CN1386392A - 无电极放电灯 - Google Patents

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Abstract

一种无电极放电灯100,包括:其中充满放电气体的外壳1;磁心5;绕制在该磁心5上的线圈4,用于在该外壳1内产生电磁场;由磁性材料制成的磁性装置6,它被磁耦合到该磁心5;热传导散热装置12和13;及被热耦合到该磁心5和该散热装置12的热传送装置11,用于将该磁心5中产生的热量传送到该散热装置12。该磁性装置6基本上分隔包括该散热装置12和13及该磁心5的一个凸形壳体,使得该散热装置12和13及该磁心5被该磁性装置6分离。

Description

无电极放电灯
技术领域
本发明涉及一种电灯，更具体地说，是涉及一种无电极放电灯，它在低压和中压下工作在高于20kHz的频率。
背景技术
近来，无电极荧光灯已被用于室内照明。这种灯的优点在于，与采用热灯丝的常规小型荧光灯相比，它们的工作寿命较长。在一外壳中由感应线圈产生RF电场，该电场产生的感应耦合等离子体产生可见光。
一种已知的小型无电极荧光灯“Genura”(通用电器公司)是工作在2.65MHz的射频，并采用具有铁氧体磁心的感应线圈，该线圈被插入在形成于外壳中的凹状空腔内。Genura是作为白炽灯的替代品被上市销售的，及被指示具有以23W的RF功率的1100流明(lumen)光输出，工作寿命为15000小时。Genura灯的缺点是它的初始成本高，直径较大(80mm)，这比具有1500流明光输出的100W白炽灯的直径(60mm)更大。后一缺点对灯使用的条件加上某些限制。另外，该灯具有内部反射镜，因此只可以被用于凹入的灯保持固定装置，用于向下照明的应用装置。
Genura灯的高初始成本是由于它的驱动电路成本高，这是因为驱动电路是工作在2.65MHz的频率，因此必须包括专门的电路以阻止电磁干扰。因此，希望采用近似100kHz的低频以减小初始灯成本。另外，需要比Genura灯更小的小型无电极荧光灯，即，具有类似白炽灯的形状并具有60mm的直径的无电极荧光灯，它可被用于常规固定装置中而实现向上和向下照明应用装置。
在申请号为09/435960的美国专利申请中(名称为“高频无电极小型荧光灯”，申请人为Chandler等人并转让给与本申请的受让人相同的受让人，该申请是本申请要求优先权所基于的申请)，其中公开了一种小型无电极荧光灯，它工作在从50kHz到500kHz的较“低”频率。这种灯采用铁氧体磁心和薄铁氧体盘并附着在该铁氧体磁心的底部。铁氧体磁心和铁氧体盘都是由锰锌材料制成。多股绝缘绞合线(李兹线)被用于感应线圈，该线圈在以两层环绕该铁氧体磁心而绕制的。
在上述申请中描述了两种冷却结构，用于去除工作期间铁氧体磁心产生的热量。第一种结构包括在该铁氧体磁心内的铜管，它沿着灯座向下突出到爱迪生式(螺口)插座灯头(socket cup)，并被焊接到该爱迪生式插座灯头中的铜柱上。这种结构形成热量从铁氧体磁心到爱迪生式插座灯头、然后到灯保持固定装置的传送。然而，这种方法有两个缺点。在很多应用装置中，爱迪生式插座灯头与该固定装置没有良好的热接触。结果，它们之间的热传导率较低，因此，铁氧体磁心材料工作温度被增大到高于居里点的值。第二个缺点是在基座中心的金属(或陶瓷)冷却管的位置，沿着它的轴，这使得难以将驱动电子线路放置在该基座内。
在这个申请中提到的第二种结构包括在该铁氧体磁心内的金属管和一种陶瓷结构，该结构被热连接到该金属管。该陶瓷结构为“裙”形，并通过对流将热量从铁氧体磁心传送到空气中。
