专利名称：无极灯高频磁场电场耦合方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及高频无极感应气体放电方法及灯装置，是一种高频磁场电场气体放电耦合发光方法及无极感应灯装置。
背景技术：
目前，公知的无极灯都工作在频率高达200多仟赫以上的广播级射频频段。高频大功率工作下的电子装置存在频率越高开关劝耗越大电磁波辐污染环境就越严重，电子装置对电子元件的各种性能要求高，所以其制作成本就高。这就是严重制约现行无极气体放电灯不能广泛应用的主要原因。
发明内容
本发明提供一种无极放电灯高频磁场电场气体放电双耦合方法及其无极灯装置能克服上述缺点，本发明方法使用高频磁场放电气体感应电场叠加增强及电容高频高压电场双耦合方法，使得无极放电灯高频电源工作频率仅为目前无极灯一半以下，甚至是他的五分之一左右的频率；本发明同时提供了无感数字化纯电容耦合的无电感线圈的无感无极灯装置及同轴单端封闭的‘微分’无极灯管的全新方法，相当于一个封闭了同轴传输电览端口的射频电览，屏蔽的外层是一种完全解决高频辐射污染环境问题的最有效方法。因此本发明的新方法解决了高频污染环境的辐射问题，还具有比现行无极灯更节能更长寿命及更高的工作可靠性及更低生产成本的优点。
一种无极灯高频磁场及电容电场双耦合方法其特征是在一个铁氧体磁芯或空心的铁氧体磁筒上绕有高频电磁线圈及高频高压电场辅助线圈的外层或线圈另一端的高频磁场回路上连续绕上数圈的放电灯管，放电灯管是头尾相接放电气体短路相环通的气体放电灯。并且在放电管环绕回路展开的周长的两对称点上分别选取一段等长的放电管沉积一段透明导电电容耦合层，高频高压电场辅助线圈两端是分别与这两段透明导电电容耦合层相连接的无极灯。在这里放电管相当于高频变压器的一个多圈串联绕制短路连接的付线圈，放电管从高频磁场中感应得到数圈的串联叠加的等于数倍单圈线圈感应得到的高频感应电势，同时放电管也从透明导电电容耦合层的高频高压电场辅助线圈的两端感到高频高压电场能。
一种无极气体放电灯其特征是在一个筒形高频磁芯上绕上高频磁场发生线圈，然后再在这个线圈外紧套上一个圆筒形空心的环形无极灯管，环形放电灯管夹层内空间可以绕上排绕数圈较细的内无极灯管，较细的内无极灯管可以内或外涂上荧光粉的两端开口可以以筒环形放电灯管夹层内空间相连通；较细的内无极灯管也可以两端开口连接放电气体短路相环通的无极灯管，较细的内无极灯管不与筒环形放电灯管夹层内空间相连通时上述形环灯管壳内空的无极放电灯管外涂荧光粉时则可充入一定的氮气，无极灯管内涂荧光粉时则可充入一定的氮气、纯净水、或高度透明的绝缘油等绝缘介质的任一种，外涂荧光粉的无极灯管宜采用能透紫外光的钠钙玻璃或石英玻璃管制造。
一种双层螺旋U型或V型绕制电容耦合无极灯其特征是两端放电管耦合电容采用的放电管沉积电容耦合层管长l与放电管直径d比为l/d＝100倍左右的超大比值，非电容耦合层的中间发光管长L与两电容耦合层管长总和2l之比在L/2l＝10倍左右的一条超长的无极灯管，放电灯管从一端开始螺旋管排绕成两层，两层之间的排绕截面是U形或V形断面的，无极灯管两端同绕在螺旋筒管一端的方向上并保持有一定的绝缘隔离空间的，无极放电管两端沉积一层氧化锡铟透明导电膜作为耦合电容电极，导电膜贴上一金属电线引出线后再外再包一层透明绝缘胶膜保护导电膜，然后将双层U型或V型无极灯管放入相应的U形或V形截面的透明管壳内。透明导电膜也可以改为用离子水(如盐水)在真空的情况下注入无极灯管与透明的绝缘包胶封闭的夹层中构成液态电容电极耦合层，金属引出线则改为耐腐蚀的钛金属线。
