NO172720B

NO172720B - ELECTRODE-FREE FLUORESCING LIGHTING SYSTEM

Info

Publication number: NO172720B
Application number: NO872442A
Authority: NO
Inventors: Jacques M Hanlet
Original assignee: Intent Patent Ag
Priority date: 1987-06-11
Filing date: 1987-06-11
Publication date: 1993-05-18
Also published as: NO174230C; NO872442D0; NO924418D0; NO924418L; NO174230B; NO172720C; NO872442L

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. This invention relates to an electrodeless fluorescent discharge lamp having an outer bulb which is translucent to visible light and coated internally with a fluorescent coating capable of converting ultraviolet radiation impinging on it into visible light, an ionizable gas mixture capable of emitting said ultraviolet radiation when bombarded with electrons, a toroidal coil disposed within said bulb to accelerate said electrons into the ionizable gas mixture to generate said ultraviolet radiation, and an electrostatic shielding member located within said bulb and substantially surrounding said toroidal coil.

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. Light tubes of the fluorescent type are known in the prior art for lighting systems. In general, such previously known lighting systems of the fluorescent type comprise a mixture of noble gases, such as neon, argon and possibly a secondary gas, such as mercury. Such earlier fluorescent tubes are generally provided with a pair of filament type electrodes which are coated with a material which has the property of readily emitting electrons when heated. When electric current is introduced into the previously known filament fluorescent light tubes, such filaments will heat up and emit electrons with the filament acting alternately as an anode and a cathode. In such previously known tubes of the fluorescent type, extremely high voltages between the electrodes are necessary to initiate noble gas discharge. Thus, such previously known fluorescent light systems necessitate a higher initial input of electrical energy and furthermore necessitate the use of starters and ballasts for initiation of the self-sustaining discharge. The use of such systems enables a complicated system and increases the cost outlays for the production of such previously known lighting systems.

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. In general, previously known fluorescent light systems require a fluorescent tube which must be a generally linear or arcuate elongated cylindrical device of a certain diameter. The diameters of such fluorescent tubes are selected for efficient operation. Thus, the previously known fluorescent tubes are limited in their construction as a function of operational efficiency. In contrast, the present lighting system can be formed from a plurality of constructions, including spherical, cylindrical, or other construction contours depending on a particular application. The present system is not bound by construction criteria, as the present system operates without electrodes and does not depend on an electric field that extends from one end to the other in a turbulent construction, as is the case with the previously known systems.

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. In prior art fluorescent tubes, during each cycle of operation, the electrons flowing in a single direction create a concentration at one end of the prior art fluorescent tube that allows ions to recombine on the wall of the tube with the electrons that they capture, and instead for recombination to produce radiation, energy is lost at the tube wall. Thus, such prior art systems present a limitation with regard to the minimum diameter, as a very small diameter would increase the occurrence of the recombination of electrons with ions without the production of ultraviolet radiation.

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. Previously known systems of the fluorescent type are also limited in terms of operational efficiency due to the reabsorption of ultraviolet radiation by means of the metallic gas material. As photons of ultraviolet radiation are emitted with the collision of electrons and ions, the photons can be attenuated by the metallic gas. Thus, the limitation is related to the distance that the photons must move and this will in reality limit the maximum diameter for such previously known fluorescent light systems. The reabsorption is a function of both the distance the photons must travel and the gas pressure within the fluorescent light tubes.

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. Of other prior art, mention is made of Japanese patent application no. 57-103255 which deals with an electrodeless discharge lamp which has a toroidal coil formed on a toroidal core, where the toroidal assembly is placed within an inner glass bulb 5 containing the ionizable gas mixture.

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. TJS patent 4171503 relates to an electrodeless discharge lamp which has a single bulb element for storing the fluorescent material, the ionizable gas and the toroidal coil. In addition to the adverse effects on the coil windings due to the chemical reaction with the ionizable gas, this known solution suffers a loss in light output efficiency as the ultraviolet radiation emitted with the collisions of electrons and ions is subjected to reabsorption. In addition, the phosphor coating is degraded, which is due to the bombardment of the heavy metal ions in mercury vapor. Another disadvantage of the known solution is that an electric arc is required to initiate the generation of ultraviolet radiation.

