等离子无极灯头及其灯具的制作方法

[0001]
本发明涉及照明技术领域，具体而言，涉及一种等离子无极灯头及其灯具。


背景技术：

[0002]
众所周知，等离子灯作为一种新型光源，具有高光效、光色好、全彩光谱输出和良好的流明维持率等很多优点。目前在照明和植物生长很多领域得到了很多的应用。目前市面上多是微波硫灯，用一个磁控管发射2.45ghz的微波对球泡加热，微波能量激发球泡内气体达到5个标准大气压，使硫被加热到极高温度形成等离子发光。但是，现有的等离子灯的能量转化率较低，能耗较大。
[0003]
因此，设计一种等离子无极灯头，能够提高能量的转化率，降低能耗，这是目前急需解决的技术问题。


技术实现要素：

[0004]
本发明的目的包括提供一种等离子无极灯头及其灯具，其能够提高能量的转化率，降低能耗。
[0005]
本发明的实施例可以这样实现：
[0006]
第一方面，本发明提供一种等离子无极灯头，等离子无极灯头包括：
[0007]
底盖，采用导电材料制成；
[0008]
上盖，采用导电材料制成，上盖与底盖连接；
[0009]
射频天线，贯穿底盖、且连接到上盖，射频天线与底盖之间填充有绝缘材料；
[0010]
金属柱，贯穿上盖、且连接到底盖上，金属柱与上盖间隔设置，金属柱包括第一段和第二段，第二段相对于第一段远离底盖、且从上盖伸出，第二段的直径大于第一段的直径，第二段的端部开设有凹槽；
[0011]
密封玻壳，安装在凹槽内。
[0012]
在可选的实施方式中，金属柱还包括过渡段，过渡段位于第一段与第二段之间，过渡段的直径从靠近第一段到远离第一段的方向逐渐增大。
[0013]
在可选的实施方式中，金属柱还包括连接段，连接段连接在第一段远离第二段的端部，连接段为阶梯圆柱形，底盖上开设有连接孔，连接段与连接孔配合。
[0014]
在可选的实施方式中，凹槽内填充有陶瓷材料，密封玻壳通过陶瓷材料连接在凹槽内。
[0015]
在可选的实施方式中，上盖为阶梯圆柱形，上盖包括：
[0016]
第一圆形侧壁，垂直连接在底盖上、且包围射频天线和金属柱；
[0017]
圆环侧壁，圆环侧壁的外周面连接在第一圆形侧壁的一端，圆环侧壁平行于底盖，射频天线连接在圆环侧壁上；
[0018]
第二圆形侧壁，连接在圆环侧壁的内周面上，第二圆形侧壁包围金属柱、且与金属柱间隔设置。
[0019]
在可选的实施方式中，在上盖的内部，圆环侧壁与第二圆形侧壁的连接处设置有过渡圆角。
[0020]
在可选的实施方式中，第一圆形侧壁的轴向长度大于或等于第一段的长度，第一圆形侧壁与第一段形成第一级环形电容，第二圆形侧壁的轴向长度小于或等于第二段的长度，第二圆形侧壁与第二段形成第二级环形电容。
[0021]
在可选的实施方式中，上盖上开设有通孔，通孔内远离底盖的一端设置有金属连接件，射频天线插入通孔、且与金属连接件连接。
[0022]
在可选的实施方式中，等离子无极灯头还包括：
[0023]
天线接头，连接在底盖远离上盖的一侧，射频天线插入天线接头的内部，绝缘材料延伸到射频天线与天线接头之间，天线接头用于将射频天线连接到射频发生器。
[0024]
第二方面，本发明提供一种等离子无极灯具，等离子无极灯具包括前述实施方式任一项的等离子无极灯头。
[0025]
本发明实施例提供的等离子无极灯头及其灯具的有益效果包括：
[0026]
上盖与底盖连接形成射频聚焦腔，将射频天线连接在上盖上，金属柱贯穿上盖、且连接到底盖上，上盖与金属柱形成环形电容器结构，利用射频天线将射频能量馈入环形电容器结构的射频聚焦腔内，并形成电磁场，能够将电磁场能量有效耦合后聚焦到密封玻壳所在区域，使密封玻壳发光，而且，金属柱包括第一段和第二段，第二段的直径大于第一段的直径，密封玻壳安装在第二段端部的凹槽内，这样，第一段与上盖形成的环形电容的直径大于第二段与上盖形成的环形电容的直径，这样，电磁场能量能够经历多级环形电容的耦合，从而提高聚焦到密封玻壳所在区域的电场强度，进而提高了能量的转化率，增强密封玻壳的发光强度。
附图说明
[0027]
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0028]
图1为本发明实施例提供的等离子无极灯头的结构示意图；
[0029]
图2为本发明实施例提供的等离子无极灯头的全剖示意图；
[0030]
图3为图2中金属柱的结构示意图；
[0031]
图4为图2中上盖的结构示意图；
[0032]
图5为本发明实施例提供的等离子无极灯头的等效电路。
[0033]
图标：100-等离子无极灯头；110-底盖；120-上盖；121-第一圆形侧壁；122-圆环侧壁；123-第二圆形侧壁；124-过渡圆角；130-固定螺丝；140-射频聚焦腔；150-射频天线；160-金属连接件；170-金属柱；171-连接段；172-第一段；173-过渡段；174-第二段；175-凹槽；180-陶瓷材料；190-密封玻壳；200-天线接头；210-绝缘材料。
