專(zhuān)利名稱(chēng)：帶有多個(gè)鐵氧體磁芯和感應(yīng)線圈的無(wú)電極低壓燈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電燈，特別是涉及一種工作在50kHz到3MHz頻率之間、并在低壓和中壓下工作的低壓燈(例如，熒光燈)。
背景技術(shù)：
利用感應(yīng)耦合等離子體的無(wú)電極熒光燈已經(jīng)廣泛地用于室內(nèi)外的應(yīng)用中。與使用加熱燈絲的傳統(tǒng)熒光燈相比，上述這些燈具有更長(zhǎng)的使用壽命。但是，目前僅有少量無(wú)電極燈出售。它們中的大部分都是球形外殼，如目前可用的燈有通用電氣公司(General Electric Company)的“Genura”牌電燈、飛利浦(Phillips)的“QL”牌電燈和松下電工株式會(huì)社(Matsushita ElectricWorks，Ltd.)的“Everlight”牌電燈。它們很少用于一般照明。并且它們不適合用在需要軸向均勻光輸出的長(zhǎng)形燈的應(yīng)用中。
最近，在250kHz頻率下工作的閉環(huán)無(wú)電極熒光燈被Osram/Sylvania引入市場(chǎng)，并由Godyak等人記載在美國(guó)專(zhuān)利5,834,905中。這種燈具有沿著400mm長(zhǎng)的外殼的均勻的光輸出，并可以用在隧道照明中。但是，將該燈裝在用于隧道照明設(shè)備中的多個(gè)反射鏡內(nèi)時(shí)，這種燈的寬度有點(diǎn)大(140mm)。
Council等人的美國(guó)專(zhuān)利5,382,879記載了一種在30MHz和更高的射頻(Radio Frequency)下工作的長(zhǎng)管狀熒光燈。在位于管壁的內(nèi)部或外部射頻電極的作用下，通過(guò)在管內(nèi)產(chǎn)生的電容性放電等離子體產(chǎn)生紫外線(UV)和可見(jiàn)光輻射。但是，由于大部分RF功率用在了鞘層(sheath)的離子加速上，所以在RF頻率f＜400MHz時(shí)在沒(méi)有磁場(chǎng)的情況下工作的電容性放電的等離子體效率相對(duì)較低。并且，在這樣高的頻率下燈驅(qū)動(dòng)器的成本是很高的。
Borowiec的美國(guó)專(zhuān)利5,760,547記載了帶有球狀外殼和腔的無(wú)電極燈，其中使用了兩個(gè)獨(dú)立供電的感應(yīng)線圈。這樣設(shè)置使得等離子體沿外殼的軸線擴(kuò)散開(kāi)，并導(dǎo)致軸向更加均勻的光輸出。但是，這種燈最好是用于在高頻(MHz范圍)下工作，這種情況下可以使用僅有幾匝的感應(yīng)線圈。為了在低頻f＜400kHz下有效地進(jìn)行工作，無(wú)電極燈需要低損耗的鐵氧體磁芯。并且，帶有球狀外殼的燈不具有軸向均勻的等離子體，因此，也就不具有隧道照明中所需要的軸向均勻的輻射。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，我們已經(jīng)找到了一種有效的無(wú)電極熒光燈，其適用于隧道照明并能在20kHz到3MHz的頻率下工作。這種燈包括一玻璃管狀抽真空的外殼，該外殼具有大約50mm和2000mm之間的長(zhǎng)度以及大約10mm和500mm之間的直徑。這種燈進(jìn)一步包括一個(gè)或多個(gè)腔，所述腔帶有置于腔內(nèi)的鐵氧體磁芯和纏繞在每個(gè)磁芯上的線圈。每個(gè)磁芯的軸線與腔同軸線或與外殼的軸線共平面。所述腔的長(zhǎng)度在大約10mm和1950mm之間。導(dǎo)熱冷卻桿或管置于每個(gè)磁芯內(nèi)并連接到外部的吸熱器上以從磁芯上帶走熱量。當(dāng)使用管時(shí)，該管的外徑在大約在4mm和50mm之間，內(nèi)徑在大約在2mm和48mm之間。對(duì)于桿，其外徑在大約在4mm和50mm之間。
