CN101563755A - 无电极放电灯及配备它的照明装置 - Google Patents
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Abstract
在PWM调光亮灯的无电极放电灯中，通过向灯泡(10)内填充含有氪的放电气体，减低再引弧电压，由此，使插入灯泡(10)的腔体(5)内部的铁氧体磁芯(22)的振动减低，抑制噪音的产生。
Description
技术领域
本发明涉及一种封入了放电气体的灯泡内没有电极，通过向感应线圈通入高频电流形成的高频电磁场作用于放电气体，使放电气体放电的无电极放电灯及配备它的照明装置。
背景技术
无电极放电灯，用由向感应线圈通入高频电流而产生的高频电磁场，激发封入灯泡内的放电气体，此时放射出的紫外线通过荧光材料转换为可见光。无电极放电灯装置，由于其构造内部没有电极，所以不会出现因电极劣化造成的不亮灯，与一般的荧光灯相比寿命长。
例如，特开平7-272688号公报或实开平6-5006号公报所公开的无电极放电灯，使用铋铟汞齐作为汞蒸汽的供给源。该汞齐有着因使用其，即使周围温度在很宽的范围内变化，也能从无电极放电灯中得到稳定的、强的光输出这样的优点。
另一方面，为了使无电极放电灯实现稳定的、强的光输出，灯泡内的汞蒸汽压力必须维持在较高的值，达到为得到规定的汞蒸汽压力所必需的温度的时间很长。因此，一般无电极放电灯存在着上升时间较慢这样的缺点。使用了铋铟汞齐的无电极放电灯，能够得到需要花费一分钟左右的时间用于确保光输出为相对稳定亮灯时的光输出的60％这样的结果。
对于这样的问题，在特开2001-325920号公报所公开的无电极放电灯中，使用汞滴替代汞齐。根据该在先技术文献的记载，在该无电极放电灯开启后2～3秒内，其光输出达到最大输出的50％。其理由是，因为汞滴相比于汞齐，即使在低温度也易蒸发，为得到上述规定的汞蒸汽压力所必需的温度也就相对较低。换言之，是因为达到为得到规定的汞蒸汽压力所必需的温度的时间短。但是，在相对于灯泡体积，输入电力大的高负荷无电极放电灯的情况下，或在周围温度较高的情况下，无电极放电灯稳定亮灯的过程中，由于灯泡内的温度升高，汞蒸汽压力过大，反而降低了稳定亮灯过程中的光输出。因此，使用汞滴时，必须对控制汞蒸汽压力的最冷部(灯泡表面温度最低的点)的温度进行管理。最冷部的温度在35～45℃左右的范围是合适的。在该公报中，在灯泡设置突起部，该突起部即为最冷点。如此构成的现有无电极放电灯，即使在周围温度极度降低时，也能在灯泡内稳定放出汞蒸汽，在调光，即降低对无电极放电灯的输入电力时也仍然有效。
无电极灯的调光方式，可采用反复进行高频亮灯的ON-OFF的PWM(PulseWidth Modulation)调光。然而，采用该PWM调光方式，OFF时间长时，每次重启必须使用高电压。这被称为再引弧电压。再引弧电压高时，插入到无电极放电灯灯泡的腔体内部的铁氧体磁芯振动，与分开配置的其他铁氧体磁芯、散热用的柱体相接触，产生噪音。
发明内容
本发明用于解决上述现有例子的问题点，目的在于提供一种降低调光亮灯时的再引弧电压，降低噪音水平的无电极放电灯及使用它的照明装置。
