管状无电极灯的制作方法 专利技术说明

电气元件制品的制造及其应用技术1.本发明涉及放电灯，特别是无电极放电灯，其中发光等离子体由电磁(em)能量波或在高频(hf)和微波之间范围内的波生成。背景技术：2.高强度放电(hid)灯以其将能量转化为可见光的高效率而闻名。与传统的白炽灯或卤素灯相比，hid灯具有良好的光热比，使其适合于要求每瓦的可见光尽可能多的各种应用。此类应用包括用于街道、体育设施、体育馆、商业中心、展览博览会的照明，以及用于植物生长和用于测试光伏装备的人工照明系统。3.放电灯大体上由含有可以由适当的能量源激发到发光状态的化学组成成分(composition)的透明电灯泡组成。hid灯传统上由电能供电，其中在两个通常由钨制成的钨电极之间，并且穿过被加热并被电离成发亮的等离子体的化学组成成分发送放电。所述组成成分是惰性载气，优选为诸如氖、氙、氩或氪的稀有气体，其包含活性成分(也称为填充材料)，通常是例如金属卤化物的金属盐。4.通过移除电极并且提供电磁能量而不是电能来激发化学组成成分，金属部分可以完全从电灯泡中省略。这带来了一些优势。首先，避免了灯泡中的玻璃-金属接口，降低了成本并提高了灯泡的使用寿命。此外，与金属电极化学不相容的更多种类的活性成分(诸如硫、硒、碲等)可用于光生成。5.为无电极等离子体放电灯供电的电磁辐射源可以是电磁生成器，其通常是诸如磁控管或固态设备(诸如在合适的电磁谱波段(诸如包括6.78mhz、13.56mhz、27.12mhz、40.68mhz、433mhz、915mhz、2.45ghz或5.8ghz波段的ism无线电波段之一)中发射电磁辐射的晶体管)的微波源。磁控管或晶体管放大器容易以吸引人的价格买到，因此通常作为等离子体灯的电源的优先选择。6.为了避免热点的形成(这是无电极放电灯中常见的问题)以及灯泡材料的过热，灯泡通常保持旋转，这会导致各种操作和稳定性问题。7.ep2721631提供了克服旋转需求的解决方案。本文档中描述的固定灯泡配备有介电棒，其将电磁源耦合至电灯泡以确保等离子体灯泡中更好的温度分布。本发明使用该现有技术文档中公开的方法。8.尽管在ep2721631中实现了更好的温度管理，但电磁能量(如微波)的分布在整个电灯泡中并不完全均匀，并且加热的和电离的等离子体的不同区域继续限制了放电灯的性能，特别是亮度。并且，在特定区域更好地吸收电磁能量可能有助于在具有细长形状或更大几何复杂度的电灯泡中衰减能量。放电灯的亮度受限于电磁源的功率和灯泡壳体(envelope)的热限制。9.本发明的一个目的是提供亮度增加的无电极电磁供电的放电灯。本发明进一步旨在扩展所述放电灯合适的灯泡形状范围。技术实现要素：10.根据本发明，这些目的通过本发明的权利要求的目标，特别是通过独立权利要求来实现。11.特别地，本发明的目标通过用于提供可见光和/或红外光和/或uv辐射的无电极放电灯实现，该无电极放电灯包括：对可见光或/和红外光或/和uv辐射至少部分透明的导电壳体、导电壳体内的一个或多个固定的发光灯泡、多个电磁源，一个或多个灯泡填充有当处于等离子体状态时发光的组成成分，每个电磁源具有辐射电磁场的输出终端，所述电磁场用于电离和加热一个或多个灯泡中的组成成分以使灯泡填充物处于等离子体状态，。12.从属权利要求涉及可选且可能有利但不是必需的特征，诸如至少具有由导电网构成的区域的导电壳体；由熔融硅石制成的灯泡、微波范围内的电磁源；一个或多个介电棒，其与电磁源的输出终端之一对齐并且被定位于各自的输出终端和灯泡之间，充当电磁场的介电波导，将电磁源与灯泡耦合；至少一个固定的发光灯泡与多于一个电磁源电磁耦合；填充有具有不同发射光谱的组成成分并且被耦合至不同电磁源的多个固定的发光灯泡，并且所述电磁源可以在可变的、可独立设置的功率水平下操作；十字形的发光灯泡或星形的发光灯泡；在末端处有一个或两个电磁源的管状电灯泡；以及凹形或抛物线形光集中器。