專利名稱：用于脈沖操作的鹵素?zé)舻闹谱鞣椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及鹵素?zé)艉桶@種燈的照明組件以及操作該燈的方法。更具體而言，該燈為可以利用脈沖電源操作的鹵素白熾燈
背景技術(shù)：
如技術(shù)人員所知曉，在鹵素?zé)糁?，包含燈絲的透明燈容器的氣體填充物包括稀有氣體成份和鹵素成份。在操作中，其中從燈絲蒸發(fā)的(鎢)材料與鹵素成份反應(yīng)的鹵素周期使得能夠在高的燈絲溫度實現(xiàn)穩(wěn)定的操作。目前，不同類型的鹵素汽車燈是可用的，諸如，例如已知的H4、H7或H8類型的燈。 汽車鹵素?zé)敉ㄟ^其電學(xué)屬性(適合于在其標(biāo)稱功率在12V的車載電壓操作)、其光學(xué)屬性(即滿足例如關(guān)于光通量的標(biāo)準要求)及其幾何/機械屬性(即在限定位置的燈絲，裝配在標(biāo)準化反射器安裝部中)而適合于用于機動車車載安裝和操作。W02006/097058公開了一種白熾鹵素?zé)?，該白熾鹵素?zé)粼谒緦嵗袨閷⒃跈C動車上在12V的標(biāo)稱電壓操作的汽車H8燈。鎢燈絲布置在由石英玻璃制成的燈容器內(nèi)。燈容器的氣體填充物包括商素成份和稀有氣體成份。在第一實施例中，稀有氣體成份包括在1.2MPa的冷填充物壓強的氪氣和氬氣。鹵素成份包括比例為450ppm的溴、碘和氯。在具有相同冷填充物壓強和相同鹵素成份的另外實施例中，稀有氣體成份備選地包括氪氣和氖氣或氪氣、氖氣和氬氣。據(jù)指出，所得到的鹵素白熾燈非常適合用在靜態(tài)彎曲燈(curve light)或者轉(zhuǎn)向燈(turning light)中，所述燈在機動車轉(zhuǎn)向或泊車期間或者當(dāng)沿著彎曲路線駕駛時僅僅在短的間隔內(nèi)在汽車頭燈中使用。鹵素?zé)粢部梢砸?2V用作白天行車燈以及利用車載電壓的一半以6V用作位置指示燈。在用于機動車的新穎AFS (先進的前照明系統(tǒng))前照明中，靜態(tài)彎道燈(bending light)和轉(zhuǎn)彎燈(cornering light)功能性可以通過鹵素白熾燈滿足，鹵素白熾燈典型地布置成與分離的反射器協(xié)作。靜態(tài)彎道燈(在大于10°的轉(zhuǎn)向角時使用)和轉(zhuǎn)彎燈(與方向指示器一起被接通)自動地操作，而沒有由駕駛員操作的單獨的開關(guān)。在用于彎道燈和轉(zhuǎn)彎燈的白熾燈的操作中，燈在切斷之前是利用脈沖電源驅(qū)動的。在這種類型的操作中，燈連續(xù)地接通和斷開，其中在“接通”階段的電壓是基本恒定的。因而，所發(fā)射的光強由相應(yīng)的驅(qū)動方案控制。對于PWM (脈沖寬度調(diào)制)操作的情形，強度由占空比控制。當(dāng)彎道/轉(zhuǎn)彎燈切斷時，使用PWM控制。這里，強度逐漸減小而不是立即斷開，從而不刺激駕駛員。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，進行PWM操作的鹵素白熾燈具有顯著減小的壽命。對失效燈的分析已經(jīng)揭示利用脈沖電源的操作引起增大的燈絲變形。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種適合于脈沖操作的汽車鹵素白熾燈。另一個目的是提供一種包括鹵素?zé)舻恼彰鹘M件以及一種實現(xiàn)燈的長操作壽命的操作鹵素?zé)舻姆椒?。此目的通過根據(jù)權(quán)利要求1的燈、根據(jù)權(quán)利要求11的照明組件以及根據(jù)權(quán)利要求15的方法來實現(xiàn)。從屬權(quán)利要求涉及本發(fā)明的優(yōu)選實施例。