KR100739162B1 - Plasma lighting system - Google Patents

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Abstract

본 발명에 의한 무전극 조명기기는, 공진기가 도파관을 통해 전달되는 전자파가 TM 모드로 공진하도록 형성함으로써, 상기 공진기를 재구성하거나 매칭을 새롭게 하지 않고도 상기 무전극 전구를 필요에 따라 그 길이를 조절하여 설치할 수 있어 설치환경에 맞게 무전극 조명기기의 조절을 쉽고 다양하게 할 수 있을 뿐만 아니라 상기 공진기에서의 전기장 세기를 강하게 하여 광효율을 높일 수 있다.In the electrodeless illuminator according to the present invention, the resonator is formed so that the electromagnetic wave transmitted through the waveguide resonates in TM mode, thereby adjusting the length of the electrodeless bulb as necessary without reconfiguring the resonator or updating the matching. Since it can be installed, the control of the electrodeless lighting device can be easily and variously adapted to the installation environment, and the light efficiency can be increased by strengthening the electric field strength in the resonator.

Description

무전극 조명기기{PLASMA LIGHTING SYSTEM}Electrodeless Lighting Equipment {PLASMA LIGHTING SYSTEM}

도 1은 종래 무전극 조명기기의 일례를 개략적으로 보인 사시도,1 is a perspective view schematically showing an example of a conventional electrodeless lighting device,

도 2 및 도 3은 종래 무전극 조명기기에서 원형 공진기의 경우 종단면 방향 및 횡단면 방향에 대한 전기장 세기를 해석한 결과도,2 and 3 is a result of analyzing the electric field strength in the longitudinal direction and the cross-sectional direction in the case of a circular resonator in a conventional electrodeless lighting device,

도 4는 본 발명 무전극 조명기기의 일례를 개략적으로 보인 사시도,4 is a perspective view schematically showing an example of the electrodeless illuminator of the present invention;

도 5는 본 발명 무전극 조명기기에서 공진기의 규격을 설명하기 위해 보인 개략도,Figure 5 is a schematic view showing to explain the specifications of the resonator in the electrodeless lighting device of the present invention,

도 6은 본 발명 무전극 조명기기에서 사각 공진기의 규격별 전기장 세기를 보인 비교표,6 is a comparison table showing the electric field strength of each standard of the square resonator in the electrodeless lighting device of the present invention,

도 7 및 도 8은 본 발명 무전극 조명기기에서 사각 공진기의 경우 종단면 방향 및 횡단면 방향에 대한 전기장 세기를 해석한 결과도.7 and 8 are the result of analyzing the electric field strength in the longitudinal direction and the cross-sectional direction in the case of the rectangular resonator in the electrodeless lighting device of the present invention.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **** Description of symbols for the main parts of the drawing **

10 : 마그네트론 20 : 도파관10: magnetron 20: waveguide

30 : 공진기 31 : 슬롯30: resonator 31: slot

40 : 무전극 전구40: electrodeless bulb

본 발명은 전자파를 이용한 무전극 조명기기에 관한 것으로, 특히 공진기가 사각단면 모양으로 구비되는 무전극 조명기기에 관한 것이다.The present invention relates to an electrodeless illumination device using electromagnetic waves, and more particularly, to an electrodeless illumination device having a resonator having a rectangular cross-sectional shape.

일반적으로 무전극 조명기기(PLS : Plasma Lighting System)는 전자레인지에 주로 사용되고 있는 고주파 발진기(마그네트론)을 이용하여 그 고주파 발진기에서 발생하는 전자파가 무전극 전구내 방전물질을 플라즈마 상태로 만들면서 금속화합물이 빛을 연속적으로 발산하도록 함으로써 전극 없이도 뛰어난 광량의 빛을 제공할 수 있는 기기이다.In general, a PLS (Plasma Lighting System) uses a high frequency oscillator (magnetron), which is mainly used in microwave ovens, and the electromagnetic waves generated from the high frequency oscillator make the discharge material in the electrodeless bulb into a plasma state. By emitting this light continuously, it is a device that can provide excellent light quantity without an electrode.

