專利名稱：提供旋轉(zhuǎn)電場(chǎng)的電感無(wú)電極燈的制作方法
這里描述的本發(fā)明是在能源部獎(jiǎng)勵(lì)基金的政府支持下完成的。政府具有本發(fā)明的某些權(quán)利。
相關(guān)申請(qǐng)的交叉參考本申請(qǐng)是基于并要求有美國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?0/141,872，申請(qǐng)日為1999年7月2和美國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?9/531,507，申請(qǐng)日為2000年3月21日的優(yōu)先權(quán)。
背景技術(shù)：
發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明屬于放電燈，尤其是屬于電感無(wú)電極燈的操作和結(jié)構(gòu)。
相關(guān)技術(shù)無(wú)電極燈無(wú)需更換能以10000以上的工作小時(shí)產(chǎn)生光亮度水平。無(wú)電極燈沒(méi)有內(nèi)部電極，而是依靠外部結(jié)構(gòu)來(lái)?yè)舸┎⒓ぐl(fā)某一填充劑以發(fā)射可見(jiàn)光。典型的無(wú)電極燈可分類(lèi)為電感耦合(H放電)、電容耦合(E放電)，微波放電和行波放電。無(wú)電極燈的某些基本原理，以及每一種無(wú)電極燈的類(lèi)型，都在文獻(xiàn)中討論過(guò)，例如Wharmby，D.O.，“用于照明的無(wú)電極燈回顧”，IEEE Proceedings-A，Vol.140，No.6，1993年11月，pp.465-473(電子電氣工程師協(xié)會(huì)學(xué)報(bào)-A，140卷，pp.465-473，1993年11月6日)。
電感耦合無(wú)電極燈可以類(lèi)比成一個(gè)電變壓器。在電感耦合無(wú)電極燈中，在放電容器(燈泡)內(nèi)的填充材料(例如等離子體)用作單匝次級(jí)線圈，而初級(jí)線圈經(jīng)適合的阻抗匹配連接至電源。有各種式樣的電感耦合無(wú)電極燈初級(jí)(激勵(lì)器)線圈能在放電容器的外面；在容器的里面；在凹陷的腔體內(nèi)；或繞在部分環(huán)形管狀的燈表面。磁場(chǎng)可以用帶有空氣芯或磁芯的線圈來(lái)提供。
在電感耦合無(wú)電極燈中，線圈中的交流電產(chǎn)生一變化的磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)感應(yīng)一電場(chǎng)，驅(qū)動(dòng)等離子體中的電流。涉及電感耦合無(wú)電極燈的某些電性能和現(xiàn)象，已經(jīng)例如由Piejak，R.B.等人編成文獻(xiàn)資料，“電感RF放電的簡(jiǎn)單分折”，PlasmaSources Sci.Technlol.1(1992)，papes 179-186。
在美國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?9/228,230，申請(qǐng)日為1999年1月11日，標(biāo)題是“高頻電感燈和功率振蕩器”，以及美國(guó)專利5,798,611中提供了用于電感耦合無(wú)電極燈的結(jié)構(gòu)和工作技術(shù)的實(shí)例。這兩個(gè)文件在此一起并入作為整體參考。
正交(例如90度異相)驅(qū)動(dòng)技術(shù)用作無(wú)電極燈中的阻抗匹配，如同美國(guó)專利號(hào)4,712,046中的示例。已知在使用多元平行導(dǎo)體的電感耦合等離子體發(fā)生裝置中，利用正交技術(shù)來(lái)產(chǎn)生橢圓形或圓形極化的電場(chǎng)。(參閱授予Tobin等人的美國(guó)專利5,619,103)。
另外，在無(wú)電極燈的燈泡內(nèi)，已經(jīng)應(yīng)用正交技術(shù)來(lái)提供更均勻的電場(chǎng)，并因此提供更均勻的輻射放電。在這點(diǎn)上，微波無(wú)電極燈，授予Simpson的美國(guó)專利5,227,698，能將微波耦合到一個(gè)無(wú)電極燈腔體，在腔體內(nèi)獲得一個(gè)旋轉(zhuǎn)場(chǎng)。在一個(gè)實(shí)施例中，Simpson提供了兩個(gè)互成90度的場(chǎng)，這兩個(gè)場(chǎng)的相位相差90度，具有相等的幅度，在腔體內(nèi)形成一個(gè)具有圓形極化的復(fù)合旋轉(zhuǎn)場(chǎng)。
在無(wú)電極燈中，電場(chǎng)旋轉(zhuǎn)已經(jīng)用于其他的目的，例如避免“電弧附著”現(xiàn)象，該現(xiàn)象能在燈泡或容器壁上產(chǎn)生熱點(diǎn)。授予Lapatovich等人的美國(guó)專利5,498,928建議用以下方法來(lái)減少熱點(diǎn)將4個(gè)電場(chǎng)的高頻電極按90度位置定位于燈泡容器的一塊激勵(lì)板上，并且以90度相位差和等幅度來(lái)驅(qū)動(dòng)這些高頻電極，以產(chǎn)生帶有一個(gè)電場(chǎng)矢量的旋轉(zhuǎn)場(chǎng)，該旋轉(zhuǎn)場(chǎng)在激勵(lì)板上旋轉(zhuǎn)。
只要電弧充分穩(wěn)定以維持其本身，典型的電感耦合無(wú)電極燈并不遭受“電弧附著”現(xiàn)象。然而電容耦合的和微波類(lèi)型無(wú)電極燈利用穿過(guò)燈泡的電場(chǎng)，由電感耦合無(wú)電極燈的初級(jí)(激勵(lì)器)線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)在等離子體內(nèi)感應(yīng)出電場(chǎng)，該電場(chǎng)基本上發(fā)生在燈泡內(nèi)。
發(fā)明概述用單匝感應(yīng)線圈驅(qū)動(dòng)電感耦合無(wú)電極燈，在兩極上通常導(dǎo)致冷區(qū)的環(huán)形放電。通常，放電體的較熱的區(qū)域趨向于發(fā)射光子，而放電體的較冷的區(qū)域趨向于吸收光子。兩極上的冷區(qū)限制了等離子體的溫度，因此限制了已足夠熱到能輻射可見(jiàn)光的放電體。
所需要的，即本發(fā)明的目標(biāo)是一種用于在電感耦合無(wú)電極燈中增加冷區(qū)溫度的方法和裝置。
