CN102906852A

CN102906852A - 高强度放电电弧管和相关灯组件

Info

Publication number: CN102906852A
Application number: CN2011800273997A
Authority: CN
Inventors: T.潘伊克; A.博罗茨基; I.灿伊; C.霍尔瓦特
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2010-06-03
Filing date: 2011-05-12
Publication date: 2013-01-30
Also published as: WO2011152975A1; EP2577711A1; KR20130069656A; JP2013527586A; US20110298366A1; TW201205641A

Abstract

放电光源包括具有放电室的电弧管，该放电室具有用于金属卤化物剂料池或盐池的预定定位，其最小化对从光源发射的光的影响。放电室优选为围绕垂直于纵向轴线的第二轴线非对称的。在一个实施例中，放电室优选地包括沿着纵向轴线隔开的不同直径的第一和第二大体球形部。在又一布置中，电弧管具有不同壁厚。在另一示范性实施例中，形成放电室的壁的一部分包括大体凹表面。这些特征可单个地或结合地使用。

Description

高强度放电电弧管和相关灯组件

参考共同拥有的、共同未决的、2010年6月3号提交的美国专利申请序号12/793398、2010年6月3号提交的序列号12/793470、和2010年6月3号提交的序号12/793494。

技术领域

本公开涉及用于紧凑型高强度放电灯的电弧管，并且更具体地涉及由半透明的、透明的或大致透明的石英、硬质玻璃或陶瓷放电室材料制造的紧凑型金属卤化物灯。特别地，本公开在机动车发光领域得到应用，但是将理解选定的方面可在相关的放电灯环境中得到应用，该放电灯环境遇到关于盐池(salt pool)定位和最大化从灯组件发射的光通量的类似问题。为了本公开的目的，“放电室”指示电弧放电在其中正进行的放电灯的那部分，而术语“电弧管”表示通过在放电室中激励电弧放电而生成光所需要的放电灯的最小结构组件。电弧管还包含具有钼箔片和外引线的夹紧密封件(在石英电弧管的情形下)或具有密封玻璃密封部和外引线的陶瓷凸出端塞或陶瓷支脚(在陶瓷电弧管的情形下)，这确保“放电室”的真空密闭以及使放电室中的电极电连接到外部驱动电构件的可能性。

背景技术

高强度金属卤化物放电灯通过电离包含在电弧管的放电室中的填充物产生光，其中填充物典型地为在诸如氖、氩、氪或氙或其混合物的惰性气体中的金属卤化物和诸如水银的缓冲剂的混合物。电弧在放电室中在电极的内终端之间启动，该电极的内终端在大部分情况下在相对端处延伸到放电室内并且为填充物供给能量。在现有紧凑型高强度金属卤化物放电灯中，超剂量(overdosed)的量的熔融金属卤化物盐池经常存在于大体椭圆形或管状放电室的中央底部定位中，该放电室在操作期间以水平定向配置。这在灯操作期间为放电室的最冷部并且因此经常称作为“冷点”定位。超剂量的熔融金属卤化物盐池在放电室的内壁表面的相当大的部分上形成薄膜层，该超剂量的熔融金属卤化物盐池与它的在放电室内的剂料池(dose pool)之上产生的饱和蒸气处于热平衡并且位于冷点处。该熔融金属卤化物盐池阻断或过滤显著量的从放电电弧发射的光。该剂料池由此通过在剂料池在室中所处的方向上增加光吸收和光散射而扭曲灯的空间强度分布，即其中。另外，剂料池改变经过剂料池的薄液体膜的光的色调。

当设计形成光束的光学装置时，诸如与这些类型的灯相关的机动车头灯反射器的发光体和光学投射系统的设计者必须考虑这些问题。例如，扭曲的光射线被非透明的金属或塑料防护物阻断，或者光射线可在对于应用而言不重要的方向上被分布。经过剂料膜的这些扭曲的射线因而一般被忽略并且由此，该扭曲的射线表示在光学系统中的损耗，这是因为扭曲的射线不参加形成光学投射系统的主光束。

在机动车前灯应用中，例如这些散射和扭曲的射线用于轻微地照亮紧接机动车车辆前面的道路，或者扭曲的射线被引导到大大高于道路的道路标识。由于这些损耗，故光学系统的效率典型地不高于大约40%到50%。

由于紧凑型放电灯在瓦数方面变得更小，并且还采用减小的几何尺寸，故对于光源，需要解决方案，以便在光学系统中避免这种光收集损耗。这将导致实现更高的照亮水平，连同发光系统的更低的能耗。