所述外殼構(gòu)造為具有外壁和內(nèi)壁，在外壁和內(nèi)壁之間限定出一封閉空間。在該封閉空間內(nèi)充有惰性氣體和諸如汞、鎘、鈉或類(lèi)似金屬的蒸汽的填充物。內(nèi)壁限制或圍繞該腔2以限定出用來(lái)容納至少一個(gè)部件的開(kāi)口空間，該部件由該鐵氧體磁芯和該感應(yīng)線圈組成。保護(hù)涂層沉積在外殼的外壁的內(nèi)表面以及內(nèi)壁的內(nèi)表面上。傳統(tǒng)的磷光質(zhì)涂層沉積在保護(hù)涂層上。反射涂層(氧化鋁或類(lèi)似材料)沉積在圍繞該腔的內(nèi)壁上、保護(hù)涂層和磷光質(zhì)涂層之間，用以將紫外線(UV)和可見(jiàn)光反射回外殼壁上。
鐵氧體磁芯是由低損耗鐵氧體材料(如鐵基MnZn或類(lèi)似材料)制成圓柱體形，并置于該腔內(nèi)部。每個(gè)鐵氧體磁芯上都纏繞有感應(yīng)線圈，該感應(yīng)線圈電連接到傳統(tǒng)的匹配網(wǎng)絡(luò)上。所有的匹配網(wǎng)絡(luò)并聯(lián)連接，并由高頻電源，即驅(qū)動(dòng)器供電。驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生20kHz-3000kHz的高頻電壓，并電連接到電源上。
本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種有效的無(wú)電極熒光燈，其適用于隧道照明并能在20kHz到3MHz的頻率和5W到1000W的功率下工作。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種具有外殼的燈，將該外殼設(shè)計(jì)成包括有適當(dāng)位置、形狀和尺寸的腔，以確保在外殼內(nèi)具有足夠的用于幾個(gè)等離子體的體積，所述等離子體是有效地產(chǎn)生軸向均勻的可見(jiàn)光和紫外線(UV)輻射所必需的。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種具有一部件的燈，該部件包括具有非常低的功率損耗的鐵氧體磁芯和感應(yīng)線圈。
本發(fā)明進(jìn)一步的目的在于提供一種燈，在這種燈中，線圈/磁芯部件位于外殼內(nèi)，用以避免由每個(gè)部件產(chǎn)生的磁場(chǎng)間的相互干擾。
通過(guò)下面結(jié)合附圖和權(quán)利要求閱讀下列說(shuō)明，本發(fā)明的許多其它的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將變得更明顯。


圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的帶有驅(qū)動(dòng)電路原理圖的無(wú)電極燈的截面剖視圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的帶有驅(qū)動(dòng)電路原理圖的無(wú)電極燈的截面剖視圖。
圖3是根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的帶有驅(qū)動(dòng)電路原理圖的無(wú)電極燈的截面剖視圖。
圖4是根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的帶有驅(qū)動(dòng)電路原理圖的無(wú)電極燈的截面剖視圖。
圖5示出了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例形成的燈和另一個(gè)根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)形成的燈在驅(qū)動(dòng)頻率f為320kHz，氬氣壓為120mtorr時(shí)，作為燈功率Plamp函數(shù)的發(fā)光效率ε的曲線。
具體實(shí)施例方式
