具有顶拱和箔片点火辅助设备的高强度放电灯的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种高强度放电灯，所述高强度放电灯包括电绝缘电弧管(14)，所述电绝缘电弧管包括具有内部放电区域的中央部分(38)和各自从所述中央部分的端部延伸的两个支腿(42)。所述中央部分(38)的大小大于所述支腿。导电体(28,30)延伸穿过每个所述支腿并且在所述放电区域中彼此隔开。透光外壳(12)用于封装所述电弧管。框架构件(18)电附接到一个所述导体(30)。点火辅助设备包括导电箔片(73)，所述导电箔片设置在一个所述支腿周围并且与所述框架构件(18)电接触。设置成与所述箔片电接触的导电顶拱(75)位于所述中央部分之上或者附近。
【专利说明】具有顶拱和箔片点火辅助设备的高强度放电灯
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种高强度放电灯，确切地说，涉及用于此类灯中的点火辅助设备。
【背景技术】
[0002]击穿速度以及启动自持放电所需的电子数不同，但是低压放电(例如，荧光灯)或高压放电(电弧放电灯)的潜在击穿机构相同。放电发生在给定电势相反的两个导体之间。导体之间的空间通常包含气体，并且已采用各种措施通过将气体封装在密闭容器中来维持其质量/纯度。放电的主要最终结果是在两个导体之间形成等离子体。等离子体被定义为导电介质，包含等比例的电子和离子，能够通过其他绝缘材料传导电流，即，初始状态下为气体的材料。
[0003]首先，电弧管中所含的气体不导电。如果向导体上施加电势，则将产生一种有利情况，即，使外层轨道电子与气体原子脱离从而产生自由电子，气体中的自由电子将通过导体之间产生的电场加速，并且通过气体原子之间的碰撞产生更多电子，这些电子再得到电离。如果电场足够高，则所产生的每个电子将通过与气体原子和离子的非弹性碰撞产生额外电子，并且形成电子雪崩。此类雪崩将产生放电。但是，需要几千伏的电势才能利用电场使得气体原子发生简单介电击穿，从而产生此类电子。电势越高，所需的外部电气电路就越昂贵，并且可能不具备商业可行性。外套和灯头接口区域内也可能发生不利击穿。
[0004]商业应用放电采用额外的自由电子源，因此不需要产生此类高电压来启动放电。此类外部电子源可以是受热灯丝，使用始终存在的宇宙射线，或者通过放射性衰变提供电子源。除非使用其他方法来减小击穿电压，否则受热灯丝不适用于高强度放电(HID)灯，而宇宙射线背景辐射不足以大幅减小对点火所需极高电场的需要。
[0005]对于通过放射性衰变提供电子源，过去通常用于HID电弧管内的是放射性气体，例如Kr85，大多数衰变产物是β粒子(B卩，电子)。Kr85的半衰期是10.8年，99.6%的衰变产物是最大动能为687千电子伏的β粒子(S卩，电子)。这些电子具有极高能量，在许多方面是理想的自由电子源，因此广泛用于这些应用中。但是为了通过放射性衰变提供足够的这些高能电子，HID灯中必须使用足够数量的此类气体。
[0006]由于这些灯中存在Kr85，因此减小了对在导体上提供极高电势的需求，从而使得外部电路(镇流器)和系统设计更为简单和更成本有效。典型应用通过镇流器使用的放射性气体能够在极短期间内提供高电脉冲，通常是在毫秒(微秒)范围内，因此能够有效地形成上述电子雪崩。但是，近期UN2911政府规章对灯中所用的放射性Kr85量做出了限制。这些规章禁止HID灯制造商大量使用上段中所述的先前已投入使用的Kr85气体。