發(fā)明人已經(jīng)透徹地分析了在利用脈沖電源驅(qū)動的汽車鹵素?zé)糁邪l(fā)生的燈絲變形。 如在下文所詳細解釋，燈絲材料中的熱應(yīng)力造成機械失效。然而令人驚奇地發(fā)現(xiàn)，通過向燈容器的氣體填充物添加氮氣可以減緩或者甚至消除潛在的機制。根據(jù)本發(fā)明，除了稀有氣體成份、鹵素成份和可能的其它添加劑之外，燈容器內(nèi)的氣體填充物包括含量為0. l-5mol%的氮氣。廣泛的測試已經(jīng)證實甚至諸如0. 2-3. 5mol% 或者更優(yōu)選地甚至小于lmol%的少量的氮氣對于抵消所認識到的機械失效的過程以及獲得顯著增加的燈的使用壽命是有效的。
氮氣可以容易地添加到氣體填充物，尤其是優(yōu)選作為N2添加。因而，以簡單且廉價的方式實現(xiàn)了提供具有顯著增加壽命的用于脈沖操作的鹵素?zé)舻哪康摹３嗽谔畛湮镏刑砑拥獨庵?，所述燈可以對?yīng)于已知的汽車燈設(shè)計。優(yōu)選地，燈絲由摻雜了濃度小于500ppm的其它元素的鎢材料制成。尤其優(yōu)選的是摻雜了 30-200ppm 的鉀的鎢材料。這種類型的已知材料(其稱為〃抗下垂鎢(non-sag tungsten)")可以包括例如60-100ppm的鉀以及鋁、硅和氧氣的輕微添加。燈容器內(nèi)的氣體填充物優(yōu)選地設(shè)有0. 5-2 X IO6Pa,尤其優(yōu)選的值為 1. 3-1. 7X IO6Pa的冷(22°C )填充物壓強。氣體填充物中的稀有氣體成份(其可以是氖氣、 氬氣、氪氣或氙氣中的任何一種或者其混合物)優(yōu)選地按大于96mol%、更優(yōu)選地大于98mol% 提供。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，氣體填充物還包括含量為0. 001-0. 04mol%、優(yōu)選地 0. 005-0. 002mol%的氧氣。添加氧氣以及鹵素有助于防止燈容器變黑。鹵素成份可以按小于0. 5mol%提供。一般而言，鹵素成份可包括碘、溴和氯中的一種或更多種。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，鹵素成份包括氯并且優(yōu)選地基本不含(雜質(zhì)除外， 即含有小于50ppm，即5X 10_3mol%)溴和碘。鹵素成份(其包括或者完全由氯化物組成)優(yōu)選地按0. 01至0. 05mol%存在。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，使用僅僅由氯化物組成的鹵素成份對于防止燈容器變黑是特別有利的。優(yōu)選地，燈具有適合于預(yù)期的汽車用途的電學(xué)屬性。在10-14V的額定電壓， 40-75W的額定功率是優(yōu)選的。為了滿足適合于在彎道燈和轉(zhuǎn)彎燈中使用的汽車燈的要求， 對于燈優(yōu)選的是，在其額定電壓提供大于25Mcd/m2的亮度。給定的亮度值可以通過合適的燈絲設(shè)計來實現(xiàn)，特別是利用在額定功率/電壓在穩(wěn)態(tài)操作中使得燈絲溫度高于2900°C的燈絲設(shè)計?？赡艿臒纛愋屠绨琀I、H4、H7、H9和H11。為了將所述燈用于頭燈單元的反射器中，優(yōu)選的是，燈容器固定到燈插座，該燈插座通常由塑料和/或金屬材料制成。燈插座包括電連接到燈絲的電連接器。優(yōu)選地，電連接器為依照汽車標(biāo)準插頭形狀的插頭連接器。另外，燈插座包括定位法蘭，該定位法蘭用于調(diào)節(jié)反射器內(nèi)的燈。定位法蘭優(yōu)選地橫切燈的縱向方向延伸，并且可包括用于反射器內(nèi)的燈的軸向和/或徑向?qū)实膮⒄赵?。根?jù)本發(fā)明的照明組件包含用于供應(yīng)電源的驅(qū)動單元和連接到此驅(qū)動單元的燈。 