JP2005174938A

JP2005174938A - 無電極ランプシステム

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Publication number: JP2005174938A
Application number: JP2004357988A
Authority: JP
Inventors: Joon-Sik Choi; ジューン−シクチョイ; Yong-Seog Jeon; ヨン−ソグジョン; Byeong-Ju Park; ビョン−ジュパーク; Hyun-Jung Kim; ヒュン−ジュンキム; Ji-Young Lee; ジ−ヨウンリー; Yun-Chul Jung; ユン−チュルジュン
Original assignee: LG Electronics Inc
Current assignee: LG Electronics Inc
Priority date: 2003-12-13
Filing date: 2004-12-10
Publication date: 2005-06-30
Anticipated expiration: 2024-12-10
Also published as: US7276860B2; CN1627473A; KR20050058941A; KR100575666B1; CN100409399C; EP1560256A2; EP1560256A3; US20050128750A1; JP4091596B2

Abstract

【課題】側面照明及びより広い範囲の照明を達成するための配光設計を容易にすると共に、照明効率が向上するように構成される無電極ランプシステムを提供する。
【解決手段】無電極ランプシステムは、マグネトロンから発生したマイクロウェーブを案内する導波管の出口部に設置されて、光は通過させ、マイクロウェーブを内部で共振させる共振器と、共振器の内部に位置し、マイクロ波エネルギーによって光を発光する発光物質が封入されている発光部及び発光部と一体に延長形成される軸部を有する電球と、共振器の内部に配置され、電球の発光部の位置及び共振器の全体長さによって最適のマイクロウェーブの共振が行われるように高さが調節される共振調節部材と、共振器の周囲に配置されて前記電球から発光される光を反射させるリフレクタと、から構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、無電極ランプシステムに関し、詳しくは、側面照明及びより広い範囲の照明を達成するための配光設計を容易にすると共に、照明効率が向上するように構成される無電極ランプシステムに関する。

一般的に、マイクロウェーブを利用した無電極ランプシステムは、無電極プラズマ電球にマイクロウェーブエネルギーを加えて、これから可視光線または紫外線を発光させる装置で、通常の白熱灯または蛍光灯に比べてランプの寿命が長く、照明の効果が優秀であるという特徴がある。

図７は、従来の無電極ランプシステムの構造を示す断面図である。

図示されたように、従来の無電極ランプシステムは、ケース１の内部一方の側に常用交流電源を高圧に昇圧させるための高電圧発生器２が設置され、他方の側には、高電圧発生器２から供給される高電圧により、マイクロウェーブが発生されるマグネトロン３が設置されている。

また、ケース１の内側には、マグネトロン３から発生するマイクロウェーブが通過するようにマグネトロンの出力部３ａと連通する導波管４が設置される。導波管４の出口部４ａは、ケース１の開口部１ａを通してケース１の外部に露出される。

また、導波管４の中心部に垂直方向に形成された軸孔４ｂには、回転軸５が回転可能に結合される。導波管４の出口部４ａを通して外側に突出される回転軸５の上段部には、マイクロウェーブエネルギーによって発光する物質が封入された電球６が設置され、回転軸５の下段部には、回転軸５を回転させるように連結管７によって導波管４内で回転軸５と連結されるモータ軸８ａを有する電球回転モータ８が導波管４の外部に設置される。

さらに、ケース１の外側に位置する導波管４の出口部４ａには、導波管４を通して流入する電磁波の漏れを遮断し、電球６から発光される光を通過させる所定の高さ(Ｈ)を有するメッシュ構造の共振器(resonator)９が電球６を覆うように結合されている。このように結合された前記共振器９の周辺には、電球６から発生して共振器９を通過した光を反射させるために、共振器９の外側を覆うように設置されるリフレクタ１０が固定されている。

共振器９は、ＴＥモード(Transverse Electric mode)を使用するように設計された共振器であり、基本モード１つのみを使用するため、共振器９の中心部で電界強度が最も強い。これによって、電球６は、最も強い電界強度を有する共振器９の中心位置(ｈ)に設置される。

また、ケース１の内部下側には、マグネトロン３及び高電圧発生器２を冷却し得るようにファンモーター１１、冷却ファン１２、及び吐出口１３ａが形成されたファンハウジング１３から構成された冷却ファン組立体１４が設置されている。

また、ファンハウジング１３には、冷却ファン１２の回転によって外部空気が吸入される吸入口１３ｂが形成され、ケース１の上面縁部には、吸入口１３ｂを通して吸入された空気が高電圧発生器２及びマグネトロン３を経て外部に排出されるように数個の排出口１ｂが形成されている。

