Brevet FR2633098A1 — publié le 19891222

La présente invention concerne les lampes à décharge de haute intensité sans électrodes et, plus particulièrement, des électrodes nouvelles pour amorcer une décharge à plasma dans l'espace de l'arc d'une telle lampe. On sait fournir un plasma toroldal émetteur de lumière à l'intérieur de l'enveloppe d'une lampe à décharge de haute intensité. Le plasma de l'arc à induction dépend pour son maintien d'un champ électrique solénoldal, exempt de diver- gence; le champ est créé par le champ magnétique variable d'une bobine d'excitation, qui se présente généralement sous la forme d'un solénoïde. Il est nécessaire de développer un gradient très élevé du champ électrique dans le tube à arc pour amorcer la décharge à plasma; il est difficile de développer un gradient suffisamment élevé du champ électri-. que, en particulier dans la bobine d'excitation associée, car le courant circulant dans la bobine peut être extrêmement élevé, même s'il ne doit être fourni que sur une base impulsionnelle. En outre, la fourniture d'un gradient très élevé pour le champ électrique peut s'avérer impossible car le champ nécessaire par spire de la bobine d'excitation peut dépasser la valeur nominale du claquage électrique entre spires de la bobine. Ainsi, il est difficile de fournir un certain moyen pour amorcer les lampes à décharge de haute intensité, commandées par induction, et il est également difficile d'assurer le redémarrage à chaud du même type de 2z- 2633098 - 2 - lampe. Il est donc extrêmement souhaitable de disposer d'un certain moyen pour amorcer la décharge à plasma des lampes à décharge de haute intensité, moyen d'amorçage qu'on puisse utiliser facilement avec les lampes qu'on trouve dans le commerce, dans des conditions normales pour l'ambiance. Selon la présente invention, on propose une lampe à décharge de haute intensité, sans électrodes, comportant une enveloppe située à l'intérieur du noyau d'une bobine d'exci- tation, enveloppe à l'intérieur de laquelle est prévu un plasma de décharge commandé par la bobine d'excitation, lampe qui comporte une paire d'électrodes d'amorçage, chaque électrode étant contiguë, ou bien entrant dans l'enveloppe par l'intermédiaire de la surface associée d'une paire opposée de surfaces d'extrémité de l'enveloppe. L'application d'une impulsion de haute tension entre les deux électrodes d'amorçage provoque la production d'un champ électrique, entre chaque électrode et l'autre électrode ou la bobine d'excitation, d'une intensité et d'une position suffisantes pour que le matériau renfermé par l'enveloppe de la lampe crée au moins un canal à étincelles dans lequel le plasma peut alors être formé en réponse au champ normal développé par la bobine d'excitation. Dans les modes de réalisation ayant actuellement la préférence, les électrodes d'amorçage sont des éléments conducteurs aux extrémités arrondies, placées axialement suivant l'axe de l'enveloppe pratiquement cylindrique de la lampe. En conséquence, la présente invention a pour objet des électrodes nouvelles d'amorçage pour une lampe à décharge de haute intensité sans électrodes. La suite de la description se réfère aux figures annexées qui représentent respectivement: figure 1, une vue de côté, partiellement en coupe, d'une lampe à décharge de haute intensité sans électrodes, et d'un premier mode de réalisation d'électrodes d'amorçage - 2633098 3- destinées à celles-ci; figure 2, une autre vue de c6té, en partie en coupe,. d'une lampe à décharge de haute intensité sans électrodes, et d'un second mode de réalisation d'électrodes d'amorçage destinées à celle-ci. En liaison tout d'abord avec la figure 1, une lampe à décharge de haute intensité 10, à induction, sans électrodes, comprend un tube à arc, ou enveloppe 11, ayant une forme pratiquement cylindrique, renfermant un matériau sensiblement gazeux 11a.incorporant