根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)方面，電感耦合無(wú)電極燈含有一對(duì)激勵(lì)線圈，該線圈定位在外殼或燈泡的外部。該對(duì)激勵(lì)線圈按在外殼內(nèi)產(chǎn)生至少一個(gè)移動(dòng)環(huán)形電場(chǎng)的方式定位和驅(qū)動(dòng)。該移動(dòng)電場(chǎng)在外殼內(nèi)導(dǎo)致形成相應(yīng)的等離子體放電。在燈泡容體內(nèi)的大部分都發(fā)生放電，并且冷區(qū)的溫度升高了。電場(chǎng)的移動(dòng)在外殼內(nèi)導(dǎo)致一個(gè)更均勻的熱等離子激勵(lì)體，因此有利于光子的發(fā)射或再次輻射。
環(huán)形電場(chǎng)(和相應(yīng)的等離子體放電)的移動(dòng)可以是旋轉(zhuǎn)的，振動(dòng)的，搖擺的，或開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換的。移動(dòng)的特性取決于如線圈的幾何結(jié)構(gòu)，方位和線圈的激勵(lì)(驅(qū)動(dòng))技術(shù)等因素。在某些實(shí)施例中，這對(duì)激勵(lì)線圈通過(guò)正交技術(shù)來(lái)驅(qū)動(dòng)(例如或是相位正交，頻率正交或幅度正交)根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，電感耦合無(wú)電極燈包括密封有填充劑的一外殼，該填充劑當(dāng)被激勵(lì)時(shí)形成等離子體放電；定位在外殼外部的一對(duì)激勵(lì)線圈，按在外殼內(nèi)部產(chǎn)生一個(gè)移動(dòng)環(huán)形電場(chǎng)的方式對(duì)這對(duì)激勵(lì)線圈定位和驅(qū)動(dòng)，該移動(dòng)環(huán)形電場(chǎng)在外殼內(nèi)激勵(lì)等離子體放電；和將交流電流施加于這對(duì)激勵(lì)線圈的一驅(qū)動(dòng)器，在施加于這對(duì)激勵(lì)線圈的第一個(gè)線圈和第二個(gè)線圈上的交流電之間存在一相位差。較佳地，該相位差基本上是90度。例如，驅(qū)動(dòng)器可以包括一單個(gè)信號(hào)源和一相位延遲調(diào)整元件，該元件提供施加于這對(duì)激勵(lì)線圈的第一個(gè)線圈和第二個(gè)線圈上的交流電流之間的相位差。另外，該驅(qū)動(dòng)器包括第一信號(hào)源和第二信號(hào)源，連接第一信號(hào)源以將具有第一相位的信號(hào)施加于這對(duì)激勵(lì)線圈的第一個(gè)線圈，而連接第二信號(hào)源以將具有第二相位的信號(hào)施加于這對(duì)激勵(lì)線圈的第二個(gè)線圈。通常，定位這對(duì)激勵(lì)線圈，使這對(duì)激勵(lì)線圈各自的中心相一致，并使各自的線圈軸以某一預(yù)定角度定向。在大多數(shù)例子中，該預(yù)定角度為90度。在某些例子中，有利的是，將一個(gè)線圈軸相對(duì)于另一個(gè)線圈軸標(biāo)傾斜從垂線起在約10°至15°之間。在大多數(shù)例子中，這對(duì)線圈中的每個(gè)線圈有戒指環(huán)形。在某些例子中，這對(duì)戒指環(huán)形激勵(lì)線圈中每個(gè)線圈在線圈互相交叉的區(qū)域的寬度變小。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，電感耦合無(wú)電極燈包括密封有填充劑的一外殼，被激勵(lì)時(shí)該填充劑形成等離子體放電；定位在外殼外部的一對(duì)激勵(lì)線圈，按在外殼內(nèi)部產(chǎn)生一個(gè)移動(dòng)環(huán)形電場(chǎng)的方式定位和驅(qū)動(dòng)，該移動(dòng)環(huán)形電場(chǎng)在外殼內(nèi)激勵(lì)出等離子體放電；和一個(gè)驅(qū)動(dòng)器，該驅(qū)動(dòng)將交流電施加于這對(duì)激勵(lì)線圈，其中該驅(qū)動(dòng)器在將交流電施加于這對(duì)激勵(lì)線圈的第一個(gè)線圈和第二個(gè)線圈之間進(jìn)行開(kāi)關(guān)控制。例如，開(kāi)關(guān)控制將按一預(yù)定時(shí)間常數(shù)進(jìn)行。更適宜地，該預(yù)定時(shí)間常數(shù)與等離子體的衰變時(shí)間有關(guān)。例如，該預(yù)定時(shí)間常數(shù)為微秒級(jí)，17。該驅(qū)動(dòng)器可以包括一單個(gè)信號(hào)源和一開(kāi)關(guān)元件。該開(kāi)關(guān)元件在將交流電供給這對(duì)激勵(lì)線圈的第一個(gè)線圈和第二個(gè)線圈之間提供開(kāi)關(guān)控制。這對(duì)激勵(lì)線圈可以定位成使這對(duì)激勵(lì)線圈各自的中心相一致并且使各線圈軸以某一預(yù)定角度(例如90°)定向。另外，這對(duì)激勵(lì)線圈可以互相平行定位且彼此間在空間上間隔開(kāi)。
較佳地，施加的交流電的驅(qū)動(dòng)頻率至少300MHz，而這對(duì)激勵(lì)線圈的每個(gè)線圈的有效電長(zhǎng)度小于驅(qū)動(dòng)頻率的一半波長(zhǎng)。更適宜地，驅(qū)動(dòng)頻率至少為900MHz，而這對(duì)激勵(lì)線圈的每個(gè)線圈的有效電長(zhǎng)度要小于驅(qū)動(dòng)頻率的四分之一波長(zhǎng)。這里描述的驅(qū)動(dòng)技術(shù)除光發(fā)射孔區(qū)域外或許覆蓋有反射物的外殼中特別有利。
附圖簡(jiǎn)述本發(fā)明的前述的和其他目的，功能和優(yōu)點(diǎn)將隨著下列的最佳實(shí)施例的更詳細(xì)地描述顯得更明白。在附圖中描述的實(shí)施例，其基本特征涉及貫穿各視圖的相同部分。附圖不需要定比例尺，而重點(diǎn)在于本發(fā)明的原理介紹。


圖1是一張根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的電感耦合無(wú)電極燈的立體圖。
圖2是一張圖1燈的線圈和燈泡元件的立體背視圖。
圖2A是一張?jiān)趫D2中描述的線圈和燈元件的頂視圖。
圖2B是一張圖2中描述的線圈和燈元件的前視圖。
圖2C是一張圖2中描述的線圈和燈元件的右視圖。
圖3是一張部分截面?zhèn)纫晥D，示出圖1燈中的電容以及線圈和環(huán)元件。
圖4A，圖4B，圖4C和圖4D是頂視圖，示出用于圖1燈中的不同的正交驅(qū)動(dòng)技術(shù)或線圈定向。
圖5是一張示意圖，示出由圖1的燈產(chǎn)生的移動(dòng)環(huán)形電場(chǎng)。
