Brevet FR2553575A1 — publié le 19850419

La présente invention concerne une lampe à vapeurs de sodium à haute pression dont le noircissement provoqué par la pulvérisation cathodique dans la région de formation d'arc de l'électrode, peut être évité par réglage de l'arc. La lampe à vapeurs de sodium à haute pression a en général un arc relativement stable et elle ne nécessite donc aucun dispositif de stabilisation. Au contraire, l'arc d'une lampe à halogénure métallique a tendance à etre instable et on a essayé divers dispositifs pour sa stabilisation. Par exemple, le brevet japonais n" 54-12172 décrit une lampe à halogénure métallique dont l'arc peut être stabilisé. Dans ce cas, deux lignes de support qui constituent aussi des lignes d'alimentation en courant, sont disposées à côté de la partie centrale d'une lampe à arc. Le courant circulant dans l'une des deux lignes de support diffère de celui qui circule dans l'autre et ainsi un champ magnétique se forme dans la partie centrale de la lampe à arc et l'arc formé est polarisé et devient stable. Comme décrit précédemment, l'arc d'une lampe à vapeurs de sodium à haute pression est stable. En conséquence, il n'est pas nécessaire de prendre en considération l'influence du champ magnétique créé par les lignes d'alimentation placées près de la lampe. Ceci permet l'utilisation d'une lampe à vapeurs de sodium à haute pression avec une structure de ligne d'alimentation telle que représentée sur les figures 1 et 2 du brevet précité. Les figures 10 à 13 du présent mémoire représentent un exemple de structure d'une lampe classique à vapeurs de sodium à haute pression. La référence 1 désigne un tube externe dans lequel est logé un tube générateur d'arc 2. Ce tube est supporté par des lignes d'alimentation 3 et reçoit le courant de celles-ci. Ce tube générateur 2 est formé d'un matériau, tel que le saphir ou l'alumine transmettant la lumière, qui résiste à la chaleur et à la corrosion. Les deux extrémités du tube générateur sont couvertes par des capuchons 4. Un gaz rare- d'amorçage, formé de mercure, de sodium et d'au moins un gaz choisi parmi le néon, l'argon, le xenon et le krypton, est enfermé de manière étanche dans le tube .2. Des électrodes S sont fixées aux deux extrémités du tube générateur 2.Chaque électrode comporte une tige 5a d'électrode qui est formée de tungstène pur ou de tungstène imprégné d'oxyde de thorium, un bobinage 5b d'électrode, formé de tungstène et un émetteur dont l'élément principal est la baryum et le calcium, l'extrémité avant . de la tige 5a étant entourée par le bobinage 5b et l'émetteur étant maintenu dans les espaces délimités dans ce bobinage 5b, l'électrode 5 a la même structure que dans une lampe à vapeurs de mercure à haute pression ou dans une lampe à halogénure métallique. Lorsque la lampe est mise sous tension, un arc se forme entre ces électrodes. Dans le cas d'une lampe à halogénure métallique, la charge d'électrons ou la création de l'arc commence dans des petites régions de la face d'extrémité frontale et du côté de l'électrode, avec formation de cette manière de zones d'amorçage d'arc. Dans le cas d'une lampe à vapeurs de sodium à haute pression cependant, l'arc se forme à partir d'une région relativement grande recouvrant - toute la face d'extrémité avant de la tige 5a d'électrode lorsque le rapport de la section de cette tige 5a à l'intensité du courant dans la lampe c'est-à-dire la densité de courant est compris dans une plage prédéterminée. En conséquence, la surface dans laquelle l'arc se forme est plus large, la température de l'extrémité avant de la tige 5a d'électrode est plus faible et le noircissement du tube générateur, provoqué par pulvérisation cathodique du matériau de la tige d'électrodes, est moins probable que dans le cas d'une lampe à halogénure métallique. Lorsque la section de la tige 5a d'électrode est trop grande par rapport à l'intensité du courant de la lampe (lorsque la densité de courant est inférieure à une valeur comprise entre 0,5 et 1,0 A/mm2 par exemple), la zone d'accrochage de l'arc se trouve dans une partie de l'extrémité avant de la tige d'électrode si bien que la pulvérisation cathodique devient important et l'arc devient instable. Lorsque