专利名称：照明装置、低压汞气体放电灯、电源装置及其组合包装的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种包括一个电源装置和一个低压汞气体放电灯的照明装置，该低压汞气体放电灯有一个可透光的放电管，该放电管的内表面涂有一层发光涂层，该放电管以气密方式包围着一个放电空间。该放电空间内有一种填充物，该填充物除了汞之外还包括一种或多种稀有气体，同时在该放电空间内装有一个第一电极和一个第二电极，这对电极每个都包括一个金属丝绕制的螺旋体，上面涂有一或多种可发射电子的金属氧化物，这对电极分别与各自的电流导体电连接，这对导体延伸到放电管之外与电源装置电连接，开关接通后，该电源装置可使低压汞气体放电灯在冷态下点燃。
装有低压汞气体放电灯的照明装置，在本文中还被称之为“灯”，它广泛应用于普通照明。与白炽灯相比由于其发光效率较高，这类照明装置可大量地节省能。
该照明装置在标定工作时两个电极之间的放电电流使放电得以维持。该灯的点燃方式取决于照明装置的种类。
在“热起动”型的照明装置中，两个电极中每一个电极都有一个附加的电流导体，在两个电极之间产生点燃电压之前，这两个电极被从一个电流导体到另一个电流导体流过的的辅助电流加热到标定工作所需的温度。但是，这一点燃方法导致了该照明装置从灯的开启的瞬间到实际点燃之间有一段相对较长的延迟时间，本文中称之为延迟点燃。这是一不利因素，此外为实现这一目的所需的附加装置使这类照明装置显得比较昂贵。
在“快速起动”型的照明装置中，两个电极中每一个电极也有一个附加的电流导体，这两个电极是靠一辅助电流来升温的。确实，这种类型的照明装置在接通电源之后可立即产生一点燃电压。但是，在点燃电压不够高，两个电极仍处于冷态使灯无法点燃时就会出现延迟点燃现象。该灯只有在两个电极达到足够高的温度后才会点燃。
在本文第一段中所述的那种照明装置，其灯可在冷态下点燃，在US5,341,067中已做过介绍。在这种照明装置中，也称之为“冷起动”或“瞬时起动”，在两个电极之间施加的足够高的点燃电压，可使该灯接通电源后实际上立即点燃，即延迟点燃时间不足100ms。这两个电极在点燃后只处于标定工作温度。在两个电极上连接附加导体在这类照明装置中是不必要的。在本例中，两个电极是由标定工作时施加的放电电流和放电电弧对其专门加热。如果这两个电极有一个附加导体，一辅助电流可起到维持这两个电极的标定工作温度的作用。
上述照明装置的灯一般来讲在连续工作时寿命较长。照明装置的寿命，由于它的灯是在冷态下点燃，实际上会受到该灯的开关寿命，即该灯可开关的次数的限制。事实上已经发现，灯的电极在冷态时点燃会对电极造成极大的损害，电极仅经很少次数开关后就会遭到破坏。为减少频繁开关次数，尽管有时尽管所需要的照明持续时间很短，这种灯也往往持续燃点。这样极不利于节能，相比之下这对白炽灯是很容易做到的。
本发明的目的是提供一种本文第一段中所介绍的那种照明装置，该装置内的灯在开关接通后可很快地立即点燃，并且具有一较长的开关寿命。
根据本发明，本文第一段中所介绍的这种照明装置是为达到这样一目的，其特点为在标定工作情况下每个电极至少有一部分电极可通过一电极电流Iel，其有效值el至少为电极热发射所需的最小电流Ip4的1.8倍。电流I的有效值可用下式表示=1/T√∫0TI2dt,式中T是电流I一个周期的持续时间。电极的温度确实要高到足以使电极电流的有效值等于Ip4时产生热发射。该温度约为950K。钨电极在这一温度下的电阻是其在室温时的四倍。在电极电流的有效值el至少为Ip4的1.8倍时，这些电极在产生电弧的位置处于一非常高的热点温度。十分惊奇的是，本发明照明装置的灯，尽管电极上的热负载很重，具有极长的开关寿命。对此可以说得通的一个解释是使用其氧化物作为电子发射物的金属在该灯点燃过程中起了极为重要的作用。一般认为，对于金属，如钡，热点温度越高，会以越快的速度使发射电子的金属氧化物，例如其相应的氧化钡，减少，因此在灯工作时间较短时这种金属也可相应保持足够多的数量。最好，该电极电流的有效值el最大为Ip4的3.0倍。如超过该值，在连续工作的情况下由于对于该电极的金属丝的轰击会使灯的寿命大大缩短。