圖5A是一張示意側(cè)視圖，示出被激等離子體填充劑的旋轉(zhuǎn)。
圖5B是一張圖5A的示意頂視圖。
圖5C是一張示意側(cè)視圖，示出被激等離子體填充劑的擺動(dòng)。
圖6A是一張根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的線圈配置的頂視圖。
圖6B是一張圖6A的線圈配置的立體圖。
圖7-圖9是立體圖，示出適用于圖1燈的其他線圈配置和定向的例子。
圖10是另一個(gè)實(shí)施例的燈的線圈和燈泡元件的一張立體背視圖，其中，線圈有“分裂”的戒指環(huán)配置。
圖11是一張線圈的截面視圖，該視圖有一個(gè)類(lèi)似于啞鈴的有代表性的形狀。
圖12A和圖12B是燈實(shí)施例的等體積部分視圖，其中線圈是按平行板放置。
圖13是一張示意圖，示出由圖12A或12B的燈產(chǎn)生的跳動(dòng)的或轉(zhuǎn)換的環(huán)形電場(chǎng)。
圖14是按本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的電感耦合無(wú)電極燈的立體圖。
圖15是一張電路的原理視圖，包括圖14所示元件的等效電氣線路。
圖16是一張利用本發(fā)明原理的帶孔的無(wú)電極燈的線圈和燈泡元件的立體后視圖。
圖17A是一張立體圖，示出適用于圖1燈的線圈配置和定向的另一個(gè)例子。
圖17B是一張圖17A的線圈配置和定向例子的頂視圖。
圖17C是一張圖17A的線圈配置和定向例子的正視圖。
圖17D是一張圖17A的線圈配置和定向例子的右側(cè)視圖。
詳細(xì)描述在下列描述中，目的為了說(shuō)明而非限制，提供例如特定結(jié)構(gòu)，接口，技術(shù)等的具體細(xì)節(jié)，以便徹底地理解本發(fā)明。然而對(duì)于技術(shù)熟練的人員是很明白的，本發(fā)明可以在那些偏離這些詳細(xì)細(xì)節(jié)的其他實(shí)施例中實(shí)行。在其他情況中，省略了眾所周知的設(shè)備，電路和方法的詳細(xì)描述，而不會(huì)因無(wú)必要的詳情使本發(fā)明的描述模糊不清。
圖1描述依照本發(fā)明配置和工作的電感耦合無(wú)電極燈的第一個(gè)實(shí)施例。電感耦合無(wú)電極燈有一個(gè)定形的能透光的外殼或燈泡，在這里稱為外殼22，該外殼含有等離子體狀的填充劑24。一對(duì)單匝激勵(lì)線圈32、34定位在外殼22的外部。如下文中解釋的，將這對(duì)激勵(lì)線圈按產(chǎn)生一移動(dòng)的環(huán)形電場(chǎng)的方式定位和驅(qū)動(dòng)。該電場(chǎng)通過(guò)驅(qū)動(dòng)等離子體中的電流，從而激勵(lì)填充劑22，使等離子體放電，發(fā)射可見(jiàn)光。
圖1的電感耦合無(wú)電極燈20有一個(gè)長(zhǎng)方形的基座40。在該基座上裝有兩個(gè)可移動(dòng)的C形模塊42，44。每一模塊42，44攜帶有這對(duì)激勵(lì)線圈32、34中的各自的一個(gè)線圈，該對(duì)線圈含有與各自線圈有關(guān)的電容板(如隨后所述)。支架46從基座后面起垂直地向上突出，支撐外殼22。特別是，外殼支干48由支架46固定在上面，并且平行于基座的上表面。在支干48的末端形成的外殼22被定位在這對(duì)激勵(lì)線圈32、34的單匝線圈內(nèi)。事實(shí)上，最好是激勵(lì)線圈32、34的單匝線圈實(shí)質(zhì)上有與外殼22的中心相一致中心。
在圖1和圖2、圖2A-2D所示的特定實(shí)施例中，激勵(lì)線圈32、34中的每個(gè)線圈為一個(gè)“戒指環(huán)”配置。該配置中線圈32的彎曲或半圓段的半經(jīng)比線圈34的要稍大些。一個(gè)“戒指環(huán)”配置在上述參考的美國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?9/228,230，申請(qǐng)日為1999年1月11日，標(biāo)題是“高頻電感燈和功率振蕩器”進(jìn)行描述。這里該專利一起并入作參考。此外，將這對(duì)激勵(lì)線圈定向成，使線圈32的彎曲部分所處的平面與線圈34的彎曲部分所處的平面傾斜成預(yù)定的角度(例如90度)。然而，如在下文中所描述的，各種線圈的配置和定向都在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
每個(gè)線圈32、34除了有彎曲或半圓段之外，還有頂部線性段或引線以及底部線性段或引線。線圈32有頂部段32t和底部段32b；線圈34有頂部段34t和底部段34b。對(duì)于每個(gè)線圈32、34，頂部段和底部段都是線性的或在線圈彎曲的相對(duì)端筆直延伸形成的。對(duì)每個(gè)線圈，頂部段和底部段是互相平行的，并且平行于基座40的上表面。每個(gè)線圈的頂部段和底部段之間存在有一段小的垂直間隙。該間隙大小與線圈彎曲段的圓形的不連續(xù)部分相同。
每個(gè)線圈32、34的頂部段和底部段適當(dāng)完整地與模塊42，44攜帶的各自的頂部和地平面的電容極板相連接。線圈32的頂部段32t連接到安裝在模塊42上的電容板52t上；線圈32的底部段32b連接到安裝于模塊42上的電容板52b上。相似的，線圈34的頂部段34t連接到安裝在模塊44上的電容板54t上；線圈34的底部段34b連接到安裝于模塊44上的電容板54b上。電容板是由絕緣桿定位或支撐的。板52t和52b定位在絕緣桿56t和56b之間，以及板54t和54b定位在絕緣桿58t和58b之間。絕緣桿安大小排列并定位以對(duì)各自的平板維持壓力，因此將平板定位。絕緣桿的高度取決于如平板間元件的厚度及線圈的所希望位置等這樣的因素。
圖3更詳細(xì)地示出用于圖1的電感耦合無(wú)電極燈的電容結(jié)構(gòu)。為線圈32設(shè)置電容52c1和52c2；為線圈34設(shè)置電容54c1和54c2。電容器52c1包括電容板52t(該板適合地完整地與線圈32的頂部段32t相連)；饋電板或葉片53；和絕緣體52d1。對(duì)于線圈32，電容器52c2包括電容板52b(該板適合地完整地與線圈32的底部段32b相連)；葉片53；和絕緣體52d2。電容器54c1包括電容板54t(該板適合地完整地與線圈34的頂部段34t相連)；饋電板或葉片55；和絕緣體54d1。對(duì)于線圈34，電容器54c2包括電容板54b(該板適合地完整地與線圈32的底部段32b相連)；饋電板或葉片55；和絕緣體54d2。這樣電容52c1和52c2是互相堆疊形成，而電容54c1和54c2是互相堆疊形成(見(jiàn)圖3)。