本发明实施例提供的无电极放电灯，包括：用透光性材料制成，内部封入了放电气体及汞的灯泡，和嵌装在所述灯泡内所形成的腔体、并具有产生高频电磁场的感应线圈及铁氧体磁芯的功率耦合器；所述感应线圈通过通入被PWM控制的高频电流而被驱动；封入所述灯泡中的放电气体为氪，或为氪和另一种稀有气体的混合气体。
另一方面，本发明实施例提供的照明装置，包括无电极放电灯和亮灯电路；所述无电极放电灯包括用透光性材料制成，内部封入了放电气体及汞的灯泡，和嵌装在所述灯泡内所形成的腔体、并具有产生高频电磁场的感应线圈及铁氧体磁芯的功率耦合器；封入所述灯泡中的放电气体为氪，或为氪和另一种稀有气体的混合气体；所述亮灯电路向所述感应线圈通入PWM控制的高频电流。
通过使用氪，或氪和另一种稀有气体的混合气体作为放电气体，不会损害无电极放电灯的其他特性，能够降低再引弧电压。由此，即使在PWM控制了流入感应线圈的高频电流时，也能降低铁氧体磁芯等的振动，减低噪音水平。
附图说明
图1为本发明实施例提供的无电极放电灯的详细结构剖面示意图；
图2为图1中无电极放电灯的灯泡和功率耦合器分离状态的剖面示意图；
图3为使用上述无电极放电灯的照明装置的一种实施例的立体示意图；
图4为使用上述无电极放电灯的照明装置的另一实施例的立体示意图；
图5为灯泡容器的球状部分的内径r的定义示意图；
图6为针对上述实施例提供的无电极放电灯，使封入灯泡内放电气体的变化，测定再引弧电压的结果示意图；
图7为在和图6的情况相同的条件下，测定光效的结果示意图；
图8为改变灯泡内径，在与图6相同的情况下，测定再引弧电压的结果示意图；
图9为在和图8的情况相同的条件下，测定光效的结果示意图。
具体实施方式
参照附图对本发明实施例提供的无电极放电灯及配备它的照明装置进行说明，本发明实施例提供的无电极放电灯1的详细结构如图1所示。无电极放电灯1由灯泡10和功率耦合器20构成。另外，灯泡1和功率耦合器20分离的状态如图2所示。
无电极放电灯1包括：内部封入了放电气体以及被控制在最低点温度的汞的灯泡10，和产生高频电磁场的功率耦合器20。灯泡10，是由气密容器14和封止部件11等构成的密封容器；气密容器14由玻璃等透光性材料制成，有圆形开口，大致为球形；封止部件11包括熔敷在气密容器14的圆形开口，大致呈圆筒状的腔体5，和形成在腔体5中央的排气管8。功率耦合器20包括：在其下端设有外缘部的圆筒形的散热柱21；固定在散热柱21上端附近的圆筒形的铁氧体磁芯22；缠绕在该铁氧体磁芯22外周、产生感应电场的感应线圈(螺线管)23。并且，通过以将排气管8插入铁氧体磁芯22内侧的方式，将散热柱21、铁氧体磁芯22以及感应线圈23插入腔体5内，排气管8能够以在中心位置的方式嵌入腔体5，功率耦合器20能够被安装在灯泡10上。
通过黏结等在灯泡10底部附近的灯泡颈部19，安装由树脂材料等做成的灯头15。在灯头15及功率耦合器20的底座部，分别设有图中未表示的卡口构造等安装构造。和灯头15一体化的灯泡10可拆卸地安装在功率耦合器20上。
在灯泡10的顶部，在灯头15配置于上部的状态下亮灯(灯头朝上亮灯)时，突起部4成为最冷部。含有突起部4的气密容器14的内周面几乎全部区域都涂有保护膜2及荧光体膜3。另外，封止部件11的腔体5的外周面的几乎全部区域也都涂有保护膜2及荧光体膜3(在图中仅示意一部分)。因此，灯泡10的内周面的几乎全部区域都涂有保护膜2以及荧光体膜3.
