專利名稱：無(wú)電極高光強(qiáng)放電燈的啟動(dòng)輔助裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的說(shuō)來(lái)涉及高光強(qiáng)放電(HID)燈。更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及無(wú)電極HID燈的一種經(jīng)改進(jìn)的啟動(dòng)輔助裝置。
在高光強(qiáng)放電(HID)燈中，象水銀或鈉蒸汽之類的中壓至高壓范圍的可電離氣體，通常因弧光放電時(shí)有電流通過(guò)氣體而使其受激時(shí)，會(huì)放射出可見(jiàn)的輻射線。有一種HID燈是感應(yīng)耦合的無(wú)電極燈，這種燈通過(guò)在其高壓氣態(tài)填充物中產(chǎn)生螺旋管電場(chǎng)而產(chǎn)生并維持弧光放電。在這類燈中，弧光管中的高壓填充物以一個(gè)放電作為初始擊穿，再由弧光管周圍的激勵(lì)線圈中的射頻電流激勵(lì)出放電的等離子體?；」夤芎图?lì)線圈組成的組合件實(shí)質(zhì)上起了變壓器的作用，用來(lái)將射頻能量耦合到等離子體中。就是說(shuō)，激勵(lì)線圈起了一次線圈的作用，等離子體則起了與一次線圈感應(yīng)耦合的單匝二次線圈的作用。激勵(lì)線圈中的射頻電流產(chǎn)生隨時(shí)間變化的磁場(chǎng)，又在等離子體中產(chǎn)生實(shí)質(zhì)上形成一個(gè)自身封閉的電場(chǎng)，即螺旋管電場(chǎng)。由于這個(gè)電場(chǎng)的存在，因而有電流流通，從而使弧光管的等離子體中產(chǎn)生環(huán)形的弧光放電。
在感應(yīng)耦合的HID弧光管中的環(huán)形放電通常要比在具有放電電極作為放電端的一般弧光管中更難以啟動(dòng)。這有下列幾方面的原因。首先，由于沒(méi)有電極，使這種燈失去了有啟動(dòng)電極的弧光管的啟動(dòng)過(guò)程中電極往往所起的有益的作用。例如，由于沒(méi)有電極，電場(chǎng)就不能集中在電極尖端，因而就不能通過(guò)在陰極表面的物理過(guò)程(例如熱電子發(fā)射，場(chǎng)致發(fā)射或離子轟擊)中產(chǎn)生初始電子。其次，要通過(guò)感應(yīng)來(lái)產(chǎn)生使弧光管中壓力較高的充填充體擊穿所需的極大電場(chǎng)是非常困難的。第三，我們?cè)诨」夤艿奶畛湮镏胁捎酶邏憾栊詺怏w，而不是水銀作為緩沖氣體。例如，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，我們采用了室溫下壓力為250乇或以上的氪或氙作為我們的弧光管填充物中的緩沖氣體。這個(gè)惰性氣體的壓力大約為產(chǎn)生初始啟動(dòng)擊穿所要求的惰性氣體壓力的10倍。
迄今，嘗試或提出過(guò)的在無(wú)電極燈的高壓惰性氣體弧光管填充物中引發(fā)弧光放電的方法有好多種。早先提出的一種方法是降低填充物的氣體壓力，例如，先將弧光管浸漬在液體氮中，使氣體溫度下降到極低值，再提高氣體的溫度。隨著溫度的升高，當(dāng)氣體密度達(dá)到使填充物電離或擊穿所需要的最佳密度時(shí)，引發(fā)弧光放電。然而，把液態(tài)氮引發(fā)弧光放電的方法推廣普及到商業(yè)化使用并不實(shí)用。
最新的方法是采用各種金屬“啟動(dòng)輔助裝置”，這類裝置一般用來(lái)加強(qiáng)啟動(dòng)用的電場(chǎng)。這些金屬啟動(dòng)輔助裝置通常安置在弧光管外殼外，在某些情況下，它們是一些通過(guò)密封件進(jìn)入弧光管外殼中的啟動(dòng)電極。例如，美國(guó)專利4，894，589、4，894，590、4，902，937、5，047，693和4，982，140和El Hamamsy等人于1990年5月23日遞交的美國(guó)專利申請(qǐng)S.N.527，500(RD 19，742)和El Hamamsy等人于1990年5月23日遞交的美國(guó)專利申請(qǐng)S.N.527，503(RD 19，800)都介紹了這種金屬啟動(dòng)輔助裝置，上述諸專利都轉(zhuǎn)讓給本申請(qǐng)的受讓人，在本申請(qǐng)中也包括這些內(nèi)容作為參考。
