小型无极等离子灯头及其灯具

技术领域

本发明涉及照明技术领域，具体而言，涉及一种小型无极等离子灯头及其灯具。

背景技术

目前市场上最常见的光源是LED光源，被称为第四代照明光源或绿色光源，已被人们广为推广和使用，它具有光效高、节能环保、工作电压低、寿命长、体积小等突出优点。但是，LED光源采用的是固态照明半导体发光技术，存在散热问题，单位尺寸下发光芯片的功耗不能过大，大于10W的LED灯多采用很多小功率灯珠拼组或者用很多发光芯片平铺集成的技术方式来实现大功率输出的要求，这样就会导致光源面积或体积很大，会造成光学系统设计困难，限制了在光机、聚光灯、车灯、轨道交通等对发光体尺寸有要求的领域使用。

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。但是，现有的等离子灯的能量转化率较低，能耗较大，而且需要形成波导聚焦空腔，致使灯具体积较大，难以实现小型化。

因此，设计一种小型无极等离子灯头，不仅能够提供能量的转化率，还能够实现小型化，这是目前急需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的包括提供一种小型无极等离子灯头及其灯具，其能够提供能量的转化率，还能够实现小型化。

本发明的实施例可以这样实现：

第一方面，本发明提供一种小型无极等离子灯头，小型无极等离子灯头包括：

壳体，壳体为圆柱形结构，壳体内具有圆柱形空腔；

天线柱体，沿壳体的轴线方向贯穿壳体、且穿过圆柱形空腔，天线柱体相对于壳体的轴线偏心设置；

内极柱体，沿壳体的轴线方向贯穿壳体、且穿过圆柱形空腔，天线柱体相对于壳体的轴线偏心设置，内极柱体伸出壳体的一端开设有容置槽；

等离子灯珠，安装在容置槽内。

在可选的实施方式中，天线柱体和内极柱体分别位于壳体的轴线的相对两侧。

在可选的实施方式中，壳体包括：

罩体，罩体为圆桶结构，罩体具有开口；

端盖，盖合在罩体的开口上。

在可选的实施方式中，端盖上开设有第一通孔和第二通孔，罩体包括：

环形侧壁，垂直连接在端盖上；

顶壁，连接在环形侧壁的端部、且平行于端盖，顶壁上开设有第三通孔和第四通孔，第三通孔与第一通孔同轴设置，天线柱体安装在第三通孔与第一通孔内，第四通孔与第二通孔同轴设置，内极柱体安装在第四通孔与第二通孔内。

在可选的实施方式中，第一通孔的内壁与天线柱体之间设置有绝缘层，第三通孔的内壁与天线柱体通过导体件连接。

在可选的实施方式中，导体件安装在第三通孔内远离端盖的一端，导体件的截面为n形，导体件罩设在天线柱体的端部。

在可选的实施方式中，第二通孔的直径大于第四通孔的直径，第二通孔的内壁与内极柱体接触，第四通孔的内壁与内极柱体间隔设置。

在可选的实施方式中，容置槽的内壁与等离子灯珠之间设置有陶瓷层。

在可选的实施方式中，壳体的外径的范围为：30mm～50mm，壳体的高度的范围为：20mm～30mm。

第二方面，本发明提供一种小型无极等离子灯具，小型无极等离子灯具包括前述实施方式任一项的小型无极等离子灯头。

本发明实施例提供的小型无极等离子灯头及其灯具的有益效果包括：

1.将壳体设计为圆柱形结构，内部具有圆柱形空腔，这里的圆柱形空腔相对于聚焦空腔，并将天线柱体和内极柱体贯穿壳体、且穿过圆柱形空腔，内极柱体与壳体形成环形电容器结构，利用天线柱体能够将射频能量馈入环形电容器结构的聚焦空腔内，并形成电磁场，等离子灯珠安装在内极柱体的容置槽内，聚焦空腔中的电磁场能量有效耦合后聚焦到等离子灯珠所在区域，使等离子灯珠发光，小型无极等离子灯头的结构设计简单、实用，有利于实现结构的小型化，并避免结构复杂带来的射频能量传递过程损坏过大的缺陷，提高射频能量转化率；

2.更重要的是，壳体为圆柱形结构，天线柱体和内极柱体相对于壳体的轴线偏心设置，相对于内极柱体与壳体同轴设置，本实施例中，能够充分利用壳体或圆柱形空腔的截面面积，天线柱体和内极柱体所占用的空间较小，可以将壳体设计得更加小型化，并且提高射频能量的转化率，而且，壳体的尺寸缩小后，内极柱体的长度可设计得更小，这样，内极柱体受环境震动影响降低，提高了设备工作的稳定性和使用寿命。

