CN102918627A - 用于高强度放电灯的放电室 - Google Patents

Abstract

一种高强度放电光源包括电弧管(50)，其具有纵向轴线(x)和形成于其中的放电室(106)。该光源包括第一和第二电极(124,126)，其具有沿着纵向轴线彼此间隔开的内终端。每个电极至少部分地延伸到放电室中。放电室变形，使得其内部几何形状关于其纵向轴线(x)为基本上旋转地非对称的，并且相对于由纵向轴线和垂直于纵向轴线且在水平电弧管方位竖直的另一横轴(y)跨越的平面基本上镜像对称，以及相对于垂直于纵向轴线的中心平面基本上镜像对称。在本公开的优选实施例中，放电灯为单端构造且灯的电弧管为双端构型，放电灯具有将电弧管连接到灯头的近端电引线和远端电引线(108,110)，且在水平灯方位，远端电引线在纵向放电室轴线下方行进且与其平行，并且其横向沿着放电室的纵向轴线始终与横向复杂的凹-凸-凹变形表面部分(132,142)的中央凸出部分(132)的横向重合。

Description

用于高强度放电灯的放电室

背景技术

参考共同拥有的、共同未决的、2010年6月3日提交的序列号为12/793398(代理人案号235547)、2010年6月3日提交的序列号为12/793441(代理人案号235549)以及2010年6月3日提交的序列号为12/79347(代理人案号235552)的美国专利申请。

本公开涉及用于紧凑型高强度放电灯的放电室，且更具体而言涉及由半透明、透明或基本透明的石英玻璃、硬玻璃或陶瓷放电室材料制成的紧凑型金属卤化物灯。紧凑型电弧放电灯例如在机动车照明领域中找到特别的应用，但将意识到，选定方面可在遇到关于盐池(salt pool)位置的类似问题和增大从灯组件发射的光通量的一般照明用的相关放电灯环境中找到应用。就本公开而言，“放电室”是指放电灯的进行电弧放电的部分，而用语“电弧管”代表需要通过激发放电室中的电弧放电而生成光所需的放电灯的最小结构组件。电弧管还包含：带有钼箔和外部引线的收缩密封件(pinch seal)(在石英电弧管的情况下)，或者带有密封玻璃密封部分和外部引线的陶瓷突出端塞或陶瓷支腿(在陶瓷电弧管的情况下)，它们确保了放电室的真空气密性以及将放电室中的电极经由伸出电弧管组件的密封部分之外的外部引线而电连接到外部驱动电气构件的可能性。

高强度金属卤化物放电灯通过用在两个电极之间传递的电弧电离填充物而发光，填充物为例如金属卤化物、汞或其替代缓冲备选物以及惰性气体的混合物，惰性气体为例如氖气、氩气、氪气或氙气或者它们的混合物，两个电极在大部分情况下在相反端延伸到放电室中且激励放电室中的填充物。电极和填充物被密封在半透明、透明或基本透明的放电室内，放电室维持被激励的填充物的期望压力且允许所发射的光穿过。填充物(也被称作“剂料”)响应于被电弧气化和激发而发射带有期望光谱功率密度分布(光谱)的可见电磁辐射(即，光)。例如，稀土金属卤化物提供了给予高品质光谱性质(包括色温、显色性和光效能)的广泛选择的光谱功率密度分布。

在当前的高强度金属卤化物放电灯中，例如在机动车气体放电灯中，当放电室在操作期间设置在水平方位时，过度剂量的熔融金属卤化物盐池通常存在于大体椭圆体或管状的放电室的中央底部位置或一部分中。由于熔融盐池的位置总是在放电室的最冷部分，因而这个位置或点常常被称作放电室的“冷点”。过量的熔融金属卤化物盐池在放电室壁的内表面的很大部分上形成薄液体膜层，该过量的熔融金属卤化物盐池与在放电室内的剂料池上方产生的其饱和蒸气热平衡且在该灯的放电室内位于冷点处。在此位置，剂料池通过在剂料池位于放电室内的方向上增加光吸收和光散射来扭曲灯的空间强度分布。此外，剂料池改变穿过剂料池的薄液体膜的光的色调。