采用金屬啟動(dòng)輔助裝置有這樣的一些缺點(diǎn)。例如，金屬啟動(dòng)輔助裝置具有這樣的特點(diǎn)，即如果它在放電燈工作期間保持原位，因而它可能起限制放電燈使用壽命的作用(例如鈉泄漏、弧光管外殼壁變質(zhì)或密封件失靈)。另一方面，若金屬啟動(dòng)輔助裝置的特點(diǎn)是在啟動(dòng)之后移離放電燈，則放電燈設(shè)計(jì)中這種可動(dòng)部件的控制就變得復(fù)雜，從而提高成本。此外，移動(dòng)式的啟動(dòng)輔助裝置會(huì)改變供能電路對(duì)于激勵(lì)線圈在阻抗匹配方面的要求。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，我們提供了這樣一種無(wú)電極HID燈，該無(wú)電極HID燈包括一個(gè)能透射光線的弧光管，弧光管具有介電材料制成的各管壁部分，管內(nèi)充有第一氣態(tài)填充物?；」夤苤車渲糜锌捎蒙漕l電流激勵(lì)的激勵(lì)線圈，正是這個(gè)激勵(lì)電流能在第一氣態(tài)填充物擊穿時(shí)在該填充物中有效地產(chǎn)生環(huán)形的弧光放電?；」夤苓B接有主要由介電材料制成的管狀啟動(dòng)容器，容器的一個(gè)端壁由所述弧光管的一個(gè)管壁部分構(gòu)成。啟動(dòng)容器內(nèi)充有第二氣態(tài)填充物，在放電燈即將啟動(dòng)之前的正常條件下，第二填充物的電介質(zhì)強(qiáng)度比第一填充物的電介質(zhì)強(qiáng)度低得多?；」夤苤械沫h(huán)形弧光放電是借助于能使啟動(dòng)容器內(nèi)的氣態(tài)填充物產(chǎn)生電介質(zhì)擊穿的裝置引發(fā)的。該擊穿發(fā)展成放電，沿所述啟動(dòng)容器的長(zhǎng)度方向擴(kuò)展，并改變所述端壁的電位，使所述弧光管壁部分之間的電壓上升到足以引發(fā)所述第一氣態(tài)充填物產(chǎn)生電介質(zhì)擊穿。
為更好地理解本發(fā)明的內(nèi)容，可結(jié)合附圖參閱下面的詳細(xì)說(shuō)明。附圖中，

圖1是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的無(wú)電極燈的部分圖示和部分剖視圖。圖1畫(huà)出了處于運(yùn)行狀態(tài)的無(wú)電極燈;
圖2與圖1類似，不同之處在于示出了無(wú)電極燈在早先的啟動(dòng)操作中初始擊穿階段的情況;
圖3與圖1類似，不同之處在于示出了無(wú)電極燈在緊接著圖2所示的階段之后但在圖1所示的運(yùn)行狀態(tài)即將開(kāi)始之前的過(guò)渡階段;
圖4是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的無(wú)電極燈的一部分的放大剖視圖;
圖5與圖1類似，示出了本發(fā)明另一個(gè)經(jīng)改進(jìn)的無(wú)電極燈的實(shí)施例。
首先參看圖1。圖中所示的無(wú)電極燈10有一個(gè)弧光管14，弧光管的管壁最好由高溫玻璃(例如熔凝石英)，或透明或半透明的陶瓷(例如多晶氧化鋁)制成。激勵(lì)線圈16繞在弧光管上，且連接到射頻鎮(zhèn)流器(Ballast)18上，供在弧光管中激發(fā)環(huán)形放電20之用。舉例說(shuō)，圖中所示的弧光管14基本上呈橢圓體。但有時(shí)會(huì)要求其它適當(dāng)形狀的弧光管，這視乎用途而定，本發(fā)明也包括了這一點(diǎn)。例如，弧光管可以是基本上呈球形，也可以取短圓柱體的形狀，或邊緣圓滑的“碉堡”形。Johnson等人的美國(guó)專利4，810，938中即展示并說(shuō)明了上述后一種形狀的弧光管，本說(shuō)明書(shū)的下一段將更詳細(xì)地提到這種弧光管。弧光管14中充有填充物，上述基本上呈環(huán)形的弧光放電即在無(wú)電極燈工作期間在該填充物中激發(fā)。