在根据本发明照明装置的一具体实施例中，电极电流Iel等于放电电流Id。在较为理想的实施例中，两个电极中每个分别有一个附加电流导体，一放电电流Id在标定工作情况下从第一电极流向第二电极，而辅助电流Ih自电流导体流向附加的电流导体。在这种情况下，该电极电流Iel是放电电流Id和辅助电流Ih的总和。
最好，h/d之比最大不超过1.0。电极之比大于1.0时发射材料的损耗相对就会过大。
本发明照明装置比较理想的实施例的特征是其电源装置有一具有第一输出端和一第二输出端的高频电路装置，并有一电感和一电容装置，上述第一输出端经电感装置与第一电极的电流导体连接，上述第二输出端与第二电极的电流导体连接，同时这两个电极的附加电流导体经电容装置相互连接。电容装置与电感装置共同形成一个谐振电路，该电路在照明装置的开关接通后可提高点燃电压。如其中一个电极遭到破坏，带有电容装置的电路就会断开，从而不会再产生点燃电压。因此在灯的寿命终止时可避免不安全情况的发生。辅助电流和放电电流的值可通过对上述电容和电感装置加以选择以简单方法进行调整。
在一具有吸引力的实施例中，电极上可发射电子的金属氧化物包括氧化钡、氧化钙和氧化锶。
本发明的灯与电源装置可组装为一个装置。另外，灯与电源装置也可以可拆装的方式连接。因此本发明还涉及一种有一专门与电源装置的第二连接件相配合的第一连接件的低压汞气体放电灯，以使低压汞气体放电灯与电源装置进行电连接与机械连接，以便使低压汞气体放电灯与电源装置连接在一起构成一个本发明的照明装置。
本发明还涉及一电源装置，上面装有一第二连接件，该连接件专门用于与低压汞气体放电灯的第一连接件的配合，以实现低压汞气体放电灯与电源装置的电连接与机械连接，以便使低压汞气体放电灯与电源装置连接在一起构成一个本发明的照明装置。
由于第一和第二连接件是专门用于相互连接，显然为实现本发明目的应当选择电源和低压汞气体放电灯这一组合。
此外，适合于实现上述发明目的由一电源和一低压汞气体放电灯形成的组合体可被包装在一起。
因此本发明还涉及一个包括带有一第一连接件的低压汞气体放电灯和一带有第二连接件的电源装置的组合包装，其中第一和第二连接件相互配合，这两个连接件使电源和低压汞气体放电灯进行电连接和机械连接，从而使低压汞气体放电灯和电源装置形成一个本发明的照明装置。将这两者合为一体的这一事实本身表明灯与电源装置的组合体形成一个本发明的照明装置。因此连接件相互之间没有必要能专门吻合。
例如，第一和第二连接件可有单独的装置分别将低压汞气体灯和电源进行电连接和机械连接。
例如，机械连接装置可以是扣合连接(snap connection)、卡持连接(clamp connection)或螺旋连接。在一实施例中，电连接装置是通过第一和第二连接件来实现的，每一连接件有一线圈，这两个线圈与电源装置共同形成一变压器，该电源装置与低压汞气体放电灯处于连接状态。
在另一替换实施例中，电连接装置是以例如连接销(contactpin)的方式实现的，连接销与电源的连接槽以夹持啮合方式相互保持连接。这些装置同时也可以是用于机械连接的装置。
本发明照明装置的这些方面和其它方面根据附图中进行了详细说明。
图1所示为本发明照明装置的第一实施例图2所示为图1中部位Ⅱ的局部放大图。
图3所示为本发明照明装置的第二实施例。
如图1所示，本发明照明装置包括一电源装置1和一低压汞气体放电灯2。这种照明装置可以用来代替白炽灯。该低压汞气体放电灯2有一可透光的放电管3，其内表面上有一发光层3’。放电管3包覆着一气密的放电空间4，里面有一种汞氩填充物，放电空间4内有一第一电极和一第二电极5a、5b。图2所示为电极5a的放大结构，电极5b的结构与之相似。电极5a、5b每个都包括一个涂有一种或多种可发射电子的金属氧化物的螺旋金属丝。在本例中这两个电极是用直径del为24μm的三螺旋钨丝绕制而成，该钨丝上涂有氧化钡、氧化钙和氧化锶的混合物。热发射所需的最低电极温度为950K。电极达到这一温度所需的电流Ip4是60mA。电极5a、5b分别与相应的电流导体6a、6b进行电连接，导体6a、6b延伸到放电管3之外与电源1连接。电极5a、5b还分别与延伸到放电管之外的附加电流导体6a’、6b’连接。
