CN101454610A - 汽车灯模块和带有led照明元件的照明单元 - Google Patents

汽车灯模块和带有led照明元件的照明单元 Download PDF

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Abstract

一种灯模块(10)，包括LED照明元件(18)和电子驱动电路(42)，以向这种LED照明元件(18)提供电功率。电连接器(14)连接到电子驱动电路(42)。设有卡口联结器(16)，以在反射器(70)内将模块(10)定位并锁定。带有顶壁(34a，34b，34c)和侧壁(36a，36b，36c)的金属散热器(30)具有内腔体(40)，其中，电子驱动电路(42)位于内腔体(40)处。LED照明元件(18)位于顶壁(34a)并与散热器(30)直接热接触。照明单元包括上述灯模块(10)和反射器(70)，反射器(70)带有安装腔体(74)。模块(10)安装在腔体(74)内，以使从LED元件(18)发射的光由反射器(70)的反射器表面(72)所反射。

Description

汽车灯模块和带有LED照明元件的照明单元
技术领域
本发明涉及尤其用于汽车用途的包括LED照明元件的灯模块和包括这些灯模块的照明单元。
背景技术
由于效率良好且工作寿命长，发光二极管(LED)非常适合于汽车用途。不过，LED的标准封装并不足以提供安全而精确的定位并且不能提供用于各种汽车照明用途(如汽车前照灯、尾灯和转向灯等)的容易的更换和电气连接。现已提出的灯模块包括一个或多个LED照明元件。这些模块可在反射器处进行更换并提供用于在这种反射器处将这些模块定位并锁定的装置以及适当的电连接器(如插头)。
尤其是在使用高功率LED时(在本发明中，将高功率LED理解为是指超过1000mW的单LED照明元件)，需要对热管理进行处理。若不适当地将由这种LED照明元件所产生的热散逸，则这种LED照明元件的工作温度可升高至照明输出和工作寿命降低的水平。
EP-A-1 353 120描述了一种可更换汽车灯组件。多个LED安装在导热柱上，这种导热柱连接到散热器元件，这种散热器元件暴露给外部空气。基座用塑料树脂制成并包括电气插头连接。设有一种卡口联结器，这种卡口联结器带有几个臂，以在反射器开口内配合。为了提供良好的热导路径以从这种LED元件散逸热，用具有高热导率的材料形成这种柱和各自的灯表面，这些材料如铜、铝、锌或其它金属。这种LED片直接安装在这种热导结构上。
不过，还希望灯模块包括带有有源电路元件的驱动电子装置，这些有源电路元件用于以非常适合于各自用途的方式向LED元件提供电功率。
考虑到通常会需要多个这种灯模块，尤为重要的是，使得这些灯模块的结构既紧凑(这样就可邻近布置几个模块)又简单(这样就降低成本)。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种结构紧凑而简单的模块和照明单元，而仍具有灵活的电气连接。
这种目的通过根据权利要求1的灯模块和根据权利要求10的照明单元实现。从属权利要求与优选实施例相关。
这种灯模块包括带有驱动电路的LED照明单元、电连接器、定位与锁定装置和金属散热器。
根据本发明，设有金属散热器元件，这种金属散热器元件包括至少一个顶壁和至少一个侧壁，该至少一个顶壁和至少一个侧壁限定内腔体。连接电子驱动电路以向LED元件提供电功率。这种驱动电路连接到电连接器。驱动电路位于散热器元件的内腔体内。这样就实现一种非常紧凑的设计。
LED元件位于散热器元件的顶壁。LED元件与散热器元件直接热接触，即以确保良好的热连接的方式直接安装到散热器元件。这样，散热器元件就能够有效地将在LED元件产生的热散逸。
根据本发明的结构提供电气连接的高度灵活性。通过将电子驱动电路集成，就可有效实现对照明元件的任何类型的控制。同时，根据本发明的灯模块的结构仍保持简单而紧凑，因为将驱动电路容纳在这种散热器的腔体内。
根据本发明的照明单元包括上述灯模块。可将这种模块可拆卸地安装在反射器处，且这种反射器设有安装腔体，LED元件定位于模块的安装位置。在此安装位置，将从LED模块发射的光引导至反射器的表面上。
优选这些定位与锁定装置包括带有径向突伸的锁定突伸件的圆柱形构件。
优选这种模块的LED照明单元是一种高功率LED(高于1000mW)。虽然可有多个LED存在，但优选仅设有单LED照明元件。而且，优选设有侧发射器光学装置，以使来自LED元件的光并不以光轴的方向直接发射，而是以径向方向引导这种光。其它的空间辐射方式也适用，如朗伯发射器。