1989年3月7日頒發(fā)且轉(zhuǎn)讓給本申請(qǐng)的受讓人的P.D.Johnson、J.T.Dakin和J.M.Anderson等人的美國(guó)專利4，810，938中介紹了一種適用的填充物。Johnson等人的專利的填充物包括按一定重量比組成的鹵化鈉、鹵化鈰和氙，以便產(chǎn)生可見(jiàn)的輻射線。這種填充物在白色色溫下的功效高，有好的顯色能力。例如，Johnson等人的專利的這種填充物可以包括等重量比的碘化鈉和氯化鈰，與室溫下大約為500乇分壓的氙混合。轉(zhuǎn)讓給本申請(qǐng)的受讓人的、H.L.Witting的美國(guó)專利4，972，120中介紹了另一種適用的填充物，該專利也包括在本說(shuō)明書(shū)中作為參考。這個(gè)專利的填充物包括鹵化鑭、鹵化鈉和作為緩沖氣體的氙或氪組成的混合物。按照Witting的專利中的一種填充物的具體實(shí)例，填充物包括由碘化鑭、碘化鈉、碘化鈰和在室溫下分壓為250乇的氙的混合物。另一種適用的填充物則包括由碘化鈉、碘化鈰和在室溫下分壓為250乇的氪的混合物。
如圖1所示，射頻功率由射頻鎮(zhèn)流器18經(jīng)由與其相連接的激勵(lì)線圈16加到HID燈上。圖中示出的激勵(lì)線圈16由兩匝線圈組成，線圈的結(jié)構(gòu)與和本申請(qǐng)有著共同受讓人的美國(guó)專利5，039，903中所述的線圈一樣，因此，該專利也包括入本說(shuō)明書(shū)中作為參考。這種線圈因取這種結(jié)構(gòu)，因而效率極高，且引起的無(wú)電極燈照明中斷(light blockage)的現(xiàn)象極少。Farrall的這個(gè)申請(qǐng)中的激勵(lì)線圈由一個(gè)或多個(gè)線匝串聯(lián)連接組成。各匝的形狀通常是通過(guò)使一個(gè)左右對(duì)稱的梯形繞著與梯形處于同一平面的線圈中心線旋轉(zhuǎn)形成的，但該中心線與梯形不相交，并提供交叉裝置連接各線匝。但本發(fā)明的啟動(dòng)輔助裝置還可以采用其它適當(dāng)?shù)木€圈結(jié)構(gòu)，例如，與本申請(qǐng)有著共同受讓人的、于1989年3月14日頒發(fā)給J.M.Anderson的美國(guó)專利4，812，702所描述的線圈結(jié)構(gòu)，該專利也包括在本說(shuō)明書(shū)中作為參考。具體地說(shuō)，Anderson的專利介紹了一種具有六個(gè)線匝的線圈，各線匝配置得使線圈在其中心線兩側(cè)的橫截面基本上呈V字形。另一種適用的激勵(lì)線圈的形狀可以取例如螺旋形。
工作時(shí)，線圈16中的射頻電流產(chǎn)生隨時(shí)間變化的磁場(chǎng)，磁場(chǎng)在弧光管14內(nèi)產(chǎn)生自身基本上封閉的電場(chǎng)。無(wú)電極燈一啟動(dòng)，如即將談到的那樣，由于該螺旋管電場(chǎng)的存在，弧光管14內(nèi)的填充物中就有電流通過(guò)，從而在填充物中產(chǎn)生環(huán)形弧光放電20。射頻鎮(zhèn)流器18適用的工作頻率在0.1至300兆赫的范圍，例如13.56兆赫。
與本申請(qǐng)有著共同受讓人的、J.C.Borowiec和S.A.El-Hamamsy的美國(guó)專利5，047，692介紹了適用的鎮(zhèn)流器18，該專利也包括在本說(shuō)明書(shū)中作為參考。該專利的燈鎮(zhèn)流器是個(gè)高效率的鎮(zhèn)流器，它由一個(gè)丁類功率放大器和一個(gè)調(diào)諧網(wǎng)絡(luò)組成。調(diào)諧網(wǎng)絡(luò)包括一個(gè)集成調(diào)諧電容器網(wǎng)絡(luò)和散熱裝置。詳細(xì)地說(shuō)，兩個(gè)電容器共用一個(gè)公用的電容器片形成一體，第一個(gè)電容器與激勵(lì)線圈串聯(lián)連接，第二個(gè)電容器與激勵(lì)線圈并聯(lián)連接。此外，并聯(lián)調(diào)諧電容器的金屬片包括散熱裝置的諸散熱片，用以散除無(wú)電極燈激勵(lì)線圈散發(fā)的過(guò)量熱量。
