Brevet FR2636168A1 — publié le 19900309

La présente invention concerne des lampes à décharge de haute intensité, sans électrodes et, plus particulière- ment, une électrode simple à spirale conique pour l'amorçage d'une décharge à plasma à l'intérieur de 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 à arc obtenu par induction dépend d'un champ électrique solénoldal, exempt de divergence, pour son entretien; le champ est développé par le champ magnétique variable d'une bobine d'excitation, laquelle se présente typiquement sous la forme d'un solé- nolde. Il est nécessaire de développer un gradient très élevé du champ électrique dans le tube pour amorcer la décharge à plasma; il est difficile de produire un gradient suffisam- ment élevé du champ électrique, en particulier dans la bobine d'excitation associée, car le courant circulant dans la bobine peut être extrêmement élevé, même s'il n'est fourni que sur une base impulsionnelle. En outre, la fourniture d'un gradient très élevé du champ électrique peut s'avérer impossible parce que 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 moyen pour amorcer des lampes à décharge de haute intensité commandées par induction, et il est également -2- difficile de fournir un réamorçage à chaud de ce type de lampe. Il est donc hautement souhaitable de prévoir un certain moyen pour amorcer la décharge à plasma d'une lampe à décharge de haute intensité, moyen d'amorçage qu'on peut utiliser facilement avec des lampes typiques à décharge de haute intensité, dans les conditions normales de l'ambiance. On décrit et revendique dans les demandes de brevet des Etats-Unis.en attente, n 208 514 et 229187 des paires d'électrodes capacitives pour faciliter le processus d'amor- çgage, demandes qui sont incorporées ici à titre de référence. Selon la présente invention, on prévoit une lampe à décharge de haute intensité exempte d'électrodes, ayant un tube à arc situé à l'intérieur de l'alésage d'une bobine d'excitation, l'intérieur du tube à décharge devant être soumis à une décharge à arc en plasma commandée par la bobine d'excitation, la lampe comportant une électrode d'amorçage en forme de spirale conique ayant son extrémité étroite disposée à un endroit contigu à une surface associée du tube à arc, ou sur cette surface, et ayant son extrémité plus large placée de facon que le flux HF développé par la bobine d'excitation croise les spires de l'électrode en spirale afin de produire un signal à haute tension et crée un champ électrique devant être développé à l'intérieur du tube à arc, à proximité de l'extrémité de l'électrode en spirale, avec une intensité et une position suffisantes pour que le matériau situé à l'intérieur de la lampe crée une décharge luminescente dans le tube, par suite de la capacité de la paroi du tube. La décharge luminescente crée une ionisation suffisante dans un emplacement approprié pour qu'il se produise un passage rapide à une décharge solénoldale d'intensité élevée et qu'il y ait formation du plasma de décharge en réponse au champ normal fourni par la bobine d'excitation. Dans un mode de réalisation ayant actuellement la préférence, l'axe de l'électrode d'amorçage en spirale est pratiquement en alignement ave celui du tube. Un moyen, tel -- 3 6--6 -3- qu'un bilame, pour éloigner l'électrode d'amorçage du tube à décharge, en réponse à la réception d'un stimulus, tel que l'énergie thermique libérée par le tube, peut être utilisé pour prolonger la durée de vie utile du tube à décharge. Par conséquent, la présente invention a pour objet une électrode d'amorçage en forme de spirale pour lampe à décharge de haute intensité exempte d'électrodes. La suite de la description se réfère à la figure annexée qui représente: figure unique, une vue en perspective d'un tube à arc et d'une bobine d'excitation d'une lampe à décharge de haute intensité et d'un mode de réalisation actuellement préféré d'une électrode d'amorçage en spirale selon la présente invention. En liaison avec la figure du dessin, une lampe 10 à décharge de haute intensité comprend un tube 11 ou enveloppe, ayant sensiblement la forme d'un cylindre, renfermant un matériau pratiquement gazeux 12 comprenant 