[0007]所属领域中已设计出多种点火辅助设备来改进高强度放电灯的点火。第2002/0185973号美国专利申请公开案中公开了一种灯，其中导线缠绕在电弧管及其中心体的两条支腿上，作为点火辅助设备和保护壳，但是不连接到电极上。另一个参考是第5，541，480号美国专利案，其中公开了一种点火辅助设备，其中涂覆在电极之间的恒定直径电弧管外表面上的导体连接到与电极接触的导电框线上。第6，222，320号美国专利案中公开了一种灯点火辅助设备，其包括电弧管，所述电弧管具有中心体部分以及从所述中心体部分延伸的较小直径支腿，其中与接触一个电极的导电框线接触的导体仅与电弧管的中心体部分接触。
【发明内容】
[0008]所属领域中需要减小HID灯中的Kr85含量，但是这可能对放电启动产生严重后果，因此导致性能不可接受。本发明描述了一种用于消除减小Kr85气体含量的这种缺点的装置。
[0009]应认识到，诸如上、下、顶部、底部、右、左等术语是相对性的，会随着灯的定向而变。这些术语用于帮助理解本发明，不得用于限制由权利要求书定义的本发明。
[0010]总的来说，本发明的特征是一种高强度放电灯，所述高强度放电灯包括电绝缘电弧管，所述电绝缘电弧管包括具有内部放电区域的中央部分以及各自从所述中央部分的端部延伸的两个支腿。所述中央部分的大小(例如，直径)大于所述支腿。导电体延伸穿过每个所述支腿并且在所述放电区域中彼此隔开。透光外壳用于封装所述电弧管。框架构件电附接到一个所述导体。点火辅助设备包括导电箔片和顶拱。所述箔片设置在一个所述支腿周围并且与所述框架构件电接触。与所述箔片电接触的导电顶拱位于所述中央部分之上或者附近。
[0011]对于具体特征，每个所述支腿可以包括狭长部分以及大小较大的插塞部分，所述插塞部分接纳在所述中央部分端部的开口内。一方面，所述顶拱可以是所述箔片的组成部分。作为所述箔片的组成部分的所述顶拱可以与所述插塞部分隔开。另一方面，所述顶拱包括在所述中央部分端部上的顶拱涂层。所述顶拱涂层的厚度可以小于所述箔片。所述顶拱涂层可以设置在所述插塞部分上形成所述顶拱；涂层还可以从所述顶拱涂层延伸到与所述箔片接触(例如，位于下方)的一个所述支腿上。所述顶拱或顶拱涂层可以包括大体从所述箔片向外延伸的多个肋条。所述肋条可以是各种形状，包括但不限于三角形、圆形、矩形或梯形。所述箔片可以仅在所述箔片的一端处电附接到所述框架构件，例如通过焊接实现，而保持所述箔片的另一端处于未附接状态。或者，所述箔片可以在一端处附接到所述框架构件，例如通过焊接实现，并且可以在位于两端之间的所述箔片的中央部分缠绕在所述支腿上之后在另一端处电附接到其自身(例如，通过焊接实现)。若不使用焊接，所述箔片可以通过皱缩压制或钎焊等所属领域中已知的其他方法来附接到所述框架构件及其自身。
[0012]惰性气体混合物和特定剂量的水银和金属氯化物可以密封在所述放电区域中。放电区域内存在的包含氩气和氙气的所述惰性气体混合物以及Kr85气体可以具有不大于
0.16MBq/升的活性浓度。所述箔片和所述顶拱可以由选自以下群组的基底金属构成:Nb、Mo、Ta、Pt、Re、W、N1、Fe及其组合，或者任意所述基底金属与由一种或多种所述基底金属构成的镀层的组合。所述导电体可以包括要施加电压的第一导体以及第二导体(例如，可以接地)。例如，所述第一导体处于正电势，而所述第二导体处于负电势。所述框架构件电连接到所述第二导体，并且所述箔片设置在一个所述支腿周围但是与所述第一导体电绝缘。所述箔片的厚度可以在0.05mm到0.2mm之间，尤其是在0.05mm到0.15mm之间。所述顶拱涂层的厚度可以不超过0.03mm。所述中央部分中被所述顶拱涂层覆盖的端面面积百分比可以从15%到100%，尤其是从40%到100%，尤其是从15%到80%，尤其是从40%到80%。此表面面积包括被所述插塞部分覆盖的面积，包括弯曲部分以及位于电弧管支腿的扁平锥形部分处的端部。相邻肋条之间的角度α在0?到15?的范围内。肋条数量η在I到20的范围内。每个肋条的长度Lrib在电弧管中央部分的外直径的10%到70%的范围内。平行于电弧管支腿延伸的中心轴的平面与每个肋条之间的角度β在10°到80°的范围内。所述箔片应与不弯曲的支腿表面接触。所述箔片应与所述支腿表面接触对齐，但是不应延伸到所述插塞部分的弯曲部分。所述顶拱部分以非接触式方式覆盖所述弯曲部分并且延伸到其之外。所述箔片部分以大体上与所述支腿接触的方式完全缠绕在所述支腿表面上。但是，在实践中，缠绕在所述支腿上的箔片部分可能不与所述支腿接触。