圖1的弧光管14封閉在外殼22中。外殼22最好是石英質(zhì)的，用以降低弧光管所引起的熱損耗、吸收弧光管內(nèi)環(huán)形弧光放電的紫外線、并保護(hù)弧光管壁表面免受有害的污染?；」夤苓€由外殼22的一個(gè)細(xì)長(zhǎng)管形的空心棒24支撐著。在本發(fā)明的一個(gè)最佳實(shí)施例中，弧光管壁由石英制成，棒24是石英管，對(duì)接封接到石英弧光管壁的外表面。在石英管連接到石英弧光管壁的局部部位27，弧光管的管壁部分52的外表面和內(nèi)表面基本上扁平。在沿棒24與部位27一段距離的29處，棒24通過(guò)外殼22的頂壁30上的一個(gè)孔延伸出，并繞其外周邊封接在頂壁上，以形成真空密封。外殼22與弧光管14之間的空間32抽成真空，提供了熱絕緣，從而減少弧光管的熱損耗。
棒24的上端密封著，因而棒內(nèi)有一個(gè)密閉空腔35?？涨粌?nèi)充有氣體，在無(wú)電極燈10即將啟動(dòng)之前的正常情況下，這種氣體的電介質(zhì)強(qiáng)度遠(yuǎn)低于弧光管14內(nèi)的氣態(tài)填充物的電介質(zhì)強(qiáng)度。充滿空腔35的氣體可以是與弧光管14中相同的氣體，但其壓力低于弧光管中的氣體的壓力，例如約為弧光管氣體壓力的1/10?？涨?5中的氣體也可以是與弧光管14中的氣體不同的、能為易于產(chǎn)生和控制的高電壓所擊穿的氣體。具體適用于空腔35的氣體有，例如，氪、氙、氖、氬、氦及它們的混合氣體。在各情況下，填充物的壓力應(yīng)低得足以使氣體的電介質(zhì)強(qiáng)度小于弧光管14中氣體的電介質(zhì)強(qiáng)度。在我們具體的實(shí)施例中，空腔35中的填充物采用了在室溫下壓力為20乇的純氪。使用效果良好的氣體混合物的具體例子有由氖和氬組成的潘寧混合氣體。
棒或容器24及其空腔35內(nèi)的氣體可以視為用來(lái)幫助在弧光管14中產(chǎn)生環(huán)形弧光放電20的啟動(dòng)輔助裝置部分。稍后可更清楚地看到，我們這個(gè)無(wú)電極燈的突出特點(diǎn)在于啟動(dòng)容器或者說(shuō)棒24有一個(gè)由弧光管14管壁部分52的一部分組成的端壁(其下端壁)。
我們的啟動(dòng)輔助裝置還包括高壓發(fā)生和施加裝置，以在空心棒24和隨后在空腔14中引發(fā)擊穿。如圖1的示意圖所示，該高壓發(fā)生和施加裝置包括感應(yīng)線圈38和電容器40的并聯(lián)組合，此并聯(lián)組合通過(guò)圖中所示的導(dǎo)體39和41連接在激勵(lì)線圈16上線匝上的接地點(diǎn)與啟動(dòng)容器24的上端之間。和線圈-電容并聯(lián)組合件串聯(lián)連接的適當(dāng)開(kāi)關(guān)42閉合時(shí)可將該并聯(lián)組合件通過(guò)無(wú)電極燈的寄生電容跨接到電源上，開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)可以切斷將并聯(lián)組合件跨接到電源的電路。與本申請(qǐng)有關(guān)共同受讓人的、申請(qǐng)日為1990年12月4日的Cocoma等人的美國(guó)專利申請(qǐng)S.N.07/622，024(RD 20，228號(hào)文件)和Farrall等人的美國(guó)專利5，057，750(RD 20，855)公開(kāi)了電壓發(fā)生和施加裝置38-42的另一些細(xì)節(jié)，這里也將該兩個(gè)專利包括進(jìn)來(lái)作為供參考。L-C電路38、40調(diào)節(jié)得使其為鎮(zhèn)流器18的13.56兆赫射頻電流所激勵(lì)時(shí)處于幾乎諧振的狀態(tài)。鎮(zhèn)流器18的射頻電流在L-C電路38兩端產(chǎn)生高電壓時(shí)，就有相應(yīng)的高電壓跨接到啟動(dòng)容器24在長(zhǎng)度方向上的兩端和跨接在啟動(dòng)容器的空腔35中氣柱長(zhǎng)度方向上的兩端。這個(gè)高電壓足以使空腔35中的氣體跨長(zhǎng)度方向產(chǎn)生電介質(zhì)擊穿，這個(gè)擊穿則發(fā)展成沿空腔35整個(gè)長(zhǎng)度延伸的放電。容性電流流經(jīng)其中的這個(gè)放電以圖2中的45來(lái)表示，圖中所示的無(wú)電極燈是處于我們所說(shuō)的初始擊穿階段的狀態(tài)。
