CN1278377C

CN1278377C - 无电极灯系统

Info

Publication number: CN1278377C
Application number: CNB031328717A
Authority: CN
Inventors: 崔畯植; 全容奭; 全孝植; 金贤正; 李禔永; 朴炳珠
Original assignee: LG Electronics Inc
Current assignee: LG Electronics Inc
Priority date: 2003-03-11
Filing date: 2003-07-24
Publication date: 2006-10-04
Anticipated expiration: 2023-07-24
Also published as: KR20040080297A; US20040178735A1; CN1531010A; EP1458011A2; US6979952B2; EP1458011B1; KR100464057B1; JP4220321B2; EP1458011A3; JP2004273412A; DE60329897D1

Abstract

在一种无电极灯系统中，根据本发明的一种无电极灯系统包括电磁波发生单元，用于产生电磁波；谐振单元，与电磁波发生单元相连，用于谐振电磁波发生单元产生的一定频率的电磁波；和发光单元，与谐振单元连接，以便利用谐振单元内形成的电场产生等离子体，从而发光；其中，谐振单元包括与电磁波发生单元连接的第一谐振单元，和与第一谐振单元垂直连接的第二谐振单元，该第二谐振单元与发光单元相连，并与第一谐振单元一起形成谐振空间，以便以一定频率进行谐振。

Description

无电极灯系统

技术领域

本发明涉及一种无电极灯系统。

背景技术

通常，无电极灯系统利用电场通过使填充在灯泡内的发光物质转换成等离子状态而持续发光，该电场由微波炉用的电磁波发生器(磁控管等)产生的电磁波形成。

由于一个无电极灯系统的光通量可相应于数个传统照明设备的光通量，该系统用于放在需要强光照明的场所，例如足球场、篮球场和道路(作为街灯)，和各种各样的应用领域。

但是，无电极灯系统需要附加单元，如冷却单元等，以便将其在工作过程中产生的热量排放出去，并且无电极灯系统的性能和寿命受到其结构的很大影响。

因此，无电极灯系统需要能够具有长寿命而且进行稳定工作的结构。另外，无电极灯系统还可能通过具有更适当的结构，而将其用于点光源或投影仪等。

发明内容

为满足上述需求，本发明的目的是通过两个垂直结合的谐振单元以形成电场，而提供具有改进性能和紧凑结构的无电极灯系统。

为实现上述目的，根据本发明的一种无电极灯系统包括电磁波发生单元，用于产生电磁波；谐振单元，与电磁波发生单元相连，用于谐振电磁波发生单元产生的一定频率的电磁波；和发光单元，与谐振单元连接，以便利用谐振单元内形成的电场产生等离子体，从而发光；其中，谐振单元包括与电磁波发生单元连接的第一谐振单元，和与第一谐振单元垂直连接的第二谐振单元，该第二谐振单元与发光单元相连，并与第一谐振单元一起形成谐振空间，以便以一定频率进行谐振。