具体实施方式
[0034]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例
中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
[0035]
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0036]
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
[0037]
在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0038]
此外，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0039]
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的特征可以相互结合。
[0040]
请参考图1和图2，本实施例提供了一种等离子无极灯头100，等离子无极灯头100包括底盖110、上盖120、射频天线150、金属柱170、密封玻壳190和天线接头200。
[0041]
其中，上盖120与底盖110采用导电材料制成，上盖120与底盖110通过固定螺丝130连接，上盖120与底盖110形成射频聚焦腔140。天线接头200连接在底盖110远离上盖120的一侧。
[0042]
射频天线150贯穿天线接头200、底盖110以及射频聚焦腔140，射频天线150与底盖110之间填充有绝缘材料210，绝缘材料210延伸到射频天线150与天线接头200之间，天线接头200用于将射频天线150连接到射频发生器，射频天线150连接到上盖120。这里的天线接头200上设置有外螺纹，通过外螺纹可与射频发生器的同轴线螺纹连接，在其他实施例中，天线接头200也可以与同轴线通过卡接连接。
[0043]
射频天线150的材质可以是铜、银等金属良导体，射频天线150的形状可以是直线型、l型等，本实施例中，射频天线150的形状为直线型。
[0044]
上盖120上开设有通孔，通孔内远离底盖110的一端设置有金属连接件160，射频天线150插入通孔、且与金属连接件160连接。这样，能够方便射频天线150与上盖120的连接，便于拆卸、维护。
[0045]
金属柱170贯穿上盖120、且连接到底盖110上，金属柱170与上盖120间隔设置。金属柱170的端部开设有凹槽175(请参阅图3)，密封玻壳190安装在凹槽175内，凹槽175内填充有陶瓷材料180，密封玻壳190通过陶瓷材料180连接在凹槽175内。密封玻壳190由适当的材料制成，诸如石英或者其他透明或半透明的材料。密封玻壳190中填充有用于生成等离子体的材料，具体的，密封玻壳190中可以填充惰性气体和荧光体，其中，惰性气体可以是氩气，荧光体可以是汞、钠、硫磺或金属卤化物，金属卤化物可以是溴化铟、溴化钪或碘化铯。
[0046]
密封玻壳190所在的位置也就是射频聚焦腔140中射频能量聚焦的范围，使得密封玻壳190中的填充物能够在高密度电场中被电离而发光。
[0047]
本实施例中，密封玻壳190为椭圆形，密封玻壳190与凹槽175为弧面接触，在其他实施例中，密封玻壳190也可以为圆柱形、并嵌入在金属柱170的端部。
[0048]
这里的陶瓷材料180具有导热率低、耐高温的特点，本实施例中，陶瓷材料180选用导热率低于0.5w/m
·
k的隔热陶瓷，能够对密封玻壳190起到保温效果，提高密封玻壳190的温度，从而提高密封玻壳190中等离子体的发光效率，经测算具体可以提高等离子体12％的放光效率。
[0049]
本实施例提供的等离子无极灯头100及其灯具的工作原理：
[0050]
本实施例提供的等离子无极灯头100的等效电路如图5所示，等离子无极灯头100的射频聚焦腔140相当于改进后的谐振腔，谐振腔可以认为是由谐振电路演化过来的。微波波段频率较高，需要大大地减小电容量和电感量，可以拉大lc谐振电路电容器两极板之间的距离，以减小电容量，再拉直电感线圈，以减小电感量，并联若干根直导线进一步降低电感量，直至直导线的根数增多到无限多根，成为封闭的空腔体。
[0051]
这样，就由lc谐振电路过渡成了谐振腔。在lc谐振回路中，电能储存在电容器中，磁能储存在电感线圈中，回路中的电压与电流随时间变化的相位差为π/2。因此，谐振就是电磁场能量在电容和电感中相互转换的过程，当电场能量为最大时，磁场能量就为零，当电场能量为零时，磁场能量就为最大。
[0052]
