не ограничивая передачу света от лампы. Хотя для некоторых источников света могут возникать спектральные потери излучаемого света из-за определенных свойств светопропускания материалов, используемых для изготовления колбы, например, некоторые материалы плохо пропускают ультрафиолетовое излучение. Настоящее изобретение позволяет использовать функциональные газы внутри герметичной колбы для повышения или снижения степени изоляции лампы от окружающей среды. Кроме того, благодаря заключению всей цепи лампы внутрь колбы лампы, устраняется необходимость использования проводов или электрических проводов, которые проходят через колбу. Это существенно повышает надежность лампы при значительном сокращении производственных затрат. Кроме того, электромагнитный выключатель в соответствии с настоящим изобретением обеспечивает недорогую и надежную альтернативу традиционным пусковым цепям.

Эти и другие задачи, преимущества и свойства настоящего изобретения будут понятны при чтении подробного описания изобретения и рассмотрении чертежей.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 - вид в сечении лампового узла в соответствии с одним вариантом выполнения изобретения.

Фиг.2 - вид в сечении лампового узла по фиг.1, по плоскости, перпендикулярной плоскости сечения по фиг.1.

Фиг.3 - схема цепи лампы в соответствии с одним вариантом выполнения изобретения.

Фиг.4 - вид в сечении разреза альтернативного лампового узла, имеющего лампу накаливания.

Фиг.5 - вид в сечении альтернативного лампового узла, имеющего лампу накаливания с универсальным основанием.

Фиг.6 - вид в сечении альтернативного лампового узла, включающего галогенную лампу.

Фиг.7 - вид в сечении альтернативного лампового узла, имеющего галогенную лампу с основанием, расположенным снаружи колбы лампы.

Фиг.8 - вид в сечении альтернативного лампового узла, включающего галогенную лампу без основания.

Фиг.9 - вид в сечении альтернативного лампового узла, включающего флуоресцентную лампу без внешней колбы.

Фиг.10 - вид в сечении альтернативного лампового узла, включающего флуоресцентную лампу типа Т-5 или Т-8.

Фиг.11 - схема цепи лампы для лампового узла по фиг.10.

Фиг.12 - схема альтернативной цепи лампы для лампового узла на фиг.10.

Фиг.13 - схема еще одной альтернативной цепи лампы для лампового узла по фиг.10.

Фиг.14 - схема другой альтернативной цепи лампы для лампового узла по фиг.10.

Фиг.15 - вид в сечении альтернативного лампового узла, включающего флуоресцентную лампу типа PL.

Фиг.16 - вид в сечении альтернативного лампового узла, включающего флуоресцентную лампу типа PL, по плоскости, перпендикулярной плоскости разреза по фиг.15.

Фиг.17 - вид в частичном сечении альтернативного лампового узла.

Фиг.18 - вид в сечении участка альтернативного лампового узла по фиг.16.

Фиг.19 - вид в сечении разреза участка альтернативного лампового узла; и

Фиг.20 - вид в сечении участка еще одного альтернативного лампового узла.

Подробное описание изобретения

Ламповый узел в соответствии с одним вариантом выполнения изобретения показан на фиг.1 и 2 и, в общем, обозначен цифрой 10. Для целей описания изобретение вначале описано на примере обычной ультрафиолетовой лампы типа PL-S мощностью 11 ватт, преобразованной для использования с мощностью 38 ватт, такой как лампа, используемая в устройстве обработки воды. Ламповый узел 10 обычно включает цепь 12 лампы и внешнюю колбу 70. Цепь 12 лампы включает вторичную обмотку 14, конденсатор 16, и лампу 18, причем все они включены последовательно (см. фиг.3). Вторичная обмотка 14 индуктивно получает питание от первичной обмотки (не показана) связанного с ней балластного сопротивления (не показано). Последовательно включенный конденсатор 16 специально настроен, как более подробно описано ниже, для обеспечения работы цепи лампы в резонансе при определенных условиях работы. Вся цепь 12 лампы полностью расположена внутри внешней колбы 70, включая вторичную обмотку 14, конденсатор 16 и лампу 18. По меньшей мере, участок внешней колбы 70 выполнен прозрачным и через нее не проходят электрические провода или другие элементы.

Хотя следующий вариант выполнения описан на примере ультрафиолетовой лампы типа PL-S мощностью 38 ватт, настоящее изобретение предназначено и может быть использовано с лампами различных типов и стилей, включая электроразрядные лампы, лампы накаливания, лампы пульсирующего белого света и лампы на основе светоизлучающих диодов ("СИД" (LED)). В настоящем описании представлены различные альтернативные варианты выполнения, представляющие лампы накаливания и электроразрядные лампы. Эти примеры приведены для иллюстрации широких возможностей применения и возможностей адаптации настоящего изобретения, а не для какого-либо ограничения объема притязаний.