圖2的放電45，和圖1的環(huán)形電弧20一樣，是個(gè)無(wú)電極電弧。這兩個(gè)電弧的基本不同點(diǎn)在于，電弧45是容性耦合到電源18、38-42上，環(huán)形電弧20則感性耦合到電源18、16上。
圖2中所示的是即將初始放電之前，這時(shí)激勵(lì)線圈16處于激勵(lì)狀態(tài)，弧光管的上管壁部分52和弧光管的半圓處的管壁部分50處于主要由激勵(lì)線圈16的平均電位確定的較低的電位。激勵(lì)線圈16的上線匝處于地電位。這時(shí)候，在這兩個(gè)管壁部分50和52之間出現(xiàn)的任何電位差相對(duì)較小，而由于該兩部分為弧光管14中電介質(zhì)強(qiáng)度較高的填充氣體所隔開(kāi)，不足以在這些部分之間引起電介質(zhì)擊穿。
即將進(jìn)入圖2所示的初始擊穿階段之前，L-C電路38、40兩端產(chǎn)生較高的對(duì)地電壓。該電壓是出現(xiàn)在啟動(dòng)容器24頂部的射頻電壓，這時(shí)，啟動(dòng)容器24的底部處于基本上是接地的電位。當(dāng)空腔35中發(fā)生上述電介質(zhì)擊穿并發(fā)展成放電45時(shí)，加到啟動(dòng)容器24上的電位通過(guò)放電45(這時(shí)起低阻抗導(dǎo)體的作用)連接到在放電底端處的弧光管管壁部分52。結(jié)果，管壁部分52的電位迅速升高到接近所加電壓的高電平，從而使弧光管管壁部分52與50之間的電壓大幅度上升。這之后，緊接著，如圖3所示，弧光管14內(nèi)出現(xiàn)線狀放電60，從管壁部分52發(fā)出。
這些線狀放電60表示弧光管14內(nèi)的氣態(tài)填充物產(chǎn)生電介質(zhì)擊穿。于是，這個(gè)電介質(zhì)擊穿使通過(guò)激勵(lì)線圈16的射頻電流所產(chǎn)生的電場(chǎng)和磁場(chǎng)可以形成圖1中以20所示那種環(huán)形弧光放電。這以后，這些電場(chǎng)和磁場(chǎng)無(wú)需啟動(dòng)放電45的協(xié)助就能使環(huán)形弧光放電保持下去。因此，這時(shí)啟動(dòng)放電就按適當(dāng)?shù)姆绞?例如打開(kāi)開(kāi)關(guān)42使電路中斷)消失，從而使放電45脫離電源。
顯然，從以上所述可知，由于啟動(dòng)容器24的下端壁是由弧光管的管壁部分52構(gòu)成，因而啟動(dòng)容器的下端壁處和弧光管管壁部分52處會(huì)出現(xiàn)同樣的電位。因此，當(dāng)放電45如上述那樣產(chǎn)生時(shí)，它傳到啟動(dòng)容器端壁時(shí)給弧光管管壁部分52傳送同樣的電位。
上面說(shuō)過(guò)，弧光管在發(fā)出線狀放電60的部位52處的內(nèi)表面基本上是扁平的。實(shí)踐證明，這個(gè)特點(diǎn)非常重要，因?yàn)槿绻@個(gè)部位具有使棒24伸入弧光管中的結(jié)構(gòu)，我們發(fā)現(xiàn)，棒突出的尖端就會(huì)過(guò)熱，從而失靈。另一方面，使該部位中產(chǎn)生局部洞穴的設(shè)計(jì)是有問(wèn)題的，因?yàn)檫@些洞穴會(huì)成為氣態(tài)填充物中囟化物冷凝的落腳點(diǎn)。
本發(fā)明無(wú)電極燈的另一個(gè)重要特點(diǎn)是，其啟動(dòng)容器或者說(shuō)棒24的有關(guān)部分的橫截面小于弧光管的有關(guān)部分。這里弧光管的有關(guān)部分是指圍繞著環(huán)形放電20外周邊延伸的空心部分，而這個(gè)空心部分的平均橫截面積比啟動(dòng)容器的有關(guān)部位(即啟動(dòng)容器緊鄰其端壁的部位)的橫截面積大。使啟動(dòng)容器在該部位保持較小的橫截面積，這一點(diǎn)非常重要，因?yàn)樗梢苑乐挂蚣?lì)線圈16中有射頻電流通過(guò)而在啟動(dòng)容器24中出現(xiàn)的電場(chǎng)和磁場(chǎng)的影響下，在啟動(dòng)容器24中產(chǎn)生感應(yīng)耦合或環(huán)形放電。本發(fā)明的無(wú)電極燈在任何時(shí)候都只能使一個(gè)感應(yīng)耦合或環(huán)形的弧光放電維持下去，而如果在啟動(dòng)容器中或在弧光管外的無(wú)電極燈內(nèi)任何位置產(chǎn)生這種感應(yīng)耦合放電，則由于它的存在使得需要在弧光管14內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)耦合放電時(shí)卻不能產(chǎn)生。
