CN102097275A

CN102097275A - 用于放电灯的电极结构

Info

Publication number: CN102097275A
Application number: CN2010106176199A
Authority: CN
Inventors: 西蒙·兰克斯; 艾伦·L·莱内夫
Original assignee: PATRA Patent Treuhand Munich
Current assignee: PATRA Patent Treuhand Munich
Priority date: 2009-12-15
Filing date: 2010-12-15
Publication date: 2011-06-15
Anticipated expiration: 2030-12-15
Also published as: JP2011129515A; CN102097275B; US8610350B2; EP2337060A1; EP2337060B1; US20110140601A1

Abstract

本发明描述了被配置为在放电灯中工作的电极结构和制作这样的电极结构的方法。电极结构包括电极头部，其包括多个突特征，以使得多个突起特征的平均节距至少为105％的配置方式设置这些突起特征。该方法包括提供被配置为在放电灯中工作的电极和在电极的电极头部上以至少105％的平均节距形成突起特征。

Description

用于放电灯的电极结构

技术领域

本发明主要涉及用于放电灯的电极结构。

背景技术

短弧放电灯中的电极典型地在高温环境中工作。为了减轻蒸发导致的劣化并且延长灯的寿命，降低电极的工作温度是所希望的。电极工作温度由将电极加热的电功率输入和普朗克辐射定律(即电极的电磁发射，其引起电极冷却)来确定。因此，提高电极结构的发射率将增大电极的热散逸。

因为电极常规地在电极材料(例如钨)的熔点附近工作，所以电极结构的发射率在放电灯的设计中是重要参数。例如，在微平版印刷中所使用的高功率直流(DC)灯包括被进行涂层或微结构化以增大发射率的实心阳极(massive anode)。这样的阳极昂贵而且在低功率的短弧灯中不实用。该技术还具有不能如所希望地那么靠近电极的前部来施加涂层或微结构的缺点，因为非钨涂层在接近钨熔点的温度处将熔化或升华。此外，重结晶化和表面扩散将随着时间毁坏钨的微结构。

实心阳极在一些灯中由于很多放电灯的电极尺寸限制而也不实用。即，很多放电灯被设计为只适合具有小直径或宽度的电极。因此，不是总可能通过大幅度增加电极的尺寸来在给定的电功率输入的情况下降低电极的工作温度。

图1示出了在超高压水银灯中所使用的传统电极结构。线圈102以一层或多层方式紧密缠绕电极轴部104，以形成电极头部106。前部108通过对线圈102的端部进行过熔(over-melting)来被压缩。电极温度由电极100的尺寸来确定，电极100的尺寸又由线圈102的长度、线圈的层数和线圈102的导线的直径(或宽度)来确定。

图2示出了用于超高压水银灯的另一传统电极结构。线圈202紧密缠绕电极头部204。头部204、前部206、和轴部208通过以诸如车床加工或研磨的传统加工技术来对诸如钨的传统实心电极材料进行定形而形成。因为前部206和线圈202的形状是缠绕电极头部204的，电极头部204是实心的并且能够将在前部206中生成的热量有效地传导到线圈202，所以电极200具有较之电极100更好的发射率。

然而，正如上面所提到的，电极尺寸可以增大的量在很多应用中由于

实用的和/或商业的原因而受限制。

发明内容

实施例提供了不增大电极尺寸且不为电极制造过程增加显著成本而降低电极的工作温度的设备和方法。

实施例包括可以在放电灯中实现的电极结构。实施例包括可以在交流(AC)和/或直流(DC)放电灯中实现的电极结构。

一些实施例包括被配置为在放电灯中工作的电极结构，该电极结构包括电极头部和线圈，其中线圈以至少为105％的平均节距缠绕电极头部。优选地，平均节距可以在124％和151％之间。

一些实施例包括被配置为在放电灯中工作的电极结构，该电极结构包括电极头部，电极头部包括多个突起特征，以使得多个突起特征的平均节距至少为105％的配置方式来设置这些突起特征。优选地，平均节距可以在124％和151％之间。

一些实施例包括放电灯，其包括两个电极结构，其中两个电极结构中的至少一个包括电极头部和线圈。线圈以至少为105％的平均节距缠绕电极头部。

一些实施例包括制造用于放电灯的电极结构的方法。该方法包括提供被配置为在放电灯中工作的电极和以至少为105％的平均节距在电极的电极头部上形成突起特征。优选地，平均节距可以在124％和151％之间。

当参考下文中的附图和详细描述时，将更好地理解本发明的这些特征和其他特征。

附图说明

在附图中，相同的附图标记通常贯穿各不同视图而指代相同的部分。附图不必是按比例的，替代性地，重点通常在于示出本发明的原理。在下文的描述中，参考下列附图描述了本发明的各种实施例，其中：