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. In contrast, the present light system is not bound by the above limitation, as the recapture of electrons by ions on the walls of the light system does not occur, as the collision between the ions and the electrons is maintained within a closed volume boundary.

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. Of related technology, mention is made of US patent no. 4,414,492 entitled "Electronic Ballast System" and US patent no. 4587461 entitled "Self-Regulating Electronic Ballast System", both of which have the same inventor and assignee as in the present invention, included both hereby by this reference.

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. The present invention aims to overcome some of the disadvantages associated with the known technique, and the initially mentioned discharge lamp is characterized, according to the invention, by an excitation device for generating an enclosed magnetic field, an induced electric field essentially parallel and in the same direction as said magnetic field, and a radiating electric field which is orthogonal to said enclosed magnetic field, said magnetic field and induced electric field being applied at substantially the same frequency to accelerate and direct said electrons for collision with said ionizable gas mixture, said excitation device comprising a gas housing with a closed contour which has an essentially donut shape which is positionally placed within said toroidal-shaped coil, and since said gas housing with a closed contour contains said ionizable gas mixture.

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. According to further embodiments of the discharge lamp, the induced electric field accelerates said electrons, and said magnetic field directs said electrons in a predetermined helical path. The discharge lamp can also include permanent magnet(s) to establish an essentially constant magnetic field which is essentially orthogonal to said enclosed magnetic field. Said permanent magnet(s) preferably includes a pair of disk-shaped magnets which are placed within the inner diameter of the toroidal coil.

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. Furthermore, it is advantageous that the space inside the bulb and outside the gas housing is evacuated, that the ionizable gas mixture includes a metal vapor, that the ionizable gas mixture is maintained within the gas housing at a predetermined pressure, that the ionizable gas mixture includes at least one noble gas, and that the metal vapor is possibly a mercury vapor .

Videre er det fordelaktig at gasshuset er dannet av en materialsammensetning som er gjennomtrengelig for ultrafiolett stråling. Furthermore, it is advantageous that the gas housing is formed from a material composition that is permeable to ultraviolet radiation.

Figur 1 er et vertikalriss, delvis bortkuttet, som viser det Figure 1 is a vertical view, partially cut away, showing it

elektrodefrie lyssystemet. the electrodeless lighting system.

Figur 2 er et snittriss av det elektrodefrie lyssystemet Figure 2 is a sectional view of the electrode-free light system

langs snittlinjen 2-2 i figur 1. along the section line 2-2 in Figure 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. Figure 3 is a vertical view of an embodiment of the electrodeless lighting system, showing a permanent magnet excitation mechanism. Figure 4 is a sectional view of the embodiment of the electrodeless lighting system taken along section line 4-4 in Figure 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. Referring now to figures 1 and 2, there is shown a preferred embodiment of the electrodeless lighting system 10 of the fluorescent type for producing the emission of visible light which has a higher efficiency and extended operating life when compared to previously known lighting systems. The basic operating concept of the light system 10 is aimed at electron collision with gas atoms to produce ultraviolet radiation. The ultraviolet radiation is isotropically transported to a phosphor coating to impinge on it, which causes re-emission of the ultraviolet radiation in the visible part of the electromagnetic bandwidth.

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. In particular, the electrode-free light system 10 produces, as will be seen in the following paragraphs, combined magnetic and electric fields, where the magnetic fields are each located within an essentially closed volume. The combination of a magnetic field and an electric field to focus electrons has been successfully used for a number of applications, such as for the focusing of electrons in cathode ray tube applications. The concept of the present invention is aimed at exposing electrons to the combination of forces developed by the induced electric field and the magnetic field, in order to increase the probability of collisions between electrons and gas atoms relative to the probability of collision if an electron was transported under the action of only one of the fields that result in a collision with only arbitrarily moving gas atoms.