一种椭圆形电容电场耦合无极放电灯装置其特征是上述超长的无极灯放电管中点弯曲对折(或两根相同长度的超长的无极灯管封闭的端点塔桥连通的)，放电管有电容耦合层的两端同一方向螺旋管多层无感绕制成的并且渐层减少圈数的近椭圆形的无极灯装置。
一种超低频段的电容耦合无极灯装置其特征是非电容耦合层的中间发光管长L很短，仅起放电管两端耦合电容层绝缘隔离作用，即放电灯管除中间一小段过度绝缘隔离段外整个无极灯管两端全部沉积透明的导电介质作为无极灯管的电容耦合层构成。放电管沉积电容耦合层管长l与放电管直径d比大于l/d≥100倍，一般在100～3000倍之间的超大比值耦合系数(灯管厚度一定时耦合系数或耦合电容量与沉积耦合层管长成比例)。电容耦合层可以使用固态或液态的透明导层，也可以使用超细的金属网最好是反射光性能好镜面不锈钢丝网。
一种同轴电容耦合‘微分’无极灯其特征是无极放电灯管是由两根超薄的同轴放置的外玻管及内玻管组成的同轴夹层封闭的气体放电无极灯管组成的，其中两电极电容耦合层分别沉积在外玻管外层和内玻管心的内层，内层电容耦合层可以镀上反射紫外光的银镜导电耦合层，无极灯管的外玻管内层涂上荧光粉，内玻管不涂荧光粉靠镜面耦合层把紫外光反射到外玻管去激发荧光粉层发光的。同轴无极灯也可做成单端封闭的，即将两根长U型玻管同轴套在一起封闭成的截面为长U型夹层气体放电空间的无极灯管。同轴电容耦合‘微分’无极灯也可以做成内层玻璃管中间断开相隔并且玻管两断口各自封闭的无极灯管轴线断截面的气体放电空间是H状的无极灯管，从两端芯管内层分别沉积上一层银镜反射导电耦合层。
一种最简单的电容耦合‘微分’无极灯其特征是一根极薄(厚度)≤0.3mm的封闭无极气体放电灯管，灯管除了在中心处留下一小段绝缘间隔外，其余两端分别沉积一层透明导电电容耦合层构成。
一种‘积分’组合型系列无极灯装置其特征是在一个杯形玻壳中装上由上述多支电容耦合小功率‘微分’无极灯管并联集束排扦在一个圆形或多边形的基板上，并以基板中心点为中心向外续层辐射或矩阵分布排列组合成的系列无极灯装置。此外还可按不同的形状、不同的灯管数目、间中扦入不同纯色或单色(如三基色管)的灯管组合成非常丰富多彩的灯饰系列无极灯品种。这种‘积分’组合型系列无极灯装置如采用前面所述单端封闭成截面为长U型夹层放电空间的无极灯管时，无极灯内心导电耦合层引出线的一单端排扦在一个绝缘的基板上，基板凸出另一端的无极灯发光端封闭在一杯形玻壳与基板密封的灯管灯室中，无极灯管可以是固态透明的电容耦合层，也可以真空注入离子水(如盐水)代替固态的透明电容耦合层，灯室中留下余量的饱和水蒸汽空间解决离子水热胀冷缩的问题，用一耐腐蚀钛金针电极从基板中心插入离子水中引到基板外作为高频电流的一个输入电极。
一种无感数字化纯电容耦合无感无极灯装置其特征是在一个金属屏蔽合中的高频电源发生器首先将市电经高频扼流圈后再整流为直流电(市电电压过低的国家和地区可采用电容倍压整流方式直接获得所需直流高压)，然后高频功率发生器将直流电直接无电感线圈地转换成数字化脉冲电流或数字化交流方波并用同轴电览直接馈送给电容耦合的‘微分’无极灯或‘积分’组合高功率无极灯使用，可数字化调整脉冲或交流方波电源的频率实现数字化调光与无极灯管的工作状态的匹配。