又一考虑在于在灯组件中的电引线的影响，电引线用于在放电室中的电极和灯头(lamp base)或灯罩上的电接触点之间形成电接触。灯组件的这些电引线可为伸出电弧管组件的密封区域之外的外部引线的延长部分，或者为牢固地连接到电弧管组件的这些外部引线的额外金属线。在带有双端电弧管构造的单端电弧放电灯中，其中一根电引线比另一根长得多，并且沿着电弧管的长度始终大体平行地从电弧管的近端延伸到远端(如从灯头来看)，以便机械地且电气地连接灯头与电弧管的远端密封部分。就本公开而言，“单端灯”意味着具有单个基座的灯，单个基座包括灯的两个电接触点且安放在灯的特定单个端部处，而“双端电弧管”意味着带有两个电极的电弧管，两个电极位于放电室的相反端。连接到电弧管的远端的该特定远端电引线也对通过电弧放电所发射的光具有强遮蔽效果，因为导向该远端电引线的光线由该远端电引线吸收或散射。存在着以下电弧放电灯构造：其中，该远端电引线延伸到包围该灯的电弧管的保护外封罩的外部且常常被电绝缘材料管覆盖以免在该远端电引线与周围环境之间发弧。在这样的情况下，由于远端电引线的绝缘管覆盖物，远端电引线的增加的有效直径增大了挡光程度。由于不可避免地需要也提供远端电引线来将灯的远端连接到其基座，因而在已知的电弧放电灯中，远端电引线对从电弧管输出的光的这种影响通常是无法避免的。

高强度放电灯采用所描述的灯、电弧管组件和放电室布置，围绕这些类型的高强度放电灯来设计光束形成光学系统和反射器布置的光学设计师必须认识到并解决由液体剂料池和远端电引线导致的两个问题，液体剂料池分布在放电室壁的内表面上，远端电引线与电弧管组件的纵向轴线大体成平行关系且始终沿该纵向轴线延伸。即，光学系统的构造必须解决空间光强度分布扭曲、光线的变色以及这些灯中的所有其它光品质退化后果。例如，在过去和甚至在当代的机动车前灯构造中，扭曲的光线被不透明的金属遮挡物挡住或者光线在对于该应用并不关键的方向上均匀地分布。换言之，一般忽略穿过液体剂料池的这些扭曲光线。因此，由于扭曲的光线并不参与形成投射光学系统的主要光束，因而所发射的光的该部分代表光学系统中的损失。

在机动车前灯应用中，例如，扭曲的光线用于稍微照亮车辆正前方的道路，或者扭曲的光线被导向至正好安放在道路上方的路标。由于这些损失，光学系统的效率通常不高于大约40%至50%。

当紧凑型放电灯的瓦数变得更小且另外采取减小的几何尺寸时，光源需要一种解决方案以便避免光学组件或系统中的此类光学损失。配备了有改进的光束特性的放电灯的改进的光学系统将理想地实现总照明系统的更高的照明水平以及更低的能量消耗。

因此，需要解决与放电室中的剂料池和灯的远端电引线相关联的问题，以及它们由于灯所发射的不均匀和扭曲的空间和色度光强度分布而对围绕灯设计的光学系统的性能和效率的影响。

发明内容

在一示例性实施例中，一种高强度电弧放电灯，例如机动车放电灯，包括电弧管，该电弧管在其中央部分具有包封放电室体积的基本透光的放电室。该灯还包括：第一电极和第二电极，其至少部分地接纳于放电室中且沿纵向轴线由电弧间隙分开。灯的放电室关于通常水平的纵向轴线为基本上旋转地非对称的，但相对于沿着电弧间隙位于基本中途且垂直于纵向轴线的通常竖直的平面基本上镜像对称，并且也相对于包含纵向轴线的第二通常竖直的平面基本上镜像对称。该灯还在其放电室壁中包括中央部分，该中央部分在水平方位形成放电室的下侧且向内变形而形成两个大体上凹入的壁表面部分，两个大体上凹入的壁表面部分包围大体上凸出的部分，大体上凸出的部分作为腔室底部的轴向通道而沿着放电室的纵向轴线延伸。由于这种扭曲的电弧室构造，放电室的该下中央部分优选地沿纵向轴线为大体凸出构型且在横向上为由大体凹-凸-凹部分构成的复杂表面构型。

