照明裝置、低壓汞氣體放電燈、電源裝置及其組合包裝的製作方法

2023-12-10 05:16:46 3

專利名稱：照明裝置、低壓汞氣體放電燈、電源裝置及其組合包裝的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種包括一個電源裝置和一個低壓汞氣體放電燈的照明裝置，該低壓汞氣體放電燈有一個可透光的放電管，該放電管的內表面塗有一層發光塗層，該放電管以氣密方式包圍著一個放電空間。該放電空間內有一種填充物，該填充物除了汞之外還包括一種或多種稀有氣體，同時在該放電空間內裝有一個第一電極和一個第二電極，這對電極每個都包括一個金屬絲繞制的螺旋體，上面塗有一或多種可發射電子的金屬氧化物，這對電極分別與各自的電流導體電連接，這對導體延伸到放電管之外與電源裝置電連接，開關接通後，該電源裝置可使低壓汞氣體放電燈在冷態下點燃。
裝有低壓汞氣體放電燈的照明裝置，在本文中還被稱之為「燈」，它廣泛應用於普通照明。與白熾燈相比由於其發光效率較高，這類照明裝置可大量地節省能。
該照明裝置在標定工作時兩個電極之間的放電電流使放電得以維持。該燈的點燃方式取決於照明裝置的種類。
在「熱起動」型的照明裝置中，兩個電極中每一個電極都有一個附加的電流導體，在兩個電極之間產生點燃電壓之前，這兩個電極被從一個電流導體到另一個電流導體流過的的輔助電流加熱到標定工作所需的溫度。但是，這一點燃方法導致了該照明裝置從燈的開啟的瞬間到實際點燃之間有一段相對較長的延遲時間，本文中稱之為延遲點燃。這是一不利因素，此外為實現這一目的所需的附加裝置使這類照明裝置顯得比較昂貴。
在「快速起動」型的照明裝置中，兩個電極中每一個電極也有一個附加的電流導體，這兩個電極是靠一輔助電流來升溫的。確實，這種類型的照明裝置在接通電源之後可立即產生一點燃電壓。但是，在點燃電壓不夠高，兩個電極仍處於冷態使燈無法點燃時就會出現延遲點燃現象。該燈只有在兩個電極達到足夠高的溫度後才會點燃。
在本文第一段中所述的那種照明裝置，其燈可在冷態下點燃，在US5,341,067中已做過介紹。在這種照明裝置中，也稱之為「冷起動」或「瞬時起動」，在兩個電極之間施加的足夠高的點燃電壓，可使該燈接通電源後實際上立即點燃，即延遲點燃時間不足100ms。這兩個電極在點燃後只處於標定工作溫度。在兩個電極上連接附加導體在這類照明裝置中是不必要的。在本例中，兩個電極是由標定工作時施加的放電電流和放電電弧對其專門加熱。如果這兩個電極有一個附加導體，一輔助電流可起到維持這兩個電極的標定工作溫度的作用。
上述照明裝置的燈一般來講在連續工作時壽命較長。照明裝置的壽命，由於它的燈是在冷態下點燃，實際上會受到該燈的開關壽命，即該燈可開關的次數的限制。事實上已經發現，燈的電極在冷態時點燃會對電極造成極大的損害，電極僅經很少次數開關後就會遭到破壞。為減少頻繁開關次數，儘管有時儘管所需要的照明持續時間很短，這種燈也往往持續燃點。這樣極不利於節能，相比之下這對白熾燈是很容易做到的。
本發明的目的是提供一種本文第一段中所介紹的那種照明裝置，該裝置內的燈在開關接通後可很快地立即點燃，並且具有一較長的開關壽命。
根據本發明，本文第一段中所介紹的這種照明裝置是為達到這樣一目的，其特點為在標定工作情況下每個電極至少有一部分電極可通過一電極電流Iel，其有效值el至少為電極熱發射所需的最小電流Ip4的1.8倍。電流I的有效值可用下式表示=1/T√∫0TI2dt,式中T是電流I一個周期的持續時間。電極的溫度確實要高到足以使電極電流的有效值等於Ip4時產生熱發射。該溫度約為950K。鎢電極在這一溫度下的電阻是其在室溫時的四倍。在電極電流的有效值el至少為Ip4的1.8倍時，這些電極在產生電弧的位置處於一非常高的熱點溫度。十分驚奇的是，本發明照明裝置的燈，儘管電極上的熱負載很重，具有極長的開關壽命。對此可以說得通的一個解釋是使用其氧化物作為電子發射物的金屬在該燈點燃過程中起了極為重要的作用。一般認為，對於金屬，如鋇，熱點溫度越高，會以越快的速度使發射電子的金屬氧化物，例如其相應的氧化鋇，減少，因此在燈工作時間較短時這種金屬也可相應保持足夠多的數量。最好，該電極電流的有效值el最大為Ip4的3.0倍。如超過該值，在連續工作的情況下由於對於該電極的金屬絲的轟擊會使燈的壽命大大縮短。