la section de la tige 5a d'électrode est trop faible par rapport à l'intensité du courant dans la lampe (lorsque la densité de courant dépasse 4 à 5 A/mm2 par exemple), la température de l'extrémité avant de la tige 5a d'électrode s'élève cependant et rend la pulvérisation cathodique aussi sévère.En conséquence, l'amoindrissement de cette pulvérisation cathodique nécessite que le rapport de l'intensité du courant dans la lampe et de la section de la tige d'électrode ou que la densité de courant puissent être choisis mais que la densité de courant soit réglée par exemple à 2.0 A/mm2. L'utilisation des lampes à vapeurs de sodium à haute pression s'est répandue ces derniers temps, et on demande à de telles lampes d'avoir une intensité lumineuse élevée. Lorsqu'une lampe à vapeurs de sodium à haute pression doit donner un éclairement intense, le courant dans la lampe augmente en conséquence. Le diamètre D de la tige d'électrode doit donc être suffisamment grand pour que la densité de courant reste optimale. Le tableau I indique des résultats concernant les tubes générateurs d'arc qui ont diverses puissances. TABLEAU I Echantillon Diamètre de Diamètre Intensité Densité de de lampe à tige d'élec- interne de dans la courant arc n trode D(mm) la lampe à lampe (A/nm2) arc (non) (A) 1 1,8 10,0 5 1,97 2 I-- 12,0 2 2,5 12,0 10 2,04 ~ 3,0 15,0 15 2,12 4 3,5 t8,0 20 2,08 5 4,5 24,0 30 1,88 Lorsque la lampe à vapeurs de sodium à haute pression doit avoir une puissance élevée, l'expérience a montré qu'un noircissement anormal apparaissait aux extrémités du tube générateur d'arc même lorsque la densité de courant restait optimale. Dans le cas de lampe à vapeurs de sodium à haute pression, un faible noircissement uniforme est normalement provoqué dans les zones circonférentielles d'extrémité du tube générateur comme indiqué par la référence A sur la figure 11. Cependant, le noircissement anormal précité est aussi provoqué localement dans les régions repérées par la référence B sur la figure 11. Le facteur de maintenance d'éclairement diminue beaucoup à la suite de ce noircissement.La raison de ce noircissement anormal est la création du champ magnétique à proximité des électrodes lorsque le courant circule dans les lignes d'alimentation placées près du tube générateur. La lampe classique à vapeurs de sodium à haute pression met en oeuvre un tel arrangement de ligne d'alimentation tel que représenté sur les figures 1 et 2 du brevet japonais précité nO 54-12172, sans aucun changement Dans le cas de l'utilisation d'une ligne de support et de transmission de courant telle que représentée sur la figure 1, un champ magnétique est donc formé dans une partie de l'électrode sous l'action du courant qui circule dans cette ligne de support. Dans la structure formée par les lignes d'alimentation représentées sur la figure 2, un champ magnétique est créé au niveau de l'une des électrodes étant donné la présence de lignes d'alimentation en forme de ruban qui relient les électrodes aux lignes de support du tube générateur d'arc. Ce champ magnétique polarise le courant circulant dans l'électrode si bien que celui-ci circule dans une partie latérale seulement de l'électrode. En conséquence, la zone génératrice d'arc de la face avant de l'électrode se polarise et l'arc qui.a été formé sur toute la face avant d'extrémité de l'électrode est limité à une partie de cette face avant si bien que la densité de courant devient excessive dans cette partie de la face avant de l'électrode.En conséquence, l'extrémité avant de l'électrode est localement chauffée et la pulvérisation cathodique devient suffisamment importante pour que le noircissement anormal précité apparaisse. Les conditions dans lesquelles ce noircissement anormal est provoqué sont indiquées dans le tableau II. Ce noircissement anormal n'apparait pas dans le cas où le diamètre D de la tige d'électrode est inférieur à 3,0 mm mais, lorsque ce diamètre D dépasse 3,0 mm et lorsque l'intensité du courant circulant dans la lampe dépasse 15 A, ce noircissement anormal dépend de la distance 1 comprise entre l'électrode et la ligne d'alimentation ou d'un paramètre analogue. TABLEAU II Distance Echantillon NO 1 NO 2 NO 3 NO 4 NO 5 Q (mm) N0iL(A) 