所述高强度电弧放电灯为单端构造，且其用于电气和机械接触的基座位于该灯的一端，并且该灯的电弧管为双端构型，具有近端电引线和远端电引线(如从灯头来看)以将电弧管的近端和远端电气且机械地连接到灯头。远端电引线还平行于放电室的纵向轴线延伸，且在水平灯方位，在放电室下方完全相同的横向上移位，该横向与大体上凸出的轴向通道的横向重合，轴向通道包含液体剂料池的主要部分且由放电室底部的横向复杂的大体凹-凸-凹表面构型形成。

一种控制单端电弧放电光源中冷点位置的方法包括提供双端构型的电弧管，其在形成于其中的放电室中具有纵向轴线。该方法还包括将第一电极和第二电极定向，第一电极和第二电极具有沿着纵向轴线彼此间隔开的内终端且每个电极至少部分地延伸到放电室中。该方法还包括将放电室形成为关于纵向轴线为旋转地非对称的。

本公开的主要益处为金属卤化物盐池在紧凑型高强度放电室中的受控位置。

另一益处在于，剂料池的遮蔽区域在横向上与远端电引线的遮蔽区域重合，剂料池对光分布具有更小的影响，从而导致更高效的灯且提供更均匀的光分布。而光学设计师可围绕电弧放电灯开发更高效的光束形成光学系统。

在光源中提供预选液体剂料池位置的另一益处是解决散射和变色光线的问题的能力。

通过阅读和理解下文的详细描述，本公开的另外的特点和益处将变得更加显而易见。

附图说明

图1为根据示例性实施例的带有外封壳的放电灯的截面图；

图2为根据示例性实施例的电弧管的截面图；以及

图3为穿过基本上垂直于图1中灯的纵向轴线所截取的电弧管的中央区域的截面图。

具体实施方式

关于图1，根据本公开的示例性实施例，诸如高强度电弧放电灯的光源组件，例如紧凑型低瓦数机动车气体放电灯组件40，并入了电弧管50作为光源。电弧管50安装于外封壳或外护罩60中，且电引线和/或支承件62、64设于电弧管的相反的轴向端部，以机械地支承电弧管并将电弧管电连接到灯组件的基座且最终到外部供应电压(未图示)。在带有双端电弧管构型的单端灯组件构造的情况下，电引线之一(此处示出为电引线62的远端电引线)沿着灯组件的长度延伸，以机械地支承灯的远端且提供到灯远端的电连接。

并入到高强度放电灯例如在图1中示出的紧凑型低瓦数机动车气体放电灯组件中的电弧管的细节在图2至图3中更特定地示出。电弧管50包括设置在中央放电室106的相反轴向端部的第一和第二收缩密封件或密封端部102、104。该示例性实施例中的电弧管优选地由半透明、透明或基本透明的石英玻璃或硬玻璃放电室材料制成。外部引线108、110具有外端部分，其从每个密封端向外延伸以与支承件62、64连接而形成朝向灯头的电引线，或者，外部引线有利地与支承件一体地形成而构成这样的电引线。外部引线的内端部分终止于密封端内且分别与导电板或诸如钼箔112、114的箔机械地且电气地互连，例如在由熔融二氧化硅(石英玻璃)材料制成的电弧管的情况下。第一电极120和第二电极122具有同样与钼箔机械且电气地接合的轴向外端，并且包括至少部分地延伸到放电室106中的内终端部分124、126。电极的内终端由电弧间隙130在与放电室的纵向轴线“X”平行或重合的方向上彼此分开。

响应于施加到第一和第二电引线之间的电压，电弧跨过电极的内终端124、126之间的电弧间隙130而形成。可电离的填充材料或剂料密封地接纳于放电室中且响应于电弧而达到放电状态。通常，填充物包括金属卤化物的混合物。填充物可包括或可不包括汞，因为存在减少汞量或从填充物完全去除汞的日益增加的需求。

