JPH035040B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の技術分野 この発明は高強度放電（HID）灯負荷に供給
される電力を制御する安定器として特に役立つ可
変リアクタンス誘導子に関する。

発明の背景 放電灯電流の変化を制御すると共に、厳密な調
整作用をする為に位相制御回路にトライアツクの
様な電子スイツチを使う安定器は公知である。米
国特許第3873910にこの様な安定器が記載されて
おり、これは、磁気漏洩部を作る分路によつて隔
てられた２つの巻線を持つ誘導子で構成されてい
る。一方の巻線は、主巻線又は運転巻線と呼ぶの
が便利であるが、交流線路に放電灯と直列に接続
されている。他方の巻線は制御巻線であつて、そ
の両端にトライアツクの様な電子スイツチが接続
されている。制御巻線のスイツチが開いている時
の主巻線のインダクタンスは、主巻線のターン数
と磁心構造に全体的な磁気通路とによつて決定さ
れる。スイツチが閉じた時、制御巻線に誘起され
た電流が主巻線の磁束に対抗する磁束を発生す
る。この結果、主磁束は分路とその中に含まれる
空隙とを通る様に強制されるが、これらは合計の
磁気抵抗が一層大きい磁気通路になつている。こ
の為に主巻線の実効インダクタンスが下がり、電
流を増加することが出来る様にし、こうして放電
灯のワツト数を増加する。点弧の位相角、即ち交
流サイクル中にトライアツクが点弧される時点を
適当に変えることにより、放電灯に対する入力ワ
ツト数を調整して、線路電圧の変動があつても、
一定の光出力を達成することが出来る。

トライアツクの点弧位相角は光出力を制御する
為に、即ち、放電灯を暗くし又は明るくする為に
変えることも出来る。然し、制御巻線が位相制御
のトライアツクによつて短絡されると、インダク
タンスが下がるにつれて、電流は一層高いレベル
になる。制御巻線が開いている時と制御巻線が短
絡している時の間の放電灯電流の差が大きすぎる
と、各々の半サイクルの初めに電流が切れる結
果、放電灯電圧が上昇する。この為、この制御方
法は、大きな第３高調波の形で線路電流の歪みを
起すと共に、高い瞬時放電灯電圧を招き、これは
放電灯の早期のドロツプアウトの原因になること
がある。こういう問題の為、この制御範囲は放電
灯のワツト数を線路電圧の変動があつても一定に
保つのには十分であるけれども、実用的なワツト
数の制御範囲が制限される。

エネルギを節約する為、今日の工業用及び商業
用照明設備は、時間帯並びにその時の活動に応じ
て、光レベルを変える手段を段々取入れる様にな
つている。遠隔エネルギ管理と呼ぶこの様な１つ
の構成では、中央部からの信号によつて種々の場
所に於ける光レベルを制御する。典型的には、高
圧ナトリウム蒸気灯に対する入力ワツト数を、
150ワツトから始まつて450ワツトまで50ワツトず
つの段階に分けて制御することが望ましい。全掲
米国特許の回線を使う為、最初の方式は１つの制
御巻線と共に２つの運転巻線を設けることであつ
た。１つの運転巻線は、主巻線と呼ばれるが、小
さいリアクタンスの必要とする高いワツト数の範
囲（300乃至450ワツト）に対して使われる。主巻
線及び延長巻線の両方の運転巻線が、一層大きな
リアクタンスを必要とする低ワツト数範囲（150
乃至250ワツト）に対して直列に接続される。高
範囲から低範囲への切換えはリレーで行なつてい
る。

上に述べた構成で、各々の制御範囲の限界は、
線路電圧が低い時の高い方のワツト数の設定並び
に線路電圧が高い時の低い方のワツト数の設定に
合う様に適切にしなければならない。低い方のワ
ツト数の限界は、２つの運転巻線を合せたターン
数と、制御巻線が開いている時の主磁気通路の磁
気抵抗とによつて決定される。一般的に主磁気通
路は空隙を持つており、これが磁気抵抗の大部分
に寄与する。高い方のワツト数の限界は制御巻線
が短絡された時の磁気分路によつて決定される。
低ワツト数範囲に対してとれる範囲で限界をぴつ
たりに定めると、高ワツト数範囲の限界が広くな
りすぎる。こうなるのは、高ワツト数範囲に対し
て主巻線の一層少ないターン数を選んだ時、制御
巻線がリアクタンスに対してより多くの効果を持
つ様に、主巻線及び制御巻線の間の実効的な磁束
の漏れが減少するからである。

発明の概要 この発明の全般的な目的は、放電灯の光出力を
安定する為に、放電灯に供給されるワツト数を調
整するのに適していると共に、異なる光レベルに
する為にワツト数を変えるのにも適している一層
効率がよくて効果的な可変リアクタンス誘導子を
提供することである。