附图简要说明

附图对本发明提供进一步的理解，并且构成说明书的一部分，图中示出本发明的实施例，并且与说明书一起解释本发明的原理。

在图中：

图1为示出本发明无电极灯系统的剖面图；

图2为沿图1中II-II线剖开的剖面图；

图3为示出图1中部分无电极灯系统的分解剖面图；

图4为示出将无电极灯系统的电磁波发生单元连接到第一谐振单元的连接部分的放大剖面图；

图5为图1中无电极灯系统的第一谐振单元和第二谐振单元内部导体中的组合结构第一实施例的立体图；

图6为图1中无电极灯系统的第一谐振单元和第二谐振单元内部导体中的组合结构第二实施例的立体图；

图7为图1中无电极灯系统的第一谐振单元和第二谐振单元内部导体中的组合结构第三实施例的立体图；

图8A为图1中无电极灯系统的阻抗匹配单元第一实施例的剖面图；

图8B为图1中无电极灯系统的阻抗匹配单元第一实施例的剖面图；

图9A为图1中无电极灯系统的发光单元与第一谐振单元的组合结构第一实施例的剖面图；

图9B为图1中无电极灯系统的发光单元与第一谐振单元的组合结构第二实施例的剖面图；

图10A为图1中无电极灯系统的照明促进单元第一实施例的剖面图；

图10B为图1中无电极灯系统的照明促进单元第二实施例的剖面图；

图10C为图1中无电极灯系统的照明促进单元第三实施例的剖面图；

图11A为图1中无电极灯系统的照明促进单元第四实施例的剖面图；

图11B为图1中无电极灯系统的照明促进单元第五实施例的剖面图；

图11C为图1中无电极灯系统的照明促进单元第六实施例的剖面图；

图12为示出填充在图1中无电极灯照明系统内谐振空间内的电介质材料的立体图；

图13为示出填充在图1中无电极灯照明系统内谐振空间内的电介质材料的剖面图；和

图14为示出图1中无电极灯照明系统的等效电路结构的电路图。

具体实施方式

下面，参照附图说明本发明的优选实施例。

如图1所示，根据本发明的无电极灯系统包括电磁波发生单元100，用于产生电磁波；谐振单元200，与电磁波发生单元100相连，用于谐振电磁波发生单元100产生的一定频率的电磁波；和发光单元300，与谐振单元200连接，以便利用谐振单元200内形成的电场产生等离子体，从而发光。

电磁波发生单元100作为磁控管用于产生电磁波，它与电源单元(未示出)连接，根据电源单元提供的电力产生电磁波，并且与谐振单元200相连，向谐振空间S内提供电磁波。

谐振单元200包括与电磁波发生单元100连接的第一谐振单元210；和与第一谐振单元210垂直连接的第二谐振单元220，该第二谐振单元220与发光单元300相连，并与第一谐振单元210一起形成谐振空间S，以便以一定频率进行谐振。

如图1所示，第一和第二谐振单元210、220的结构为具有同中心的内部和外部导体的同轴型波导，其分别包括内部导体211、221和与内部导体211、221同中心的外部导体212、222。

第一和第二谐振单元210、220的内部导体211、221可以为具有特定长度的杆，它们可具有不同的剖面形状，例如圆形、三角形、矩形和多边形等，但是，最好具有本发明优选实施例所示的圆形。

第一和第二谐振单元210、220的外部导体212、222与内部导体211、221的中心及内部导体211、221同中心，外部导体可具有不同的剖面形状，例如圆形、三角形、矩形和多边形等，但是，最好为圆形，即环形。

并且，第一和第二谐振单元210、220可以形成为分开的元件，也可以通过连接第二谐振单元220外周边上的特定点(本发明第二谐振单元220的中心)而形成一体，如图1-3所示。

在第一谐振单元210的外部导体212内，其一侧与电磁波发生单元100的出口110连接，另一侧与圆形的第二谐振单元220连接。并且，在第二谐振单元220的外部导体222内，其一侧封闭，另一侧具有开口230，从而与柱形发光单元300的反射器体320结合。

如图1所示，在第一谐振单元210的内部导体211内，其一侧与电磁波发生单元100的出口110结合，以便接收电磁波，另一侧伸入第二谐振单元220内，以便与第二谐振单元220的内部导体221结合。

在第二谐振单元220的内部导体221内，其一侧与外部导体222的密封内壁结合，另一侧向发光单元300延伸并与固定件311固定结合，用于固定发光单元300的灯泡单元310。

如图5-7所示，第一和第二谐振单元210、220的内部导体211、221可具有不同的形状，在图5所示第一实施例中，在第一谐振单元210的内部导体211上形成螺栓部分213，在第二谐振单元220的内部导体221上形成内螺纹部分223，因此二者可以螺纹接合。

此外，在图6所示第二实施例中，第一和第二谐振单元210、220的内部导体211、221可以通过销214彼此接合，该销在第一谐振单元210的内部导体211的一端延伸形成，并且在第二谐振单元220的内部导体221上形成销接收部分224，以便接收销214。

此外，在图7所示第三实施例中，第一和第二谐振单元210、220的内部导体211、221可以通过形成连接部分215而彼此接合，该连接部分215具有位于第一谐振单元210的内部导体211一端上的通孔216，以便接收第二谐振单元220的内部导体221。这里，连接部分215的外径大于第二谐振单元220的内部导体221的外径，其可用于调节系统的匹配阻抗。

同时，谐振单元200还进一步包括阻抗匹配单元，用于实行系统的阻抗匹配。

如图7或8A所示，通过沿垂直方向，增大第一和第二谐振单元210、220的内部导体211、221中至少一个的部分横截面面积，形成阻抗匹配单元，该阻抗匹配单元构成短管241。

另外，如图8B所示，通过使第一和第二谐振单元210、220的外部导体212、222中至少一个的部分内表面向中心突出，而形成阻抗匹配单元，该阻抗匹配单元构成短管242。