驅(qū)動單元包含脈沖驅(qū)動單元以供應(yīng)脈沖電源。應(yīng)注意，對于脈沖驅(qū)動單元，只需要在指定時間向燈供應(yīng)脈沖電源，并且在其它時間可以向燈供應(yīng)DC電源。優(yōu)選地，脈沖驅(qū)動單元是可控制的，使得驅(qū)動方案，即脈沖電源的時序參數(shù)響應(yīng)于控制輸入而調(diào)節(jié)。因而，可以實現(xiàn)這樣的操作，其中在完整周期上計算的時間平均功率隨時間變化。通過這種操作，例如通過向燈供應(yīng)具有逐漸減小的占空比的脈沖寬度調(diào)制電壓，在完全切斷燈之前，燈的強度可以逐漸減小。優(yōu)選地，脈沖驅(qū)動單元向燈供應(yīng)具有峰值電壓的電源，該峰值電壓在“接通”階段優(yōu)選地在50-1000HZ切換頻率保持恒定的8-30V，更優(yōu)選地在100_500Ηζ保持恒定的 10-14Vo驅(qū)動方案優(yōu)選地選擇為使得燈被供應(yīng)對應(yīng)于其標(biāo)稱電壓(用于恒定操作)或者低于標(biāo)稱電壓(用于調(diào)光操作)的有效電壓，包含連續(xù)減小的有效電壓(用于軟切斷)。 對于照明組件，更優(yōu)選的是，燈安裝在機動車頭燈單元的反射器內(nèi)，從而實現(xiàn)彎道燈和轉(zhuǎn)彎燈的期望功能。優(yōu)選地，反射器可以成形并且布置成使得所發(fā)射的光束的中心相對于機動車的縱軸成30-90°的角度。參考下述實施例，本發(fā)明的這些和其它方面將變得顯見并且得到闡述。


參考下述實施例，本發(fā)明的這些和其它方面將變得顯見并且得到闡述。在附圖中，
圖1示出根據(jù)本發(fā)明的用于脈沖操作的鹵素汽車燈的側(cè)視圖， 圖2以部分截面圖示出包含安裝在反射器內(nèi)的圖1的燈的頭燈， 圖3示出具有機動車頭燈單元和驅(qū)動單元的照明組件的符號表示， 圖4示出用于轉(zhuǎn)彎/彎道燈的操作的時序圖的符號表示。
具體實施例方式圖1示出包括玻璃燈容器12和插座14的汽車燈10。摻雜鎢材料的燈絲16布置在燈容器12內(nèi)部。插座14包括金屬定位法蘭18和電連接器部分20，該電連接器部分20具有電連接到燈絲16的凸出插頭接觸22。燈10打算用在如圖2所示的汽車頭燈24中。頭燈24包括反射器26，該反射器包含具有安裝環(huán)30的中心安裝開口 28。燈10通過布置在安裝開口 28內(nèi)而安裝在頭燈24 內(nèi)，使得具有燈絲16的燈容器12布置在反射器體積內(nèi)。燈插座14由此布置在安裝環(huán)30。 此處，定位法蘭18定位在安裝環(huán)30上，從而保證燈10在反射器26內(nèi)的精確軸向定位。所示的燈10為汽車鹵素?zé)?。圖1所示的特定形狀僅僅為燈容器12的可能形狀、 燈絲16的尺寸和位置以及定位法蘭18和電連接器20的形狀的實例。燈10例如可以是如所示的具有單個軸向燈絲且在12V具有55W的額定功率的Hl燈。備選地，燈例如可以是Η7 或Hll燈(在12V具有55W的額定功率)。還備選地，燈可以是例如Η9 (在12V具有65W的額定功率)的另外不同類型。對于所有上述類型，燈10具有如汽車頭燈的燈所要求的高亮度。燈絲線圈16在操作中實現(xiàn)高于2900°C的溫度。對于H7燈，在額定功率的亮度高于25Mcd/m2，例如為30Mcd/ m2。燈容器12包括氣體填充物，該氣體填充物包含稀有氣體成份和鹵素成份。在當(dāng)前實例中，稀有氣體成份為在1. 5X IO6Pa (15bar)的冷填充物壓強的氪氣。
在第一實施例中，鹵素成份由碘、溴和氯化物的混合物組成。另外，氣體填充物包括含量為0. 8mol%的氣體氮氣(N2)。如下文所解釋，氮氣的這種輕微添加有助于獲得在利用脈沖電壓操作時燈10的顯著增加的壽命。

