[发明专利]高强度放电灯

说明书

技术领域

本发明涉及高强度放电(HID)灯，更具体地讲涉及具有适于温度限制的电极的放电灯。

背景技术

高强度放电灯的电极构造由为了进行适当的电极运行而必须同时满足的多个要求支配。灯必须可靠地启动，且灯必须在稳态状态下正确地工作。电极的启动状态和稳态运行方式为合适的电极结构设定了不同的且常常是矛盾的约束条件。

在灯运行的启动(即点火)和增亮过渡阶段期间，电极运行通过辉光和具有相差数量级的电流的辉光-电弧过渡模式。对于长期的有用的产品寿命，这些过渡阶段必须尽可能短，以便降低由于来自放电等离子体的重型粒子轰击引起的溅射以及由于电极材料的接近或者有时甚至超过其熔点温度的过度的蒸发率而造成的电极劣化。在电极运行的这些过渡阶段的过程中，在灯中产生放电等离子体，且大体需要从等离子体到电极有足够的能量传递。传递的能量将电极加热到高达一定温度，在该温度下，由电场协助的热离子电极放射提供灯的所需接通电流，以使其保持工作，且然后使其进入稳态状态。

一旦电极被加热到它们的稳态工作温度，就必须适当地调节电极的空间温度分布，以在它们与放电等离子体的交界区域处提供所需的放电电流。另一方面，必须不仅跨越电极正面而且还沿着电极轴线建立合适的温度梯度，以避免电极材料的过度蒸发，闪烁，电弧锚点运动，以及使电极足点(footprint)过热。

涉及具有高的接通、增亮和/或稳态工作电流的高强度放电灯的电极，且特别是用于汽车应用的高强度放电灯的电极的这组要求甚至更苛刻。在用于汽车应用的高强度放电灯的情况下，存在对电极轴直径、电极尖端几何结构和定位所设定的额外限制，这些限制与光学投影系统(汽车的头灯)中的灯的性能有关。另外，对“即时光”产生和“热重启”能力的要求意味着在灯运行的启动和增亮过渡阶段期间的强大的灯电流和强大的电极过载。在灯增亮期间，大体以70W至90W的功率来加热汽车头灯，该功率在大约30秒内逐渐降低到35W，以达到额定的稳态灯功率值和灯运行状态。结果在这个增亮阶段期间，电极主体的相当大部分在与稳态状态相比高得多的温度处运行。这会引起极高的电极足点温度，而周围的放电容器壁温度较低：接近非运行的灯的温度值。在容器壁中、热的电极足点处以及越过此点(即在负责使放电容器以真空密闭的方式闭合的密封区(箍缩密封区)中)的高的空间和时间温度梯度，在包围电极的密封件的玻璃中引起极高的热诱导的机械应力水平。当灯被反复地启动及然后关闭时，这些热诱导的高机械应力会在这些箍缩或收缩密封区中产生裂纹和裂纹传播。这会导致形成泄漏槽，且又会导致损失放电室的填充气体和剂量组分，从而最终使灯不工作。这种短命的灯会严重影响产品寿命性能和可靠性，从而使得道路安全也会受到不利的影响，而且会增加车辆维护成本。

从现有技术中得知，高强度放电灯的电极通常具有靠近电极尖端的线圈结构。这种线圈构件的任务一部分是要帮助点火，而一部分是要通过增强的辐射冷却，沿着电极的轴线，且特别是在靠近电极尖端的区域中，设定适当的轴向温度梯度。

例如在US 4,105,908公开了具有这种线圈布置的金属卤化物灯。通过使用在钨轴上包括开式钨线圈的电极来使这种已知的灯的辉光-电弧过渡加速，该线圈包括两层复合线材，该两层复合线材通过以开式卷绕的方式在芯体上进行过紧卷绕，且然后将两层复合线材以闭式的方式卷绕在轴上而制成。虽然这种结构会减小在启动时的闪烁，且会缩短辉光-电弧过渡时间，但是所公开的线圈结构放置得相对较靠近电极尖端，这与由汽车行业为高强度放电灯设定的可应用的标准相抵触。从而，不能在此技术领域中使用这种已知的灯。

US 4,232,243中公开了一种高压放电灯。这种高压放电灯的电极优选地包括布置得相对靠近电极尖端的钨线圈，该布置具有与以上所述相同的缺点。

US 4,893,057中另外公开了一种HID灯。这种已知的HID灯结合了提供电弧到电极尖端的迅速过渡的“全金属”电极。该电极在尖端端部处包括具有闭合地缠绕的线圈的一定长度的涂钍钨线材，从而使得电极尖端的迅速加热促进电弧从线圈裂隙到尖端的迅速过渡。再次，线圈相对靠近电极尖端，且专门有助于点火，而不是也限制电极足点处的温度。