电源1装在外壳7内，外壳7支撑着灯2和灯头8。电源装置1有一高频电路S，该电路有一第一和一第二输出端K1和K2，及一个电感装置L和一个电容装置C。该高频电路S提供一个50kHz频率的交流电压。该电路S的第一输出端K1经电感装置L与第一电极5a的电流导体6a连接。第二输出端K2与第二电极5b的电流导体6b连接。两个电极的附加电流导体6a’和6b’经电容装置C相互连接。电感装置L是由一个3.1mH的自感线圈制成。一个电容值为4.7nF的电容器构成一个电容装置C。电源装置1与灯头8的触点8a和8b连接。
一有效值为135mA的放电电流Id会对电极电流Iel产生一定作用，它维持该放电和有效值h为100mA的辅助电流Ih，该辅助电流Ih从电流导体6a、6b穿过每个电极5a、5b流向其附加电流导体6a’、6b’，并对该电极起到额外的加热作用。放电电流Id流经电极5a、5b的端部5a*，电极5a、5b延伸到电流导体6a、6b和放电对电极本身产生电弧的位置之间的部位。本例中的电流Id和Ih表现出一个大约900的相位差φ。h/d之比小于1.0，在本例中为0.74。
在标定工作情况下，一有效值el为165mA的电极电流Iel流经电极5a、5b的上述端部5a*。该值为热发射所需的最小电流Ip4的1.8倍以上。在本例中，el值是Ip4的2.8倍。本照明装置的灯的耗电功率为10W。
上述本发明照明装置在下面被称之为“inv1”。非本发明的照明装置(ref1)与本发明的区别是其电极电流有效值el不超过Ip4的1.5倍。灯的耗电功率为7W。
在本发明的另一照明装置(inv2)中，其电极由直径del为38μm的钨丝绕制成三螺旋状，上面同样涂有氧化钡、氧化钙和氧化锶的混合物。放电管内充有一种包括汞和氖氩混合物的填充物。在正常情况下，其电极电流的有效值el是Ip4的2.0倍。h/Id之比小于1.0，在本例中为0.74。非本发明的另一照明装置(ref2)与inv2照明装置的不同之处在于其电极电流的有效值el不超过Ip4的1.6倍。inv2和ref2的照明装置上的灯在标定工作情况下的耗电功率约为16W。
本发明实施例inv1的六个照明装置和inv2的六个装置以及非本发明实施例ref1的五个照明装置和实施例ref2的五个装置在一分钟和三分钟分别周期地开启、关闭，以确定它们的开关寿命。这些灯在冷态下用750Vrm的点燃电压点燃，其结果是这些灯在照明装置的开关接通后100ms内点燃。这些结果请见下表。在表中Ths代表电极的热点温度，Ns代表开关寿命。
根据该表，显然本发明的照明装置inv1和inv2，它们的电极电流的有效值el至少是Ip4的1.8倍，比非本发明的照明装置ref1和ref2的开关寿命要长得多。
本发明照明装置的第二实施例如图3所示。该图中的元件与图1中的元件相对应，只是所用的数码比原来的大10。在该图所示实施例中，该低压汞气体放电灯12装有一个第一连接件19。其电源装置上有一个第二连接件20。电源装在外壳17内，外壳17支撑着带有接头18a、18b的灯头18。第一连接件19和第二连接件20相互吻合，以实现该低压汞气体放电灯12与电源装置11的电连接和机械连接。低压汞气体放电灯12和电源装置11的组合体装入一包装21内。根据本发明的低压汞气体放电灯12和电源装置11以连接状态共同形成一个照明装置。
在图3中，接头19a、19b可用夹持适配方式固定到电源装置11的连接槽20a、20b内，构成低压汞气体放电灯12和电源装置11电连接和机械连接的连接装置。图3中电极的附加电流导体并没有连接。在本例中的另一变例中，该附加电流导体经电阻，例如一电容电阻在第一连接件内相互连接，以便在正常工作情况下不仅可使放电电流在两个电极之间流动，而且可使辅助电流通过电极。在另一实施例中，附加电流导体也与接头杆连接，这对接头杆与连接衬圈吻合。
权利要求