Широкое разнообразие балластных сопротивлений, которые обеспечивают индуктивное питание лампового узла по изобретению, хорошо известно специалистам в данной области техники. В соответствии с этим, балластное сопротивление не будет описываться подробно. Одно из балластных сопротивлений, особенно подходящее для использования с ультрафиолетовой лампой типа PL-S мощностью 38 ватт в представленном варианте выполнения, раскрыто в патентной заявке США номер 90/592, 194, под названием "Система обработки жидкости", которая была подана 12 июня 2000 г., и которая приведена здесь полностью в качестве ссылки. Балластное сопротивление может быть легко адаптировано для обеспечения эффективной работы всех раскрытых вариантов выполнения настоящего изобретения.

1. Конфигурация лампы

Как отмечено выше, ультрафиолетовая лампа типа PL-S мощностью 38 ватт, предпочтительно, включает внешнюю колбу 70, которая вмещает цепь 12 лампы для защиты ее от окружающей среды (см. фигуры 1 и 2). Внешняя колба 70, предпочтительно, включает основный корпус 90 и крышку 92. Основный корпус 90 выполнен, в общем, в виде цилиндрической трубки, имеющей открытый и закрытый конец. После установки цепи 12 лампы внутрь основного корпуса 90, крышку 92 запечатывают на открытом конце основного корпуса 90 для полной изоляции цепей лампы 12. Цепь 12 лампы, в общем, включает вторичную обмотку 14, конденсатор 16 и лампу 18. Как описано ниже, цепь 12 лампы может также включать пусковое устройство 35 (см. фиг.2). Лампа 18, в общем, представляет собой лампу типа PL-S с кварцевой колбой с двумя параллельными трубками 72а-b, которые соединены так, что совместно образуют камеру 28. Из камеры 28 частично откачан воздух, и она содержит газ, требуемый для электрического разряда, такой как пары ртути. Ножка 32а-b расположена в основании каждой трубки 72а-b. Пара традиционных или специально разработанных электродов 26a-b расположены в камере 28, причем один из них установлен в верхней части каждой из ножек 32а-b. В этом варианте выполнения внешняя колба 70, предпочтительно, выполнена из кварца, который эффективно пропускает ультрафиолетовый свет. В вариантах применения, в которых не используется ультрафиолетовый свет, внешняя колба может быть изготовлена из стекла, тефлона или пластмассы, в зависимости, в частности, от тепла, вырабатываемого лампой, и условий окружающей среды работы лампы. Например, в альтернативном варианте выполнения внешняя колба может быть изготовлена из отрезка тефлоновой трубки с запечатанными противоположными концами (не показана). Тефлоновая трубка может быть установлена поверх остальных элементов узла лампы, и ее противоположные концы могут выполнены изогнутыми или герметизированы другим способом, чтобы закрыть тефлоновую колбу. Предпочтительно, каждый конец тефлоновой трубки сложен на себя и изогнут с использованием тепла и давления.

Ламповый узел 10 также включает основание 50 и опору 86, которые удерживают противоположные концы лампы 18 внутри внешней колбы 70. Основание 50 обычно имеет цилиндрическую форму и такие размеры, которые позволяют устанавливать его внутри внешней колбы 70. Помимо удерживания одного конца лампы 18 основание 50 также принимает различные электрические компоненты цепи 12 лампы. Основание 50 образует кольцевую выемку 80 для приема витков вторичной обмотки 14, пару отверстий 82а-b для приема конца основания каждой трубки 72а-b, и пару полостей 84а-b для установки конденсатора 16 и любого требуемого пускового устройства 35. Ламповый узел 10 также может включать отражатель 58 тепла, расположенный между вторичной обмоткой и электродами 36а-b. Отражатель 58 тепла, предпочтительно, имеет форму, соответствующую поперечному сечению колбы 52 лампы в месте, где он установлен, и, предпочтительно, изготовлен из традиционного отражающего материала, такого, как алюминий или алюминиевая фольга на соответствующей подложке. Опора 86, в общем, имеет форму диска и такие размеры, что она плотно устанавливается внутри внешней колбы 70. Опора 86, предпочтительно, включает язычок 88, который должен быть плотно установлен между трубками 72а-b кварцевой колбы 52. Точная конструкция и конфигурация основания 50 и опоры 86 могут изменяться в разных вариантах применения, в зависимости от конструкции и конфигурации внешней колбы 70 и различных компонентов цепи 12 лампы. Основание 50 и опора 86, предпочтительно, изготовлены из материалов, способных выдерживать высокий нагрев, таких, как керамические материалы или высокотемпературная пластмасса.