[0013]可以从附图以及以下【具体实施方式】部分了解许多额外的特征、优点并且更全面了解本发明。应了解，以上本发明的简要说明是在广义上描述本发明，而以下本发明的【具体实施方式】更具体地描述本发明并且陈述多个实施例，这些实施例不应视作权利要求书中定义的本发明的必要限制。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1是本发明的单端高强度放电灯的侧视图，其中所述单端高强度放电灯具有箔片和顶拱点火辅助设备；
[0015]图2Α是图1所示灯的纵剖截面图；
[0016]图2Β是图2Α所示电弧管的放大截面图；
[0017]图3是本发明的双端高强度放电灯的侧视图，其中所述双端高强度放电灯具有箔片和顶拱点火辅助设备；
[0018]图4是具有箔片和一体式顶拱的电弧管的透视图；
[0019]图5是图4所示电弧 管的端视图；
[0020]图6到图8是电弧管的端视图，其中示出了具有不同肋条形状的箔片和一体式顶拱；
[0021]图9是具有涂层顶拱和箔片的电弧管的透视图；
[0022]图10是具有涂层顶拱和箔片的电弧管的端视图；
[0023]图1lA是具有涂层顶拱和箔片的电弧管的透视图，其中所述箔片具有唯一形状的肋条；以及图1lB是使用图1lA中的相同涂层顶拱和箔片的透视图，但是其中的箔片从支腿的中心沿与图1lA中所示切向相反的方向向所述框架构件延伸；
[0024]图12是图1lA和图1lB所示顶拱和箔片的截面侧视图；
[0025]图13是电弧管的按比例绘制视图，所述电弧管具有用于模拟实例中所述Emax的部件；
[0026]图14是示出Emax与肋条之间角度α以及实例中所述肋条数量η的函数图；
[0027]图15是Emax与肋条从平行于电弧管支腿中心轴延伸的角度β以及实例中所述肋条长度Lrib的函数图；
[0028]图16Α是Emax与电弧管中被涂层顶拱覆盖的外直径百分比h%的函数图；以及图16B示出了电弧管中央部分一端上的不同顶拱涂层百分比h%的端视图；以及
[0029]图17针对具备该图中所 示设计的不含点火辅助设备的参考电弧管、具有顶拱和箔片的电弧管以及具有涂层顶拱和箔片的电弧管，示出了相关击穿电压实例。【具体实施方式】
[0030]参见图1，陶瓷金属卤化物高强度放电灯10包括封装电弧管14的外护罩或灯泡12。这是电触点仅位于灯的一端上的单端灯。导电框架构件或导线16、18嵌入外灯泡12一端处的玻璃夹紧部分20内。从外灯泡12外部的触针24延伸的引线22通过位于夹紧部分20内的导电箔片26电连接到框架导线16、18。每个箔片26焊接到一个引线22以及一个框架导线16、18。导电馈通28、30延伸到电弧管的每一端内。下馈通28焊接到短框架构件16，而上馈通30焊接到长框架构件18。上馈通30向上延伸过与长框架构件18的连接点并且通过与外灯泡玻璃的部分32接触来固持在适当位置，其中所述部分32已在制造过程中部分熔化在馈通30的周围。长框架构件18在靠近外灯泡12的侧壁36处沿电弧管的长度延伸，但是与电弧管14的侧面34隔开。框架构件16、18由刚性导线构成，并且将电弧管14支撑在外灯泡12内部，以免其移动。
