CN102918628A - 用于高强度放电机动车灯的弧形放电室 - Google Patents

Abstract

一种形成放电灯和合成放电灯的方法，其包括提供具有第一端部和第二端部的电弧管，该第一端部和该第二端部从形成在电弧管端部之间的放电室的中心弓形或曲线部分偏置。电极从第一端部和第二端部延伸，并且至少部分地延伸到放电室中，该放电室为在局部大致旋转地对称的，即，具有在其长度上的大致圆形的截面。优选地，电弧管和放电室具有曲线构型，其中，在操作期间在水平方位上，第一端部和第二端部定位在电弧管和相关放电室的中心部分下方。电极的终端优选地沿着曲线构型的局部轴线。放电室的壁厚可以可选地沿着其纵向范围为恒定或非恒定的。

Description

用于高强度放电机动车灯的弧形放电室

参考共同拥有的共同待决的2010年6月3日提交的美国专利申请系列No.12/793,398、2010年6月3日提交的美国专利申请系列No.12/793,470以及2010年6月3日提交的美国专利申请系列No.12/793,494。

技术领域

本公开涉及电弧管，并且更特别地涉及用于紧凑型高强度电弧放电灯的形成在其中的放电室，并且尤其是涉及由半透明、透明或大致透明的石英、硬玻璃或陶瓷电弧管材料制成的紧凑型金属卤化物灯。特别地，本公开应用在机动车照明领域中。对本公开来说，“放电室”指的是电弧放电正在运行的放电灯的部分，而术语“电弧管”表示要求通过在放电室中刺激电力电弧放电而产生光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(在石英电弧管的情况下)的夹紧密封件，或具有密封玻璃密封部分和外引线(在陶瓷电弧管的情况下)的陶瓷突出端部插头或陶瓷支腿，它们确保放电室的真空气密性加上使放电室中的电极电气地连接于外部驱动电气构件的可能性。

背景技术

高强度金属卤化物放电灯通过使包含在电弧管的放电室中的填料电离而产生光，其中，填料典型地为在惰性气体(诸如氖、氩、氪或氙或它们的混合物)中的金属卤化物和缓冲剂(诸如汞)的混合物。电弧在放电室中在电极的内终端之间被引发，该电极的内终端在大多数情况下在相对端部处延伸到放电室中，并且激励填料。在当前的紧凑型高强度金属卤化物放电灯中，过度配料的量的熔融金属卤化物盐池通常驻留在大体椭圆形或管状的放电室的中心底部位置，该放电室在操作期间布置在水平方位上。该中心底部位置在灯操作期间为放电室的最冷部分，并且因此通常被称为“冷点”位置。过度配料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，该熔融金属卤化物盐池与在放电室内的剂料池上方产生的它的饱和蒸汽热平衡，并且位于冷点处。该熔融金属卤化物盐池阻挡或者过滤掉相当大的量的通过电弧放电发射的光。由此，剂料池通过在剂料池在其上坐落在放电室中的方向上增大光吸收和光散射而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。

照明设备和光学投影系统的设计师和特别是与这些类型的灯相关的机动车前灯的设计师在设计光束形成光学装置时必须考虑这些问题。例如，扭曲的光线被不透明的金属或塑料遮蔽物阻挡，或者光线可在对于应用而言不必要的方向上分布。因为扭曲的光线不参与形成前灯的主光束，并且由于该扭曲光线表示光学系统中的损失，所以穿过剂料膜的这些扭曲光线被大体忽略。

在机动车前灯应用中，这些散射和扭曲的光线用于稍微照亮机动车车辆紧接在前的道路，或者扭曲光线被引导至大大高于道路的路标。由于这些光束收集损失，故装备有紧凑型高强度放电灯的机动车前灯的光学系统的效率典型地不高于大约40%至50%。

由于紧凑型放电灯在瓦数上变得较小，并且还采用减小的几何尺寸，故光源需要解决方案，以便避免光学系统中的这种光收集损失。这将导致实现前灯照明系统的较高照明水平以及较低能量消耗。

因此，存在如下需要：解决与剂料池相关的强阴影效应，和由于来自灯的不平均光强度分布而产生的、对围绕灯设计的前灯光学设备的性能和效率的影响。

发明内容

一种放电灯，其包括电弧管，该电弧管具有沿着电弧管的相似弧形部分形成的弧形放电室。第一电极和第二电极具有内终端，其从相对端部至少部分地延伸到放电室中。在操作期间在水平方位上，因为放电电弧由于作用在放电等离子体上的浮力而在向上方向上弯曲，该放电等离子体具有横跨它的体积的温度梯度，所以具有弧形放电室的电弧管以如下方式定向使得电弧管的形状依照放电电弧的向上弯曲形状，并且因此，放电室的第一端部和第二端部定位在与放电室的中心部分不同的高度处，而填料材料将收集在冷点处，就是说，在放电室的内壁表面的(多个)最冷部分处。

