[发明专利]提供旋转电场的电感无电极灯

说明书

这里描述的本发明是在能源部奖励基金的政府支持下完成的。政府具有本发明的某些权利。

相关申请的交叉参考

本申请是基于并要求有美国专利申请号60/141,872，申请日为1999年7月2和美国专利申请号09/531,507，申请日为2000年3月21日的优先权。

                            发明背景

发明领域

本发明属于放电灯，尤其是属于电感无电极灯的操作和结构。

相关技术

无电极灯无需更换能以10000以上的工作小时产生光亮度水平。无电极灯没有内部电极，而是依靠外部结构来击穿并激发某一填充剂以发射可见光。典型的无电极灯可分类为电感耦合(H放电)、电容耦合(E放电)，微波放电和行波放电。无电极灯的某些基本原理，以及每一种无电极灯的类型，都在文献中讨论过，例如Wharmby，D.O.，“用于照明的无电极灯：回顾”，IEEE Proceedings-A，Vol.140，No.6，1993年11月，pp.465-473(电子电气工程师协会学报-A，140卷，pp.465-473，1993年11月6日)。

电感耦合无电极灯可以类比成一个电变压器。在电感耦合无电极灯中，在放电容器(灯泡)内的填充材料(例如等离子体)用作单匝次级线圈，而初级线圈经适合的阻抗匹配连接至电源。有各种式样的电感耦合无电极灯：初级(激励器)线圈能在放电容器的外面；在容器的里面；在凹陷的腔体内；或绕在部分环形管状的灯表面。磁场可以用带有空气芯或磁芯的线圈来提供。

在电感耦合无电极灯中，线圈中的交流电产生一变化的磁场，该磁场感应一电场，驱动等离子体中的电流。涉及电感耦合无电极灯的某些电性能和现象，已经例如由Piejak，R.B.等人编成文献资料，“电感RF放电的简单分折”，PlasmaSources Sci.Technlol.1(1992)，papes 179-186。

在美国专利申请号09/228,230，申请日为1999年1月11日，标题是“高频电感灯和功率振荡器”，以及美国专利5,798,611中提供了用于电感耦合无电极灯的结构和工作技术的实例。这两个文件在此一起并入作为整体参考。

正交(例如90度异相)驱动技术用作无电极灯中的阻抗匹配，如同美国专利号4,712,046中的示例。已知在使用多元平行导体的电感耦合等离子体发生装置中，利用正交技术来产生椭圆形或圆形极化的电场。(参阅授予Tobin等人的美国专利5,619,103)。

另外，在无电极灯的灯泡内，已经应用正交技术来提供更均匀的电场，并因此提供更均匀的辐射放电。在这点上，微波无电极灯，授予Simpson的美国专利5,227,698，能将微波耦合到一个无电极灯腔体，在腔体内获得一个旋转场。在一个实施例中，Simpson提供了两个互成90度的场，这两个场的相位相差90度，具有相等的幅度，在腔体内形成一个具有圆形极化的复合旋转场。

在无电极灯中，电场旋转已经用于其他的目的，例如避免“电弧附着”现象，该现象能在灯泡或容器壁上产生热点。授予Lapatovich等人的美国专利5,498,928建议用以下方法来减少热点：将4个电场的高频电极按90度位置定位于灯泡容器的一块激励板上，并且以90度相位差和等幅度来驱动这些高频电极，以产生带有一个电场矢量的旋转场，该旋转场在激励板上旋转。

只要电弧充分稳定以维持其本身，典型的电感耦合无电极灯并不遭受“电弧附着”现象。然而电容耦合的和微波类型无电极灯利用穿过灯泡的电场，由电感耦合无电极灯的初级(激励器)线圈产生的磁场在等离子体内感应出电场，该电场基本上发生在灯泡内。

                            发明概述

用单匝感应线圈驱动电感耦合无电极灯，在两极上通常导致冷区的环形放电。通常，放电体的较热的区域趋向于发射光子，而放电体的较冷的区域趋向于吸收光子。两极上的冷区限制了等离子体的温度，因此限制了已足够热到能辐射可见光的放电体。

所需要的，即本发明的目标是一种用于在电感耦合无电极灯中增加冷区温度的方法和装置。