如在背景技术中描述的，可电离的填充材料的液相部分通常位于水平设置的放电室的底部。该剂料池不利地影响灯性能、光颜色，并且具有影响从灯发出的光强度和光强度分布的强遮蔽效果。如在图2中显而易见的，放电室关于纵向轴线“X”为旋转地非对称的。另一方面，放电室优选地相对于沿着电弧间隙位于基本中途且垂直于“X”纵向轴线的平面呈镜像对称，并且由皆垂直于纵向轴线“X”的通常竖直横轴“Y”和另一通常水平横轴“Z”跨越。同样，放电室优选地相对于由“X”纵向轴线和垂直于该“X”纵向轴线的“Y”通常竖直横轴所跨越的平面呈镜像对称(参看图3)。

更特定而言，示例性实施例中的电弧管沿着密封端之间的纵向幅度具有大体椭圆体形的外表面构型(图2)。放电室的内表面通常也为椭圆体形且因此电弧管的壁厚围绕放电室的周边基本上恒定，除了沿着包围轴向通道132的下中央部分之外(参看图3以参考)。具体而言，沿着放电室下中央部分的相对壁部从每一侧被向内扭曲、压制或压缩而形成第一和第二大体上凹入的表面134、136和轴向通道，轴向通道带有沿着放电室的“X”纵向轴线延伸的大体上凸出的下截面轮廓132(图3)。凹入表面134、136和凸出轴向通道132优选地相对于由“X”和“Y”轴所跨越的平面呈镜像对称(但电弧室的横截面相对于由“X”和“Z”轴所跨越的平面不对称)，如图3中示出的。放电室壁的扭曲的底部区域在纵向上也形成基本上凸出的过渡表面138、140，过渡表面138、140设置在中央大体凹入区域142的轴向相反端，中央大体凹入区域142在大体平行于“X”轴线的纵向上延伸(参看图2)且也在放电室的相反端形成基本凹入的横向过渡区域，如144(图3)。

由于在放电室下部的扭曲部分所造成的复杂内表面几何形状和在这些区域中放电室的大体更厚的壁部，第一和第二冷点位置148、150在下凸出轴向通道部分132的两侧形成，下凸出轴向通道部分132始终沿着放电室的纵向轴线延伸。更具体而言，这些冷点位置148、150在轴向上在凹入区域142以及凸出轴向通道132的大体相反端，并且类似的冷点位置也可能在横向上在凹入区域如144以及凸出轴向通道132的相反侧上发现。一般而言，存在总共四个形成于放电室的底部相反端的如148、150这样的冷点位置。位于基本上靠近放电室端部的冷点位置148、150和其横向对等物中的液体剂料池仅仅阻挡由电弧间隙中进行的电弧放电所发射的辐射的很小部分(若有的话)。形成于放电室的底部中央部分的凸出轴向通道132也充当放电室的另一个且通常最大体积的冷点区域，并且因此，通常在轴向上延伸但在横向上较薄的熔融剂料池沿着放电室的底部在该凸出轴向通道132中形成。通过提供(多个)预定的冷点位置，光学设计师具有将放置液体剂料池的受控位置，并且适当地考虑开发减小剂料池使光散射和变色的现有技术影响的投射光学系统。

另外，如在图1中所示，细长的远端电引线62优选地相对于灯的电弧管的纵向轴线以横向偏移关系定向，即，与沿着电弧管的纵向轴线“X”成大体平行关系。因为位于液体剂料池旁侧的远端电引线62也形成对从电弧放电灯输出的光的强遮蔽效果，所以优选地将该远端电引线定位于由凸出轴向通道132和四个冷点位置148、150所占据的相同外周区域中，以便对准或协调两个不同的遮蔽效果源。这样，减小了剂料池和远端电引线对从灯组件发射的光的遮蔽效果。

总之，虽然(多个)位置受控剂料池和远端电引线仍然确实对灯的光输出有影响，但剂料池和远端电引线可恰当地对准，使得从放电室导向剂料池的光线同样被导向远端电引线且光强度损失被减小。