5 10 15 20 30 5 O O O O A 4 O O O O O A 3 O O o A A A 2 O O A A A x 1 O O A x x - O : sans noircissement A : faible noircissement x : noircissement partiel partiel La présente invention concerne une lampe à vapeurs de sodium à haute pression ayant une structure de lignes d'alimentation si simple qu'elle n'intercepte pas la lumière émise par le tube générateur d'arc, pouvant empêcher la formation d'un champ magnétique au voisinage des électrodes, pouvant empêcher la pulvérisation catho dique par polarisation de la zone génératrice d'arc, et pouvant empecher le noircissement du tube générateur d'arc à la suite d'une telle pulvérisation. La ligne d'alimentation est disposée à cet effet au niveau de chaque électrode de manière qu'elle ne crée pas de champ magnétique dans les parties d'extrémité avant des électrodes. Dans le mode de réalisation de l'invention dans lequel une seule ligne d'alimentation est utilisée, celle-ci est repliée sous forme sinueuse autour de la moitié de la circonférence du tube générateur, correspondant à chaque électrode. Les champs magnétiques créés dans cette partie sinueuse de la ligne d'alimentation s'annulent mutuellement et empêchent ainsi l'action d'un champ magnétique sur les électrodes. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, la ligne d'alimentation est enroulée afin qu'elle comporte des bobinages à plus d'une spire, correspondant à chacune des électrodes. Un champ magnétique est formé en direction axiale par rapport au tube générateur dans la partie bobinée de la ligne d'alimentation, mais aucun champ magnétique n'est créé en direction transversale à celle-ci. En conséquence, aucun champ magnétique n'est créé en direction transversale dans la partie d'extrémité avant de l'électrode. Dans un autre mode de réalisation, une ligne d'alimentation revient en direction axiale. Le sens de circulation d courant est inversé dans cette partie inversée de la ligne d'alimentation, si bien que les champs magnétiques créés sont inversés et s'annulent empêchant ainsi la formation d'un champ magnétique en direction transversale, dans la partie d'extrémité avant de l'électrode. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, la ligne d'alimentation est montée en dérivation sur chacune des électrodes. Les lignes en dérivation sont placées symétriquement par rapport au centre du tube générateur c'est-à-dire, par rapport aux électrodes, de manière que les champs magnétiques créés par ces lignes d'alimentation puissent s'annuler. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, plusieurs lignes d'alimentation sont placées symétriquement les unes aux autres et par rapport au centre du tube générateur afin que les champs magnétiques créés par ces lignes d'alimentation puissent s'annuler mutuellement. Lorsque la ligne d'alimentation est placée comme indiqué précédemment, les champs magnétiques créés par la circulation du courant dans la ligne d'alimentation peuvent s'annuler dans les zones qui correspondent aux électrodes, et aucun champ magnétique n'est ainsi créé dans la partie d'extrémité avant de l'électrode. En conséquence, la zone génératrice d'arc de la face avant de l'électrode n'est pas polarisée par un champ magnétique et une partie de la face avant de l'électrode ne peut donc pas être surchauffée et ne peut donc pas présenter ainsi une pulvérisation cathodique excessive. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'exemples de réalisation et en se référant aux dessins annexés sur lesquels la figure 1 est une élévation latérale d'un premier mode de réalisation de lampe selon l'invention la figure 2 est une perspective représentant la configuration d'une ligne d'alimentation et la disposition relative de cette ligne et du tube générateur d'arc dans un premier mode de réalisation de l'invention, représenté sur la figure 1 la figure 3 est une élévation latérale d'un second mode de réalisation de l'invention la figure 4 est une perspective représentant la configuration d'une ligne d'alimentation et sa disposition relative par rapport à un tube générateur d'arc, dans un troisième mode de réalisation de l'invention la figure S est une élévation latérale représentant la configuration d'une ligne d'alimentation