[0031]参见图2B，电弧管14包括直径恒定的管形中央桶状部分38以及在所述桶状部分两端的开口 40。两个支腿或毛细管42从中央部分38延伸。电弧管主体和支腿可以由诸如多晶氧化铝等透光陶瓷材料构成。每个支腿42可以包括凸缘44以及凸台46，所述凸台从所述凸缘经由中央部分的开口 40延伸到桶状部分38的内部放电区域48内。弯曲到凸缘外周的支腿部分称为插塞部分47。插塞部分47的覆盖区域是指位于箔片与电弧管中央区域的外直径之间的插塞部分外表面。所述支腿各自包括内部凸缘表面50和外部凸缘表面52，内部凸缘表面50与圆柱形桶状部分38的侧面54邻接。应认识到，本说明书中所述的本发明适用于各种电弧管设计，包括中央部分、支腿和插塞部分。支腿42包括沿其长度延伸的通道56。导电馈通28、30延伸到通道56内并且电连接到放电区域内彼此隔开的电极58。馈通28、30具有导电性。在一个实例中，铌馈通部分60从支腿外部延伸到远离中央部分38的支腿远端部分62。铌馈通部分60电连接到钥馈通部分64，该部分可以包括其上缠绕有材料的中央导线。近端支腿部分66位于中央部分38并且连接到钥馈通，该部分是电极58的钨部分68，包括缠绕在其上的导电材料并且具有尖端70。围绕馈通部分64和钨部分68的线圈由与所缠绕导线相同的材料构成。所属领域中的技术人员在阅读本说明书时应认识到，可以在不脱离本发明范围的情况下对馈通和电极设计和成分做出各种更改。玻璃粉72用于支腿42的通道56内部围绕铌馈通和钥馈通部分处，以在向其内填充电离材料之后以气密方式密封电弧管。
[0032]箔片73 (或箔片部分)设置在电弧管支腿42周围，例如，设置在钥馈通部分64所在的位置处。顶拱75在电弧管中央部分38附近从箔片73延伸，即，沿插塞部分47延伸但与其隔开。在本实施例中，顶拱75和箔片73—体成形。所述箔片和顶拱可以由选自以下群组的基底金属构成:Nb、Mo、Ta、Pt、Re、W、Ni及其组合，或者任意上述基底金属与由一种或多种所述基底金属构成的镀层的组合。所述镀层可以改进所述箔片的可焊性。
[0033]参见图3，第二实施例的陶瓷金属卤化物高强度放电灯80包括封装电弧管84的外护罩或灯泡82。这是触点位于灯两端上的双端灯。导电端框架构件86、88嵌入外灯泡82的每个对立夹紧部分90处的玻璃内。外灯泡外部的触点92电连接到位于夹紧部分90内的导电箔片94。每个箔片94焊接到安装到一个触点92内的连接器以及一个端框架构件86、88。箔片与触点之间的电连接未图示。导电馈通96、98延伸到电弧管84的每个支腿95内。下馈通96焊接到中央框架构件89，所述中央框架构件在外灯泡侧壁102附近沿电弧管的长度延伸，但与电弧管100的侧面隔开。框架构件86、88、89由刚性导线构成，并且将电弧管84支撑在外灯泡82内，以免其移动。中央框架构件89电连接到延伸到电弧管84内的一个导体(馈通96)，并且将箔片104支撑在电弧管另一个支腿上的另一个导体(馈通98)周围，同时与该导体电绝缘。顶拱105与所述箔片一体成形。第一实施例中的灯电弧管14及其馈通28、30具有与电弧管84及其馈通96、98相同的特征。箔片104与顶拱105—体成形并且与电弧管中央部分38隔开，即，沿插塞部分47延伸但与其隔开。在阅读本说明书时应认识到，第一实施例和第二实施例中的灯(图1到图3)应包括下述的涂层顶拱和箔片，而不是附图中所示的一体式顶拱和箔片。
[0034]放电区域48 (图2B)内填充有电离材料，包括惰性气体混合物(例如，包括氩气或氙气或者其混合物)、金属卤化物和水银。氪-85 (Kr85)气体也能够以减少到符合政府规章的量用于放电区域内；例如，放电区域内由惰性气体混合物(包括氩气和/或氙气)和Kr85气体构成的混合物可以具有不超过0.16MBq/升的活性浓度。在室温下，电弧管内气体的成分可以是IS气和/或氣气以及氪气和一定量的水银。例如，灯内的剂量可以包括5.7mg的Hg以及以下(重量百分比)的金属卤化物:51.2%Na1、6.8%T11、16.6%LaI3以及25.4%CaI2。例如，这些卤化物的总剂量重量可以是12mg。