參照?qǐng)D1，燈包括具有縱向軸線的長(zhǎng)形結(jié)構(gòu)的玻璃制外殼1。該外殼的長(zhǎng)度Henv基本上大于管的直徑Denv。在優(yōu)選的實(shí)施例中，該外殼1的長(zhǎng)度Henv＝300mm，該外殼的直徑Denv＝70mm。外殼1具有外壁20和內(nèi)壁30，在它們之間限定出了一個(gè)封閉空間。并且，外殼1形成有直圓柱腔2，該腔以這樣的方式延伸，即由內(nèi)壁30限定并且與外殼1的軸線A-A對(duì)齊。腔的直徑Dcav和長(zhǎng)度Hcav都比外殼的直徑和長(zhǎng)度小。腔的直徑可以大約在5mm和100mm之間。在優(yōu)選的實(shí)施例中，腔的直徑Dcav＝25mm，長(zhǎng)度Hcav＝290mm。外殼1的底部3密封到腔2的開(kāi)口端4。小空間5分隔開(kāi)外殼的頂部6a和腔的頂部6b。在本實(shí)施例中，空間5的長(zhǎng)度He-c＝10mm。
通過(guò)置于排氣管7內(nèi)的汞滴(或汞齊)的溫度維持外殼1內(nèi)的汞蒸汽壓力。惰性氣體(氬、氪或類(lèi)似惰性氣體)的氣壓在0.01torr和10torr之間。保護(hù)涂層8分別沉積在外殼內(nèi)表面的外壁20和圍繞腔的內(nèi)壁30的部分上。磷光質(zhì)涂層9沉積在保護(hù)涂層8上。反射涂層10(氧化鋁等類(lèi)似材料)沉積在圍繞腔的內(nèi)壁上的保護(hù)涂層8和磷光質(zhì)涂層9之間。盡管這些涂層在圖1中顯示的僅為部分沉積，但應(yīng)該注意，涂層8、9和10的組合基本上在圍繞腔的整個(gè)部分上沉積，并且涂層8和9的組合基本上在外殼的除圍繞腔的部分和管7以外的整個(gè)部分上沉積。
等離子體產(chǎn)生裝置包括幾個(gè)感應(yīng)部件，這些感應(yīng)部件包括幾個(gè)中空的鐵氧體磁芯，每一個(gè)鐵氧體磁芯都具有一個(gè)感應(yīng)線圈。在優(yōu)選的實(shí)施例中，包括有三個(gè)帶鐵氧體磁芯11a、11b和11c以及線圈12a、12b和12c的部件。所有部件都放置在腔2內(nèi)部外殼1的軸線上。在優(yōu)選的實(shí)施例中，三個(gè)鐵氧體磁芯都具有相同的直徑和相同的長(zhǎng)度。在其它改型中，這些鐵氧體磁芯可能具有不同的長(zhǎng)度。
感應(yīng)線圈可以具有2到200的匝數(shù)，并且匝之間的間距是從0.2mm到50mm。這些磁芯是圓柱形的，并且可以具有大約4mm到200mm的長(zhǎng)度，大約4mm到98mm的外徑和大約2mm到50mm的內(nèi)徑。在優(yōu)選的實(shí)施例中，三個(gè)線圈都具有相同的匝數(shù)N＝40，和相同的匝間距6.0mm。線圈可以由規(guī)格為從#10到#52銅線制成，每條銅線都涂覆有較薄的銀層。在優(yōu)選的實(shí)施例中，線圈的線是由具有250條銅制線的多股絞合線(Litz wire)制成的，每條銅制線的規(guī)格是#40。在其它改型中，線股數(shù)可以是從20到600，規(guī)格可以是從#30到#44。
每個(gè)線圈都連接到匹配網(wǎng)絡(luò)上。所有匹配網(wǎng)絡(luò)13a、13b、13c并聯(lián)連接到電源(驅(qū)動(dòng)器)14上，并且要進(jìn)行單獨(dú)調(diào)節(jié)以將來(lái)自于每個(gè)感應(yīng)部件的反射功率減到最小。將鐵氧體磁芯11a、11b和11c彼此隔開(kāi)幾毫米，以將由高頻電壓產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)的相互干擾減到最小，該高頻電壓由匹配網(wǎng)絡(luò)12a、13b、13c分別施加到線圈12a、12b、12c上。