这两种冷却结构在工作期间提供的铁氧体磁心温度是可接受的，即，低于铁氧体材料居里点220℃的温度，以及在灯座内足够低的温度(低于100℃)，当该灯工作在无灯保持固定装置及在25℃的环境温度下时。然而，当灯被插入到具有增大环境温度到50-60℃之效果的灯保持固定装置中时，铁氧体磁心的温度到达或超过220℃，上述结构中没有一个会经常提供所需要的工作温度。因此，需要有更有效的冷却结构，用于使这些灯在保持固定装置中可靠的工作。
而且，采用陶瓷(氧化铝)材料结构的成本较高，使得灯的初始成本可能高得令人难以接受。令人满意的是采用成本低于氧化铝、又具有相同(或更高)的热传导率的材料，以减少灯冷却结构的初始成本，从而减少整个灯系统的初始成本。
考虑到上述问题而构想本发明，本发明的目的是实现一种结构，用于以低成本有效地冷却无电极放电灯的磁心。
发明内容
本发明的一种无电极放电灯包括：充满放电气体的外壳；磁心；绕制在该磁心上的线圈，用于在该外壳内产生电磁场；由磁性材料制成的磁性装置，它被磁耦合到该磁心；热传导散热装置；及被热耦合到该磁心和该散热装置的热传送装置，用于将该磁心中产生的热量传送到该散热装置，其中，该磁性装置基本上分隔由该散热装置和该磁心限定的一个凸形壳体，使得该散热装置和该磁心被该磁性装置分离，由此可以实现上述的目的。
该磁性装置可包括由铁氧体制成的盘。
该散热装置可包括：一个盘部分，其中心部分被热耦合到该热传送装置；及被热耦合到该盘部分之外围的一个圆柱部分。
该热传送装置和散热装置可以是由铜和铝之至少一种材料制成。
该放电气体可包括惰性气体和金属蒸气之至少一种。
该无电极放电灯还可包括一个驱动电路，用于通过允许电流流过该线圈来驱动该无电极放电灯。
该驱动电路可包括至少一个发热元件，该发热元件在该无电极放电灯的工作期间产生热量；该无电极放电灯可包括被热耦合到该至少一个发热元件的元件冷却装置，用于从该至少一个发热元件去除该至少一个发热元件所产生的热量。
该元件冷却装置可以具有散热片。
该无电极放电灯还可包括一个插座灯头，用于接收提供给该驱动电路的电流，其中，该元件冷却装置被热耦合到该插座灯头。
该元件冷却装置与该散热装置可以是热隔离的。
该散热装置可以具有散热片。
该外壳可以具有凹状空腔，该线圈可被放置在该凹状空腔内。
本发明的一种无电极放电灯包括：充满放电气体的外壳；用于在该外壳内产生电磁场的线圈；由磁性材料制成的磁场控制(manipulation)结构，与该线圈相邻；及热传导一次冷却结构，与该磁场控制结构相邻，以便与该线圈分离并基本上被设置在分流面(shunting surface)外围，由此可以实现上述目的。
本发明包括一种无电极放电灯，它包括一个透明外壳，其中含有充入的惰性气体或可蒸发的金属，如汞(放电气体)。由一个驱动电路控制一个感应线圈，如由绞合线构成的线圈，该线圈被放置在该外壳中的凹状空腔之内部。被设置在与该外壳相邻的磁场控制结构可包括一个铁氧体盘和一个圆柱形磁心，该铁氧体盘是一个盘状基座。该磁场控制结构可以是由铁氧体材料制成。该铁氧体盘的表面被称为分流面。热电传导一次冷却结构(散热装置和热传送装置)被设置在与该磁场控制结构相邻的位置，以在该分流面外围内延伸并与该感应线圈相分离。该一次冷却结构可包括一个热传导管，如一个管子(例如是由铜制成的)，它被放置于该空腔之内部，该空腔在该圆柱形磁心内延伸，及可具有设置在其中的带散热片的耗散器。
本发明的无电极放电灯可进一步包含有一个元件冷却结构作为二次冷却结构。设置这个二次冷却结构以便至少部分包围与该感应线圈连接的驱动电路。这个元件冷却结构与该一次冷却结构相分离。
附图简述