[0035]供应到触点的电流通过框架构件和馈通到达电极，并且在电极之间产生电弧。通过镇流器向一个电极(例如，连接到图2A中的馈通28的电极)施加交流工作电压，而另一个电极处于相反的电势。连接到图2A中的馈通30的电极可以接地。通过镇流器向灯施加点火电压脉冲和RMS工作电压。应认识到，上述一个电极可以与相对于图2A和图3图示和描述的电极相反。例如，连接到馈通30的电极可以从镇流器接收全施加电压，而连接到馈通28的电极接地。或者，施加到灯的电压可以是浮动电压，即，可以在交流周期中向每个电极施加电压(相等，但是相反)。
[0036]箔片和顶拱点火辅助设备用于改进灯的点火。点火辅助设备包括导电箔片(或箔片部分)73、104，所述导电箔片紧固到框架构件(18、89)并且围绕在电弧管的支腿42、95中延伸于该支腿内的馈通周围。所述箔片通过电弧管支腿的电绝缘陶瓷材料与所围绕的馈通隔开并电绝缘。尽管意图不受理论约束，但是据信，箔片(73、104)和顶拱75、105以及电弧管支腿内的馈通(以及/或者电弧管中央部分内的电极)以及电弧管支腿内的不导电气体用作电容器。通常，在附图所示点火辅助设备的相对端处或者电弧管的中央部分处没有围绕电弧管支腿的导电体。例如，转向图1，在本实例中，上支腿42或桶状部分38上没有导电体。但是，所述箔片可以延伸在另一个支腿或触点周围或者与该处的顶拱一体成形，但是此灯应在灯的另一侧设有与其连接的另一个框架构件。尽管所述箔片和顶拱通常设置在下电极的近端(图1)，但是它也可以如图3所示设置在上电极的近端。所述顶拱通常与电弧管中央部分隔开，因为顶拱和中央部分接触可能导致电弧管过热并断裂。
[0037]一方面(图1到图8)，顶拱75、105设计成上述箔片73、104的组成部分。参见图4，箔片部分应具有缠绕在支腿上的矩形条79的形状，并且所述顶拱应从箔片部分切下并以角度β弯曲(图2Β)。矩形条79包括:第一端部分81，所述第一端部分电附接到框架构件18 ;以及第二端部分83，所述第二端部分电附接或不电附接到箔片中央部分85。所述顶拱可以具有各种形状，包括从矩形条79径向向外延伸的薄片或肋条77，其中肋条之间存在空间。肋条77可以是矩形(图6)或者梯形(图5)、圆形(图7)或者甚至是三角形(图8)，以便顶拱呈星形。如图2B所示，肋条77以角度β从平行于电弧管和支腿部分沿其延伸的轴的线L径向向外延伸。肋条的长度为L-。如图5所示，α是肋条之间的角度。具体来说，在电弧管的侧视图中，径向参考线r从电弧管支腿的中心点沿相邻肋条的中心线径向向外延伸。这些径向参考线之间的角度为α。
[0038]参见图9到图12，在另一个方面中，所述顶拱可以形成为薄“顶拱涂层”110，位于电弧管端部上，例如电弧管支腿42的插塞部分47上。应认识到，电弧管可以采用不同设计，以便端部是中央桶状部分的一部分，而不是支腿的一部分。顶拱涂层110可以是环状并且覆盖电弧管中央部分的端部表面的一部分或几乎全部，例如，支腿的插塞部分47。顶拱涂层110覆盖插塞部分47的一部分，围绕扁平锥形支腿，使得顶拱涂层成环形。顶拱涂层110可以是不同厚度h的环(图9和图10)。顶拱涂层110的一部分从插塞部分延伸到电弧管支腿上，并且随着箔片114缠绕在支腿上，箔片114的矩形部分112设置在该涂层上方并与其接触，以便所述箔片与所述顶拱涂层电接触(图12)。顶拱涂层110可以包括辐条、肋条或尖纟而116，例如尖头(通常为二角形)尖纟而，从而形成图1lA和图1lB中所不的星形。所述顶拱涂层还可以包括环形体部分，所述环形体部分具有从其向外延伸的尖端，如图17所示(涂层顶拱和箔片)。Emax随着顶拱涂层所覆盖的表面积增加而增加。要增加Emax，可以增加辐条、肋条或尖端116的长度或总面积。覆盖面积与Emax成比例。要增加Emax，可以增加辐条数以增大延伸到凸缘的面积或者制造距离h更大(图9和图10)的固体环形盖(不含肋条)。