un gaz d'amorçage, tel que l'argon, le xénon et analogues, et -un halogénure métallique, tel que l'iodure de sodium, etc. Une décharge à arc 12 à plasma sensiblement toroldal est maintenu dans l'enveloppe 11 par un champ électrique développé par une bobine d'excitation 14 en réponse à un signal de haute fréquence appliqué entre les extrémités opposées 14a et 14b de la bobine 14. L'enveloppe 11 est placée de façon que son axe concorde généralement avec celui de la bobine 14. Selon un aspect de la présente invention, une pai-re d'électrodes d'amorçage 16a et 16b est prévue sous forme d'éléments aliongés conducteurs à l'extérieur des surfaces supérieure et inférieure 11b et 11c du tube à arc, et s'étendant axialement dans la direction de l'enveloppe de l'arc, pratiquement suivant son axe. Un moyen 17 générateur d'impulsions de haute tension applique une tension alterna- tive aux électrodes 16 extérieures à l'enveloppe, via des éléments associés de liaison 17a et 17b, simultanément à l'application de la tension HT à la bobine d'excitation 14, pour provoquer la formation d'une pré-décharge d'amorçage 18 à l'intérieur 11a du tube. Cette pré-décharge forme ce qu'on appelle des "canaux à étincelles" qui s'étendent entre un volume contigu à l'extrémité arrondie d'une électrode d'a- morçage et un volume adjacent à l'extrémité- arrondie de l'autre électrode d'amorçage, tels qu'un premier canal 18a, et fournit aussi les -mêmes canaux à étincelles de pré- décharge à l'intérieur du tube 11 de manière aléatoire entre la partie voisine de chaque électrode d'amorçage et la totalité des spires de la bobine d'excitation; ainsi, des canaux d'amorçage 18b se forment entre la partie voisine de l'électrode supérieure d'amorçage 16a et les spires infé- rieures de la bobine d'excitation 14, d'autres canaux d'amorçage se constituant jusqu'aux autres parties de la bobine d'excitation, jusqu'à ce que des canaux d'amorçage 18c les plus en haut soient formés entre l'électrode supérieure 16 et les spires supérieures de la bobine d'excitation. Simultanément, d'autres canaux d'amorçage 18b sont formés entre la partie voisine de l'électrode inférieure d'amorçage 16b et les parties supérieures de la bobine d'excitation 14, d'autres canaux 18e étant créés entre l'électrode inférieure d'amorçage 16b et les parties inférieures de la bobine d'excitation 14, d'autres canaux encore étant formés entre les canaux 18d et 18e. On verra que la majorité des canaux, c'est-à-dire les canaux 18b à 18e créés entre les électrodes d'amorçage et la bobine d'excitation 14, fournissent des décharges à étincelles à l'intérieur du volume du tube qui sera sensiblement rempli du plasma 12 à arc toroldal, en réponse à la tension alternative de haute fréquence appliquée par le moyen 17 aux électrodes 16. Ainsi, si les décharges à étincelles 18 ont une amplitude suffisante, un certain plasma sera formé et diffusera jusque dans le trajet toroldal de l'arc désiré, et ce plasma se diffusant s'allumera pour donner la décharge toroidale 12 désirée. On a trouvé que des fréquences HF élevées fournies par l'alimentation d'amorçage 17 conduisent à des canaux 18 plus larges et peuvent être utiles dans l'établissement du plasma 12. En liaison maintenant avec la figure 2, dans un autre mode de réalisation ayant actuellement la préférence, une seconde lampe 10' comporte une enveloppe 11' placée pratique- ment suivant le même axe que la bobine d'excitation 14. Le tube à arc 11' comporte des électrodes internes opposées d'amorçage 20. Une première électrode supérieure d'amorçage a comporte une extrémité 22 ayant la forme d'une boule ou analogues, et une partie 20c qui traverse une portion 11'd de la paroi supérieure 11'b du tube à arc, et est scellée de manière à être étanche aux gaz. D'une façon similaire, une seconde électrode 20b, ou électrode inférieure d'amorçage, comporte une extrémité 