交變磁場(chǎng)在外殼內(nèi)感應(yīng)方位變化的電壓，其激起并維持外殼內(nèi)的感應(yīng)耦合等離子體15a、15b和15c。每個(gè)等離子體具有環(huán)形形狀，并大致在對(duì)應(yīng)的鐵氧體磁芯的中間平面內(nèi)具有最大的等離子密度N(z)＝Nmax。在外殼1內(nèi)激起并保持的三個(gè)環(huán)形等離子體15a、15b和15c，其占據(jù)的體積基本上大于由單個(gè)磁芯和線圈部件產(chǎn)生的單個(gè)等離子體所占據(jù)的體積。這樣使得由這三個(gè)等離子體15a、15b、15c產(chǎn)生比由單個(gè)等離子體產(chǎn)生的更強(qiáng)的紫外線(UV)和可見(jiàn)光輻射。并且，與使用了單個(gè)感應(yīng)部件的燈相比，在具有三個(gè)磁芯/線圈部件的燈內(nèi)，可見(jiàn)光輻射的軸向分布更均勻。
主要由對(duì)應(yīng)的等離子體通過(guò)經(jīng)由腔壁的對(duì)流來(lái)對(duì)每個(gè)鐵氧體磁芯11a、11b和11c進(jìn)行加熱。為了從鐵氧體磁芯上帶走熱量并將它們的溫度保持在居里點(diǎn)(Curie point)以下(＜200℃)，將由銅或其它諸如鋁的具有高熱導(dǎo)率的材料制成的實(shí)心桿16插入到中空的鐵氧體磁芯11a、11b、11c內(nèi)，并焊接到位于外殼底部3下面的吸熱器17上。
圖2示出了本發(fā)明的第二實(shí)施例。外殼101形成具有均勻直徑的直環(huán)形圓柱體，其在相對(duì)的縱向末端處開(kāi)口。外殼具有環(huán)形的封閉空間，其沿外殼的縱向軸線B-B延伸，并被限定在外殼的外壁120和內(nèi)壁130之間。這樣，限定了一個(gè)由內(nèi)壁130環(huán)繞的、具有均勻直徑的直腔102，其以與外殼共軸線的方式沿外殼的軸線延伸，即穿過(guò)外殼的中心。外殼的直徑Denv基本上小于外殼的長(zhǎng)度Henv。腔102的長(zhǎng)度Henv基本上等于外殼102的長(zhǎng)度，即Hcav＝Henv。腔102的兩個(gè)開(kāi)口末端103a和103b密封到外殼101的兩個(gè)開(kāi)口末端104a和104b，從而使外殼101形成中空形狀。
外殼101填充有氣壓在0.01torr和10torr之間的惰性氣體，如氬、氪或類(lèi)似氣體。通過(guò)位于排氣管107內(nèi)的汞滴(或汞齊)的溫度來(lái)控制諸如汞、鈉或類(lèi)似金屬的蒸汽壓力。保護(hù)涂層108和磷光質(zhì)涂層109分別沉積在外殼的內(nèi)表面上的形成外殼的外壁120和圍繞腔的內(nèi)壁130的部分上。反射涂層110在沉積在圍繞腔102的內(nèi)壁130上、保護(hù)和磷光質(zhì)涂層108和109之間。涂層108、109和110的組合基本上沉積在圍繞腔的整個(gè)部分上，而涂層108和109的組合基本上沉積在外殼除圍繞腔的部分和管107以外的整個(gè)部分上。
沿外殼軸線在腔102內(nèi)插入幾個(gè)感應(yīng)部件，每一個(gè)感應(yīng)部件都包括鐵氧體磁芯111和感應(yīng)線圈112。在優(yōu)選的實(shí)施例中，使用帶有三個(gè)磁芯111a、111b和111c以及三個(gè)線圈112a、112b、112c的三個(gè)部件。
每個(gè)感應(yīng)線圈都電連接到匹配網(wǎng)絡(luò)上。三個(gè)匹配網(wǎng)絡(luò)113a、113b、113c并聯(lián)連接到電源(驅(qū)動(dòng)器)114上。當(dāng)對(duì)感應(yīng)線圈施加足夠高的交流電壓時(shí)，在鐵氧體磁芯附近就產(chǎn)生了感應(yīng)耦合環(huán)形等離子體115。最大等離子體密度位于鐵氧體磁芯中間平面的附近。三個(gè)等離子體115a、115b、115c所占用的體積基本上大于由單個(gè)磁芯/線圈部件產(chǎn)生的單個(gè)等離子體所占用的體積。這樣，由三個(gè)等離子體產(chǎn)生的紫外線(UV)和可見(jiàn)光輻射就高于由單個(gè)等離子體產(chǎn)生的紫外線(UV)和可見(jiàn)光輻射。并且，在有三個(gè)等離子體的情況下，可見(jiàn)光輻射的軸向均勻性更好。