雖然我們的附圖中所示的是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的直線式管形啟動(dòng)容器24，不言而喻，我們的發(fā)明廣義來(lái)講包括其它結(jié)構(gòu)的啟動(dòng)容器，例如，曲線形的管形構(gòu)件，或帶有彎曲的管形構(gòu)件。
還應(yīng)該理解的是，我們的發(fā)明從廣義來(lái)講還包括在啟動(dòng)容器或棒24中引發(fā)擊穿的附加裝置。這方面也可以采用其它適當(dāng)?shù)难b置。例如，可以在啟動(dòng)容器24頂端內(nèi)部安裝一個(gè)(如圖4中62所示的)電極，往這個(gè)電極上加高電壓以便在啟動(dòng)容器內(nèi)的氣態(tài)填充物中引發(fā)擊穿。在圖4的實(shí)施例中，可以看到電極62連接到圖1-3的導(dǎo)線41，以接收來(lái)自圖1-3的裝置38-42的激勵(lì)電壓。在電極穿過(guò)石英管的地方配備有一般的薄片式密封件61。當(dāng)然還可以采用上述以外的其它適當(dāng)?shù)母唠妷涸磳?dòng)高電壓加到電極62上。雖然圖4的啟動(dòng)容器中有象62那樣的電極，但燈本身仍然可視為無(wú)電極燈，因?yàn)閷?duì)主電弧(即弧光管14內(nèi)的環(huán)形電弧)來(lái)說(shuō)，仍然沒(méi)有電極。關(guān)于這一段所述的一般形式的啟動(dòng)裝置的有關(guān)專利申請(qǐng)是與本申請(qǐng)有著共同受讓人的、于1990年12月4日由Roberts等人同時(shí)遞交的專利申請(qǐng)S.N.07/622，247(RD 19，981)，該申請(qǐng)也包括在這里供參考。
還應(yīng)該理解的是，我們的發(fā)明從廣義上講并不局限于圖中38-42所示的將電壓供到啟動(dòng)容器或棒24的具體裝置。舉例說(shuō)，引發(fā)擊穿的另一種方法是利用從適當(dāng)結(jié)構(gòu)的次級(jí)線圈感應(yīng)出的電場(chǎng)，該次級(jí)線圈與主激勵(lì)線圈組合形成變壓器。用上述射頻電流激勵(lì)這個(gè)變壓器時(shí)，所產(chǎn)生的電場(chǎng)在棒24的上端形成較高的電位，并在棒內(nèi)氣體中形成足夠高的電場(chǎng)，促使棒的兩端之間產(chǎn)生放電。圖5中示出了根據(jù)這種方法制造的器件，圖中與圖1相應(yīng)的各部件采用與圖1中同樣的編號(hào)。上述次級(jí)線圈用70表示。該次級(jí)線圈70繞在諸如石英或派熱克斯耐熱玻璃之類的玻璃材料制成的管72上，管72則圍繞著燈在主激勵(lì)線圈16上方的部分。次級(jí)線圈的下端與主激勵(lì)線圈16的上線匝電連接，上端通過(guò)導(dǎo)線41連接到啟動(dòng)容器24的上端。該次級(jí)線圈70與主激勵(lì)線圈26組合形成自耦變壓器，這個(gè)變壓器為流經(jīng)線圈16的適當(dāng)射頻電流所激勵(lì)時(shí)，按上述那樣起作用，使啟動(dòng)容器中產(chǎn)生放電。玻璃管72使次級(jí)線圈與弧光管14相隔較大的距離。