谐振腔中，电磁场被限制在腔体内，振荡实际上是由电磁波在腔壁上来回反射而形成的稳定驻波。电场和磁场在时间上有π/2的相位差，即在电场为最大时磁场为零，而在电场为零时，磁场为最大。纯驻波电场和磁场虽然交织在一起，但是在电场波腹处，磁场为零，在磁场波腹处，电场为零。谐振腔中的振荡过程与在lc谐振回路中相似，也是电磁场能量以电能和磁能两种形式相互转换的过程。
[0053]
在本实施例提供的等离子无极灯头100中，915mhz
±
100mhz的射频能量通过射频天线150释放到射频聚焦腔140内，射频天线150与上盖120导通连接，上盖120与底盖110相当于外导体，金属柱170贯穿上盖120、且与底盖110导通连接，金属柱170相当于内导体，射频天线150将射频能量耦合至内导体与外导体之间的空间，并形成电磁场，电磁场被限制在射频聚焦腔140内，电磁波在腔壁上来回反射，形成稳定的驻波，并将电磁场能量聚焦到密封玻壳190所在区域，使密封玻壳190发光。
[0054]
更重要的是，请参阅图3，本实施例中，金属柱170包括依次连接的连接段171、第一段172、过渡段173和第二段174，其中，连接段171为阶梯圆柱形，底盖110上开设有连接孔，连接段171与连接孔配合。第二段174相对于第一段172远离底盖110、且从上盖120伸出，第二段174的直径大于第一段172的直径，优选地，第二段174的直径是第一段172的直径的1.5～2倍。过渡段173位于第一段172与第二段174之间，过渡段173的直径从靠近第一段172到远离第一段172的方向逐渐增大。这样，金属柱170整体上呈现出上部粗、中部细、下部为底座的结构形式。
[0055]
上盖120与底盖110均为回转体结构，上盖120与底盖110同轴线设置，具体的，请参阅图4，上盖120为阶梯圆柱形，上盖120包括第一圆形侧壁121、圆环侧壁122和第二圆形侧壁123，其中，第一圆形侧壁121垂直连接在底盖110上、且包围射频天线150和金属柱170，圆环侧壁122的外周面连接在第一圆形侧壁121的一端，圆环侧壁122平行于底盖110，射频天线150连接在圆环侧壁122上，第二圆形侧壁123连接在圆环侧壁122的内周面上，第二圆形
侧壁123包围金属柱170、且与金属柱170间隔设置。在上盖120的内部，圆环侧壁122与第二圆形侧壁123的连接处设置有过渡圆角124。如果圆环侧壁122与第二圆形侧壁123的连接处设计为直角，这个区域电场强度高，容易出现放电打火、损坏器件的现象。
[0056]
本实施例中，圆环侧壁122与第二圆形侧壁123的连接处设计为过渡圆角124，相比于直角设计，可以降低金属柱170受环境震动的影响，也就是说，能够减少电磁场能量在射频聚焦腔140中的震动，减少放电故障，增加器件工作的稳定性和使用寿命。
[0057]
第一圆形侧壁121的轴向长度大于或等于第一段172的长度，第一圆形侧壁121与第一段172形成第一级环形电容，第二圆形侧壁123的轴向长度小于或等于第二段174的长度，第二圆形侧壁123与第二段174形成第二级环形电容。这样，第二级环形电容的直径小于第一级环形电容的直径，电磁场能量能够经历多级环形电容的耦合，从而提高聚焦到密封玻壳190所在区域的电场强度，进而提高了能量的转化率，增强密封玻壳190的发光强度。经测算，在915mhz的射频能量输入下，本实施例提供的等离子无极灯头100能够提高15％的射频能量的转化率。
[0058]
本实施例还提供一种等离子无极灯具，等离子无极灯具包括射频发生器、同轴线和等离子无极灯头100，其中，射频发生器通过同轴线连接到等离子无极灯头100的天线接头200，射频发生器用于发出射频能量，并通过同轴线传输至等离子无极灯头100。
[0059]
本实施例提供的等离子无极灯头100及其灯具的有益效果包括：
[0060]
1.金属柱170整体上呈现出上部粗、中部细、下部为底座的结构形式，第一段172与上盖120形成的环形电容的直径大于第二段174与上盖120形成的环形电容的直径，这样，电磁场能量能够经历多级环形电容的耦合，从而提高聚焦到密封玻壳190所在区域的电场强度，进而提高了能量的转化率，增强密封玻壳190的发光强度；
[0061]
2.金属连接件160设置在上盖120的通孔内、且位于远离底盖110的一端，射频天线150连接在金属连接件160上，能够方便射频天线150与上盖120的连接，便于拆卸、维护；
[0062]
3.密封玻壳190通过陶瓷材料180连接在凹槽175内，能够对密封玻壳190起到保温效果，提高密封玻壳190的温度，从而提高密封玻壳190中等离子体的发光效率；
[0063]
4.圆环侧壁122与第二圆形侧壁123的连接处设置有过渡圆角124，相比于直角设计，可以降低金属柱170受环境震动的影响，也就是说，能够减少电磁场能量在射频聚焦腔140中的震动，减少放电故障，增加器件工作的稳定性和使用寿命。
[0064]
以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。