專利名稱：無(wú)電極放電燈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電燈，更具體地說(shuō)，是涉及一種無(wú)電極放電燈，它在低壓和中壓下工作在高于20kHz的頻率。
一種已知的小型無(wú)電極熒光燈“Genura”(通用電器公司)是工作在2.65MHz的射頻，并采用具有鐵氧體磁心的感應(yīng)線圈，該線圈被插入在形成于外殼中的凹狀空腔內(nèi)。Genura是作為白熾燈的替代品被上市銷售的，及被指示具有以23W的RF功率的1100流明(lumen)光輸出，工作壽命為15000小時(shí)。Genura燈的缺點(diǎn)是它的初始成本高，直徑較大(80mm)，這比具有1500流明光輸出的100W白熾燈的直徑(60mm)更大。后一缺點(diǎn)對(duì)燈使用的條件加上某些限制。另外，該燈具有內(nèi)部反射鏡，因此只可以被用于凹入的燈保持固定裝置，用于向下照明的應(yīng)用裝置。
Genura燈的高初始成本是由于它的驅(qū)動(dòng)電路成本高，這是因?yàn)轵?qū)動(dòng)電路是工作在2.65MHz的頻率，因此必須包括專門(mén)的電路以阻止電磁干擾。因此，希望采用近似100kHz的低頻以減小初始燈成本。另外，需要比Genura燈更小的小型無(wú)電極熒光燈，即，具有類似白熾燈的形狀并具有60mm的直徑的無(wú)電極熒光燈，它可被用于常規(guī)固定裝置中而實(shí)現(xiàn)向上和向下照明應(yīng)用裝置。
在申請(qǐng)?zhí)枮?9/435960的美國(guó)專利申請(qǐng)中(名稱為“高頻無(wú)電極小型熒光燈”，申請(qǐng)人為Chandler等人并轉(zhuǎn)讓給與本申請(qǐng)的受讓人相同的受讓人，該申請(qǐng)是本申請(qǐng)要求優(yōu)先權(quán)所基于的申請(qǐng))，其中公開(kāi)了一種小型無(wú)電極熒光燈，它工作在從50kHz到500kHz的較“低”頻率。這種燈采用鐵氧體磁心和薄鐵氧體盤(pán)并附著在該鐵氧體磁心的底部。鐵氧體磁心和鐵氧體盤(pán)都是由錳鋅材料制成。多股絕緣絞合線(李茲線)被用于感應(yīng)線圈，該線圈在以兩層環(huán)繞該鐵氧體磁心而繞制的。
在上述申請(qǐng)中描述了兩種冷卻結(jié)構(gòu)，用于去除工作期間鐵氧體磁心產(chǎn)生的熱量。第一種結(jié)構(gòu)包括在該鐵氧體磁心內(nèi)的銅管，它沿著燈座向下突出到愛(ài)迪生式(螺口)插座燈頭(socket cup)，并被焊接到該愛(ài)迪生式插座燈頭中的銅柱上。這種結(jié)構(gòu)形成熱量從鐵氧體磁心到愛(ài)迪生式插座燈頭、然后到燈保持固定裝置的傳送。然而，這種方法有兩個(gè)缺點(diǎn)。在很多應(yīng)用裝置中，愛(ài)迪生式插座燈頭與該固定裝置沒(méi)有良好的熱接觸。結(jié)果，它們之間的熱傳導(dǎo)率較低，因此，鐵氧體磁心材料工作溫度被增大到高于居里點(diǎn)的值。第二個(gè)缺點(diǎn)是在基座中心的金屬(或陶瓷)冷卻管的位置，沿著它的軸，這使得難以將驅(qū)動(dòng)電子線路放置在該基座內(nèi)。
在這個(gè)申請(qǐng)中提到的第二種結(jié)構(gòu)包括在該鐵氧體磁心內(nèi)的金屬管和一種陶瓷結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)被熱連接到該金屬管。該陶瓷結(jié)構(gòu)為“裙”形，并通過(guò)對(duì)流將熱量從鐵氧體磁心傳送到空氣中。
這兩種冷卻結(jié)構(gòu)在工作期間提供的鐵氧體磁心溫度是可接受的，即，低于鐵氧體材料居里點(diǎn)220℃的溫度，以及在燈座內(nèi)足夠低的溫度(低于100℃)，當(dāng)該燈工作在無(wú)燈保持固定裝置及在25℃的環(huán)境溫度下時(shí)。然而，當(dāng)燈被插入到具有增大環(huán)境溫度到50-60℃之效果的燈保持固定裝置中時(shí)，鐵氧體磁心的溫度到達(dá)或超過(guò)220℃，上述結(jié)構(gòu)中沒(méi)有一個(gè)會(huì)經(jīng)常提供所需要的工作溫度。因此，需要有更有效的冷卻結(jié)構(gòu)，用于使這些燈在保持固定裝置中可靠的工作。
而且，采用陶瓷(氧化鋁)材料結(jié)構(gòu)的成本較高，使得燈的初始成本可能高得令人難以接受。令人滿意的是采用成本低于氧化鋁、又具有相同(或更高)的熱傳導(dǎo)率的材料，以減少燈冷卻結(jié)構(gòu)的初始成本，從而減少整個(gè)燈系統(tǒng)的初始成本。