其它的优选实施例涉及散热器元件。虽然可使用包括矩形、梯形和不规则形等的不同形状，但优选这种散热器元件具有基本上呈圆形的至少一种截面。考虑到希望实现一种紧凑的设计，大致对应于圆的截面提供相当大的散热表面(对散逸热是重要的)，而并不使设计变得庞大。优选以直角布置散热器元件的顶壁和侧壁。在优选实施例中，散热器元件呈杯形。
根据另一个优选实施例，以整体形式提供散热器元件的顶壁(LED位于该顶壁)和侧壁。这就为容易的组装、稳定的机械性能和不受阻碍的热传导做好了准备。
根据本发明的优选实施例，散热器元件包括具有不同截面的至少两个部分。第一部分包括顶壁，LED位于该顶壁处，第二部分布置成更远离LED元件。第一部分的截面积小于第二部分。这就有助于将模块安装在反射器中，在该反射器中，LED附近的较小的前部分(第一部分)并不占据太多的空间，而散热器的较宽的后部分(第二部分)具有足够的表面以适当地散逸热。为了提供这些不同截面的部分，散热器元件可具有逐渐变细的形状，如锥形，在这种形状中，第一部分往往是前端，且第二部分可以是远离LED元件的任何截面。不过，最优选这种散热器元件包括在较小的第一部分与较宽的第二部分之间的至少一个步级。优选这两种截面均基本上呈圆形并优选同轴布置。
根据本发明的另一个优选实施例，这种模块还包括一个或多个塑料部件。电连接器部分可包括连接器外壳，这种连接器外壳至少部分地包括塑料。可通过至少部分地将散热器嵌入塑料中来将该部件固定到散热器。在制造期间，这可通过(至少部分地)在金属散热器元件周围对塑料部件进行注射成型来实现。这就为这两个元件的有成本效益且精确的制造以及优良的机械连接做好了准备。还优选这些定位与锁定装置(至少部分地)包括塑料，且提供这些装置与连接器外壳作为一个塑料部件。这样就可为这两种功能提供单一的塑料部件。
可在散热器上设有帽以将腔体密封。优选这种帽也用金属材料制成，最优选用与散热器元件相同的材料制成。这种帽也用于散热并可设有相应的结构，如销、片等。可将这种帽夹持到散热器元件。可提供具有不同散热容量(如无片、具有小片和具有大片)的不同类型的帽。可将这些不同的帽设在其它相同的散热器元件上，以有效地产生适合于在不同情况下的运行的不同模块，这些不同的情况需要不同的散热容量(如在不同的环境温度时运行)。
驱动电路可包括任何类型的电路设备。优选作为电路板提供这种驱动电路，最优选是印刷电路板。根据优选实施例，这种电子驱动器可以用至少两种不同的模式运行，在这些运行模式中，将不同时间的平均功率水平提供给LED元件。优选通过如提供给LED元件的电流的PWM调制来间歇地提供较低的时间平均功率。
从下面对结合附图阅读的目前所优选的实施例的详细描述就会更加明白本发明的前面所描述的形式和其它形式以及特征和优点。详细描述和附图仅对本发明进行例证而不是对本发明进行限制。
附图说明
图1示出了灯模块的第一实施例的透视图；
图2示出了图1中的灯模块的分解透视图；
图3示出了图1和图2中的灯模块的俯视图；
图4示出了图3中的灯模块的分解图，该分解图具有沿着B-B线的截面；
图5示出了图3中的灯模块的侧视图，该侧视图具有沿着图3中的B-B线截取的截面；
图6示出了灯模块的第一实施例的模块主体的透视图；
图7示出了灯模块的第二实施例的透视图；
图8示出了图7中的灯模块的底帽的侧视图；
图9示出了位于反射器内的灯模块的透视图；以及
图10示出了图9中的照明单元的截面侧视图。
具体实施方式
图1示出了灯模块10。灯模块10包括带有突伸插头外壳14的模块主体12、锁定部分16和LED照明元件18，锁定部分16用于将灯模块10锁定在反射器内。
如在图2和图4中的分解图所示，以堆叠方式组装LED模块10。模块主体12具有基本上呈圆形的截面，因此限定中心轴A，将在下面对模块主体12进行详细描述。主体12的顶部也定心于轴A，LED照明元件18位于主体12的顶部。LED元件18包括用于产生光的LED 20和侧发射反射器(side emitter reflector)22(见图5)，侧发射反射器22用于反射所产生的光，以将所产生的光沿与中心轴A成径向的方向引导，这一点将在对灯模块10在反射器内的定位所进行的描述中明白。
顶盖24设在LED元件18上，这种顶盖24具有中心孔，LED 18从该中心孔突伸。
设有垫圈26以将灯模块10至反射器的连接密封，这将在下面进行描述。