壁厚在一个实施例中沿着电弧管的长度是大致一致的，并且在另一个实施例中可具有非恒定的壁厚。

第一电极和第二电极的内终端部分优选地在大致符合放电室端部的曲线形状的方向上延伸。

放电室的中心部分在截面上等于或略宽于放电室的第一端部部分和第二端部部分处的截面，但是在直径上优选为不大于150%，更优选为不大于130%。

在一个示例性实施例中，在操作期间在水平方位上，放电室的中心部分的底壁顶点定位在放电室的第一端部和第二端部上方。

放电室的局部截面在其长度上为基本上旋转地对称的，优选地具有大致圆形的截面，并且不与电弧管的第一端部和第二端部同轴。

延伸到放电室中的第一电极和第二电极的部分相对于放电室的曲线构型大致平行地延伸。

一种形成放电灯(更优选为高强度金属卤化物放电灯)的方法，其包括提供具有曲线放电室的电弧管，该曲线放电室在实施例中的一些中具有大致恒定的壁厚，并且在其他实施例中具有变化的壁厚，该曲线放电室轴向地布置在同轴的第一密封端部与第二密封端部之间，并且包含可电离填料。第一电极和第二电极分别定位在第一密封端部和第二密封端部中，具有延伸到放电室中的至少部分。

本公开的主要益处为紧凑型高强度放电室中的金属卤化物盐池的受控制位置。

附带益处为，剂料池从放电室的中心部分偏置，并且对光强度和对由灯发射的空间光强度分布具有较小影响，由此导致灯更有效，并且提供更平均的光强度分布。

相关益处为，机动车前灯光学设计师可开发更有效的前灯系统。

为光源中的液体剂料池提供准确位置的又一个益处为有效地解决散射和变色的光线的能力，该散射和变色的光线典型地由透射穿过定位在放电室的冷点处的剂料池的光引起。

本公开的其他特征和益处从阅读和理解下列详细描述将变得更加显而易见。

附图说明

图1为穿过具有弧形放电室的电弧管的优选实施例的纵向截面图。

图2为图1中示出的类型的电弧管的一个端部的放大图。

具体实施方式

首先转向图1，电弧管100包括第一夹紧密封端部102和第二夹紧密封端部104，第一夹紧密封端部102和第二夹紧密封端部104大致平行，并且在该特别实例中，沿着纵向轴线LA同轴地对齐。曲线、弧形或弓形的放电室106布置在密封端部之间，放电室106为在局部旋转地对称的，并且优选地具有沿着在密封端部102,104之间的它的长度的、大致恒定的截面构型。特别地，在示出的示例性实施例中，放电室具有沿着它的长度的大致圆形的截面。第一外引线108和第二外引线110部分地接收在相应密封端部102,104中，并且适合于与电源(未示出)的连接。如果根据石英或硬玻璃高强度放电灯技术来制造灯，则每个外引线108,110例如分别机械且电气地连接于箔片部件112,114，箔片部件112,114在优选配置中为接收在相应密封端部的夹紧密封配置中的钼箔片。第一电极120和第二电极122以大致线性的方式从钼箔片112,114朝向放电室向内延伸(即，如在此处示出的，沿着纵向轴线对齐并且彼此对齐)，并且为笔直的或者可在它们的内终端部分处变弯或弯曲，以大体依照放电室的弓形或曲线路径的开始部分(有时在本文中被称为“局部轴线”)和电弧管的中心部分(见图2)。因此，在由图1和图2描绘的示例性实施例中，电极的内终端130,132相对于电极120,122的剩余外终端部分成角度地布置，电极120,122在该示例性实施例中与密封端部的纵向轴线对齐。此外，对本领域技术人员而言明显的是，电弧管的端部部分处的夹紧密封区段的平面不一定需要位于具有如图1所示的电弧管的中心部分的曲率的平面中。可选地，作为实施例的另一个极端配置，这些平面可为垂直的。还将注意，在使用陶瓷电弧管材料的情况下，这些密封部分的构造是完全不同的，该事实对在电弧管中具有弓形中心部分的基本构想没有任何严重影响。

