HK1114155B - 用於確保弧光燈水平工作的齒輪傾斜機構 - Google Patents

Description

用于确保弧光灯水平工作的齿轮倾斜机构

相关申请的交叉引用

根据35U.S.C.§119，本申请要求2005年1月18日提交的美国临时申请No.60/644536的优先权，其全部内容以引用的方式包含在此。本申请还是下列全部在2005年1月18日提交的美国临时申请的非临时申请：No.60/644639；No.60/644747；No.60/644534；No.60/644720；No.60/644688；No.60/644636；No.60/644517；No.60/644609；No.60/644516；No.60/644546；No.60/644547；No.60/644638；No.60/644537；No.60/644637；No.60/644719；No.60/644784；No.60/644687，各申请的全部内容以引用的方式包含在此。

以引用的方式包含在此

下列美国专利的全部内容以引用的方式包含在此：4816974；4974303；5161883；5600537；5816691；5856721；6036338。

I.背景技术

A.技术领域

图1A至1G大体上示出了一种运动场照明系统(也参考以引用的方式包含在此的专利)。对于所示照明器材及其操作方式还存在改进的空间。

B.现有技术中的问题

众所周知的是，在某些HID灯中存在由于倾斜因数导致的光损失问题。本申请人已经开发出了使玻璃罩中的弧光管工作于大致水平位置的几种方式，并取得了相关专利。参见以引用的方式包含在此的上述专利。

在这一领域还存在改进的空间。有些方案要求在照明器材竖立之后必须手动调节结构。这容易产生误差且劳动量很大。有些方案将弧光管相对于照明器材的关系固定。然而，在多数运动照明系统中，照明器材相对地面的角取向不同。在这些情况下，不可能确保系统全部的弧光管最终安装在水平位置。

II.发明内容

本发明涉及一种用于自动地使HID灯的弧光管相对于照明器材保持在预定方向的装置及方法。所述装置包括如下机构，即，无论反射器相对于照明器材的方向是否改变，该机构使弧光管以大致相同的方向朝向照明器材的反射器。

在一个方面，本发明涉及传动装置，该传动装置布置在接纳灯的轭架、安装照明器材的转向节和反射器之间，本发明还涉及着眼于运动照明的新方式。本发明涉及有效和更高效地将光传输到目标空间且使眩光和溢散到目标空间之外的光减少的装置、方法及系统。

因此，本发明的主要目的、特征或优势在于，提供一种高强度照明器材、其使用方法及其在照明系统中的应用，该照明器材改进或解决了本领域中的某些问题和缺陷。

根据本发明的一个方面的装置包括高强度照明器材，该照明器材具有适于接纳弧光灯的轭架，从而使弧光灯的弧光管能够工作在水平位置或者尽可能地在照明器材最常规的工作位置上。

在本发明的另一个方面，弧光灯具有从灯罩的纵轴偏移的弧光管，且该弧光灯与轭架组合使用。弧光管偏移可以处于如下瞄准角度，即其位于运动照明的瞄准角度的典型范围内。轭架和相关结构将使弧光管自动地保持水平或者近似水平，即使反射器在上述典型范围内的任何地方移动也是如此。