В одном варианте выполнения полость 96, образующаяся между внешней колбой 70 и колбой 52 лампы, сконфигурирована так, что ламповому узлу можно придать требуемые электропроводные или изолирующие свойства. Например, из этой полости 96 может быть откачан воздух для изоляции лампы от холодной окружающей среды. В качестве альтернативы, полость 96 может быть заполнена более тяжелыми газами, такими, как аргон и неон, или текучими средами, которые отводят тепло в горячую окружающую среду. Отвод тепла от лампы в горячую окружающую среду помогает защитить лампу от перегрева и может также обеспечить максимальную интенсивность ее работы.

В некоторых вариантах применения ламповый узел 10 также может включать механизм, который позволяет со стороны балластного сопротивления определять присутствие лампового узла 10. Это позволяет подавать напряжение через балластное сопротивление в первичную обмотку (не показана) только, когда ламповый узел 10 установлен. Хотя механизм датчика не является необходимым, во многих вариантах применения, в частности, в вариантах применения с низкой мощностью, он действительно обеспечивает более эффективную конструкцию, которая преобразует энергию, уменьшает накопление тепла и защищает первичную обмотку определенных типов от повреждений, связанных с непрерывной работой. В одном варианте выполнения ламповый узел 10 включает чувствительный магнит 60 и балластное сопротивление (не показано), или соответствующую цепь управления, содержит герконовый выключатель (не показан), который включается с помощью чувствительного магнита 60. Более конкретно, при установке лампового узла 10, чувствительный магнит 60 расположен смежно герконовому выключателю (не показан). Магнитное поле чувствительного магнита 60 замыкает герконовый выключатель 62, обеспечивая, таким образом, сигнал для балластного сопротивления или цепи управления о том, что ламповый узел 10 находится на месте. Чувствительный магнит, предпочтительно, установлен в основании 50, но может быть установлен в других требуемых местах. Альтернативно, чувствительный магнит 60 и герконовый выключатель (не показан) можно заменить механическим выключателем (не показан). Например, выключатель может быть расположен в месте, где он механически закрывается при установке лампового узла 10. Другая альтернатива состоит в обеспечении лампы с включаемым/выключаемым вручную выключателем, например, тумблером, с помощью которого избирательно включают и выключают балластное сопротивление.

II. Цепь лампы

Цепь 12 лампы будет описана ниже на примере описанной выше ультрафиолетовой лампы типа PL-S мощностью 38 ватт (см. фигуры 1 и 2). Как указано выше, цепь 12 лампы, в общем, включает лампу 18, вторичную обмотку 14 и конденсатор 16. Принципиальная схема цепи 12 лампы показана на фиг.3. В данном варианте выполнения цепь 12 лампы включает одну вторичную обмотку 14, выполненную, предпочтительно, в форме катушки провода 22 с малым диаметром. Точные характеристики вторичной обмотки 14 будут изменяться в зависимости от применения, как функция первичной обмотки (не показана) и нагрузки (например, лампы). В качестве провода 22, предпочтительно, используют обычный провод для магнита или LITZ-провод (многожильный провод), в зависимости от передаваемой мощности и рассеиваемого тепла. Провод, предпочтительно, наматывают вокруг основания 50 внутри кольцевой выемки 80, в результате чего формируется вторичная обмотка 14 с полым сердечником. Если требуется, полый сердечник 24 можно заменить другими традиционными сердечниками. Тип провода, количество витков провода и диаметр сердечника (и, следовательно, диаметр витков провода) изменяются в зависимости от вариантов применения и различных факторов, таких, как характеристики первичной обмотки и нагрузки лампы 18. Индуктивность вторичной обмотки 14 выбирают как функцию рабочей частоты и полного сопротивления нагрузки (то есть, лампы) при подаче питания. Более конкретно, индуктивность вторичной обмотки 14 определяется с помощью следующей формулы:

В описываемом варианте выполнения с мощностью 38 ватт, вторичная обмотка 14 сконфигурирована для получения мощности от первичной обмотки, работающей при приблизительно 100 килогерц. Вторичная обмотка 14 включает 72 витка провода, и первичная обмотка включает 135 витков провода. В описываемом варианте выполнения с мощностью 38 ватт, вторичная обмотка 14 имеет величину 196 микрогенри при частоте 100 килогерц и имеет реактивное сопротивление приблизительно 123 Ома. Вторичная обмотка 14, предпочтительно, расположена внутри основания 50 лампового узла 10. Диаметр вторичной обмотки 14, предпочтительно, выбирают так, чтобы она плотно прилегала к основанию 50. Вторичная обмотка 14 электрически соединена с лампой 18 с помощью проводов 51а-b. Хотя вторичная обмотка 14, предпочтительно, выполнена круглой, она может изменяться по форме в зависимости от варианта применения. Например, вторичная обмотка может быть выполнена квадратной, овальной, треугольной, трапециевидной, шестиугольной или даже сферической. Вторичная обмотка, предпочтительно, расположена внутри или снаружи, концентрично по отношению к первичной обмотке, или две обмотки могут быть расположены впритык друг к другу.