在图1的实施例中，部分地延伸到放电室中的电极包括与纵向轴线LA大体平行或同轴的第一线性外部分，并且接着，电极成角度或变弯成用于有限距离的第二内部分，该第二内部分沿着放电室的端部的管状部分的局部轴线。可选地，具有笔直线性或未变弯的几何形状的显著长的电极可全部沿着距离延伸，该距离为沿着与放电室的管状端部的局部轴线平行的路径从在放电室的端壁的夹紧密封或端部区域中的它的基点到它的内终端点。在又一个可选示例性实施例中，具有笔直线性或未变弯的几何形状的显著短的电极可全部在沿着与纵向轴线LA平行或同轴的路径的它的长度上延伸，因此偏离放电室的管状端部的局部轴线，但是保持在它的内终端和弯曲底部放电室壁之间的所需距离，以便壁不被热电极过度加热。

可电离的填充材料密封在放电室中，并且响应于在电极的内终端之间引发或形成的电弧达到放电状态，该电弧的引发或形成响应于施加于第一外引线和第二外引线的电压。高强度金属卤化物放电灯的填料通常包括用于启动灯的、在良好限定的压力处的惰性气体成分(诸如氖、氩、氪、氙或它们的混合物)、用于产生可见光的所需光通量和光谱功率分布(颜色)的金属卤化物，并且可包括作为缓冲剂的汞，或者在期望减小填料中的汞的量或者从该填料中完全移除汞时，可不包括作为缓冲剂的汞。典型地，过量的金属卤化物配料材料设置在放电室中。因此，在灯的操作期间，金属卤化物盐剂料的液相位于背景技术中描述的放电室的冷点处。

如在图1中明显的，电弧管的中心部分140的曲线形状设置用于如下配置，其中，放电室的第一端部和第二端部(即，其中，电极延伸到放电室中)在操作期间定位在与在水平方位上的放电室的中心部分不同的高度处。特别地，在图1中，第一端部142和第二端部144中的每一个定位在放电室的剩余部分之下，放电室的剩余部分朝向近似定位在电极之间的中间位置的顶点或最高点向上形成弧形。换言之，电弧管和同样地放电室优选地关于垂直穿过纵向轴线LA的中点延伸的轴线PA对称，但是可不一定总是需要该对称。

此外，放电室具有沿着从第一端部142到第二端部144的长度的通常大致恒定的截面构型。在该特别配置中，放电室具有旋转地对称的局部截面，该局部截面在示例性实施例中为沿着放电室的长度的大致圆形的截面构型。此外，电弧管的外圆周从第一端部到第二端部也为大体恒定的，使得壁146具有在放电室的纵向范围上的大致恒定的厚度。然而，并且如在图1中以虚线148表示的，壁厚在放电室的长度上可为非恒定的，这是因为这允许修改放电室的温度分布。例如，如果电弧管的壁146的上部分的温度对于电弧管材料由于电弧靠近壁表面而在灯的所需使用期限内承受该温度而言变得太高，则室壁可通过沿着壁的选择部分或整个长度增大壁的厚度(如由附图标记148表示的)而冷却，并且由此朝向放电室的端部部分将更多热传导走。同样地，如由图1中的附图标记148表示的，壁的底部部分的中心部分的厚度也可为非恒定的，以从该中心部分的顶部到底部传导更多热。液体剂料在水平操作条件下在室的底部处驻留，并且因此，增大的热流同样地增大剂料材料的蒸汽压力，并且因此提高灯的效能。在非常极端的情况下，通过适当的放电室壁几何形状、截面和热分布，液体剂料可从放电室的中心底部部分完全地蒸发。

使电极的内终端130,132定向成从电极的剩余外部分向上转向，并且大体依照弓形放电室的构型，便于沿着与电极与密封端部的交界面相邻的放电室的这些部分和沿着端部区域142,144形成限定冷点。就这点而论，冷点定位成远离放电室的中心部分，并且位于冷点位置处的液体剂料池不干扰通过放电发射的光。在另一个示例性实施例中，相似冷点状态可利用进入放电室的优选短插入长度的笔直电极来实现，该笔直电极与纵向轴线PA同轴地定向。在这种优选情况下，当冷点定位在电弧室的端部区域142,144处时，通过电弧放电发射的光线的吸收和散射显著地减少，这消除了穿过常规地定位在电弧室的中心底部部分中的冷点处的液体剂料膜的光线的变色的问题，并且还有助于光学设计师以期望的方式更一致地处理和引导光线。较少光由于电弧放电而浪费，从而导致来自灯的给定总有用地发射的光通量所需的较少能量。