参考所附说明书和权利要求书，可以更好地理解本发明的这些和其它目的、特征、优势和方面。

III.附图说明

图1A至1G示出一种运动照明系统的通用部件。

图2A至2C示出用在本发明示例性实施例中的高强度放电(HID)弧光灯。

图3是根据本发明示例性实施例的照明器材10的示意性的部分分解视图。

图4A至4D示意性地示出根据本发明示例性实施例的自动倾斜因数校正机构。

图5A至5J是灯锥的各种视图，HID灯可以可拆除地安装在该灯锥中，并且反射器也可以安装在该灯锥上。

图6A至6I是与杆上的横臂相连的转向节底座的各种视图。

图7A至7K是可以与图6A所示转向节底座和图5A所示灯锥相连的转向节的各种视图。

图8A至8D是用于优选实施例的传动件的各种视图。

图9A至9E是衬套的各种视图，其用于与螺栓一起枢轴连接转向节和灯锥。

图10A至10B示出用于优选实施例的弹簧。

图11A至11C示出用于将灯锥锁在转向节上的带状件。

图12A至12F示出用于这种锁定的辅助带状件。

图13A至13F示出也用于可调地锁定灯锥相对于转向节的角取向的端部止挡。

图14A至14J是在其中安装HID灯的轭架各种视图，该轭架可以关于灯锥有角度地绕枢转。

图15A至15D是轭架保持件的视图。

IV.具体实施方式

A.示例性装置

1.照明器材10概述

图3以分解的形式示出了运动照明器材10的基本部件。

灯锥40(具有聚酯粉末涂层的360铝)相对于转向节(knuckle)50围绕轴线52旋转。灯锥40包括插座154(在图14A中示意性地示出，商业上可获得)，用螺栓将插座154固定在轭架(yoke)80的臂156和158之间的平坦连接板160(参见图14A)上。灯20(玛斯珂公司(Musco Corporation)的Z-lamp^TM)具有可以旋入和旋出插座154(图3示出旋入工作位置)以安装或拆掉灯20的螺纹底座。

2.灯20

弧光灯20是在玛斯珂公司的美国专利No.5856721中公开的进行了一些修改的通用类型灯，该专利的内容以引用的方式包含在此。这些类型的灯由玛斯珂公司以商品名Z-lamp^TM使用，通常是1000瓦或者更大的金属卤化物(MH)HID灯。弧光灯20的弧光管12倾斜地穿过弧光灯的纵轴。工作时，弧光灯20在照明器材10中旋转地定位，以至于弧光管的纵轴和弧光灯的纵轴限定出竖直平面，且弧光管12的纵轴尽可能地靠近水平平面。

3.轭架80

轭架80在枢转轴线140处(参见图3和图5C)通过枢轴支撑在灯锥40的前方。轭架80的枢轴销152(参见图14A，下面将对其进行更详细地说明)纵向滑入位于开口132相对侧的配合接纳件134(其限定枢转轴线140)到达灯锥40，并且经由轭架保持件173(图15A至15D)通过接纳件134相对侧的螺纹孔对中的机械螺纹保持就位。

灯插座154借助于螺栓、螺钉或者其它器具通过轭架80的后端部160安装在轭架80的臂156和158之间。因此，轭架80可以围绕由灯锥40中的接纳件134所限定的轴线140旋转。通过与传动装置结合，可枢转的轭架80允许由轭架80支撑的弧光灯20的弧光管12保持在水平位置而不受灯锥40的倾斜的影响。图4A至4E与图5A和14A一起示出照明器材10的这种总的倾斜因数校正特征。

传动齿轮202(图8A至8D)具有通过轴208与小齿轮部分206平行地间隔开的大齿轮部分204。轴208可旋转地枢轴安装在位于灯锥40侧面的开口138中(偏离灯锥40相对于转向节50的旋转轴线)。衬套203(塑料套管/衬套-图9A至9E)为灯锥40的开口138中的齿轮202的轴208提供支承面。

当组装照明器材10时，小齿轮206与形成于转向节50中的齿条170(参见图7A)啮合。大齿轮204转而与固定在轭架80(参见图14A)一侧上的齿条190啮合。灯锥40可以在竖直平面内围绕其枢转轴线136相对于转向节50旋转，从而使得照明器材10相对于目标可以具有不同的瞄准角度。因为轭架80的前部(在其枢转轴线140处)相对于灯锥40固定，所以当灯锥40旋转时轭架80也在竖直平面内旋转。如果轭架80相对于灯锥40完全固定，则灯20的纵轴也将在竖直平面内旋转。然而，这将与如下优选相冲突，即无论照明器材的瞄准角度如何均使弧光管12工作于水平面内。