图1是根据本发明之实施例的无电极荧光灯100的剖面示意图，它具有铁氧体工作结构和用于该铁氧体工作结构的一次冷却结构；
图2(a)示出在线圈/铁氧体/一次冷却结构周围的磁场的状态，其中，铁氧体盘6的外径D2大于板12或圆柱部分13的外径D1；图2(b)示出在线圈/铁氧体/一次冷却结构周围的磁场的状态，其中，铁氧体盘6的外径D2小于板12或圆柱部分13的外径D1；
图3示出散热装置、磁心5和铁氧体盘6的位置关系；
图4示出无电极荧光灯200的剖面示意图，该无电极荧光灯是本发明之实施例的一种变化，具有磁场控制结构和用于该磁场控制结构的增强冷却结构；
图5示出本发明的无电极荧光灯300的剖面示意图，该无电极荧光灯具有磁场控制结构、用于该磁场控制结构的一次冷却结构、及用于驱动电路的二次冷却结构；
图6示出用于驱动电路的一种可替换的二次冷却结构的剖面示意图；
图7是表示灯之部分在工作期间的启动温度的图；
图8是表示感应线圈的品质因数和频率之间的关系的图。
图1示出根据本发明的无电极荧光灯100的剖面图。参照图1，由玻璃制成的透明球状外壳1具有凹状空腔2和排气细管(tubulation)3，该管位于基本上径向对称的轴上的空腔2内。由多股绝缘绞合线(李兹线)制成线圈4(感应线圈)，该线圈绕制在由磁性材料制成的磁心上，该磁心为圆柱形。李兹线可以具有40至150股，每一股的直径是#40，匝数是40至80。在一优选的实施例中，线的股数是60，匝数是65。这根线一般可以承受的最大温度是200℃。
磁心5是由锰锌(MnZn)材料制成的。磁心5和线圈4被设置在空腔2内。形成磁心5的铁氧体材料的居里点一般为220℃。磁心5的外径一般约为15mm，其高度一般约为55mm。具有中心开口的薄铁氧体盘6一般也是由如锰锌材料(尽管可以采用不同的铁氧体材料)的磁性材料制成，并被紧靠着磁心5放置，以便提供基本上连续的磁性材料通道，或者它们在一起形成为单个整体的铁氧体材料结构。即，铁氧体盘6被磁耦合到磁心5。在此，“铁氧体盘6被磁耦合到磁心5”的含义是，磁心5和铁氧体盘6的放置方式使得磁通量通过磁心5和铁氧体盘6之一而到磁心5和铁氧体盘6之另一个。不必要求磁心5与铁氧体盘6相接触。
当电流流过线圈4时，在外壳1中产生磁场(电磁场)。
在一个优选实施例中，铁氧体盘6的直径约为50mm，其厚度约为1.0mm。具有圆盘形状的铁氧体盘6是由磁性材料制成的，因此它集中和定向(即控制)在工作期间在线圈4和磁心5中产生的磁场。这样，铁氧体盘6起着磁性装置的作用，用于使磁场(电磁场)变形。如上所详细描述的那样，这些磁场被变形为一个形状，使得这些磁场避开(即，被分流离开)由铜制成的一次冷却结构的散热装置并被置于其下方。
结果，减少了由于涡流导致的一次冷却结构中的功率损耗，提高了该线圈在工作期间的品质因数。
惰性气体(氩、氪或类似气体)填充是在0.1托(torr)到5托(13.3帕到665帕)的压力范围内。汞蒸气压力(约为6mtorr，798mPa)是由位于冷点的汞滴的温度来控制的，该冷点位于外壳1之顶部的凸起部7的内表面上。外壳1和空腔2的内壁上涂覆有保护涂层8(氧化铝或类似物)和荧光粉9，它们在图1中只是示出局部及示意性示出。空腔2的内壁进一步涂覆有反射涂层10，它被设置在外壳1的底部的外壁上。
在图1的实施例中，一次冷却组件一般是由铜制成，包括相互结合的三个部分：设置在磁心5的内部开口中的管子(热传送装置)11；具有允许管子11通过其中的中心开口的板(散热装置的盘部分)12；及散热装置的圆柱部分13，它位于板12的外围。在这个实施例中，板12具有圆盘的形状，它的直径一般小于铁氧体盘6的直径，它的厚度一般约为2mm。磁心5和铁氧体盘6的内部开口的大小相同，都足够容纳管子11通过其中。这个一次冷却结构可以由别的热传导材料制成，例如铝。铜和铝都比氧化铝便宜。因此，当一次冷却结构是由铜和铝之至少一种制成时，可以降低该无电极荧光灯100的成本。注意，一次冷却结构可以由不锈钢、黄铜等、以及铜和铝制成。