[0039]可以看出，箔片可以通过不同方式从电弧管支腿延伸到框架构件18、89。如图1lA所示，所述箔片从电弧管支腿的切线延伸。相反，在图1lB中，箔片从电弧管支腿的中心附近延伸。在这两种情况下，箔片的一端可以通过焊接来电附接到框架构件18、89，箔片中央部分可以缠绕在支腿上并且箔片的另一端可以通过焊接来电附接到其自身。在这两种设计中，箔片大体上完全围绕电弧管支腿。应认识到，本段中所述的这些特征同样适用于箔片与顶拱一体成形的设计(图1到图8)。
[0040]箔片矩形条的宽度w (图12)有利地为至少1.0mm、至少1.5mm，或者更具体地，在1.0mm到4.0mm> 1.0mm到3.0mm或者1.0mm到2.0mm的范围内。箔片宽度上限是箔片宽度不得过大以至于其覆盖电弧管支腿中设有密封玻璃料的部分，因为这可能使得密封部分过热，导致密封或支腿断裂。此外，箔片宽度不得过大以至于其与插塞部分接触，导致电弧管过度冷却。
[0041]以下描述箔片和顶拱进一步强化了灯启动现象的原因。为便于说明，传统放电灯不具有启动辅助设备，而是包含Kr85气体和Ar气体。镇流器用于在电弧管气密密封放电区域内所含的电极之间施加高电压瞬态脉冲。传统放电灯中所用的Kr85气体浓度相对加高，超出了现行政府规章(例如，3MBq/l到lOMBq/Ι)，以便在此类灯的额定寿命中可靠地启动放电。传统放电灯中产生的电场定义为电极之间的施加电压/间隙。电极之间的间隙越大，电场越小。电场越小，可靠启动放电的难度越大，即使存在Kr85气体和镇流器提供的高电压电脉冲也是如此。参见图2A和图13，包括图示的本发明箔片和顶拱启动辅助设备，例如，由于所述间隙现在位于箔片/顶拱与相邻电极之间，灯中的电场得以大幅增大。此间隙远小于电极之间的间隙，因此电场大幅增大，并且更易于产生电子雪崩。基本上，上电极已替换为箔片和顶拱，因为箔片和顶拱电连接到上电极。
[0042]现在将参考以下实例来描述本发明的灯，这些实例提供了更具体的信息，而这些信息不得用于限制权利要求书中所述的本发明。
[0043]实例
[0044]在以下实例中，按以下方式执行Emax模拟。使用与布达佩斯大学协同开发的ComsolMultiphysics2010软件生成适用于陶瓷金属卤化物放电灯的数据，以使用有限元分析进行静电计算。软件输入值是描述图13中所述39W灯的电弧管几何形状的参数、材料性质以及IkV的施加电压。图13中所示的电弧管和导体是按比例绘制，放电区域内的电极之间的距离为4.30mm。几何形状已针对这些计算进行简化，例如电极上不使用线圈。支腿上的馈通导体以及放电区域内的电极视作由相同材料构成。有限元分析用于基于这些输入值计算电场。
[0045]通过有限元分析(finite element analysis)解出的放电几何区域内的麦克斯韦方程式如下:
[0046]高斯定律:▽D = p，
[0047]电势: E= - ▽ V;
[0048]结构关系:D=ε0ε rE,
[0049]其中上述方程式得出了以下针对V解出的微分方程式:
[0050]
V (ε0εr ▽ V) = O,
[0051]其中V是电势，ε0是真空的介电常数，L是给定建模空间内材料的介电常数，▽是笛卡尔坐标系内3个方向的方向导数(δ/δx)/(δ/δy)/(δ/δz)，并且P是自由电荷的体积
密度
[0052]所述软件使用各种数值解算程序运行有限元分析以及自适应网格划分。交流/直流模块提供用于模拟二维和三维电磁问题的环境。所述软件使用不含运动电荷的静态建模。使用在受电电极尖端处规格化的标量值来衡量电场。Emax是受电电极尖端处的电场，以V/m为单位。箔片近端电极视为受电电极，而另一个电极处于零电势。未受电电极、箔片和框架构件视为接地元件。指定气体的εr值为1、陶瓷的εr值为10，而真空空间的εr值为1。
