NL8303044A - Elektrodeloze metaaldampontladingslamp. - Google Patents

Description

*

- A

ΗίΝ 10.759 1 N.V. Philips* Gloeilampenfabrieken te Eindhoven.

"Elektrcdeloze iretaaldampontladingslanp11.

De uitvinding heeft betrekking op een elektrcdeloze metaal-dampontladingslamp met een vakuundicht afgesloten lanpvat, dat tevens is gevuld met een edelgas, welke lamp is voorzien van een kern van magnetisch materiaal waarin met behulp van een elektrische voedingseen- 5 heid en een rondom de kern gelegen wikkeling een hoogfrequent magnetisch veld induceerbaar is, waarbij in het lanpvat een elektrisch veld wordt opgewekt. Een dergelijke lamp is bekend uit het Amerikaanse octrooischrift 3.521.120.

In dit octrooischrift wordt een elektrcdeloze fluorescerende 10 lagedrukkwikontladingslamp beschreven met een zodanige vorm, dat hij geschikt is cm te dienen als alternatief voor een gloeilamp bestemd voor algemene verlichtingsdoeleinden, bijvoorbeeld voor gebruik in een woonhuis . Een elektrodeloze kwikdampontladingslairp heeft, in vergelijking met een gloeilamp/^unstig rendement en vertoont, bij een juiste keuze van het 15 luminescerende materiaal op de binnenwand van het lanpvat, een geschikte kleurweergave. De lamp wordt bedreven met een hoogfrequente voedingsspanning, dat wil sggen de voedingsspanning heeft een frequentie die in het algemeen groter is dan 20 kHz.

Een probleem dat zich voordoet tijdens bet bedrijf van deze 20 lampen is dat het in de lamp opgewekte elektromagnetische veld zich tot buiten het lanpvat in de omgeving van de lamp uitstrekt. Als gevolg hiervan ontstaan bijvoorbeeld in elektrische apparaten zoals radio-ont- vangers en dergelijke die nabij de lamp zijn opgesteld met name door de magnetische kcnponent van het veld, hinderlijke en storende signalen.

25

Voor de sterkte van het elektromagnetische veld buiten de lamp gelden internationale normen, die zonder speciale voorzieningen gemakkelijk kunnen worden overschreden. Speciale voorzieningen ter onderdrukking van de genoemde ongewenste verschijnselen die worden getroffen aan de lamp zijn bijvoorbeeld: het aanbrengen van een dunne, transparante geleidende laag 30 op de binnenwand van het lampvat, zoals bijvoorbeeld is beschreven in ÜSP 4.171.503 ofwel het aanhrengen van een metalen ontstoringsring rondom het lampvat (zie ÜSP 4.187.447). Gevonden is evenwel dat met deze mat-regelen het storende veld toch in onvoldoende mate wordt onderdrukt en ^ » Λ ™ . . , £ v . -'· ·:· 4 *4 * » PHN 10.759 2 dat anderzijds ook de warmte-orrtavikkeling in de kern van magnetisch materiaal tijdens bedrijf gemakkelijk tot een zodanig hoge waarde oploopt, dat het rendement van de lamp in negatieve zin beïnvloed wordt.

De uitvinding beoogt een elektrodeloze antladingslamp te ver-5 schaffen met afmetingen die vergelijkbaar zijn met de eerdergenoemde gloeilamp, welke lamp een gunstig rendanent vertoont en waarbij de sterkte van storende signalen in apparaten die in de omgeving van de lamp staan opgesteld, die een gevolg zijn van buiten het lampvat tredende van de lamp afkomstige elektromagnetische velden tot een aanvaard-10 baar laag niveau is teruggebracht.

Een elektrodeloze metaaldampontladingslamp van de in de aanhef genoemde soort heeft daartoe volgens de uitvinding het kenmerk, dat de kern zo is gevormd, dat het oppervlak van elke dwarsdoorsnede van de 2 2 kern is gelegen tussen 20 mm en 60 mm , waarbij het in het lampvat 15 aanwezige edelgas krypton en/of argon bevat onder een druk van ten hoogste 100 Pa en waarbij de lengte van de wikkeling tussen 8 en 15 irm bedraagt.