更に特定の目的は、HID灯を幾つかのワツト
数レベルで作動すると共に、放電灯電圧並びに線
路電流に対する望ましくない影響を最小限に抑え
ながら、放電灯に供給される電流を選ばれたレベ
ルに調整する為、２つ又は更に多くの調節自在の
範囲を持つ被制御可変リアクタンス誘導子を提供
することである。特に幾つかの範囲に対し、ワツ
ト数の点で制御効果を同じにすることが望まし
い。

この発明を実施した可変リアクタンス誘導子安
定器は、磁心に設けられた少なくとも２つの運転
巻線の制御巻線とで構成される。便宜上、一方の
運転巻線を主巻線と呼び、他方を延長巻線と呼
ぶ。動作範囲スイツチが、主巻線を単独で使つた
り、或いは延長巻線をそれと直列に接続したりす
ることが出来る様にし、放電灯に異なるワツト数
のレベルを持たせる。磁気漏洩部となる分路が磁
心上に設けられた運転巻線から制御巻線を分離す
る。トライアツクの様な電子スイツチを制御巻線
の両端に接続して、運転巻線のインダクタンスを
変える。この発明では、第２の磁気漏洩分路を設
け、これが２つの運転巻線を隔てる、即ち、延長
巻線を主巻線から隔てる。第２の分路は主巻線と
制御巻線の間の磁束の漏洩が一層大きくなる様に
保証する。この結果、主巻線を単独で使う時、制
御巻線がリアクタンスに対して持つ影響が小さく
なる。この為、高ワツト数範囲の限界を狭くし、
低ワツト数範囲の限界に一層近づけることが出来
る。

詳細な記載 図面にはＥ字形積層板１及びＩ字形積層板２で
形成された殻体形磁心を有するこの発明の安定器
及び制御装置が示されている。Ｅ字形積層板は、
その周りに巻線を設ける中央脚部１ａ及び外側脚
部１ｂ，１ｃを構成する。好ましい実施例では、
中央脚部１ａは外側脚部より若干短くして、ヨー
ク部材２を外側脚部の端と接触させた時、中央脚
部の脚とヨーク部材２の間に予定の長さの狭いギ
ヤツプ３が残る様にする。ギヤツプ３をこの明細
書では主ギヤツプと呼ぶが、これは空隙であつて
もよいし、或いはクラフト紙の様な電気絶縁材料
を充填した空間であつてもよい。運転巻線は相隔
たつていて直列に接続された主巻線４及び延長巻
線５で構成される。交流源の端子６ａを動作範囲
スイツチ７により、タツプ８を介して主巻線４の
１端に、又は導体９を介して延長巻線５の反対側
の端に接続することが出来る。スイツチが図面で
は、高ワツト数範囲の為に、主巻線４だけを放電
灯回路に接続する位置にある場合を示してある。
反対の極限の位置では、スイツチが低ワツト数範
囲の為、巻線４，５を放電灯回路に直列に接続す
る。主巻線４の反対側が放電灯１０と直列に接続
される。放電灯は典型的には高強度放電灯であ
る。こゝで挙げる例では、公称400ワツトの定格
を持つ高圧ナトリウム蒸気灯であり、これは450
ワツトまでの入力を受入れることが出来る。

主巻線４とは反対側の端で、中央脚部１ａに制
御巻線１１を設ける。制御巻線の両端がトライア
ツク１２で構成された電子スイツチの主電極に接
続される。周知の様に、トライアツクは１個の制
御電極１３を持つ交流用半導体制御スイツチであ
る。制御電極をゲート駆動すると、主電極に印加
された電圧波の持続時間の間、スイツチは順バイ
アス状態に対応する方向の電流を通す。希望によ
つては、反対向きに接続したSCR又はガス入り
３極管（サイラトロン）の様な他の種類のスイツ
チも使うことが出来るのは云うまでもない。制御
電極１３には、点弧位相角に対応する予定の時刻
に、トライアツク１２を互いに反対方向の導電状
態にトリガする作動回路１４が接続されている。
作動回路１４は、米国特許第3500124号及び同第
3629683号に記載されているものゝ様に、トライ
アツクを作動する任意の所望の又は周知の形式で
あつてよい。

第１の１対の磁気分路１５，１５′が磁心の中
央脚部１ａの各々の側にある空間又は窓を横切る
様に設けられていて、制御巻線１１と延長運転巻
線５の間に配置されている。各々の分路は磁気積
層板を重ね合せた集成体で構成されていて、少な
くとも片側は磁心の１つの脚から非磁性ギヤツプ
によつて隔てられており、或いは好ましくは両側
が１５″で示す様に隔たつている。ギヤツプ３と
同じく、このギヤツプも空隙にするか、或いは電
気絶縁スペーサ材料を埋めた空間にすることが出
来る。分路１５，１５′が、前掲米国特許第
3873910号で要求されている様に、磁心上で制御
巻線を運転巻線から隔てるギヤツプつき磁気分路
手段になる。

