CN1097296C - 无电极低压放电灯 - Google Patents

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Abstract

本发明的无电极低压放电灯配有以气密方式密封的放电室(10)，放电室(10)具有封闭放电室的空腔(11)，放电室(10)中填充有可电离的填充物，在空腔中装有线圈(20)，线圈(20)带有导电体绕组(21)和组件(30)，组件(30)由导热体(31)和一个或几个细长的软磁材料磁芯(32)组成，在导热体(31)的一个或几个凹槽(34)中沿导热体(31)的纵轴(33)排列磁芯(32)，凹槽(34)嵌入组件(30)的周边表面(36)。导热体(31)在垂直纵向轴(33)的剖面中至少占据组件(30)周边的一半。本发明灯的结构使灯可在较高功率下工作而不使用热管。

Description

无电极低压放电灯
本发明涉及无电极低压放电灯。该灯配有以气密方式密封的放电室，该放电室具有封闭放电室的空腔，并在放电室中填充有可电离的填充物，在所述空腔中装有线圈，该线圈带有导电体绕组和组件，该组件由导热体和一个或几个细长的软磁材料磁芯组成，在导热体的一个或几个凹槽中沿组件的纵轴排列磁芯，该凹槽嵌入组件的周边表面。
美国专利US3987335披露了一种无电极低压放电灯，该灯配有在金属壳中的环形软磁材料磁芯。该壳有沿磁芯内周边相互重叠的边缘，用玻璃使该边缘相互固定，以使它们相互电绝缘并保护放电室的气密密封。带壳的磁芯部分地装在放电空间中，并部分地伸出该空间。在该壳上固定着去除由该壳吸收的热量的金属带。这种灯难以制造。一方面，由单件金属难以构成围绕环形磁芯的壳。另一方面，沿磁芯内周边存在相互重叠的边缘，使气密性密封的实施困难。
在将使灯工作的线圈和所带的组件整个设置在放电空间外时，开篇中所述的那种灯的组装变得容易。这种灯由美国专利US4536675所披露。该已知的灯中，放电室中有汞和氩的填充物，放电室内表面上还设有发光层。排列在放电室空腔中的线圈围绕由铜导热体与四根棒形软磁材料磁芯组成的组件之周边表面。磁芯设置在由导热体的四根肋条所限定的凹槽中，该凹槽嵌入组件的周边表面。导热体将降低软磁材料磁芯的极高温度。这是由于在太高温度时软磁材料的磁导率会明显下降。这对灯的发光效率不利。甚至可使灯熄灭。该已知灯适于在较低的15W功率下工作。如专利文件中所述，在磁芯形状不同于环形时，如美国专利US3987335所示，由于在导热体中产生涡流，在磁芯外部的导热体的作用较小。
美国专利US5006752披露了一种使用热管的无电极低压放电灯，该热管被装在组件的磁芯中，代替固态的导热体。该热管为封闭管，通过其中能蒸发的介质进行传热。在磁芯内的一端因介质蒸发而吸热。当介质在热管的另一端冷凝时，介质放出吸收的热量并经热管中的毛细管通道流回位于磁芯中的那一端。这种结构可使灯在较高功率下工作。由该专利文件披露的灯工作在约90W的功率下。但是，其缺点是热管是相当昂贵的零件。
本发明的目的是提供一种在开篇中所述的那种灯，该灯适于在较高功率下工作而不必采用热管。
为实现该目的，按照本发明，在开篇中所述的那种灯的特征在于：导热体在垂直纵向轴的剖面中至少占据组件周边的一半。如果导热体占少于组件周边的一半，则由于在导热体和放电室空腔之间的热接触不够，在它们之间就难以进行充分的传热。在实施例中，导热体占据组件周边的比值例如在0.60～0.95的范围内。
本发明的灯中，该一个或几个软磁材料磁芯为细长形，导热体在所述一个或几个磁芯外部在很大程度上沿径向方向延伸。本发明者已发现：为了有助于灯有效工作和导热体的有效工作，将导热体中的凹槽嵌入周边表面，则在导热体中因涡流损耗而产生的热量就显得很少。本发明的灯特别适于在较高灯功率下工作，例如100～200W的功率下。
与US4536675和US 5006752所披露的灯相比，该灯主要通过一个或几个软磁材料磁芯从空腔至导热体散热，而本发明的灯中，所述一个或几个软磁材料磁芯在散热中几乎不起作用。本发明者还发现，在磁芯中产生的热量与在放电室中产生的热量相比是微不足道的。因此可有较宽间隙地将软磁材料磁芯装在导热体的凹槽中。这对磁芯和导热体的制造以及对它们的组装来说都是有利的。
在本发明灯的优选实施例中，导热体在垂直于纵轴的剖面中占由导热体和一个或几个软磁材料磁芯组成的组件总表面面积的至少四分之一，例如占三分之一至三分之二。这对设计尤其是对导热体材料的选择提供了较大自由度。
适用于导热体的材料例如为铜和铝。也可用合金如黄铜例如CuZn15等。铜具有导热率高的优点。铝轻又便宜并且容易加工。导热体材料还可包括改善其加工性能用的硅等添加物。
线圈绕组缠绕在软磁材料磁芯上，和磁芯一起装在导热体的凹槽中。其优点是绕组对从空腔至导热体的传热无付作用。提供灯点火用的辅助装置比如辅助电极可能是需要的。易于组装的实施例是将其中的绕组完全缠绕在由导热体和一个或几个软磁材料磁芯组成的组件上。
在导热体的单个凹槽中可装几个软磁材料磁芯。例如凹槽可嵌入与各磁芯相邻的组件周边表面，并且也可以嵌入磁芯的缝口。
导热体可具有延伸过软磁材料磁芯的部分。该部分可端接在有助于使热量更好地传送给散热片的凸缘法兰上。在那种情况下，与软磁材料磁芯构成组件的导热体的第一部分、延伸过该磁芯的第二部分和凸缘法兰可以为分立的零件。例如，第一部分具有在其长度上保持恒定的横截面，例如用挤压工艺制造该部分，同时例如用压铸工艺制造第二部分和凸缘法兰。可是，所述部分和凸缘法兰最好为一体。这对散热和简化灯的装配有利。
本发明的无电极低压放电灯的优选实施例的特征在于：组件包括至少两根软磁材料磁芯，该磁芯排列在围绕组件纵轴的导热体中。在该实施例中灯具有较高的发光效率。此外，这种结构有助于减小由灯引起的电磁干扰。
在本发明灯的另一优选实施例中，导热体具有在纵轴两侧横向分开形成的凹槽。用压铸工艺可容易地制造有该形状的导热体。
本发明的灯可设有排气管。本发明灯的优选实施例为在放电室的空腔中设置排气管的实例，该排气管在组件中心延伸。此处的排气管比起将排气管固定在包围空腔的放电室的部分上的实施例的情况来说，更能免受损坏。