管子11、板12和圆柱部分13都是由热传导材料制成。管子11被热耦合到磁心5。这里，“管子11被热耦合到磁心5”的含义是，磁心5和管子11所处的位置使得热量在它们之间传送。不必要求磁心5与管子11相接触。管子11和板12相互热连接，板12和圆柱部分13也相互热连接。例如，板12的中心部分被热连接到管子11。
通过管子11的热传导，由磁心5在无电极荧光灯100之工作期间产生的热量被传送至板12和圆柱部分13，被传送至板12和圆柱部分13的热量从板12和圆柱部分13的表面散发到空气中。这样，板12和圆柱部分13就起着散热装置的作用，管子11起着传送装置的作用，用于将由磁心5产生的热量传送到该散热装置。
由铁氧体盘6(磁性装置)将该散热装置与磁心5分离。
圆柱部分13可以是一个正圆柱形或是略呈圆锥形。在一个优选实施例中，圆柱部分13是一个正圆柱形，一般具有约45mm的外径和约15mm的长度。板12和圆柱部分13的外径(都等于D1)小于外径D2，即铁氧体盘6的外围，沿铁氧体盘6的外沿剩下外围区域101，板12和圆柱部分13未延伸到该区域。结果，由线圈4、磁心5和铁氧体盘6在工作期间产生的磁场、以及穿透板12和圆柱部分13的磁场被大大减小，由这些磁场在其中产生涡流并因此导致其中的功率损耗，由此使得线圈4的品质因数被提高，并改善了发光功率效率。圆柱部分13的壁厚度可以是0.2mm至5mm。在一优选实施例中，圆柱部分13的壁厚度是1.5mm。
图2(a)示出在线圈/铁氧体/一次冷却结构周围的磁场的状态，其中，铁氧体盘6的外径D2大于板12或圆柱部分13的外径D1。在这种情况下，磁通250基本上不穿透板12或圆柱部分13。
图2(b)示出在线圈/铁氧体/一次冷却结构周围的磁场的状态，其中，铁氧体盘6的外径D2小于板12或圆柱部分13的外径D1。在这种情况下，磁通250在外壳1之外穿透板12或圆柱部分13的一部分(部分251)。
因此，当铁氧体盘6的外径D2大于板12或圆柱部分13的外径D1时，磁通250被阻止穿透板12或圆柱部分13。结果，可以获得以下优点(1)-(3)。
(1)在板12和圆柱部分13中基本上不产生涡流，线圈/铁氧体/一次冷却结构的品质因数变得较高。结果，提高了无电极荧光灯100的发光效率。在此，线圈/铁氧体/一次冷却结构的品质因数被定义为由线圈4、磁心5、铁氧体盘6、散热装置(板12和圆柱部分13)和热传送装置(管子11)所实现的总的品质因数。
(2)由于板12和圆柱部分13不被涡流加热，板12和圆柱部分13作为散热装置的功能被改善。结果，可以减小磁心5的温度。
(3)即使当板12和圆柱部分13是由有传导性的材料制成时，在板12和圆柱部分13中基本上没有涡流产生。因此，选择板12和圆柱部分13的材料的自由度被提高了。结果，可以减小无电极荧光灯100的成本。
阻止磁通250穿透散热装置(板12和圆柱部分13)的条件是，铁氧体盘6(磁性装置)基本上分隔一个凸形壳体，该壳体是磁心5和散热装置限定的，这使得散热装置和磁心5被铁氧体盘6分离。在此，一个空间中的任何两点之间的线段总是被包含在该空间中，则该空间被称为“凸形空间”。由磁心5和散热装置限定的凸形壳体是包含磁心5和散热装置的可能的凸形空间中的最小一个。