22 pratiquement arrondie, et présente une partie 20d traversant la paroi inférieure 11'd du tube à arc et est scellée de manière à être étanche aux gaz. Les électrodes intérieures d'amorçage 20 sont reliées à un moyen 17' générateur d'impulsiorsde haute tension, haute fréquence, qui peut avoir un fil de sortie 17c à potentiel élevé par rapport à une connexion commune 17d au potentiel du circuit; le fil 17c est relié à la première partie 20a du fil de l'électrode d'amorçage, alors que l'autre électrode d'amor- çage 20b est connectée au potentiel commun du circuit pour compléter le circuit à haute tension d'amorçage. Le fonction- nement des électrodes intérieures d'amorçage 20 est semblable à celui utilisé pour démarrer la décharge à arc 12 avec les électrodes d'amorçage 16 extérieures au tube, bien qu'ici il n'y ait aucune dépendance vis-à-vis des courants de déplace- ment traversant le diélectrique des parois supérieure et inférieure 11b et 11c de l'enveloppe renfermant l'arc, comme cela est le cas de la configuration à électrodes extérieures de la figure 1; par conséquent le courant d'amorçage dans le mode de réalisation 10' peut être généralement plus élevé. Cela fournit non seulement une décharge à arc plus vigoureuse et une meilleure probabilité d'amorçage de la décharge principale, mais aussi, le fait qu'elle soit établie à l'intérieur de l'enveloppe plut6t que par des moyens exté- rieurs à celle-ci permet de maintenir avec minutie la séparation des électrodes d'amorçage. L'utilisation des électrodes d'amorçage 16 ou 20 permet la fourniture d'un courant intense d'amorçage (attei- gnant 100 ampères ou plus) pendant un court laps de temps par - 6 - le moyen générateur d'impulsions 17, simultanément à l'intro- duction du signal d'excitation HF dans la bobine 14. Le fonctionnement du tube à arc 11 ressemble alors à celui d'une lampe-éclair, dans laquelle la décharge commence par un canal à étincelles, s'étend pour devenir une colonne à arc s'éten- dant dans le sens radial, et se déplace jusqu'à l'emplacement o le toroide principal de l'arc se forme finalement. L'extension radiale du plasma peut être relativement rapide, produisant une onde de choc qui laisse la densité des électrons dans son sillage à une valeur suffisamment élevée pour amorcer l'arc.solénoidal. L'utilisation des électrodes d'amorçage permet à la fois l'amorçage à froid d'un arc de décharge de haute intensité sous haute pression, tel que celui d'une lampe utilisant du xénon comme gaz tampon (à une pression d'au moins 26 kPa), et le ré-amorçage à chaud des lampes, telles que celles utilisant du mercure comme gaz tampon, aussitôt après l'extinction d'une telle lampe. On remarquera que les électrodes d'amorçage 16 et 20 auront généralement une épaisseur suffisamment faible pour que, dans le cas de la décharge solénoldale, elles ne soient pas excessivement chauffées par le champ principal d'induction développé par la bobine d'excitation 14. Ainsi, les électro- des d'amorçage 20 ne pénétreront que sur une courte distance dans l'espace de formation de l'arc, dans la majeure partie des cas, et ne gêneront pas les fonctions électriques de l'arc principal. Les électrodes d'amorçage sont normalement en tungstène, bien qu'on puisse utiliser d'autres métaux. On doit choisir le matériau constituant les électrodes d'amor- çage de façon à éviter les réactions violentes avec les ingrédients de l'arc, qui peuvent être d'une nature réagis- sant sur le plan chimique (tels que le chlore, etc.), bien qu'on s'attende à ce que les électrodes d'amorçage ne s'échauffent pas au point de réagir pendant le fonctionnement normal, de manière néfaste avec les ingrédients de l'arc. Cependant, les électrodes d'amorçage doivent avoir un volume suffisant pour leur permettre de supporter. des courants d'amorçage atteignant 100 ampères.ou plus dont on s'attend à ce qu'ils soient utilisés