為了將每個(gè)鐵氧體磁芯的溫度保持在居里點(diǎn)以下，沿外殼軸線在腔102內(nèi)插入了兩個(gè)金屬(銅、鋁或類(lèi)似金屬)桿或管116a和116b。兩個(gè)桿(管)116a和116b均熱連接(焊接或銅焊)到兩個(gè)吸熱器117a和117b上。在腔的中心處以非常小的空間118將兩個(gè)桿分隔開(kāi)?？臻g118的長(zhǎng)度Hsp在0.5mm和10mm之間。在優(yōu)選的實(shí)施例中，Hsp＝1mm。
圖3示出了本發(fā)明的第三實(shí)施例。外殼201形成具有均勻直徑的直環(huán)形圓柱體，其在相對(duì)的縱向末端處開(kāi)口。外殼具有環(huán)形的封閉空間，該封閉空間沿外殼的縱向軸線C-C延伸，并被限定在外殼的外壁220和內(nèi)壁230之間。在外殼內(nèi)形成了中心腹板206，用以在外殼的縱向中心處連通環(huán)形的封閉空間。這樣，通過(guò)內(nèi)壁230以及腹板206圍繞限定出具有相同直徑的兩個(gè)腔202a和202b，其沿外殼的軸線共軸線延伸，使得每個(gè)腔都由該腹板在其一端部封閉。每個(gè)腔都具有一個(gè)開(kāi)口端203a和203b，其被密封到外殼的底部204a和204b上。該腹板206將兩個(gè)腔的頂部205a和205b彼此分隔開(kāi)。在優(yōu)選的實(shí)施例中，腹板206的長(zhǎng)度H1-2可以是從2mm到50mm。
保護(hù)和磷光質(zhì)涂層208和209沉積在外殼201的內(nèi)表面上的形成外壁220的部分以及圍繞腔202a和202b內(nèi)壁230的部分上。反射涂層210沉積在內(nèi)壁230上、保護(hù)和磷光質(zhì)涂層208和209之間。通過(guò)位于排氣管207內(nèi)的汞滴(或汞齊)的溫度來(lái)控制汞蒸汽的壓力。惰性氣體(氬、氪或類(lèi)似氣體)氣壓在0.01torr和10torr之間。在優(yōu)選的實(shí)施例中，氬氣壓大約為0.120torr。涂層208、209和210的組合基本上沉積在圍繞腔的整個(gè)部分上，而涂層208和209的組合基本上沉積在外殼的除圍繞腔的部分和管以外的整個(gè)部分上。
感應(yīng)裝置包括幾個(gè)位于兩個(gè)凹腔軸線上的感應(yīng)部件。每個(gè)部件包括一個(gè)鐵氧體磁芯和纏繞在鐵氧體磁芯上的感應(yīng)線圈。每個(gè)部件都與鄰近部件隔開(kāi)一定距離Hf-f，該距離的長(zhǎng)度可以在2mm到200mm之間變化。在優(yōu)選的實(shí)施例中，使用四個(gè)感應(yīng)部件，在每個(gè)腔內(nèi)有兩個(gè)部件，每個(gè)部件之間的距離Hf-f為10mm。在其它改型中，每個(gè)腔都可以具有不同數(shù)量的感應(yīng)部件。
鐵氧體磁芯211a、211b和感應(yīng)線圈212a、212b插入到腔202a內(nèi)。鐵氧體磁芯211c、211d和感應(yīng)線圈212c、212d插入到腔202b內(nèi)。在該優(yōu)選的實(shí)施例中，所有線圈都具有相同的匝數(shù)40和相同的匝間距1mm。在其它改型中，線圈可以具有從2到200的不同的匝數(shù)，以及從0.2到40mm的不同的匝間距。
使用兩個(gè)金屬桿(管)216a和216b將鐵氧體磁芯的溫度保持在居里點(diǎn)以下。兩個(gè)桿末端從腔202a和202b中伸出，并分別熱連接(焊接或銅焊)到兩個(gè)吸熱器217a和217b上。
四個(gè)線圈203a、203b、203c和203d都分別連接到四個(gè)匹配網(wǎng)絡(luò)212a、212b、212c和212d上。調(diào)節(jié)每個(gè)匹配網(wǎng)絡(luò)以將來(lái)自于對(duì)應(yīng)磁芯/線圈部件的反射功率減到最小。所有匹配網(wǎng)絡(luò)都并聯(lián)連接到公共電源(驅(qū)動(dòng)器)213上。