考慮到上述問(wèn)題而構(gòu)想本發(fā)明，本發(fā)明的目的是實(shí)現(xiàn)一種結(jié)構(gòu)，用于以低成本有效地冷卻無(wú)電極放電燈的磁心。
該磁性裝置可包括由鐵氧體制成的盤(pán)。
該散熱裝置可包括一個(gè)盤(pán)部分，其中心部分被熱耦合到該熱傳送裝置；及被熱耦合到該盤(pán)部分之外圍的一個(gè)圓柱部分。
該熱傳送裝置和散熱裝置可以是由銅和鋁之至少一種材料制成。
該放電氣體可包括惰性氣體和金屬蒸氣之至少一種。
該無(wú)電極放電燈還可包括一個(gè)驅(qū)動(dòng)電路，用于通過(guò)允許電流流過(guò)該線圈來(lái)驅(qū)動(dòng)該無(wú)電極放電燈。
該驅(qū)動(dòng)電路可包括至少一個(gè)發(fā)熱元件，該發(fā)熱元件在該無(wú)電極放電燈的工作期間產(chǎn)生熱量；該無(wú)電極放電燈可包括被熱耦合到該至少一個(gè)發(fā)熱元件的元件冷卻裝置，用于從該至少一個(gè)發(fā)熱元件去除該至少一個(gè)發(fā)熱元件所產(chǎn)生的熱量。
該元件冷卻裝置可以具有散熱片。
該無(wú)電極放電燈還可包括一個(gè)插座燈頭，用于接收提供給該驅(qū)動(dòng)電路的電流，其中，該元件冷卻裝置被熱耦合到該插座燈頭。
該元件冷卻裝置與該散熱裝置可以是熱隔離的。
該散熱裝置可以具有散熱片。
該外殼可以具有凹狀空腔，該線圈可被放置在該凹狀空腔內(nèi)。
本發(fā)明的一種無(wú)電極放電燈包括充滿放電氣體的外殼；用于在該外殼內(nèi)產(chǎn)生電磁場(chǎng)的線圈；由磁性材料制成的磁場(chǎng)控制(manipulation)結(jié)構(gòu)，與該線圈相鄰；及熱傳導(dǎo)一次冷卻結(jié)構(gòu)，與該磁場(chǎng)控制結(jié)構(gòu)相鄰，以便與該線圈分離并基本上被設(shè)置在分流面(shunting surface)外圍，由此可以實(shí)現(xiàn)上述目的。
本發(fā)明包括一種無(wú)電極放電燈，它包括一個(gè)透明外殼，其中含有充入的惰性氣體或可蒸發(fā)的金屬，如汞(放電氣體)。由一個(gè)驅(qū)動(dòng)電路控制一個(gè)感應(yīng)線圈，如由絞合線構(gòu)成的線圈，該線圈被放置在該外殼中的凹狀空腔之內(nèi)部。被設(shè)置在與該外殼相鄰的磁場(chǎng)控制結(jié)構(gòu)可包括一個(gè)鐵氧體盤(pán)和一個(gè)圓柱形磁心，該鐵氧體盤(pán)是一個(gè)盤(pán)狀基座。該磁場(chǎng)控制結(jié)構(gòu)可以是由鐵氧體材料制成。該鐵氧體盤(pán)的表面被稱為分流面。熱電傳導(dǎo)一次冷卻結(jié)構(gòu)(散熱裝置和熱傳送裝置)被設(shè)置在與該磁場(chǎng)控制結(jié)構(gòu)相鄰的位置，以在該分流面外圍內(nèi)延伸并與該感應(yīng)線圈相分離。該一次冷卻結(jié)構(gòu)可包括一個(gè)熱傳導(dǎo)管，如一個(gè)管子(例如是由銅制成的)，它被放置于該空腔之內(nèi)部，該空腔在該圓柱形磁心內(nèi)延伸，及可具有設(shè)置在其中的帶散熱片的耗散器。
本發(fā)明的無(wú)電極放電燈可進(jìn)一步包含有一個(gè)元件冷卻結(jié)構(gòu)作為二次冷卻結(jié)構(gòu)。設(shè)置這個(gè)二次冷卻結(jié)構(gòu)以便至少部分包圍與該感應(yīng)線圈連接的驅(qū)動(dòng)電路。這個(gè)元件冷卻結(jié)構(gòu)與該一次冷卻結(jié)構(gòu)相分離。


圖1示出根據(jù)本發(fā)明的無(wú)電極熒光燈100的剖面圖。參照?qǐng)D1，由玻璃制成的透明球狀外殼1具有凹狀空腔2和排氣細(xì)管(tubulation)3，該管位于基本上徑向?qū)ΨQ的軸上的空腔2內(nèi)。由多股絕緣絞合線(李茲線)制成線圈4(感應(yīng)線圈)，該線圈繞制在由磁性材料制成的磁心上，該磁心為圓柱形。李茲線可以具有40至150股，每一股的直徑是#40，匝數(shù)是40至80。在一優(yōu)選的實(shí)施例中，線的股數(shù)是60，匝數(shù)是65。這根線一般可以承受的最大溫度是200℃。
磁心5是由錳鋅(MnZn)材料制成的。磁心5和線圈4被設(shè)置在空腔2內(nèi)。形成磁心5的鐵氧體材料的居里點(diǎn)一般為220℃。磁心5的外徑一般約為15mm，其高度一般約為55mm。具有中心開(kāi)口的薄鐵氧體盤(pán)6一般也是由如錳鋅材料(盡管可以采用不同的鐵氧體材料)的磁性材料制成，并被緊靠著磁心5放置，以便提供基本上連續(xù)的磁性材料通道，或者它們?cè)谝黄鹦纬蔀閱蝹€(gè)整體的鐵氧體材料結(jié)構(gòu)。即，鐵氧體盤(pán)6被磁耦合到磁心5。在此，“鐵氧體盤(pán)6被磁耦合到磁心5”的含義是，磁心5和鐵氧體盤(pán)6的放置方式使得磁通量通過(guò)磁心5和鐵氧體盤(pán)6之一而到磁心5和鐵氧體盤(pán)6之另一個(gè)。不必要求磁心5與鐵氧體盤(pán)6相接觸。