还将在图1中认识到，任选凹部150,152可至少特别地沿着放电室的上部分设置在放电室的曲线部分与密封端部的交界面处。虽然本领域技术人员将理解，没有该任选(多个)凹部(还可描述为电弧管沿着其长度的非恒定壁厚)也可有效地处理灯操作，但是这种凹部减少热损失。

电弧管中的弯曲程度或弧度还可被限制。例如，并且如在图1中明显的，在优选实施例中，电弧管的非同轴部分的外壁表面部分与在第一端部与第二端部之间的同轴轴线大致对齐。然而，通常，由于弯曲而产生的最大范围的横向位移使得沿着电弧管的下区域的中心部分的外表面不延伸到纵向轴线LA的上侧。就是说，非同轴或曲线部分的中心上部分的顶点定位在第一端部和第二端部上方，而壁146的中心底部部分的顶点接近灯的纵向轴线LA，但是大体不超过该纵向轴线LA的竖直位置。尽管示出的弯曲程度可改变，但是该弯曲程度为弯曲范围提供大体准则，并且还与在垂直于纵向轴线LA的方向上的最大横向位移相关，该最大横向位移由于纵向轴线LA接收在大体以虚线160表示的保护外壳中而产生。

每个配置通过引导液体剂料到灯的放电室中的位置(该位置将不影响来自灯的光输出)而实现更好的光性能和较高的发光效能。所有这一切在不增加灯功率或施加在灯上的最大热负载的情况下实现。此外，不必扩大灯的保护外壳的外尺寸。通过使剂料池定位在相对端部处，穿过电弧管的中心区域的光强度不再被剂料池的阴影效应影响，从电弧放电灯发射的光的颜色也不被不利地影响。此外，因为空间上更均匀的光强度分布从放电区域提供，所以用于引导光的光学装置(诸如与机动车放电灯应用相关的前灯光学装置)被更容易地处理。弧形或曲线形的电弧管优选地具有在放电室的整个长度上的大致恒定的壁厚，即，放电室的外尺寸依照内形状和围绕电极的基部的这些区域，其中，该电极进入到放电室中。这些端部区域充当用于在操作期间不处于汽相的液体剂料的收集器储槽或收集器。优选地变弯的电极引导电弧远离这些储槽，并且确保冷点的位置是期望的位置。由于电弧管的该独特几何形状，故可增大和重新安置放电室中的冷点的温度。此外，这独特几何形状具有如下优点：因为剂料池重新安置到放电区之外的位置，所以相同光强度优选地以旋转地对称的方式发射。剂料池的位置对光分布具有较小影响，由此使灯更有效率，并且产生更平均的空间光强度分布结果，从而导致来自放电室的中心区域的无阻碍光发射。产生更多光，这意味着来自灯的较高可获得发光效能，并且允许光学设计师开发更有效的光学系统，或者特别是在机动车应用的情况下，允许光学设计师开发较高光收集效率的前灯系统。

当在机动车前灯环境中使用时，弓形或曲线的电弧放电将典型地在大约25瓦与大约60瓦之间操作，并且在水平方位上操作。在完全集成的灯中，驱动电子设备附接于电弧管，以形成单独复杂灯组件。因此，在某些实例中，额定灯功率可考虑或者可不考虑与嵌入式驱动电子设备相关的功率消耗，或者可指的是独立的灯。还不断地期望在放电室中使用可电离填料，当汞被充当填料中的缓冲剂的另一种较小危险物质完全取代时，该放电室具有减小的量的汞，或者甚至是无汞的。因此，弓形电弧管的使用能够完全应用于这种配置，包括除机动车应用之外的使用。

已经参照优选实施例描述本公开。明显地，在阅读和理解前述详细描述之后，其他人将想到修改和变化。例如，在可选实施例中，第一密封端部和第二密封端部可不大致平行于纵向轴线，或者不沿着纵向轴线同轴地对齐。意图是，本公开被解释为包括所有这种修改和变化。

Claims (28)