Конденсатор 16 выбирают для обеспечения оптимальной коррекции коэффициента мощности с учетом механических ограничений, обеспечивая, таким образом, резонанс в цепи 12 лампы. Коэффициент мощности, предпочтительно, составляет 0,90 или лучше, и более предпочтительно 0,96 или лучше, но в некоторых вариантах применения могут быть приемлемы более низкие значения. Без существенной коррекции коэффициента мощности реактивные токи во вторичной обмотке будут отражаться обратно в первичную обмотку, как в нагрузку с более низким полным внутренним сопротивлением. Это могло бы привести к сдвигу вверх рабочей мощности и тока, а также к более высоким потерям в виде выделения тепла в первичной цепи. Этот эффект противоречит ожидаемому, но фактически происходит из-за инверсной природы отраженного полного внутреннего сопротивления в последовательной резонансной первичной обмотке цепи. Эксперименты показали, что реактивные токи и потери в первичной обмотке очень быстро увеличиваются при значениях коэффициента мощности ниже 0,90. При этом материал может оказывать отрицательно влияние на эффективность, особенно когда считается, что эти потери являются дополнительными к потерям, вызванным коэффициентом связи и сопротивлениями постоянному току, обычно конденсатор 16 выбирают так, чтобы его реактивное сопротивление приблизительно равнялось или было несколько меньше, чем реактивное полное внутреннее сопротивление лампы 18 и реактивное полное внутреннее сопротивление вторичной обмотки 14 при рабочей температуре лампы 18. Так же, как и индуктивное сопротивление вторичной обмотки 14 реактивное сопротивление конденсатора выбирают как функцию рабочей частоты и полного внутреннего сопротивления нагрузки (то есть, лампы) при подаче питания. Более конкретно, реактивное сопротивление конденсатора выбирают в соответствии со следующей формулой:

При таком значении реактивного сопротивления конденсатор 16, вторичная обмотка 14 и лампа 18 будут работать в режиме, близком к резонансу, что обеспечивает высокий коэффициент мощности и, следовательно, высокую эффективность. В представленном варианте выполнения конденсатор 16 имеет величину приблизительно 12, 9 нанофарад (нФ). Эта величина будет изменяться в зависимости от изменений в первичной обмотке (не показана), вторичной обмотке 14 и/или лампе 18.

Формулы для вторичной обмотки и конденсатора, представленные выше, обеспечивают грубое приближение для значений требуемого реактивного сопротивления конденсатора и вторичной обмотки. Для получения более точных значений (и, таким образом, для тонкой настройки коэффициента мощности, эффекта ограничения тока и общих параметров режима работы), можно использовать процедуру итерационных испытаний. Такие итерационные испытания могут потребоваться в некоторых вариантах применения для обеспечения требуемого уровня эффективности во вторичной цепи. Рабочие параметры в этих конструкциях включают предварительный нагрев, пусковое напряжение и рабочий ток. Все эти параметры могут быть сконфигурированы в ходе процесса настройки вместе с изменениями величин отношений емкости и индуктивности.

Хотя конденсатор 16, предпочтительно, настроен для использования вместе со вторичной обмоткой 14 и лампой 18 при рабочей температуре лампы 18, конденсатор 16, в качестве альтернативы, может быть настроен для обеспечения оптимальной эффективности в другое время. Например, в электроразрядных лампах, когда для пуска лампы требуется больший ток, настоящее изобретение можно использовать для повышения тока цепи во время пуска. В таких вариантах применения реактивное сопротивление конденсатора выбирают приблизительно равным комбинированному полному внутреннему сопротивлению вторичной обмотки лампы при температуре пуска (а не при рабочей температуре). Это повышает эффективность цепи лампы во время пуска и позволяет использовать балластное сопротивление с более низким максимальным током.

С учетом природы плазмы электроразрядные лампы пытаются поддерживать напряжение при по существу постоянном внутреннем напряжении. В результате, если вторичная обмотка 14 генерирует напряжение, превышающее внутреннее напряжение лампы, лампа проявляет тенденцию потребления избыточной мощности. Поскольку сопротивление электроразрядной лампы уменьшается при увеличении протекающего через нее тока, лампа имеет потенциал для потребления все большего тока, пока не будут достигнуты пределы цепи или не произойдет ее разрушение. Эта проблема решается с помощью конденсатора 16, который выполняет функцию ограничения тока, подаваемого в лампу. Функция ограничения тока представляет собой внутреннюю характеристику конденсатора. Было определено, что значение емкости конденсатора, требуемое для установки режима резонанса вторичной цепи, приблизительно равно величине емкости конденсатора, требуемой для обеспечения соответствующего ограничения тока. В соответствии с этим, было определено, что функция ограничения тока достигается в настоящем изобретении путем выбора величины емкости конденсатора, соответствующей обеспечению коэффициента мощности узла.