當(dāng)電流流過(guò)線圈4時(shí)，在外殼1中產(chǎn)生磁場(chǎng)(電磁場(chǎng))。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，鐵氧體盤(pán)6的直徑約為50mm，其厚度約為1.0mm。具有圓盤(pán)形狀的鐵氧體盤(pán)6是由磁性材料制成的，因此它集中和定向(即控制)在工作期間在線圈4和磁心5中產(chǎn)生的磁場(chǎng)。這樣，鐵氧體盤(pán)6起著磁性裝置的作用，用于使磁場(chǎng)(電磁場(chǎng))變形。如上所詳細(xì)描述的那樣，這些磁場(chǎng)被變形為一個(gè)形狀，使得這些磁場(chǎng)避開(kāi)(即，被分流離開(kāi))由銅制成的一次冷卻結(jié)構(gòu)的散熱裝置并被置于其下方。
結(jié)果，減少了由于渦流導(dǎo)致的一次冷卻結(jié)構(gòu)中的功率損耗，提高了該線圈在工作期間的品質(zhì)因數(shù)。
惰性氣體(氬、氪或類似氣體)填充是在0.1托(torr)到5托(13.3帕到665帕)的壓力范圍內(nèi)。汞蒸氣壓力(約為6mtorr，798mPa)是由位于冷點(diǎn)的汞滴的溫度來(lái)控制的，該冷點(diǎn)位于外殼1之頂部的凸起部7的內(nèi)表面上。外殼1和空腔2的內(nèi)壁上涂覆有保護(hù)涂層8(氧化鋁或類似物)和熒光粉9，它們?cè)趫D1中只是示出局部及示意性示出?？涨?的內(nèi)壁進(jìn)一步涂覆有反射涂層10，它被設(shè)置在外殼1的底部的外壁上。
在圖1的實(shí)施例中，一次冷卻組件一般是由銅制成，包括相互結(jié)合的三個(gè)部分設(shè)置在磁心5的內(nèi)部開(kāi)口中的管子(熱傳送裝置)11；具有允許管子11通過(guò)其中的中心開(kāi)口的板(散熱裝置的盤(pán)部分)12；及散熱裝置的圓柱部分13，它位于板12的外圍。在這個(gè)實(shí)施例中，板12具有圓盤(pán)的形狀，它的直徑一般小于鐵氧體盤(pán)6的直徑，它的厚度一般約為2mm。磁心5和鐵氧體盤(pán)6的內(nèi)部開(kāi)口的大小相同，都足夠容納管子11通過(guò)其中。這個(gè)一次冷卻結(jié)構(gòu)可以由別的熱傳導(dǎo)材料制成，例如鋁。銅和鋁都比氧化鋁便宜。因此，當(dāng)一次冷卻結(jié)構(gòu)是由銅和鋁之至少一種制成時(shí)，可以降低該無(wú)電極熒光燈100的成本。注意，一次冷卻結(jié)構(gòu)可以由不銹鋼、黃銅等、以及銅和鋁制成。
管子11、板12和圓柱部分13都是由熱傳導(dǎo)材料制成。管子11被熱耦合到磁心5。這里，“管子11被熱耦合到磁心5”的含義是，磁心5和管子11所處的位置使得熱量在它們之間傳送。不必要求磁心5與管子11相接觸。管子11和板12相互熱連接，板12和圓柱部分13也相互熱連接。例如，板12的中心部分被熱連接到管子11。
通過(guò)管子11的熱傳導(dǎo)，由磁心5在無(wú)電極熒光燈100之工作期間產(chǎn)生的熱量被傳送至板12和圓柱部分13，被傳送至板12和圓柱部分13的熱量從板12和圓柱部分13的表面散發(fā)到空氣中。這樣，板12和圓柱部分13就起著散熱裝置的作用，管子11起著傳送裝置的作用，用于將由磁心5產(chǎn)生的熱量傳送到該散熱裝置。
由鐵氧體盤(pán)6(磁性裝置)將該散熱裝置與磁心5分離。
圓柱部分13可以是一個(gè)正圓柱形或是略呈圓錐形。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，圓柱部分13是一個(gè)正圓柱形，一般具有約45mm的外徑和約15mm的長(zhǎng)度。板12和圓柱部分13的外徑(都等于D1)小于外徑D2，即鐵氧體盤(pán)6的外圍，沿鐵氧體盤(pán)6的外沿剩下外圍區(qū)域101，板12和圓柱部分13未延伸到該區(qū)域。結(jié)果，由線圈4、磁心5和鐵氧體盤(pán)6在工作期間產(chǎn)生的磁場(chǎng)、以及穿透板12和圓柱部分13的磁場(chǎng)被大大減小，由這些磁場(chǎng)在其中產(chǎn)生渦流并因此導(dǎo)致其中的功率損耗，由此使得線圈4的品質(zhì)因數(shù)被提高，并改善了發(fā)光功率效率。圓柱部分13的壁厚度可以是0.2mm至5mm。在一優(yōu)選實(shí)施例中，圓柱部分13的壁厚度是1.5mm。