图1示出了用于超高压水银灯中的传统电极结构；

图2示出了用于超高压水银灯中的另一传统电极结构；

图3示出了根据实施例的电极结构；

图4是图表，其示出了根据实施例的电极结构较之传统电极结构的发射率增益；

图5是柱状图，其示出了传统电极结构和根据实施例的电极结构的电极工作温度测量值；

图6示出了根据实施例的可替选的电极结构；

图7示出了根据实施例的可替选的电极结构；并且

图8是用于制造根据实施例的电极结构的方法的流程图。

具体实施方式

下文中的详细描述参考以图解方式示出了特定的细节和其中可以实施本发明的实施例的附图。充分详细地描述了这些实施例，以使本领域技术人员能够实施本发明。在不偏离本发明的范围的情况下，可以利用其他实施例，并且可以做出结构、逻辑和电气上的改变。各种实施例不必相互排斥，因为一些实施例可以与一个或多个其他实施例相结合来形成新的实施例。

如在此所使用的，“宽度”可以是包括圆导线的任意所成形的结构的宽度。因此，“直径”可以用“宽度”来替代。

如在此所使用的，“头部”将被理解为意味着突起特征附着在其上或形成到其中以增大电极的发射率的电极的部分。

突起特征包括但不限于线圈、槽结构、通过蚀刻形成的结构、和/或圆的、椭圆的或多边形的导线或多根导线。

图3示出了根据实施例的电极结构。电极300包括缠绕电极头部304的单层线圈302。电极头部304邻近电极轴部306。

在一些实施例中，线圈302可以由钨导线形成。电极的发射率通过将线圈302以优化的节距缠绕电极头部304来增大。这将电极300的固有发射率在平的表面上提高65％而在紧密缠绕的线圈(例如图2的线圈202)上提高20％。在一些实施例中，线圈302的线圈直径或宽度被制造得尽可能地小，以增大从在前部308处的热源到线圈302的高发射区域的热传导。在一些实施例中，最大的优选线圈直径是0.2毫米。

尽管在有限元方法(Finite Element Method)模拟中找到的最优节距大约为140％，但是可以取决于线圈材料的发射率找到其他最优节距。通常，在以下节距范围中发现显著改善：

如在此所使用的，“节距”定义为两个突起特征之间的距离(例如导线中心到导线中心)除以突起特征的宽度，以百分数来表示。因此，100％的节距表明相邻的突起特征是接触的而200％的节距表明连续的突起特征以等于突起特征的宽度的距离相隔开。

术语“平均节距”将被理解为意味着连续的突起特征之间的距离之和除以突起特征的对数。例如，缠绕电极头部三次的线圈将具有两个用于求和的距离和两对突起特征。平均节距也可以借助诸如中值或众数的其他方法来计算。

图4是图表，其示出了根据实施例的电极结构较之传统电极结构的发射率增益。如从图表400所见到的，线圈间隔引起了较之紧密缠绕的线圈设计显著降低的电极温度。然而，随着节距增大到超过140-150％，发射率增益开始减小。在包括130％的节距的、用于超高压灯的钨电极实施例中，前区域上的工作温度较之紧密缠绕的电极结构降低了50°K。较低的温度引起了较之紧密缠绕的电极结构降低50％的蒸发率。

图5是柱状图，其示出了根据图2的电极200的传统电极结构的电极工作温度测量值和根据电极300的、具有以130％的节距来缠绕的线圈302的电极结构的电极工作温度测量值。

超高压水银灯测试样品通过以传统电极结构作为第一电极并且以实施例电极结构作为第二电极在同一个燃烧室(burner)中来生产，以确保两个电极在同样的条件下工作。

研究了六个灯。在图500中为每个灯指定了独特的影线图案，其中对于各灯中的两个电极，影线图案是匹配的。电极表面的温度通过IR(红外线)测高温计测量，不包括电极上的其中IR信号被等离子体辐射叠加的区域。

图表500示出了对于传统线圈电极的平均工作温度来进行了标准化的电极温度。实施例线圈的平均工作温度降低了超过2％。因为钨蒸发率指数地与温度相关，所以钨蒸发率在平均温度降低大约为2％的情况下减半。

具有根据实施例的电极结构的灯较之传统电极结构在规定温度下寿命较长或者能够以较高的温度来工作。此外，制造根据实施例的电极结构会典型地需要对现有电极制造设备的并不昂贵的修改。

图6示出了根据实施例的可替选的电极结构。电极600包括在轴向剖面中附着于电极头部604的多根导线602。电极头部604邻近电极轴部606。

如果多根导线602由钨构成，则期望其具有类似于图3的线圈302的属性，并且因此多根导线602在约为0.2毫米的槽宽的情况下优选的节距将为140％左右。

图7示出了根据实施例的可替选的电极结构。电极700包括突起的槽特征702，其是作为对电极头部704进行开槽、雕刻或蚀刻的结果而形成的。如果电极头部704由钨构成，则期望槽特征702具有类似图3的线圈302的属性，并且因此槽特征702在约为0.2毫米的槽宽的情况下优选的节距将为140％左右。