13.在本发明的框架中可以使用一些发亮的组成成分。在这些之中，惰性气体，由卤化锑或卤化铋的混合物组成的第一活性成分，包括in、sn、ag、cu、pb、fe、hg和co中的一种或多种的卤化物或卤化物的混合物的第二活性成分的组成成分提供了有价值的结果。14.相对于本领域已知的，本发明通过将多个电磁能量源耦合到形成有一个电磁腔的放电灯中的一个或多个电灯泡来实现相对于现有的无电极放电灯的亮度增加。电磁能量源适合于将电灯泡中的化学组成成分电离并加热到其发亮的等离子体状态。15.电磁能量源包括从hf到超高频(uhf)波段的射频(rf)和/或微波(mw)源，例如磁控管或以期望的频率和强度生成电磁波的一个或几个晶体管。在下文中为了简洁，能量源被描述为磁控管。然而，本发明不限于将磁控管作为电磁能量源。16.多个磁控管或其他电磁源的使用进一步允许在特别是与等离子体电灯泡的形状有关的设计中更加自由。由于整个电灯泡的电磁能量分布，常规的灯泡受限于大体上球形、椭圆体形或短管形。17.由于本发明，细长灯泡可以用于管状灯或更复杂的设计，诸如十字形或星形灯等。优选地，发射入射波的磁控管被定位于所述形状的每个末端的远端处。18.电磁源的分布式定位允许细长电灯泡中的组成成分更均匀地电离和加热。由于由这些多个电磁源发射的电磁波源自于与电灯泡相关的不同位置，因此在灯泡的整个特定形状中可以实现更好的均匀性。生成局部温度热点的风险因此进一步降低，同时等离子体整体更高和更均匀的加热和电离是可能的。这从而防止在热点区域超过灯泡材料(优选熔融硅石)的温度限制。19.在放电灯中采用多个电磁源还提供了使用多个不同灯泡的可能性，这些灯泡可以被封闭在相同的导电壳体中。每个电灯泡都被耦合到独立的电磁源。20.无电极放电灯的特征在于，由各灯泡单独归属的磁控管或晶体管分别供电的多个独立的灯泡提供了多种操作自由。例如，可以为单独的电灯泡选择不同的可电离组成成分。此类不同的组成成分可以具有不同的光谱特性。因此，单独的电灯泡可以发射出不同光谱的光，这取决于它的哪个灯泡被点燃。21.此外，由于每个灯泡中的组成成分由单独归属的电磁辐射源点燃，电磁源的功率水平的设置因此提供了进一步的机制来调整或提高无电极等离子体灯的亮度。附图说明22.本发明的示例性实施例在说明书中公开并由附图示出，其中：23.图1和图2示意性地示出了已知的放电灯。24.图3是本发明实施例的示意图，其采用了三个磁控管来点燃球形放电灯。25.图4是本发明进一步的实施例的示意图，其特征在于由定位于其末端的两个磁控管点燃的放电灯的细长灯泡。26.图5a和5b是本发明实施例的示意图，示出了在光集中器中等离子体电灯泡在其电磁壳体中的位置，其中27.5a示出了其中等离子体电灯泡完全被电磁壳体封闭的实施例，以及28.5b示出了其中壳体呈现出与光集中器的凸形弯曲相连接的半圆顶形状的实施例，其中由壳体和光集中器这样形成的外壳包含等离子体电灯泡。29.图6是本发明进一步可能的实施例的示意图，示出了在其每一个末端处定位有磁控管的放电灯的十字形灯泡。30.图7是本发明进一步可能的实施例的示意图，示出了放电灯，其特征在于两个不同的细长、线性排列的灯泡，它们单独的磁控管被封闭在电磁壳体中。31.图8是本发明进一步可能的实施例的示意图，示出了放电灯，其特征在于三个独立的细长的灯泡，它们单独的磁控管以y形排列并且被封闭在电磁壳体中。具体实施方式32.