并且，短管241、242可具有圆柱形形状，以便在长度方向与第一和第二谐振单元210、220的外部导体212、222的部分内周边接触，在第一谐振单元210的外部导体212的那周边上形成和与之接合的短管242可以为至少一个块形结构(未示出)。特别是，如图1-3所示，优选在第一和第二谐振单元210、220的连接部分上形成短管241，以便使阻抗匹配效果最大化。

并且，为进行小量调节，阻抗匹配单元240可以与第一谐振单元210或第二谐振单元220在长度方向上可移动地接合，当其与外部导体212、222的内周边接合时，在外部导体212、222的内周边上形成内螺纹部分，在短管241的外周边上形成螺栓部分，因此，短管240可以与第外部导体212、222在长度方向上可移动地接合。

同时，通过调节第一和第二谐振单元210、220的设计值(外部导体212、222的内径、内部导体211、221的外径、短管241、242和代表内部装置的阻抗，等)，在一定的阻抗下进行谐振和阻抗匹配，以产生最适宜的光通量。通过使用图14所示的等效电路图可以获得这些设计值。

发光单元300包括灯泡单元310，其中充填有发光物质，通过利用电场形成等离子体而产生光线。

通常，灯泡单元310由具有良好光线输送能力和极低电介质损失的物质制成，例如石英等，并为圆形或球形。在灯泡单元310内充填有通过在工作中形成等离子体而发光的金属物质，硫、硒等卤化物发光材料，氩、氙、氪等惰性气体，及汞等促进放电材料，该放电材料通过帮助已产生的光线早期放电或调节光谱等而促进发光。

发光单元300还包括反射器320，其与第二谐振单元220的开口相接合，发射发光单元300内产生的光线。

反射器320与第二谐振单元220的端部接合，向第二谐振单元220的内表面凹陷，可以根据使用状态形成不同的形状。特别是，反射器可以具有不同的曲面，以便使灯泡单元310产生的光线朝向特定方向。例如，如图1-3所示，发射器可以具有抛物线的曲率半径，该抛物线以灯泡单元310作为焦点，以便使灯泡单元310产生的光线直线传播。并且，反射器320由电介质材料制成(介质镜)，例如可以反光的石英或氧化铝，并且具有高耐热性，电磁波可以自由地从谐振空间S向灯泡单元310移动。

并且在灯泡单元310内，形成固定件330，在反射器320的中心形成固定凹槽321，以便接收固定件330，并且插入固定凹槽321内的固定件330与第二谐振单元220的内部导体221接合。

固定件330的制造材料与灯泡单元310的材料相同。并且，如图9A所示，固定件330与内部导体221通过固定销331相连接，该固定销的端部分别插入插入孔221a和固定件330中，所述插入孔221a在第二谐振单元220的内部导体221的一端形成。或者，如图9B所示，通过连接件332，固定件330与第二谐振单元220的内部导体221的一端接合，该连接件接收固定件330的一端和第二谐振单元220的内部导体221的另一端。

同时，根据使用情况，灯泡单元310的尺寸可以减小，还可以进一步包括照明促进单元340以提高早期照明性能。

如图10A所示，照明促进单元340的结构可以是沿第二谐振单元220的轴向，固定安装在灯泡单元310的固定件330上的第一导体341。

如图10A-10C所示，部分第一导体341可以在内部向灯泡单元310的内部空间突出，或置于灯泡单元310和固定件330的内部，第一导体341的一端可以与第二谐振单元220的内部导体221通过传导件343连接。

另外，如图11A-11C所示，照明促进单元340可以进一步包括第二导体342，其与灯泡单元310底座上的第一导体341相对设置。特别是，当两个第一导体341和第二导体342都是尖的时，由于不易将它们以第二谐振单元220的内部导体221的轴线为中心进行布置，如图11B所示，第一导体341的端部是平的，而第二导体342的端部是尖的。

最好形成第二导体342，以便于将其置于灯泡单元310的外覆盖件的内部，并且与第一导体341类似，第二导体可以凸向灯泡单元310的内部空间。

并且，如图11C所示，第二导体342可以伸到覆盖件350的内表面，并且与之接合，当利用导电材料对覆盖件350的内表面进行丝网涂覆或该元件就是由丝网本身制成时，这是特别有效的。