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. One of the main electrical disturbances in the external environment can arise from the generated magnetic field. To avoid this type of interference, as will be seen from the following sections, the magnetic field interference is canceled by enclosing the magnetic field in what is generally referred to as a magnetic bottle which is conceptually used in devices for high-acceleration particles. The light system 10 will, as will be shown, operate at a relatively high frequency of the order of 10.0 MHz and the magnetic field produced, if not retained and limited, would possibly interfere with telecommunications transmission over a large area. As will be seen, the external effects of radiated electric field are reduced by the introduction of an electrostatic screen located within the system 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. In previously known fluorescent light systems, two filaments are provided which alternate operationally as cathode and anode. Looking at a half cycle, electrons will propagate in one direction and a concentrated field effect is produced there with the ultraviolet radiation of the stored plasma which is a function of the diameter of the fluorescent tube. With such known systems, metastable atoms and ions can be recombined on the tube wall and so it can trap parts of the electrons instead of recombining to produce radiation. In general, ordinary fluorescent tubes (fluorescent tubes) can have a total efficiency within the range of 15$ - 20%. By limiting the path and collision of the electrons within an essentially closed volume, the lighting system 10 does not transport electrons to a pipe or housing wall that would lower the visible light efficiency of the operating system, as is the case in standard fluorescent lighting systems.

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. In general, two phenomena that have an influence on the lifetime of previously known fluorescent lighting systems are aimed at the lifetime of the filaments used, which evaporate over an operating life cycle, as well as regarding the increase of deposits on the inner surface of the whole egg composition after a predetermined number of lighting operations. This last phenomenon is partly due to the deterioration of the gas pressure as a result of the continuous bombardment of heavy-particle ions and/or electrons.

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. Electrodeless fluorescent light system 10 comprises excitation device 12 for generating a permanent magnetic field, an enclosed magnetic field and an induced electric field which is substantially parallel and in the same direction as the alternating magnetic field. The alternating magnetic and induced electric fields are applied at substantially the same frequency to accelerate and direct electrons for collision with predetermined gas atoms located within gas housing chamber 16 in gas housing 14 which has a closed contour. The course of alternating current at high frequency as previously described within the entire toroidal coil 18 creates an electrical potential gradient between individual windings of the coil 18. The electrical potential gradient is obviously created due to the increase and decrease of the current passing through the individual windings. The electric potential gradient thus results in an electric field which is essentially parallel to the magnetic field. Overall, current passage through the toroidal coil 18 creates both a magnetic and an induced electric field that accelerates and directs the electrons in a predetermined path for collision with gas atoms located within the gas housing chamber 16. The collision of electrons with metallic gas atoms located within the gas housing 14 of closed contour and in particular gas housing chamber 16, takes place internally within the boundaries of the toroidal coil 18.

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. Ultraviolet radiation produced by such collisions is then radiated in all directions to finally be emitted as visible light, as will be described in the following paragraphs. The collision of electrons with metallic gas ions located in the gas housing chamber 16 produces ultraviolet radiation which is emitted isotropically in an outward direction to strike the phosphor coating 20 applied to the inner surface of the bulb housing 22. The phosphor coating 20 or a similar coating composition absorbs at least a portion of the the ultraviolet energy that collides with this and re-radiates the absorbed energy externally to the electrode-free light system 10 in the form of visible light.

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. A gaseous plasma is located within the gas housing 14 which has a closed contour within the gas housing chamber 16 of the electrodeless light system 10. The ultraviolet energy generated in the plasma passes through the essentially ultraviolet transparent excitation device 12 to bombard the coating 20 with ultraviolet radiation without to produce some chemical reaction or structural degradation therein. As has been shown in previous sections, this has the effect of increasing the operating life of the lighting system 10 as well as increasing the efficiency of the lighting system 10 when considered with respect to previously known fluorescent lighting systems.

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. In addition, the excitation device 12, as provided in the preferred embodiment of the lighting system 10 shown in Figures 1 and 2, enables, by a self-contained gas composition that is atmospherically isolated from the bulb element 22, a vacuum can be maintained within the bulb element chamber 24 to reduce heat transfer effects from the excitation device 12 to the external environment.