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 sensiblement toroldale 14 doit être produite et entretenue ensuite à l'intérieur de l'enveloppe 11 par un champ électrique développé par une bobine d'excita- tion 16, en réponse à un signal de haute fréquence appliqué entre les extrémités opposées 16a et 16b de la bobine par un moyen générateur HF, 18. L'enveloppe 11 est mise en place avec son axe 11c correspondant généralement à celui de la bobine 16. Selon un aspect de la présente invention, une élec- trode d'amorçage 20 est prévue sous forme d'un élément conducteur ayant la forme générale d'une spirale conique, placé à proximité de l'extérieur de la surface supérieure ou de la surface inférieure du tube; à titre d'illustration, on a représenté l'électrode d'amorçage 20 à un endroit contigu à la surface supérieure lla du tube, et avec l'extrémité -4étroite 20a de l'électrode étroitement contiguë au point 11b de cette surface supérieure 11a, et même touchant ce point. L'électrode en spirale 20 présente un axe 20c pratiquement perpendiculaire à la surface adjacente, et donc généralement parallèle à l'axe 11c de l'enveloppe 11 et de la bobine 16. Une extrémité opposée, plus large, 20b de l'électrode en spirale est reliée électriquement à une partie de la bobine 16, par exemple à son extrémité 16a, et est supportée mécaniquement et maintenue en place par un moyen de support conducteur 22. Plus précisément, une partie radiale en prolongement 20b'de l'électrode en spirale est maintenue dans une ouverture 22a du moyen de support 22, qui présente une seconde ouverture 22b que traverse l'extrémité adjacente 16a de la bobine, de manière à maintenir l'aide à l'amorçage au- dessus du tube 11. Le flux magnétique M, développé par le courant HF dans la bobine 16, croise le conducteur de l'électrode d'amorçage 20 et, par induction, provoque l'ap- plication d'une haute tension à partir de l'électrode d'amorçage 20 au tube 11, formant une zone de décharge luminescente 24 à courant faible alors que le courant traverse le tube et revient à la bobine d'excitation. Le volume 24 de la décharge luminescente produit une ionisation suffisante, dans un emplacement très favorable par rapport au toroide 14 désiré pour le plasma de décharge, pour qu'il y ait un passage rapide à la décharge à arc en plasma à courant élevé. Une décharge luminescente encore plus favorable est obtenue en formant une partie en arc 20e en prolongement de l'extrémité étroite 20a de la spirale. La partie en prolonge- ment 20e est située dans un plan parallèle à la surface supérieure 11a du tube, et est généralement en aboutement avec celle-ci, et suit généralement l'axe du tore 14 sur au moins un quart de cercle mais sur moins d'un cercle complet. On remarquera que l'électrode d'amorçage en spirale 20 n'est pas reliée physiquement à une alimentation séparée, mais est couplée par induction à la bobine d'excitation 16 pour la _ 5_ formation du signal d'amorçage à haute tension; une seconde électrode d'amorçage n'est pas nécessaire. On remarquera que l'électrode d'amorçage doit être placée à proximité du tube 11 seulement pendant le processus de l'amorçage. On verra également qu'une seule électrode d'amorçage fixe 20 présente plusieurs inconvénients: étant proche du tube 11, l'électrode d'amorçage 20 gêne la maîtrise de la température du tube et bloque son émission lumineuse; et peut provoquer une dégradation prématurée de la lampe par suite du bombardement ionique du tube 11 dû au passage du courant permanent même lors du fonctionnement normal de la lampe. Pour éviter les inconvénients précédents, le mode de réalisation actuellement préféré pour la présente invention utilise une électrode d'amorçage 20 qui est mobile. Ainsi, l'électrode aidant à l'amorçage est enlevée du voisinage du tube 11 après l'amorçage de la lampe, de sorte que l'aide à l'amorçage n'a pas pour effet: de bloquer sensiblement l'émission de la lumière; de gêner l'équilibre thermique du tube 11; ou de contribuer à la dégradation de la lampe. Le moyen de support 22 comporte une partie conductrice 22c, qui est fixée à un moyen 22d pour le faire fléchir jusqu'à la position représentée par l'élément 22' en trait mixte, qui éloigne