圖2(a)示出在線圈/鐵氧體/一次冷卻結(jié)構(gòu)周圍的磁場(chǎng)的狀態(tài)，其中，鐵氧體盤(pán)6的外徑D2大于板12或圓柱部分13的外徑D1。在這種情況下，磁通250基本上不穿透板12或圓柱部分13。
圖2(b)示出在線圈/鐵氧體/一次冷卻結(jié)構(gòu)周圍的磁場(chǎng)的狀態(tài)，其中，鐵氧體盤(pán)6的外徑D2小于板12或圓柱部分13的外徑D1。在這種情況下，磁通250在外殼1之外穿透板12或圓柱部分13的一部分(部分251)。
因此，當(dāng)鐵氧體盤(pán)6的外徑D2大于板12或圓柱部分13的外徑D1時(shí)，磁通250被阻止穿透板12或圓柱部分13。結(jié)果，可以獲得以下優(yōu)點(diǎn)(1)-(3)。
(1)在板12和圓柱部分13中基本上不產(chǎn)生渦流，線圈/鐵氧體/一次冷卻結(jié)構(gòu)的品質(zhì)因數(shù)變得較高。結(jié)果，提高了無(wú)電極熒光燈100的發(fā)光效率。在此，線圈/鐵氧體/一次冷卻結(jié)構(gòu)的品質(zhì)因數(shù)被定義為由線圈4、磁心5、鐵氧體盤(pán)6、散熱裝置(板12和圓柱部分13)和熱傳送裝置(管子11)所實(shí)現(xiàn)的總的品質(zhì)因數(shù)。
(2)由于板12和圓柱部分13不被渦流加熱，板12和圓柱部分13作為散熱裝置的功能被改善。結(jié)果，可以減小磁心5的溫度。
(3)即使當(dāng)板12和圓柱部分13是由有傳導(dǎo)性的材料制成時(shí)，在板12和圓柱部分13中基本上沒(méi)有渦流產(chǎn)生。因此，選擇板12和圓柱部分13的材料的自由度被提高了。結(jié)果，可以減小無(wú)電極熒光燈100的成本。
阻止磁通250穿透散熱裝置(板12和圓柱部分13)的條件是，鐵氧體盤(pán)6(磁性裝置)基本上分隔一個(gè)凸形殼體，該殼體是磁心5和散熱裝置限定的，這使得散熱裝置和磁心5被鐵氧體盤(pán)6分離。在此，一個(gè)空間中的任何兩點(diǎn)之間的線段總是被包含在該空間中，則該空間被稱為“凸形空間”。由磁心5和散熱裝置限定的凸形殼體是包含磁心5和散熱裝置的可能的凸形空間中的最小一個(gè)。
圖3示出散熱裝置、磁心5和鐵氧體盤(pán)6的位置關(guān)系。凸形殼體1201包括磁心5和散熱裝置1213(板12和圓柱部分13)。凸形殼體1201是被虛擬限定的。即，實(shí)際的無(wú)電極熒光燈并不包括該凸形殼體1201作為其中的一個(gè)部件。
根據(jù)上述對(duì)凸形殼體的定義，在磁心5的任何點(diǎn)和散熱裝置1213的任何點(diǎn)之間的線段永遠(yuǎn)不會(huì)延伸到凸形殼體1201之外。當(dāng)鐵氧體盤(pán)6(磁性裝置)分隔凸形殼體1201時(shí)，使得該鐵氧體盤(pán)6分離磁心5和散熱裝置1213，在磁心5和散熱裝置1213之間的任何線段穿過(guò)鐵氧體盤(pán)6。
鐵氧體盤(pán)6由磁性材料制成，并被磁耦合到磁心5，使得幾乎所有從磁心5離開(kāi)的磁通到達(dá)并進(jìn)入鐵氧體盤(pán)6而不通過(guò)散熱裝置1213。因此，從磁心5離開(kāi)的磁通偏離散熱裝置1213，因此不容易通過(guò)散熱裝置1213。
在圖3所示的示例中，鐵氧體盤(pán)6具有中心開(kāi)口1214，因此并未完全分隔凸形殼體1201。即，凸形殼體1201的部分1211和部分1212在中心開(kāi)口1214處相互連接。然而，中心開(kāi)口1214的面積較小，使得通過(guò)鐵氧體盤(pán)6并到達(dá)散熱裝置1213的磁通很小。因此，在散熱裝置1213中導(dǎo)致的渦流也很小。因此，定義“鐵氧體盤(pán)6基本上分隔凸形殼體1201”可以包括以下位置關(guān)系(1)和(2)
(1)鐵氧體盤(pán)6和凸形殼體1201具有的位置關(guān)系，使得凸形殼體1201被鐵氧體盤(pán)6分隔；及(2)鐵氧體盤(pán)6和凸形殼體1201具有的位置關(guān)系，使得凸形殼體1201未被鐵氧體盤(pán)6完全分隔。盡管凸形殼體1201在其一部分未被分隔，由通過(guò)該部分并到達(dá)散熱裝置1213的磁通量導(dǎo)致的渦流非常小，使得由渦流導(dǎo)致的散熱裝置1213的發(fā)熱并未使散熱裝置1213用于從熱傳送裝置散發(fā)熱量的功能退化。
在圖1所示的示例中，鐵氧體盤(pán)6被設(shè)置在板12的附近，當(dāng)鐵氧體盤(pán)6具有沿其外圍的外圍區(qū)域101時(shí)，鐵氧體盤(pán)6基本上分隔凸形殼體1201。