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. The special structure of the excitation device 12 makes it essentially independent of the generated temperature and as such can be used at a higher pressure of gas located within the gas housing 14 than previously known systems.

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. Lighting systems operating at high pressure are known, which can be used for street lighting or other applications to emit large amounts of light over large areas.

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. However, with such high-pressure systems, cylindrical pipes are still present where pressure must reach several atmospheres and produce very high intensity. The voltages used in such high-pressure lighting systems and used to start the tube and maintain the discharge are extremely high and thus the electrodes to be bombarded and exposed to the electric field are placed in the gas composition, which adversely affects the lifetime of such high-pressure operating ends lighting systems.

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. In the present electrodeless fluorescent light system 10, there is no metal composition within the excitation device 12, with the exception of the gas composition or any metal composition formed as part of the gas housing 14 which has a closed contour. Thus, beyond these considerations, there is nothing in contact with the electric field that is generated. In the light system 10, the vapor that is ionized and forms the plasma within the gas housing 14 with a closed contour is not in contact with the toroidal coil 18 and only forms contact with the internal envelope in the gas housing chamber 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. The excitation device 12 comprises the toroidal coil 18 for generating the alternating magnetic and electric fields. In addition, the gas housing 14 is of closed contour which has an essentially donut contour positionally located within the toroidal coil 18, as shown in figures 1 and 2. Electric current is passed through the toroidal coil 18 in a helical direction, as is obvious from the coil contour which is shown in the figures. The alternating current within the toroidal coil 18 creates an electrical potential gradient between the individual windings of the coil 18 as current increases or decreases. This gradient induces an electric field which is essentially parallel to the magnetic field. The magnetic flux generated by the toroidal coil 18 is located completely within the gas housing 14 which has a closed contour. The magnetic field surrounding the closed-contour gas housing 14 maintains the electrons in a motion that is cyclic in nature internally relative to the closed-contour gas housing 14, enabling an excited plasma circulation between the inner diameter and outer diameter of the gas housing 14. In this way, there is a concentration of electrons and ions which are confined within the gas housing 16 due to the magnetic field.

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. In order to maintain an efficient operating system, the electrodeless light system 10 operates at a relatively high frequency and enables the generation of a high enough magnetic field to maintain and limit the trajectory of the electrons circulating within the gas housing chamber 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. Experimentally, the light system 10 has been efficiently operated on a frequency range of the order of 0.1 - 50.0 MHz and particularly efficiently on a frequency equal to 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. The diameter of the conductive wire for the toroidal coil 18 is relatively small and the distances between the individual windings in the toroidal coil 18 are relatively large, so that the ultraviolet radiation generated within the closed contour gas housing 14 is substantially unhindered and unblocked by the toroidal coil 18 in the ultraviolet the radiation passage of the coating composition 20 on the inner surface of the bulb element or bulb housing 22. Individual windings of the toroidal coil 18 may be formed of thin electrically conductive wire in the diameter range of 0.5 mm with a distance between the windings of approximately 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. The gas housing 14 is formed from an ultraviolet radiation transparent composition which can be a glass composition. If a glass composition is used, this will mean a glass composition free of iron. Consequently, to have a significant radiation, there must be a significant cross-section of the plasma, and in experimental operations, the cross-sectional area of the gas housing chamber 16 has been varied between 4.84 - 6.45 cm 2 , where the inner and outer radius of the donut-shaped housing is varied between about. 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. The gas housing 14 with closed contour contains a predetermined gas composition which may be a metallic gas composition at some predetermined pressure. The predetermined gas composition may be mercury, argon, neon, sodium or some similar gas composition, and the pressure which has been maintained within the gas housing 14 has been successfully applied to a pressure approximately equal to 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. It has been found difficult to produce a donut contour having a small inside radius compared to the diameter. In the present lighting system, the overall donut shape can be formed in two separate parts. By forming pieces of glass that form a half circle, it is possible to provide two half donuts which can then be joined together by welding or some similar technique, such as fritted glass sealing.