et sa disposition par rapport au tube générateur d'arc dans un quatrième mode de réalisation de l'invention ; la figure 6 est une perspective représentant la configuration d'une ligne d'alimentation et sa position par rapport au tube générateur d'arc, dans un cinquième mode de réalisation de l'invention la figure 7 est une élévation latérale représentant la configuration d'une ligne d'alimentation et sa disposition par rapport au tube générateur d'arc d'un sixième mode de réalisation de l'invention la figure 8 est une coupe suivant -ligne VIII-VIII de la figure 7 la figure 9 est un graphique représentant la variation du facteur de maintenance d'éclairement, indiqué en ordonnées, en fonction de la durée d'éclairement, exprimée en heures, dans le cas d'une lampe à vapeurs de sodium à haute pression de type classique et selon l'invention respectivement ; et les figures 10 à 13 sont respectivement une élévation latérale globale, une élévation latérale partielle représentant la disposition relative de la ligne d'alimentation et du tube générateur d'arc, une coupe suivant la ligne XII-XII de la figure 11 et une coupe représentant une électrode, respectivement, dans le cas d'une lampe classique à vapeurs de spdium à haute pression. Les figures 1 et 2 représentent un premier mode de réalisation de l'invention. La référence 11 désigne un tube externe dont une première extrémité comporte un culot 12. Une tige 13 est placée à cette même extrémité du tube externe 11 et des fils 14a et 15b traversent cette tige 13 de manière étanche. Un tube 15 générateur d'arc est logé dans le tube externe 11. Les deux extrémités de ce tube 15 sont fermées par des capuchons 16 et des électrodes 17a et 17b sont placées dans les deux parties d'extrémité du tube 15. Ce dernier a la meme construction qu'un tube classique à arc. Ce tube 15 est supporté en position prédéterminée dans le tube 11 par des lignes d'alimentation 18a et 18b qui transmettent aussi le courant. L'une de ces lignes d'alimentation 18a relie l'électrode 17a, qui est distante du culot 12, au fil 14a alors que l'autre ligne d'alimentation 18b relie l'électrode 17b, proche du culot 12, au fil 14b. La partie d'extrémité frontale de la ligne 18a est supportée par le tube externe 11 par l'intermédiaire de ressorts plats 19. Le tube 15 est supporté par les lignes d'alimentation 18a et 18b par l'intermédiaire d'organes 20 de support.La ligne 18a d'alimentation est isolée électriquement de l'organe 20 de support par un tube isolant 21. La partie de la ligne 18a d'alimentation qui est placée sur le côté de l'électrode est repliée comme l'indique la figure 2. La ligne 18a d'alimentation est disposée sous forme sinueuse le long de la surface externe du tube générateur, la configuration étant centrée sur le centre du tube générateur ou de l'électrode. Cette partie repliée 22 a des parties 23a et 23b qui sont dirigées circonférentiellement c'est-à-dire suivant la circon référence du tube générateur, et les parties axiales 24a et 24b c'est-à-dire qui sont parallèles à l'axe du tube générateur. La partie repliée 22 recouvre environ la moitié de la circonférence du tube généçateur, et les parties axiales 24a et 24b sont placées l'une en face de l'autre, l'électrode 17a se trouvant entre elles au centre. Lors de la mise sous tension de ce premier mode de réalisation de lampe, le courant circule par la ligne 18a d'alimentation comme indiqué par les flèches de la figure 2 par exemple. En conséquence, le sens du courant qui circule dans la partie circonférentielle 23a est inverse de celui du courant qui circule dans la partie circonférentielle 23b. Les champs magnétiques créés par ces parties circonférentielles 23a et 23b s'annulent donc. Le sens du courant qui circule dans les parties axiales 24a et 24b est le même, mais ces parties axiales 24a et 24b sont dans des positions qui se trouvent à 1800 l'une de l'autre, l'électrode 17a étant placée entre elles, c'est-à-dire entre des positions symétriques par rapport à l'électrode 17a. En conséquence, les champs magnétiques créés par les parties axiales 24a et 24b s'annulent au niveau de l'électrode.Aucun champ magnétique n'est donc créé au niveau de l'électrode. En conséquence, la face génératrice