專利名稱：場效應節(jié)能熒光燈管的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于照明燈具節(jié)電的技術領域;主要是解決現有熒光燈管兩端很快發(fā)黑，使用壽命短、啟動速度慢的問題，同時，可以提高熒光燈管發(fā)光亮度等特點。
本發(fā)明的目的是這樣實現的它在原來熒光燈兩端分別固定一塊高強稀土永磁材料或稀土線圈，即可使熒光燈管兩端不易發(fā)黑，加快啟動速度，延長熒光燈管使用壽命，提高發(fā)光亮度等。
本發(fā)明適合所有功率瓦數的熒光燈使用，也同樣適合不同型狀(如環(huán)形熒光燈、H型熒光燈)，也適合各種接線方法和各種啟動方法的熒光燈使用。
一、影響熒光燈壽命的因素(1)啟動次數對燈壽命影響很大，啟動時的預熱電流和高脈沖電壓均使陰極電子發(fā)射物質嚴重濺散，故減少開關次數，將會明顯延長燈管壽命，連續(xù)燃點時，熒光燈壽命比額定壽命長2.5倍。
(2)燈的工作電流高于額定值時，壽命將縮短。燈的工作電流每高于額定值1%，壽命相應縮短1.7%。燈電流每高于額定值1%，壽命相應縮短約1.7%。燈電流發(fā)生變化原因是由于電源電壓波動或鎮(zhèn)流器不標準。
(3)燈工作電流波形越接近正弦波，越有利于延長燈的壽命。當工作電流波形出現脈沖狀尖峰時，燈壽命會縮短。
二、影響熒光燈通量的因素(1)電源電壓變化時，燈的光通量也會發(fā)生變化。光通量變化實質上是因燈工作電流變化造成的，電源電壓變化范圍為1-2%。
(2)環(huán)境溫度也影響熒光燈的光通量，當環(huán)環(huán)境溫度為20-25℃時燈的光效最高。高于或低于此溫度范圍燈的光效均有下降。
三、場效應節(jié)能熒光燈的優(yōu)點場效應節(jié)能熒光燈可以減少啟動次數，正常電壓下可以一次開亮，在低溫低壓下也可以在短時間內開亮;兩端電場或磁場可快速預熱，減少陰極電子發(fā)射物質嚴重濺散，可明顯延長燈管壽命2.5倍;在啟動和照明時，可加速燈管內的電子和離子的發(fā)射，提高發(fā)光光效起到節(jié)能目的，而且無噪聲。
下面結合附圖對本發(fā)明的原理進一步說明
當燈管與電路接通，加上交流220伏的電壓后，在二極之間形成電場(本發(fā)明也起到增大此電場的作用)，電極在電場的作用下，從一電極向另一電極發(fā)射電子，電子在高速度飛往另一極的路途中，首先和管內的氬原子碰，產生熱量。這時汞原子參加碰撞、激發(fā)，發(fā)出的紫外線，由它激發(fā)內管壁上的上的熒光粉，會發(fā)出不同顏色的光輝，如鹵磷酸鈣能發(fā)出白色日光，硅酸鋅能發(fā)出鮮艷的綠光，這就是燈管的發(fā)光原理。
下面說明電子在電場和磁場中的工作原理在二十世紀三十年代，L.deBroglie提出了電子與光一樣，具有波動性的假設，接著在一九二六年Busch發(fā)表了關于帶電粒子在軸對稱電場和磁場中有聚焦作用的論文。有了以上兩方面的理論基礎，才有電子與光在電場和磁場中的論述，也發(fā)展了許多實際應用。
光的傳播是一種波動現象，首先解釋這一現象的是偉大的光學家ErnstAbb當時正同Carlzeiss合用從事高質量顯徽鏡的設計工作。
在二十世紀二十年代中期，Louis.deBroglie建議波長應該與物質的粒子性聯系起來，以后的大量實驗證明了他的設想是正確的，光的波動性的表現是光波具有一定的頻率波長，光的粒子性的表現是光子具有一定的質量能量和動量，并服從能量守恒定律。理論和實驗指出，光的頻率v、波長R和光子能量E、動量P之間存在著下列關系E＝hvP＝ (h)/(R)其中h是Planck常數。
實際上不僅光具有波粒二重性，一切徽觀物質(電子、質子、中子等)也都具有波粒二重性。當一個電子，由靜止狀態(tài)(v＝O)被電壓V加速，根據能理守恒定律E=eV=1/2mv2= (P2)/(2m)其中v是電子速度，m是電子質量。因此P=(2meν)12]]>R=h(2meν)-12]]>其中R以埃和V以伏特為單位。如果V為100千伏，其R則等于0.037埃，這是電子顯徽鏡中使用的電子波長的典型值。這個數值比白光波長縮短了10萬倍以上。因此，如果可以用大孔徑透鏡的話，波長并不成為對分辨的限制因素。