顯然從以上所述可知，我們的啟動(dòng)裝置并不依賴位于弧光管附近或里面的金屬電極、金屬探頭或類似的金屬部件。這使我們可以消除與金屬啟動(dòng)輔助裝置有關(guān)的、對(duì)使用壽命有限作用的大部分問(wèn)題，并使我們無(wú)需設(shè)置任何在啟動(dòng)之后用來(lái)移離這些金屬部件的機(jī)構(gòu)。盡管我們的啟動(dòng)裝置，例如，金屬啟動(dòng)輔助裝置，確實(shí)通過(guò)增強(qiáng)或集中弧光管中的電場(chǎng)來(lái)在其中引發(fā)出電弧，但這不是通過(guò)將各金屬部件靠近弧光管配置或安置在弧光管內(nèi)來(lái)實(shí)現(xiàn)，而是利用電氣放電將高電位從遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移到弧光管壁的一部分進(jìn)行的。我們用來(lái)輔助啟動(dòng)的任何金屬部件不是靠近弧光管配置，而是靠近一個(gè)輔助空腔配置，輔助空腔中裝有與弧光管中的填充物隔絕且比弧光管內(nèi)填充物更易于擊穿的填充物。
雖然我們介紹了本發(fā)明的一些具體實(shí)施例，但熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人士都知道，可以對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行各種更改和修改而在廣義上并未脫離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)。因此我們認(rèn)為，所有這些更改和修改都應(yīng)當(dāng)包括在我們的發(fā)明中，因?yàn)樗鼈兙鶎儆诒景l(fā)明的精神實(shí)質(zhì)和范圍。
權(quán)利要求
1.一種無(wú)電極高光強(qiáng)放電燈，其特征在于，它包括(a)一個(gè)透光的弧光管，所述弧光管具有由介電材料制成的各管壁部分，所述弧光管內(nèi)充有第一氣態(tài)填充物；(b)一個(gè)激勵(lì)線圈，它配置在所述弧光管周圍，且可用射頻電流加以激勵(lì)，該射頻電流在所述第一氣態(tài)填充物產(chǎn)生電介質(zhì)擊穿時(shí)能有效地在所述第一氣態(tài)填充物中產(chǎn)生環(huán)形弧光放電；(c)一個(gè)啟動(dòng)容器，主要由介電材料構(gòu)成并連接到所述弧光管上，其一個(gè)端壁由所述介電材料制成的弧光管管壁部分之一構(gòu)成；(d)充滿所述啟動(dòng)容器中的第二氣態(tài)填充物，在所述無(wú)電極燈即將啟動(dòng)前的正常條件下，所述第二氣態(tài)填充物的電介質(zhì)強(qiáng)度低于所述第一填充物的電介質(zhì)強(qiáng)度；和(e)在所述弧光管中引發(fā)所述環(huán)形弧光放電的裝置，包括使所述啟動(dòng)容器內(nèi)的氣態(tài)填充物產(chǎn)生電介質(zhì)擊穿的裝置，該電介質(zhì)擊穿在所述啟動(dòng)容器內(nèi)發(fā)展成放電，從而使所述端壁處的電位變化，此變化值使得在所述弧光管管壁部分之間的電壓升高得足以引發(fā)所述第一氣態(tài)填充物產(chǎn)生電介質(zhì)擊穿；
2.如權(quán)利要求1所述的無(wú)電極燈，其特征在于，(a)所述弧光管圍繞所述環(huán)形弧光放電外周邊延伸的部分的橫截面積是預(yù)定的;且(b)所述啟動(dòng)容器呈管形，且在靠近它的所述端壁處的橫截面積小于弧光管的所述預(yù)定橫截面積。
3.如權(quán)利要求1或2所述的無(wú)電極燈，其特征在于，在所述啟動(dòng)容器與所述弧光管連接部位的所述弧光管管壁內(nèi)表面基本上是扁平的。
4.如權(quán)利要求1所述的無(wú)電極燈，其特征在于，在所述無(wú)電極燈即將啟動(dòng)前的正常條件下，所述第二氣態(tài)填充物的壓力低于所述第一氣態(tài)填充物的壓力。
5.如權(quán)利要求1所述的無(wú)電極燈，其特征在于，使所述啟動(dòng)容器內(nèi)的氣態(tài)填充物發(fā)生電介質(zhì)擊穿的所述裝置包括電壓施加裝置，此裝置位于所述啟動(dòng)容器外，用以將高電壓跨接所述第二填充物的一部分，且所述后一種電壓所產(chǎn)生的放電是與所述電壓施加裝置容性耦合的無(wú)電極電弧。
6.如權(quán)利要求1所述的無(wú)電極燈，其特征在于，(a)使所述啟動(dòng)容器內(nèi)的氣態(tài)填充物產(chǎn)生電介質(zhì)擊穿的所述裝置在所述啟動(dòng)容器的遠(yuǎn)離所述端壁處產(chǎn)生一個(gè)電位，該電位如果加到所述端壁上足以在所述弧光管內(nèi)產(chǎn)生電介質(zhì)擊穿;和(b)在所述啟動(dòng)容器內(nèi)的所述放電將啟動(dòng)容器的遠(yuǎn)離所述端壁處與所述端壁電連接。