塑性材料的外殼14形成燈座，并與外殼1的底部和愛(ài)迪生式插座燈頭15相連。包括驅(qū)動(dòng)電子電路和阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的印制電路(PC)板16被放置在外殼14內(nèi)。驅(qū)動(dòng)電子電路和阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)之整體起著驅(qū)動(dòng)電路的作用，通過(guò)允許電流流過(guò)線圈4來(lái)驅(qū)動(dòng)無(wú)電極熒光燈100。當(dāng)無(wú)電極熒光燈100包括這樣一個(gè)驅(qū)動(dòng)電路時(shí)，上述的一次冷卻結(jié)構(gòu)是特別有利的。其原因被解釋如下。當(dāng)無(wú)電極熒光燈100包括一個(gè)驅(qū)動(dòng)電路時(shí)，在很多情況下，無(wú)電極熒光燈100被插入在一個(gè)燈保持固定裝置，當(dāng)它被用時(shí)作為白熾燈的替代物。即使當(dāng)無(wú)電極熒光燈100以這種方式被使用時(shí)，依靠該一次冷卻結(jié)構(gòu)的有效的冷卻功能，可以維持磁心5的溫度等于或低于該居里點(diǎn)。
在上述示例中，板12和鐵氧體盤(pán)6都具有圓盤(pán)的形狀，但是板12和鐵氧體盤(pán)6的形狀并不局限于此。例如，板12和鐵氧體盤(pán)6之每一個(gè)可具有多邊形。
散熱裝置包括板12和圓柱部分13，但是該散熱裝置的結(jié)構(gòu)并不限于此。例如，該散熱裝置可以沒(méi)有圓柱部分13。本發(fā)明可被適用于根據(jù)與以上所述相似的原理的任何結(jié)構(gòu)，只要由鐵氧體盤(pán)6(磁性裝置)將散熱裝置與磁心5分離，鐵氧體盤(pán)6基本上分隔由磁心5和散熱裝置限定的凸形殼體。
在圖1所示的無(wú)電極熒光燈100中，板12和圓柱部分13被設(shè)置在外殼14內(nèi)。在該燈座內(nèi)的主電源，即在該燈座內(nèi)的主電源互連(驅(qū)動(dòng)電路)，被提供標(biāo)準(zhǔn)的交流電，該交流電是來(lái)自通過(guò)燈保持固定裝置的標(biāo)準(zhǔn)交流電壓，該燈保持固定裝置在應(yīng)用期間經(jīng)愛(ài)迪生式插座燈頭保持該燈。
圖4示出無(wú)電極熒光燈200的剖面示意圖，該無(wú)電極熒光燈是本發(fā)明之上述實(shí)施例的一種變化。在圖4中，同樣的元件采用圖1中所用的同樣的參考編號(hào)表示。
球形外殼1、空腔2、線圈4、磁心5和鐵氧體盤(pán)6與圖1所示的無(wú)電極熒光燈100中的元件相同。在此實(shí)施例中的一次冷卻結(jié)構(gòu)仍由銅制成，它包括管子11、板12、圓柱部分13和盤(pán)形耗散器(dissipater)12a。該盤(pán)形耗散器12a具有一個(gè)中心開(kāi)口，在該開(kāi)口處，盤(pán)形耗散器12a被連接在管子11上，在其下盤(pán)表面則被連接于板12。盤(pán)形耗散器12a具有散熱片(fin)，它有助于通過(guò)對(duì)流或傳導(dǎo)、或通過(guò)這兩者來(lái)冷卻該一次冷卻結(jié)構(gòu)，并因此有助于冷卻磁心5。
因此，板12具有散熱片，因而板12作為散熱裝置的功能被增強(qiáng)。
磁心5在工作期間所吸收的熱量被管子11去除，并通過(guò)傳導(dǎo)被傳送到板12和耗散器12a。該熱量的一部分被耗散器12a耗散，其余部分被改道傳至圓柱部分13。在圓柱部分13中，該熱量通過(guò)對(duì)流被擴(kuò)散到周圍的空氣中。結(jié)果，由于有一次冷卻結(jié)構(gòu)，磁心5和其上設(shè)置有驅(qū)動(dòng)電路元件的印制電路(PC)板16的工作溫度基本上被維持在較低的溫度，這些溫度要比沒(méi)有該結(jié)構(gòu)時(shí)要低。
無(wú)電極熒光燈100和200向磁心5提供較低的工作溫度(低于居里點(diǎn))。然而，圖1和圖4所示的結(jié)構(gòu)未充分降低該驅(qū)動(dòng)電路的電路元件(即電解電容器17)的溫度，該電路對(duì)高溫是最敏感的。的確，被傳送到鐵氧體盤(pán)6和圓柱部分13的一部分熱量到達(dá)PC板16，并因此到達(dá)包括電容器17的驅(qū)動(dòng)電路的元件。為了減低電容器17的溫度，還可以提供兩個(gè)另外的裝置。
圖5示出無(wú)電極熒光燈300的剖面示意圖，該無(wú)電極熒光燈300是本發(fā)明的上述實(shí)施例的另一個(gè)變化。在圖5中，同樣的元件采用與圖4中所用的相同參考編號(hào)表示，并省略其說(shuō)明。