因此，照明器材10如下所述弥补了这一点。齿条170固定在转向节50中。转向节50相对于横臂7固定。选择传动装置和与其有关的部件，以便灯锥40围绕轴线136的旋转运动导致轭架80围绕不同的枢转轴线140成比例地旋转。将轭架枢转轴线140的位置有意识地选择为位于或者靠近灯锥40的前平面。当灯锥40向上旋转时，轭架80的前部和传动齿轮202随之升高，但是同时大齿轮206将轭架80的后部自由端成比例地举起，以至于灯20和其弧光管12的方向相对于水平面保持不变。

当组装时，轭架80的纵轴与灯锥40的纵轴对齐或者平行。因此，当将灯20正确地安装在轭架80上时，灯的纵轴将与轭架80和灯锥40的纵轴倾斜相同的角度。该位置基本上是参考位置。如果当杆6竖立时灯锥40例如相对于横臂7从水平面向下倾斜30°，则轭架80的纵轴也从水平面向下倾斜30°。这将使弧光管12置于水平面。

这种关系允许利用诸如Z-lamp^TM灯20(图2A至2C)，且允许其工作于水平位置，只要弧光管相对于弧光灯纵轴的角度偏离等于灯锥40相对于水平面的倾斜量即可。因此，如果弧光管12相对于灯20的纵轴倾斜30°，且灯20旋入轭架80的插座使得弧光管的轴线和灯轴线位于竖直平面内，则当灯锥40从水平面向下倾斜30°时弧光管12是水平的。如上所述，弧光管12在水平面的工作将校正倾斜因数。

然而，因为不是所有照明器材将瞄准于水平面以下30°，所以对于灯锥在参考位置(例如水平面以下30°)各侧在选定范围(例如在转向节50的平面中从水平面以上15°逐步至水平面以下47°)内的旋转，轭架80自动地调整以维持轭架80相对于水平面的方向。

图4A至4D进一步说明了这种自动倾斜因数校正。如果灯锥40从其相对于水平面30°的参考位置向上倾斜几度，则传动齿轮202将如图4C所示在灯锥40的开口138中沿逆时针方向旋转。齿条170关于转向节50且关于空间固定。灯锥40是关于其旋转轴线136倾斜(参见图4A至4D)，旋转轴线136也在空间中固定。灯锥40的前部并因此轭架80的前部将沿着弧线(参见附图标记302，图4A至4D)向上移动。传动齿轮202同样将沿着弧线(附图标记为304)向上移动。然而，传动齿轮202的逆时针旋转意味着大齿轮204将同时逆时针旋转。因为大齿轮204相对于灯锥40固定，所以大齿轮204的逆时针旋转将导致齿条190沿着第三条弧线(附图标记为306)在灯锥40内独立于灯锥40的竖直向上的运动竖直向上移动。于是，因为齿条190固定在轭架80上，所以轭架80的后部将同齿条190一起向上枢转，且旋转量与灯锥40的向上旋转量成正比。当灯锥40向下旋转时，轭架80的后部将自动进行类似的成比例的向下运动(图4D)。然而，因为轭架80的后部更靠近灯锥40的枢转轴线，所以轭架80的后部运动量小于灯锥40的运动量。

在该实施例中，在水平面以上和以下的倾斜范围大约为+15°到-60°。该范围覆盖大部分传统的运动照明瞄准角度(其95％在30°光束和参考轴线处)。可以认识到，用于运行自动倾斜因数校正的导向因数是轭架80的枢轴位置。枢轴起到上述作用，这是因为它基本上与灯锥40与反射器框架30之间的连接面处于相同的平面。如果轭架越靠近灯锥40后部处枢轴连接到灯锥40上，则将越难以获得精确校正。当弧光灯20的位置和照明器材10的反射面之间出现某些变化时，该变化会相对较小。因此，如果需要的话可以进行微量的再瞄准。