図面中、符号１５は、誘電体ミラーである。

前述したように構成された従来の無電極照明機器の動作は、以下のようである。

電源が印加されると、高電圧発生器２から高電圧が発生し、発生した高電圧は、マグネトロン３に供給され、マグネトロン３においては、印加される高電圧によってマイクロウェーブが生成される。

このように発生したマイクロウェーブは、導波管４を通して共振器９の内部に放射され、放射されたマイクロウェーブによって電球６に封入された物質を放電させてプラズマによる光が発生され、このように発生される光は、誘電体ミラー１４及びリフレクタ１０によって反射されながら前方を照す。

また、電球６から発生する光によって電球６が所定温度以上上昇しないように、電球回転モータ８は、回転軸５を回転させるので電球６が回転されて冷却される。

また、ケース１の内側下部に設置されたファンモーター１１も回転して冷却ファン１２を回転させ、冷却ファン１２の回転によって吸入口１３ｂを通して吸入された外部空気は、吐出口１３ａを通して流動され、高電圧発生器２及びマグネトロン３を冷却した後、ケース１の上面に形成された排出口１ｂを通してケース１の外部に排出される。

しかしながら、前述したように構成された従来の無電極ランプシステムにおいて、決まった基本モードで側面への照明または広い面積の照明を可能にするためには、誘電体ミラー１５からの電球６の高さ(ｈ)がもっと高くなるように設計すべきである。このように、電球６の高さ(ｈ)が高くなると、共振器９の高さ(Ｈ)も高く設計すべきである。このように、共振器９のサイズが大きくなると、高次モードが使用されなければならず、この場合、基本モードでマイクロウェーブの損失が大きくなるので、無電極照明機器の全体的なサイズが大きくなるだけでなく、照明効率が顕著に低下する。これによって、電球からの光を側面または広い面積に照らすようにする配光設計が難しいという問題点があった。

さらに、前述したように高次モードが使用されると、基本モードのみが使用されるときとは違って、周波数のマッチング特性が変わるようになる。これによって、マイクロウェーブが共振器内部に出力されるように導波管の出口部に形成されたフィーディングホール(feeding hole)の形状が非常に複雑になり、周波数マッチングのための無電極ランプシステムの設計も複雑になる。

前述したような問題点を解決するために提案された本発明の目的は、側面照明及びより広い範囲の照明を達成するための配光設計を容易にすると共に、照明効率が向上するように構成される無電極ランプシステムを提供することにある。

このような目的を達成するために、本発明による無電極ランプシステムは、マグネトロンから発生したマイクロウェーブを案内する導波管の出口部に設置されて、光は通過させ、マイクロウェーブを内部で共振させる共振器と、共振器の内部に位置し、マイクロ波エネルギーによって光を発光する発光物質が封入されている発光部及び発光部と一体に延長形成される軸部を有する電球と、共振器の内部に配置され、電球の発光部の位置及び共振器の全体長さによって最適のマイクロウェーブの共振が行われるように高さが調節される共振調節部材と、共振器の周囲に配置されて電球から発光される光を反射させるリフレクタと、を有することを特徴とする。

本発明の無電極ランプシステムは、共振調節部材によって共振器内部の共振間隔を容易に調節し得るようになるので、導波管の出口部、即ち、ケースの開口部の一方の側内壁から電球の発光部までの間隔をより広くし、それによって共振器のサイズが大きくなっても、高次モードの使用による基本モードにおけるマイクロウェーブの損失なしに、基本モードだけでも十分に発光部に強い電界を形成することが可能になる。

また、これによってリフレクタのサイズ及び配置をより自由に設計することができ、よって、側面及びより広い範囲の照明を容易に達成することができる。

また、側面照明が行われる照明機器(例えば、街灯)として利用するとき、効率的な照明が可能である。

以下、図面の実施形態に基づいて本発明の無電極ランプシステムを詳細に説明する。

本発明による無電極ランプシステムの実施形態は、複数存在することができ、以下、最も望ましい実施形態に対して説明する。

図１は、本発明の一実施形態によるプラズマランプシステムを示す斜視図で、図２は、図１の底面図で、図３は、図２のIV-IV線の断面図で、図４は、図２のＶ-Ｖ線の断面図で、図５は、本発明の一実施形態による無電極ランプシステムの主要部の底面図である。

図示されたように、本発明のプラズマランプシステムは、ケース１０１と、高電圧発生器１０２と、マグネトロン１０３と、導波管１０４と、電球１０５と、共振器１０６と、共振調節部材１０７と、リフレクタ１０８とから構成される。

ケース１０１は、一側面の一部が開口された開口部１０１ａと、開口部１０１ａと隣接して内部にマグネトロン１０３、高電圧発生器１０２及び導波管１０４が位置する機械室１０１ｂとからなる。