在根據本發明照明裝置的一具體實施例中，電極電流Iel等於放電電流Id。在較為理想的實施例中，兩個電極中每個分別有一個附加電流導體，一放電電流Id在標定工作情況下從第一電極流向第二電極，而輔助電流Ih自電流導體流向附加的電流導體。在這種情況下，該電極電流Iel是放電電流Id和輔助電流Ih的總和。
最好，h/d之比最大不超過1.0。電極之比大於1.0時發射材料的損耗相對就會過大。
本發明照明裝置比較理想的實施例的特徵是其電源裝置有一具有第一輸出端和一第二輸出端的高頻電路裝置，並有一電感和一電容裝置，上述第一輸出端經電感裝置與第一電極的電流導體連接，上述第二輸出端與第二電極的電流導體連接，同時這兩個電極的附加電流導體經電容裝置相互連接。電容裝置與電感裝置共同形成一個諧振電路，該電路在照明裝置的開關接通後可提高點燃電壓。如其中一個電極遭到破壞，帶有電容裝置的電路就會斷開，從而不會再產生點燃電壓。因此在燈的壽命終止時可避免不安全情況的發生。輔助電流和放電電流的值可通過對上述電容和電感裝置加以選擇以簡單方法進行調整。
在一具有吸引力的實施例中，電極上可發射電子的金屬氧化物包括氧化鋇、氧化鈣和氧化鍶。
本發明的燈與電源裝置可組裝為一個裝置。另外，燈與電源裝置也可以可拆裝的方式連接。因此本發明還涉及一種有一專門與電源裝置的第二連接件相配合的第一連接件的低壓汞氣體放電燈，以使低壓汞氣體放電燈與電源裝置進行電連接與機械連接，以便使低壓汞氣體放電燈與電源裝置連接在一起構成一個本發明的照明裝置。
本發明還涉及一電源裝置，上面裝有一第二連接件，該連接件專門用於與低壓汞氣體放電燈的第一連接件的配合，以實現低壓汞氣體放電燈與電源裝置的電連接與機械連接，以便使低壓汞氣體放電燈與電源裝置連接在一起構成一個本發明的照明裝置。
由於第一和第二連接件是專門用於相互連接，顯然為實現本發明目的應當選擇電源和低壓汞氣體放電燈這一組合。
此外，適合於實現上述發明目的由一電源和一低壓汞氣體放電燈形成的組合體可被包裝在一起。
因此本發明還涉及一個包括帶有一第一連接件的低壓汞氣體放電燈和一帶有第二連接件的電源裝置的組合包裝，其中第一和第二連接件相互配合，這兩個連接件使電源和低壓汞氣體放電燈進行電連接和機械連接，從而使低壓汞氣體放電燈和電源裝置形成一個本發明的照明裝置。將這兩者合為一體的這一事實本身表明燈與電源裝置的組合體形成一個本發明的照明裝置。因此連接件相互之間沒有必要能專門吻合。
例如，第一和第二連接件可有單獨的裝置分別將低壓汞氣體燈和電源進行電連接和機械連接。
例如，機械連接裝置可以是扣合連接(snap connection)、卡持連接(clamp connection)或螺旋連接。在一實施例中，電連接裝置是通過第一和第二連接件來實現的，每一連接件有一線圈，這兩個線圈與電源裝置共同形成一變壓器，該電源裝置與低壓汞氣體放電燈處於連接狀態。
在另一替換實施例中，電連接裝置是以例如連接銷(contactpin)的方式實現的，連接銷與電源的連接槽以夾持嚙合方式相互保持連接。這些裝置同時也可以是用於機械連接的裝置。
本發明照明裝置的這些方面和其它方面根據附圖中進行了詳細說明。


圖1所示為本發明照明裝置的第一實施例圖2所示為圖1中部位Ⅱ的局部放大圖。
圖3所示為本發明照明裝置的第二實施例。
如圖1所示，本發明照明裝置包括一電源裝置1和一低壓汞氣體放電燈2。這種照明裝置可以用來代替白熾燈。該低壓汞氣體放電燈2有一可透光的放電管3，其內表面上有一發光層3』。放電管3包覆著一氣密的放電空間4，裡面有一種汞氬填充物，放電空間4內有一第一電極和一第二電極5a、5b。圖2所示為電極5a的放大結構，電極5b的結構與之相似。電極5a、5b每個都包括一個塗有一種或多種可發射電子的金屬氧化物的螺旋金屬絲。在本例中這兩個電極是用直徑del為24μm的三螺旋鎢絲繞制而成，該鎢絲上塗有氧化鋇、氧化鈣和氧化鍶的混合物。熱發射所需的最低電極溫度為950K。電極達到這一溫度所需的電流Ip4是60mA。電極5a、5b分別與相應的電流導體6a、6b進行電連接，導體6a、6b延伸到放電管3之外與電源1連接。電極5a、5b還分別與延伸到放電管之外的附加電流導體6a』、6b』連接。