由每個(gè)磁芯/線圈產(chǎn)生的感應(yīng)耦合等離子體具有環(huán)形形狀，在磁芯中間平面的附近具有最大的等離子體密度。由四個(gè)單獨(dú)的等離子體組合后形成的等離子體具有比每個(gè)單獨(dú)等離子體更好的軸向均勻性。因此，由四個(gè)感應(yīng)耦合等離子體產(chǎn)生的紫外線(UV)和可見(jiàn)光輻射在軸向也非常均勻。
圖4示出了本發(fā)明的第四實(shí)施例。外殼301是由直玻璃管制成的，其直徑為70mm，長(zhǎng)度為440mm。外殼310沿其縱向軸線D-D伸長(zhǎng)，并在兩個(gè)縱向隔開(kāi)的部分上凹進(jìn)以形成管狀內(nèi)壁330。內(nèi)壁330在垂直于外殼的軸線D-D的方向上延伸，以限定出具有均勻直徑的腔302a和302b。因此，由內(nèi)壁330圍繞的每個(gè)腔在其一個(gè)末端處封閉，在外殼內(nèi)形成由外殼的外壁320和內(nèi)壁330限定的封閉空間。在圖4中所示的優(yōu)選實(shí)施例中，兩個(gè)腔302a和302b的開(kāi)口末端密封到外殼上。腔302a和302b的軸線E-E和F-F垂直于外殼301的軸線D-D，并且彼此平行。在其它改型中，腔的軸線彼此不平行而是位于平行的平面上并垂直于軸線D-D。
腔302a和302b的開(kāi)口末端305a和305b密封到外殼的壁上。在本優(yōu)選的實(shí)施例中，腔302a和302b的軸線E-E和F-F之間的間距H1-2為220mm。在其它改型中，如當(dāng)(形成有)多個(gè)腔，例如多達(dá)50個(gè)時(shí)，每個(gè)相鄰腔之間的間距可以在5mm到500mm之間變化。腔302a和302b的高度Hcav比外殼301的直徑Denv＝70mm小。在優(yōu)選的實(shí)施例中，Hcav＝60mm，但在其它改型中，每個(gè)腔的高度可以是不同的，并且可以在5mm到200mm之間變化。每個(gè)腔302a和302b的直徑為25mm，但在其它改型中，每個(gè)腔的直徑可以是不同的，并可以在5mm到100mm之間變化。
保護(hù)和磷光質(zhì)涂層308和309沉積在外殼301的內(nèi)表面上的形成外殼的外壁320的部分和圍繞腔302a以及302b的內(nèi)壁330的部分上。反射涂層310沉積在分別圍繞腔302a和302b的內(nèi)壁330上、保護(hù)和磷光質(zhì)涂層308和309之間。通過(guò)位于排氣管307內(nèi)的汞滴(或汞齊)的溫度維持汞的壓力。涂層308、309和310的組合基本上沉積在圍繞腔的整個(gè)部分上，涂層308和309的組合基本上沉積在外殼除圍繞腔的部分和管以外的整個(gè)部分上。
在腔302a和302b內(nèi)分別插入兩個(gè)鐵氧體磁芯311a和311b。在優(yōu)選的實(shí)施例中，兩個(gè)鐵氧體磁芯的高度是相同的，Hf＝60mm。在其它改型中，每個(gè)鐵氧體磁芯的高度可以在5mm到100mm之間變化。每個(gè)鐵氧體磁芯的直徑是20mm。在其它改型中，每個(gè)鐵氧體磁芯的直徑可以在2mm到490mm之間變化。
線圈312a和312b纏繞在兩個(gè)鐵氧體磁芯311a和311b的每一個(gè)上，并分別連接到兩個(gè)匹配網(wǎng)絡(luò)313a和313b中的一個(gè)上。調(diào)節(jié)兩個(gè)匹配網(wǎng)絡(luò)中的每一個(gè)，以將來(lái)自于對(duì)應(yīng)感應(yīng)部件的反射功率減到最小。兩個(gè)匹配網(wǎng)絡(luò)313a和313b并聯(lián)連接到電源(驅(qū)動(dòng)器)314上。
使用兩個(gè)冷卻桿(管)316a和316b將鐵氧體磁芯的溫度保持在居里點(diǎn)以下。每個(gè)冷卻桿插入到對(duì)應(yīng)鐵氧體磁芯311a和311b的一個(gè)中，并焊接(或銅焊)到吸熱器317上。