灯泡10的内部封入氩、氪等稀有气体，作为放电空间起作用。另外，在排气管8的内部设有铁镍合金制的金属容器13，在金属容器13的内部，封入总量约为20mg，重量比为50∶50的Zn-Hg，用于放出汞来控制汞蒸汽压力。进一步地，在排气管8的内部，形成用于固定金属容器13位置的凹部9，同时在排气管8的内部配置玻璃棒12。
排气管8用于从灯泡10内部排出空气等，其下端部从灯泡10的底部向外引出。将装有汞齐的金属容器13以及玻璃制的棒12放入灯泡1内，在此状态下，排出灯泡1内的空气后，封入上述稀有气体，熔化排气管8的下端部，作为烧尖部16封闭，由此，灯泡10被密闭。另外，在排气管8的上部及中间部形成向内突出的凹部9，在中间部的凹部9和烧尖部16之间，通过玻璃棒12保持金属容器13。
另外，呈倒U字形的支撑体17的一端被排气管8上部的凹部9扣住。另外，涂有功函数小的金属化合物(例如，氢氧化铯)的暗处起动辅助片18被固定在从排气管8导出到灯泡1内的支撑体17的另一端部。涂在暗处起动辅助片18上的金属化合物，承担着在无电极放电灯1起动时增加电子数量的职责。
图3表示的是一种使用本实施例提供的无电极放电灯1的照明装置。构成无电极放电灯1的功率耦合器20(未图示)固定在散热板31上，散热板31可以安装在建筑物的顶棚、侧壁、地板等处。功率耦合器20的感应线圈23的端部通过电线32连接亮灯电路33。并且，和灯头15一体化的灯泡10，通过与功率耦合器20的嵌合，构成配备无电极放电灯1的照明装置。另外，由于通到功率耦合器20的感应线圈23的高频电流(正弦电流)具有数百kHz这样较低的频率，因此，在感应线圈的内侧设有铁氧体磁芯(磁芯)22。
图4表示另一种使用本实施例提供的无电极放电灯1的照明装置。在图4所示的照明装置中，无电极放电灯1配置成灯泡10的发光部位于例如抛物镜面等反射板35的焦点处。反射板35的前面可以是开放的，也可以装有透光板。后者的情况下，发挥无电极放电灯的长寿命性，能够应用在屋外体育设施照明等更换灯泡困难的地方。尤其是密闭型照明装置时，虽然无电极放电灯1的周围温度变高，但如后面所述，能够不分亮灯方向确保一定的最低点温度，因此能够抑制光输出的变化。进而，即使进行PWM调光亮灯，也能减少振动的产生，抑制噪音。
功率耦合器20的感应线圈23流入高频电流时，在感应线圈23的周围产生高频电磁场。通过该高频电磁场使封入灯泡10内部的汞蒸汽和放电气体的混合气体中的电子加速，通过电子冲击引起电离，产生放电。在放电过程中，封入灯泡10内部的放电气体被激发，被激发的原子回到基态时会产生紫外线。该紫外线通过涂在灯泡10内周面的荧光体膜3转换为可见光。可见光透过灯泡10的气密容器14向外部放出。
在无电极放电灯1的亮灯过程中，因等离子体的热量灯泡10的内部会变成高温。然而，由于在灯泡10顶部设有突起部4，因此，在灯头15朝上使无电极放电灯1亮灯时，该突起部4成为最冷点，能够使气密容器14内的蒸汽压力降低。另一方面，在灯头15朝下使无电极放电灯1亮灯时，通过适当设定位于无电极放电灯1的高度方向的气密容器14的尺寸，能够使灯头15的正上部作为最冷点，由此，能够使气密容器14内的蒸汽压力降低。
对如上构成的无电极放电灯1进行调光亮灯，使光输出为额定亮灯时的50％，测定此时的光效(为得到上述一定的光输出所必需的电力的倒数)以及再引弧电压。其结果如表1所示。此时的调光方式，通过亮灯电路33断续地向感应线圈23提供高频电流，以此反复进行高频亮灯的ON-OFF，用以PWM调光。亮灯电路33，通过使高频输出以一定周期ON-OFF，增减一个周期内的ON期间的比例，来增减灯泡的光输出。若一个周期内的OFF期间变长，则在无电极放电灯1重启时必须要高电压(再引弧电压)。
【表1】
| 条件 | Ar(Pa) | Kr(Pa) | (∑(P×M)×r2)(×106) | 光效(lm/W) | 再引弧电压(V) |
| 1 | 20 | 0 | 53.7221 | 62.52 | 1857 |
| 2 | 16 | 4 | 65.5160 | 66.47 | 1632 |
| 3 | 4 | 16 | 100.8977 | 69.30 | 1330 |
| 4 | 0 | 20 | 112.6916 | 69.54 | 1345 |
在表1中，条件1～4分别将作为放电气体的稀有气体的压力设成定值(20Pa)。另外，在条件1和4中，放电气体分别仅为氩(Ar)及仅为氪(Kr)，在条件2及3中，放电气体分别为氩和氪的混合气体，并改变它们封入量的比例。