Gevonden is, dat in de lamp volgens de uitvinding met het relatief geringe oppervlak van de dwarsdoorsnede van de magnetische kern 20 (bij een cylindervormige kern komt dit overeen met een relatief kleine diameter) in kcmbinatie met de lengte van de wikkeling (dit is de afstand tussen zijn uiterste windingen) en het genoemde edelgas een verrassend lage spanning per winding en als gevolg daarvan een zeer lage waarde van het. storende elektromagnetische veld werd verkregen. Tevens 25 is vastgesteld dat een dergelijke lamp over een zeer hoog rendement beschikt. Uit experimenten is gebleken, dat de sterkte van het storende elektromagnetische veld evenredig is met de spanning per winding en toeneemt als de lengte van de wikkeling buiten het genoemde gebied is gelegen. Bij de bovengenoemde waarden van deze lengte en de oppervlakte 30 van de dwarsdoorsnede bleek het rendement van de lamp optimaal en het storende veld relatief zwak.

Bij een. oppervlak van de kemdoorsnede die groter is dan de genoemde grens neemt tijdens lampbedrijf de spanning per winding tot een zodanige waarde toe, dat de sterkte van het veld buiten het lampvat 35 de toegelaten norm (bijvoorbeeld'VDE 0871) overschrijdt. Bij een te geringe oppervlakte daarentegen treden tijdens het lampbedrijf thermische problemen in de kern en in het lampvat op, als gevolg waarvan additionele maatregelen voor het af voeren van in de kern ontwikkelde warmte nood- Λ , •r· " - · \ '•V * · · * « » EHN 10.759 3 .

zakelijk zijn. Een dergelijke warmte-cntwikkeling leidt tot een vermindering van het rendement van de lamp en tot een ongunstige invloed op de magnetische eigenschappen van het kernmateriaal.

Van een rendanentsvermindering is eveneens sprake indien in 5 het lampvat een relatief licht edelgas zoals helium of neon aanwezig is. Gebleken is, dat bij die gassen de spanning per winding relatief hoog is. Door de aanwezigheid in het lampvat van krypton en/of argon bij de genoemde lage druk zijn deze verschijnselen vrijwel vermeden. Gevonden is, dat bij een edelgasdruk groter dan 100 Pa het rendement van de lamp 10 sterk afneemt. Gunstige resultaten werden verkregen met lampen met een opgencmen vermogen van ten hoogste 25 W, waarbij in het lampvat als edelgas krypton aanwezig was onder een druk van maximaal 100 Pa.

Voorts is verrassenderwijs gekonstateerd, dat de ontsteekeigenschappen van lampen volgens de uitvinding zeer gunstig zijn.

15 Bij een lamp volgens de uitvinding is de lengte van de wikke ling gelegen tussen 8 en 15 mm. Bij een grotere lengte is gevonden dat de sterkte van het storende veld sterk toeneemt; bij lengten kleiner dan 3 irm is naast een sterker starend veld een rendements verslechtering gemeten. Zeer gunstige resultaten werden verkregen met een wikkeling 20 met een lengte van 11 tot 13 mm, met bij voorkeur tussen 10 en 15 windingen.

De kern in het lampvat van de lamp volgens de uitvinding is in een uitvoeringsvorm uitgevoerd als een ring, die in zijn geheel of ten dele in het lampvat is gelegen. Bij voorkeur is de kern gevormd als 2 25 een staaf waarvan de dwarsdoorsnede een oppervlakte van 45 tot 55 urn heeft welke staaf zich bevindt in een buisvormige instulping in de wand van het lampvat. Een lamp voorzien van een kern met een dergelijke vorm is op betrekkelijk eenvoudige wijze te vervaardigen. Daarbij komt, dat middelen voor het af voer en van warmte die met name bij lampen bedreven 30 met een relatief hoog vermogen tijdens het bedrijf in de kern wordt ontwikkeld cp relatief eenvoudige wijze zijn aan te brengen (zie NL-TV 8104223).

De uitvinding zal nader worden toegelicht aan de hand van een tekening.

35 In de tekening wordt in fig. 1 schematisch (deels in aanzicht, deels in doorsnede) een uitvoeringsvorm van een elektrodeloze lagedruk-kwikdamponrladingslamp volgens de uitvinding getoond, en in fig. 2 een grafiek waarin van lampen met een gedaante volgens " ~ ' ” ' ? f.

> . ’ V*> - V * *

J

I EHN 10.759 4 fig. 1 de sterkte van het storende elektromagnetisch veld is uitgezet als funktie van de lengte van de wikkeling bij verschillende waarden van de edelgasdruk.