Когда настоящее изобретение используют в узле электроразрядном ламповом узле, цепь 12 лампы, предпочтительно, включает традиционное пусковое устройство 35 (см. фиг.2), лампу накаливания или другой эквивалентный механизм. Пусковые устройства и лампы накаливания хорошо известны, и поэтому не будут подробно описаны в настоящей заявке. В одном варианте выполнения электроразрядного лампового узла, традиционное пусковое устройство заменено дистанционно управляемым выключателем, таким, как электромагнитный выключатель 34 (см. фиг.3). Электромагнитный выключатель 34 подключен последовательно между электродами 36а-b, что обеспечивает возможность избирательного замыкания с помощью выключателя 34 цепи между электродами 36а-b. В замкнутом положении выключатель 34 позволяет току проходить непосредственно через электроды 36а-b, а не через дугу в газообразной среде. В результате при замыкании выключателя 34 электроды 36а-b быстро нагреваются. Электромагнитный выключатель 34, предпочтительно, установлен, по существу, перпендикулярно полю первичной обмотки так, что электромагнитный выключатель 34 не включается под действием электромагнитного поля первичной обмотки. Вместо этого, смежно электромагнитному выключателю 34 устанавливают отдельную катушку 38, на которую может быть подано питание для избирательного замыкания выключателя 34. Микропроцессор 40, предпочтительно, управляет работой катушки 38, и, таким образом, электромагнитным выключателем 34. Микропроцессор 40 запрограммирован для подачи питания в катушку 38 в течение фиксированного периода времени каждый раз при включении питания цепи лампы. В результате электромагнитный выключатель 34 замыкается, подключая электроды 36а-b друг к другу. В качестве альтернативы вместо микропроцессора 40 можно использовать обычную цепь таймера с однократным срабатыванием (не показана), которая сконфигурирована для подачи питания в катушку в течение требуемого периода времени каждый раз при включении лампы.

III. Альтернативные варианты выполнения

Конфигурация лампового узла может изменяться в соответствии с вариантом выполнения в зависимости от предполагаемого применения, и в основном, в зависимости от типа лампы и соответствующих требований по питанию. Настоящее изобретение может быть легко модифицировано для обеспечения возможности использования с различными существующими системами освещения. В следующих альтернативных вариантах выполнения описано множество альтернативных вариантов выполнения, приспособленных для различных вариантов использования. Эти альтернативные варианты выполнения предназначены для иллюстрации широких возможностей адаптации настоящего изобретения, и они не предназначены для ограничения изобретения.

Альтернативный вариант выполнения, показывающий использование настоящего изобретения с лампой накаливания, представлен на фиг.4. В этом варианте выполнения ламповый узел 110 включает стеклянную колбу 152 и пластиковое основание 150. Стеклянная колба 152 имеет, в общем, форму электрической лампочки и содержит повернутую внутрь и, в общем, цилиндрическую ножку 132. Вторичная обмотка 114 установлена внутри стеклянной колбы 152 вокруг ножки 132. Нить 136 накаливания установлена на вторичной обмотке 114 и продолжается вверх внутрь выпуклого участка стеклянной колбы 152, как в обычной лампе. В отличие от описанного выше варианта выполнения, основание 150 в данном варианте выполнения установлено снаружи стеклянной колбы 152. Основание 150 выполнено для установки в соответствующий патрон (не показано). Показанное основание 150 выполнено, в общем, круглым и включает кольцевую выемку 156, которая предназначена для установки со щелчком основания в соответствующий патрон (не показан). Основание 150 также включает верхний фланец 158, который обеспечивает край захвата для извлечения лампового узла 110 из патрона (не показано). Основание 150, однако, может быть выполнено с использованием множества различных конфигураций, чтобы позволить механическое соединение лампового узла 110 с множеством различных патронов. Например, основание может быть выполнено с внешней резьбой. Как показано, ламповый узел 110 также, предпочтительно, включает чувствительный магнит 160. Чувствительный магнит 160 может быть установлен на соответствующую удерживающую стенку 162 на нижней части основания 150. Как описано выше, чувствительный магнит 160 работает с выключателем, активируемым магнитным полем, таким, как герконовый выключатель, который оповещает первичную обмотку или цепь управления о присутствии лампового узла 110. Это обеспечивает подачу питания в первичную обмотку только, когда ламповый узел 110 находится на месте. Как показано на фиг.5, узел 110' лампы накаливания может быть сконфигурирован для работы с традиционным универсальным основанием. В этом варианте выполнения основание 150' включает пару установочных штырей 156а-b, которые сконфигурированы для зацепления с соответствующими им щелями в традиционном универсальном патроне для основания лампы (не показан).