如在下文進一步所解釋的，在諸如彎道燈和轉(zhuǎn)彎燈的切斷序列的一些汽車應(yīng)用中，鹵素?zé)艨梢岳妹}沖電源操作。在當(dāng)前上下文中，這理解為指定一操作模式，在該操作模式中，電源以基本恒定電壓的離散脈沖應(yīng)用到燈10，并且在該操作模式中，這些脈沖被間隔所分離，在所述間隔中基本沒有電源被供應(yīng)到燈。公知的脈沖驅(qū)動方案為脈沖寬度調(diào)制 (PWM)，其中在恒定脈沖頻率(f)(在汽車應(yīng)用中該頻率例如可以選擇為在IOOHz)提供預(yù)定持續(xù)時間的脈沖。占空比限定為該周期內(nèi)脈沖是激活的時間的份額。因而，例如50%的占空比對應(yīng)于其中“接通“持續(xù)時間等于脈沖之間“切斷“間隔的持續(xù)時間的驅(qū)動方案。100% 的占空比對應(yīng)于DC操作。對利用PWM操作的燈的失效分析揭示了燈絲的變形。由發(fā)明人進行的研究看上去表明燈絲變形的原因為由脈沖操作產(chǎn)生的熱應(yīng)力。然而，在燈絲內(nèi)不是均勻地引起應(yīng)力，而是發(fā)現(xiàn)應(yīng)力集中在某些燈絲不均勻性處。在利用大量周期操作的過程中，應(yīng)力造成燈絲變形，引起過早的燈失效?，F(xiàn)在發(fā)現(xiàn)，通過向氣體填充物添加有助于防止變形的氮氣，有可能減輕或者甚至防止這種效應(yīng)。如測試所證實，氣體填充物中諸如小于lmol%的N2的甚至少量的氮氣對于防止變形具有顯著效應(yīng)，導(dǎo)致在脈沖操作條件下，特別是在脈沖寬度調(diào)制方案中被驅(qū)動時顯著增加的壽命。在下文中，解釋如上所述在氣體填充物中包括氮氣的燈10用于彎道燈和轉(zhuǎn)彎燈。圖3以符號表示示出包括頭燈單元40的汽車照明組件，該頭燈單元具有前頭燈42 和結(jié)合圖2如上所述的彎道/轉(zhuǎn)彎頭燈24。盡管前頭燈42布置在平行于機動車的縱向方向的光軸上，彎道/轉(zhuǎn)彎頭燈24布置成與其成一角度α，該角度例如可以是30-90°。彎道/轉(zhuǎn)彎頭燈24內(nèi)的燈10電連接到驅(qū)動單元44。驅(qū)動單元44包括控制單元 46和脈沖驅(qū)動單元48?？刂茊卧?6控制脈沖驅(qū)動單元48向燈10供應(yīng)電源的方式。驅(qū)動單元44接收通常指定為50的允許彎道和轉(zhuǎn)彎燈功能性的自動操作的輸入信號。在大于10°的轉(zhuǎn)向角，彎道燈被激活。如果方向指示器被激活，則轉(zhuǎn)彎燈也被激活。圖4以符號表示示出燈10的電學(xué)驅(qū)動方案，所述燈在其功能上用作彎道燈或轉(zhuǎn)彎燈。如果輸入信號50向控制單元46指示彎道/轉(zhuǎn)彎燈應(yīng)被激活，則脈沖驅(qū)動單元48首先被控制以向燈10供應(yīng)恒定電源。這可以是全車載DC電壓(其可以看作是100%占空比)，或者備選地具有恒定有效電壓值的PWM調(diào)制電壓。例如，DC 14V的車載電壓可以被調(diào)制以實現(xiàn)12V的有效電壓Veff。因此，燈10在間隔50內(nèi)操作，該間隔具有對應(yīng)于燈10的12V額定電壓的恒定有效電壓UN。如果輸入信號50向控制單元46指示彎道/轉(zhuǎn)彎燈應(yīng)被切斷，則切斷序列在時間間隔52內(nèi)啟動。在時間間隔52內(nèi)，利用在對應(yīng)于燈10的額定電壓的恒定峰值電壓UN、100 Hz的固定切換頻率以及連續(xù)減小的占空比的脈沖寬度調(diào)制電壓來驅(qū)動燈10。因而，如圖4 所說明(盡管在實踐中間隔52將包括顯著更大數(shù)目的切換周期T)，有效電壓Ueff以及由此提供給燈的平均電源逐漸減小，使得所發(fā)射光的強度也減小。以此方式，彎道/轉(zhuǎn)彎燈不是立即斷開，而是逐漸減小到零從而不造成刺激。