将注意到，如果使用陶瓷电弧管材料，则电弧管的密封部的构造完全不同于在图1且特别是在图2中所描绘的实施例的构造材料和几何形状，图1和图2均示出了由石英玻璃(熔融二氧化硅)或硬玻璃基高强度电弧管生产技术生产的实施例。然而，这个事实不对本公开的基本概念有任何严重影响，即构建变形几何形状的放电室，该变形几何形状关于其纵向轴线基本上为旋转地非对称的，相对于垂直于纵向轴线的中心平面基本上镜像对称，并且其下中央壁部优选地沿纵向轴线为大体凹入构型且在横向上为由如图3所示的大体凹-凸-凹部分构成的复杂表面构型。处于基本上垂直于电弧室的纵向轴线的中心平面的图3的截面几何形状在石英或硬玻璃基或陶瓷基高强度放电电弧管生产技术的情况下均是有效的。

本公开提供了如何协调带有双端电弧管构型的水平操作单端电弧放电灯的液体剂料池和远端电引线的遮蔽效果的解决方案。这些效果目前彼此相加且由此显著地降低了灯的效能。其中剂料池与电弧管轴向对准且紧密平行于远端电引线的几何设计提供了比现有技术状态电弧放电灯的几何设计更高效的解决方案。由放电室设计实现提高的灯效能，其中以对称方式向内压制(扭曲)放电室的一侧(此处，在水平操作中，下侧)。这样，当中央底部形成如凹槽或沟时，电弧管的其余部分不受影响。将冷点和剂料池重新定位到放电室中不同的预定位置对光分布具有更小的影响，且因此使得灯更高效且具有更均匀的空间光分布，并且进而允许光学设计师开发更高效的光束形成光学系统，例如用于机动车前灯。

已参考优选实施例描述了本公开。显然，在阅读和理解前述详细描述后，其他人可想到修改和更改。本公开意图被解释为包括所有这样的修改和更改。

Claims (22)

1.一种高强度放电光源，包括：

电弧管，其具有纵向轴线和形成于其中的放电室；

第一电极和第二电极，其具有沿着所述纵向轴线彼此间隔开的内终端，并且每个电极至少部分地延伸到所述放电室中；以及

所述放电室关于所述纵向轴线为基本上旋转地非对称的。

2.根据权利要求1所述的高强度放电光源，其特征在于，沿着所述电弧管的长度的壁厚从第一端到第二端基本上相同。

3.根据权利要求1所述的高强度放电光源，其特征在于，所述放电室相对于与所述放电室的纵向轴线垂直的中心平面基本上镜像对称。

4.根据权利要求1所述的高强度放电光源，其特征在于，所述放电室的中央部分在截面尺寸上与所述第一端和第二端基本上类似。

5.根据权利要求1所述的高强度放电光源，其特征在于，所述放电室的内壁表面的第一中央下部和第二中央下部向内变形而形成复杂表面，所述复杂表面在横向上具有大体凹-凸-凹部分且在轴向上具有处于第一和第二变形部分的大体上凹入的表面和处于所述第一和第二变形部分之间的部分的大体上凸出的表面。

6.根据权利要求5所述的高强度放电光源，其特征在于，所述凹-凸-凹横向部分和所述大体上凹入和凸出的轴向表面关于所述纵向轴线为基本上旋转地非对称的。

7.根据权利要求5所述的高强度放电光源，其特征在于，所述凹-凸-凹横向部分相对于由所述纵向轴线和垂直于所述纵向轴线且在水平电弧管方位竖直的另一横轴所跨越的平面基本上镜像对称，并且所述凹入和凸出轴向表面也相对于垂直于所述纵向轴线的中心平面基本上镜像对称。

8.根据权利要求1所述的高强度放电光源，其特征在于，在水平电弧管方位，所述放电室的上侧和下侧沿着所述纵向轴线基本平行。

9.一种控制高强度放电光源中的冷点的位置的方法，包括：

提供电弧管，所述电弧管具有纵向轴线和形成于其中的放电室；

将第一电极和第二电极定向，所述第一电极和第二电极具有沿着所述纵向轴线彼此间隔开的内终端且每个电极至少部分地延伸到所述放电室中；以及

将所述放电室形成为关于所述纵向轴线为旋转地非对称的。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括：形成沿着所述放电室的长度从所述放电室的第一端到第二端有基本相同厚度的所述电弧管的壁部。