高電圧発生器１０２は、機械室１０１ｂの内側の一側に固定され、常用交流電源が印加されると、高電圧を発生してマグネトロン１０３に供給し得るようになっている。

マグネトロン１０３は、機械室１０１ｂの他側に設置され、高電圧発生器１０２から高電圧が入力されると、電気エネルギーをマイクロウェーブのような高周波エネルギーに転換させ、この転換された高周波エネルギーは、マグネトロン１０３の一側に設置された導波管１０４の内部に挿入固定されたアンテナ(図示せず)を通して導波管１０４に出力される。

導波管１０４は、マグネトロン１０３から出力されたマイクロウェーブを共振器１０６の内部に案内する。

共振器１０６は、導波管１０４の出口部に設置され、光は通過させ、マイクロウェーブはその内部で共振する。より詳細に、共振器１０６は、一側が導波管１０４の出口部の外周面に結合設置されると共に、電球１０５を覆いかぶせるようにケースの開口部１０１ａに設置される。

また、共振器１０６は、シリンダー形状の金属網体で、さらに、その横断面は、円形または多角形に形成されることが望ましい。

また、共振器１０６のサイズを小さくするために、共振器１０６の内部に誘電体を充填することが望ましい。

電球１０５は、発光物質が封入される所定の内部体積を有する球形状の発光部１１１と、発光部１１１と一体に延長形成される軸部１１２とから構成される。

発光部１１１は、共振器１０６の内側に配置され、軸部１１２は、導波管１０４の中心部を貫通するように設置されている。さらに、このように設置された軸部１１２は、ケース１０１の機械室１０１ｂの内部に設置された電球回転モータ１１３のモータ軸(図示せず)に連結されて所定速度で回転される。

発光部１１１は、主に石英のように光透過率が高く、誘電損失がきわめて少ない材質で製造することが望ましい。発光部１１１の内部に封入される物質は、プラズマを形成して発光を主導する金属、ハロゲン族化合物、硫黄またはセレン(Selenium)などのような発光物質と、発光初期に発光部１１１の内部にプラズマを形成するためのアルゴンガス及びクリプトンガスなどの不活性ガスと、水銀のように初期放電を手伝って点灯を容易にするか、発生する光のスペクトラムを調節するための添加物質とからなる。

共振調節部材１０７は、共振器１０６の内部に設置され、電球１０５の軸部１１２が回転可能に挿入設置されるように内部に貫通孔が形成される。

また、共振器１０６の内部で最適の共振が発生するように、電球１０５の発光部１１１の位置及び共振器の全体長さ(Ｌ”)によって共振調節部材１０７の高さ(ｈ')が調節される。

ここで、電球１０５の発光部１１１は、共振器１０６の内部で共振調節部材１０７の外側の一端と共振器１０６の内側の一端間の中心部に位置することが最も望ましい。

即ち、図５に示すように、本実施形態では、開口部１０１ａの一方の側の内壁１０１ｃから電球１０５の発光部１１１までの間隔(Ｌ')が従来の無電極ランプシステムの場合より広く形成されている。前述したように、電球１０５の発光部１１１までの間隔(Ｌ')が広くなるにつれて共振器１０６の全体長さ(Ｌ”)が長くなるように設計され、このような状態で基本モードで電磁波の共振が発生し得るように共振調節部材１０７が設置されることにより、共振器１０６内部の内側の一端と共振調節部材１０７の外側の一端間の共振間隔(Ｌ)を調節するようになる。

共振調節部材１０７は、金属材質がら形成され、その形状は、共振器１０６の形状と同様にシリンダー形状に形成される。さらに、その横断面は、円形または多角形に形成されることが望ましい。

また、共振調節部材１０７の一端には、インピーダンスマッチングのためのリング型のスタブ１２１が一体に形成されている。

また、共振器１０６の内部でマイクロウェーブの共振効率が高くなるように共振調節部材１０７の外部に誘電コーティングまたは金属コーティングをすることが望ましい。

また、図６に示すように、電球１０５の軸部１１２と当接する共振調節部材１０７の貫通孔の内周面には、軸部１１２の円滑な回転のためにベアリング１２０が装着される。

リフレクタ１０８は、金属板体で、ケース１０１の開口部１０１ａに所定間隔を置いて一対が設置され、電球１０５の発光部１１１から発光される光を反射して開口部１０１ａを通して側面への照明を可能にする。