因而，需要解决与剂料池相关的强的阴影效应和对围绕灯设计的光学系统的性能和效率的影响，这是由于来自灯的不均匀的光强度分布。

发明内容

改进的放电光源将熔融金属卤化物盐池放置在放电室中的期望位置处。

放电光源包括电弧管，其具有纵向轴线和形成在其中的放电室。第一和第二电极具有沿着纵向轴线彼此隔开的内终端并且各电极至少部分地延伸到放电室的相对端内。放电室优选为围绕垂直于纵向轴线的第二轴线非对称的。

在另一示范性实施例中，放电室优选地包括沿着纵向轴线隔开的不同直径的第一和第二球形部。

在又一布置中，电弧管具有不同壁厚。不同厚度的壁可在放电室的第一和第二端处。可选地，连同不均匀的壁厚，电弧管具有沿着它的长度一直大体相同的外径。

优选地，在另一实施例中，室为围绕纵向轴线旋转地对称的。

在另一示范性实施例中，形成放电室的壁的一部分包括凹内表面。凹表面可在放电室的第一端处定位并且大体球形部在放电室的第二端处形成。同样地，在该可选布置中，电弧管的壁部还可在放电室的第一和第二端处具有不同的第一和第二厚度。

在又一实施例中，光传输电弧管包围放电室。第一和第二电极在放电室的相对端处至少部分地延伸到放电室内并且通过电弧间隙沿着纵向轴线分离。扩大尺寸的第一室区域在放电室的一端处定位并且部分地围绕第一电极，第一室区域的尺寸大于围绕电弧间隙的第二室区域的尺寸。

扩大尺寸的第一室区域至少部分地定位成从电极的内终端轴向向外，也就是朝向电弧管的密封部。

本公开的主要优点为在紧凑型高强度放电室中金属卤化物盐池的受控的定位。

另一优点为剂料池朝向放电室的端部中的至少一个偏移并且对光分布具有更小的影响，由此导致灯更有效率并且提供更均匀的光强度分布。反过来，光学设计者可开发更有效的光学投射系统。

在光源中提供预选的液体剂料池定位的又一优点为解决吸收的、散射的和脱色的光射线的问题的能力。

本公开的其它特征和优点将通过阅读和理解以下详细描述而变得更显而易见。

附图说明

图1-8为本公开的分别的实施例的纵向截面视图。

具体实施方式

第一实施例在图1中示出并且包括电弧管100，其包括配置在放电室106的相对端处的第一和第二密封端102、104。电弧管优选地由半透明的、透明的、或大致透明的石英、硬质玻璃、或陶瓷放电室材料制造。外引线108、110具有外终端部，其从各密封端向外延伸并且其中它的内终端在密封端内终止，其中在石英玻璃或硬质玻璃电弧管生产技术中外引线分别与传导板或箔片机械地互连并且电互连，该传导板或箔片诸如例如钼箔片112、114。第一和第二电极120、122具有外终端，其与例如相应的钼箔片112、114机械地结合并且电结合。电极包括内终端部124、126，其在放电室的相对端处延伸到放电室106内并且通过电弧间隙沿着纵向轴线128彼此分离。如本领域所熟知的，响应于施加到第一和第二外引线的电压，电弧在电极的内终端124、126之间启动或形成。填充材料密封地接收在放电室中并且响应于生成电弧的激励而达到放电状态。典型地，在高强度金属卤化物放电灯中，填充物包括例如金属卤化物，并且可包括或可不包括水银，这是因为存在从放电灯的填充物中减小或移除水银的不断增加的期望。

如在背景技术中所描述，剂料材料的液相部通常位于水平地操作的放电室的底部中央部中。该剂料池不利地影响灯性能、光颜色，并且具有强的阴影效应，其影响从灯发射的光强度和空间光强度分布。在图1中，放电室为围绕纵向轴线128旋转地对称的。然而，室为围绕垂直于纵向轴线的轴线非对称的。图1的电弧管的特定几何形状最好地表征并且描述为双球形部，其中第一和第二大体球形部140、142具有不同直径D1、D2。球形部与放电室的内壁表面对齐并且球形部的中央在纵向轴线上定位。D1/D2的优选比率为大约1.0<D1/D2<2.0。由于这个放电室构造，故当灯以水平位置操作时(这例如对机动车前灯而言为典型的)，冷点仍沿着放电室的更低部定位，但是冷点现在朝向一端，即朝向具有大直径球形部140的放电室的末端或在图1中示出的右手端，偏移。在这个实施例中的放电室的壁厚在密封端之间的整个放电室区域之上为大体恒定的。

图2与图1具有许多相似性。因此，处于“200”系列中的相似参考标记将指示相似构件(例如电弧管100现将识别为电弧管200)，并且图1的描述将应用于图2，除非另外特别注释。图2的布置仅包括在放电室206的一端处的单一球形部240。球形部的中央相对于电极220、222的内终端224、226之间的电弧间隙的中点偏移或偏心(由参考标记242表示)。在这个特别布置中，球形部的中央更靠近具有球形部的放电室的那端(也就是更靠近电极终端226)配置。在图2中示出的相对端、或左手端具有邻近第一电极的终端224终止的大体收敛构造。另外，壁厚为在整个放电室的外围范围之上大体恒定的。由于这个构造，冷点将沿着相对于图2的放电室的右底部区域偏移的球形部240的底部区域定位。