附图说明

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。

图1为本发明实施例提供的小型无极等离子灯头的第一视角的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的小型无极等离子灯头的第二视角的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的小型无极等离子灯头的全剖结构示意图；

图4为图3中罩体的结构示意图。

图标：100-小型无极等离子灯头；110-壳体；111-圆柱形空腔；112-端盖；1121-第一通孔；1122-第二通孔；113-罩体；1131-环形侧壁；1132-顶壁；1133-第三通孔；1134-第四通孔；120-天线柱体；130-导体件；140-内极柱体；141-容置槽；150-陶瓷层；160-等离子灯珠；170-天线连接头；180-绝缘层；190-螺钉。

具体实施方式

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。

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。

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。

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。

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。

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。

现有的等离子灯的能量转化率较低，能耗较大，而且需要形成波导聚焦空腔，致使灯具体积较大，难以实现小型化。本实施例提供一种小型无极等离子灯头，不仅能够提供能量的转化率，还能够实现小型化，小型无极等离子灯头的具体结构见下文。

请参考图1至图3，小型无极等离子灯头100包括壳体110、天线柱体120、内极柱体140、等离子灯珠160和天线连接头170。

壳体110采用导电材料制成，壳体110为圆柱形结构，壳体110内具有圆柱形空腔111(请参阅图3)，壳体110包括罩体113和端盖112，罩体113为圆桶结构，罩体113具有开口，端盖112盖合在罩体113的开口上。罩体113与端盖112之间可以采用螺栓连接，也可以采用粘接。

具体的，请参阅图3和图4，罩体113包括环形侧壁1131和顶壁1132，环形侧壁1131垂直连接在端盖112上，顶壁1132连接在环形侧壁1131的端部、且平行于端盖112。

请参阅图4，端盖112上开设有第一通孔1121和第二通孔1122，顶壁1132上开设有第三通孔1133和第四通孔1134，第三通孔1133与第一通孔1121同轴设置，天线柱体120安装在第三通孔1133与第一通孔1121内，天线柱体120沿壳体110的轴线方向贯穿壳体110、且穿过圆柱形空腔111，天线柱体120相对于壳体110的轴线偏心设置。

天线连接头170通过螺钉190连接在端盖112上远离罩体113的一侧，天线连接头170与第一通孔1121同轴设置，天线柱体120延伸到天线连接头170的内部，天线柱体120通过天线连接头170与射频源连接。

第一通孔1121的内壁与天线柱体120之间以及天线柱体120与天线连接头170的内壁之间均设置有绝缘层180。第三通孔1133的内壁与天线柱体120通过导体件130连接，使天线柱体120与罩体113导通连接。导体件130安装在第三通孔1133内远离端盖112的一端，导体件130的截面为n形，导体件130罩设在天线柱体120的端部。这样，导体件130可以从顶壁1132的第三通孔1133内直接向上取出，实现对天线柱体120的维护或更换，操作方便。对应的，第三通孔1133可以设计为T形的阶梯孔，并且较大孔径的一端远离端盖112，使导体件130与第三通孔1133的较大孔径的一段相适配。

第四通孔1134与第二通孔1122同轴设置，内极柱体140安装在第四通孔1134与第二通孔1122内。第二通孔1122的直径大于第四通孔1134的直径，第二通孔1122的内壁与内极柱体140接触，第四通孔1134的内壁与内极柱体140间隔设置。内极柱体140的端部可以通过螺钉190固定连接在端盖112上。

内极柱体140沿壳体110的轴线方向贯穿壳体110、且穿过圆柱形空腔111，天线柱体120相对于壳体110的轴线偏心设置，天线柱体120和内极柱体140分别位于壳体110的轴线的相对两侧。这样，天线柱体120和内极柱体140的共同重心更靠近顶壁1132的重心，也就是说，天线柱体120和内极柱体140的整体更靠近顶壁1132的中心位置，天线柱体120和内极柱体140在顶壁1132上的投影需要位于顶壁1132的表面内，顶壁1132需要的面积可以较小，从而，使壳体110的外径更小，实现整体的小型化设计。

进一步地，天线柱体120和内极柱体140的中心可以分别与壳体110的半径的中点重合，或者均位于同一直线上的两条半径的中点之间，这样，不仅天线柱体120和内极柱体140的直径可以设计得较大，壳体110的直径也可以设计得较小。