電源1裝在外殼7內，外殼7支撐著燈2和燈頭8。電源裝置1有一高頻電路S，該電路有一第一和一第二輸出端K1和K2，及一個電感裝置L和一個電容裝置C。該高頻電路S提供一個50kHz頻率的交流電壓。該電路S的第一輸出端K1經電感裝置L與第一電極5a的電流導體6a連接。第二輸出端K2與第二電極5b的電流導體6b連接。兩個電極的附加電流導體6a』和6b』經電容裝置C相互連接。電感裝置L是由一個3.1mH的自感線圈製成。一個電容值為4.7nF的電容器構成一個電容裝置C。電源裝置1與燈頭8的觸點8a和8b連接。
一有效值為135mA的放電電流Id會對電極電流Iel產生一定作用，它維持該放電和有效值h為100mA的輔助電流Ih，該輔助電流Ih從電流導體6a、6b穿過每個電極5a、5b流向其附加電流導體6a』、6b』，並對該電極起到額外的加熱作用。放電電流Id流經電極5a、5b的端部5a*，電極5a、5b延伸到電流導體6a、6b和放電對電極本身產生電弧的位置之間的部位。本例中的電流Id和Ih表現出一個大約900的相位差φ。h/d之比小於1.0，在本例中為0.74。
在標定工作情況下，一有效值el為165mA的電極電流Iel流經電極5a、5b的上述端部5a*。該值為熱發射所需的最小電流Ip4的1.8倍以上。在本例中，el值是Ip4的2.8倍。本照明裝置的燈的耗電功率為10W。
上述本發明照明裝置在下面被稱之為「inv1」。非本發明的照明裝置(ref1)與本發明的區別是其電極電流有效值el不超過Ip4的1.5倍。燈的耗電功率為7W。
在本發明的另一照明裝置(inv2)中，其電極由直徑del為38μm的鎢絲繞製成三螺旋狀，上面同樣塗有氧化鋇、氧化鈣和氧化鍶的混合物。放電管內充有一種包括汞和氖氬混合物的填充物。在正常情況下，其電極電流的有效值el是Ip4的2.0倍。h/Id之比小於1.0，在本例中為0.74。非本發明的另一照明裝置(ref2)與inv2照明裝置的不同之處在於其電極電流的有效值el不超過Ip4的1.6倍。inv2和ref2的照明裝置上的燈在標定工作情況下的耗電功率約為16W。
本發明實施例inv1的六個照明裝置和inv2的六個裝置以及非本發明實施例ref1的五個照明裝置和實施例ref2的五個裝置在一分鐘和三分鐘分別周期地開啟、關閉，以確定它們的開關壽命。這些燈在冷態下用750Vrm的點燃電壓點燃，其結果是這些燈在照明裝置的開關接通後100ms內點燃。這些結果請見下表。在表中Ths代表電極的熱點溫度，Ns代表開關壽命。
根據該表，顯然本發明的照明裝置inv1和inv2，它們的電極電流的有效值el至少是Ip4的1.8倍，比非本發明的照明裝置ref1和ref2的開關壽命要長得多。
本發明照明裝置的第二實施例如圖3所示。該圖中的元件與圖1中的元件相對應，只是所用的數碼比原來的大10。在該圖所示實施例中，該低壓汞氣體放電燈12裝有一個第一連接件19。其電源裝置上有一個第二連接件20。電源裝在外殼17內，外殼17支撐著帶有接頭18a、18b的燈頭18。第一連接件19和第二連接件20相互吻合，以實現該低壓汞氣體放電燈12與電源裝置11的電連接和機械連接。低壓汞氣體放電燈12和電源裝置11的組合體裝入一包裝21內。根據本發明的低壓汞氣體放電燈12和電源裝置11以連接狀態共同形成一個照明裝置。
在圖3中，接頭19a、19b可用夾持適配方式固定到電源裝置11的連接槽20a、20b內，構成低壓汞氣體放電燈12和電源裝置11電連接和機械連接的連接裝置。圖3中電極的附加電流導體並沒有連接。在本例中的另一變例中，該附加電流導體經電阻，例如一電容電阻在第一連接件內相互連接，以便在正常工作情況下不僅可使放電電流在兩個電極之間流動，而且可使輔助電流通過電極。在另一實施例中，附加電流導體也與接頭杆連接，這對接頭杆與連接襯圈吻合。
權利要求