在图3中，处于“300”系列中的相似参考标记将用于描述相似构件，而在图4的实施例(其与图3的实施例具有相似性)中，处于“400”系列中的参考标记将用于描述相似构件。这些实施例中的各个包括不同直径的第一和第二球形部340、342和440、442。在图3中，第一球形部340具有更大直径并且更小直径球形部342在放电室306的左手端处定位。还将理解，壁厚在沿着放电室的不同定位处为不同的。在图3中，壁厚350(围绕更大直径D1的球形部340定位)具有比壁部352(围绕更小直径D2的球形部342定位)更大的厚度。在这个实施例中，在放电室的纵向范围之上，邻近第一球形部的第一或更厚壁部350过渡到邻近第二球体的第二或更薄壁部352。这个构造的不同壁厚350、352(除了不同直径的两个球形部之外)也有助于冷点的定位和因此在电弧管中剂料池的定位。特别地在图3中，在灯以水平定向操作的情形下，诸如在机动车放电头灯组件中，冷点在沿着第一或更厚壁部350在第一球形部340的底部部分处定位。

相反，图4也包括不同直径D1、D2的第一和第二球形部440、442，其以与在图1和3中的球形部相似的方式被定向。在此，然而，不同壁厚的定位相对于关于图3示出和描述的布置而颠倒。也就是，邻近大直径球形部440的壁部450的厚度小于邻近更小直径球形部442配置的壁部452的壁厚。另外，作为结果，在电弧管的放电室内的剂料池的受控的定位可为预定的或预选的。

图5和6的实施例示出用于控制剂料池的定位的另一方式。另外，相似构件将分别由处于“500”和“600”系列中的相似参考标记而识别。在图5中，球形部540限定在放电室506中。在这种情况下，仅提供单一球形部，并且球形部为偏移的，这分别由图5和6中的偏心尺寸542、642表示。在图5和图6中，在围绕放电室的整个电弧管中的壁厚优选为大致恒定的。这些实施例之间的主要区别为偏心度，也就是当与具有更大直径球形部640和更小偏心距642的图6的实施例比较时，图5中的更小直径球形部540和更大偏心距542。

在图5和图6的实施例中的各个中，包围放电室506、606的电弧管壁的底部区域560、660分别被推进、凹陷、或向内延伸。以这种方式，放电室的壁的内表面部562、662具有大体凹表面。因此，在图5和6中冷点将定位在非凹陷区中的底部的区域处，也就是在球形部的更低右手部下方，在其中剂料池将在灯操作期间存在，这是由于距电弧放电增加的距离。另外，这为剂料池提供预定的或精确的定位，使得光学设计者可充分地解决或调节剂料池的定位并且更有效地利用从放电室输出的光。还重要的是观察到：在图5和6中描绘的实施例的情形下，相比于前面描绘的实施例，电弧管不再为围绕它的纵向轴线旋转地对称的。

在图7和8中，相似参考标号将分别以“700”和“800”系列指示相似构件。类似于图3和4的实施例，主要区别为分别在放电室706、806的不同定位处的不同壁厚750、752和850、852，除了球形部对冷点定位的作用之外，该不同壁厚750、752和850、852在放电室中控制冷点的定位。在图7中，沿着右手边缘的第一壁部750具有相对于在放电室的左手部上的第二壁部752的减小的厚度。另外，包围放电室706的电弧管壁的底部区域760被推进、凹陷、或向内延伸，使得放电室的壁的内表面部762具有在放电室的一端处的凹表面，和非凹陷区，即在球形部740的更低右手部下方。另一方面，在图8中，壁厚为颠倒的。也就是，第一壁部850具有比在图8的左手部上的第二壁部852的厚度更大的厚度。该实施例也包括包围放电室806的电弧管壁的底部区域860，其形成在放电室的一端处沿放电室的内壁表面部862的凹表面，和非凹陷区，即在邻近球形部840的另一端下方。类似前面，由于在放电室的底部部分处的凹陷的放电室，故在图7和8描绘的实施例的情形下电弧管沿着它的纵向轴线的旋转对称也消失了。

具有根据描述的实施例的电弧管的灯的发射的空间光强度分布变得更旋转地对称，并且发射光中的全部可由光学系统使用，以形成更强烈的主光束，例如在机动车应用的情形下更好地照亮道路。以这种方式，灯功耗可减小，同时仍输出高照明水平。作为实例，应用具有更低能耗(例如25W)的高强度放电灯的更有效的头灯可被设计，同时仍保持在卤素白炽水平之上的道路照明。相信整个系统成本可减少大约35%-40%，这是因为低于2000流明灯光通量的现有规则和标准不需要清洗和校平设备。