吸熱裝置18由銅制成，它是元件冷卻裝置的一部分，被設(shè)置在愛(ài)迪生式插座燈頭15中，以便基本上包圍電容器17。PC板16與電容器17之間的互連未被示出。
吸熱裝置18的形狀象一個(gè)圓柱形殼體，其內(nèi)徑稍大于電容器17的直徑。具有良好的熱傳導(dǎo)性的電絕緣材料(未示出，例如特氟隆(Teflon)膠帶)使吸熱裝置18與電容器17電絕緣，由此可以降低電容器17的溫度，不允許吸熱裝置18與該驅(qū)動(dòng)電路電連接而使該驅(qū)動(dòng)電路受到損害。
圓柱形殼體吸熱裝置18的高度稍大于電容器17的長(zhǎng)度。在此實(shí)施例中，當(dāng)該燈工作在100kHz的驅(qū)動(dòng)頻率時(shí)，吸熱裝置18的長(zhǎng)度一般約為25mm。在本發(fā)明的該實(shí)施例中，吸熱裝置18的外徑一般約為12mm，其壁厚度一般約為1.0mm。
吸熱裝置18的底部被焊接于由銅制成的杯形座19的底部，杯形座19與愛(ài)迪生式插座燈頭15具有良好的熱接觸。杯形座19的外徑一般約為24.5mm；其高度一般約為7mm；其壁的厚度一般約為1.0mm。塑料外殼14被旋入愛(ài)迪生式插座燈頭15中的螺紋的頂部，從而彼此固定。
吸熱裝置18吸收來(lái)自電容器17的熱量，并將所吸收的熱量傳送到杯形座19，杯形座19又將此熱量傳遞給愛(ài)迪生式插座燈頭15。在使用期間，愛(ài)迪生式插座燈頭15被旋入燈保持固定裝置中的一個(gè)插口中。該燈保持固定裝置中的該插口與該熱量被最終散失所在的該固定裝置的其它部分具有良好的熱接觸。例如，該杯形座19是由銅制成的。
就是說(shuō)，吸熱裝置18和杯形座19整體上起著元件冷卻裝置(二次冷卻結(jié)構(gòu))的作用，用于從電容器17去除熱量。該元件冷卻裝置被熱連接至愛(ài)迪生式插座燈頭15。
在上述示例中，由元件冷卻裝置去除該驅(qū)動(dòng)電路的電路元件中的電容器17中產(chǎn)生的熱量。然而，由該元件冷卻裝置可以去除該驅(qū)動(dòng)電路的電路元件中的任何其它元件中產(chǎn)生的熱量。當(dāng)該驅(qū)動(dòng)電路包括在無(wú)電極熒光燈300的工作期間產(chǎn)生熱量的至少一個(gè)元件時(shí)，該元件冷卻裝置可被用于去除由該發(fā)熱元件產(chǎn)生的熱量。
在圖6的剖面圖中示出該元件冷卻裝置的另一種變化。吸熱裝置18是銅制圓柱形殼體，與圖5所示的吸熱裝置18的大小相同。由具有中心開(kāi)口的散熱器20擴(kuò)散由吸熱裝置18從電容器17除去的熱量，該散熱器20具有很多散熱片，并在此開(kāi)口處連接到吸熱裝置18的外側(cè)面。圖6中所示的元件冷卻裝置(吸熱裝置18和散熱器20)被用于代替圖5所示的元件冷卻裝置(吸熱裝置18和杯形座19)。
如上所述，元件冷卻裝置具有散熱器(散熱片)20，因此，通過(guò)對(duì)流或傳導(dǎo)、或是這兩者，由散熱器20吸收的來(lái)自電容器17的熱量被傳送到愛(ài)迪生式插座燈頭15。
注意，圓柱部分13并未與吸熱裝置18有任何直接的機(jī)械結(jié)構(gòu)上的接觸，因此，從圓柱部分13到吸熱裝置18的傳導(dǎo)熱傳遞被阻止，電解電容器17被維持在低于120℃的溫度。如果圓柱部分13被代之以與吸熱裝置18在機(jī)械結(jié)構(gòu)上連接，來(lái)自磁心5的熱量將經(jīng)板12和圓柱部分13而被傳送給電容器17，這樣將增大電容器17的溫度值至高于120℃。因此，該元件冷卻裝置與該散熱裝置(板12和圓柱部分13)是熱隔離的。
圖5和圖6所示的元件冷卻裝置可被用于與圖1所示的無(wú)電極熒光燈100和圖4所示的無(wú)電極熒光燈200相結(jié)合。
本發(fā)明之原理的應(yīng)用并不限于無(wú)電極熒光燈。例如，根據(jù)與以上所述相似的工作原理，本發(fā)明可被適用于無(wú)電極放電燈，其中，熒光粉9未被涂覆在外殼1的內(nèi)壁上(圖1、圖4和圖5)，使得通過(guò)放電產(chǎn)生的光被直接發(fā)射到外殼1的外部。充滿無(wú)電極放電燈之外殼的放電氣體的類型并不限于以上所述的氣體。放電氣體可包括惰性氣體和金屬蒸氣(可蒸發(fā)金屬的蒸氣)之至少一種。
上述燈按如下過(guò)程工作。外殼1被充滿一種惰性氣體(氬氣，1托(133Pa))。外殼1中的汞蒸氣壓力是由冷點(diǎn)7中的汞滴的溫度控制的，一般約為5-6mtorr(655mPa至798mPa)。標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)用電源電壓的頻率為50-60Hz，幅度約為120伏特rms(均方值)，該電壓被施加于驅(qū)動(dòng)電子電路，該電路被組裝在PC板16上及被互連在PC板16中。由該電源電壓，該驅(qū)動(dòng)電路產(chǎn)生相當(dāng)高的頻率(約100kHz)和幅度電壓，并將該電壓經(jīng)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)施加于感應(yīng)線圈4。
