Brevet FR2636169A1 — publié le 19900309

La présente invention concerne les lampes à décharge de haute intensité, dépourvues d'électrodes et, plus particu- lièrement, un moyen perfectionné avec des électrodes dispo- sées piézoélectriquement pour amorcer une décharge à plasma dans l'espace à arc de la lampe. On sait maintenant fournir un plasma toroldal émetteur de lumière à l'intérieur de l'enveloppe d'une lampe à décharge de haute intensité. Le plasma produit par induction dépend d'un champ électrique solénoldal, exempt de diver- gence, pour son entretien; le champ est créé par le champ magnétique variable d'une bobine d'excitation, laquelle se présente généralement sous la forme d'un solénoïde. Il est nécessaire de développer un gradient très élevé du champ électrique dans le tube de manière à amorcer la décharge à plasma; il est difficile de produire un gradient suffisam- ment élevé pour le champ électrique, en particulier dans la bobine d'excitation associée, car le courant circulant dans la bobine peut être anormalement élevé, même s'il n'est 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 tour de la bobine d'excitation peut dépasser la tension de 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 - 2 - est également difficile d'assurer le réamorçage à chaud de ce type de lampe. Il est par conséquent hautement souhaitable de prévoir un moyen pour amorcer la décharge à plasma d'une lampe à décharge de haute intensité, moyen d'amorçage qu'on peut utiliser facilement avec les lampes à décharge de haute intensité dans les conditions normales de l'ambiance. Un type d'électrode d'amorçage, et un moyen sensible à la chaleur pour déplacer les électrodes afin de les placer dans un endroit d'amorçage ou de les éloigner de cet endroit sont décrits et revendiqués dans la demande des brevets des Etats- Unis n 225 315. Cependant, il est souhaitable de pouvoir déplacer les électrodes d'amorçage de façon sélective, de manière à être en mesure de réamorcer la lampe même si le tube dont l'arc est éteint reste chaud. Selon la présente invention, une lampe à décharge de haute intensité, dépourvue d'électrodes, comportant une enveloppe située à l'intérieur de l'alésage d'une bobine d'excitation, enveloppe à l'intérieur de laquelle doit se produire une décharge à plasma commandée par la bobine d'excitation, comporte un moyen d'amorçage ayant deux élec- trodes d'amorçage qui sont normalement situées à distance du tube. Les électrodes d'amorçage, qui sont chacune constituée d'un anneau conducteur interrompu disposé près d'une surface associée d'une paire opposée de surfaces d'extrémité de l'enveloppe et sont connectées à une extrémité opposée de la bobine d'excitation, sont déplacées par le moyen piézoélec- trique jusqu'à un endroit d'amorçage contigu aux surfaces supérieure et inférieure extérieures du tube. L'application d'une impulsion à haute tension entre les deux électrodes d'amorçage provoque un champ électrique entre celles-ci, d'une intensité et à une position suffisantes pour que le matériau se trouvant dans l'enveloppe de la lampe crée une décharge luminescente dans le tube, par suite de la capacité des parois du tube. La décharge luminescente provoque une ionisation suffisante dans un endroit approprié pour qu'un -3 passage presque instantané à une décharge solénoldale d'in- tensité élevée se produise et que le plasma de décharge se forme en réponse au champ normal fourni par la bobine d'excitation. Le moyen piézoélectrique est rendu inactif après le début du fonctionnement de la lampe, de manière à ramener les électrodes d'amorçage à leurs emplacements normaux distants du tube. Par conséquent, la présente invention a pour objet un moyen d'amorçage avec des électro- des d'amorçage capacitives placées de façon piezoélectrique pour une lampe à décharge de haute intensité, dépourvues d'électrodes. La suite de la description se réfère aux figures annexées qui représentent respectivement: figures la et lb, des vues respectives de côté et de dessus