11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括：将所述放电室形成为相对于与所述放电室的纵向轴线垂直的中心平面基本上镜像对称。

12.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括：将所述放电室的中央部分形成为在截面尺寸上与所述放电室的第一端和第二端基本上类似。

13.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括：使所述放电室的内壁表面的第一中央下部和第二中央下部向内变形而形成复杂表面，所述复杂表面在横向上具有大体凹-凸-凹部分且在轴向上具有处于第一和第二变形部分的大体上凹入的表面和处于所述第一和第二变形部分之间的部分的大体上凸出的表面。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，还包括：将所述大体凹-凸-凹横向部分和所述大体上凹入和凸出的表面形成为关于所述纵向轴线为基本上旋转地非对称的。

15.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，还包括：将所述大体凹-凸-凹横向部分形成为相对于由所述纵向轴线和垂直于所述纵向轴线且在水平电弧管方位竖直的另一横轴所跨越的平面基本上镜像对称，以及将所述大体上凹入和凸出的表面形成为相对于垂直于所述纵向轴线的中心平面基本上镜像对称。

16.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括：将处于水平电弧管方位的所述放电室的上侧和下侧形成为沿着所述纵向轴线基本上平行。

17.一种高强度放电灯，包括：

透光的电弧管，其包封放电室；

第一电极和第二电极，其具有延伸到所述放电室中且由电弧间隙分开的内终端；

所述放电室关于纵向轴线为基本上旋转地非对称的且相对于与所述放电室的纵向轴线垂直的中心平面基本上镜像对称；并且

其中，所述放电室的内壁表面的第一中央下部和第二中央下部向内变形而形成复杂表面，所述复杂表面在横向上具有大体凹-凸-凹部分且在轴向上具有处于第一和第二变形部分的大体上凹入的表面和处于所述第一和第二变形部分之间的部分的大体上凸出的表面。

18.根据权利要求17所述的高强度放电灯，其特征在于，所述大体凹-凸-凹横向部分和所述大体上凹入和凸出的表面关于所述纵向轴线为基本上旋转地非对称的。

19.根据权利要求17所述的高强度放电灯，其特征在于，所述大体凹-凸-凹横向表面相对于由所述纵向轴线和垂直于所述纵向轴线且在水平电弧管方位竖直的另一横轴所跨越的平面基本上镜像对称，以及将所述凹入和凸出表面形成为相对于垂直于所述纵向轴线的中心平面基本上镜像对称。

20.根据权利要求17所述的高强度放电灯，其特征在于，所述放电室的内壁表面在横向上为由凹入部分包围的基本凸形，且在所述凹入横向部分为基本凹形，并且沿着纵向在被包围的凸出横向部分为基本凸形。

21.根据权利要求17所述的高强度放电灯，其特征在于，所述放电灯为单端构造且所述灯的电弧管为双端构型，所述放电灯具有将所述电弧管的近端和远端机械且电气地连接到灯头的近端电引线和远端电引线，并且，在水平灯方位，所述远端电引线在所述纵向放电室轴线下方行进且与其平行，所述远端电引线的横向沿着所述放电室的纵向轴线始终与所述放电室下部的横向复杂的凹-凸-凹变形表面部分的中央凸出部分的横向重合。

22.一种将根据权利要求21所述的高强度放电灯提供为属单端构造且具有双端构型的电弧管的放电灯的方法，将所述放电灯形成为具有近端电引线和远端电引线以将所述电弧管的近端和远端机械且电气地连接到灯头，并且在水平灯方位使所述远端电引线在纵向放电室轴线下方行进且与其平行，以及将所述远端电引线在横向上定位成沿着所述放电室的纵向轴线始终与所述放电室下部的横向复杂的凹-凸-凹变形表面部分的中央凸出部分的横向重合。

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