专利名称：带有简易启动辅助装置的高压串联弧光放电灯结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及带有在外泡内串联电连接的第一和第二放电器件的高压放电灯，每个放电器件包括密封放电空间和电离填充物的放电容器；位于放电空间内的第一和第二放电电极组件，每个电极组件包括在灯正常工作过程中将放电限定在其上的电极部分和延伸到放电容器外面的电流导体部分；和用于把每个放电器件的第一电极组件电连接到灯泡外面的电源上的装置；以及用于点燃放电器件的启动辅助装置。
这种灯从美国专利4751 432(Van Delm)中可知。高压放电灯可以在一个灯泡壳内含有串联连接的放电器件，以此减小灯的整个尺寸或者可以得到混合型光。高压放电器件的光输出和消耗的功率与放电电极之间的实际距离成正比，因而和放电器件的整个长度也成正比。因此带有一个放电管的额定高功率的灯，其总长特别长，这无论从光学角度还是从成本和操作的角度看都是所不希望的。灯的总长可以充分减少，例如，可以在外泡内安装两个放电器件，每个放电器件工作在总的所要求的功率的一半。发出不同光谱的两个放电器件也可以用于得到不同于每个单个器件的改进的混合光谱。
高压弧光放电器件是通过在放电电极两端提供具有规定的电压和脉宽的点火脉冲而点燃的。一般这是通过包含在灯具中的镇流器内的外部点火器来完成的。通过通常为螺纹基座的灯头施加点火脉冲。这种放电灯的可靠点燃经常会有这样一个问题，即多个放电器件会影响彼此的点火特性，所以一般需要比可靠点燃相同总瓦数的一个放电器件的能量更高的能量的点火脉冲。但是，为安全起见，在施加于通过灯头的点火脉冲的电压上设置上限。而且为商业竞争，不容许灯的设计者销售带有其自身特定的镇流器和/或点火器的灯。而带有额定为某一总瓦数的多个放电器件的HID灯能用为具有相同额定瓦数的单个放电器件的灯的工作而设计的现有镇流器进行控制。
上述专利公开了一种能依次点燃两放电器件的启动辅助装置。该启动辅助装置是一种双金属开关，它短接放电器件中的一个，从而允许点火脉冲开始只作用于一个放电器件。一个放电器件被点燃且保持弧光放电后，从中产生的热量使双金属开关打开。这就使点火脉冲作用于第一和第二放电器件。由于已经点燃的放电器件两端之间的阻抗低，所以点火脉冲的全部能量基本上都作用于第二放电器件，从而提供可靠点燃。这种结构的一个缺点是，在点燃第二放电器件过程中有长的延迟，这是由于，对第一放电器件来说，加热双金属使其达到断开的温度需要大约1-2分钟数量级的时间。此外，双金属开关的安装很麻烦，通常需要手工安装和/或调节。
因此，本发明的目的是为串联连接的两个放电器件提供简易启动辅助装置。该目的是通过在开篇中所述类型的灯来实现的，其特征在于所述启动辅助装置是通过跨接每个所述放电容器的第一器壁部分的导电元件构成的，第一器壁部分与所述第一放电电极组件隔开，并在其间确定电离间隙。
本发明的优点是，点火脉冲被启动辅助装置电容性耦合在第一电极组件之间，这样导致在至少一个放电器件的第一电极组件与第一器壁部分之间的电离间隙中产生电离。
根据本发明优选实施例，放电容器是陶瓷材料的，而且每个放电容器具有在每个电极部分之间延伸的中间区域和与中间区域连通的端部区域。该端部区域包括第一器壁部分并围绕各个第一放电电极组件，并具有小于中间区域的最小外径的最大外径。使用这种窄直径的端部区域，可以允许导电元件和电极组件之间的间隙较小，从而便于位于端部区域的第一器壁部分和电极组件之间的填充物电离。与石英玻璃不同，使用陶瓷材料可以使放电容器带有窄直径端部区域和较宽直径的中间区域。使用陶瓷材料而不是石英玻璃的放电容器可使在电极组件和相邻壁之间的间隔更紧密。在一个实施例中，导电元件与放电电极的最大间隔为约0.9mm。
当导电元件是由长的导电金属例如电线或片材构成并且其端部与放电器件的每个第一器壁部分啮合时，可以得到简单和低成本的结构。最好是，导电元件的每个端部绕着各个第一器壁部分弯曲，以将导电元件机构固定于每个放电器件上。用这种方法，不需要外加紧固元件。