[0053]实例1
[0054]图14示出了使用上述模拟得出的Emax计算图，其中示出了肋条之间角度α以及肋条数量η的并用效果。此模拟中所用的点火辅助设备是一体式顶拱和箔片。如果增加α并且保持其他所有参数恒定，则可以观察到Emax减小。顶拱的总表面积是产生较高级别Emax的影响因素。如果角度α恒定并且n增加，则肋条宽度将增加并且表面积也将增加，致使Emax增加。N=O是指不含肋条的固体涂层。
[0055]如图14所示，理想的运行参数在于，α在从O到15°的范围内，尤其是在I到V的范围内，n在从1到20的范围内，尤其是在从5到15的范围内。
[0056]实例2[0057]参见图15，Efflax计算为肋条长度与肋条角度β的函数。Emax也与顶拱表面积成比例。在此模拟中，点火辅助设备包括与箔片部分一体成形的顶拱部分。β角度定义了位于中央部分端部处的陶瓷插塞部分表面与顶拱肋条之间的间隙。它还涉及受电电极与顶拱之间的距离。图15所示的图表显示，如果缩小顶拱与受电电极之间的距离(β值较小)，Emax将增大。可以从这些计算中得出逻辑结论。要增大Emax，顶拱部分的表面积应增大并且定向在受电电极的尖端附近。根据这种思维方式，陶瓷电弧管插塞部分的末端应直接被导电涂层覆盖，该涂层的作用类似于顶拱箔片的顶拱部分。此解决方式是涂层顶拱箔片设计。
[0058]从图15中可以看出，减小角度β以及增大肋条长度Lrib可以增大Emax，其中β在从40°到90°的范围内，而Lrib在从0.5mm到3.0mm的范围内。Emax越大，灯的点火性能越好。理想的运行条件在于，Lrib在从位于箔片外部的电弧管端部(例如，插塞部分)的外直径的10%到70%的范围内，尤其是在从30%到70%的范围内，β在从10到80°的范围内，尤其是在从30到60°的范围内。
[0059]实例3
[0060]参见图16Α和图16Β，还通过计算与涂层表面积成函数关系的Emax值来模拟涂层顶拱箔片设计。涂层表面积表示为‘h’％参数，其定义了涂层外直径与箔片外直径之比，如图
9、图10和图16B所示。图16仅示出了 Emax随涉及表面积的参数h变化的趋势。此函数可以随涂层表面形状的不同而异。通过使用这种涂层技术，可以通过全覆盖侧面端部(图16A和图16B中的h=100%)来大幅增大Emax。尽管采用全覆盖的此启动辅助设备设计能够随着涂层表面的增大而得到最高Emax和最佳灯点火性能，但是这可能导致电弧管上产生有害热效应并且可能减少电弧管的光输出。
[0061]实例4
[0062]以下的图17和表1示出了标准低功率金属卤化物灯的计算所得Emax值与测量击穿电压之间的关系。通过模拟建模计算Emax值，而在实际灯上测量击穿电压。对于顶拱箔片辅助设备设计，使用了 LHb=lmm的15个肋条、α =10°并且β=40°。箔片宽度为4mm并且灯瓦特数为39W。对于涂层顶拱箔片辅助设备设计，以涂层比为插塞区域面积的约80%的方式进行涂覆，并且涂层从支腿向下延伸下箔片部分下方。薄铝箔被切割成图示的形状，并且用于模拟称为“涂层顶拱和箔片”的顶拱涂层。
[0063]参见下表1，顶拱点火辅助设备配置产生Emax较高的电场，从而致使击穿电压低于参考值。相对于顶拱和箔片设计而言，涂层顶拱和箔片具有较高的Emax以及较低的击穿电压。通过使用顶拱点火辅助设备配置，可以使用相同的开路点火器脉冲来更可靠地启动所述灯。
[0064]
【权利要求】
1.一种高强度放电灯，包括 电绝缘电弧管，所述电绝缘电弧管包括具有内部放电区域的中央部分和各自从所述中央部分的端部延伸的两个支腿，所述中央部分的大小大于所述支腿； 导电体，所述导电体延伸穿过每个所述支腿并且在所述放电区域中彼此隔开； 透光外壳，所述透光外壳用于封装所述电弧管； 框架构件，所述框架构件电附接到一个所述导体； 点火辅助设备，所述点火辅助设备包括:导电箔片，所述导电箔片设置在一个所述支腿周围并且与所述框架构件电接触；以及导电顶拱，所述导电顶拱与位于所述中央部分之上或附近的所述箔片电接触。