仔细地选择传动比(大齿轮204和小齿轮206具有相同的齿数)，以至于能够精确地补偿灯锥40任何向上或者向下的倾斜，从而维持轭架80的相同的向下的角取向。换句话说，尽管轭架80与灯锥40相连，且当灯锥40离开参考位置枢转时轭架80随着灯锥40移动，然而传动装置导致轭架80枢转以维持相对于水平面的相同的方向。因为与轭架80相比，灯锥40围绕不同的轴线旋转，所以传动装置的选择对于使轭架80产生正确比例的运动是关键的。虽然轭架80相对于灯锥40的实际物理位置将存在一些变化，但是轭架80的方向保持与其参考位置平行。这将使得无论灯锥40在其参考位置还是一定程度地偏离参考位置(在传动范围之内)Z-lamp^TM灯20的弧光管12都能够保持水平。

为了应对间隙以及为了相对于轭架80施加偏心力，拉伸弹簧210(参见图10A至10B)连接在轭架80的杆212和位于灯锥40前部的杆214之间。选择该弹簧是为了维持适当的偏心力。有必要给传动装置预加载荷，以至于齿轮中不存在间隙或者侧隙。这增加了瞄准的准确性。当对照明器材10进行维护时，可以通过拉动弹簧210离开杆214而容易地脱离弹簧210。大齿轮204上最后几个齿的节圆直径被切割为略大于其它齿的节圆直径。这使得组合机构对再次啮合不敏感。

图11、12和13示出能够沿着转向节50中的曲形槽被夹持的带状件和端部止挡。当灯锥40通过螺栓174与转向节50旋转连接时，灯锥40侧面的突出物延伸进入上述曲形槽。因此，可以通过将带状件对146、148夹持就位(作为下端止挡)以及将端部止挡142设置和夹持就位(作为上端止挡)来设定灯锥40相对于转向节50的角取向。与仅仅依靠螺栓174进行紧固相比，这种组合提供了抵抗扭力的更强的夹紧力。带状件和端部止挡可以具有允许它们通过螺栓紧固而沿着曲形槽夹持就位的结构。此外，允许相对容易地释放灯锥40的位置。可以简单地松开用于下端止挡的带状件上的两个螺栓，使得该下端止挡对滑离。这将允许例如维护人员上去操作照明器材。当维护人员操作照明器材时，能够松开下端止挡带状件，于是照明器材向下倾斜从而竖直地悬挂。使上端止挡夹持就位，完成后，工人仅仅需要将灯和灯锥40旋回直至与上端止挡邻接，滑动下端止挡带状件对使其与端部灯锥的位于槽中的突出物或者凸台邻接，并且再次拧紧螺栓。因此，保持了照明器材最初的瞄准。这避免了必须进行再次瞄准或者校准。

如上所述，本发明的一个特征是，基本上独立于灯锥40的枢转而维持灯相对于某些参考位置的方向。可以认识到，示例性实施例利用多个枢转轴线和传动装置来实现这一点。然而，这种布置在维持灯与某些外部参考平面的大致一致性方向的同时导致灯相对于与灯锥40相连的反射器进行细微地移动。这可以稍微调整来自照明器材的光束分布模式。例如，如果灯锥40从向下30°的位置向上倾斜大约15°，那么不仅与灯锥相连的反射器向上倾斜15°，而且灯在反射器内的重定位将导致光束向上偏移额外大约7.5度。有时需要意识到这一点，并且弥补这一点。然而，由于比例是完全公知的，所以一旦选择了构造，则这一点可以作为系统设计的组成部分。它实际上可能是有利的，因为即使在将灯锥40向上或者向下调整多远方面可能存在一些物理限制(例如，由于照明器材结构的物理限制或者就此而言在实际应用上的限制)，那种调整产生的光束偏移还是按比例地增多，从而产生更宽范围的可能调整。