圖4A，圖4B和圖4C示出用于驅(qū)動(dòng)圖1的電感耦合無(wú)電極燈20的不同的技術(shù)。圖4描述相位正交驅(qū)動(dòng)技術(shù)；圖4B能夠描述相位正交驅(qū)動(dòng)技術(shù)或描述頻率正交驅(qū)動(dòng)技術(shù)；圖4C描述幅度正交驅(qū)動(dòng)技術(shù)。
圖4A的驅(qū)動(dòng)器包括一個(gè)信號(hào)源80A，該信號(hào)源將交流電供給這對(duì)激勵(lì)線圈32、34。圖4A的驅(qū)動(dòng)器在施加于線圈32和線圈34的交流電流之間引入一個(gè)預(yù)定的相位差。該相位差由在源80A和線圈32間的相位延遲調(diào)整元件82來(lái)提供。如同從圖3中理解的，交流電經(jīng)過(guò)葉片55施加給線圈34，葉片55位于如在圖4A-圖4C所示的電容板54t下。相似的，交流電經(jīng)過(guò)葉片53施加給線圈32(在經(jīng)相位延遲調(diào)整元件82延遲后)，葉片53位于如在圖4A-圖4C所示的電容板52t下。用于信號(hào)源80A的一個(gè)實(shí)例值是915MHz。一個(gè)實(shí)例的相位延遲調(diào)整元件82是一根1/4英寸× 英寸的傳輸線(不是正好λ/4)。
圖4B的驅(qū)動(dòng)器有兩個(gè)交流電信號(hào)源80A和80B’。圖4B的驅(qū)動(dòng)器能按兩種模式中的任意一種工作。在兩種模式中，從信號(hào)源80B來(lái)的信號(hào)施加于線圈34，而從信號(hào)源80B’來(lái)的信號(hào)施加于線圈32。在第一種工作模式，從信號(hào)源80B和80B’來(lái)的信號(hào)具有相同的頻率，但帶有不同的相位。這樣，由圖4B表示的第一種模式實(shí)質(zhì)上達(dá)到和圖4A驅(qū)動(dòng)器的相同結(jié)果(不同的相位)。在第二種工作模式，從信號(hào)源80B施加于線圈34的信號(hào)和從源80B’施加于線圈32的信號(hào)具有不相同的頻率。換句話說(shuō)，源80B和80B’工作在彼此不同的頻率上。例如，在通常為900MHz工作范圍內(nèi)，在燈穩(wěn)態(tài)工作時(shí)，在信號(hào)源80B的信號(hào)和信號(hào)源80B’的信號(hào)間頻率的非相稱(即差別)的程度能在20和40MHz之間(例如約為工作頻率范圍的2％至4％)。為了在外殼22內(nèi)提供一個(gè)擺動(dòng)電場(chǎng)，最好有30MHz的非相稱度。
圖4C的驅(qū)動(dòng)器包括一個(gè)信號(hào)源80C，該信號(hào)源開(kāi)關(guān)地將相同的交流電施加到這對(duì)激勵(lì)線圈32、34。該開(kāi)關(guān)動(dòng)作由位于源80C和每個(gè)線圈32、34間的開(kāi)關(guān)SW來(lái)完成。技術(shù)熟練的人員能夠容易地獲得或制作一個(gè)合適的開(kāi)關(guān)SW，例如一個(gè)包括如運(yùn)算放大器及類(lèi)似的元件的開(kāi)關(guān)電路。
這樣，圖4A，圖4B和圖4C的激勵(lì)線圈32、34的定位和驅(qū)動(dòng)器的應(yīng)用是使用正交原理，在外殼22內(nèi)建立一個(gè)移動(dòng)的環(huán)形電場(chǎng)。此外，如下所述，環(huán)形電場(chǎng)至少繞線圈32、34中的一根軸移動(dòng)(例如轉(zhuǎn)動(dòng)或自旋，擺動(dòng)，或振動(dòng))。該移動(dòng)環(huán)形電場(chǎng)在外殼22內(nèi)依次地激勵(lì)相應(yīng)的等離子體放電。
從圖5中理解移動(dòng)環(huán)形電場(chǎng)R及其導(dǎo)數(shù)。圖5示出這對(duì)激勵(lì)線圈32、34相對(duì)于直角坐標(biāo)x，y和z軸的旋轉(zhuǎn)。此刻，線圈32被認(rèn)為是繞y軸的線圈，而線圈34被認(rèn)為是繞x軸的線圈。線圈32的匝位于x-z平面，并居中于x＝y(tǒng)＝0；線圈34的匝位于y-z平面，并居中于x＝y(tǒng)＝0。所示的軸a-b與z軸一致。線圈32有一電流Ioxcos(ωt)；線圈34有電流Ioysin(ωt)。
如在圖5和下面的表達(dá)式所述，與每個(gè)線圈32、34有關(guān)的磁場(chǎng)在線圈32、34內(nèi)產(chǎn)生各自的電場(chǎng)Ey和Ex。在下列的表達(dá)式中，x和y是單位矢量，而B(niǎo)o＝Bxo＝Byo。B‾=x^Bxocos(ωt)+y^Byosin(ωt)]]>式中Bo＝Bxo＝Byo，而 和 是單位矢量B‾=Bo(x^cos(ωt)÷y^sin(ωt))]]> 然后，忽略普通的常量，B‾=BoB‾y(-x^cos(ωt)+y^sin(ωt))]]>因而，圖5，圖5A和圖5B示出移動(dòng)環(huán)形電場(chǎng)R繞a-b軸(也就是箭頭S所示的方向)移動(dòng)(例如轉(zhuǎn)動(dòng)或自旋，擺動(dòng)，或振動(dòng))的結(jié)果。依照所利用的特定驅(qū)動(dòng)技術(shù)，電場(chǎng)R的移動(dòng)可能是繞軸a-b的轉(zhuǎn)動(dòng)或自旋(如圖5A所述)，或是擺動(dòng)，或是繞軸a-b(如圖5C所述)的振動(dòng)。在圖5的幾何結(jié)構(gòu)的所有情況中，由于軸a-b和激勵(lì)線圈中一個(gè)的一個(gè)匝在一個(gè)相同和平面(也就是軸a-b和線圈32的匝位于圖5中的x-z平面)，移動(dòng)環(huán)形電場(chǎng)在外殼中繞軸a-b移動(dòng)。外殼內(nèi)存在的電場(chǎng)R，產(chǎn)生相應(yīng)的激勵(lì)等離子體放電P。該激勵(lì)等離子體放電P為緊密螺旋管形或環(huán)形的，該形狀對(duì)應(yīng)于場(chǎng)R。除了對(duì)流和類(lèi)似的效應(yīng)外，等離子體P本身不按分子的大規(guī)模遷移那樣移動(dòng)。然而，當(dāng)激勵(lì)等離體P的不同部分時(shí)，放電環(huán)看來(lái)似乎是移動(dòng)了。由于如不同的線圈幾何結(jié)構(gòu)或線圈電流等因素，這樣，電場(chǎng)R和激勵(lì)等離子體放電P似乎是如圖5B所示，徑向地收縮和膨脹。也還因?yàn)榈入x子體P有與其衰減時(shí)間有關(guān)的余輝，即使當(dāng)電場(chǎng)R與那些區(qū)域不相一致時(shí)，激勵(lì)放電區(qū)可能繼續(xù)發(fā)射可見(jiàn)光。
