无电极灯制造技术

一种无电极灯包括含有放电气体填充物的外壳（１）；磁芯（７）；围绕磁芯（７）缠绕的电感线圈（６）；用于给电感线圈（６）输送电流以驱动无电极灯的驱动器；用于接收被输送到无电极灯的功率的灯座（１０）；和热耦合到磁芯（７）和灯座（１０）并用于将磁芯（７）中产生的热量传导到灯座（１０）的导热装置（８、９）。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电灯，特别涉及在20kHz-1MHz的频率工作的无电极灯。
技术介绍
近来市场上已经引入了一种无电极荧光灯，用于室内、户外、工业上和商业上的应用。无电极灯的优点是除去了作为常规荧光灯的寿命限制因数的内部电极和加热灯丝。因此，无电极荧光灯的寿命基本上高于常规荧光灯的寿命，并能达到100000小时。市场上引入的由通用电器公司(“Genura”) 制造的无电极荧光灯在2.65MHz的频率工作并用于室内一般照明。这种灯代替了R30白炽灯并具有在23W总功率的1100流明光输出。该Genura灯的寿命为15000小时，比白炽灯的寿命长。该Genura灯的缺点是原始成本高，部分原因是由于需要防止电磁干扰，还有部分原因是由于在2.65MHz工作的电路成本。如果无电极荧光灯在100kHz的低频工作，则可以克服这两个缺陷。在由Popov等人申请的美国专利申请US 09/083820和由Chamberlain等人申请的US 09/303951(本申请人要求该美国专利的优先权并且该专利的代理人与本申请的代理人相同)中介绍了在50-500kHz的低频工作的无电极荧光灯。这些灯采用了由MnZn材料制成的铁氧体磁芯、编织(Litz)线和从凹腔壁和铁氧体磁芯除去热量并将热量传输到灯固定器上的铝冷却结构。铝冷却结构包括在铁氧体磁芯内部的铝筒和焊接到灯固定器上的铝基座。发现这种方法和构形对于保持铁氧体磁芯的温度在居里点以下非常有效。然而，在很多灯应用中(例如常规白炽灯的代替品)，大的和重的金属(铝或铜)灯座由于其大的尺寸和重量而不合适。而且，白炽灯的代替品需要使用应该与灯座耦合的爱迪生式灯座。另外，灯座的直径不应当大于为60mm的白炽灯泡的直径。铁氧体磁芯靠近金属底座将产生对金属底座的磁场干扰，导致线圈/铁氧体磁芯功率损失增加。实际上，由线圈产生的磁场在金属底座中感应涡流，产生功率损失并降低组合线圈/结构质量因数Q。结果是，灯功率效率以及效力降低了。需要在灯座内部将灯驱动器和灯匹配网络结合并将它们与爱迪生式灯座耦合，这使冷却排放结构更复杂。实际上，灯座内部的温度不应该超过-100□C以提供驱动器部件的完整性。采用能承受更高温度的部件将导致驱动器的成本更高，因而灯的成本也高了。
技术实现思路
本专利技术包括无电极荧光灯，该灯包括含有放电气体填充物(例如惰性气体和汞蒸汽的混合物)的玻璃外壳。铁氧体磁芯和由编织线制成的感应线圈设置在凹腔内部。冷却结构包括设置在凹腔内部的金属(铝、铜)管和利用具有高导热性的材料热耦合到爱迪生式灯座上的陶瓷筒。本专利技术的目的是提供保持铁氧体磁芯温度在居里点以下的冷却结构。本专利技术的又一目的是提供在放置驱动器和匹配网络的灯座的内部的低温T＜100□C。本专利技术的另一目的是提供在冷却结构中和在灯座中的低功率损失，以便提供高灯功率效率和效力。本专利技术再一目的是设计在100Hz的低频具有高质量因数的线圈，以便提供低线圈功率损失和高灯功率效率。本专利技术另外的目的是提供能在100kHz工作因而导致总的低成本系统的无电极荧光灯。附图的简要说明附图说明图1A和图1B是本专利技术第一实施例的截面图，示出了具有金属管和金属筒的无电极紧凑型荧光灯。图2A和2B是表示金属管8的顶部边缘如何设置的视图。图3A、3B和3C表示在磁芯7附近由磁性材料盘产生的磁场的变形。图4是本专利技术第二实施例的截面图，示出了具有金属管和陶瓷“裙部”的无电极紧凑型荧光灯。图5是表示铁氧体磁芯和其中放置驱动器的包封区域的起动温度的曲线。图6是表示对于三个驱动频率101kHz、135kHz和170kHz的作为总灯功率的函数的线圈/铁氧体磁芯功率损失的曲线。