参数(∑(P×M)×r2)中，“P”是氩或氪的气压(单位：Pa)，“M”是它的原子量。“r”如图5所示，是气密容器14的球状部的直径。“∑(P×M)”是考虑氩和氪混合的情况。
针对从条件1到4的各自情况，比较光效及再引弧电压时，在不含有氪的条件1中，与其他情况相比效率低，再引弧电压高。换言之，可知在含有氪的条件2～4中，与不含有氪的条件1相比，效率变高，再引弧电压变低。因此，可知通过使放电气体中含有氪，产生对无电极放电灯1进行PWM调光时再引弧电压降低的效果。
其次，做成多个灯泡10(r＝220mm)，该灯泡10使用氩和氪的混合气体作为放电气体，混合气体的压力设成定值(20Pa或40Pa)，和上述表1的条件2～4同样地，使氪的压力在4～40Pa(4、16、20Pa或者8、32、40Pa)范围内变化，与之对应地使氩的压力在混合气体压力的0～80％范围内变化，实际进行PWM调光亮灯。其结果如图6及7所示。在图6及7中，横轴表示参数(∑(P×M)×r2)的值，纵轴分别表示再引弧电压及光效。
从图6可知，参数(∑(P×M)×r2)的值在65×106以上的范围内时，再引弧电压在1500V以下。另一方面，从图7可知，参数(∑(P×M)×r2)的值在65×106以上、250×106以下的范围内时，光效在65％以上。因此，可知参数(∑(P×M)×r2)的值在65～250×106时，不会大幅损失光效，且能够使再引弧电压降低。
与上述相同，制造气密容器14的球状部的直径r＝190mm，封入气密容器14内的Zn-Hg的总量为10mg的灯泡10，PWM调光亮灯使光输出为额定亮灯时的50％，测定再引弧电压及光效。其结果如图8及9所示。在图8及9中，横轴表示参数(∑(P×M)×r2)的值，纵轴分别表示再引弧电压及光效。从图8及9可知，在灯泡10的气密容器14的球状部的内径不同时，也能得到同样的效果。
如以上描述的，本实施例中，通过仅使用氪或使用氩和氪的混合气体作为放电气体，对无电极放电灯1进行PWM调光亮灯时，在能够提高效率的同时能够降低再引弧电压。并且，通过降低再引弧电压，还能减少插入无电极放电灯1的灯泡10的腔体5内部的功率耦合器20的铁氧体磁芯22的振动，能够抑制由与分开配置的其他铁氧体磁芯22或散热柱21的接触所产生的噪音。
另外，本发明并不限于上述实施例，放电气体中可以至少含有氪，也可以为与氩以外的稀有气体的混合气体。另外，氪的压力在放电气体全体压力的20％以上更好。
Claims (8)
1、一种无电极放电灯，其特征在于，包括：
用透光性材料制成，内部封入了放电气体及汞的灯泡，和嵌装在所述灯泡内所形成的腔体、并具有产生高频电磁场的感应线圈及铁氧体磁芯的功率耦合器；
所述感应线圈通过通入被PWM控制的高频电流而被驱动；
封入所述灯泡中的放电气体为氪，或为氪和另一种稀有气体的混合气体。
2、根据权利要求1所述的无电极放电灯，其特征在于，分别设氪、或氪和另一种稀有气体的混合气体的气压为P(Pa)，它们的原子量为M，所述灯泡内径为r(mm)；
用参数(∑(P×M)×r2)算出的值在65×106以上且250×106以下的范围。
3、根据权利要求1所述的无电极放电灯，其特征在于，氪的压力在放电气体整体压力的20％以上。
4、根据权利要求3所述的无电极放电灯，其特征在于，所述另一种稀有气体为氩。
5、一种照明装置，其特征在于，包括无电极放电灯和亮灯电路；
所述无电极放电灯包括用透光性材料制成，内部封入了放电气体及汞的灯泡，和嵌装在所述灯泡内所形成的腔体、并具有产生高频电磁场的感应线圈及铁氧体磁芯的功率耦合器；封入所述灯泡中的放电气体为氪，或为氪和另一种稀有气体的混合气体；
所述亮灯电路向所述感应线圈通入PWM控制的高频电流。
6、根据权利要求5所述的照明装置，其特征在于，分别设氪、或为氪和另一种稀有气体的混合气体的气压为P(Pa)，它们的原子量为M，所述灯泡内径为r(mm)；
用参数(∑(P×M)×r2)算出的值在65×106以上且250×106以下的范围。
7、根据权利要求5所述的照明装置，其特征在于，氪的压力在放电气体整体压力的20％以上。
8、根据权利要求7所述的照明装置，其特征在于，所述另一种稀有气体为氩。
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