對于一個電子，改變其運動方向的最簡單的方法是讓它通過電場或磁場。例如用一塊已經鉆有圓柱孔的磁體(

圖1)，讓一束空心圓筒形的電子束進入這個孔，電子束受到磁場的Lorentz力作用，就開始圍繞著圓筒旋轉，因為電子所受的力與它的運動方向是垂直的，并垂直于的磁場徑向分量，所以電子束沿著對稱軸作螺旋線運動，從磁場出來后，電子就會聚于軸上一個點。
如果用三塊帶有不同電位的平板，在它們的同軸中心挖三個孔，也可以通過靜電方法達到同樣的效果(圖2)通過三孔的空心圓柱形電子束也能會聚于一點。
以上兩種場結構-電場和磁場，在聚焦電子束方面有著廣泛的應用。一束電子穿過電子透鏡時，它的幾何光路圖同光路圖同光學透鏡是類同的，因此，光學透鏡的公式在這里也同樣適用，對一個給定幾何尺寸的透鏡，極靴間隙的場強與透鏡的激勵電流成正比，通常用線圈中的電流和線圈的匝數的乘積來表示，焦距f為f = K (Vr)/((NI)2) (1)其中K是常數;Vr是經相對論修正后的加速電壓，NI為透鏡中激勵線圈的安培匝數。從公式(1)是可以看出磁透鏡的強度(焦距f)隨著通過線圈的電流I的變化而有所改變。這一點在使用上有很大的方便。對于高能量的電子束，保持焦距為一常數，則必須增加其安培匝數NI。
下面討論一下電子在直線管中通以電流所產生的均勻磁場中的運動。
直螺線管就是在直圓柱面上繞以螺旋線圈(圈3)。螺線管上各匝線圈是繞得十分緊密的，每匝線圈相當于一個圓形線圈，則通過電流的直螺線管在某點所產生的磁場強度等于各匝線圈在該點所產生的磁場強度的總和。當螺線管的長度較管的直徑大得很多時，管內軸線上的磁場強度的方向按右手定則來確定，其量值為H＝NI其中N為螺線管的線圈匝數，I為電流強度。長螺線管內部磁場是均勻的，場方向平行于螺線管的軸。
下面我們討論電子在這樣的均勻場中的運動軌跡。設均勻磁場的磁場強度為H，質量為m的電子以初速V進入磁場中。運動電子在磁場中將受到Lorentz力的作用。Lorentz力的矢量表示式為
式中e為電子電荷。
1、當電子的初速→V與磁場強度→H同向時(圖3)因為→V的夾角為零，所以磁場對電子運動沒有影響，電子進入均勻磁場后仍用速度為→V勻速直線運動。
2、如果電子初速→V。與磁場強度→H垂直(圖4)(圖中“X”表示磁場的方向垂直于紙面向內)。這時電子將受到與運動方向垂直的Lorent力→F，→F的量值為F＝ev。H因為它的方向是垂直于→V。的，所以→V。的數值將是不變的，其方向將因→F的作用而時刻在變。電子在此力作用下，沿其軌跡法線方向的加速度由下式決定(V02)/(R) = (e)/(m) V0H因為Vo、H是常量，則軌跡為一個圓，圓的半徑R為R= (mv0)/(eH)由上式可知，軌跡半徑R與電子的運動速度vo成正比，而同磁場強度H成反比。電子圓周運動的周期T為T = (2πR)/(V0) = (2πm)/(eH)它是與電子的初速無關的，也就是說對于從某一點發(fā)出的初速不同的電子，周期是相同的。
3如果初速電子→vO與磁場強度→H斜交成a角(圖5)我們可以把→v。分介為兩個分量vz＝Vocosavl＝vosina在磁場作用下，垂直于→H分量的量值保持vl不變，只是改變運動方向，即電子在垂直于磁場的平面內作勻速圓周運動。但因同時還存在速度分量vz，也即同時有平行于→H的直線運動，所以電子的最終運動軌跡是螺旋線。螺旋線的半徑為R= (mv0sina)/(eH)而螺距h為h= (2πmv0cosa)/(eH)在長磁場中電子束的會聚特性-要證明均勻磁場能使在場中一點處發(fā)出的電子束聚焦在場的另一點，并具有成象的作用。前面我們討論了一個電子在均勻磁場中的運動軌跡。照明源是由一束電子組成的，并且實際情況是利用靠近軸的那部分電子來成象的，即a是非常小的(a為10的負2次冪～10的負3次冪弧度)。則從均勻磁場軸上一點p所發(fā)出的一束電子，由于斜交角a不同，所以vl值是不同的。因而各個電子的運動軌跡投影到垂直于磁力線的平面上所形成的各個圓的半徑R是不同的。但對不同a角的電子，經過一個周期后，在軸向前進的螺距h為h＝vzT