當(dāng)電感耦合無(wú)電極燈20利用相位正交(如由圖4A驅(qū)動(dòng)器或圖4B驅(qū)動(dòng)器的第一種模式所述)驅(qū)動(dòng)時(shí)，環(huán)形電場(chǎng)R(和在外殼22間的電感激勵(lì)P環(huán))實(shí)質(zhì)上按圖5A中的箭頭500A所示的方向繞軸a-b以激勵(lì)頻率(ω/2π)旋轉(zhuǎn)360度。在圖5所示的時(shí)刻，由于圖5中繞軸a-b有一角度位置，激勵(lì)等離子體P環(huán)具有從圖5B上所見(jiàn)的橢圓形狀。
當(dāng)電感耦合無(wú)電極燈20利用頻率正交(如由圖4B的驅(qū)動(dòng)器所描述)驅(qū)動(dòng)，環(huán)形電場(chǎng)R也按圖5A所示的方式，但以不同的頻率繞軸a-b旋轉(zhuǎn)，也就是，該頻率等于驅(qū)動(dòng)兩個(gè)線圈的各自頻率間頻率差。無(wú)論是使用相位正交或頻率正交，這樣，在外殼22內(nèi)的環(huán)形電場(chǎng)R和等離子體放電環(huán)，通常以至少30MHz頻率旋轉(zhuǎn)。如下文中所述，幅度調(diào)制開(kāi)關(guān)最好是比相位調(diào)制或頻率(例如微秒級(jí)或納秒級(jí))調(diào)制更低的時(shí)間幀(例如微秒級(jí))內(nèi)。時(shí)間幀最好選擇在開(kāi)關(guān)時(shí)，還能保持放電和發(fā)射可見(jiàn)光。通常根據(jù)特殊等離子體的特性，開(kāi)關(guān)太慢，將使放電停止，而開(kāi)關(guān)太快不能預(yù)先控制等離子體的移動(dòng)。
在圖4C的幅度正交驅(qū)動(dòng)器中，信號(hào)按預(yù)定的時(shí)間常數(shù)在線圈32、34之間進(jìn)行開(kāi)關(guān)切換。即圖4C的驅(qū)動(dòng)器將電流交替施加到這對(duì)激勵(lì)線圈32、34，也就是，用預(yù)定的時(shí)間常數(shù)將這對(duì)激勵(lì)線圈32、34開(kāi)啟和關(guān)掉。利用圖4C的驅(qū)動(dòng)器，這種按交替(開(kāi)關(guān))方式使用電流，使激勵(lì)等離子體在圖5C中所示的位置P和P’之間擺動(dòng)或轉(zhuǎn)換。位置P和P’相隔角度500C。用于啟動(dòng)和關(guān)掉激勵(lì)線圈32、34的預(yù)定時(shí)間常數(shù)的選擇與已測(cè)得的等離子體衰變時(shí)間有關(guān)，并且最好是比等離子體的衰變時(shí)間稍微快點(diǎn)(例如在所述的實(shí)施例中的10-3秒級(jí))。衰變時(shí)間是指等離子體在沒(méi)有給它施加能量時(shí)，等離子體還能繼續(xù)點(diǎn)亮(也就是沒(méi)有熄滅)的時(shí)間周期。這種驅(qū)動(dòng)迫使在電感耦合無(wú)電極燈的外殼22內(nèi)的電感激勵(lì)環(huán)的極性振動(dòng)，迫使電感激勵(lì)環(huán)移動(dòng)到垂直的極性并在經(jīng)歷衰變前又返回。
因?yàn)閮蓚€(gè)線圈32、34不可能有相同的直徑(例如為了避免幾何結(jié)構(gòu)的沖突)，在使用幅度正交驅(qū)動(dòng)的其他實(shí)施例中，可以選擇稍微不同的驅(qū)動(dòng)這對(duì)激勵(lì)線圈32、34的各自激勵(lì)時(shí)間。即，可以選擇每個(gè)線圈的激勵(lì)時(shí)間，以在線圈和等離子體間調(diào)整不同的耦合常數(shù)。
圖4C的幅度調(diào)制驅(qū)動(dòng)器是適用于在主動(dòng)線圈和被動(dòng)線圈間發(fā)生信號(hào)串?dāng)_的情況的一個(gè)例子。當(dāng)線圈32、34在幾何結(jié)構(gòu)上正好彼此垂直時(shí)，它們的互感變得非常小。但是線圈32、34間的電容耦合(在線圈的重疊部分)幾乎與地短路。這種電容耦合導(dǎo)致有效功率不是耦合到驅(qū)動(dòng)線圈，而是耦合到被動(dòng)線圈，損失功率和嚴(yán)格定義的激勵(lì)板。例如通過(guò)按圖4D所示的方式互相標(biāo)明線圈32、34，所引起的互感能用于將線圈32、34之間的信號(hào)串?dāng)_減到最少。這樣為避免信號(hào)串?dāng)_，將這對(duì)激勵(lì)線圈32、34定形到外殼的外部，所以，這對(duì)激勵(lì)線圈中第一個(gè)的匝的平面與這對(duì)激勵(lì)線圈中第二個(gè)的匝的平面以稍微非正交角度傾斜。該稍微非正交角度最好是在10度和15度的范圍內(nèi)，并能用網(wǎng)絡(luò)分折儀以冷的或熱的測(cè)試方式進(jìn)行選擇。除了幅度正交外，該標(biāo)明的配置對(duì)正交驅(qū)動(dòng)技術(shù)是有利的，例如頻率正交，并且可以允許工作在更高功率電平上。
對(duì)于上述的所有情況，由于移動(dòng)環(huán)形電場(chǎng)R耦合至軸a-b兩極的功率比耦合至軸a-b中點(diǎn)的功率更多，該等離子放電體比傳統(tǒng)的單個(gè)線圈的電感燈中的放電體更熱(也就是有一個(gè)比較高的最小溫度)，而且更均勻。該移動(dòng)環(huán)形電場(chǎng)R不會(huì)切割燈泡或外殼22的表面，并且使燈泡中的功率分布比其他耦合方式更均勻。對(duì)于上述所有的情況，當(dāng)該激勵(lì)等離子放電體P繞軸a-b移動(dòng)時(shí)，似乎具有緊密的螺旋管或環(huán)形室的形狀。
如上所指出，線圈32、34能夠采用其他許多種配置和定向。例如，如圖6A和圖6B所示，線圈326和346在它們的重疊部分的寬度較小。線圈326和346的線圈寬度的減小，傾向于減小326和346間的電容耦合。
如圖7所示的另一個(gè)例子，這對(duì)激勵(lì)線圈不需要是嚴(yán)格地圓的線圈，而替代為如線圈327所示的基本上是橢圓的線圈。然而，圖1的實(shí)施例的線圈32的單匝的半徑比圖8中的線圈34的準(zhǔn)中心的單匝的半徑更大。而圖9中的實(shí)施例易于使線圈對(duì)單匝線圈的半徑基本上相等。在圖8中，由于每個(gè)線圈的位置，線圈328和348的單匝的半徑實(shí)質(zhì)上是相同的，所以它單匝延伸通過(guò)其他單匝的一個(gè)圓形的不連續(xù)體(在頂部或底部線圈段)。在圖8的實(shí)施例中，線圈32各自的頂部和底部段32t8和34b8在外殼22周?chē)?，不是垂直地定向于線圈34的頂部和底部段34t8和34b8，而是在外殼周?chē)ㄏ蛴?80度。在圖9的實(shí)施例中，通過(guò)將單匝線圈的中心互相稍微偏離，使線圈32和34的半徑相等，因而每個(gè)單匝線圈是部分地在另一個(gè)單匝線圈所處的假想球狀面外面，部分地在該球狀面的里面。