d'une lampe à décharge de haute intensité sans électrodes, d'une bobine d'excitation pour la lampe, et d'un mode de réalisation, ayant actuellement la préférence, d'électrodes d'amorçage capacitives situées de façon piézo- électrique selon la présente invention, à leurs positions d'amorçage et de repos. Dans les figures la et lb, une lampe 10 à décharge de haute intensité, à induction, ou dépourvues d'électrodes, comprend un tube à arc 11, ou enveloppe, ayant une forme pratiquement cylindrique, renfermant un matériau pratiquement gazeux 12 incorporant un gaz d'amorçage tel que l'argon, le xénon, le krypton, etc., et un halogénure métallique tel que l'iodure de sodium, l'iodure de cérium, etc.. Une décharge 14 à arc sensiblement toroldale doit être produite, et ensuite maintenue à l'intérieur de l'enveloppe 11 par un champ électrique développé par une bobine d'excitation 16 en réponse à un signal de haute fréquence (HF) appliqué entre les extrémités opposées 16a et 16b de la bobine. L'enveloppe 11 est placée avec son axe pratiquement confondu avec celui de la bobine 16. Selon la présente invention, chaque électrode d'une -4- paire d'électrodes d'amorçage 18a et 18b se présente sous la forme d'un élément conducteur ayant la forme générale d'un anneau qui doit être placé près de l'extérieur d'une paire de surfaces opposées du tube, c'est-à-dire des surfaces supé- rieure et inférieure lia et 11b. Comme cela est représenté, les éléments 18 en forme d'anneau seront, pendant la marche, dans un plan pratiquement parallèle à la surface adjacente, et sont donc généralement perpendiculaires à l'axe commun de l'enveloppe 11 et de la bobine 16 pendant l'utilisation. La section centrale 18c de chaque élément 18a et 18b est reliée, par un élément conducteur flexible 20a ou 20b, respec- tivement, à l'extrémité adjacente 16a ou 16b respectivement, de la bobine d'excitation. Comme chacun des éléments 18a et 18b en forme d'anneau se trouve dans le champ électrique, une partie non-conductrice 18g formant interstice est prévue dans l'anneau pour éviter la formation d'une spire complète, de sorte que l'élément en forme d'anneau ne constitue pas une bobine secondaire parcourue par un courant d'intensité élevée la partie 18g peut être une partie qu'on a enlevée, comme cela est représenté, ou peut être présente mais constituée d'un matériau non-conducteur. Avantageusement, la partie 18g est placée en étant pratiquement opposée à la portion 18c au droit de laquelle l'élément conducteur 20a ou 20b est fixé à l'élément 18a ou 18b en forme d'anneau, respectivement, et est mise en place de manière à équilibrer la masse de l'élément 18 par rapport à une partie de fixation 18d, qui peut recouvrir et inclure la section 18c; cet équilibrage des masses peut être important dans le but de déplacer les électrodes d'amorçage 18 pour les rapporcher du tube 11 et les en éloigner. De manière à aider à l'amorçage de la décharge à plasma 14, les éléments d'amorçage 18 doivent être placés chacun très pjès de la surface extérieure adjacente du tube, mais ne doivent pas être en contact avec l'enveloppe. En réponse à une tension et un courant de valeur élevée (de 5 - l'ordre de 2500 volts et 15 ampères), appliqués à la bobine d'excitation 16, une haute tension est présente aux bornes du tube 11 entre l'électrode supérieure 18a et l'électrode inférieure 18b, formant des zones 23 de décharge luminescente ayant la forme générale d'un anneau. Le volume 23 produit une ionisation suffisante, dans un emplacement très favorable par rapport au toroi.