图3示出散热装置、磁心5和铁氧体盘6的位置关系。凸形壳体1201包括磁心5和散热装置1213(板12和圆柱部分13)。凸形壳体1201是被虚拟限定的。即，实际的无电极荧光灯并不包括该凸形壳体1201作为其中的一个部件。
根据上述对凸形壳体的定义，在磁心5的任何点和散热装置1213的任何点之间的线段永远不会延伸到凸形壳体1201之外。当铁氧体盘6(磁性装置)分隔凸形壳体1201时，使得该铁氧体盘6分离磁心5和散热装置1213，在磁心5和散热装置1213之间的任何线段穿过铁氧体盘6。
铁氧体盘6由磁性材料制成，并被磁耦合到磁心5，使得几乎所有从磁心5离开的磁通到达并进入铁氧体盘6而不通过散热装置1213。因此，从磁心5离开的磁通偏离散热装置1213，因此不容易通过散热装置1213。
在图3所示的示例中，铁氧体盘6具有中心开口1214，因此并未完全分隔凸形壳体1201。即，凸形壳体1201的部分1211和部分1212在中心开口1214处相互连接。然而，中心开口1214的面积较小，使得通过铁氧体盘6并到达散热装置1213的磁通很小。因此，在散热装置1213中导致的涡流也很小。因此，定义“铁氧体盘6基本上分隔凸形壳体1201”可以包括以下位置关系(1)和(2)：
(1)铁氧体盘6和凸形壳体1201具有的位置关系，使得凸形壳体1201被铁氧体盘6分隔；及
(2)铁氧体盘6和凸形壳体1201具有的位置关系，使得凸形壳体1201未被铁氧体盘6完全分隔。尽管凸形壳体1201在其一部分未被分隔，由通过该部分并到达散热装置1213的磁通量导致的涡流非常小，使得由涡流导致的散热装置1213的发热并未使散热装置1213用于从热传送装置散发热量的功能退化。
在图1所示的示例中，铁氧体盘6被设置在板12的附近，当铁氧体盘6具有沿其外围的外围区域101时，铁氧体盘6基本上分隔凸形壳体1201。
塑性材料的外壳14形成灯座，并与外壳1的底部和爱迪生式插座灯头15相连。包括驱动电子电路和阻抗匹配网络的印制电路(PC)板16被放置在外壳14内。驱动电子电路和阻抗匹配网络之整体起着驱动电路的作用，通过允许电流流过线圈4来驱动无电极荧光灯100。当无电极荧光灯100包括这样一个驱动电路时，上述的一次冷却结构是特别有利的。其原因被解释如下。当无电极荧光灯100包括一个驱动电路时，在很多情况下，无电极荧光灯100被插入在一个灯保持固定装置，当它被用时作为白炽灯的替代物。即使当无电极荧光灯100以这种方式被使用时，依靠该一次冷却结构的有效的冷却功能，可以维持磁心5的温度等于或低于该居里点。
在上述示例中，板12和铁氧体盘6都具有圆盘的形状，但是板12和铁氧体盘6的形状并不局限于此。例如，板12和铁氧体盘6之每一个可具有多边形。
散热装置包括板12和圆柱部分13，但是该散热装置的结构并不限于此。例如，该散热装置可以没有圆柱部分13。本发明可被适用于根据与以上所述相似的原理的任何结构，只要由铁氧体盘6(磁性装置)将散热装置与磁心5分离，铁氧体盘6基本上分隔由磁心5和散热装置限定的凸形壳体。
在图1所示的无电极荧光灯100中，板12和圆柱部分13被设置在外壳14内。在该灯座内的主电源，即在该灯座内的主电源互连(驱动电路)，被提供标准的交流电，该交流电是来自通过灯保持固定装置的标准交流电压，该灯保持固定装置在应用期间经爱迪生式插座灯头保持该灯。
图4示出无电极荧光灯200的剖面示意图，该无电极荧光灯是本发明之上述实施例的一种变化。在图4中，同样的元件采用图1中所用的同样的参考编号表示。