圖10所示的一個(gè)例子，其中線圈3210和線圈3410形成如“分裂”的戒指環(huán)，這兩個(gè)戒指環(huán)互相垂直。因?yàn)樵谀承┣闆r下，去掉線圈的中間段不會(huì)過(guò)多地影響其性能，所以在圖10線圈3210和3410“分裂”的戒指環(huán)中，已經(jīng)移去每個(gè)線圈的中間段。這樣，由于線圈3210和線圈3410有已移去的中間部分或缺口，在結(jié)構(gòu)學(xué)術(shù)語(yǔ)中，線圈3210和3410的每個(gè)線圈是以微少空隙隔開(kāi)的兩個(gè)線圈元件。有利地，因?yàn)榫€圈3210和3410的表面積的減少，其內(nèi)部線圈電容也比圖2的相應(yīng)線圈的要小。然而就其功能，每個(gè)線圈的兩個(gè)線圈元件基本達(dá)到如圖2相應(yīng)線圈的性能。
圖17A-圖17B示出一個(gè)例子，其中線圈3217形成如“分裂”的戒指環(huán)，有元件32A17和32B17，這兩個(gè)元件間的分隔間隙比圖10所示的線圈的更大。另一方面，線圈3417不是分裂的，但是垂直于線圈元件32A17和32B17。通常對(duì)于戒指環(huán)形的線圈，線圈的寬度最好是在從稍比燈泡的內(nèi)徑小到約為燈泡內(nèi)徑一半的范圍內(nèi)。例如在燈泡內(nèi)徑是6mm的，線圈的內(nèi)徑為9mm的情況下，線圈的寬度最好在約2.5mm到5.5mm的范圍內(nèi)，其厚度約為1/6mm到2/3mm。對(duì)于圖17A-圖17B所示的特殊配置，線圈元件32A17和32B17的每個(gè)的寬度應(yīng)在該范圍的下限(例如2.5mm，如圖17B中由32W17所指出)，而線圈3417寬度為34W17，應(yīng)在該范圍的上限(例如5.5mm)。
圖11示出線圈3211，其橫截面類(lèi)似于啞鈴。換句話說(shuō)，圖11的線圈3211的環(huán)形邊緣相對(duì)于線圈細(xì)的中間部分或中間段有些象球根狀的。在前述的實(shí)施例的適當(dāng)線圈中，兩個(gè)線圈23(應(yīng)是32)和34可能有圖11描述的啞鈴狀的線圈橫截面。
圖12A和圖12B描述的實(shí)施例，線圈按是平行板排列(而不是按前述實(shí)施例中的方式，互相垂直的)。在圖12A，線圈3212A和線圈3412A按平行板排列，例如，平行板均和軸1200A垂直，線圈3212A和3412A的扁平的或線性部分與軸1200A方向相同。在圖12B中，線圈3212B和線圈3412B也按平行板排列，但是線圈3212A和線圈3412A繞軸1200B以一非零角度取向(例如，繞軸1200B以180度角度取向)。圖12A實(shí)施例和圖12B實(shí)施例兩者最好均用正交技術(shù)驅(qū)動(dòng)。例如能夠利用圖4的幅度正交驅(qū)動(dòng)技術(shù)，使用經(jīng)開(kāi)關(guān)SW在線圈32、34之間進(jìn)行開(kāi)關(guān)切換交流電(由源80供給)。
本發(fā)明的實(shí)施例，如圖12A和圖12B所示的，其中線圈是按平行板排列，產(chǎn)生一個(gè)移動(dòng)環(huán)形電場(chǎng)R，該電場(chǎng)按從圖13理解的方式在線圈平板間進(jìn)行開(kāi)關(guān)切換。圖13(從側(cè)面)示出在位置P13T和P13B間開(kāi)關(guān)切換的緊密螺旋管形或環(huán)形的激勵(lì)等離子體放電。根據(jù)等離子體的馳豫時(shí)間，激勵(lì)等離子體放電似乎在位置P13T和P13B間，連續(xù)地來(lái)回的跳動(dòng)或移動(dòng)。這樣的跳動(dòng)特征在線圈之間進(jìn)行開(kāi)關(guān)切換時(shí)，是由加熱線圈間的區(qū)域產(chǎn)生的。
圖14示出電感耦合無(wú)電極燈的另一個(gè)實(shí)施例，尤其是燈120。如在圖1實(shí)施例的情況中，電感耦合無(wú)電極燈120含有外殼122和一對(duì)單匝激勵(lì)線圈132和134。如在圖1實(shí)施例中，電感耦合無(wú)電極燈120的單匝線圈132、134有一個(gè)與外殼122中心相一致的曲率中心。線圈132和134定向成使它們的軸相隔90度。外殼122平穩(wěn)地支撐在支柱146上。該支柱146固定在底座140上。
對(duì)于電感耦合無(wú)電極燈120，電容器152和154分別與其各自線圈132、134連聯(lián)系。電容器152和154是由中間隔開(kāi)的導(dǎo)電的同心圓柱體152c，154c，和160實(shí)現(xiàn)的。圓柱體152c接至線圈132的一端；圓柱體154c接至線圈134的一端。線圈132和134的，剩余端經(jīng)過(guò)導(dǎo)電棒164接地。這樣，由圓柱體152c和圓柱體1601形成電容器152，兩個(gè)圓柱體間有空氣絕緣層；由圓柱體154c和圓柱體160形成電容器154，兩個(gè)圓柱體間也有空氣絕緣層。
所示的電感器164，作為串聯(lián)輸入電感。該電感器也可以是一張葉片，該葉片連接在RF輸入端的中心端和圓柱體160的中間。圓柱體160形成電容器152和154的一個(gè)公共板極。電容器166接在圓柱體160和地之間。電容器166可以是分立的大容量電容器，并提供與包括線圈132和134的諧振電路相匹配的阻抗。在這點(diǎn)上，電容器152、154與線圈132、134形成并聯(lián)的諧振電路(忽略電容器166的較大電容值)。
圖15示出用于圖14的電感耦合無(wú)電極燈120的一個(gè)等效的耦合電路170。圖15特別地示出分別串接在電容器152和154上的單匝線圈132和134。由電感164和電容器166提供連接器165的50歐輸入阻抗匹配。如前所述，電容器16的電容比電容器152或154的大得多。電容器152和154的電容基本相等，但不完全相等。
圖15還示出功率電路的例子，該功率電路能用于電感耦合無(wú)電極燈的功率估計(jì)，以及作測(cè)試和分析。端子165經(jīng)定向耦合器180和182，還經(jīng)過(guò)線性RF放大器184連接至RF振蕩器185。定向耦合器182與網(wǎng)絡(luò)分折儀186相接；定向耦合器將RF信號(hào)施加到正向功率計(jì)187和反向功率計(jì)188。技術(shù)熟練的人員將理解到，功率源可以采用與圖15所示的不同的電路形式。