Альтернативный вариант выполнения, в котором представлено использование настоящего изобретения с галогеновой лампой, показан на фиг.6. В данном варианте выполнения ламповый узел 210, в общем, включает кварцевую колбу 252 и керамическое основание 250. Материалы колбы 252 и основания 250 выбирают такими, чтобы они могли противостоять особенно высокой температуре, при которой работают галогеновые лампы. Кварцевая колба 252, предпочтительно, выполнена полностью герметичной, и через нее не проходят какие-либо элементы, такие, как провода, или другие электрические соединительные средства. Нить 236 накаливания, вторичная обмотка 214 и конденсатор 216 установлены внутри кварцевой колбы 252. В некоторых вариантах применения конденсатор 216 может не потребоваться для обеспечения приемлемого уровня эффективности и, соответственно, он может не использоваться. Ламповый узел 210 дополнительно включает отражатель 258 тепла, расположенный между нитью 236 накаливания и вторичной обмоткой 214. Основание 250 может включать резьбу 256а-b на четверть витка, которую ввинчивают в соответствующий патрон (не показан). Основание 250 может быть снабжено альтернативной структурой, облегчающей установку его в патрон. Чувствительный магнит 260, предпочтительно, установлен внутри нижней поверхности основания 250.

В альтернативном галогеновом ламповом узле 210' кварцевая колба 252' выполнена укороченной так, что она заканчивается уже в шейке основания 250' (см. фиг.7). Вторичная обмотка 214' выведена за пределы кварцевой колбы 252' и расположена в основании 250'. В данном варианте выполнения вторичная обмотка 214' изолирована от тепла нити 236'. Этот вариант выполнения также может включать чувствительный магнит 260'.

В другом альтернативном галогеновом ламповом узле 210'' основание не используется, и чувствительный магнит 260'' перенесен внутрь герметизированной кварцевой колбы 252''. Как показано на фиг.8, кварцевая колба 252'' образует кольцевую выемку 256'', которая продолжается по всей окружности колбы 252'', чтобы позволить установку со щелчком лампового узла 210'' в соответствующем патроне (не показан).

Другой альтернативный вариант выполнения показан на фиг.9. В данном варианте выполнения ламповый узел 310 включает основание 350, которое расположено снаружи колбы 352 лампы, и ламповый узел 310 не содержит внешнюю колбу. Колба 352 лампы вмещает электроды 336а-b, и требуемый электроразрядный газ, например, пары ртути. Вторичная обмотка 314, конденсатор 316 и любой требуемый пусковой механизм (такой, как обычное пусковое устройство или выключатель, включаемый магнитным полем, описанный выше), и все электрические соединения расположены внутри основания 350, но снаружи колбы 352 лампы. Основание 350 выполнено так, чтобы соответствовать традиционному универсальному основанию и включает пару установочных штырей 356а-b, которые зацепляются в соответствующих им щелях патрона лампы (не показано). Основание 350, в качестве альтернативы, может быть сконфигурировано так, что оно будет соответствовать другим конфигурациям патрона. Чувствительный магнит 360, предпочтительно, установлен в основании 350. Если необходимо, внешняя колба (не показана) может быть добавлена к этому ламповому узлу 310 для улучшения его защиты от воздействия окружающей среды. Если используется внешняя колба, она, предпочтительно, может продолжаться вокруг всего лампового узла, за исключением основания 350. Основание 350 может быть установлено снаружи внешней колбы, и его можно устанавливать в патрон лампы.