可以在以引用的方式包含在此的专利中找到关于总的倾斜因数校正结构的优势和用于该结构的选项的进一步说明。

可以认识到，上述示例性实施例仅仅作为实例而不是作为限制性说明给出。对本领域技术人员而言的显而易见的改变将包含在本发明中。本发明的范围只由权利要求进行限定。

不必要求利用玛斯珂公司的Z-lamp^TM灯。通过适当修改，可以利用标准的弧光灯。

可以认识到，图中所示的部件组合仅仅是一种方式，采用这种方式可以实现用于将照明器材安装到横臂上的底座与照明器材之间的可调性。图中示出，在实施性实施例中传动装置和可调轭架的结合如何允许弥补和维护弧光灯的方向而不管用于接纳轭架的灯锥的竖直的方向(在合理的范围内)。附图是用来为本领域的技术人员显示一种组合。一般性的概念包括了用于保持灯的某一方向的功能和结果的补充或者机理。

Claims (14)

1、一种在不增加能量使用量的情况下增加目标区域的可用光的高强度照明器材，包括：

a.灯锥，其可枢转地安装在用于安装照明器材的转向节上；

b.可安装到灯锥上的反射器框架；

c.高强度放电灯，其具有可安装到灯锥中的底座和可位于反射器框架内部的弧光管，无论照明器材相对于目标区域的瞄准角度如何，所述灯的弧光管都适于工作在水平面或者水平面附近处；

d.对灯自动定位的机构，所述机构包括：

灯轭架，其安装在灯锥内，并且可围绕灯轭架枢转轴线旋转，所述灯锥可相对于所述转向节围绕灯锥枢转轴线旋转以为照明器材设定不同的瞄准角度；位于灯轭架和灯锥之间的机械连接，其适于使灯轭架围绕灯轭架枢转轴线的旋转与灯锥围绕灯锥枢转轴线的任何旋转成比例，灯轭架在灯锥中成比例旋转的量和方向适于将选定弧光管相对于水平面的操作位置自动地维持在照明器材瞄准角度的范围内。

2、根据权利要求1所述的照明器材，其特征在于，所述高强度放电灯具有包围弧光管的玻璃罩。

3、根据权利要求2所述的照明器材，其特征在于，所述弧光管具有纵轴，所述纵轴偏离所述玻璃罩的纵轴。

4、根据权利要求3所述的照明器材，其特征在于，所述偏离包括所述弧光管的纵轴相对于所述玻璃罩的纵轴转动，以至于所述弧光管相对于玻璃罩的纵轴总体上倾斜。

5、根据权利要求4所述的照明器材，其特征在于，倾斜角度为30°。

6、根据权利要求1所述的照明器材，其特征在于，所述高强度放电灯包括位于玻璃罩内部的弧光管，所述弧光管与所述玻璃罩的纵轴基本上同轴或者对齐。

7、根据权利要求1所述的照明器材，其特征在于，当照明器材处于工作位置时，所述选定弧光管的位置基本上是水平的。

8、根据权利要求1所述的照明器材，其特征在于，所述照明器材与运动场照明系统组合使用。

9、根据权利要求1所述的照明器材，其特征在于，所述照明器材与多个同样的照明器材组合使用。

10、一种增加高强度放电光源到目标区域的可用光的方法，包括：

a.将所述高强度放电光源安装在照明器材中；

b.对于所述照明器材相对于目标区域的一定范围的瞄准角度，自动地维持所述高强度放电光源相对于参考操作位置的角取向；

c.将光源安装在相对于照明器材可独立移动的结构中；

其中，所述可独立移动的结构可相对于所述照明器材枢转。

11、根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述可独立移动的结构可相对于所述照明器材围绕与照明器材的枢转轴线分开的枢转轴线枢转。

12、根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述照明器材的方向在一定范围内的任何变化导致所述可独立移动的结构成比例地枢转。

13、根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述成比例的运动是通过传动装置实现的。

14、一种用于区域照明的照明器材，包括：适于与横臂相连的转向节板、适于接纳高强度放电光源的灯锥以及可与所述转向节板和灯锥相连的转向节，所述灯锥可相对于所述转向节围绕灯锥枢转轴线旋转，并且包括：

a.灯轭架，其位于所述灯锥中，且可围绕灯轭架枢转轴线旋转；

b.组合传动装置，其使所述轭架与所述灯锥相对于所述转向节的任何枢转成比例地枢转。