在工作時(shí)，電感耦合無(wú)電極燈可見(jiàn)到兩個(gè)平行的諧振電路。第一個(gè)諧振電路是由線圈132和電容器152串聯(lián)后再與電容器162并聯(lián)形成的。第二個(gè)諧振電路是由線圈134和電容器154串聯(lián)后再與電容器162并聯(lián)形成的。調(diào)整這兩個(gè)諧振電路使它們的諧振頻率稍微不同，這樣，當(dāng)施加的功率(在至電感164的端子)為兩個(gè)諧振頻率的一半時(shí)，在線圈132的電流和線圈134的電流間就有90度的相位差。
按前述的方式給出電感耦合無(wú)電極燈120的線圈132和134的正交工作后，在燈120外殼122內(nèi)部也產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)的環(huán)形電場(chǎng)R。這樣，圖5中對(duì)移動(dòng)環(huán)形電場(chǎng)R的敘述和結(jié)合其討論的原理適用于圖14的實(shí)施例，也適用于例如圖1實(shí)施例的其他實(shí)施例中。
這里描述的燈和本發(fā)明范圍內(nèi)的燈能夠工作在低、中和高功率的范圍。施加到這里描述的燈的信號(hào)最好是在200MHz至2000MHz的頻段內(nèi)。300MHz至900MHz頻段是最佳的頻率頻段。
本發(fā)明是與填充劑無(wú)關(guān)。在這點(diǎn)上，各種類(lèi)型的填充劑能夠應(yīng)用于這里描述的燈。例如，圖1的電感耦合無(wú)電極燈20的外殼22能是內(nèi)徑6mm×外徑7mm的燈泡，以500托氙，含有0.05mg硒和不足0.01mg溴化銫(CsBr)。其他的填充材料和填充材料的化合物是可以的，包括高阻抗的帶負(fù)電的填充劑，例如硫磺、硒、和銦，溴化物，及其化合物(例如)。也可以使用汞基的和其他金屬鹵化物填充劑。
應(yīng)當(dāng)懂得，上述的電容結(jié)構(gòu)的材料對(duì)本發(fā)明不是關(guān)鍵的，并且技術(shù)熟練人員能夠選擇適當(dāng)?shù)牟牧?。例如，能夠利用聚酰亞胺或KaptonTM等作為絕緣層材料。
外殼22可以由任何合適的材料形成，例如石英(例如)。而在所述實(shí)施例中，外殼22為球狀形，外殼22也可能為其他形狀，例如圓柱形的和藥丸形的燈泡。
在所述的實(shí)施例中，將線圈(例如32、34，和132、134)描述為單匝線圈。然而應(yīng)當(dāng)懂得，這里描述的現(xiàn)象和本發(fā)明的原理同樣適用于多匝線圈。而且，幾何結(jié)構(gòu)不同類(lèi)型的線圈可以應(yīng)用于有利的地方(例如用于減少弧形放電，為正交驅(qū)動(dòng)優(yōu)化大小尺寸等)。為了避免對(duì)所希望的場(chǎng)/等離子體移動(dòng)的不利的影響，每個(gè)激勵(lì)線圈的適合的有效電長(zhǎng)度應(yīng)小于所施加的激勵(lì)頻率的波長(zhǎng)的一半，最適宜的應(yīng)小于激勵(lì)頻率波長(zhǎng)的四分之一。
有利的是，本發(fā)明的實(shí)施例與傳統(tǒng)的信號(hào)線圈電感燈在外殼或燈泡內(nèi)，甚至在例如圖5中的軸a-b的兩極，提供更均勻的和更熱的激勵(lì)等離子放電體。應(yīng)當(dāng)認(rèn)為，等離子放電體越均勻越熱，該放電體越能均勻地發(fā)射光子并提供更多的可見(jiàn)光。而且，等離子放電體越熱，該放電體的冷區(qū)吸收光子的機(jī)會(huì)越少，越利于光子的再次輻射。換句話說(shuō)，一個(gè)溫度更均勻更高的等離子體如同由等離子體的溫度控制一樣，能夠提高使被吸收的光子不丟失其熱量，并可以再次輻射的可能性。
增強(qiáng)再次輻射能力對(duì)本發(fā)明中的實(shí)施例尤為重要，在本發(fā)明的實(shí)施例中，光是通過(guò)一個(gè)孔發(fā)射的。在一個(gè)帶孔的燈配置中，一個(gè)發(fā)射的光子要穿過(guò)燈泡體中的大部分空間，因?yàn)樵诠庾哟┻^(guò)該小孔前，該光子必需多次穿越等離子體。圖16示出本發(fā)明的一個(gè)帶孔的示范性燈的實(shí)施例。除了外殼22(在圖16中是不可見(jiàn)的)被反射罩1600封住外，圖16的燈和圖1的燈相類(lèi)似。反射罩1600有一透光孔1602，允許發(fā)射的光穿過(guò)該小孔。例如在授予Maclennan等人的美國(guó)專利5,903,091中提供帶孔無(wú)電極燈的其他例子。這里，將引作參考。
在本發(fā)明實(shí)施中，移動(dòng)環(huán)形電場(chǎng)和激勵(lì)等離子體似乎是收縮和膨脹的(在光線的圓環(huán)感中)。這樣的收縮和膨脹(即激勵(lì)等離子體的波動(dòng)半徑)的發(fā)生有各種原因，如線圈不對(duì)稱和/或流過(guò)線圈的電流不同。
雖然結(jié)合目前認(rèn)為最實(shí)用和最佳的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明已作描述，應(yīng)當(dāng)懂得，本發(fā)明不應(yīng)限制在所公開(kāi)的實(shí)施例范圍內(nèi)，而是正好相反，應(yīng)趨向于覆蓋包括在所附的權(quán)利要求書(shū)的精神和范圍內(nèi)的各種修改和配置。
權(quán)利要求
1，一種電感耦合無(wú)電極燈，其特征在于，該燈包括密封有填充劑的一外殼，當(dāng)被激勵(lì)時(shí)所述填充劑形成等離子體放電；定位到所述外殼外部的一對(duì)激勵(lì)線圈，該對(duì)激勵(lì)線圈按在所述外殼內(nèi)部產(chǎn)生移動(dòng)環(huán)形電場(chǎng)的方式被定位和驅(qū)動(dòng)，該移動(dòng)環(huán)形電場(chǎng)在所述外殼內(nèi)激勵(lì)等離子體放電；以及將交流電流施加到該對(duì)激勵(lì)線圈的一驅(qū)動(dòng)器，在施加于該對(duì)激勵(lì)線圈中的第一個(gè)線圈與第二個(gè)線圈的交流電之間存在一相位差。
2，權(quán)利要求1的裝置，其特征在于，該相位差基本上為90度。
3，權(quán)利要求1的裝置，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)器包含一單個(gè)信號(hào)源和一相位延遲調(diào)整元件，該元件提供施加于該對(duì)激勵(lì)線圈中第一個(gè)線圈和第二個(gè)線圈的交流電之間的相位差。