通过参照附图和下述说明，本发明的这些和其它方面、特点和优点将更明确。
图1是具有串联电连接的一对放电器件并具有导电跨接元件的高压放电灯的侧视图；图2是表示电极组件和跨接元件之间的电离间隙的放电管的截面图；以及图3是跨接元件和一个放电器件的透视图。
图1表示带有串联电连接在外泡或灯外壳1内的第一和第二放电器件2、3的金属卤化物高压放电灯。这些放电器件标称相同。图2进一步示出包括放电容器30的放电器件3，放电容器30密封放电空间11，并含有汞、金属卤化物和稀有气体的可电离填充物。放电容器30具有带端壁32、33的圆筒形器壁31，并且它们一起确定放电容器的中央区域。圆筒形器壁34、35确定与中央区域连通且分别密封第一和第二放电电极组件4、5的第一和第二端部区域。第一端部区域34具有第一器壁部分340。每个端部区域具有小于中央区域的最小外径“dc”的最大外径“de”。器壁31-35是陶瓷材料的。在这里，“陶瓷材料”的意思是指耐火材料，例如单晶体金属氧化物(例如蓝宝石)，多晶体金属氧化物(如致密烧结的多晶体氧化铝；钇-铝柘榴石，或氧化钇)，和多晶体非氧化物材料(如氮化铝)。这种材料允许壁温高达1500-1600K，而且足以抵抗卤化物和Na的化学腐蚀。
每个放电电极组件4、5包括(i)带有电极棒4a，5a和线圈4b，5b的电极部分，在灯正常工作时，放电限定在其上；和(ii)延伸到放电容器外面的电流导体部分。每个电流导体部分包括第一抗卤化物部分41、51，和第二部分40、50，其中第一部分是由例如钼构成的，通过陶瓷烧结物(ceramic frit)10以气密方式把第二部分40、50密封在各个器壁34、35上。第二部分40、50是由具有与陶瓷壁的热膨胀系数相近的热膨胀系数的导电材料例如铌构成。这种放电器件在美国专利5424609中有详细说明。
在灯外泡内导电框架支撑放电器件(图1)。该框架包括从灯芯柱14延伸的第一和第二导电支杆12、13，它们每个都以公知的方式连接到灯座15上的各个灯触点上。C形连接器16、17分别把每个第一电极组件4电连接到各自的第一和第二支杆12、13上，且因而连到提供于灯座15的触点上的电源上。连接器16、17，第一和第二支杆及灯芯柱14一起构成把每个放电器件的第一电极组件连接到灯壳外部电源上的装置。第二电极组件5通过导电横向部件18串联连接。绝缘支架19连接在横向部件18和支杆12的上端之间，从而对放电容器提供进一步的机械支撑。
以平金属片形式构成启动辅助装置的导电跨接元件20跨接围绕电极组件4的两放电器件。如图3所示，金属片具有两个相对的端部20a、20b，每个端部绕着各个第一端部区域弯曲，以使金属片以简单方式机械固定到放电器件上。在所示实施例中，所得到的环形端部被焊在一起，金属片在端部上保持固定。另外，金属片可以是由记忆(memory)金属构成，不管在灯“开”和“关”状态之间有多大的温差，它都能保持其形状，使金属片固定在放电器件上。
如图2和3所示，金属片靠在第一端部区域中每个放电容器的器壁34的器壁部分340上，其中器壁部分是位于直接邻近端壁32的区域。在此区域中，电极组件，特别是抗卤化物部分41，与此器壁部分的内表面相隔距离“S”。由于端部区域与中央区域是连通的，所以在电极组件和器壁之间形成可电离间隙的间隔内存在可电离填充物。器壁的厚度为“t”，因此金属片与电极组件间的总距离D＝S+t。距离D应如此选择即通过在第一放电电极组件4(经过灯座15和导电支杆12、13)上施加预定点火脉冲，导电元件20能使第一放电电极组件4彼此容性耦合，并在一个放电器件的可电离间隙内产生电离。电离产生的质子保证了电极的初始电子发射。这进一步导致可电离填充物的击穿，从而在放电器件的放电电极之间保持气体放电。一旦保持了气体放电，该放电器件的阻抗急剧减小，以致另一个放电器件基本上承受了随后点火脉冲的全部能量。因而，放电器件依次可靠地启动。