球形外壳1、空腔2、线圈4、磁心5和铁氧体盘6与图1所示的无电极荧光灯100中的元件相同。在此实施例中的一次冷却结构仍由铜制成，它包括管子11、板12、圆柱部分13和盘形耗散器(dissipater)12a。该盘形耗散器12a具有一个中心开口，在该开口处，盘形耗散器12a被连接在管子11上，在其下盘表面则被连接于板12。盘形耗散器12a具有散热片(fin)，它有助于通过对流或传导、或通过这两者来冷却该一次冷却结构，并因此有助于冷却磁心5。
因此，板12具有散热片，因而板12作为散热装置的功能被增强。
磁心5在工作期间所吸收的热量被管子11去除，并通过传导被传送到板12和耗散器12a。该热量的一部分被耗散器12a耗散，其余部分被改道传至圆柱部分13。在圆柱部分13中，该热量通过对流被扩散到周围的空气中。结果，由于有一次冷却结构，磁心5和其上设置有驱动电路元件的印制电路(PC)板16的工作温度基本上被维持在较低的温度，这些温度要比没有该结构时要低。
无电极荧光灯100和200向磁心5提供较低的工作温度(低于居里点)。然而，图1和图4所示的结构未充分降低该驱动电路的电路元件(即电解电容器17)的温度，该电路对高温是最敏感的。的确，被传送到铁氧体盘6和圆柱部分13的一部分热量到达PC板16，并因此到达包括电容器17的驱动电路的元件。为了减低电容器17的温度，还可以提供两个另外的装置。
图5示出无电极荧光灯300的剖面示意图，该无电极荧光灯300是本发明的上述实施例的另一个变化。在图5中，同样的元件采用与图4中所用的相同参考编号表示，并省略其说明。
吸热装置18由铜制成，它是元件冷却装置的一部分，被设置在爱迪生式插座灯头15中，以便基本上包围电容器17。PC板16与电容器17之间的互连未被示出。
吸热装置18的形状象一个圆柱形壳体，其内径稍大于电容器17的直径。具有良好的热传导性的电绝缘材料(未示出，例如特氟隆(Teflon)胶带)使吸热装置18与电容器17电绝缘，由此可以降低电容器17的温度，不允许吸热装置18与该驱动电路电连接而使该驱动电路受到损害。
圆柱形壳体吸热装置18的高度稍大于电容器17的长度。在此实施例中，当该灯工作在100kHz的驱动频率时，吸热装置18的长度一般约为25mm。在本发明的该实施例中，吸热装置18的外径一般约为12mm，其壁厚度一般约为1.0mm。
吸热装置18的底部被焊接于由铜制成的杯形座19的底部，杯形座19与爱迪生式插座灯头15具有良好的热接触。杯形座19的外径一般约为24.5mm；其高度一般约为7mm；其壁的厚度一般约为1.0mm。塑料外壳14被旋入爱迪生式插座灯头15中的螺纹的顶部，从而彼此固定。
吸热装置18吸收来自电容器17的热量，并将所吸收的热量传送到杯形座19，杯形座19又将此热量传递给爱迪生式插座灯头15。在使用期间，爱迪生式插座灯头15被旋入灯保持固定装置中的一个插口中。该灯保持固定装置中的该插口与该热量被最终散失所在的该固定装置的其它部分具有良好的热接触。例如，该杯形座19是由铜制成的。
就是说，吸热装置18和杯形座19整体上起着元件冷却装置(二次冷却结构)的作用，用于从电容器17去除热量。该元件冷却装置被热连接至爱迪生式插座灯头15。
在上述示例中，由元件冷却装置去除该驱动电路的电路元件中的电容器17中产生的热量。然而，由该元件冷却装置可以去除该驱动电路的电路元件中的任何其它元件中产生的热量。当该驱动电路包括在无电极荧光灯300的工作期间产生热量的至少一个元件时，该元件冷却装置可被用于去除由该发热元件产生的热量。
在图6的剖面图中示出该元件冷却装置的另一种变化。吸热装置18是铜制圆柱形壳体，与图5所示的吸热装置18的大小相同。由具有中心开口的散热器20扩散由吸热装置18从电容器17除去的热量，该散热器20具有很多散热片，并在此开口处连接到吸热装置18的外侧面。图6中所示的元件冷却装置(吸热装置18和散热器20)被用于代替图5所示的元件冷却装置(吸热装置18和杯形座19)。