关于图1，已知的放电灯20使用介电棒22来改进向电灯泡21的能量传递。在其优选的实施例中，本发明共享在所述现有技术文档中描述的特征。优选地，但不是必须地，本发明还使用介电棒22以受益于其在电灯泡中的温度管理的优势。33.图2示出了已知的放电灯的变体，其中磁控管41具有由陶瓷隔离器48支撑并耦合到3/4波长波导82的输出终端47。灯泡21配备有与灯泡21一体制造的介电石英棒22，所述介电石英棒插入波导82中并由夹头85或任何合适的固定部件保持在适当位置。34.本发明的放电灯20包括填充有适合当其处于其电离和加热的等离子体状态35时产生辐射的化学组成成分的固定、密封的灯泡21。化学组成成分包括惰性气体(诸如稀有气体)以及活性成分，其限定了发射光的光谱特性。由等离子体35发射的辐射在可见光和/或红外光和/或紫外(uv)光谱范围内。所述放电灯20的电灯泡21对可见光或红外光或uv辐射至少部分透明。35.用于放电灯的合适的化学组成成分包括本领域已知的光活性成分。由于由rf或mw供电的放电灯的电灯泡中缺少电极或金属零件，所以与金属材料化学不相容的活性成分也可用作惰性气氛中的活性成分。此类可替代的活性成分包括硫、硒、碲等。36.在其优选的实施例中，本发明的活性成分包括由卤化锑或卤化铋的混合物组成的第一活性成分，以及包括惰性气体中的in、sn、ag、cu、fe、pb、hg和co中的一种或多种的卤化物或卤化物的混合物的第二活性成分。37.电灯泡21可以由满足其在无电极放电灯中的应用的温度和压力要求的任何合适的材料制成。电灯泡21的优选材料是熔融硅石。可替代地，可以使用熔融石英、熔融硅石、sio2或任何其他适当的材料。为了适合其应用，灯泡材料必须能够承受600℃至900℃的典型操作温度和范围从0.1mpa至2mpa的内部压力。38.灯泡21被放置在光集中器51和金属网的电磁外壳53中。集中器51优选地具有反射壁，以便将灯泡22中生成的光集中成期望孔径的光束，并且是导电的，以避免微波从灯组件中传输出去。金属网外壳是将电磁场限制在灯20内部并且通过任何合适的部件机械地和电气地连接到灯20的导电壳体53。外壳53在变体中还可以利用在其上沉积有薄导电层的合适的透明、半透明或透光基板的片材实现。39.放电灯进一步包括多个电磁源411、412、413、414，每个电磁源具有辐射电磁场以电离和加热包含在电灯泡中的化学组成成分的输出终端43。40.在优选的实施例中，一个/多个入射电磁频率在微波范围内并且由磁控管或晶体管41产生。磁控管的输出终端43适合将其耦合到标准波长波导82。输出终端通常显示具有中心导体46的同轴传输线，所述中心导体由带孔径44的盖子封闭，或封闭在中空的1/4波长波导中。冷却片42优选地通过来自风扇(未示出)的强制空气流来冷却。41.在图1图示的现有技术灯中，灯泡21安装在介电棒22的顶部，所述介电棒转而轴向地附接到石英插孔25，其内部尺寸与微波终端43的外部尺寸对应，以便后者可以插入插孔25。插孔比终端稍长，以便在插孔25的内壁和终端43之间保留有气隙19。42.图3示出了多磁控管放电灯100的可能实施例，其中可以排列多个磁控管411、412和413以增加传递到球形电灯泡的电磁能量并因此增加等离子体区域35中发光电离等离子体的亮度。电灯泡被封闭在电磁壳体53中，其被波长波导82和夹头85穿透。43.本发明的电灯泡是固定的发光灯泡。在优选的实施例中，电磁波通过介电棒221、222、223传输到灯泡。所述介电棒与磁控管或晶体管天线的输出终端对齐，并放置在各自的输出终端和灯泡之间。介电棒将磁控管与电灯泡物理连接。如在图2中所描绘的，它们可以保持在波长波导82和套环85的内腔中。44.