-d! 14 désiré pour le plasma de décharge, pour que le passage à la décharge à plasma d'intensité élevée se produise presque instantanément. On peut estimer l'intensité du courant capacitif à travers la paroi du tube 11 en supposant que les éléments capacitifs 18 d'aide à l'amorçage ont un diamètre intérieur D d'environ 14 millimètres, une largeur L d'environ 1 millimètre et une surface totale d'environ 47 mm2. Si la paroi du tube a une épaisseur E d'environ 1 millimètre et est constituée de quartz ayant une constante diélectrique Sr=3,8 à 13,56 MHz., la capacité à travers un tube d'un diamètre de 20 mm et d'une hauteur de 17 mm est alors égale à environ 1,6 picofarad. Avec une tension de 1000 volts, à une fréquence de 13,56 MHz, appliquée à travers la paroi du tube, le courant capacitif a une intensité d'environ 140 mA. Une valeur aussi élevée du courant aide notablement au processus d'amorçage. On remar- quera que l'élément conductif 10 peut être enlevé ou remplacé par des éléments isolants et que les éléments capacitifs 18 d'aide à l'amorçage peuvent être connectés à une alimentation HF séparée, plutôt qu'à la bobine d'excitation 16, pour l'application d'une tension élevée. Une alimentation séparée n'a pas à fonctionner à la même fréquence que la bobine d'excitation, et peut n'être mise sous-tension que lors du processus d'amorçage. Une alimentation séparée confère davan- tage de souplesse dans la réalisation de la bobine d'excita- tion 16 et de l'alimentation HF (non représentée), bien qu'une telle alimentation séparée d'amorçage puisse augmenter le coût et la complexité du circuit d'attaque de la lampe. Les éléments d'amorçage doivent être éloignés du tube, -6- après la formation du tore de décharge 14, de manière à éviter que les électrodes d'amorçage (1) ne gênent le contrôle de la température du tube, (2) ne bloquent l'émis- sion de la lumière par le tube; ou (3) ne provoquent une dégradation prématurée par suite du bombardement ionique du tube par les courant capacitifs continus qui circuleraient même pendant le fonctionnement normal de la lampe. Pour éviter les inconvénients précédents, le mode de réalisation actuellement préféré place normalement les électrodes d'amor- çage 18aN et 18bN à distance du tube, grâce à un moyen piézoélectrique 22 de mise en place. Le moyen 22 comprend un moyen supérieur 22a pour déplacer l'électrode supérieure 18a, maintenu sur une pre- mière extrémité 24a d'un élément de support 24, ayant une seconde extrémité 24b à laquelle est fixé un moyen inférieur 22b pour déplacer l'électrode inférieure 18b. L'élément 24 de support, isolant, rigide, comporte une paire de trous 24c et 24d qui sont ménagés pour permettre le support et la mise en place des extrémités 16a et 16b de la bobine. Les éléments mobiles sont un organe de cambrage piézoélectrique 26a, ayant un noyau 28a en céramique piézoélectrique placé entre une première électrode 30a-1 et une seconde électrode 30a-2 fixées à l'extrémité 24a du support, et un autre organe de cambrage piézoélectrique 26b, comportant un autre noyau en céramique piézoélectrique 28b situé entre une première électrode 30b-1 et une seconde électrode 30b-2 fixées à l'extrémité 24b du support. Un premier élément isolant 32a fixe la partie centrale 18d de l'électrode supérieure en forme d'anneau d'une manière pratiquement rigide à une partie associée, telle que l'électrode inférieure 30a-2 du premier organe de cambrage 26a, alors qu'un second élément isolant 32b fixe la partie centrale 18d de l'électrode inférieure en forme d'anneau d'une façon pratiquement rigide à une partie associée, telle que l'électrode inférieure 30b-2 du second organe de cambrage 26b. Les organes de cambrage 26 sont 2636 1 69 - 7 - agencés de façon que les électrodes 18 d'aide à l'amorçage sont éloignées du voisinage du tube 11 lorsqu'ils ne sont pas activés de sorte que, après l'amorçage de la lampe, ils ne bloquent pratiquement pas l'émission de la lumière, ne gênent pas l'équilibre thermique du tube 11, ou ne contribuent pas à la dégradation de la lampe. Ce n'est que lorsqu'une tension V à courant continu d'actionnement est appliquée avec la valeur et la polarité appropriées aux électrodes 30, par exemple avec une polarité positive aux électrodes 30-2, (dans le sens souhaité pour le cambrage) que les électrodes 18N normale- ment éloignées (représentées en trait mixte) se rapprochent du tube 11, jusqu'aux positions des électrodes 18a et 18b représentées