4，權(quán)利要求1的裝置，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)器包含第一個(gè)信號(hào)源和第二個(gè)信號(hào)源，連接第一個(gè)信號(hào)源將具有第一相位的信號(hào)施加到該對(duì)激勵(lì)線圈的第一個(gè)線圈，而連接第二個(gè)信號(hào)源將具有第二相位的信號(hào)施加到該對(duì)激勵(lì)線圈的第二個(gè)線圈。
5，權(quán)利要求1的裝置，其特征在于，將該對(duì)激勵(lì)線圈定位成使該對(duì)激勵(lì)線圈中各自的中心相一致，并且使各自線圈軸以某一預(yù)定角度定向。
6，權(quán)利要求5的裝置，其特征在于，所述預(yù)定的角度為90°。
7，權(quán)利要求5的裝置，其特征在于，將一個(gè)線圈軸相對(duì)于另一個(gè)線圈軸傾斜從垂線起在約10°至15°之間。
8，權(quán)利要求1的裝置，其特征在于，這對(duì)激勵(lì)線圈中的每個(gè)線圈具有戒指環(huán)狀。
9，權(quán)利要求8的裝置，其特征在于，這對(duì)戒指環(huán)狀激勵(lì)線圈的每個(gè)線圈在線圈彼此互相交叉的區(qū)域中其寬度減小。
10，權(quán)利要求1的裝置，其特征在于，所施加的交流電其驅(qū)動(dòng)頻率至少300MHz，并且這對(duì)激勵(lì)線圈的每個(gè)線圈的有效電長(zhǎng)度小于該驅(qū)動(dòng)頻率的一半波長(zhǎng)。
11，權(quán)利要求10的裝置，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)頻率至少是900MHz，并且該對(duì)激勵(lì)線圈的每個(gè)線圈的有效電長(zhǎng)度小于該驅(qū)動(dòng)頻率的四分之一波長(zhǎng)。
12，權(quán)利要求1的裝置，其特征在于，除光發(fā)射孔區(qū)域外所述外殼用反光材料覆蓋。
13，一種電感耦合無(wú)電極燈，其特征在于，該燈包括密封有填充劑的一外殼，當(dāng)被激勵(lì)時(shí)該填充劑形成等離子體放電；定位到所述外殼外部的一對(duì)激勵(lì)線圈，該對(duì)激勵(lì)線圈按在所述外殼內(nèi)部產(chǎn)生移動(dòng)環(huán)形電場(chǎng)的方式被定位和驅(qū)動(dòng)，該移動(dòng)環(huán)形電場(chǎng)在所述外殼內(nèi)激勵(lì)等離子體放電；以及將交流電施加到該對(duì)激勵(lì)線圈的一驅(qū)動(dòng)器，其中該驅(qū)動(dòng)器在將交流電施加于該對(duì)激勵(lì)線圈中的第一個(gè)線圈和第二線圈之間進(jìn)行開(kāi)關(guān)切換。
14，權(quán)利要求13的裝置，其特征在于，按某一預(yù)定的時(shí)間常數(shù)進(jìn)行所述開(kāi)關(guān)切換。
15，權(quán)利要求14的裝置，其特征在于，所述預(yù)定的時(shí)間常數(shù)與等離子體的衰變時(shí)間有關(guān)。
16，權(quán)利要求15的裝置，其特征在于，所述預(yù)定的時(shí)間常數(shù)為微秒級(jí)。
17，權(quán)利要求13的裝置，其特征在于，所述的驅(qū)動(dòng)器包括一單個(gè)信號(hào)源和一開(kāi)關(guān)元件，該元件在將交流電施加到該對(duì)激勵(lì)線圈中的第一個(gè)線圈和第二個(gè)線圈之間提供開(kāi)關(guān)切換。
18，權(quán)利要求13的裝置，其特征在于，將該對(duì)激勵(lì)線圈定位成使該對(duì)激勵(lì)線圈各自的中心相一致，并且使各自的線圈軸以某一預(yù)定角度定向。
19，權(quán)利要求18的裝置，其特征在于，所述預(yù)定的角度為90°。
20，權(quán)利要求13的裝置，其特征在于，將該對(duì)激勵(lì)線圈定位成使它們互相平行且彼此間在空間上間隔開(kāi)。
21，權(quán)利要求13的裝置，其特征在于，該對(duì)激勵(lì)線圈中的每個(gè)線圈具有戒指環(huán)狀。
22，權(quán)利要求13的裝置，其特征在于，施加的交流電的驅(qū)動(dòng)頻率至少300MHz，并且該對(duì)激勵(lì)線圈的每個(gè)線圈的有效電長(zhǎng)度小于該驅(qū)動(dòng)頻率的一半波長(zhǎng)。
23，權(quán)利要求13的裝置，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)頻率至少為900MHz，且該對(duì)激勵(lì)線圈中的每個(gè)線圈的有效電長(zhǎng)度小于該驅(qū)動(dòng)頻率的四分之一波長(zhǎng)。
24，權(quán)利要求13的裝置，其特征在于，除了光發(fā)射孔區(qū)域外所述外殼用反光材料覆蓋。
全文摘要
一種電感耦合無(wú)電極燈,該燈含有一對(duì)定位于外殼或燈泡外部的激勵(lì)線圈。該對(duì)激勵(lì)線圈按某一方式定位和驅(qū)動(dòng)以在該外殼內(nèi)至少產(chǎn)生一個(gè)移動(dòng)的環(huán)形電場(chǎng)。該移動(dòng)環(huán)形電場(chǎng)在外殼內(nèi)導(dǎo)致一個(gè)相應(yīng)的等離子體放電的移動(dòng)環(huán)。該電場(chǎng)的移動(dòng)在外殼內(nèi)形成一個(gè)更均勻的熱等離子放電體,因此能有效地發(fā)射或再次輻射光子。環(huán)形電場(chǎng)的移動(dòng)(和相應(yīng)的等離子體放電)可以是旋轉(zhuǎn)的,振動(dòng)的,擺動(dòng)的或開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換的。移動(dòng)的特征取決于諸如線圈的幾何結(jié)構(gòu)和方向以及線圈的激勵(lì)(驅(qū)動(dòng))技術(shù)等因素。在某些實(shí)施例中,該對(duì)激勵(lì)線圈由正交技術(shù)(例如相位正交、頻率正交或幅度正交)驅(qū)動(dòng)。講到了不同的線圈的幾何結(jié)構(gòu)和定向。
文檔編號(hào)H05B41/24GK1360813SQ00809987
公開(kāi)日2002年7月24日 申請(qǐng)日期2000年6月30日 優(yōu)先權(quán)日1999年7月2日
發(fā)明者D·A·馬克列恩南, B·P·特納, G·K·巴斯, D·A·柯可帕屈克, J·E·辛普森, W·C·特林布爾, M·G·于里 申請(qǐng)人:熔化照明股份有限公司