도 1은 종래 무전극 조명기기의 일례를 개략적으로 보인 사시도이고, 도 2 및 도 3은 종래 무전극 조명기기에서 원형 공진기의 경우 종단면 방향 및 횡단면 방향에 대한 전기장 세기를 해석한 결과도이다.1 is a perspective view schematically showing an example of a conventional electrodeless illuminator, Figures 2 and 3 is a result of analyzing the electric field strength in the longitudinal direction and the cross-sectional direction in the case of a circular resonator in the conventional electrodeless illuminator.

이에 도시한 바와 같이 종래의 무전극 조명기기는, 케이싱(미도시)의 내부에 장착하여 전자파를 생성하는 마그네트론(1)과, 상기 마그네트론(1)의 출구부에 연통하여 그 마그네트론(1)에서 생성한 전자파를 전달하는 도파관(2)과, 상기 도파관(2)의 출구측에 연통하도록 설치하여 전자파를 소정의 공진주파수로 공진시키는 원통모양의 공진기(3)와, 상기 공진기(3)의 내부에 수용하여 상기 마그네트론(1)에서 발생하는 전자파 에너지에 의해 봉입물질이 플라즈마화 하면서 빛을 발생하는 무전극 전구(4)와, 상기 마그네트론(1)의 일측에 설치하여 상기한 무전극 전구(4)를 회전시키는 모터조립체(5)을 포함하고 있다.As shown in the drawing, a conventional electrodeless lighting device includes a magnetron (1) mounted inside a casing (not shown) to generate electromagnetic waves, and in communication with the outlet of the magnetron (1) in the magnetron (1). A waveguide (2) for transmitting the generated electromagnetic waves, a cylindrical resonator (3) installed in communication with the outlet side of the waveguide (2) to resonate the electromagnetic waves at a predetermined resonance frequency, and the inside of the resonator (3). An electrodeless bulb 4 which emits light while the encapsulating material is plasma-charged by electromagnetic wave energy generated by the magnetron 1, and the electrodeless bulb 4 which is installed on one side of the magnetron 1 It includes a motor assembly (5) for rotating.

상기 공진기(3)는 상기 도파관(2)을 통해 공급되는 전자파는 차단하는 반면 상기 무전극 전구(4)에서 발생하는 빛은 통과할 수 있도록 원통형의 메시 형상으로 형성하고 있다. 상기 공진기(3)는 그 전자파의 공진형태가 공진기의 길이방향 한 지점에서만 전기장의 세기가 가장 큰 TE111 모드의 전자파를 사용하고 있다.The resonator 3 blocks the electromagnetic wave supplied through the waveguide 2, while the light generated by the electrodeless light bulb 4 passes through the cylindrical mesh shape. The resonator 3 uses electromagnetic waves of the TE 111 mode in which the electric field strength is the greatest only at a point in which the resonant form of the electromagnetic waves is in the longitudinal direction of the resonator.

상기와 같은 종래 무전극 조명기기는 다음과 같이 동작한다.The conventional electrodeless lighting device as described above operates as follows.

즉, 제어부(미도시)의 지령에 따라 상기 마그네트론(1)은 고압에 의해 발진하면서 매우 높은 주파수를 갖는 전자파를 생성하고, 이 전자파가 상기 도파관(2)을 통해 상기 공진기(3)의 내부로 방사되어 상기한 무전극 전구(4) 내에 봉입된 방전물질을 여기(exiting)시키며, 이 과정에서 상기 무전극 전구(4) 내부의 방전물질이 지속적으로 플라즈마화 하면서 고유한 방출 스펙트럼을 가지는 빛을 발생한다.That is, the magnetron 1 generates an electromagnetic wave having a very high frequency while oscillating by a high pressure according to a command of a controller (not shown), and the electromagnetic wave passes through the waveguide 2 into the resonator 3. It radiates and excites the discharge material encapsulated in the electrodeless bulb 4, and in this process, the discharge material in the electrodeless bulb 4 continuously plasmas and emits light having a unique emission spectrum. Occurs.