De getoonde lamp in fig. 1 bevat een vakuumdicht afgesloten 5 glazen lampvat 1, dat is gevuld met een hoeveelheid kwik alsmede net een hoeveelheid krypton onder een druk van circa 70 Pa. Op de binnenwand van het lampvat bevindt zich een dunne laag 2 van luminescerend materiaal, met behulp waarvan de tijdens het lampbedrijf in het lampvat opgewekte ultraviolette straling wordt cmgezet in licht. In de wand van het lampvat 10 1 bevindt zich een buisvormige instulping 3 waarin zich een staafvormige kern 4 van magnetisch materiaal (ferriet) bevindt. Bij lampbedrijf wordt in de kern 4 een hoogfrequent magnetisch veld geïnduceerd met behulp van een rondom de kern gelegen wikkeling 5 die is verbonden met een in een kunststof huis 6 gelegen elektrische vcedingseenheid 7. Het huis 6 is 15 voorzien van een huls 8, waardoor de lamp in een voet geschikt voor een gloeilamp kan worden gedraaid. Het huis is verbonden met het lampvat.

De staafvormige kern 4 is zo gevormd, dat het oppervlak van elke dwarsdoorsnede ervan is gelegen tussen 20 mm en 60 rem ; in de ge- 2 . · toonde uitvoeringsvorm is het oppervlak circa 50 mm . De lengte JL van de 20 wikkeling 5 is gelegen tussen 8 en 15 irm, bij voorkeur tussen 11 en 13 nm. Het aantal windingen van de wikkeling is van belang voor een gunstige elektrische koppeling tussen de hoogfrequente voeding en de gasontlading tijdens het bedrijf van de lamp. Gebleken is dat bij een aantal windingen van 10 a 15 deze koppeling bij de genoemde lengte van de wikkeling opti-25 maal is.

In een uitvoeringsvorm is in de kern een koper- of aluminium-staaf aanwezig ter afvoer van de in de kern ontwikkelde warmte in de richting van de lampvoet (zie NL-TV 8104223, PHN 10.142). Opgemerkt wordt dat in de dwarsdoorsnede van de kern het oppervlak van het mag-30 netische materiaal de eerder genoemde waarden niet mag overschrijden.

In de tekening is de genoemde warmtegeleidende staaf niet getoond. In de in de tekening weergegeven uitvoeringsvorm zijn rondom het lampvat 1 ter hoogte van de spoel 5 een drietal de ontlading cmsluitende koperen draadvormige anti-storingsringen 9, 10 en 11 aanwezig, die zich bevinden 35 in speciaal daarvoor in de buitenwand van het lampvat aangebrachte groeven.

In de grafiek volgens fig. 2 is de gemeten sterkte van de magnetische komponent van het storende elektromagnetische veld S (dB (^uV/m)) 1 2 ~ ίΛ: ” Λ 2 O· W -j xj ΗίΝ 10.759 5 Ί uitgezet als funktie van de lengte 1 (nm) van de wikkeling van een laitp volgens fig. 1 met een toegevoerd vermogen van circa 13 W. De sterkte van het (storende) veld is gemeten volgens internationale nonnen met behulp van een op een afstand van circa 30 m van het lampvat geplaatste 5 antenne. De metingen zijn verricht met lampen met verschillende lengten van de wikkeling, verschillende staafkemdiameters en edelgassen. In de grafiek geeft curve A het verloop van de waarde van het storende veld aan bij een druk van circa 70 Pa Krypton, en een diameter van de staaf-vormige magneetkem van 8 nm (oppervlakte dwarsdoorsnede 50 mm ). De 10 curve heeft een minimum bij een lengte van de wikkeling van 12 nm. Curve B toont eveneens een verloop van de waarde van het veld (Kr, 70 Pa) maar bij een staafdiameter van 6 mm. Ook deze curve toont dat de wikkellengte bij voorkeur moet zijn gelegen bij circa 12 nm teneinde aan de storings-eisen te voldoen. Gebleken is, dat het storingsniveau bij een diameter 15 van 6 mm iets lager ligt dan bij een diameter van 8 nm.

Curve C toont een situatie waarbij in het lampvat krypton onder een druk van 60 Pa aanwezig is, maar waarbij de diameter van de staafkem 11,5 nm is. Hier is weliswaar een minimum te onderkennen maar het is minder uitgesproken. Het storende veld is ook sterker dan bij de lampen volgens de 20 curven A en B. Ook blijkt, dat de invloed van de lengte van de wikkeling op het storingsniveau minder groot is. Curve D (Argon, druk 200 Pa) tooit geen minimum. De gemeten veldwaarden waren hierbij zodanig, dat de genoemde storingsnormen ruimschoots werden overschreden.

In de onderstaande tabel zijn de meetresultaten weergegeven van 25 een aantal lampen (toegevoerd vermogen circa 13 W) met een staafkem met verschillende diameter en een wikkeling van verschillende lengte.