内极柱体140伸出壳体110的一端开设有容置槽141，等离子灯珠160安装在容置槽141内，等离子灯珠160为椭圆形结构，容置槽141的内壁为弧形面。容置槽141的内壁与等离子灯珠160之间设置有陶瓷层150。陶瓷层150具有耐高温和低导热率的特性，本实施例中，陶瓷层150的导热率可以低于0.5W/m·k，能够提高等离子灯珠160的温度，从而提高等离子体的温度和等离子体的发光效率，经测算，等离子体的发光效率相比于现有的类似结构提高了12％。

本实施例还提供一种小型无极等离子灯具，小型无极等离子灯具包括射频源、射频传输线和小型无极等离子灯头100。其中，射频源通过射频传输线连接到小型无极等离子灯头100的天线连接头170上，实现射频源向天线柱体120输送射频能量。本实施例提供的小型无极等离子灯具具有小型化的优点，可以更好地应用于便携式或移动式照明设备中，例如：汽车、飞机、机器人等。

本实施例提供的小型无极等离子灯头100及其灯具的工作原理：

2450MHZ±500MHZ的射频能量通过天线柱体120释放到圆柱形空腔111内，这里的圆柱形空腔111相当于聚焦空腔，壳体110相当于外极，内极柱体140则相当于内极，壳体110与内极柱体140形成环形电容结构，可以将射频能量最大化的聚焦到等离子灯珠160所在区域，等离子灯珠160中填充有用于生成等离子体的材料，从而使等离子灯珠160发生电离发光反应。

其中，等离子灯珠160中填充有发光气体，发光气体包含汞、金属卤化物及惰性气体中一种或一种以上的成分。在其他实施例中，等离子灯珠160中的填充材料还可以包括溴化铥、溴化铟、溴化镝和氩气。等离子灯珠160的中的至少部分体积的发光气体位于聚焦空腔的聚焦范围内，使得等离子灯珠160中的至少一部分发光气体能在高密度电场中被电离而发光。

壳体110的外径的范围为：30mm～50mm，本实施例中，壳体110的外径取值为42mm，壳体110的高度的范围为：20mm～30mm，本实施例中，壳体110的高度取值为25mm。这样，壳体110的体积可以缩小到现有类似结构的三分之一，壳体110的体积缩小后，内极柱体140的长度可设计得更小，本实施例中，内极柱体140的长度超出壳体110的高度的范围为：3mm～8mm，具体可以取值5mm，并且，内极柱体140的一端的端面可以与顶壁1132的外表面基本齐平，内极柱体140的另一端从端盖112伸出，用于连接到端盖112的外表面上，这样，内极柱体140的长度较小，内极柱体140受环境震动影响降低，提高了设备工作的稳定性和使用寿命。并且，天线柱体120和内极柱体140均为柱状结构，聚焦空腔也为圆柱形空腔111，射频能量在传递过程中损耗较少，经测算，可以提高5％～10％的射频能量转化率。

在其他实施例中，可以设计内极柱体140的长度等于圆柱形空腔111的高度与顶壁1132的厚度之和，这样，可以将内极柱体140的底端直接连接在端盖112的内表面，同样能够起到作为内极的作用，还能够进一步降低内极柱体140的长度。

本实施例提供的小型无极等离子灯头100及其灯具的有益效果包括：

1.将壳体110设计为圆柱形结构，内部具有圆柱形空腔111，这里的圆柱形空腔111相对于聚焦空腔，并将圆柱状的天线柱体120和内极柱体140贯穿壳体110、且穿过圆柱形空腔111，内极柱体140与壳体110形成环形电容器结构，利用天线柱体120能够将射频能量馈入环形电容器结构的聚焦空腔内，并形成电磁场，等离子灯珠160安装在内极柱体140的容置槽141内，聚焦空腔中的电磁场能量有效耦合后聚焦到等离子灯珠160所在区域，使等离子灯珠160发光，小型无极等离子灯头100的结构设计简单、实用，有利于实现结构的小型化，并避免结构复杂带来的射频能量传递过程损坏过大的缺陷，提高射频能量转化率；

2.天线柱体120和内极柱体140相对于壳体110的轴线偏心设置、且分别位于壳体110轴线的两侧，壳体110的体积可以缩小到现有类似结构的三分之一，实现小型化设计；

3.壳体110的体积缩小后，内极柱体140的长度可设计得更小，这样，内极柱体140受环境震动影响降低，提高了设备工作的稳定性和使用寿命；

4.天线柱体120通过n形的导体件130与罩体113导通连接，导体件130可以从顶壁1132的第三通孔1133内直接向上取出，实现对天线柱体120的维护或更换，操作方便；

5.容置槽141的内壁与等离子灯珠160之间设置有陶瓷层150，能够提高等离子灯珠160的温度，从而提高等离子体的温度和等离子体的发光效率，经测算，等离子体的发光效率相比于现有的类似结构提高了12％。

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。