一种无极灯电子装置其特征是由无极气体放电管及焊接在A+、A-、B、B1、C、D、E、F、G等导体上的电子元件构成；其中市电经桥堆整流输出的正负极分别接A+、A-，一电解电容正负极分别接A+、F，另一电解电容正负极分别接F、A-，一晶体管集电极基极发射极分别接A+、B、E，另一晶体管集电极基极发射极分别接E、B1、A-，一电阻接E、A+，一电容接E、D，一触发二极管接D、C，一磁环变压器其中原线圈两端及中心抽头分别接B、C、E，而另一付线圈接B1、A-，一高频自耦变压器线圈两线端及中心抽头分别接D、G、F，无极气体放电灯管接G、D。本装置也以改为其自耦变压器中间抽头与F连线之间串入一交流电容并短接F、A-取消另一电解电容的方式。
本发明提供的高频磁场及电容电场双耦合无极灯采用了无极灯管多圈串联绕制端口短路连接方法使无极灯放电气体从高频磁场中感应的多圈高频电势能叠加在一起，使放电气体能够轻易地获得足够的雪崩击穿工作电压，再加上电容高压高频电场的共同耦合馈送，使得无极灯放电气体能在较现行无极灯更低的工作频率下也稳定能点燃和工作，因为现行泡形或环形(如上海宏源的)等无极灯放电气体等效相于一圈或相当于多圈并联的接法，放电气体单圈获得雪崩击工作稳定感应高频电压是并联的没有本发明的叠加作用，因而就必须使用非常高的频率，只有非常高的频率在能使高频线圈减少耦合圈数，才能使单圈的气体放电环形回路获得足够高的启动电势能使放电气体电离工作，这就是现行无极灯为什必须要工作在非常高的工作频率下的真正原因，而且这种方法当市电压一定时调整灯的发光功率只有频率与耦合感抗两个变量。而本实用新型是三维变量调整频率、电压、耦合电容量，因此无极灯可以选取较低的高频电源频率，而通过调整电压与耦合电容量来获得所需发光功率，有趣的是电容量频率不变可单方面改变高频输出电压和放电管的长度就可设计匹配出不同功率和效率的无极灯。所以本发明提供的无极灯可以非常方便设计匹配任何大小功率的无极灯电光源产品；双层螺旋U型或V型绕制电容耦合无极灯采用超大的耦合管长与管径的l/d比值目的增加电容量可降低电源工作频率，提高电压也能获得足够相对小口经放电管的电流强度，超长的L/2l放电管在耦合电容量频率一定的情况下可提高放电管长度和提升电压获得高的发光功率和效率的提高；同轴电容耦合‘微分’无极灯是一种可由多支‘微分’简单的小功率无极灯管‘积分’集成组合成不同的系列无极灯装置，同轴电容耦合‘微分’无极灯是短小结构简单的最容易方便机械化大规模生产的小功率的基本无极灯单元，因为其短小简单超薄玻璃管的结构是一种正好适合于自动机械化大规生产的需要而设计的，因为超薄的玻璃管超长弯制不易，机械化制弯管、涂粉、烘管、抽真空、也不容易，‘微分’单元法是基于解决上述众多复杂的生产问题款式问题使众多的问题转化为一个简单的单元的生产问题而提出来的全新的设计生产理念，同轴单端封闭的‘微分’无极灯管相当于一个封闭了射频同轴传输电览端口的电览，屏蔽的外层是一种完全解决高频辐射污染环境问题的最有效方法。使用液态透明耦合层不仅可降低生产成本而且也可方便把中心的热量传送到玻壳并可更进一步提高吸收高频污染环境辐射的能力；无感数字化纯电容耦合的无感无极灯装置是‘微分’超薄无极灯管更高层次的发展，从而取消使用传统高频电感变压器变压匹配的方式，减少电感的高频污染环境的辐射及电感峰尖脉冲对功率晶体管的损害，提高晶体管工作的可靠性和工作寿命。