また、リフレクタ１０８は、発光される光をより効率的に反射させるために、所定の曲率半径を有するように形成されることが望ましい。

図面中、符号１３２は、ランプカバーである。

前述したように構成された本発明の一実施形態による無電極ランプシステムの動作は、以下のようである。

高電圧発生器１０２から発生する高電圧がマグネトロン１０３に入力されると、マグネトロン１０３から高周波エネルギーを有するマイクロウェーブが発生し、発生されたマイクロウェーブは、アンテナを通して出力される。出力されるマイクロウェーブは、導波管１０４を経て共振器１０６の内部に案内され、共振器１０６の内部で適正共振周波数が選択される。

このように選択された共振周波数帯域のマイクロウェーブは、共振器１０６の共振空間内部で共振しながら電球１０５の発光部１１１に強い電界を形成させる。このように形成された電界によって発光部１１１の内側に封入された不活性ガスが放電され、放電時に発生する熱が発光物質を気化してプラズマを形成させ、そのプラズマがマイクロウェーブによって持続的に放電状態を維持することにより、高い光度の光が放出される。この光は、リフレクタ１０８によって反射されて開口部１０１ａを通して照明が行われる。

以下、前述したような本発明の無電極ランプシステムの動作をより詳細に説明する。

ケース１０１の開口部１０１ａの内壁１０１ｃから電球１０５の発光部１１１までの間隔(Ｌ')が広くなっていて、これによって、共振器１０６の全体長さ(Ｌ”)が長くなるように設計される。このような状態で基本モードでマイクロウェーブの共振が発生できるように共振器１０６の内部の共振間隔(Ｌ)は、共振調節部材１０７の調節された高さ(ｈ')によって決定される。このとき、電球１０５の発光部１１１は、電界の強度が強くなる共振間隔(Ｌ)の中心部に位置する。

このとき、発光部１１１の後方に発光部１１１から発光される光を反射するためのリフレクタ１０８が配置され、発光部１１１から発光される光が側方に照明され、また、より広い範囲を照明し得るようになる。

本発明の一実施形態に係る無電極ランプシステムを示す斜視図である。図１の底面図である。図２のIV-IV線の断面図である。図２のＶ-Ｖ線の断面図である。本発明の一実施形態に係る無電極ランプの主要部を示す底面図である。図３の共振調節部材を示す拡大図である。従来の無電極ランプシステムを示す断面図である。

符号の説明

１０ケース
１０１ａ開口部
１０２高電圧発生器
１０３マグネトロン
１０４導波管
１０５電球
１０６共振器
１０７共振調節部材
１０８リフレクタ
１２０ベアリング

Claims

マグネトロンから発生したマイクロウェーブを案内する導波管の出口部に設置されて、光は通過させ、マイクロウェーブを内部で共振させる共振器と、
前記共振器の内部に位置し、マイクロ波エネルギーによって光を発光する発光物質が封入されている発光部及び該発光部と一体に延長形成される軸部を有する電球と、
前記共振器の内部に配置され、前記電球の発光部の位置及び前記共振器の全体長さによって最適のマイクロウェーブの共振が行われるように高さが調節される共振調節部材と、
前記共振器の周囲に配置されて前記電球から発光される光を反射させるリフレクタと、
を有することを特徴とする無電極ランプシステム。
前記電球の軸部と連結される電球回転モータをさらに有する請求項１に記載の無電極ランプシステム。
前記共振調節部材は、内部に貫通孔を有し、該貫通孔に前記電球の軸部が回転可能に挿入設置される、請求項２に記載の無電極ランプシステム。
前記電球の軸部と当接する前記共振調節部材の前記貫通孔の内周面には、前記軸部の円滑な回転のためにベアリングが装着される、請求項３に記載の無電極ランプシステム。
前記共振調節部材は、金属で形成される、請求項１に記載の無電極ランプシステム。
前記共振調節部材は、シリンダー形状に形成される、請求項１に記載の無電極ランプシステム。
前記共振調節部材の横断面は、円形である、請求項６に記載の無電極ランプシステム。
前記共振調節部材の横断面は、多角形である、請求項６に記載の無電極ランプシステム。
前記共振調節部材の一端には、インピーダンスマッチングのためのリング型のスタブが一体に形成される、請求項５に記載の無電極ランプシステム。
前記共振調節部材の外周面は誘電コーティングまたは金属コーティングされる、請求項６に記載の無電極ランプシステム。
前記共振器は、シリンダー形状に形成される、請求項１に記載の無電極ランプシステム。
前記共振器の横断面は、円形である、請求項１１に記載の無電極ランプシステム。
前記共振器の横断面は、多角形である、請求項１１に記載の無電極ランプシステム。
前記共振器の内部には誘電体が充填される、請求項１１に記載の無電極ランプシステム。
前記電球の発光部は、前記共振器の内部で、前記共振調節部材の外側の一端と前記共振器の内側の一端間の中心部に位置する、請求項１に記載の無電極ランプシステム。