要理解的是，在图3、6和7中所示的电极结构只是三个可能的电极结构，并且在本发明的实施例中还有很多电极结构。例如，应用在如图3中所示的线圈中的导线也可以被应用在同轴剖面中。类似地，图7的槽结构702也可以采用通过微加工技术以优选的节距、深度和宽度来加工的圆周凹槽形状。这些凹槽可以被应用于靠近端头处和/或其他位置。其他加工形状的变形可以包括螺旋开塞器(cork screw)状凹槽、轴向凹槽或穿孔模式。

图8是用于制造在实施例中的电极结构的方法的流程图。在802，提供电极。在804，导线被附着到电极的前部。在806，导线以至少为105％的平均节距缠绕电极头部。在808，方法800结束。

虽然已参考特定的实施例具体示出和描述了本发明，但本领域技术人员应该理解的是，在不脱离由所附权利要求所定义的本发明的精神和范围的情况下，可以在其中做各种形式和细节上的变化。从而，本发明的范围由所附权利要求所表明，并且因此包含了落入权利要求的等同物的范围和含义中的所有变化。

Claims

1.一种电极结构，其被配置为在放电灯中工作，所述电极结构包括：

电极头部；和

线圈，其中所述线圈以至少105％的平均节距缠绕所述电极头部。

2.根据权利要求1所述的电极结构，其中所述线圈以等于或大于120％的平均节距缠绕所述电极头部。

3.根据权利要求2所述的电极结构，其中所述线圈以在124％和151％之间的平均节距缠绕所述电极头部。

4.根据权利要求3所述的电极结构，其中所述线圈包括钨导线，所述钨导线具有等于或小于0.2毫米的宽度。

5.根据权利要求1所述的电极结构，其中所述线圈包括钨导线。

6.一种电极结构，其被配置为在放电灯中工作，所述电极结构包括：

电极头部，其包括多个突起特征，以使得所述多个突起特征的平均节距至少为105％的配置方式来设置所述突起特征。

7.根据权利要求6所述的电极结构，其中所述多个突起特征的所述平均节距等于或大于120％。

8.根据权利要求7所述的电极结构，其中所述多个突起特征的所述平均节距在124％和151％之间。

9.根据权利要求6所述的电极结构，其中所述多个突起特征包括多根导线。

10.根据权利要求9所述的电极结构，其中所述多根导线中的每根形成缠绕所述电极头部的同轴圈。

11.根据权利要求9所述的电极结构，其中所述多根导线中的每根形成附着到所述电极头部的轴向剖面。

12.根据权利要求9所述的电极结构，其中所述多根导线包括钨并且所述多根导线中的每根的宽度等于或小于0.2毫米。

13.根据权利要求6所述的电极结构，其中所述多个突起特征包括多个有槽特征。

14.根据权利要求13所述的电极结构，其中所述多个有槽特征包括钨并且所述多个有槽特征中的每个的宽度等于或小于0.2毫米。

15.根据权利要求6所述的电极结构，其中所述多个突起特征包括钨。

16.一种放电灯，其包括两个电极结构，其中所述两个电极结构中的至少一个包括：

电极头部；和

线圈，其中所述线圈以至少为105％的平均节距缠绕所述电极头部。

17.根据权利要求16所述的放电灯，其中所述线圈以等于或大于120％的平均节距缠绕所述电极头部。

18.根据权利要求17所述的放电灯，其中所述线圈包括钨导线，所述钨导线具有等于或小于0.2毫米的宽度。

19.根据权利要求16所述的放电灯，其中所述线圈包括钨导线。

20.一种制造用于放电灯的电极结构的方法，所述方法包括：

提供被配置为在放电灯中工作的电极；

在所述电极的电极头部上以至少为105％的平均节距来形成突起特征。

21.根据权利要求20所述的方法，其还包括将导线附着到所述电极的前部，其中在所述电极头部上形成所述突起特征包括将所述导线以至少为105％的平均节距缠绕所述电极头部。

22.根据权利要求21所述的方法，其中将所述导线以至少为105％的平均节距缠绕所述电极头部包括将钨导线以至少为105％的平均节距缠绕所述电极头部。

23.根据权利要求22所述的方法，其中将所述钨导线以至少为105％的平均节距缠绕所述电极头部包括将具有等于或小于0.2毫米的宽度的钨导线以在124％和151％之间的平均节距缠绕所述电极头部。

24.根据权利要求20所述的方法，其中在所述电极头部上形成所述突起特征包括以至少为105％的平均节距形成多个有槽特征。

25.根据权利要求20所述的方法，其中在所述电极头部上形成所述突起特征包括附着多根导线，使得所述多根导线间的平均节距为至少为105％。