将根据灯功率和类型改变所设计灯的预定点火脉冲。点火脉冲的大小受在没有形成电弧时灯头和框架所承受的最大电压的限制。一般点火脉冲还受该灯使用的市场上可买得到的点火器/镇流器所提供的点火脉冲的限制。
在实际例子中，放电容器壁是由致密烧结的多晶氧化铝制成的。电极棒、线圈是由钨制成的，并且独立于发射极。每个放电器件的额定功率为100W。放电容器内的填充物是6.7mg的Hg和重量比为91∶8∶1的碘化钠/碘化铊/碘化镝的7mg金属卤化物，以及作为启动气体的200Torr冷压下的氩。每个放电容器的内径为7.2mm，内部长度为10mm。可电离间隙的宽度S为35μm，器壁34的壁厚t为850μm，并且电极组件和导电跨接元件之间的总距离为0.9mm。
在六个上述的灯和十个没有导电金属片20的其它同样的灯之间进行了对比试验。这些灯以100W金属卤化物镇流器(制成先进变压器)在暗环境下工作，根据ANSI标准用于金属卤化物灯的C78.387-1995，此金属卤化物镇流器带有代替了镇流点火器的标准ANSI脉冲发生电路(类型Velonix 350高电压脉冲发生器或等同物)。其脉宽为1μs，脉冲的振幅一直增加，直到灯启动为止。ANSI规定的最大脉冲振幅为4000V。带有导电片20的所有的灯的启动电压范围为2400到2800V，一般为2600V。没有启动辅助装置的灯只能随机启动，无论什么条件下，其启动电压都高于3500V，而且一般不低于ANSI规定的4000V最大值。
权利要求
1.一种高压放电灯，包括外泡(1)；在所述外泡内串联电连接的第一和第二放电器件(2，3)，每个放电器件包括密封放电空间(11)和可电离填充物的放电容器(30)；在所述放电空间内的第一和第二放电电极组件(4，5)，每个电极组件包括在灯正常工作过程中放电电弧限定在其上的电极部分(4a，4b，5a，5b)和延伸到所述放电容器外面的电流导体部分(40，41，50，51)；把每个放电器件的所述第一电极组件电连接到所述灯泡外面的电源上的装置(16，12，17，13，15)；以及所述外泡内的启动辅助装置，用于通过对于所述放电灯施加一个点火脉冲点燃所述放电器件，其特征在于所述启动辅助装置由跨接每个所述放电容器(2，3)的第一器壁部分(340)的导电元件(20)构成，第一器壁部分与所述第一放电电极组件(4)隔开，并在其间确定一个可电离间隙(D)。
2.如权利要求1的高压放电灯，其特征在于，每个所述放电器件(2，3)包括具有在所述电极部分之间延伸的中央区域(31)和与所述中央区域连通的端部区域(34)的陶瓷放电容器，所述端部区域包括第一器壁部分(340)并围绕所述第一放电电极组件，所述端部区域具有小于所述中央区域的最小外径的最大外径。
3.如权利要求1或2的高压放电灯，其特征在于，所述导电元件(20)与所述第一放电电极组件(4)的最大间隔为约0.9mm。
4.如权利要求1、2或3的高压放电灯，其特征在于，所述导电元件(20)由长的平金属片构成，该金属片具有与每个放电容器的所述第一器壁部分(340)啮合的端部。
5.如权利要求1、2、3或4的高压放电灯，其特征在于，所述长的平面金属片绕着每个所述器壁部分弯曲，从而将所述金属线机械固定于所述放电器件上。
6.如权利要求1、2、3、4或5的高压放电灯，其特征在于，所述可电离填充物包括汞，金属卤化物和稀有气体。
全文摘要
一种高压气体放电灯,包括在外泡内串联电连接的第一和第二放电器件。每个放电器件包括密封充有电离填充物的放电空间的放电容器和第一和第二放电电极组件。放电器件的第一电极组件相连接,以承受点火脉冲和灯的工作电压。每个放电容器包括与第一放电电极组件隔开的第一器壁部分,在其间确定电离间隙。导电元件在第一器壁部分跨接放电器件,并容性耦合第一放电电极组件,以在一个放电器件的第一器壁部分和第一放电电极组件之间的电离间隙内产生电离。
文档编号H01J61/34GK1198838SQ97191046
公开日1998年11月11日 申请日期1997年7月14日 优先权日1996年8月8日
发明者M·W·费罗斯, A·D·雅克森, D·舒维 申请人:菲利浦电子有限公司