이때, 상기 공진기(3)는 전자파의 공진형태가 도 2에서와 같이 종단면방향(길이방향)으로는 공진기(3)의 중심부에서 전기장(E-Field)이 가장 센 반면, 도 3에서와 같이 횡단면방향(원주방향)으로는 중간부위에서 한 방향으로 전기장이 가장 세게 형성되는, 소위 TE111 모드를 형성하게 된다. 이에 따라 상기 공진기(3)에서는 전기장의 세기가 중앙(a≒a)에 위치하게 되어 상기 무전극 전구는 그 중앙에 위치하여야 가장 높은 광효율을 낼 수 있게 되는 것이었다.In this case, the resonator 3 has the strongest electric field (E-Field) at the center of the resonator 3 in the longitudinal cross-sectional direction (length direction), as shown in FIG. In the direction (circumferential), it forms a so-called TE 111 mode, in which the electric field is formed hardest in one direction from the middle part. Accordingly, in the resonator 3, the intensity of the electric field is positioned at the center aa, so that the electrodeless bulb is positioned at the center to achieve the highest light efficiency.

그러나, 상기와 같은 종래 무전극 조명기기의 공진기에 있어서는, 상기 무전극 전구(4)의 위치가 이미 결정됨에 따라 그 무전극 전구(4)의 위치를 바꿔야 하는 경우에는 전기장이 강한 곳에 무전극 전구(4)를 위치시킬 수 없게 되므로 결국 상기 공진기(3)의 구조를 변경하고 매칭도 새롭게 하여야 하는 문제점이 있었다.However, in the resonator of the conventional electrodeless illuminator as described above, when the position of the electrodeless bulb 4 has to be changed as the position of the electrodeless bulb 4 is already determined, the electrodeless bulb where the electric field is strong. Since (4) cannot be positioned, there is a problem in that the structure of the resonator 3 must be changed and the matching must be renewed.

본 발명의 목적은, 자기장이 넓게 형성되도록 하여 무전극 전구의 설치가능 범위를 확대할 수 있는 무전극 조명기기의 공진기 구조를 제공하려는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a resonator structure of an electrodeless illuminator that can expand the installable range of the electrodeless bulb by allowing a wider magnetic field to be formed.

또, 상기 무전극 전구에 보다 강한 전기장이 형성되도록 할 수 있는 무전극 조명기기의 공진기 구조를 제공하려는데도 본 발명의 목적이 있다. In addition, an object of the present invention is to provide a resonator structure of an electrodeless lighting device that allows a stronger electric field to be formed in the electrodeless bulb.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 마그네트론의 출력부에 연통되어 전자파를 안내하는 도파관; 상기 도파관을 통해 전달되는 전자파를 공진시키는 공진기; 및 상기 공진기의 내부에 수용하여 전자파에 의해 플라즈마화하면서 발광하도록 방전물질을 봉입하는 무전극 전구;를 포함하고, 상기 공진기는 전자파가 공진기의 길이방향을 따라 복수의 지점에서 전기장의 세기가 크게 형성되는 TM모드로 공진되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 무전극 조명기기를 제공한다.In order to achieve the object of the present invention, the waveguide is connected to the output of the magnetron to guide the electromagnetic wave; A resonator for resonating electromagnetic waves transmitted through the waveguide; And an electrodeless light bulb accommodating the inside of the resonator to encapsulate a discharge material to emit light while being plasmaized by electromagnetic waves, wherein the resonator has a large intensity of an electric field at a plurality of points along the longitudinal direction of the resonator. It provides an electrodeless illuminator characterized in that it is formed to be resonated in the TM mode.