2.根据权利要求1所述的高强度放电灯，其中所述顶拱是所述箔片的组成部分。
3.根据权利要求1所述的高强度放电灯，其中每个所述支腿包括狭长部分和较大的插塞部分，所述插塞部分接纳在所述中央部分的所述端部处的开口内。
4.根据权利要求3所述的高强度放电灯，其中所述顶拱是所述箔片的组成部分并且与所述插塞部分隔开。
5.根据权利要求3所述的高强度放电灯，包括所述插塞部分上形成所述顶拱的导电涂层，所述涂层在一个所述支腿上，与所述箔片电接触。
6.根据权利要求1所述的高强度放电灯，其中所述顶拱包括多个肋条，所述多个肋条大体从所述箔片向外延伸。
7.根据权利要求6所述的高强度放电灯，其中所述肋条是三角形的。`
8.根据权利要求6所述的高强度放电灯，其中所述肋条是圆形的。
9.根据权利要求6所述的高强度放电灯，其中所述肋条大体上呈矩形或梯形。
10.根据权利要求1所述的高强度放电灯，其中所述箔片电附接到所述框架构件。
11.根据权利要求1所述的高强度放电灯，包括密封在所述放电区域内的惰性气体混合物以及特定剂量的水银以及金属卤化物。
12.根据权利要求11所述的高强度放电灯,其中所述惰性气体混合物包括氩气和氙气中的至少一个，并且存在于所述放电区域内的Kr85气体具有不超过0.16MBq/升的活性浓度。
13.根据权利要求1所述的高强度放电灯，其中所述导电体包括位于第一个所述支腿内的第一导体，向所述第一导体施加电压，并且包括位于第二个所述支腿内的第二导体，其中所述框架构件电连接到所述第二导体，并且所述箔片设置在所述第一支腿周围但是与所述第一导体电绝缘。
14.根据权利要求1所述的高强度放电灯，其中所述箔片和所述顶拱由选自以下群组的基底金属构成:Nb、Mo、Ta、Pt、Re、W、N1、Fe及其组合，或者任意所述基底金属与由一种或多种所述基底金属构成的镀层的组合。
15.根据权利要求1所述的高强度放电灯，其中所述箔片的厚度在从0.05mm到0.2mm的范围内。
16.根据权利要求1所述的高强度放电灯，其中所述顶拱包括位于所述中央部分的所述端部上的涂层。
17.根据权利要求16所述的高强度放电灯，其中所述涂层的厚度不超过0.03mm。
18.根据权利要求16所述的高强度放电灯，其中所述中央部分的所述端部中被所述涂层覆盖的面积百分比在从15%到100%的范围内。
19.根据权利要求16所述的高强度放电灯，其中所述中央部分的所述端部中被所述涂层覆盖的面积百分比在从40%到100%的范围内。
20.根据权利要求6所述的高强度放电灯，其中相邻肋条之间的角度α在从0°到15°的范围内。
21.根据权利要求6所述的高强度放电灯，其中肋条数量η在从I到20的范围内。
22.根据权利要求6所述的高强度放电灯，其中每个肋条的长度Lrib在所述电弧管的所述中央部分的外直径的10%到70%的范围内。
23.根据权利要求6所述的高强度放电灯，其中平行于所述支腿沿其延伸的纵轴的平面与每个所述肋条之间的角度β在从10°到80°的范围内。
24.根据权利要求16所述的高强度放电灯，其中所述涂层具有环形形状。
25.根据权利要求24所述的高`强度放电灯，其中所述肋条从所述环形形状向外延伸。
【文档编号】H01J61/34GK103890903SQ201280051189
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2012年9月14日 优先权日:2011年10月18日
【发明者】T.潘伊, Z.杨基, J.卡莱, A.博罗茨基 申请人:通用电气公司