如上所述，元件冷却装置具有散热器(散热片)20，因此，通过对流或传导、或是这两者，由散热器20吸收的来自电容器17的热量被传送到爱迪生式插座灯头15。
注意，圆柱部分13并未与吸热装置18有任何直接的机械结构上的接触，因此，从圆柱部分13到吸热装置18的传导热传递被阻止，电解电容器17被维持在低于120℃的温度。如果圆柱部分13被代之以与吸热装置18在机械结构上连接，来自磁心5的热量将经板12和圆柱部分13而被传送给电容器17，这样将增大电容器17的温度值至高于120℃。因此，该元件冷却装置与该散热装置(板12和圆柱部分13)是热隔离的。
图5和图6所示的元件冷却装置可被用于与图1所示的无电极荧光灯100和图4所示的无电极荧光灯200相结合。
本发明之原理的应用并不限于无电极荧光灯。例如，根据与以上所述相似的工作原理，本发明可被适用于无电极放电灯，其中，荧光粉9未被涂覆在外壳1的内壁上(图1、图4和图5)，使得通过放电产生的光被直接发射到外壳1的外部。充满无电极放电灯之外壳的放电气体的类型并不限于以上所述的气体。放电气体可包括惰性气体和金属蒸气(可蒸发金属的蒸气)之至少一种。
上述灯按如下过程工作。外壳1被充满一种惰性气体(氩气，1托(133Pa))。外壳1中的汞蒸气压力是由冷点7中的汞滴的温度控制的，一般约为5-6mtorr(655mPa至798mPa)。标准的工业用电源电压的频率为50-60Hz，幅度约为120伏特rms(均方值)，该电压被施加于驱动电子电路，该电路被组装在PC板16上及被互连在PC板16中。由该电源电压，该驱动电路产生相当高的频率(约100kHz)和幅度电压，并将该电压经阻抗匹配网络施加于感应线圈4。
当该线圈高频电压达到200-300伏的幅度时，在外壳1中沿空腔壁触发电容性放电。此外，线圈电压幅度的提高导致从电容性放电到电感性耦合放电(灯启动)的转换。该转换发生在当该线圈电压超过一个“转换”值Vtr时。这一转换伴随着灯反射波功率的急剧减小、线圈电压和电流的下降，并伴随着该灯的可见光输出量的大量增加。
Vtr的幅度取决于灯外壳和空腔尺寸、其中的气体和蒸气的压力以及感应线圈4中的匝数。在这些优选实施例中，在工作在100kHz的灯中的转换电压约为1000伏，转换线圈电流约为5安。维持电感性放电的线圈维持电压和电流(Vm和Im)随着灯功率和汞蒸气压力而变化。当该灯工作在约25W的功率达2hrs(小时)后，汞压力稳定，线圈维持电压(Vm)和电流(Im)分别是350伏和1.8安。
25W的总的灯功率(Plamp)的约80％被电感性等离子体吸收(Ppl)，约2W是在驱动电路中被耗散(Pdrv)。灯功率的约2-3W被耗散在感应线圈4中和磁心5(Pcoil)中。这个功率耗散与来自等离子体经空腔壁的热量一起，导致线圈4和磁心5的发热。因此，Plamp＝Pdrv+Pcoil+Ppl。在图1、图4-6中所描述的冷却结构(一次和二次冷却结构)提供令人满意的灯的热管理。这一结果在图7中被描述，其中，图5所示的无电极荧光灯300的磁心5和电容器17的温度(Tferr和Tcap)被表示为灯工作时间的函数。在工作两个小时后，工作在25W及100kHz的频率的无电极放电灯的磁心5之温度是186℃，电容器17的温度约为100℃。
而且，由于为包括线圈4、磁心5和相关联的一次冷却结构的组件实现了高品质因数，因而获得高功率效率。线圈品质因数对驱动频率的关系曲线在图8中被示出。可以看出，品质因数在约为175kHz的频率处达到最大值(540)。但是，即使在f＝100kHz时，品质因数仍较高，所具有的值约为460。