이하, 본 발명에 의한 무전극 조명기기의 공진기 구조를 첨부도면에 도시한 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, a resonator structure of an electrodeless lighting device according to the present invention will be described in detail with reference to an embodiment shown in the accompanying drawings.

도 4는 본 발명 무전극 조명기기의 일례를 개략적으로 보인 사시도이고, 도 5는 본 발명 무전극 조명기기에서 공진기의 규격을 설명하기 위해 보인 개략도이며, 도 6은 본 발명 무전극 조명기기에서 사각 공진기의 규격별 전기장 세기를 보인 비교표이고, 도 7 및 도 8은 본 발명 무전극 조명기기에서 사각 공진기의 경우 종단면 방향 및 횡단면 방향에 대한 전기장 세기를 해석한 결과도이다.Figure 4 is a perspective view schematically showing an example of the electrodeless illuminator of the present invention, Figure 5 is a schematic view to explain the specifications of the resonator in the electrodeless illuminator of the present invention, Figure 6 is a square in the electrodeless illuminator of the present invention FIG. 7 and FIG. 8 are the result of analyzing the electric field strength in the longitudinal direction and the cross-sectional direction of the rectangular resonator in the electrodeless illuminator of the present invention.

이에 도시한 바와 같이 본 발명에 의한 무전극 조명기기는, 케이싱(미도시)의 내부에 장착하여 전자파를 생성하는 마그네트론(10)과, 상기 마그네트론(10)의 출구부에 연통하여 그 마그네트론(10)에서 생성한 전자파를 전달하는 도파관(20)과, 상기 도파관(20)의 출구측에 연통하도록 설치하여 전자파를 소정의 공진주파수로 공진시키는 사각모양의 공진기(30)와, 상기 공진기(30)의 내부에 수용되어 상기 마그네트론(10)에서 발생하는 전자파 에너지에 의해 봉입물질이 플라즈마화 하면서 빛을 발생하는 무전극 전구(40)와, 상기 마그네트론(10)의 일측에 설치하여 상기한 무전극 전구(40)를 회전시키는 모터조립체(50)을 포함한다.As shown in the drawing, the electrodeless illuminator according to the present invention includes a magnetron 10 mounted inside a casing (not shown) to generate electromagnetic waves, and a magnetron 10 communicating with an outlet of the magnetron 10. Waveguide 20 for transmitting the electromagnetic wave generated in the), the square-shaped resonator 30 is installed to communicate with the outlet side of the waveguide 20 to resonate the electromagnetic wave at a predetermined resonance frequency, and the resonator 30 The electrodeless bulb 40 which is accommodated in the inside and generates light while the encapsulation material is plasmaized by the electromagnetic wave energy generated by the magnetron 10, and the electrodeless bulb is installed on one side of the magnetron 10 And a motor assembly 50 for rotating the 40.

상기 도파관(20)은 도 4에서와 같이 사각 모양으로 형성하여 그 일측면에는 상기 마그네트론(10)을 연통하는 입구(미부호)를 형성하고, 상기 도파관(20)의 타측면에는 상기 공진기(30)를 연통하는 출구(미부호)를 형성한다.
한편, 도면으로 제시하지는 않았으나, 상기 마그네트론(10)과 공진기(30)를 상기 도파관(20)의 동일면에 함께 설치할 수도 있다.The waveguide 20 is formed in a quadrangular shape as shown in FIG. 4 to form an inlet (unsigned) communicating with the magnetron 10 on one side thereof, and the resonator 30 on the other side of the waveguide 20. To form an outlet (unsigned) in communication.
Although not shown in the drawings, the magnetron 10 and the resonator 30 may be installed together on the same surface of the waveguide 20.