當a很小時vZ＝vOcosa≈v0故 h= (2πmv0)/(eH)因此，這些電子在經過時間T以后，都將會聚于一點P1，P1是與p共軛的象點。如果考慮通過P而垂直于→H的平面是物平面，則與它相距h處通過p1而垂直于→H的平面將為物平面共軛的象平面。所以均勻磁場有聚焦成象的特性。要注意的是象平面上的每一點都處于物平面上對應點所在的那條力線上，而且均勻磁場的一切力線又是互相平行的，所以與物點對應的象點將與物體本身的大小一樣，可見放大率M恒為1。并且所得象是一個正象。
在短磁場中電子束的會聚特性-在短磁中，物和象都位于磁場外面，電子束的偏轉是由磁場的分量作用的結果。圖6(a)表示一個電子行經短磁時的運動軌跡。在短磁中，只有在線圈中心的有限部分，磁場才靠近似于均勻場。在中心區(qū)域的左右兩側，磁力線迅速離開軸線方向，而出現很強的徑向分量。圖6(b)所示的是電子在旋轉子午面上的軌跡。而圖6(c)畫出了電子軌跡在垂直于Z軸的平面的投影。當電子從軸上一點A射出，與軸的夾角為a，在未進入透鏡前，電子將作直線運動。為了闡明短磁光源的聚焦作用，首先公析場的徑向分量Hr對電子軸向速度分量vZ的影響。假定在透鏡的前半部，場的徑向分量Hr指向軸，這時電子將向圖6(b)所示平面的外面偏轉，因而使電子獲得繞軸的旋轉運動。這個繞軸的旋轉運動與場的軸向分量HZ作用的結果，使電子受到了向軸的作用力。離透鏡中心愈近，由于Hz和電子速度的增大，向軸的作用力也愈大。當電子進入透鏡的右半部后，還在考慮，磁場的徑向分量又與電子的軸向速度作用，產生向圖內偏轉的力。但因為這時電子已經得到了向圖外旋轉運動的速度，其結果是使向圖外運動的速度降低，而不致改變方向，故電子仍向軸旋轉，但軌跡向軸彎曲的程度逐漸減小。在離開透鏡以后，電子作直線運動與軸交于B點，B的點為A點的象點。同時，透鏡所獲得的象，對物的相對位置旋轉了某一個角度θ，這個角度θ通常小于90°。當磁場的方向改變時，電子旋轉的方向也改變。但旋轉子午面上的軌跡仍保持不變。如電子以平行于軸的方向射入透鏡，則將受到透鏡的偏轉作用而與軸相交，這個交點就是短磁透鏡的焦點。
下面結合附圖對本發(fā)明的構造進一步說明圖7(a)中1是熒光燈管電源插頭;(2)熒光燈兩端鋁冒;(3)稀土永磁材料;(4)燈絲;(5)熒光燈管。
圖7(b)中3是稀土永磁材料;6是燈絲穿孔。
圖7(b)中稀土永磁材料(3)可以裝在燈管兩端外面，也可以安裝在燈管兩端里面。燈絲(4)穿過稀土永磁材料(3)時，必須套石棉管或磁管。
圖8(a)中(1)是稀土永磁材料套的一半;(2)是稀土永磁材料另一半;(3)燈管兩端插頭;(4)燈管(5)稀土永磁材料N極;(6)稀土永磁材料S級。
圖8(b)中稀土永磁材料(1)和(2)需用鋁皮或白鋼皮包裝在一起。
圖9(b)中(1)(2)為鐵殼封閉的線圈;(3)燈管;(4)電源插頭;(5)燈絲。
圖9(b)中(6)為鐵皮;(7)線圈;(8)極靴;對極靴的材料有嚴格的要求，如需要盡可能高的飽合磁通密度(22×10000-24×10000高斯)磁性材料要盡可能的均勻;導磁率高;矯頑力小;化學性能穩(wěn)定和機械性能良好等。一般采用純鐵鈷合金(鈷含量為40-50%)作為極靴材料。
圖9中(7)中線圈可直接通220伏電源。
圖7所示結構是場效應節(jié)能熒光燈管第一種方案。
圖8所示結構是場效應節(jié)能熒光燈管第二種方案。
圖9所示結構是場效應節(jié)能熒光燈管第三種方案。
權利要求
一種場效應節(jié)能日光燈管，它由燈管兩端分別固定的稀土永磁材料或電磁線圈組成的；兩個稀土永磁材料或兩個電磁線圈可以固定在燈管內，也可以固定在燈管外。
全文摘要
本發(fā)明屬于照明燈具節(jié)電技術領域；它主要是用燈管兩端的電場或磁場來解決現有熒光燈管兩端易發(fā)黑，壽命短的問題。本發(fā)明的使用壽命是普通燈管的2.5倍，同時提高發(fā)光效率，在常壓下一次開亮，低溫低壓也可快速啟動，而且無噪聲。
文檔編號H01J61/02GK1083265SQ9310686
公開日1994年3月2日 申請日期1993年6月12日 優(yōu)先權日1993年6月12日
發(fā)明者宋鐵軍 申請人:宋鐵軍