本发明无电极低压放电灯的又一优选实施例的特征在于：空腔配置有UV反射层。这种层可防止空腔或装在其中的零部件吸收紫外辐射，从而进一步减少空腔和这些零部件上的热负载。在上述层上可配置发光层。
参照附图将更详细地说明本发明的这些和其它方案，其中：
图1是本发明灯的局部剖视、局部正视的纵向图；
图2是沿图1中线II-II灯的组件的剖面图；
图3和4分别是第2和第3实施例的组件的剖面图；
图5是非本发明灯的组件的剖面图。
图1所示的无电极低压放电灯配有以气密方式密封的放电室10，放电室10具有空腔11和放电空间，在放电空间中填充可电离填充物，用粘接剂18将放电室10固定在合成树脂制成的灯座15上，即搁置在所述灯座的支架19上。这里所述的灯包含具有铋铟合金的汞齐16，以使在正常工作期间放电室中的汞蒸汽压维持在约0.5Pa。此外，放电室10还包含填充压力为33Pa的氖和氩(体积比90/10％)。放电室10的内表面上支撑着发光层17。具有导电体绕组21的线圈20装在空腔11中。在所示实施例中，绕组21有绕合成树脂线圈骨架23均匀地分布在80mm的长度上的匝22，匝22共有21圈。适用于骨架的合成树脂例如为聚苯撑硫和聚酮醚。可用玻璃纤维增强线圈骨架的合成树脂。线圈20包围着由铜导热体31与软磁材料的一个或多个磁芯32(该例为一个圆柱形磁芯)组成的组件30(图2中以剖面图形式表示)。该例中圆柱形磁芯32由其磁导率为150的NiZn一铁制成。直径为22mm、长度为80mm的圆柱形磁芯32沿组件30的纵轴33排列在导热体31的凹槽34内，该凹槽34也为圆柱形。导热体31的直径为28mm。导热体的凹槽34经均匀分布在周边上宽1为1mm的八个狭缝35a…h嵌入组件30的周边表面36上。图1中用虚线表示狭缝35b…d。导热体31的端部31a延伸过软磁材料的圆柱形磁芯32至合成树脂灯座15的端部15a，在端部15a设置有带螺孔37a、37b的凸缘法兰31b，用于将导热体32固定在散热器(未示出)上。圆柱形磁芯32具有直径为9mm的空腔38。在其延伸方向上，导热体31具有直径相等的空腔39。
在垂直于纵轴33的剖面II-II，组件30的周边长度为88mm(参见图2)。其中的导热体31占80mm，即超过一半，此处占周边的比值为0.91。导热体31和软磁材料的磁芯32在剖面II-II上分别有212mm2和317mm2的表面积。因此导热体31至少为由导热体31和一个或几个软磁材料磁芯32组成的组件30的总表面面积的四分之一，此处的比值为0.40。
图1和2所示本发明灯的实施例中，在放电室10的空腔11设有排气管12，排气管12在组件30的中心延伸，穿过软磁材料磁芯32中的空腔38进入导热体31端部31a的空腔39。
在所示实施例的变形例中，例如空腔11可以有在发光层17下的uv反射层或代替发光层17的uv反射层。
下面参照图3～5说明的灯，仅在所用的组件上不同于图1和2中的灯。
图3中以剖面形式示出本发明灯的第二实施例的组件。其中相应于图2中的那些部分被标以大于100的标号。所示的组件130包括直径为28mm的圆柱形导热体131。在导热体131的凹槽134的外间隔室134a…d中围绕纵轴133设置至少两个、在本实施例中为四个其直径为9mm的圆柱形软磁材料磁芯132a…d。在导热体131中的凹槽134还具有内装与放电室空腔相连的排气管的中心间隔室134m。外间隔室134a…d皆嵌入导热体131的周边表面136，占所示剖面上组件130的周边的比值共为0.20，这意味着导热体131占据一半以上的周边。导热体131在所示剖面上占导热体131和四个软磁材料磁芯132a…d的总表面积的四分之一以上，该例中比值为0.48。
在图4中，相应于图2中的那些部分被标以大于200的标号。图中所示的组件230的导热体231具有在纵轴233两侧横向分开形成的凹槽234a、234b。设置在凹槽234a、234b中的软磁材料磁芯232a、232b基本上为矩形截面。导热体231占据所示剖面上组件230周边的一半以上，此处的比值为0.68。导热体231占总表面积的比值为0.60，即超过四分之一。
为进行比较，图5示出了非本发明灯的组件剖面。图中相应于图2中的那些部分被标以大于300的标号。组件330具有被管状软磁材料磁芯332包围的导热体331，导热体331的内径为9mm、外径为19.8mm，磁芯332的内径为20mm、外径为28mm。导热体331在垂直于纵轴333的剖面上占据表面积的比值为0.45。然而，导热体331未构成组件330的周边表面336的一部分。
在随后的说明中分别用inv1、inv2和ref表示图2，3和5中的灯。
本发明者在实验中已发现：空腔中心的温度T1和与该位置相对的线圈绕组的温度T2在工作期间呈现为高的值。为了使灯获得长寿命，T1和T2必须分别低于300℃和260℃。下面是在180w的功率下灯稳定工作期间测得的灯“inv1”、“inv2”和“ref”的温度T1和T2。
    inv1     inv2     ref
    T1(℃)     283     286     297
    T2(℃)     239     247     263
本发明灯的绕组温度T2良好地保持在所要求的260℃以下。但在非本发明的灯“ref”中的温度T2超过了该值。此外，该灯中空腔壁的温度T1已快接近300℃的上限。
分别测得灯“inv1”、“inv2”和“ref”的发光效率为73.9、75.9和77.1lm/W。因而灯“inv1”和“inv2”的发光效率分别不超过4.2％和1.5％，低于灯“ref”的发光效率。这表明在灯的总功耗中涡流损失的比例保持足够低，有利于灯的有效工作。已发现由图3(“inv2”)和图4中的灯引起的磁干扰水平比图2(“inv1”)和图5(“ref”)中的灯引起的磁干扰水平约低0.5dB。
进一步的实验表明：在软磁材料和内部导热体之间的间隙小会使非本发明的灯“ref”的负载能力显著减小。另一方面，还发现：在本发明灯中导热体与软磁材料之间的间隙大小对灯的负载能力几乎没有任何影响。