當(dāng)該線圈高頻電壓達(dá)到200-300伏的幅度時(shí)，在外殼1中沿空腔壁觸發(fā)電容性放電。此外，線圈電壓幅度的提高導(dǎo)致從電容性放電到電感性耦合放電(燈啟動(dòng))的轉(zhuǎn)換。該轉(zhuǎn)換發(fā)生在當(dāng)該線圈電壓超過(guò)一個(gè)“轉(zhuǎn)換”值Vtr時(shí)。這一轉(zhuǎn)換伴隨著燈反射波功率的急劇減小、線圈電壓和電流的下降，并伴隨著該燈的可見(jiàn)光輸出量的大量增加。
Vtr的幅度取決于燈外殼和空腔尺寸、其中的氣體和蒸氣的壓力以及感應(yīng)線圈4中的匝數(shù)。在這些優(yōu)選實(shí)施例中，在工作在100kHz的燈中的轉(zhuǎn)換電壓約為1000伏，轉(zhuǎn)換線圈電流約為5安。維持電感性放電的線圈維持電壓和電流(Vm和Im)隨著燈功率和汞蒸氣壓力而變化。當(dāng)該燈工作在約25W的功率達(dá)2hrs(小時(shí))后，汞壓力穩(wěn)定，線圈維持電壓(Vm)和電流(Im)分別是350伏和1.8安。
25W的總的燈功率(Plamp)的約80％被電感性等離子體吸收(Ppl)，約2W是在驅(qū)動(dòng)電路中被耗散(Pdrv)。燈功率的約2-3W被耗散在感應(yīng)線圈4中和磁心5(Pcoil)中。這個(gè)功率耗散與來(lái)自等離子體經(jīng)空腔壁的熱量一起，導(dǎo)致線圈4和磁心5的發(fā)熱。因此，Plamp＝Pdrv+Pcoil+Ppl。在圖1、圖4-6中所描述的冷卻結(jié)構(gòu)(一次和二次冷卻結(jié)構(gòu))提供令人滿意的燈的熱管理。這一結(jié)果在圖7中被描述，其中，圖5所示的無(wú)電極熒光燈300的磁心5和電容器17的溫度(Tferr和Tcap)被表示為燈工作時(shí)間的函數(shù)。在工作兩個(gè)小時(shí)后，工作在25W及100kHz的頻率的無(wú)電極放電燈的磁心5之溫度是186℃，電容器17的溫度約為100℃。
而且，由于為包括線圈4、磁心5和相關(guān)聯(lián)的一次冷卻結(jié)構(gòu)的組件實(shí)現(xiàn)了高品質(zhì)因數(shù)，因而獲得高功率效率。線圈品質(zhì)因數(shù)對(duì)驅(qū)動(dòng)頻率的關(guān)系曲線在圖8中被示出?？梢钥闯?，品質(zhì)因數(shù)在約為175kHz的頻率處達(dá)到最大值(540)。但是，即使在f＝100kHz時(shí)，品質(zhì)因數(shù)仍較高，所具有的值約為460。
高的燈功率效率導(dǎo)致燈的高發(fā)光效率。在燈的峰值光輸出時(shí)的最大發(fā)光效率(約為6mtorr(798mPa)汞蒸氣壓力)是每瓦特65流明(65 LPW)。當(dāng)燈以25W的功率工作兩小時(shí)后，汞壓力和燈光輸出被穩(wěn)定，發(fā)光效率被下降到60 LPW，具有1500流明的總的穩(wěn)定光輸出。
盡管已經(jīng)參照優(yōu)選實(shí)施例描述了本發(fā)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，只要不背離本發(fā)明的精神和范圍，可以在形式上和細(xì)節(jié)上對(duì)本發(fā)明進(jìn)行改變。
工業(yè)適用性如上所述，本發(fā)明的無(wú)電極放電燈包括磁性材料的磁性裝置，它被磁耦合到磁心，還包括熱傳導(dǎo)散熱裝置，它通過(guò)該磁性裝置與該磁心分離。該磁性裝置基本上分隔一個(gè)由該散熱裝置和該磁心限定的凸形殼體，使得由線圈產(chǎn)生的電磁場(chǎng)偏離該散熱裝置。因此，即使當(dāng)傳導(dǎo)性材料被用于該散熱裝置時(shí)，在該散熱裝置中產(chǎn)生的渦流非常小。結(jié)果，可以將低成本材料用作該散熱裝置的材料。因而，能夠以低成本實(shí)現(xiàn)用于有效地冷卻無(wú)電極放電燈的磁心的結(jié)構(gòu)。另外，可以將具有高的熱傳導(dǎo)率的材料用作該散熱裝置的材料，因此，可以顯著地改善該散熱裝置的散熱效果。
權(quán)利要求