介电棒221、222和223增强了磁控管或晶体管放大器与电灯泡之间的能量传递效力，介电棒充当电磁场的介电波导，从而允许电灯泡以固定模式操作。45.图4所示的实施例示出了两个磁控管或晶体管放大器411和412在管状电灯泡中的优选位置。为了确保整个细长灯泡中等离子体的均匀电离和加热，两个磁控管放置在其末端。每个末端处的能量源允许将电灯泡的尺寸扩展到这种管状形状。46.具有高亮度的长管状电灯泡特别适合于期望高强度的高均匀亮度的应用。细长灯泡可以例如平行地排列在平坦表面上，如此以大体上提供矩形或其他形状的发亮表面。47.如在图5中图示的，等离子体电灯泡21被定位于光集中器51的焦点处。集中器的形状适合将反射光导向其开口。其优选形状是凹形、椭圆形或抛物线碗形，其中可以选择碗的曲率以限定反射光光束的孔径。48.如图5a所示，导电壳体53可以完全封闭等离子体电灯泡21。可替代地，如图5b所图示，它可以与光集中器51的导电区域的内壁连接，从而提供包含等离子体电灯泡21的封闭空间。49.通过在每个延伸部分的末端放置磁控管或晶体管放大器，对具有多个管状延伸部分的放电电灯泡进行均匀照明是可行的。管状延伸部分的数量不受限制。在图6中描绘了十字形灯泡，在其每个末端采用磁控管或晶体管放大器411、412、413、414。由多个磁控管供电的单个等离子体电灯泡的其它管状形状，例如星形、环形等是可能的。50.本发明不限于在放电灯内使用单个灯泡。事实上，每个由磁控管411、412供电的多个等离子体电灯泡211、212可以被包括在放电灯100中。每个磁控管或晶体管放大器都可以以选定的功率水平和频率独立操作。优选地，所述电灯泡共享相同的封闭导电壳体53。图7和图8图示了这种多等离子体灯泡放电灯的可能实施例。这种排列适合各种不同的形状，包括图7中所示的其它细长形状或图8中所示的y形。51.多灯泡放电灯的每个单独灯泡中的活性成分可能会变化。这允许单独设置激发水平以控制发射光的光谱。所述灯显示其点燃的灯泡的不同颜色的光谱。单独电灯泡的差异调节允许引入或扩大电灯泡的连续亮度控制，即“调光效应”。通过调整点火电磁源的功率实现一定程度的调光。采用多个电磁源拓宽了可调整亮度的范围。此外，多个电磁源能够在发光强度范围内实现更高的颗粒度或微调。52.如图3、4和6所例示，本发明中要求保护的放电灯的多个电磁源可以与一个固定的电灯泡电磁耦合。如图7和8所示，在替代的实施例中，多个电磁源分别耦合到一个电灯泡，其中多个电灯泡被包括在一个放电灯中。53.附图中使用的参考数字54.19ꢀꢀꢀꢀꢀ气隙55.20ꢀꢀꢀꢀꢀ放电灯56.21ꢀꢀꢀꢀꢀ灯泡57.22ꢀꢀꢀꢀꢀ介电棒58.23ꢀꢀꢀꢀꢀ光扩散膜59.25ꢀꢀꢀꢀꢀ插孔60.35ꢀꢀꢀꢀꢀ等离子体区域61.41ꢀꢀꢀꢀꢀ磁控管62.42ꢀꢀꢀꢀꢀ冷却片63.43ꢀꢀꢀꢀꢀ终端/电磁波发射器(部分剖面)64.44ꢀꢀꢀꢀꢀ孔径65.46ꢀꢀꢀꢀꢀ同轴线66.47ꢀꢀꢀꢀꢀrf终端67.48ꢀꢀꢀꢀꢀ绝缘体68.51ꢀꢀꢀꢀꢀ光集中器69.52ꢀꢀꢀꢀꢀ支撑套环70.53ꢀꢀꢀꢀꢀ电磁壳体71.82ꢀꢀꢀꢀꢀ3/4波长波导72.85ꢀꢀꢀꢀꢀ夹头73.100ꢀꢀꢀꢀ多磁控管放电灯74.211ꢀꢀꢀꢀ第一电灯泡75.212ꢀꢀꢀꢀ第二电灯泡76.213ꢀꢀꢀꢀ第三电灯泡77.221ꢀꢀꢀꢀ第一介电棒78.222ꢀꢀꢀꢀ第二介电棒79.223ꢀꢀꢀꢀ第三介电棒80.411ꢀꢀꢀꢀ第一磁控管81.412ꢀꢀꢀꢀ第二磁控管82.413ꢀꢀꢀꢀ第三磁控管









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