在第二實施例中，燈容器12包括氣體填充物，其中稀有氣體成份同樣為在 1. 5X IO6 Pa (15bar)的冷填充物壓強的氪氣。氣體填充物包括含量為0. Smo 1%的氣體氮氣(N2),其已經(jīng)證明對于防止燈絲變形是有效的。另外，氣體填充物包括含量為0. 001mol% 直至0. 003mol%的氣體氧氣(O2)。

氣體填充物還包括鹵素成份。在此優(yōu)選實例中，鹵素成份僅僅由氯化物組成，特別是 0. 015-0. 03mol% 的 CH2Cl2。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，氧氣的添加對于工作的鹵素周期是有利的，并且基本不含溴和碘的鹵素成份的使用有助于防止燈變黑。應(yīng)理解，本發(fā)明不限于所公開的各實施例。本發(fā)明可以有利地用于進行脈沖操作的任何汽車鹵素?zé)舨⑶也幌抻谒鰳?biāo)準化類型的燈或者上述特殊驅(qū)動方案。另外，本發(fā)明不限于氣體填充物內(nèi)鹵素成份和稀有氣體成份的特定組成。已經(jīng)進行了利用不同鹵素組成以及利用0. 8mol%、l. 0mol%、2. 0mol%和3. 5mol%的不同含量的N2的測試。在所有情形中觀察到所述效應(yīng)，其中燈經(jīng)過PWM測試周期以測量壽命。因而發(fā)現(xiàn)所提出的氮氣的添加起到了利用不同鹵素和稀有氣體組成防止燈絲變形的目的。此外，術(shù)語〃包括〃和〃包含〃不排除其它元素或步驟，〃一 〃或〃 一個〃的使用不排除多個。參考圖3所討論的單元，例如驅(qū)動單元、控制單元和操作單元可以實現(xiàn)權(quán)利要求中列出的若干裝置的功能。盡管已經(jīng)在附圖和前述說明書中詳細說明和描述了本發(fā)明，但是這種說明和描述被認為是說明性或示例性的而不是限制性的；本發(fā)明不限于所公開的各實施例。通過研究附圖、公開內(nèi)容和所附權(quán)利要求，本領(lǐng)域技術(shù)人員在實踐所要求保護的發(fā)明時可以理解和實現(xiàn)對所公開的各實施例的其它變化。在權(quán)利要求中，單詞“包括“不排除其它元素或步驟，并且不定冠詞"一"或“一個“不排除多個。在互不相同的從屬權(quán)利要求中列出某些措施的純粹事實并不表示不能有利地使用這些措施的組合。權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記不應(yīng)解讀為限制范圍。附圖標(biāo)記列表 10 燈
12 燈容器 14 燈插座 16 燈絲 18 法蘭 20 電連接器 22 接觸 24 頭燈 26 反射器 28 安裝開口 30 安裝環(huán) 40 頭燈單元42前 頭燈
44驅(qū)動單元
46控制單元
48脈沖驅(qū)動單元
50輸入信號
52脈沖時間間隔
54穩(wěn)定操作時間間隔。
權(quán)利要求
1.一種用于脈沖操作的鹵素汽車燈，包括透明燈容器(12)，其具有包括稀有氣體成份和鹵素成份的氣體填充物， 以及燈絲(16)，其布置在所述容器內(nèi)， 所述氣體填充物還包括含量為0. l-5mol%的氮氣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的燈，其中所述氣體填充物包括含量小于lmol%的氮氣。