本发明提供的超长细管无极灯或‘微分’组合系列无极灯与现行的无极气体放电灯相比不仅增加了发光表面积，而且为放电灯管散热使放电灯维持最佳放电壁温创造了条件，同时为制作放电灯管两端的电容电极增加面积增加电容量提供了有利条件。所以本发明提供的方法是一种可使无极气体放电灯具有体积小、使用方便、寿命长、节能、制作工艺更简单成本更低款式更多样化的优点，可以开发出一系列不同款式不同用途的适应高中低消费市场需要的无极灯。所以本发明提供的无极灯方法及装置是加快实现照明进入无极化照明时代的最好的最根本的方法，其重要的意义是无极灯具有广泛的国际市场的。
图1是同轴电容耦合‘微分’无极灯管；图2是同轴电容耦合‘微分’H型无极灯管；图3是同轴电容耦合‘微分’U型单端无极灯管；图4是单管电容耦合‘微分’无极灯管；图5是图1 A-A的截面图；图6是图2 B-B的截面图；图7是图3 C-C的截面图；图8是图4 D-D的截面图；图9是高频高频磁场及电容电场双耦合数圈放电灯管短路环通式无极灯；图10是筒环放电灯管夹层内置多圈短路环通的较细无极灯管的无极灯；图11和是超大长径比值电容耦合的U型及椭圆形无极灯装置；图13是同轴单端电容耦‘微分’组合无极灯装置；图14是最简单的电容耦‘微分’组合无极灯装置；图15是短路环通高频磁场电场双耦合无极装置电原理图；图16是多支无极灯并联电原理图；图17是一种超低频段的电容耦合无极灯装置。
附图中1无极灯管、2同轴电容耦外玻管、3同轴电容耦内玻管、4气体放电腔、5荧光粉、6透明电容耦合层、7银镜反射电容耦合层、8高频电磁线圈、9电容耦合用高频高压电场发生线圈、10无极灯高频电源发生器、11筒式高频磁芯、12绝缘层、13冷却气吼、14透明灯罩、15螺旋灯头、16筒环形无极灯管、17耦合电容引出极、18钛金电极、19集成灯室、20透明灯壳、21‘微分’集成绝缘水密排插基板、22密封圈、23灯室密封盖、24整流桥堆、25电解电容、26高频磁环、27和28功率管推动付线圈、29功率管推动原线圈、30功率晶体管、31电阻、32触发二极管、33触发电容、34过度绝缘隔离段。
图15及图16中A+、A-、B、B1、C、D、E、F、G为电子元件连接导体。
实施本发明的最好方式高频高频磁场及电容电场双耦合数圈放电灯管短路环通式无极灯如图9；是筒环放电灯管夹层内置多圈短路环通的较细无极灯管的无极灯如图10；超大长径比值电容耦合的U型及椭圆形无极灯装置如图11和图12；同轴单端封闭电容耦‘微分’组合无极灯装置如图13；最简单的电容耦‘微分’组合无极灯装置如图14；超低频段电容耦合无极灯装置如图17；无感数字化纯电容耦合无感无极灯装置等方式都是实施本发明显最好方式。特别是‘微分’小功率无极灯是组合无数种不同功率不同款式系列性无极灯产品的最基本单元，短小直管的简单结构特点特别适合于工业自动化大批量生产的特点，是高性能低成本的最优方式。
权利要求