Claims (6)

1.一种无电极低压放电灯，该灯配有以气密方式密封的放电室(10)，放电室(10)具有封闭放电空间的空腔(11)，放电室(10)中填充有可电离的填充物，在所述空腔(11)中装有线圈(20)和组件(30)，线圈(20)带有导电体绕组(21)，组件(30)由导热体(31)和一个或几个细长的软磁材料磁芯(32)组成，在导热体(31)的一个或几个凹槽(34)中沿组件(30)的纵轴(33)排列磁芯(32)，凹槽(34)嵌入组件(30)的周边表面(36)，其特征在于：导热体(31)在垂直纵向轴(33)的剖面中至少占据组件(30)周边的一半。
2.根据权利要求1所述的无电极低压放电灯，其特征在于：导热体(31)在所述剖面中至少占由导热体(31)和一个或几个软磁材料磁芯(32)组成的组件(30)的总表面面积的四分之一。
3.根据权利要求1或2所述的无电极低压放电灯，其特征在于：组件(130)至少包括两根软磁材料磁芯(132a…d)，该磁芯绕组件(130)的纵轴(133)排列在导热体(131)中。
4.根据权利要求3所述的无电极低压放电灯，其特征在于：导热体(231)在纵轴(233)的两侧有横向分开形成的凹槽(234a、234b)。
5.根据权利要求1或2所述的无电极低压放电灯，其特征在于：在放电室的空腔(11)设有沿组件(30)中心延伸的排气管(12)。
6.根据权利要求1或2所述的无电极低压放电灯，其特征在于：空腔(11)设有在所述放电室(10)的内表面上的uv反射层。
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