1．一照明装置，它包括一个电源装置(1、11)和一个低压汞气体放电灯(2、12)，该低压汞气体放电灯有一个可透光的放电管(3、13)，其内表面上涂有一发光涂层(3’、13’)并以气密方式包围着一个放电空间(4、14)，该放电空间内有包括汞以及一种或几种稀有气体的填充物，在该放电空间内有一个第一电极(5a、15a)和一个第二电极(5b、15b)，这些电极(5a、5b、15a、15b)每个都包括一个涂有一种或几种可发射电子的金属氧化物的金属丝绕制的螺旋体，这些电极分别与延伸到放电管(3、13)之外的相应的电流导体(6a、6b、16a、16b)进行电连接，并与电源装置进行电连接，该电源装置在开关接通后使低压汞气体放电灯在冷态下点燃，其特征在于在标定工作期间每个电极(5a、5b)至少有一部分(5a*)可通过一有效值至少是热发射所需的最小电极电流Ip4的1.8倍的电极电流Iel。
2．权利要求l所要求的一种照明装置，其特征在于其电极(5a、5b)分别与延伸到放电管(3)外面的相应的附加电流导体(6a’、6b’)连接，一放电电流Id在标定工作情况下从第一电极流向第二电极，而辅助电流Ih自电流导体(6a、6b)流向每个电极的附加电流导体(6a’、6b’)。
3．权利要求2所要求的一种照明装置，其特征在于h/d之比最大不超过1.0,h和d分别为Id和Ih的有效值。
4．权利要求2或3所要求的一种照明装置，其特征在于电源装置(1)内有一高频电路(S)以及一电感装置(L)和一电容装置(C)，该高频电路(S)具有一第一输出端(K1)和一第二输出端(K2)，上述第一输出端(K1)经电感装置(L)与第一电极(5a)的电流导体(6a)相连接，上述第二输出端(K2)与第二电极(5b)的电流导体(6b)相连接，而两个电极的附加电流导体(6a’、6b’)经电容装置(C)相互连接。
5．前面任何一个权利要求所要求的一种照明装置，其特征在于电极上的一种或几种可发射电子的金属氧化物包括氧化钡、氧化钙和氧化锶。
6．一低压汞气体放电灯(12)，其上有第一连接件(19、19a、19b)特别适于与电源装置(11)上的第二连接件(20、20a、20b)吻合，以便使低压汞气体放电灯与电源装置进行电连接和机械连接，从而使连接状态下的低压汞气体放电灯与电源装置形成权利要求1至5中任何一个所要求的一种照明装置。
7．一电源装置(11)，其上有第二连接件(20、20a、20b)特别适于与低压汞气体放电灯(12)的第一连接件(19、19a、19b)吻合，以便使低压汞气体放电灯与电源装置进行电连接和机械连接，从而使连接状态下的低压汞气体放电灯与电源装置形成权利要求1至5中任何一个所要求的一种照明装置。
8．一组合包装，它包括一个包装(21)，里面装有一带有一个第一连接件(19、19a、19b)的低压汞气体放电灯(12)和一个带有一个第二连接件(20、20a、20b)的电源装置(11)，第一连接件和第二连接件可相互连接，以使低压汞气体放电灯与电源装置实现电连接和机械连接，从而使低压汞气体放电灯与电源装置形成权利要求1至5中任何一个所要求的一种照明装置。
全文摘要
本发明的一个照明装置包括一个电源装置(1)和一个低压汞气体放电灯(2),该低压汞气体放电灯有一个可透光的放电管(3),其内表面有一发光涂层(3),放电管包围着一个气密的放电空间(4),里面有一种包括汞和一种或多种稀有气体的填充物。在放电空间内装有一个第一电极(5a)和一个第二电极(5b),每一电极都是由一个涂有一种或多种可发射电子的金属氧化物的金属丝绕制的螺旋体构成。每个电极分别与各自的电流导体(6a,6b)相连接,这些导体延伸到放电管(3)的外面。电流导体与放电管外的电源装置形成导电性连接,当开关接通后该装置点燃低压汞气体放电灯。在标定工作情况下,每个电极(5a,5b)至少有一部分(5a*)可通过一电极电流Iel,其有效值Iel至少为电极热发射所需的最小电极电流Ip4的1.8倍。本发明照明装置有较长的开关寿命。
文档编号H05B41/298GK1217866SQ98800140
公开日1999年5月26日 申请日期1998年1月27日 优先权日1997年2月14日
发明者J·J·赫维尔曼斯, A·L·德斯米特 申请人:皇家菲利浦电子有限公司