1.一种无极灯高频磁场及电容电场双耦合方法其特征是在一个铁氧体磁芯或空心的铁氧体磁筒上绕有高频电磁线圈及高频高压电场辅助线圈的外层或线圈另一端的高频磁场回路上连续绕上数圈的放电灯管，放电灯管是头尾相接放电气体短路相环通的气体放电灯。并且在放电管环绕回路展开的周长的两对称点上分别选取一段等长的放电管沉积一段透明导电电容耦合层，高频高压电场辅助线圈两端是分别与这两段透明导电电容耦合层相连接的无极灯。在这里放电管相当于高频变压器的一个多圈串联绕制短路连接的付线圈，放电管从高频磁场中感应得到数圈的串联叠加的等于数倍单圈线圈感应得到的高频感应电势，同时放电管也从透明导电电容耦合层的高频高压电场辅助线圈的两端感到高频高压电场能。
2.一种无极气体放电灯其特征是在一个筒形高频磁芯上绕上高频磁场发生线圈，然后再在这个线圈外紧套上一个圆筒形空心的环形无极灯管，环形放电灯管夹层内空间可以绕上排绕数圈较细的内无极灯管，较细的内无极灯管可以内或外涂上荧光粉的两端开口可以以筒环形放电灯管夹层内空间相连通；较细的内无极灯管也可以两端开口连接放电气体短路相环通的无极灯管，较细的内无极灯管不与筒环形放电灯管夹层内空间相连通时上述形环灯管壳内空的无极放电灯管外涂荧光粉时则可充入一定的氮气，无极灯管内涂荧光粉时则可充入一定的氮气、纯净水、或高度透明的绝缘油等绝缘介质的任一种，外涂荧光粉的无极灯管宜采用能透紫外光的钠钙玻璃或石英玻璃管制造。
3.一种双层螺旋U型或V型绕制电容耦合无极灯其特征是两端放电管耦合电容采用的放电管沉积电容耦合层管长l与放电管直径d比为l/d＝100倍左右的超大比值，非电容耦合层的中间发光管长L与两电容耦合层管长总和2l之比在L/2l＝10倍左右的一条超长的无扱灯管，放电灯管从一端开始螺旋管排绕成两层，两层之间的排绕截面是U形或V形断面的，无极灯管两端同绕在螺旋筒管一端的方向上并保持有一定的绝缘隔离空间的，无极放电管两端沉积一层氧化锡铟透明导电膜作为耦合电容电极，导电膜贴上一金属电线引出线后再外再包一层透明绝缘胶膜保护导电膜，然后将双层U型或V型无极灯管放入相应的U形或V形截面的透明管壳内。透明导电膜也可以改为用离子水(如盐水)在真空的情况下注入无极灯管与透明的绝缘包胶封闭的夹层中构成液态电容电极耦合层，金属引出线则改为耐腐蚀的钛金属线。
4.一种椭圆形电容电场耦合无极放电灯装置其特征是上述超长的无极灯放电管中点弯曲对折(或两根相同长度的超长的无极灯管封闭的端点塔桥连通的)，放电管有电容耦合层的两端同一方向螺旋管多层无感绕制成的并且渐层减少圈数的近椭圆形的无极灯装置。
5.一种超低频段的电容耦合无极灯装置其特征是非电容耦合层的中间发光管长L很短，仅起放电管两端耦合电容层绝缘隔离作用，即放电灯管除中间一小段绝缘隔离外整个无极灯管两端全部沉积透明的导电介质作为无极灯管的电容耦合层构成。放电管沉积电容耦合层管长l与放电管直径d比大于l/d≥100倍，一般在100～3000倍之间的超大比值耦合系数(灯管厚度一定时耦合系数或耦合电容量与沉积耦合层管长成比例)。电容耦合层可以使用固态或液态的透明导层，也可以使用超细的金属网最好是反射光性能好镜面不锈钢丝网。
6.一种同轴电容耦合‘微分’无极灯其特征是无极放电灯管是由两根超薄的同轴放置的外玻管及内玻管组成的同轴夹层封闭的气体放电无极灯管组成的，其中两电极电容耦合层分别沉积在外玻管外层和内玻管心的内层，内层电容耦合层可以镀上反射紫外光的银镜导电耦合层，无极灯管的外玻管内层涂上荧光粉，内玻管不涂荧光粉靠镜面耦合层把紫外光反射到外玻管去激发荧光粉层发光的。同轴无极灯也可做成单端封闭的，即将两根长U型玻管同轴套在一起封闭成的截面为长U型夹层气体放电空间的无极灯管。同轴电容耦合‘微分’无极灯也可以做成内层玻璃管中间断开相隔并且玻管两断口各自封闭的无极灯管轴线断截面的气体放电空间是H状的无极灯管，从两端芯管内层分别沉积上一层银镜反射导电耦合层。