この発明では、第２の１対の磁気分路１６，１
６′が磁心の中央脚部１ａの各々の側にある窓を
横切る様に配置され、主巻線４と延長巻線５の間
に配置される。磁気分路１６，１６′は分路１５，
１５′と同様であつて、空隙又は電気絶縁スペー
サ材料で埋めた空間１６″を持つている。云い換
えれば、これらは主巻線を延長巻線から隔てるギ
ヤツプつき磁気分路手段になる。第２の１対の分
路手段は、百分率で云うと、低ワツト数範囲がカ
バーするワツト数の制御範囲を高ワツト数範囲が
カバーする範囲よりも一層大きくすることが出来
る。この為、ワツト数制御範囲を数字で表わした
値は、２つの範囲で一層同じに近くすることが出
来る。

この発明は、最初に従来の場合を考えれば最も
判り易い。最初、前掲米国特許第3873910号に記
載されている様に、運転巻線と制御巻線の間に１
つの分路手段だけがあると仮定し、主巻線４だけ
が放電灯作動回路に接続されている高ワツト数範
囲を考える。制御巻線が開いている時、低ワツト
数の限界が起る。普通のどのリアクトルでもそう
であるが、リアクタンスは巻線のターン数の磁気
通路とによつて決定される。この磁気抵抗の大部
分はその中にある空隙３によるものである。ヘン
リーで表わしたリアクトルのインダクタンスは次
の式で表わされる。

L₁＝Nm²／ｌ／Ａ・μ こゝでNmは主巻線のターン数、ｌは空隙の長
さ、Ａは磁心の断面積、μは空隙の透磁率であ
る。この式から判る様に、有効ターン数を増加す
ることによつてリアクタンスを増加することが出
来、これによつて放電灯のワツト数が下がる。

制御巻線が短絡された時、高ワツト数範囲の高
ワツト数の限界が起る。制御巻線に誘起された電
流が逆起磁力を発生し、これによつて主巻線によ
つて発生された大部分の磁束は、磁気分路１５，
１５′及びその空隙を通る様に強制される。この
為、磁気通路の磁気抵抗が増加し、リアクタンス
を減少して放電灯のワツト数を増加する。この時
のインダクタンスL₂は次の式で表わされる。

L₂＝Nm²／ｌ／Ａ＋l_s／A_s1・μ こゝでｌは分路１５，１５′の空隙の長さ、
As₁は分路１５，１５′の断面積である。

次に延長巻線５を主巻線４と直列回路に接続し
た時の低ワツト数範囲を考える。制御巻線が開い
ている時、低ワツト数の限界が起る。この時のイ
ンダクタンスL₃は次の式で表わされる。

L₃＝（Nm＋Ne）²／ｌ／Ａ・μ こゝでNeは延長巻線のターン数である。

制御巻線が短絡された時、低ワツト数範囲のワ
ツト数の上限が起る。その時のインダクタンス
L₄は次の式で表わされる。

L₄＝（Nm＋Ne）²／ｌ／Ａ＋l_s／A_s1・μ L₁とL₂の比がL₃とL₄の比に等しいことが認め
られる。前に述べた理由で、これは望ましくない
ことである。この発明では、これを克服する為、
主巻線４と延長巻線５の間に配置する第２の分路
手段１６，１６′を設ける。第２の分路手段がこ
の結果を達成する様子は、次の説明から理解され
よう。

２つの分路があると、高ワツト数範囲のワツト
数の下限に於けるインダクタンスL₅は次の式で
表わされる。

L₅＝Nm²／ｌ／Ａ・μ 高ワツト数範囲の上限に於けるインダクタンス
L₆は次の式で表わされる。

L₆＝Nm²／ｌ／Ａ＋l_s／A_s1＋A_s2ｌ／Ａ・
μ こゝでAs₂は第２の分路１６，１６′の断面積
である。

低ワツト数範囲のワツト数の下限に於けるイン
ダクタンスL₂は次の式で表わされる。

L₇＝（Nm＋Ne）²／ｌ／Ａ・μ L₅及びL₇は従来のL₁及びL₃と同一であること
が認められよう。L₆は、分路の断面積の和As₁＋
As₂がもとの１個の分路の断面積に代るものとみ
なせば、L₂と略同じである。この発明による変
化は、低ワツト数範囲のワツト数の上限に於ける
インダクタンスL₈に認められる。インダクタン
スL₈は制御巻線を短絡した時を第１の漏洩分路
１５，１５′によつて決定される。この分路は延
長巻線５の制御巻線１１の間にあるから、これが
磁気結合を決定する。この時主巻線と同じ電流が
延長巻線に流れており、従つて第２の漏洩分路１
６，１６′は殆んど効果がない。式で表わすと、
この時のインダクタンスL₈は次の様に近似する
ことが出来る。