图7是表示对于图1A中所示的冷却结构作为驱动频率的函数且RF功率为23W的灯功率效率和效力的曲线。实施本专利技术的最佳方式参见图1A，由玻璃制成的球形外壳1具有凹腔2，其中排气管3位于凹腔2内部并在其轴向上(或可能偏离轴向)。排气管3从外壳底部4延伸。填充惰性气体(氩、氪等)的压力为0.1-5乇(13.3Pa-665Pa)。图1B是沿着A-A’线截取的图1A中所示的无电极荧光灯的截面图。汞齐(或汞分配器)5位于排气管3中并控制外壳中的汞蒸汽压。由多股线(编织线)制成的线圈6围绕铁氧体磁芯7缠绕。铁氧体磁芯7由MnZn材料制成(参见由Chamberlain等人申请的美国专利申请US 09/303951)并设置在凹腔2中。通过由具有高导热性和低RF功率损失(低涡流)的金属如铝、铜等制成的冷却结构的帮助，线圈6和铁氧体磁芯7的温度保持在居里点以下(＜220□C)。该冷却组件包括位于铁氧体磁芯7内部的金属管8和位于爱迪生式灯座内部并且外径接近于爱迪生式灯座的内径的圆筒9(圆筒形部分)。为使金属管对线圈/铁氧体电感的影响最小化，金属管的顶部边缘位于铁氧体磁芯内部，在该处磁场没有径向分量。通过以这种方式设置金属管8的顶部边缘，与金属管8的顶部边缘设置成从铁氧体磁芯7的顶部突出的情况相比，提高了线圈/铁氧体电感。这里，术语“顶部边缘”定义为比另一边缘更远离爱迪生式灯座10的金属管8的两个边缘之一。图2A表示金属管8的顶部边缘设置成不从铁氧体磁芯7的顶部突出(即金属管8的顶部边缘位于铁氧体磁芯7的空心部分内部)的状态。图2B表示金属管8的顶部边缘设置成从铁氧体磁芯7的顶部突出距离d的状态。在如图2A所示那样设置金属管8的顶部边缘的情况中，线圈/铁氧体电感La为387.4μH，电阻分量为0.602Ω，质量因数Q为404.2。在如图2B所示那样设置金属管8的顶部边缘和d＝5mm的情况中，线圈/铁氧体电感La为384.3μH，电阻分量为0.794Ω，质量因数Q为303.8。正如可以理解的，当金属管8的顶部边缘从铁氧体磁芯7的顶部突出时，线圈/铁氧体电感减少了并且电阻分量增加了。因此，线圈功率损失增加了。此外，金属管8不希望地被金属管8的突出部分中产生的涡流加热到高温。金属管8热耦合到铁氧体磁芯7上。这里，表达方式“金属管8也耦合到铁氧体磁芯7”简单地表示金属管8和铁氧体磁芯7设置成使热量可以在金属管8和铁氧体磁芯7之间传输热量。这个表达方式不限于表示金属管8和铁氧体磁芯7互相接触。在整个说明书中，表达方式“热耦合”定义为表示相同的状态。金属管8和圆筒9互相焊接在一起或由一个部件制成。换言之，金属管8的一端热耦合到圆筒9上。圆筒9还热耦合到爱迪生式灯座10上。这样，来自铁氧体磁芯7和腔壁2的热量经过金属管8传输到圆筒9，然后排放到爱迪生式灯座10。正如可以理解的，金属管8和圆筒9用做将铁氧体磁芯7中产生的热量传输到爱迪生式灯座10的导热装置。爱迪生式灯座10连接到在无电极荧光灯外部的导线，以便接收输送给无电极荧光灯的功率，因此在使用无电极荧光灯时产生的热量通过爱迪生式灯座10被传输到无电极荧光灯的外部。圆筒9具有可以耦合到爱迪生式灯座10的螺纹的螺纹。圆筒9和爱迪生式灯座10通过螺纹互相耦合。其中金属管8的顶部边缘设置在铁氧体磁芯7的内部以便提高线圈/铁氧体电感的图2A中所示的导热装置不必有图1A所示的结构。导热装置可以具有任何其它结构，只要它具有将铁氧体磁芯7的热量传导到无电极荧光灯的外部即可。利用这些其它结构，与金属管8的顶本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无电极灯，包括：一个含有放电气体填充物的外壳；一个磁芯；一个围绕磁芯缠绕的电感线圈；一个用于给电感线圈输送电流以驱动无电极灯的驱动器；一个用于接收被输送到无电极灯的功率的灯座；和热耦合到磁芯和灯座的导热装置，用于 将磁芯中产生的热量传导到灯座。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗伯特钱德勒，奥列格波波夫，爱德华K夏皮罗，雅各布玛雅，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]