1．一照明裝置，它包括一個電源裝置(1、11)和一個低壓汞氣體放電燈(2、12)，該低壓汞氣體放電燈有一個可透光的放電管(3、13)，其內表面上塗有一發光塗層(3』、13』)並以氣密方式包圍著一個放電空間(4、14)，該放電空間內有包括汞以及一種或幾種稀有氣體的填充物，在該放電空間內有一個第一電極(5a、15a)和一個第二電極(5b、15b)，這些電極(5a、5b、15a、15b)每個都包括一個塗有一種或幾種可發射電子的金屬氧化物的金屬絲繞制的螺旋體，這些電極分別與延伸到放電管(3、13)之外的相應的電流導體(6a、6b、16a、16b)進行電連接，並與電源裝置進行電連接，該電源裝置在開關接通後使低壓汞氣體放電燈在冷態下點燃，其特徵在於在標定工作期間每個電極(5a、5b)至少有一部分(5a*)可通過一有效值至少是熱發射所需的最小電極電流Ip4的1.8倍的電極電流Iel。
2．權利要求l所要求的一種照明裝置，其特徵在於其電極(5a、5b)分別與延伸到放電管(3)外面的相應的附加電流導體(6a』、6b』)連接，一放電電流Id在標定工作情況下從第一電極流向第二電極，而輔助電流Ih自電流導體(6a、6b)流向每個電極的附加電流導體(6a』、6b』)。
3．權利要求2所要求的一種照明裝置，其特徵在於h/d之比最大不超過1.0,h和d分別為Id和Ih的有效值。
4．權利要求2或3所要求的一種照明裝置，其特徵在於電源裝置(1)內有一高頻電路(S)以及一電感裝置(L)和一電容裝置(C)，該高頻電路(S)具有一第一輸出端(K1)和一第二輸出端(K2)，上述第一輸出端(K1)經電感裝置(L)與第一電極(5a)的電流導體(6a)相連接，上述第二輸出端(K2)與第二電極(5b)的電流導體(6b)相連接，而兩個電極的附加電流導體(6a』、6b』)經電容裝置(C)相互連接。
5．前面任何一個權利要求所要求的一種照明裝置，其特徵在於電極上的一種或幾種可發射電子的金屬氧化物包括氧化鋇、氧化鈣和氧化鍶。
6．一低壓汞氣體放電燈(12)，其上有第一連接件(19、19a、19b)特別適於與電源裝置(11)上的第二連接件(20、20a、20b)吻合，以便使低壓汞氣體放電燈與電源裝置進行電連接和機械連接，從而使連接狀態下的低壓汞氣體放電燈與電源裝置形成權利要求1至5中任何一個所要求的一種照明裝置。
7．一電源裝置(11)，其上有第二連接件(20、20a、20b)特別適於與低壓汞氣體放電燈(12)的第一連接件(19、19a、19b)吻合，以便使低壓汞氣體放電燈與電源裝置進行電連接和機械連接，從而使連接狀態下的低壓汞氣體放電燈與電源裝置形成權利要求1至5中任何一個所要求的一種照明裝置。
8．一組合包裝，它包括一個包裝(21)，裡面裝有一帶有一個第一連接件(19、19a、19b)的低壓汞氣體放電燈(12)和一個帶有一個第二連接件(20、20a、20b)的電源裝置(11)，第一連接件和第二連接件可相互連接，以使低壓汞氣體放電燈與電源裝置實現電連接和機械連接，從而使低壓汞氣體放電燈與電源裝置形成權利要求1至5中任何一個所要求的一種照明裝置。
全文摘要
本發明的一個照明裝置包括一個電源裝置(1)和一個低壓汞氣體放電燈(2),該低壓汞氣體放電燈有一個可透光的放電管(3),其內表面有一發光塗層(3),放電管包圍著一個氣密的放電空間(4),裡面有一種包括汞和一種或多種稀有氣體的填充物。在放電空間內裝有一個第一電極(5a)和一個第二電極(5b),每一電極都是由一個塗有一種或多種可發射電子的金屬氧化物的金屬絲繞制的螺旋體構成。每個電極分別與各自的電流導體(6a,6b)相連接,這些導體延伸到放電管(3)的外面。電流導體與放電管外的電源裝置形成導電性連接,當開關接通後該裝置點燃低壓汞氣體放電燈。在標定工作情況下,每個電極(5a,5b)至少有一部分(5a*)可通過一電極電流Iel,其有效值Iel至少為電極熱發射所需的最小電極電流Ip4的1.8倍。本發明照明裝置有較長的開關壽命。
文檔編號H05B41/298GK1217866SQ98800140
公開日1999年5月26日 申請日期1998年1月27日 優先權日1997年2月14日
發明者J·J·赫維爾曼斯, A·L·德斯米特 申請人:皇家菲利浦電子有限公司