L₈＝（Nm＋Ne）²／ｌ／Ａ＋l_s／A_s2・μ この発明で低ワツト数範囲の上限を決定する
L₈を、従来この上限を決定したL₄と比較すると、
大きな変化として、今度は分路の面積全体の内の
一部分しか、即ちAs₂だけが分母に現われる。こ
の為、高ワツト数範囲の限界に影響せずに、低ワ
ツト数範囲の上限を従来よりもずつと高くするこ
とが出来る。

分路１５，１５′の面積を減少すると、上限が
増加する。この面積は低ワツト数範囲の上限を定
める様に調節される。高ワツト数範囲の上限は分
路１５，１５′及び分路１６，１６′の面積の和に
よつて決定される。この為、低ワツト数範囲に対
して分路１５，１５′の面積を調節する時、分路
１６，１６′の面積に対して大きさが同じく反対
の調節をすべきである。

ワツト数制御範囲が２つよりも多いことが望ま
しいことがある。こゝで述べた例で線路電流及び
放電灯電圧を更に改善する為、150乃至450ワツト
のワツト数範囲は、150乃至250ワツト、300乃至
350ワツト及び400乃至450ワツトの３つの範囲に
分けることが出来る。これによつて、線路電流及
び放電灯電圧がそれ程問題にならない最低ワツト
数の所で制御範囲を一番広くすることが出来る。
中間範囲は、延長巻線５に中間タツプ１７を設
け、図面に鎖線で示す様に、それを動作範囲スイ
ツチ８の中間位置に接続することによつて達成さ
れる。

この発明の特定の実施例について説明したが、
当業者であれば、この発明の範囲内で種々の変更
を加えることが出来ることな云うまでもない。若
干の例を述べれば、この発明はＵ−Ｉ字形積層板
を用いた形式の磁心の構成にも同じ様に使うこと
が出来る。放電灯安定器に普通に使われる種々の
回路構成も利用することが出来る。例えば前掲米
国特許第3873910号に記載されている様に、線路
電圧の広い範囲に対して装置を使える様にする為
に、変圧器又は単巻変圧器の接続を用いることが
出来る。

【図面の簡単な説明】

図はこの発明を実施した可変リアクタンス安定
器の回路図である。 主な符号の説明、１：磁心、４：主巻線、５：
延長巻線、７：スイツチ、１０：放電灯、１１：
制御巻線、１２：トライアツク、１５，１５′，
１６，１６′：磁気分路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 閉じた磁気回路を形成する磁心と、該磁心上
   で相隔たる主巻線及び延長巻線で構成される運転
   巻線と、該運転巻線から隔てゝ前記磁心に設けら
   れた制御巻線と、前記主巻線及びガス入り放電灯
   を交流源に接続して放電灯作動回路を形成する手
   段と、放電灯作動回路で前記延長巻線を前記主巻
   線と直列に接続する動作範囲スイツチ手段と、１
   つは前記制御巻線及び前記延長巻線の間に設けら
   れ、他方は前記延長巻線及び前記主巻線の間に設
   けられた、前記磁心にある１対のギヤツプつき磁
   気分路手段と、前記制御巻線の両端に接続されて
   いて該制御巻線の電流を制御し、こうして前記運
   転巻線のリアクタンスを制御する電子スイツチ手
   段とを有し、前記分路手段は、前記延長巻線が放
   電灯作動回路に接続された時は、接続されていな
   い時よりも、放電灯作動回路のリアクタンスに対
   して比例的に一層大きな制御作用を持つ様に保証
   する安定器。 ２ 特許請求の範囲１に記載した安定器に於て、
   前記閉じた磁気回路を形成する磁心に空隙が設け
   られている安定器。 ３ 特許請求の範囲１に記載した安定器に於て、
   前記主巻線、延長巻線及び制御巻線が前記磁心上
   で横に並べて全て相隔たつている安定器。 ４ 特許請求の範囲１に記載した安定器に於て、
   前記磁心が中央脚部及び１対の外側脚部を持つＥ
   字形部材と、該Ｅ字形部材の開放端を閉じるヨー
   ク部材とで構成されており、全ての巻線が前記中
   央脚部上で横に並んで相隔たつている安定器。 ５ 特許請求の範囲４に記載した安定器に於て、
   前記１対の分路手段が中央脚部及び外側脚部の間
   に配置されている安定器。 ６ 特許請求の範囲１に記載した安定器に於て、
   ワツト数の３つの範囲に使われる様になつてい
   て、前記延長巻線に中間タツプがあり、前記動作
   範囲スイツチ手段には該タツプに接続される別の
   位置が設けられている安定器。