3.根據(jù)上述權(quán)利要求其中之一的燈，其中所述燈絲由摻雜有小于500ppm的其它元素的鎢材料制成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的燈，其中所述鎢材料摻雜有30-200ppm的鉀。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求其中之一的燈，其中所述填充物設(shè)有0. 5-2 X IO6 Pa的冷填充物壓強， 其中所述填充物包括大于96mol%的所述稀有氣體成份。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求其中之一的燈，其中所述氣體填充物還包括含量為0. 001-0. 03mol%的氧氣。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求其中之一的燈，其中所述商素成份包括氯并且基本不含溴化物和碘。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求其中之一的燈，其中所述燈容器(12)固定到燈插座(14)，所述燈插座(14)包括用于在反射器(26)內(nèi)對準燈(10)的定位法蘭(18)，其中所述燈插座(14 )包括電連接到所述燈絲(16 )的電連接器(20 )。
9.根據(jù)上述權(quán)利要求其中之一的燈，所述燈具有10-14V的額定電壓和40-75W的額定功率。
10.根據(jù)上述權(quán)利要求其中之一的燈，所述燈具有大于25Mcd/m2的亮度。
11.一種照明組件，包括鹵素?zé)?10)，該鹵素?zé)舭ㄍ该魅萜?12)和布置在所述容器(12)內(nèi)的燈絲(16)，所述透明容器具有包括稀有氣體成份和商素成份的氣體填充物， 其中所述氣體填充物還包括含量為0. l-5mol%的氮氣， 以及驅(qū)動單元(44 )，其向所述燈(10 )供應(yīng)電源，其中所述驅(qū)動單元(44)包括脈沖驅(qū)動單元(48)以向所述燈(10)供應(yīng)脈沖電源。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的組件，其中所述脈沖驅(qū)動單元(48)適合于在50-1000HZ的切換頻率向所述燈供應(yīng)具有8-30V的峰值電壓的電源。
13.根據(jù)權(quán)利要求11、12其中之一的組件，其中所述脈沖驅(qū)動單元(48)布置成向所述燈(10)供應(yīng)電源，使得平均功率隨時間變化。
14.根據(jù)權(quán)利要求11-13其中之一的組件，其中所述燈安裝在機動車頭燈單元(40)的反射器(26)內(nèi)。
15.一種操作鹵素?zé)舻姆椒?，其中所述?10)包括透明燈容器(12)和布置在所述容器(12)內(nèi)的燈絲(16)，所述透明燈容器具有包括稀有氣體成份和商素成份的氣體填充物， 以及其中所述氣體填充物還包括含量為0. l-5mol%的氮氣， 其中所述燈利用脈沖電源操作。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于脈沖寬度操作的鹵素汽車燈、包含鹵素?zé)舻恼彰鹘M件以及操作鹵素?zé)舻姆椒?。所述燈包括透明燈容器，該透明燈容器具有包括稀有氣體成份和鹵素成份的氣體填充物。燈絲布置在容器內(nèi)。在利用脈沖電源的常規(guī)鹵素?zé)舨僮髦校缬糜谵D(zhuǎn)彎和彎道燈的汽車鹵素?zé)舻腜WM操作引起縮短的壽命。為了提出在脈沖操作下具有增加壽命的燈，氣體填充物包括含量為0.1-5mol%的氮氣。令人驚奇地發(fā)現(xiàn)，通過相應(yīng)的少量的氮氣可以抵消燈絲變形。
文檔編號F21V19/00GK102349130SQ201080011317
公開日2012年2月8日 申請日期2010年3月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月10日
發(fā)明者R. 米爾德斯 B., 克貝爾 B., 肖恩費爾德 B. 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司