par les traits pleins), et permettent la formation des zones 23 à décharge luminescente en réponse au signal de haute tension. La tension V est réduite ou supprimée, dès l'allumage de l'arc, et les électrodes d'amorçage sont ramenées à leurs positions de repos. Ainsi, les électrodes d'amorçage peuvent être rapprochées du tube 11 à tout instant, par l'application de la tension V, de manière à permettre le réamorçage même si le tube est chaud. * 8 - 2636169 8- REVENDICATIONS 1. Moyen pour aider l'amorçage d'une décharge à plasma à l'intérieur d'un tube à arc (11) d'une lampe à décharge de haute intensité (10), dépourvue d'électrodes, du type compor- tant un tube placé à l'intérieur de l'alésage d'une bobine d'excitation (16), tube à l'intérieur duquel la décharge à plasma doit être produite et commandée par le bobine d'excitation, caractérisé en ce qu'il comprend: une paire d'électrodes d'amorçage (18a, 18b); un moyen pour placer chacune des électrodes d'amor- çage, au moins lors du début de la décharge, à un premier endroit contigu à la surface extérieure d'une surface associée d'une paire de surfaces opposées (11a, 11b) du tube, en réponse à la présence d'un stimulus, et pour remettre en place chaque électrode d'amorçage à un second emplacement différent du premier, par rapport au tube, en réponse à l'absence du stimulus; et un moyen pour appliquer un signal de haute tension fourni de l'extérieur entre la paire d'électrodes d'amorçage pour provoquer la création, au moins au début de la décharge, d'une décharge luminescente (23) à l'intérieur du tube par suite de la circulation d'un courant capacitif dans celui-ci à partir des électrodes d'amorçage. 2. Moyen pour aider l'amorçage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen pour placer les électrodes comprend des premier et second moyens piézoélectriques (28a, 28b), chacun dans le but de déplacer une électrode associée afin de la rapprocher d'une surface associée du tube lorsqu'il est activé et pour ramener l'électrode à sa position normale de repos, à distance du tube, lorsqu'il n'est plus actionné. 3. Moyen pour aider l'amorçage selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'au moinz l'une des électrodes est un élément conducteur ayant pratiquement la forme d'un anneau. 4. Moyen pour aider l'amorçage selon la revendication -9- 3, caractérisé en ce que chaque électrode en forme d'anneau comporte un interstice (18g), exempt de matériau conducteur. 5. Moyen pour aider l'amorçage selon la revendication 2, caractérisé en ce que le moyen d'application comprend un élément conducteur flexible (20a; 20b) reliant une partie sélectionnée de l'électrode à une partie contiguë de la bobine d'excitation. 6. Moyen pour aider l'amorçage selon la revendication , caractérisé en ce que l'élément conducteur relie l'élec- trode à une extrémité contiguë de la bobine d'excitation. 7. Moyen pour aider l'amorçage selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'au moins l'une des électrodes est un élément conducteur ayant pratiquement la forme d'un anneau. 8. Moyen pour aider l'amorçage selon la revendication 6, caractérisé en ce que chaque électrode en forme d'anneau comporte une partie à interstice (18g), exempte de matériau conducteur. 9. Moyen pour aider l'amorçage selon la revendication 2, caractérisé en ce que le moyen pour placer les électrodes comprend des organes de cambrage (26a, 26b) afin de déplacer les électrodes d'amorçage en réponse à la réception d'un stimulus sous forme de tension. 10. Moyen pour aider l'amorçage selon la revendication 9, caractérisé en ce que le moyen pour placer les électrodes comprend en outre un élément sensiblement rigide (32a, 32b) pour relier de façon isolante une partie sélectionnée de chaque électrode à une partie de l'organe associé de cambrage. 11. Moyen pour aider l'amorçage selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un élément de support (24) pour mettre en place de façon pratiquement fixe les organes de cambrage par rapport au tube.