l'électrode 20 du tube 11 dès le commencement de la décharge 14 en plasma. Le moyen 22d peut être une lamelle sensible à la chaleur, par exemple un bilame, formé de manière à être rectiligne aux températures ambiantes norma- les, de façon que l'extrémité 20a de l'électrode d'amorçage soit contiguë à l'emplacement 11b de la surface supérieure de l'enveloppe de la lampe. Le moyen 22 est conducteur et constitue un trajet de retour pour le courant entre l'élec- trode en spirale 20 et le potentiel le plus bas du circuit, par exemple l'une des extrémités 16a ou 16b de la bobine, comme cela est représenté par un potentiel commun (symbole de masse en trait mixte) à l'une ou l'autre des extrémités (mais non aux deux), ou à tout autre potentiel désiré. La zone 24 -2 6 - de décharge luminescente sera ainsi formée (sous forme d'un point ou d'une ligne en arc, en fonction de l'utilisation ou non de la partie en prolongement 20e) lorsque la bobine 16 est initialement mise sous tension, et aidera à l'amorçage du tore 14 de décharge à plasma à l'intérieur de l'enveloppe. En réponse à l'énergie thermique émise par la lampe en fonction- nement, la lamelle 22d subit une dilatation différentielle et change de courbure, de sorte que la lamelle 22' maintenant incurvé éloigne l'électrode d'amorçage 20 du tube à arc. On remarquera que lorsque la lampe est mise hors tension, le bilame 22d se refroidit et revient à sa position de départ. -7- REVENDICATIONS 1. Electrode d'amorçage pour lampe à décharge de haute intensité exempte d'électrodes du type comportant un tube à arc (11) situé à l'intérieur de l'alésage d'une bobine d'excitation (16), tube à l'intérieur duquel une décharge à plasma doit être formée et commandée par la bobine d'excita- tion, caractérisée en ce qu'elle comprend: une seule électrode d'amorçage (20) ayant la forme d'une spirale et placée, au moins lors du début de la décharge à plasma, avec son extrémité étroite (20a) contiguë à un point (11b) sélectionné de la surface extérieure (11a) du tube; et un moyen (22) pour placer l'électrode avec son extrémité plus large (20b) à un emplacement sélectionné, de manière à mettre l'électrode à l'intérieur du flux magnéti- que, développé par la bobine d'excitation, d'une intensité suffisante pour provoquer la création, au moins au début de la décharge à plasma, d'une décharge luminescente à l'inté- rieur du tube. 2. Electrode d'amorçage selon la revendication 1, caractérisée en ce que la spirale a une forme conique. 3. Electrode d'amorçage selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'électrode en spirale comprend en outre une partie en prolongement en forme d'arc (20c) se trouvant dans un plan pratiquement parallèle à la surface extérieure (11a) du tube. 4. Electrode d'amorçage selon la revendication 3, caractérisée en ce que la courbe de la partie en prolongement en forme d'arc est inférieure à un cercle complet et supérieure à un quart de cercle, et en ce que cette partie en prolongement bute sensiblement contre ladite surface. 5. Electrode d'amorçage selon la revendication 2, caractérisé en ce que le moyen de mise en place comprend un élément conducteur (22) reliant une partie sélectionnée de l'électrode à une partie contiguë de la bobine d'excitation. - 8 - 6. Electrode d'amorçage selon la revendication 5, caractérisée en ce que la partie sélectionnée se trouve à l'extrémité plus large de l'électrode. 7. Electrode d'amorçage selon la revendication 1, caractérisée en ce que le moyen de mise en place comprend un moyen, répondant à un stimulus sélectionné, pour déplacer l'électrode d'amorçage jusqu'à un endroit plus éloigné du tube que l'emplacement de l'électrode lors du commencement de la décharge. 8. Electrode d'amorçage selon la revendication 7, caractérisée en ce que le moyen de déplacement comprend un moyen pour déplacer l'électrode d'amorçage en réponse à la réception de l'énergie thermique provenant du tube. 9. Electrode d'amorçage selon la revendication 6, caractérisée en ce que le moyen de déplacement répondant à l'énergie thermique est destiné à ramener l'électrode d'amor- çage vers le tube à arc à la suite de la cessation de la réception de l'énergie thermique provenant du tube.