상기 공진기(30)는 상기 도파관(20)을 통해 공급되는 전자파의 유출은 차단하는 반면 상기 무전극 전구(40)에서 발생하는 빛은 통과할 수 있도록 통상 육각모양의 메시 형상으로 형성한다.
또, 상기 공진기(30)는 그 전자파의 공진형태가 공진기의 길이방향을 따라 복수의 지점에서 전기장의 세기가 가장 크게 형성되도록 TM 모드의 전자파를 사용하는 것으로, 전체적으로는 직육면체 등의 사각모양으로 형성한다.The resonator 30 blocks the outflow of the electromagnetic wave supplied through the waveguide 20, but forms a generally hexagonal mesh shape so that light generated from the electrodeless light bulb 40 can pass therethrough.
In addition, the resonator 30 uses TM mode electromagnetic waves such that the resonance form of the electromagnetic waves is the largest in the electric field strength at a plurality of points along the longitudinal direction of the resonator, and is generally formed in a rectangular shape such as a rectangular parallelepiped. do.

또, 상기 공진기(30)는 도 5에서와 같이 그 폭(w)이 높이(d) 보다 길게 형성하고, 그 길이(h)는 폭보다 길게 형성한다. 상기 공진기(30)는 도 6에서와 같이 그 폭(w)과 높이(h)의 차이가 크면 클수록 전기장의 세기가 증가하게 되므로 바람직하다.In addition, as shown in FIG. 5, the resonator 30 has a width w longer than the height d, and a length h longer than the width. The resonator 30 is preferable because the greater the difference between the width (w) and the height (h) as shown in Figure 6 increases the intensity of the electric field.

또, 상기 공진기(30)의 일측면, 즉 도파관(20)과 접하는 면에는 상기 도파관(20)을 통해 전달되는 전자파를 상기 공진기(30)의 내부로 안내하도록 슬롯(31)을 형성한다. 상기 슬롯(31)은 그 폭(sw)이 길이(sd) 보다 길게 형성하여 상기 공진기(30)의 폭방향으로 길게 형성한다. In addition, a slot 31 is formed on one side of the resonator 30, that is, the surface in contact with the waveguide 20, to guide electromagnetic waves transmitted through the waveguide 20 into the resonator 30. The slot 31 has a width sw longer than the length sd to be formed long in the width direction of the resonator 30.

또, 상기 슬롯(31)은 공진기(30)의 폭방향과 평행하게 형성할 수도 있고, 경우에 따라서는 소정의 각도로 경사지게 비스듬하게 형성할 수 있다.In addition, the slot 31 may be formed in parallel with the width direction of the resonator 30, and in some cases, may be formed obliquely at an angle.

상기와 같은 본 발명 무전극 조명기기는 다음과 같은 작용 효과가 있다.The electrodeless illuminator of the present invention as described above has the following effects.

즉, 제어부(미도시)의 지령에 따라 상기 마그네트론(10)은 고압에 의해 발진하면서 매우 높은 주파수를 갖는 전자파를 생성하고, 이 전자파가 상기 도파관(20)을 통해 상기 공진기(30)의 내부로 방사되어 상기한 무전극 전구(40) 내에 봉입된 방전물질을 여기(exiting)시키며, 이 과정에서 상기 무전극 전구(40) 내부의 방전물질이 지속적으로 플라즈마화 하면서 고유한 방출 스펙트럼을 가지는 빛을 발생한다.That is, the magnetron 10 generates an electromagnetic wave having a very high frequency while oscillating by a high pressure according to a command of a controller (not shown), and the electromagnetic wave passes through the waveguide 20 into the resonator 30. It radiates and excites the discharge material encapsulated in the electrodeless bulb 40. In this process, the discharge material in the electrodeless bulb 40 continues to plasma and emits light having a unique emission spectrum. Occurs.