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. The toroidal coil 18 is formed from a metallic material with high electrical conductivity, such as copper, silver or a certain combination thereof. As previously indicated, the toroidal coil 18 is formed by a plurality of windings, with the windings separated from each other by a predetermined distance to render the toroidal coil 18 substantially transparent to the ultraviolet radiation generated within the gas housing chamber 16 of the closed contour gas housing 14 . This particular connection of the toroidal coil 18 to an electrical source will be discussed in the following paragraphs.

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. The radiated electric field generated by the toroidal coil 18 radiates outwards in all directions and can create a disturbing influence on various communication systems and similar electrical systems that are located outside the bulb element 22. Thus, the electrodeless fluorescent light system 10 comprises an electrostatic shield member 26 which in total substantially surrounds the excitation device 12 to retain the radiated electric fields within the lighting system 10. The electrostatic shield member 26 substantially surrounds the toroidal coil 18 to prevent migration of the radiated electric field beyond the boundaries of the lighting system 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 . The electrostatic screen member 26 can be formed of a perforated metallic material, so that photons in ultraviolet radiation can pass through it with little interference or reflection. The electrostatic screen member 26 is electrically connected to ground 28 as schematically shown in Figure 1, in a direct connection mode or in series through a capacitor.

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). Another type of electrostatic shield can be used by providing a conductive coating on the outer surface of the bulb element 22. A spray of stannous chloride or a similar composition can be used to externally coat the bulb element 22 and thus retain the electric field within the lighting system 10. In this case was for the electrostatic shield element 26, the conductive coating is connected to earth 28 either directly or through a series-connected capacitor (not shown).

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. Thus, ultraviolet energy emitted from a gas housing chamber 16 will pass through the gas housing 14 which is transparent to ultraviolet radiation, the toroidal coil 18 and then through the electrostatic shield member 26 to impinge on the fluorescent coating 20 formed on the inner surface of the bulb element 22 for absorption and re-emitting energy in the visible bandwidth of the electromagnetic spectrum. The bulb element chamber 24 is, as indicated, maintained at a high vacuum to reduce the absorption of ultraviolet radiation and heat transfer effects and transfers from the excitation device 12 to the external environment.

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. While prior art lighting systems require the generation of a high voltage to create a discharge within the confined gas composition in a tube, the lighting system 10 uses a relatively low voltage and requires a current to pass through the toroidal coil 18 to generate the desired electric and magnetic fields for generation of sufficient energy to allow collisions between electrons and ions to occur within the gas housing chamber 16 and to generate the ultraviolet radiation. When operating the toroidal coil 18 at a high frequency, the voltage used to drive the lighting system 10 is maintained at a minimum value and the current flowing in the coil 18 can be in the order of 1.0 - 3.0 amperes. The toroidal coil 18 is connected to the ballast system 30 through conductors 34 and 36 which are mounted on external surfaces of the structural frame 38 which is formed of a dielectric material which is not important to the inventive concept discussed herein. The structural frame 38 may be made of a vertically oriented post having legs 40 which are radially oriented and connected to an interior surface of the closed contour gas housing 14 to maintain it in a stationary location within the bulb member 22. Electrical conductors 34 and 36 are connected to opposite ends to the toroidal coil 18 and to the ballast system 30 respectively.

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". The ballast 30 can be the ballast system shown in the previously mentioned US patent no. 4,414,492 as well as the corresponding ballast system shown in the previously mentioned US patent no. 4587461 entitled "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. The bulb element 22 surrounds the electrostatic shield member 26 and the excitation device 12. The bulb element 24 comprises a metallic gas composition which is located therein and particularly within the gas housing chamber 16. Gas atoms are ionized by collision with accelerated electrons provided by the excitation device 12 and gas ionized atoms radiate energy in the ultraviolet bandwidth of the electromagnetic spectrum after such collisions whether the atoms are metastable or ions. The fluorescent material coating 20 is coated on an inner surface of the bulb element 22 to absorb at least part of the ultraviolet energy and to re-radiate the absorbed energy which is outside the lighting system 10 in the form of visible light. The radiating electric field generated by means of the excitation device 12 is limited in its radiation distance by the electrostatic screen member 26 which prevents radiation from passing outside the lighting system 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. A method of providing visible light from the lighting system 10 has now been shown, which includes the use of the excitation device 12 to accelerate electrons in a predetermined path. The electrons are accelerated in a cyclic path within an envelope of substantially closed contour using the toroidal coil 18, which accelerates the electrons in a circular donut-shaped envelope path.