30 1 "•v ” ^ *« r f PHN 10.759 6

TABEL

Lamp Edelgas/druk (Pa) Diameter Lengte Storingswaarde kern (mm) wikkeling (irm) (dB (^uV/m)) 5 fi Kr, 70 6 8 38 2 Kr,70 6 12 34 3 Kr,70 6 16 36 4 Kr,70 88 39 5 Kr,70 8 12 35 10 6 Kr,70 8 16 37 7 Kr,60 11,5 8 41 8 Kr,60 11,5 12 38 9 Kr,60 11,5 16 39 10 Kr,150 8 12 35 15 11 Ar,150 8 12 41 12 Ar,200 11,5 12 43

In een praktische uitvoeringsvorm van een hierboven beschre-20 ven lamp is de diameter van het glazen lampvat circa 70 mm en is de lengte circa 90 imu In het lampvat bevindt zich een kleine hoeveelheid kwik (circa 6 mg) en een hoeveelheid krypton onder een druk van circa 70 Pa. De luminescerende laag bevat een mengsel van twee fosforen, teweten groen luminescerend met terbium, geaktiveerd eer iummagnes ium-2g aluminaat en rood luminescerend met driewaardig europium geaktiveerd yttriumoxyde. Het magnetisch materiaal van de cylindervormige kern (lengte 50 mm, diameter 8 mm) bestaat uit een ferriet met een relatieve permeabiliteit van ongeveer 150. (Philips 4C6 ferriet). Rondom de kern is een wikkeling aanwezig met een lengte 1 tussen hoogste en laagste 30 winding (de lengte van de wikkeling) van circa 12 mm. De wikkeling bevat twaalf windingen (draaddikte 250yUm). De zelf induktie van de aldus gevormde spoel bedraagt circa 6,5^uH. In de voedingseenheid bevindt zich een hoogfrequent oscillator met een frequwntie van circa 2,65 MHz. De draden van de genoemde rondon het lampvat geplaatste koperringen 35 (9,10,11) hebben een dikte van ongeveer 1 mm. Tussen de buitenwand van de ferrietkern en de wand 3 van de instulping is een relatief kleine afstand (circa 0,5 irm) aanwezig, waarbij een gunstig effekt op het rendement van de lamp gebleken is.

-Ui v V V ï “ EHN 10.759 7

Bij een toegeveerd vermogen aan de lamp van 13 W is de lichtstroom ongeveer 900 lumen. Het rendement vandelairp is circa 70 lm/W. Uit een experiment met deze lamp bleek voorts, dat bij een hoger toegevoerd vermogen (bijvoorbeeld 20 W) de sterkte van het stoorveld verder afnam, 5 maar dat daarbij eveneens een rendementsdaling optrad.

10 15 20 25 30

O ',: V- U

35

Claims (4)

1. Elektrodeloze metaaldampontladingslamp met een vakuumdicht afgesloten lampvat dat tevens is gevuld met een edelgas, welke lamp is voorzien van een kern van magnetisch materiaal waarin met behulp van een elektrische voedingseenheid en een rondom de kern gelegen wikkeling een 5 hoogfrequent magnetisch veld induceerbaar is, waarbij in het lampvat een elektrisch veld wordt opgewekt, met het kenmerk, dat de kern zo is gevormd, dat het oppervlak van elke dwarsdoorsnede van de kern is gelegen 2 2 tussen 20 mm en 60 mm , waarbij het in het lampvat aanwezige edelgas krypton en/of argon bevat onder een druk van ten hoogste 100 Pa, waarbij 10 de lengte van de wikkeling tussen 8 en 15 mm bedraagt.

2. Elektrodeloze metaaldampontladingslamp volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de kern van magnetisch materiaal staaf vormig is p waarvan de dwarsdoorsnede een oppervlakte heeft van 45 tot 55 mm , welke kern zich bevindt in een buisvormige instulping in de wand van het lamp-15 vat.

3. Elektrodeloze metaaldampontladingslamp volgens conclusie I of 2, met het kenmerk, dat het lampvat krypton bevat onder een druk van ten hoogste 100 Pa, waarbij het aan de lamp toegevoerde vermogen ten hoogste 25 W bedraagt. 20

4. Elektrodeloze metaaldampontladingslamp volgens conclusie 1/2 of 3, met het kenmerk, dat de lengte van de wikkeling is gelegen tussen II en 13 ran en de wikkeling 10 tot 15 windingen bevat. 25 30 35 ^ *Z Γ. 1 * ·> * 1 · . „ ; * Μ Λ - ·' ' 'J Ί ~t