高的灯功率效率导致灯的高发光效率。在灯的峰值光输出时的最大发光效率(约为6mtorr(798mPa)汞蒸气压力)是每瓦特65流明(65 LPW)。当灯以25W的功率工作两小时后，汞压力和灯光输出被稳定，发光效率被下降到60 LPW，具有1500流明的总的稳定光输出。
尽管已经参照优选实施例描述了本发明，本领域技术人员将认识到，只要不背离本发明的精神和范围，可以在形式上和细节上对本发明进行改变。
工业适用性
如上所述，本发明的无电极放电灯包括磁性材料的磁性装置，它被磁耦合到磁心，还包括热传导散热装置，它通过该磁性装置与该磁心分离。该磁性装置基本上分隔一个由该散热装置和该磁心限定的凸形壳体，使得由线圈产生的电磁场偏离该散热装置。因此，即使当传导性材料被用于该散热装置时，在该散热装置中产生的涡流非常小。结果，可以将低成本材料用作该散热装置的材料。因而，能够以低成本实现用于有效地冷却无电极放电灯的磁心的结构。另外，可以将具有高的热传导率的材料用作该散热装置的材料，因此，可以显著地改善该散热装置的散热效果。

Claims (14)

1、一种无电极放电灯，包括：
充满放电气体的外壳；
磁心；
绕制在该磁心上的线圈，用于在该外壳内产生电磁场；
由磁性材料制成的磁性装置，它被磁耦合到该磁心；
热传导散热装置；及
被热耦合到该磁心和该散热装置的热传送装置，用于将该磁心中产生的热量传送到该散热装置，
其中，该磁性装置基本上分隔由该散热装置和该磁心限定的一个凸形壳体，使得该散热装置和该磁心被该磁性装置分离。
2、根据权利要求1的无电极放电灯，其中，该磁性装置包括由铁氧体制成的盘。
3、根据权利要求1的无电极放电灯，其中，该散热装置包括：一个盘部分，其中心部分被热耦合到该热传送装置；及被热耦合到该盘部分之外围的一个圆柱部分。
4、根据权利要求1的无电极放电灯，其中，该热传送装置和散热装置是由铜和铝之至少一种材料制成。
5、根据权利要求4的无电极放电灯，其中，该散热装置包括：一个盘部分，其中心部分被热耦合到该热传送装置；及被热耦合到该盘部分之外围的一个圆柱部分。
6、根据权利要求1的无电极放电灯，其中，该放电气体包括惰性气体和金属蒸气之至少一种。
7、根据权利要求1的无电极放电灯，还包括一个驱动电路，用于通过允许电流流过该线圈来驱动该无电极放电灯。
8、根据权利要求7的无电极放电灯，其中：
该驱动电路包括至少一个发热元件，该发热元件在该无电极放电灯的工作期间产生热量；及
该无电极放电灯包括被热耦合到该至少一个发热元件的元件冷却装置，用于从该至少一个发热元件去除该至少一个发热元件所产生的热量。
9、根据权利要求8的无电极放电灯，其中，该元件冷却装置具有散热片。
10、根据权利要求8的无电极放电灯，还包括一个插座灯头，用于接收提供给该驱动电路的电流，其中，该元件冷却装置被热耦合到该插座灯头。
11、根据权利要求8的无电极放电灯，其中，该元件冷却装置与该散热装置是热隔离的。
12、根据权利要求1的无电极放电灯，其中，该散热装置具有散热片。
13、根据权利要求1的无电极放电灯，其中，该外壳具有凹状空腔，该线圈被放置在该凹状空腔内。
14、一种无电极放电灯，包括：
充满放电气体的外壳；
用于在该外壳内产生电磁场的线圈；
由磁性材料制成的磁场控制结构，与该线圈相邻；及
热传导一次冷却结构，与该磁场控制结构相邻，以便与该线圈分离并基本上被设置在分流面外围。
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