7.一种最简单的电容耦合‘微分’无极灯其特征是一根极薄(厚度)≤0.3mm的封闭无极气体放电灯管，灯管除了在中心处留下一小段绝缘间隔外，其余两端分别沉积一层透明导电电容耦合层构成。
8.一种‘积分’组合型系列无极灯装置其特征是在一个杯形玻壳中装上由上述多支电容耦合小功率‘微分’无极灯管并联集束排扦在一个圆形或多边形的基板上，并以基板中心点为中心向外续层辐射或矩阵分布排列组合成的系列无极灯装置。此外还可按不同的形状、不同的灯管数目、间中扦入不同纯色或单色(如三基色管)的灯管组合成非常丰富多彩的灯饰系列无极灯品种。这种‘积分’组合型系列无极灯装置如采用前面所述单端封闭成截面为长U型夹层放电空间的无极灯管时，无极灯内心导电耦合层引出线的一单端排扦在一个绝缘的基板上，基板凸出另一端的无极灯发光端封闭在一杯形玻壳与基板密封的灯管灯室中，无极灯管可以是固态透明的电容耦合层，也可以真空注入离子水(如盐水)代替固态的透明电容耦合层，灯室中留下余量的饱和水蒸汽空间解决离子水热胀冷缩的问题，用一耐腐蚀钛金针电极从基板中心插入离子水中引到基板外作为高频电流的一个输入电极。
9.一种无感数字化纯电容耦合无感无极灯装置其特征是在一个金属屏蔽合中的高频电源发生器首先将市电经高频扼流圈后再整流为直流电(市电电压过低的国家和地区可采用电容倍压整流方式直接获得所需直流高压)，然后高频功率发生器将直流电直接无电感线圈地转换成数字化脉冲电流或数字化交流方波电流并用同轴电览直接馈送给电容耦合的‘微分’无极灯或‘积分’组合高功率无极灯使用，可数字化调整脉冲或交流方波电源的频率实现数字化调光与无极灯管的工作状态的匹配。
10.一种无极灯电子装置其特征是由无极气体放电管及焊接在A+、A-、B、B1、C、D、E、F、G等导体上的电子元件构成；其中市电经桥堆整流输出的正负极分别接A+、A-，一电解电容正负极分别接A+、F，另一电解电容正负极分别接F、A-，一晶体管集电极基极发射极分别接A+、B、E，另一晶体管集电极基极发射极分别接E、B1、A-，一电阻接E、A+，一电容接E、D，一触发二极管接D、C，一磁环变压器其中原线圈两端及中心抽头分别接B、C、E，而另一付线圈接B1、A-，一高频自耦变压器线圈两线端及中心抽头分别接D、G、F，无极气体放电灯管接G、D。本装置也以改为其自耦变压器中间抽头与F连线之间串入一交流电容并短接F、A-取消另一电解电容的方式。
全文摘要
本发明了一种无极灯高频磁场电场耦合方法及装置。其主要特征是使用放电管多圈气体电场叠加增强放电原理及高频高压电场耦合原理，解决了现行无极灯的存在频率高开关功耗大，高频电磁波辐射污染环境以及对电子元件的各种性能要求高制作成本高不能广泛应用的问题。本发明提供的方法其工作频率仅为目前无极灯一半甚至五分之一左右的频率的就可以获得相同的功率和效率，因此具有更节能、寿命更长和更高的工作可靠性及更低的生产成本，是一种具有广泛市场前景无极灯生产制作方法。
文档编号H01J65/04GK1564306SQ20041002669
公开日2005年1月12日 申请日期2004年4月1日 优先权日2004年4月1日
发明者李崇新 申请人:李崇新