1.一种机动车放电灯组件，其包括：

电弧管，其具有成大致同轴的关系的第一端部和第二端部以及形成在它们之间的放电室；

第一电极和第二电极，所述第一电极和所述第二电极分别接收在所述第一端部和所述第二端部中，并且至少部分地延伸到所述放电室中；并且

其中，所述放电室具有在其长度上的大致圆形的截面，并且不与所述第一端部和所述第二端部同轴。

2.如权利要求1所述的灯组件，其特征在于，所述电弧管具有在所述第一端部与所述第二端部之间的曲线构型，并且所述放电室具有一致的曲线构型。

3.如权利要求2所述的灯组件，其特征在于，所述放电室的壁具有沿着所述放电室的壁的大致恒定的厚度。

4.如权利要求2所述的灯组件，其特征在于，所述放电室的壁具有沿着所述放电室的壁的非恒定的厚度。

5.如权利要求1所述的灯组件，其特征在于，所述放电室具有沿着所述放电室的大致恒定的壁厚。

6.如权利要求1所述的灯组件，其特征在于，所述放电室具有沿着所述放电室的非恒定的壁厚。

7.如权利要求1所述的灯组件，其特征在于，所述第一电极和所述第二电极以与所述非同轴放电室的端部部分的局部轴线的大致平行关系延伸。

8.如权利要求1所述的灯组件，其特征在于，所述电弧管在大致水平的方位上操作，并且所述第一端部和所述第二端部至少部分地定位在非同轴部分的顶点下方。

9.如权利要求8所述的灯组件，其特征在于，所述电弧管的非同轴部分的外壁表面部分与在所述第一端部与所述第二端部之间的同轴轴线对齐。

10.如权利要求1所述的灯组件，其特征在于，所述电弧管的非同轴部分的外壁表面部分与在所述第一端部与所述第二端部之间的同轴轴线对齐。

11.如权利要求1所述的灯组件，其特征在于，所述灯或它的电弧管额定为以25W的最大值操作。

12.如权利要求1所述的灯组件，其特征在于，所述灯或它的电弧管额定为以60W的最大值操作。

13.如权利要求1所述的灯组件，其特征在于，灯填料是大致无汞的。

14.如权利要求1所述的灯组件，其特征在于，灯填料是无汞的。

15.如权利要求1所述的灯组件，其特征在于，灯填料包含汞。

16.一种机动车放电灯组件，其包括：

电弧管，其具有在第一端部和第二端部处的密封部分，所述密封部分沿着第一轴线大致对齐，并且包封布置在所述端部之间的放电室，所述放电室包含位于其中的可电离填料，所述放电室具有曲线构型和沿着偏离所述第一轴线的它的长度的、大致恒定的壁厚；以及

第一电极和第二电极，所述第一电极和所述第二电极分别具有从在所述第一端部和所述第二端部处的密封部分至少部分地延伸到所述放电室中的部分，用于响应于施加于其上的相关电压来将所述填料激励至放电状态。

17.如权利要求16所述的灯组件，其特征在于，所述电极部分以与所述放电室的曲线构型的端部部分的局部轴线的大致平行关系延伸。

18.如权利要求16所述的灯组件，其特征在于，在水平位置操作，并且其中，所述电弧管和相关放电室的中心部分的顶点定位成比所述第一端部和所述第二端部更高。

19.如权利要求16所述的灯组件，其特征在于，所述放电室具有在其长度上的大致圆形的截面。

20.如权利要求16所述的灯组件，其特征在于，所述放电室具有沿着所述放电室的大致恒定的壁厚。

21.如权利要求16所述的灯组件，其特征在于，所述放电室具有沿着所述放电室的非恒定的壁厚。

22.如权利要求16所述的灯组件，其特征在于，所述灯或它的电弧管额定为以25W的最大值操作。

23.如权利要求16所述的灯组件，其特征在于，所述灯或它的电弧管额定为以60W的最大值操作。

24.如权利要求16所述的灯组件，其特征在于，灯填料是大致无汞的。

25.如权利要求16所述的灯组件，其特征在于，所述灯填料是无汞的。

26.如权利要求16所述的灯组件，其特征在于，所述灯填料包含汞。

27.一种形成机动车放电灯的方法，其包括：

提供具有曲线放电室的电弧管，所述曲线放电室包含可电离填料，并且具有轴向地布置在同轴的第一密封端部与第二密封端部之间的大致恒定的壁厚；以及

使第一电极和第二电极分别定位在所述第一密封端部和所述第二密封端部中，其中，所述第一电极和所述第二电极的至少部分延伸到所述放电室中。

28.如权利要求27所述的方法，其特征在于，进一步包括使所述电弧管定向在水平操作位置，其中，所述电弧管和相关放电室的中心部分的顶点位于所述第一密封端部和所述第二密封端部上方。

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