在外殼301內(nèi)兩個(gè)腔302a和302b周?chē)ぐl(fā)并保持兩個(gè)環(huán)形等離子體315a和315b。與由單個(gè)的感應(yīng)部件產(chǎn)生的單個(gè)等離子體所產(chǎn)生的紫外線(UV)和可見(jiàn)光輻射相比，由兩個(gè)等離子體產(chǎn)生的紫外線(UV)和可見(jiàn)光輻射沿外殼的軸線D-D更均勻。
圖5中的曲線示出了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例構(gòu)成的燈的發(fā)光效率ε，其中使用了三個(gè)鐵氧體磁芯和三個(gè)線圈。圖5還示出了對(duì)于同樣的燈但僅具有一個(gè)單獨(dú)的鐵氧體磁芯/線圈部件(現(xiàn)有技術(shù))所測(cè)量得到的發(fā)光效率ε的數(shù)據(jù)。在此燈中，外殼長(zhǎng)度Henv＝300mm，外殼直徑Denv＝70mm，腔高度Hcav＝290mm，腔直徑Dcav＝25mm。驅(qū)動(dòng)頻率f＝320kHz，氬氣壓p＝120mtorr。
可以看出，在具有三個(gè)磁芯/線圈部件的情況下，發(fā)光效率比在僅具有單個(gè)的磁芯/線圈部件的情況下的發(fā)光效率高很多。注意，兩種情況下在鐵氧體磁芯和線圈內(nèi)的功率損耗基本上是相同的(為6.5W)。發(fā)光效率不同是由于由三個(gè)感應(yīng)部件產(chǎn)生的三個(gè)等離子體所占用的外殼體積比由單個(gè)磁芯/線圈等離子體占用的體積大。
很明顯，在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以做出各種改型和改變，但是，應(yīng)該包括在本發(fā)明所附的權(quán)利要求書(shū)的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種無(wú)電極低壓燈，包括一抽真空的管狀玻璃外殼，所述外殼是長(zhǎng)形的，具有一縱向軸線，并具有一外壁和一內(nèi)壁，在該外壁和該內(nèi)壁之間限定出一封閉空間，至少一個(gè)延伸到所述外殼內(nèi)的腔，所述腔由所述內(nèi)壁限制，以限定出一開(kāi)口空間；至少一種金屬蒸汽，其填充在該外殼的所述封閉空間內(nèi)，通過(guò)所述外殼的冷點(diǎn)的溫度使所述金屬的蒸汽壓力為可控的，一種惰性氣體，其以高于大約10mtorr的壓力填充在所述外殼內(nèi)；多個(gè)感應(yīng)部件，其沿所述外殼的所述縱向軸線設(shè)置在所述腔內(nèi)，每個(gè)所述感應(yīng)部件都包括一鐵氧體磁芯和纏繞在每個(gè)所述鐵氧體磁芯上的一感應(yīng)線圈；一冷卻裝置，其置于所述至少一個(gè)腔內(nèi)；和多個(gè)匹配網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)匹配網(wǎng)絡(luò)都連接到每個(gè)所述感應(yīng)線圈上，所述匹配網(wǎng)絡(luò)彼此并聯(lián)連接到高頻電源上，給所述感應(yīng)線圈通電，從而在所述外殼的所述封閉空間內(nèi)在所述感應(yīng)部件周?chē)謩e產(chǎn)生等離子體。
2.如權(quán)利要求1所述的無(wú)電極低壓燈，其中，在所述外殼的所述外壁和所述內(nèi)壁的內(nèi)表面上沉積有保護(hù)涂層。
3.如權(quán)利要求1所述的無(wú)電極低壓燈，其中，在所述保護(hù)涂層上沉積有磷光質(zhì)涂層。
4.如權(quán)利要求1所述的無(wú)電極低壓燈，其中，在所述外殼的所述內(nèi)壁的內(nèi)表面上、所述保護(hù)涂層和所述磷光質(zhì)涂層之間沉積有反射涂層。
5.如權(quán)利要求1所述的無(wú)電極低壓燈，其中，所述冷卻裝置置于所述鐵氧體磁芯內(nèi)。
6.如權(quán)利要求1所述的無(wú)電極低壓燈，其中，一吸熱器熱連接到所述冷卻裝置上。
