[发明专利]无电极高光强放电灯的启动辅助装置

说明书

本发明总的说来涉及高光强放电（HID）灯。更具体地说，本发明涉及无电极HID灯的一种经改进的启动辅助装置。

在高光强放电（HID）灯中，象水银或钠蒸汽之类的中压至高压范围的可电离气体，通常因弧光放电时有电流通过气体而使其受激时，会放射出可见的辐射线。有一种HID灯是感应耦合的无电极灯，这种灯通过在其高压气态填充物中产生螺旋管电场而产生并维持弧光放电。在这类灯中，弧光管中的高压填充物以一个放电作为初始击穿，再由弧光管周围的激励线圈中的射频电流激励出放电的等离子体。弧光管和激励线圈组成的组合件实质上起了变压器的作用，用来将射频能量耦合到等离子体中。就是说，激励线圈起了一次线圈的作用，等离子体则起了与一次线圈感应耦合的单匝二次线圈的作用。激励线圈中的射频电流产生随时间变化的磁场，又在等离子体中产生实质上形成一个自身封闭的电场，即螺旋管电场。由于这个电场的存在，因而有电流流通，从而使弧光管的等离子体中产生环形的弧光放电。

在感应耦合的HID弧光管中的环形放电通常要比在具有放电电极作为放电端的一般弧光管中更难以启动。这有下列几方面的原因。首先，由于没有电极，使这种灯失去了有启动电极的弧光管的启动过程中电极往往所起的有益的作用。例如，由于没有电极，电场就不能集中在电极尖端，因而就不能通过在阴极表面的物理过程（例如热电子发射，场致发射或离子轰击）中产生初始电子。其次，要通过感应来产生使弧光管中压力较高的充填充体击穿所需的极大电场是非常困难的。第三，我们在弧光管的填充物中采用高压惰性气体，而不是水银作为缓冲气体。例如，在本发明的一个实施例中，我们采用了室温下压力为250乇或以上的氪或氙作为我们的弧光管填充物中的缓冲气体。这个惰性气体的压力大约为产生初始启动击穿所要求的惰性气体压力的10倍。

迄今，尝试或提出过的在无电极灯的高压惰性气体弧光管填充物中引发弧光放电的方法有好多种。早先提出的一种方法是降低填充物的气体压力，例如，先将弧光管浸渍在液体氮中，使气体温度下降到极低值，再提高气体的温度。随着温度的升高，当气体密度达到使填充物电离或击穿所需要的最佳密度时，引发弧光放电。然而，把液态氮引发弧光放电的方法推广普及到商业化使用并不实用。

最新的方法是采用各种金属“启动辅助装置”，这类装置一般用来加强启动用的电场。这些金属启动辅助装置通常安置在弧光管外壳外，在某些情况下，它们是一些通过密封件进入弧光管外壳中的启动电极。例如，美国专利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日递交的美国专利申请S.N.527，500（RD  19，742）和El  Hamamsy等人于1990年5月23日递交的美国专利申请S.N.527，503（RD  19，800）都介绍了这种金属启动辅助装置，上述诸专利都转让给本申请的受让人，在本申请中也包括这些内容作为参考。

采用金属启动辅助装置有这样的一些缺点。例如，金属启动辅助装置具有这样的特点，即如果它在放电灯工作期间保持原位，因而它可能起限制放电灯使用寿命的作用（例如钠泄漏、弧光管外壳壁变质或密封件失灵）。另一方面，若金属启动辅助装置的特点是在启动之后移离放电灯，则放电灯设计中这种可动部件的控制就变得复杂，从而提高成本。此外，移动式的启动辅助装置会改变供能电路对于激励线圈在阻抗匹配方面的要求。

在本发明的一个实施例中，我们提供了这样一种无电极HID灯，该无电极HID灯包括一个能透射光线的弧光管，弧光管具有介电材料制成的各管壁部分，管内充有第一气态填充物。弧光管周围配置有可用射频电流激励的激励线圈，正是这个激励电流能在第一气态填充物击穿时在该填充物中有效地产生环形的弧光放电。弧光管连接有主要由介电材料制成的管状启动容器，容器的一个端壁由所述弧光管的一个管壁部分构成。启动容器内充有第二气态填充物，在放电灯即将启动之前的正常条件下，第二填充物的电介质强度比第一填充物的电介质强度低得多。弧光管中的环形弧光放电是借助于能使启动容器内的气态填充物产生电介质击穿的装置引发的。该击穿发展成放电，沿所述启动容器的长度方向扩展，并改变所述端壁的电位，使所述弧光管壁部分之间的电压上升到足以引发所述第一气态充填物产生电介质击穿。

为更好地理解本发明的内容，可结合附图参阅下面的详细说明。附图中，

图1是本发明一个实施例的无电极灯的部分图示和部分剖视图。图1画出了处于运行状态的无电极灯;