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. The accelerated electrons collide with atoms of a predetermined gas composition and such are ionized to release ultraviolet radiation. The ultraviolet radiation photons pass through the toroidal coils 18, and finally hit the coating 20 of fluorescent material, where the ultraviolet radiation is re-emitted in the visible part of the electromagnetic spectrum. The fluorescent material 20 is coated on an inner surface of the bulb housing 22, which surrounds the excitation device 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. The step of accelerating the electrons within the closed contour path includes the step of maintaining the electron path within a closed volume space defined by the inner envelope of the circular toroidal coil 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. The step of maintaining the electron path further comprises the step of generating an enclosed magnetic field and an electric field substantially parallel and in the same direction as the enclosed magnetic field. By using the donut-shaped volume with a closed contour generated by the toroidal coil 18, the magnetic field is maintained internally relative to the contour which has a closed donut shape. Thus, by passing electric current through toroidal coils 18, electrons are cyclically driven through the inner donut-shaped contoured closed volume to impinge on predetermined gas composition atoms.

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. In the preferred embodiment shown in Figures 1 and 2, predetermined gas atoms are maintained within the gas housing chamber 16 which is formed within the closed contour gas housing 14. The toroidal coil 18 is wound around the outer surface of the gas housing 14 which has a closed contour. In this preferred embodiment, the bulb element chamber 24 in the bulb housing 22 is evacuated to produce a vacuum. Thus, accelerated electrons passing within the donut-shaped gas housing chamber 16 will collide with gas atoms having a resulting ultraviolet radiation after ionization. The ultraviolet radiation passes through the gas housing 14 which has a closed contour, which housing is formed of an essentially ultraviolet transparent composition, such as fused quartz glass.

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. Ultraviolet radiation then passes through the electrostatic screen member 26 to impinge on the fluorescent material or phosphor coating 20, which re-emits the impinging energy in the form of visible light.

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. In the embodiment shown in Figures 1 and 2, the step of ionizing the predetermined gas composition is followed by isotropically transporting the ultraviolet radiation to the tube fluorescent material 20 formed on the inner surface of the bulb element or housing 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. Thus, in the lighting system 10, an electric screen 26 is provided which surrounds the excitation device 12 to provide an electrostatic screen barrier against the electric field produced by the excitation device 12. The electric screen member 26 is formed by a lattice screen or perforated metal composition in order for such to be in all substantially transparent to the ultraviolet radiation passing from the excitation device 12 to the fluorescent material coating 20 which is formed on an inner surface of the bulb element 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' . Referring now to Figures 3 and 4, there is shown an electrodeless lighting system 10" which can be an embodiment of the electrodeless lighting system 10 shown in Figures 1 and 2. The lighting system 10" is based on the concept that the current required for generating a predetermined magnetic field strength can be reduced by applying a vector sum of a constant magnetic field from permanent magnets aligned orthogonally to the closed magnetic field of the coils 18 or 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. In the embodiment shown in Figures 3 and 4, the excitation device 12" comprises permanent magnets 42 and 44 to establish a constant magnetic field which is essentially orthogonal to the alternating magnetic field previously described. The permanent magnetic field is thus summed vectorially with the alternating field to generate an increased field strength.

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. Thus, the lighting system 10" will have a predetermined magnetic field strength that uses less current passing through the toroidal coil 18" than would be present for the coil 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. For illustrative purposes, the permanent magnet 42 may have a North pole located on one surface and a South pole located on an opposite surface of the magnet 42. The permanent magnet 42 is located above the center line of the cross section of the gas housing enclosure 14' and within the center opening of the formed donut shape.