이때, 상기 공진기(30)는 전자파의 공진형태가 TM모드로 이루어지면서 도 7에서와 같이 종단면방향(길이방향)으로는 상기 공진기(30)의 중심부에서 전기장이 가장 센 반면, 도 8에서와 같이 길이방향을 따라 여러 군데에서 전기장((E-Field)이 세게 형성된다. 이에 따라 상기 공진기(30)에서는 전기장의 세기가 반드시 중앙에만 위치하지 않고 길이방향을 따라 형성되어 상기 무전극 전구(40)를 필요에 따라 그 길이를 조절하여 설치하더라도 상기 공진기(30)를 재구성하거나 매칭하지 않고도 높은 광효율을 낼 수 있게 되는 것이다. 또, 상기 공진기(30)가 강한 전계를 형성할 수 있도록 사각형 모양으로 형성됨에 따라 그만큼 광효율이 더욱 향상될 수 있다.At this time, the resonator 30 has the strongest electric field at the center of the resonator 30 in the longitudinal direction (length direction) as shown in FIG. 7 while the resonance mode of the electromagnetic wave is made in TM mode. The electric field (E-Field) is formed strongly in several places along the longitudinal direction. Accordingly, in the resonator 30, the intensity of the electric field is not necessarily located only at the center but is formed along the longitudinal direction, so that the electrodeless bulb 40 Even if the length of the resonator is adjusted according to the need, it is possible to achieve high light efficiency without reconfiguring or matching the resonator 30. In addition, the resonator 30 is formed in a square shape to form a strong electric field. As a result, the light efficiency can be further improved.

본 발명에 의한 무전극 조명기기는, 상기 공진기의 공진형태가 TM모드를 이루도록 형성함으로써, 상기 공진기를 재구성하거나 매칭을 새롭게 하지 않고도 상기 무전극 전구를 필요에 따라 그 길이를 조절하여 설치할 수 있어 설치환경에 맞게 무전극 조명기기의 조절을 쉽고 다양하게 할 수 있을 뿐만 아니라 상기 공진기에서의 전기장 세기를 강하게 하여 광효율을 높일 수 있다.In the electrodeless illuminator according to the present invention, the resonance type of the resonator is formed in the TM mode, so that the electrodeless bulb can be adjusted and installed as necessary without reconfiguring the resonator or updating the matching. It is possible to easily and variously control the electrodeless lighting device according to the environment, and to increase the light efficiency by increasing the electric field strength in the resonator.

Claims (4)

마그네트론의 출력부에 연통되어 전자파를 안내하는 도파관;A waveguide communicating with an output of the magnetron and guiding electromagnetic waves; 상기 도파관을 통해 전달되는 전자파를 공진시키는 공진기; 및 A resonator for resonating electromagnetic waves transmitted through the waveguide; And 상기 공진기의 내부에 수용하여 전자파에 의해 플라즈마화하면서 발광하도록 방전물질을 봉입하는 무전극 전구;를 포함하고,And an electrodeless light bulb accommodating the inside of the resonator and encapsulating a discharge material to emit light while being plasmaized by electromagnetic waves. 상기 공진기는 전자파가 공진기의 길이방향을 따라 복수의 지점에서 전기장의 세기가 크게 형성되는 TM모드로 공진되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 무전극 조명기기.The resonator is an electrodeless lighting device, characterized in that the electromagnetic wave is formed to resonate in the TM mode in which the intensity of the electric field is formed at a plurality of points along the longitudinal direction of the resonator. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 공진기는 사각단면 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 무전극 조명기기.And the resonator is formed in a rectangular cross-sectional shape. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 공진기의 일측면에는 도파관과 연통되도록 사각모양의 슬롯이 형성되고, 상기 슬롯은 그 장축길이가 상기 슬롯이 형성된 공진기의 일측면과 대향면까지의 길이 보다 길게 형성되는 것을 특징으로 하는 무전극 조명기기.A rectangular slot is formed on one side of the resonator so as to communicate with the waveguide, and the slot has a long axis length is formed longer than the length of one side and the opposite surface of the resonator in which the slot is formed. device. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 슬롯은 그 장축방향이 상기 공진기의 종단면 단축방향과 평행하게 형성되는 것을 특징으로 하는 무전극 조명기기.The slot is electrodeless illuminator, characterized in that its major axis direction is formed in parallel with the longitudinal section short axis direction of the resonator.
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