d'arc de cette électrode n'est pas polarisée et la pulvérisation cathodique est évitée. La figure 3 représente un second mode de réalisation de l'invention. Celui-ci comporte un tube externe ou enveloppe 11' de forme cylindrique de section droite circulaire, et il comporte aussi un culot 30 du type à broches. Ce second mode de réalisation a la meme construction que le premier, mis à part l'addition d'une enveloppe externe 11'. La figure 4 indique la configuration d'une ligne d'alimentation d'un troisième mode de réalisation de l'invention. Cette ligne 18a est tordue afin qu'elle forme plus d'une spire dans la région qui correspond à l'électrode. Lorsqu'un courant circule dans la ligne 18a, un champ magnétique est créé à l'intérieur de la partie spiralée 40 de la ligne 18a, dans la direction axiale du tube mais non en direction transversale. En conséquence, la région régénératrice de l'arc formée à la face avant de l'électrode 17a n'est pas polarisée. La figure 5 représente la configuration d'une ligne d'alimentation d'un quatrième mode de réalisation de l'invention. La ligne 18a revient dans un plan dans lequel les électrodes sont alignées, dans les régions qui correspondent aux électrodes 17a et 17b. Des champs magnétiques créés par la partie 50 qui revient s'annulent à l'emplacement des électrodes. Plus précisément, le courant circule dans la ligne 18a d'alimentation comme indiqué par les flèches de la figure 5 lorsque la lampe est mise sous tension.Lorsque les distances Q1' Q2 et 23 comprises entre l'électrode et les parties 50a, 50b et 50c de la partie 50 sont déterminées de manière que les champs magnétiques créés par les parties 50a, 50b et 50c de la partie 50 s'annulent au niveau de chaque électrode, aucun champ magnétique n'est créé en direction transversale à l'électrode. Ces distances R1, Q1' Q2 et Rj 3 sont déterminées de la manière suivante.Lorsque la ligne d'alimentation est destinée à n'être séparée de l'électrode que d'une distance Q, une force F de répulsion par le champ magnétique, créée par la ligne d'alimentation dans la position de cette électrode dans le cas où l'intensité du courant circulant dans la lampe In, est donnée par (dyne/cm) En conséquence, on peut établir l'équation suivante qui permet l'annulation des champs magnétiques créés par toutes les parties 50a, 50b et 50c de la partie 50. La figure 6 représente un cinquième mode de réalisation de l'invention. La ligne 18 d'alimentation se divise en au moins deux lignes dans les parties qui correspondent aux électrodes 17a et 17b. Ces lignes 60a et 60b en dérivation sont placées de part et d'autre de l'électrode disposée entre elles. Ainsi, elles sont dans des positions symétriquement opposées par rapport à l'électrode. Les champs magnétiques créés dans ces lignes en dérivation 60a et 60b s'annulent donc et aucun champ magnétique n'est créé au niveau de chacune de ces electrodes 17a et 17b. Les figures 7 et 8 représentent un sixième mode de réalisation de l'invention. La ligne d'alimentation destinée à assurer la connexion de l'électrode 17a, qui est la plus éloignée du culot, au fil 14a comporte au moins deux lignes par exemple. Ces lignes 70a et 70b sont parallèles l'une à l'autre dans un plan dans lequel les électrodes 17a et 17b sont alignées, et elles sont placées de manière qu'elles soient symétriques par rapport aux électrodes 17a et 17b. Les champs magnétiques créés par ces deux lignes d'alimentation 70a et 70b s'annulent et aucun champ magnétique n'est créé au niveau des électrodes 17a et 17b. En outre, le support du tube 15 générateur d'arc a une plus grande fiabilité puisque deux lignes d'alimentation seulement 70a et 70b sont présentes. Le champ magnétique ne doit pas être strictement nul dans la position des électrodes, dans le cadre de l'invention. La force de répulsion créée par le champ magnétique dirigée transversalement dans la position d'électrode peut être inférieure à 4,0 dyne/cm environ afin que la face génératrice de l'arc, formée sur l'électroce ne soit pas polarisée. La figure 9 représente les caractéristiques d'une lampe à vapeurs de sodium à haute pression ayant la construction de lignes d'alimentation du sixième mode de réalisation de l'invention