Альтернативный вариант выполнения, показывающий настоящее изобретение с флюоресцентной лампой типа Т5 или Т8, показан на фигурах 10 и 11. Ламповый узел 410 включает удлиненную стеклянную колбу 452 и пару вторичных обмоток 414а-b по одной с каждого конца колбы 452. С учетом разных физических мест расположения двух вторичных обмоток 414а-b, источник питания, предпочтительно, сконфигурирован так, что он содержит две отдельные первичные обмотки (не показаны), которые обеспечивают отдельное питание двух вторичных обмоток 414а-b. Две первичные обмотки расположены смежно соответствующим вторичным обмоткам 414а-b. Обычно мощность равномерно распределяют между обмотками 414а-b, но это требование не является строго обязательным. Предпочтительно, вторичные обмотки 414а-b подключены с противоположной полярностью с каждой первичной обмоткой, и комбинация вторичной обмотки сконфигурирована для поддержания половины напряжения и тока, требуемого для питания лампы. Колба 452, предпочтительно, включает кольцевую ножку 432а-b, сформированную на каждом противоположном конце для приема вторичных обмоток 414а-b. Электрод 436а-b электрически соединен с каждой вторичной обмоткой 414а-b. Конденсатор 416 последовательно включен между двумя вторичными обмотками 414а-b. Предпочтительный способ расчета величины конденсаторов 416а-b в данном варианте выполнения состоит в первоначальном анализе цепи, как если бы предполагалось использование только одной катушки, в соответствии с методикой, описанной выше (в связи с первым описанным вариантом выполнения). Величину одного конденсатора в этой возможной конфигурации затем делят пополам для получения величины каждого из двух конденсаторов 416а-b, используемых в данном варианте выполнения. Возможные концевые закрывающие средства 420а-b, предпочтительно, выполнены из алюминия и установлены на противоположных концах колбы 452. Ламповый узел 410 может включать традиционное пусковое устройство 435, как показано на фиг.11. В данном варианте выполнения требуется, чтобы между двумя обмотками 414а-b продолжались проводники 498а-b. Проводники 498а-b, предпочтительно, расположены внутри колбы 452 лампы. В качестве альтернативы, вместо обычного пускового устройства используют электромагнитные выключатели 434а-b или другие дистанционно включаемые выключатели. Как показано на фиг.12, ламповый узел 410' включает отдельный выключатель 434а-b, который установлен последовательно между каждой вторичной обмоткой 414а-b', и ее соответствующей нитью накаливания или электродом 436а-b'. При замыкании выключателей 434а-b питание от каждой вторичной обмотки 414а-b' поступает непосредственно на соответствующие нити накаливания. В данном варианте выполнения требуется, чтобы только один проводник 498' проходил между вторичными обмотками 414а-b'. При этом конденсатор 416' включен последовательно с проводником 498'.

Альтернативная цепь для лампового узла 410'' с двумя обмотками показана на фиг.13. В этой цепи не требуется использовать проводники, проходящие между двумя вторичными обмотками 414a-b''. Вместо этого каждая вторичная обмотка 414а-b'' включает отдельный выключатель 434а-b'' и отдельный конденсатор 416а-b''. Контроллер лампы, предпочтительно, сконфигурирован так, что он размыкает и замыкает два выключателя 434а-b'' одновременно. Предпочтительный способ расчета величины конденсаторов 416а-b'' состоит в первичном анализе цепи в соответствии с первым описанным вариантом выполнения, как если бы предполагалось использовать только одну катушку и один конденсатор. Величину одного конденсатора в данной гипотетической конфигурации затем делят пополам для получения величины каждого из двух конденсаторов 416а-b'' в данном варианте выполнения. В некоторых вариантах применения мощность не может быть равномерно распределена между двумя вторичными обмотками. В таком варианте применения соотношение между величиной емкости двух конденсаторов может быть эквивалентно соотношению мощности между двумя вторичными обмотками.

Другая альтернативная цепь для лампы 410''' с двойной обмоткой показана на фиг.14. В данном альтернативном варианте используют только одну вторичную обмотку 414'''. Вторичная обмотка 414''' подключена к электродам 436а-b''', которые расположены на противоположных концах лампы. Такая цепь включает пару проводников 498а-b''', которые продолжаются между катушками. Для включения лампы установлено обычное пусковое устройство 435''' или другой пусковой механизм, такой, как электромагнитные выключатели. В данном варианте выполнения величину емкости конденсатора 416''', предпочтительно, выбирают в соответствии со способом по первому описанному варианту выполнения.

Другой альтернативный вариант выполнения, показывающий настоящее изобретение, приспособленное для использования с флюоресцентной лампой типа PL, показан на фигурах 15 и 16. В данном варианте выполнения вся цепь лампы установлена внутри колбы 552 лампы, и при этом не используется внешняя колба. Как показано на чертеже, ламповый узел 510 включает стеклянную колбу 552, имеющую две взаимно соединенные трубки 502а-b. Ламповый узел 510 может включать любую из цепей лампы с двумя обмотками, описанную выше. Для целей описания данный вариант выполнения описан на примере лампового узла 510, содержащего отдельную вторичную обмотку 514a-b, установленную в основании каждой из трубок 502а-b. Две вторичные обмотки 514-b, предпочтительно, получают питание от одной первичной обмотки (не показана), окружающей один из концов лампового узла 510 или расположенной смежно ему. Каждая вторичная обмотка 514a-b последовательно соединена с электродом 536а-b, конденсатором 516а-b и пусковым выключателем 534а-b, включаемым магнитным полем. Величину емкости каждого из конденсаторов 516a-b выбирают в соответствии с приведенным выше описанием вариантов выполнения по фиг.13. Ламповый узел 510 может также включать чувствительный магнит 560.