pour donner un amorçage correct d'une décharge avec une impulsion de courte durée, cette durée pouvant éventuellement être aussi faible que quelques microsecondes. -8- REVENDICATIONS 1. Lampe à décharge de haute intensité (10), caracté- risée en ce qu'elle comprend: une enveloppe (11) destinée à être placée dans le noyau d'une bobine d'excitation (14) et contenant un moyen pour maintenir un plasma de décharge (12) répondant au champ de la bobine d'excitation; et des moyens d'électrode d'amorçage (16), destinés à recevoir un signal impulsionnel d'amorçage, pour fournir au moins un canal d'étincelles (18) à l'intérieur de l'enveloppe et aider au moins à l'amorçage du plasma de décharge lors de la réception du signal impulsionnel. 2. Lampe selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'enveloppe (11) comporte des première et seconde surfaces opposées (11b, 11c), et en ce que les moyens d'électrode d'amorçage comprennent: une première électrode conductrice (16a) placée entièrement au-delà de la première surface par rapport à l'enveloppe et à un endroit contigu à cette première surface; et une seconde électrode conductrice (16b) placée entièrement au-delà de la seconde surface, par rapport à l'enveloppe, et au voisinage de cette seconde surface. 3. Lampe selon la revendication 2, caractérisée en ce qu'au moins l'une des première et seconde électrodes (16) est allongée dans le sens opposé à l'enveloppe. 4. Lampe selon la revendication 3, caractérisée en ce que l'enveloppe (11) présente un axe de symétrie, et l'électrode allongée (16) est placée sensiblement suivant cet axe. 5. Lampe selon la revendication 3, caractérisée en ce que les électrodes (16) sont chacune allongées dans des directions opposées, en s'éloignant de l'enveloppe. 6. Lampe selon la revendication 5, caractérisée en ce que l'enveloppe (11) présente un axe de symétrie, et chacune des électrodes allongées (16) est placée sensiblement suivant -9- cet axe. 7. Lampe selon la revendication 5, carctérisée en ce que chacune des électrodes allongées (16) a une extrémité généralement arrondie à l'endroit le plus proche de l'enve- loppe. 8. Lampe selon la revendication 3, caractérisée en ce qu'au moins une électrode allongée a une extrémité générale- ment arrondie à l'endroit la plus proche de l'enveloppe. 9. Lampe (10') selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'enveloppe (11) comporte des première et seconde sufaces opposées (11'b, 11'c), et les moyens d'électrode d'amorcage comprennent: une première électrode allongée conductrice (20a) placée de manière à s'étendre à partir d'un endroit au-delà de l'enveloppe jusque dans l'intérieur de celle-ci par l'intermédiaire de la première surface; et une seconde électrode allongée conductrice (20b) positionné de manière à s'étendre à partir de l'enveloppe. jusque dans l'intérieur de celle-ci par l'intermédiaire de la seconde surface. 10. Lampe selon la revendication 9, caractérisée en ce que l'enveloppe présente un axe de symétrie, et les élec- trodes allongées sont placées sensiblement suivant cet axe. 11. Lampe selon la revendication 10, caractérisée en ce que chacune des électrodes est allongée dans une direction sensiblement opposée au sens de l'allongement de l'autre et dans une direction opposée à l'enveloppe. 12. Lampe selon la revendication 11, caractérisée en ce que chacune des électrodes allongée a une extrémité en forme de boule (22) à l'intérieur de l'enveloppe. 13. Lampe selon la revendication 11, caractérisée en ce que chacune des électrodes allongées (20) a une partie - médiane (20c; 20d) traversant la surface associée d'une manière étanche aux gaz. 14. Lampe selon la r evendication 9, caractérisée en ce qu'au moins la partie de chaque électrode située à - 10 - l'intérieur de l'enveloppe est constituée d'un matériau sensiblement non influencé par le moyen de maintien de la décharge.