如图1所示，反射器320具有开口321，如图12所示，开口321还包括覆盖件350，以防止不洁物进入或提供光学性能等，或防止电磁波泄漏。

覆盖件350的结构为用于提高光学性能的过滤器，或导电金属丝网或丝网涂覆有导电金属材料的透明材料或是透明的导电膜等，以防止电磁波泄漏。

在根据本发明的无电极灯系统中，其将用于投影仪小光源，提供一种减小尺寸的装置，如图13所示，在谐振单元200内，即，第一和第二谐振单元210、220内，可充填低电介质损耗的材料，如氧化铝或特富龙(teflon)等。在这种情况下，可利用小尺寸的谐振单元200进行工作。并且，通过将反射器320作为反光并同时通过电磁波的反射表面325，无需安装另外的部件，可简化总体结构。

另外，为使总尺寸最小化，如图1所示，可以在电磁波发生单元100和第一谐振单元210的内部导体211之间另外安装连接件111，以减小电磁波发生单元100的出口110。另外，连接件111可以减小电磁波发生单元100和第一谐振单元210之间的阻抗间断。

在根据本发明的无电极灯系统中，当电磁波发生单元100的出口110的外径为“a”，第一谐振单元210的外部导体212的内径为“b”时，优选满足公式1/12＜a/b＜1/8。

图14示出根据本发明的无电极灯系统的等效电路图。在图14中，Z0为第一谐振单元210的阻抗，T1为有关第一和第二谐振单元210、220之间的连接部分(包括短管240)的参数，Z1为从第二谐振单元220的内部导体221的一端到第一谐振单元210的内部导体211与第二谐振单元220的内部导体221之间的连接部分的第二谐振单元220的阻抗，Z2为从第一谐振单元210的内部导体211与第二谐振单元220的内部导体221之间的连接部分到发光单元300的阻抗，T2为有关第二谐振单元220的内部导体221与发光单元300之间的连接部分的参数，Z3为照明促进单元340的阻抗，R为灯泡单元310。

在根据本发明的无电极灯系统中，其如此构造，即，在正常操作基础上，通过调节内部结构部件的值，可以在发光单元300的灯泡单元310内消耗所有能量，可以防止电磁波向外泄漏并获得最佳效率。

现在，详细描述根据本发明的无电极灯系统的操作。

首先，利用外部电源(未示出)提供的电能，电磁波发生单元100产生具有预定频率的电磁波，将产生的电磁波传送到谐振单元200。在第一和第二谐振单元210、220内将传送到的电磁波进行谐振，再将电磁波传送到发光单元300，发光单元300的灯泡单元310内充填的发光材料在电场的作用下转变成等离子体，所述电场由电磁波形成，从而产生光线，再沿着反射器的外形输送产生的光线。

这里，利用安装在灯泡单元310内的照明促进单元340，内部空间较小的灯泡单元310可以在较短时间内发光。并且，在第一和第二谐振单元210、220内，通过适当调节内部导体211、221和外部导体212、222的内径和外径，可以具有与阻抗匹配的结构，该阻抗对应于操作电磁波的频率，因此提高操作效率。

另外，在谐振空间S内，通过在第一和第二谐振单元210、220的连接部分上安装短管240，可以理顺电磁波流，因此能提高系统效率。

另外，通过适当调节电磁波发生单元100的出口110的直径，可以减小有关第一谐振单元210的内部导体211的电阻，据此能量输送效率提高，因此可能提高发光强度并简化短管240的结构。

另外，通过在谐振单元200的谐振空间S内填充低介电损耗的材料，如特富龙或氧化铝，由于电磁波的损耗极大减小，可以提高效率，因此无电极灯系统的尺寸也可减小。

在谐振单元200内，通过安装内部导体211、221以将电磁波发生单元100内产生的电磁波引导至谐振单元200，从而以直角穿行，可以获得缩小的无电极灯系统。

另外，通过改变第一和第二谐振单元210、220的尺寸，可以通过阻抗匹配来调节谐振频率，并且因此稳定无电极灯系统的明亮度。另外，通过减小无电极灯系统的尺寸，可以将其用于投影仪等的光源。

Claims

1.一种无电极灯系统，包括：

电磁波发生单元，用于产生电磁波；

谐振单元，与电磁波发生单元相连，用于谐振电磁波发生单元产生的一定频率的电磁波；和

发光单元，与谐振单元连接，以便利用谐振单元内形成的电场产生等离子体，从而发光；

其中，谐振单元包括与电磁波发生单元连接的第一谐振单元，和与第一谐振单元垂直连接的第二谐振单元，该第二谐振单元与发光单元相连，并与第一谐振单元一起形成谐振空间，以便以一定频率进行谐振。