7.如權(quán)利要求1或6所述的無(wú)電極燈，其特征在于(a)所述射頻電流對(duì)所述激勵(lì)線圈進(jìn)行的激勵(lì)使所述弧光管的所述管壁部分之間的電位不足以使所述第一氣態(tài)填充物產(chǎn)生電介質(zhì)擊穿(假設(shè)那時(shí)所述第二氣態(tài)填充物還沒(méi)有產(chǎn)生電介質(zhì)擊穿);且(b)由于所述啟動(dòng)容器內(nèi)產(chǎn)生所述放電，因而使所述弧光管的一個(gè)管壁部分相對(duì)于所述弧光管壁的另一管壁部分的電位變化的幅度足以在所述第一氣態(tài)填充物中引發(fā)電介質(zhì)擊穿。
8.如權(quán)利要求1所述的無(wú)電極燈，其特征在于，所述啟動(dòng)容器包括一個(gè)空腔，所述放電即在該空腔中發(fā)生，所述空腔的橫截面小得以致不能在其中產(chǎn)生環(huán)形弧光放電。
9.如權(quán)利要求1所述的無(wú)電極燈，其特征在于，所述啟動(dòng)空腔內(nèi)設(shè)有一個(gè)電極，將一個(gè)高電壓加到該電極上就可引發(fā)所述啟動(dòng)容器內(nèi)的氣態(tài)填充物產(chǎn)生電介質(zhì)擊穿。
10.如權(quán)利要求1所述的無(wú)電極燈，其特征在于，使所述啟動(dòng)容器內(nèi)的氣態(tài)填充物產(chǎn)生電介質(zhì)擊穿的所述裝置包括一個(gè)第二線圈，此第二線圈連接在所述激勵(lì)線圈上的一個(gè)點(diǎn)與所述啟動(dòng)容器上的一個(gè)點(diǎn)之間，與所述激勵(lì)線圈組合在一起形成變壓器，用以產(chǎn)生一個(gè)跨接所述第二氣態(tài)填充物的電壓，在所述弧光管內(nèi)引發(fā)所述環(huán)形放電之前，受到所述變壓器激勵(lì)，所述電壓能有效地使所述第二氣態(tài)填充物擊穿。
11.如權(quán)利要求10所述的無(wú)電極燈，其特征在于，圍繞所述無(wú)電極燈的一部分設(shè)置一個(gè)玻璃材料制成的管，所述第二線圈即繞在所述玻璃管上。
12.如權(quán)利要求1所述的無(wú)電極燈，其特征在于，使所述啟動(dòng)容器內(nèi)的氣態(tài)填充物產(chǎn)生電介質(zhì)擊穿的所述裝置有一個(gè)與所述激勵(lì)線圈感應(yīng)耦合的第二線圈，使得與所述激勵(lì)線圈組合成一個(gè)變壓器，用以產(chǎn)生跨接所述第二氣態(tài)填充物的電壓，在因所述激勵(lì)線圈激勵(lì)而在所述弧光管內(nèi)產(chǎn)生所述環(huán)形放電之前，所述電壓能有效地使所述第二氣態(tài)填充物擊穿，所述激勵(lì)線圈起所述變壓器的初線繞組的作用，所述第二線圈起所述變壓器的次級(jí)繞組的作用。
全文摘要
無(wú)電極高光強(qiáng)放電燈有一個(gè)透光弧光管，弧光管有介電材料制成的各管壁部分，并充有第一氣態(tài)填充物。繞弧光管的激勵(lì)線圈中的射頻電流激勵(lì)第一氣態(tài)填充物，產(chǎn)生電介質(zhì)擊穿和環(huán)形弧光放電?；」夤芙佑袉?dòng)容器，其一個(gè)端壁由弧光管的一個(gè)管壁部分構(gòu)成，啟動(dòng)容器內(nèi)的第二氣態(tài)填充物的電介質(zhì)強(qiáng)度小于第一氣態(tài)填充物。配備了使啟動(dòng)容器內(nèi)填充物擊穿的裝置，該擊穿發(fā)展成放電，使所述端壁電位變化，進(jìn)而使所述第一氣態(tài)填充物產(chǎn)生電介質(zhì)擊穿。
文檔編號(hào)H05B41/24GK1062237SQ91111569
公開(kāi)日1992年6月24日 申請(qǐng)日期1991年12月4日 優(yōu)先權(quán)日1990年12月4日
發(fā)明者J·T·達(dá)金, M·E·達(dá)菲, R·A·海因德?tīng)?申請(qǐng)人:通用電氣公司