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. The magnetic surfaces of a permanent magnet 42 are essentially parallel to the plane formed by the toroid. The permanent magnet 44 is mounted as a mirror image of the permanent magnet 42 below the centerline of the gas housing enclosure 14'. The permanent magnet 44 has its magnetic surfaces oriented in an opposite manner relative to that of the magnet 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. In the example shown, the permanent magnet 42 has its South Pole facing the permanent magnet 44. Correspondingly, the permanent magnet 44 is oriented in such a way that its North Pole faces the magnet 42. This predetermined orientation of the magnets 42 and 44 allows the magnetic field between the outer fins of the magnets 42 and 44 to pass through the cross-section of the toroid formed by the toroidal coil 18" or gas housing 14' which has a closed contour in such a way that the permanent magnetic field is perpendicular to the field contained therein. It is evident that the magnetic circuit is completed by the magnetic field coupled between the magnetic poles of the magnets 42 and 44 which oppose each other in the central opening of the general toroidal contour.

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. Although this invention has been described in connection with specific purposes and embodiments thereof, it will be understood that various modifications that deviate from those discussed above can be made without deviating from the idea and scope of the invention. For example, equivalent elements can replace those that are particularly shown and described, certain features can be used independently of other features, and in certain cases special placements of elements can be reversed or inserted, all the while without deviating from the idea and scope of the invention as defined in the attached patent claims.

Claims

1. Electrodeless fluorescent discharge lamp having an outer bulb (22) which is translucent to visible light and coated internally with a fluorescent coating (20) capable of converting ultraviolet radiation impinging thereon into visible light, an ionizable gas mixture capable of to emit said ultraviolet radiation when bombarded with electrons, a toroidal coil (18, 18") disposed within said bulb (22) to accelerate said electrons into the ionizable gas mixture to generate said ultraviolet radiation, and an electrostatic shielding means ( 26) which is placed within said bulb (22) and which substantially surrounds said toroidal coil (18, 18"), characterized by: an excitation device (12) for generating an enclosed magnetic field, an induced electric field substantially parallel and in the same direction as said magnetic field, and a radiating electric field which is orthogonal to said enclosed magnetic field, said magnetic field t and induced electric fields are supplied with essentially the same frequency to accelerate and direct said electrons for collision with said ionizable gas mixture, said excitation device (12) comprising a gas housing (14, 14') with a closed contour which essentially has donut shape which is positionally placed within said toroidal-shaped coil (18, 18"), said gas housing (14, 14') with a closed contour containing said ionizable gas mixture.

2. Electrodeless fluorescent discharge lamp as stated in claim 1, characterized in that said induced electric field accelerates said electrons, and said magnetic field directs said electrons in a predetermined helical path.

3. Electrodeless fluorescent discharge lamp as stated in claim 1, characterized in that it also includes permanent magnet(s) (42, 44) to establish an essentially constant magnetic field which is essentially orthogonal to said enclosed magnetic field.

4. Electrodeless fluorescent discharge lamp as set forth in claim 3, characterized in that said permanent magnet(s) includes a pair of disk-shaped magnets (42, 44) which are placed within the inner diameter of the toroidal coil (18, 18").

5. Electrode-free fluorescent discharge lamp as stated in claim 1, characterized in that the space inside the bulb (22) and outside the gas housing (14, 14') is evacuated.

6. Electrodeless fluorescent discharge lamp as stated in claim 5, characterized in that the ionizable gas mixture includes a metal vapor.

7. Electrodeless fluorescent discharge lamp as stated in claim 6, characterized in that the ionizable gas mixture is maintained within the gas housing (14, 14') at a predetermined pressure.

8. Electrodeless fluorescent discharge lamp as stated in claim 7, characterized in that the ionizable gas mixture includes at least one noble gas.

9. Electrode-free fluorescent discharge lamp as stated in claim 8, characterized in that the metal vapor is a mercury vapor.

10. Electrodeless fluorescent discharge lamp as stated in claim 1, characterized in that the gas housing (14, 14') is formed from a material composition which is permeable to ultraviolet radiation.