Альтернативный ламповый узел 610, имеющий альтернативную структуру герметизации, показан на фигурах 17 и 18. Как показано на покомпонентном изображении по фиг.17, ламповый узел 610, в общем, включает фиксирующее кольцо 602, внешнюю колбу 670, лампу 618 и основание 650. Фиксирующее кольцо 602, внешняя колба 670 и основание 650 совместно герметизируют ламповый узел 610. Как, вероятно, лучше всего показано на фиг.18, основание 650 включает цилиндрический центральный участок 652, который имеет выполнен такой формы, чтобы принимать вторичную обмотку 614 и лампу 618. Более конкретно, лампа 618 установлена на узле 654 платы с печатной схемой ("УППС" (РСВА)), на котором также предпочтительно установлен конденсатор или пусковой механизм, включенный в ламповый узел 610. Комбинация лампа/УППС установлена на основании 650, например, с помощью крепежных средств или средств для установки с защелкиванием. Основание 650 также включает кольцевой канал 656, который продолжается вокруг основания 650, для приема торца внешней колбы 670. Уплотнительное кольцо 604 установлено вокруг центрального участка 652 в кольцевом канале 656. Основание 650 может включать кольцевое ребро (не показано), которое предотвращает подъем уплотнительного кольца 604 из центрального участка 652. После сборки уплотнительное кольцо 604 расположено между внутренним диаметром внешней колбы 670, и внешним диаметром центрального участка 652 основания 650. В этом положении уплотнительное кольцо 604 не только обеспечивает эффективное уплотнение от воды, но также функционирует как гаситель вибрации, который смягчает вибрацию между лампой и внешней колбой 670. Внешняя колба 670, в общем, выполнена в виде цилиндрической трубки с закрытым концом и открытым концом. Буртик 672 или другой фланец продолжается вокруг открытого торца внешней колбы 670. Внешнюю колбу 670 прикрепляют к основанию 650 с помощью фиксирующего кольца 602. Фиксирующее кольцо 602, в общем, имеет форму кольца и установлено вокруг внешней колбы 670 и основания 650. Фиксирующее кольцо 602 имеет, в общем, поперечное сечение в форме перевернутой буквы L с радиальной ножкой 674 и осевой ножкой 676. Радиальная ножка 674 зацепляет буртик 672, и осевая ножка 676 зацепляет внешнюю поверхность основания 650. В качестве альтернативы, как показано на фиг.19, фиксирующее кольцо 602' и основание 650' могут быть сконфигурированы так, что осевая ножка 676' будет установлена в кольцевом канале 656'. В любом случае, осевая ножка 676 или 676' прикреплена к основанию 650 или 650' для фиксации внешней колбы 670 в кольцевом канале 656 основания 650. Фиксирующее кольцо 602 может быть прикреплено к основанию 650 с использованием различных способов крепления. Например, фиксирующее кольцо 602 может быть приварено с помощью ультразвука или тепловой обработки к основанию 650, В качестве альтернативы ламповый узел 610'' может включать фиксирующее кольцо 602'', имеющее нижний фланец 678 (см. фиг.20), который позволяет закреплять фиксирующее кольцо 602'' с защелкиванием на основании 650', или фиксирующее кольцо и основание могут включать резьбу (не показана), которая обеспечивает возможность навинчивания фиксирующего кольца на основание.

Выше приведено описание различных вариантов выполнения настоящего изобретения. Различные изменения и альтернативы могут быть выполнены без отхода от объема и широкого понимания аспектов настоящего изобретения, которые определены в прилагаемой формуле изобретения и которые следует интерпретировать в соответствии с принципами патентного закона, включая доктрину эквивалентов. Любая ссылка на заявленные элементы в единственном числе, например, с использованием артиклей "a", "an" "the" или "said" не следует рассматривать как ограничение элемента единственным числом.

Реферат

Изобретение относится к области освещения, более конкретно к ламповому узлу с индуктивным источником энергии, предназначенному для использования в системе освещения. Ламповый узел, выполненный для индуктивного получения питания от первичной обмотки, включает цепь лампы, включающую вторичную обмотку и лампу, соединенные последовательно. В первом объекте цепь лампы включает конденсатор, соединенный последовательно с лампой и вторичной обмоткой, предназначенный для настройки цепи в резонанс. Конденсатор предпочтительно выбирают так, что он имеет реактивное сопротивление, по существу, равное или несколько меньшее, чем реактивное сопротивление вторичной обмотки и полное сопротивление лампы. Во втором объекте ламповый узел включает герметичную прозрачную колбу, в которую полностью установлена цепь лампы так, что прозрачная колба является полностью закрытой и через нее не проникает ни один элемент. Прозрачная колба предпочтительно представляет собой колбу самой лампы, причем вторичная обмотка, конденсатор и любой требуемый пусковой механизм расположены внутри нее. Техническим результатом является повышение надежности лампы при значительном сокращении производственных затрат. 13 н. и 45 з.п. ф-лы, 20 ил.

Формула