另外，更均匀的灯性能可在通用燃烧常规发光应用的情形下实现，这是因为液体剂料池总是存在于放电室的端部中的至少一个的附近处，而与灯定向无关。以该方式，具有根据描述的实施例中的一个的电弧管的高强度放电灯可在室内应用中得到更广泛的普及，并且室内发光可具有更高质量和效率。

本公开参考优选实施例而描述。显然，在阅读和理解前述详细描述之后，更改和替换可被本领域技术人员想到。例如，将理解，在某些情况下，上面描述的不同特征中的一个或多个可单个地使用或结合地使用。意图是，本公开解释为包括所有这样的更改和替换。

Claims

1. 一种放电光源，其包括：

电弧管，其具有纵向轴线和形成在其中的放电室；

第一和第二电极，其具有沿着所述纵向轴线彼此隔开的内终端，并且各电极至少部分地延伸到所述放电室内；和

所述放电室为围绕垂直于所述纵向轴线的第二轴线非对称的。

2. 根据权利要求1所述的放电光源，其特征在于，所述室包括沿着所述纵向轴线隔开的不同直径的第一和第二大体球形部。

3. 根据权利要求2所述的放电光源，其特征在于，所述电弧管的壁部在所述放电室的第一和第二端处具有不同的第一和第二厚度。

4. 根据权利要求2所述的放电光源，其特征在于，所述放电室为围绕所述纵向轴线旋转地对称的。

5. 根据权利要求1所述的放电光源，其特征在于，所述电弧管的壁部在所述放电室的第一和第二端处具有不同的第一和第二厚度。

6. 根据权利要求5所述的放电光源，其特征在于，形成所述放电室的壁的一部分包括大体凹表面。

7. 根据权利要求1所述的放电光源，其特征在于，形成所述放电室的壁的一部分包括大体凹表面。

8. 根据权利要求7所述的放电光源，其特征在于，所述凹表面定位在所述放电室的第一端处，并且大体球形部形成在所述放电室的第二端处。

9. 根据权利要求7所述的放电光源，其特征在于，所述电弧管的壁部在所述室的第一和第二端处具有不同的第一和第二厚度，其中，更厚的壁部定位在包括所述凹表面部的壁的第一端处。

10. 根据权利要求7所述的放电光源，其特征在于，所述电弧管的壁部在所述放电室的第一和第二端处具有不同的第一和第二厚度，并且更厚的壁部定位在所述第二端处，并且包括所述凹表面的壁部定位在所述第一端处。

11. 根据权利要求1所述的放电光源，其特征在于，所述放电室为围绕所述纵向轴线旋转地对称的。

12. 一种放电光源，其包括：

电弧管，其具有纵向轴线和形成在其中的放电室；

剂料池区域，其邻近所述放电室的至少一端定位并且至少部分地在所述电极的内终端的轴向外部延伸。

13. 根据权利要求12所述的放电光源，其特征在于，所述放电室的中央部的壁表面比所述剂料池区域的壁表面更接近所述纵向轴线。

14. 根据权利要求12所述的放电光源，其特征在于，所述剂料池区域包括邻近所述放电室的各端的第一和第二部分。

15. 根据权利要求12所述的放电光源，其特征在于，还至少包括配置在所述放电室中的剂料池区域的轴向外部的锥形部。

16. 一种在放电光源中控制冷点的定位的方法，其包括：

提供电弧管，其具有纵向轴线和形成在其中的放电室；

使第一和第二电极定向，所述第一和第二电极具有沿着所述纵向轴线彼此隔开的内终端，并且各电极至少部分地延伸到所述放电室内；并且

使所述放电室形成为围绕垂直于所述纵向轴线的第二轴线非对称的。

17. 根据权利要求16所述的方法，其特征在于，还包括使不同第一和第二厚度的所述电弧管的壁部形成在所述放电室的第一和第二端处。

18. 根据权利要求17所述的方法，其特征在于，还包括使大体凹表面沿着形成所述放电室的壁的一部分形成。

19. 根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述凹表面定位在所述放电室的具有更厚壁的端部处。

20. 根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述凹表面定位在所述放电室的具有更薄壁的端部处。

21. 根据权利要求18所述的方法，其特征在于，还包括在所述放电室的与所述凹表面相对的端部处的大体球形部。

22. 根据权利要求16所述的方法，其特征在于，还包括使大体凹表面沿着形成所述放电室的壁的一部分形成。

23. 根据权利要求16所述的方法，其特征在于，还包括使不同直径的第一和第二大体球形部形成在所述放电室的相对端处。