7.如權(quán)利要求1所述的無(wú)電極低壓燈，其中，所述外殼是直的，并且所述外殼的長(zhǎng)度在大約50mm和2000mm之間。
8.如權(quán)利要求7所述的無(wú)電極低壓燈，其中，所述外殼的直徑在大約10mm和500mm之間。
9.如權(quán)利要求1所述的無(wú)電極低壓燈，其中，一個(gè)以上所述腔形成在所述外殼內(nèi)并沿所述縱向軸線設(shè)置。
10.如權(quán)利要求9所述的無(wú)電極低壓燈，其中，該腔的直徑在5mm和100mm之間。
11.如權(quán)利要求10所述的無(wú)電極低壓燈，其中，所述腔容納有多個(gè)具有一公共軸線的所述鐵氧體磁芯，該公共軸線與所述腔的一公共軸線重合。
12.如權(quán)利要求11所述的無(wú)電極低壓燈，其中，所述鐵氧體磁芯中相鄰鐵氧體磁芯之間沿所述公共軸線的距離為1mm到500mm之間。
13.如權(quán)利要求1所述的無(wú)電極低壓燈，其中，所述鐵氧體磁芯的長(zhǎng)度在4mm和200mm之間。
14.如權(quán)利要求1所述的無(wú)電極低壓燈，其中，所述鐵氧體磁芯是圓柱形的，其外徑介于4到98mm之間，內(nèi)徑介于2到50mm之間。
15.如權(quán)利要求1所述的無(wú)電極低壓燈，其中，所述線圈的匝數(shù)介于2到200之間，匝間距介于0.2mm到50mm之間。
16.如權(quán)利要求15所述的無(wú)電極低壓燈，其中，所述線圈由多股絞合線制成。
17.如權(quán)利要求16所述的無(wú)電極低壓燈，其中，所述絞合線的股數(shù)介于20和600之間。
18.如權(quán)利要求1所述的無(wú)電極低壓燈，其中，所述冷卻裝置是一構(gòu)件，并由具有高熱導(dǎo)率和低功率損耗的金屬形成。
19.如權(quán)利要求1所述的無(wú)電極低壓燈，其中，所述至少一個(gè)腔具有垂直于所述縱向軸線的軸線。
20.如權(quán)利要求1所述的無(wú)電極低壓燈，其中，所述高頻電源以介于50kHz到3MHz的一頻率將介于5W到5000W之間的一高頻功率傳送給所述匹配網(wǎng)絡(luò)。
21.如權(quán)利要求1所述的無(wú)電極低壓燈，其中，所述線圈由銅線制成。
22.如權(quán)利要求21所述的無(wú)電極低壓燈，其中，所述銅線的規(guī)格從#10到#28。
23.如權(quán)利要求18所述的無(wú)電極低壓燈，其中，所述構(gòu)件是直徑為1mm到50mm的桿或管。
24.如權(quán)利要求1所述的無(wú)電極低壓燈，其中，所述鐵氧體磁芯是矩形形狀。
全文摘要
一種無(wú)電極低壓放電燈具有一個(gè)長(zhǎng)形外殼和至少一個(gè)延伸到外殼內(nèi)的腔。該腔內(nèi)容納有多個(gè)中空的鐵氧體磁芯，它們彼此分開(kāi)幾毫米的距離。每個(gè)鐵氧體磁芯都具有繞磁芯纏繞的感應(yīng)線圈。該腔具有位于鐵氧體磁芯內(nèi)部的冷卻銅管或桿，其從磁芯上帶走熱量并將熱量轉(zhuǎn)移到焊接在該冷卻管/桿上的吸熱器內(nèi)，從而將鐵氧體磁芯的溫度保持在它們的居里點(diǎn)以下。分別將感應(yīng)線圈電連接到匹配網(wǎng)絡(luò)上，所述匹配網(wǎng)絡(luò)彼此并聯(lián)連接到高頻電源上。在外殼內(nèi)，分別由磁芯/線圈部件產(chǎn)生的感應(yīng)耦合等離子體產(chǎn)生沿外殼的縱向軸線均勻分布的紫外線(UV)和可見(jiàn)光輻射。
文檔編號(hào)H01J65/04GK1550029SQ0281686
公開(kāi)日2004年11月24日 申請(qǐng)日期2002年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月24日
發(fā)明者阿南真一, 羅伯特·錢(qián)德勒, 奧萊葛·帕奧芙, 帕奧芙, 錢(qián)德勒 申請(qǐng)人:松下電工株式會(huì)社