2.如权利要求1所述的无电极灯系统，其中，第一和第二谐振单元分别包括内部导体和外部导体，所述外部导体与内部导体具有相同的中心。

3.如权利要求2所述的无电极灯系统，其中，第一和第二谐振单元的内部导体彼此连接。

4.如权利要求3所述的无电极灯系统，其中，通过螺纹接合，第一和第二谐振单元的内部导体彼此连接。

5.如权利要求3所述的无电极灯系统，其中，通过将第一谐振单元的内部导体插入到形成于第二谐振单元内部导体上的插入槽内，第一和第二谐振单元的内部导体彼此连接。

6.如权利要求3所述的无电极灯系统，其中，通过将第二谐振单元的内部导体插入到连接部分的通孔内，第二谐振单元的内部导体与第一谐振单元的内部导体彼此连接，所述连接部分与第一谐振单元内部导体上的一端连接。

7.如权利要求1或2所述的无电极灯系统，其中，谐振单元还包括阻抗匹配单元，用于进行阻抗匹配。

8.如权利要求7所述的无电极灯系统，其中，阻抗匹配单元安装在第一和第二谐振单元的连接部分上。

9.如权利要求7所述的无电极灯系统，其中，阻抗匹配单元与第一谐振单元的外部导体的内周边相连，从而可以沿第一谐振单元的长度方向移动。

10.如权利要求7所述的无电极灯系统，其中阻抗匹配单元为圆柱形，与第一谐振单元的外部导体的内周边螺纹连接。

11.如权利要求1或2所述的无电极灯系统，其中，在谐振单元的谐振空间内充填有电介质材料。

12.如权利要求1或2所述的无电极灯系统，其中，第二谐振单元为圆柱形，其中，在其一侧形成开孔，发光单元与该开孔连接。

13.如权利要求12所述的无电极灯系统，其中，发光单元包括：

灯泡单元，其中充填有发光材料，所述材料在电场的作用下通过形成等离子体，而产生光线。

14.如权利要求13所述的无电极灯系统，其中，发光单元还包括：

反射器，与第二谐振单元连接，以便反射在发光单元内产生的光线。

15.如权利要求14所述的无电极灯系统，其中，第一和第二谐振单元分别包括外部导体，所述外部导体与内部导体具有相同的中心。

16.如权利要求14所述的无电极灯系统，其中，反射器还包括覆盖件，以覆盖形成在反射器上的开口。

17.如权利要求16所述的无电极灯系统，其中，覆盖件为过滤件，用于提高光学性能。

18.如权利要求16所述的无电极灯系统，其中，覆盖件为丝网，用于防止电磁波从第二谐振单元泄漏出去。

19.如权利要求16所述的无电极灯系统，其中，覆盖件为透过光线的透明材料，其内表面或外表面涂覆有丝网，以防止电磁波泄漏。

20.如权利要求15所述的无电极灯系统，其中，灯泡单元还包括照明促进单元，用于激活早期照明。

21.如权利要求20所述的无电极灯系统，其中，在灯泡单元上固定有固定件，照明促进单元为第一导体，沿第二谐振单元的轴向，固定安装在所述固定件上。

22.如权利要求21所述的无电极灯系统，其中，第一导体放置在固定件中。

23.如权利要求21所述的无电极灯系统，其中，第一导体的一部分向灯泡单元的内部空间突出。

24.如权利要求21所述的无电极灯系统，其中，第一导体的一端为尖的。

25.如权利要求21所述的无电极灯系统，其中，通过传导件，第一导体与第二谐振单元的内部导体连接。

26.如权利要求21所述的无电极灯系统，其中，照明促进单元还包括第二导体，以灯泡单元为基础，第二导体与第一导体相对安装。

27.如权利要求26所述的无电极灯系统，其中，反射器形成有将其覆盖的覆盖件，通过传导件，第二导体与覆盖件相连。

28.如权利要求26所述的无电极灯系统，其中，灯泡单元形成有外覆盖件，第二导体放置在所述外覆盖件内。

29.如权利要求26所述的无电极灯系统，其中，第一导体具有平端，第二导体具有尖端。

30.如权利要求20所述的无电极灯系统，其中，照明促进单元还包括第二导体，以灯泡单元为基础，第二导体与第二谐振单元相对安装。

31.如权利要求1所述的无电极灯系统，还包括：

连接件，用于减小电磁波发生单元和第一谐振单元之间的阻抗中断。

32.如权利要求1所述的无电极灯系统，其中，当电磁波发生单元的出口的外径为a，第一谐振单元的外部导体的内径为b时，所述无电极灯系统满足公式1/12＜a/b＜1/8。