1.一種無(wú)電極放電燈，包括充滿放電氣體的外殼；磁心；繞制在該磁心上的線圈，用于在該外殼內(nèi)產(chǎn)生電磁場(chǎng)；由磁性材料制成的磁性裝置，它被磁耦合到該磁心；熱傳導(dǎo)散熱裝置；及被熱耦合到該磁心和該散熱裝置的熱傳送裝置，用于將該磁心中產(chǎn)生的熱量傳送到該散熱裝置，其中，該磁性裝置基本上分隔由該散熱裝置和該磁心限定的一個(gè)凸形殼體，使得該散熱裝置和該磁心被該磁性裝置分離。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的無(wú)電極放電燈，其中，該磁性裝置包括由鐵氧體制成的盤(pán)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的無(wú)電極放電燈，其中，該散熱裝置包括一個(gè)盤(pán)部分，其中心部分被熱耦合到該熱傳送裝置；及被熱耦合到該盤(pán)部分之外圍的一個(gè)圓柱部分。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的無(wú)電極放電燈，其中，該熱傳送裝置和散熱裝置是由銅和鋁之至少一種材料制成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的無(wú)電極放電燈，其中，該散熱裝置包括一個(gè)盤(pán)部分，其中心部分被熱耦合到該熱傳送裝置；及被熱耦合到該盤(pán)部分之外圍的一個(gè)圓柱部分。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的無(wú)電極放電燈，其中，該放電氣體包括惰性氣體和金屬蒸氣之至少一種。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的無(wú)電極放電燈，還包括一個(gè)驅(qū)動(dòng)電路，用于通過(guò)允許電流流過(guò)該線圈來(lái)驅(qū)動(dòng)該無(wú)電極放電燈。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的無(wú)電極放電燈，其中該驅(qū)動(dòng)電路包括至少一個(gè)發(fā)熱元件，該發(fā)熱元件在該無(wú)電極放電燈的工作期間產(chǎn)生熱量；及該無(wú)電極放電燈包括被熱耦合到該至少一個(gè)發(fā)熱元件的元件冷卻裝置，用于從該至少一個(gè)發(fā)熱元件去除該至少一個(gè)發(fā)熱元件所產(chǎn)生的熱量。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的無(wú)電極放電燈，其中，該元件冷卻裝置具有散熱片。
10.根據(jù)權(quán)利要求8的無(wú)電極放電燈，還包括一個(gè)插座燈頭，用于接收提供給該驅(qū)動(dòng)電路的電流，其中，該元件冷卻裝置被熱耦合到該插座燈頭。
11.根據(jù)權(quán)利要求8的無(wú)電極放電燈，其中，該元件冷卻裝置與該散熱裝置是熱隔離的。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的無(wú)電極放電燈，其中，該散熱裝置具有散熱片。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的無(wú)電極放電燈，其中，該外殼具有凹狀空腔，該線圈被放置在該凹狀空腔內(nèi)。
14.一種無(wú)電極放電燈，包括充滿放電氣體的外殼；用于在該外殼內(nèi)產(chǎn)生電磁場(chǎng)的線圈；由磁性材料制成的磁場(chǎng)控制結(jié)構(gòu)，與該線圈相鄰；及熱傳導(dǎo)一次冷卻結(jié)構(gòu)，與該磁場(chǎng)控制結(jié)構(gòu)相鄰，以便與該線圈分離并基本上被設(shè)置在分流面外圍。
全文摘要
一種無(wú)電極放電燈100,包括:其中充滿放電氣體的外殼1;磁心5;繞制在該磁心5上的線圈4,用于在該外殼1內(nèi)產(chǎn)生電磁場(chǎng);由磁性材料制成的磁性裝置6,它被磁耦合到該磁心5;熱傳導(dǎo)散熱裝置12和13;及被熱耦合到該磁心5和該散熱裝置12的熱傳送裝置11,用于將該磁心5中產(chǎn)生的熱量傳送到該散熱裝置12。該磁性裝置6基本上分隔包括該散熱裝置12和13及該磁心5的一個(gè)凸形殼體,使得該散熱裝置12和13及該磁心5被該磁性裝置6分離。
文檔編號(hào)F21S2/00GK1386392SQ01802046
公開(kāi)日2002年12月18日 申請(qǐng)日期2001年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2000年7月14日
發(fā)明者羅伯特·錢德勒, 愛(ài)德華·夏皮羅, 奧列格·波波夫, 雅各布·瑪雅 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社