comparées à celles d'une lampe ayant une construction classique de lignes d'alimentation telle que représentée sur la figure 10. Le tube générateur d'arc de la lampe utiliséè a un diamètre interne de 24 mm, une épaisseur de 1,0 mm et une longueur de 200 mm. Le matériau qui consitue le tube générateur est de l'alumine polycristalline qui transmet la lumière. La distance comprise entre les électrodes est de 150 mm Le gaz enfermé dans le tube générateur comprend du xenon à une pression de 20 Torrs, 120 mg de mercure et 40 mg de sodium. La puissance nominale de la lampe est de 2 300 W, sa tension de 85 V et l'intensité du courant de 30 A.Le diamètre de la tige d'électrode est de 4,5 mm. Cette lampe est mise sous tension et on mesure la réduction de son facteur de maintenance de ltéclairement due au noircissement. La courbe C de la figure 9 représente les résultats obtenus avec la lampe ayant la construction de lignes d'alimentation du sixième mode de réalisation de l'invention alors que la courbe D de cette même figure représente les caractéristiques obtenues de manière classique. On peut noter d'après la figure 9 que le facteur de maintenance de l'éclairement de la lampe réalisée selon l'invention est bien supérieur à celui de la lampe classique. Ce facteur de maintenance de l'éclairement de la lampe réalisée selon l'invention et utilisé dans cet essai est d'environ 98 90 après que la lampe a fonctionné pendant 6 000 heures. Bien entendu, diverses modifications peuvent hêtre apportées par l'homme de l'art aux dispositifs qui viennent d'etre décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Lampe à vapeurs de sodium à haute pression, du type qui comprend un tube externe ayant un culot à une première extrémité, un tube générateur d'arc logé dans le tube externe et ayant des électrodes à ses deux extrémités, le diamètre de chaque électrode étant supérieur à 3,0 mm, et une ligne d'alimentation destinée à relier les électrodes au culot, caractérisée en ce qu'une partie au moins de la ligne d'alimentation (18a, 70a, 70b) qui correspond à chacune des électrodes (17a, 17b) a une configuration telle que les champs magnétiques créés par ladite partie de ligne d'alimentation s'annulent à l'emplacement de chacune des électrodes. 2. Lampe selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte uneseule ligne d'alimentation (18a) et la partie de ligne d'alimentation qui correspond à chacune des électrodes (17a, 17b) est repliée sous forme sinueuse le long de la surface cylindrique du tube générateur d'arc, avec une configuration centrée sur l'électrode. 3. Lampe selon la revendication 2, caractérisée en ce que ladite partie (22) de ligne d'alimentation qui est sinueuse recouvre la moitié de la circonférence du tube générateur d'arc. 4. Lampe selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte une seule ligne d'alimentation (18a), et la partie de la ligne d'alimentation qui correspond à chacune des électrodes (17a, 17b) a une configuration comprenant des spires (40) recouvrant plus d'une circonférence. 5. Lampe selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite partie de ligne d'alimentation (18a) qui correspond à chacune des électrodes (17a, 17b) est repliée sur elle-même. 6. Lampe selon la revendication 5, caractérisée en ce que ladite partie (50) de ligne d'alimentation qui est repliée sur elle-même et qui correspond à chaque électrodes (17, 17b) est repliée dans un plan sur lequel les électrodes sont alignées. 7. Lampe selon la revendication i, caractérisée en ce que ladite partie de ligne d'alimentation (18a) qui correspond à chacune des électrodes (17a, 17b) est divisée et comprend plusieurs lignes d'alimentation (60a, 60b) et ces lignes d'alimentation en dérivation sont disposées symétriquement par rapport à chacune des électrodes. 8. Lampe selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend plusieurs lignes d'alimentation, et ces lignes d'alimentation (70a, 70b) sont placées symétriquement par rapport aux électrodes (17a, 17b). 9. Lampe selon la revendication 8, caractérisée en ce que les lignes d'alimentation sont au nombre de deux, et ces lignes (70a, 70b) sont placées dans un plan sur lequel les électrodes (17a, 17b) sont alignées.