正如还可从图4和图5的截面图以及图6的透视图中可看到的那样，主体12主要包括杯形铝部件30，铝部件30起到散热器的作用。这种材料还可以是具有良好的热传导性能的另一种金属。通过深拉将散热器30形成为整体且散热器30包括三个圆柱形部分，这三个圆柱形部分与轴A同轴布置。第一部分32a位于散热器30的顶部。第一部分32a是具有径向布置的顶壁34a和垂直于顶壁34a布置的圆柱形侧壁36a的杯形。第二圆柱形部分32b直接布置在第一部分32a下面，并且也具有顶壁34b和圆柱形侧壁36b。第二圆柱形部分32b的直径大于第一部分32a。以相同的方式将具有顶壁34c和圆柱形侧壁36c的第三部分32c直接布置在下面，第三部分32c甚至具有更大的直径。
包括这三个节段32a、32b和32c的散热器30限定内腔体40。电路板42布置在在这种腔体内。电路板42是带有两个不同直径的部分(较大直径的下部分的一小部分被截去，如图2所示)的基本上呈圆形的截面。电路板42安装到散热器30的两个较低的节段32b、32c内。正如将在下面所描述的那样，电路板32载有用于LED 18的驱动电路。
散热器30朝向其下端由圆帽44闭合，圆帽44也用铝制成。
如上所述，主体部件12包括塑料部件，即紧固到散热器30的锁定部件16和插头外壳14。通过在铝散热器中的模制来将这些塑料部件固定到散热器30。通过注射成型产生这些塑料部件，其中，将散热器插入模中，这样就在散热器处直接形成这些塑料部件。
正如可从图4和图5的截面图中可看到的那样，有在插头外壳14内突伸的触点元件48。还在散热器30处形成的塑料部件中模制这些触点元件。这些触点元件延伸穿过散热器的顶壁34b内的孔50，并且在腔体40内接触到电路板42。而且，接触销52穿过散热器30的顶壁34a中的孔从LED 18延伸到内腔体40，并且也接触到电路板42。
在腔体40内形成突伸插头元件54，将这些突伸插头元件54插入电路板42中的孔(图未示)内以确保机械连接。
在杯形散热器30的内部和外部形成的塑料部件还包括锁定部分16和三个径向突伸的翼62(见图10)，锁定部分16具有圆柱形表面60，圆柱形表面60将用于灯模块10在反射器内的定位。翼62用作将灯模块10轴向固定在反射器内的卡口联结器。
在运行时，将灯模块如下面所述的那样插入反射器中。插头14的触点48会连接到电源。驱动电路42会使用这种电功率来运行LED 18。在LED 18所产生的热会由散热器30散逸。将LED 18直接布置在最小的第一部分32a的顶部上。将LED 18直接定位在散热器30的端壁34a并由热导胶合剂固定。
因为铝材料具有良好的导热性能，这样就会有效地将由LED 18在运行期间所产生的热传递到散热器30并均匀地分布在散热器30中。热会从第二部分32b尤其是最大的第一部分32c的大的表面区域辐射。热将有效地辐射。这样就将热从LED元件18传递出去。
由于其大的表面，帽44也会在散热中发挥重要作用。在预期环境工作温度可足够地低的用途中，可使用示于图4中的具有平坦外表面的帽44。
或者，若要求更有效的热散逸，如出于对升高的环境温度的技术规范的原因，则可在帽44上设有热散逸结构。
图7示出了另一种相同的灯模块10的对应的第二实施例。在此实施例中，帽44a(在图8中单独示出)设有多个圆柱形突伸件64。因此，帽44a包括增大的表面，以用于更加有效地散逸热。正如熟练的技术人员会认识到的那样，突伸件64可具有不同的形状，如散热片，以实现相同的效果。
在插头外壳14内设有三个电触点48。因此，不仅可将电功率提供给驱动器42和LED 18，而且可传递命令以控制LED 18的运行。在目前所优选的实施例中，这三个触点中的第一个起到共用电气接地连接的作用。可选择用汽车的相应车载工作电压向其余的两个触点供电。若将电压提供给这些触点中的一个，则以全功率运行LED 18，而若将工作电压提供给另一个触点，则仅以降低的功率水平运行LED 18。或者，可有多于三个的触点48。例如，可将另一个触点用作信号检测线。这样就可传输状态信息(如在驱动电路42中检测的故障信息)。
对于全功率运行而言，驱动电路42通过连接装置52向LED 18提供工作电流，以使LED 18以其各自的标称值运行。驱动电路42包括相应的电路以将在插头14处施加的车载工作电压变换成LED 18的运行所需的电气值。对于驱动电路42的实施而言，可使用各种驱动器原理。例如，可使用电流源驱动器或者切换变换器。
这些LED驱动电路的细节是熟练的技术人员所公知的，因此不再进行详细描述。驱动器42是带有SMD元器件的印刷电路板，这些SMD元器件是分立部件和集成电路(在这些图中未示出)。或者，还可提供驱动器42仅带有几个或甚至仅带有一个专用集成驱动电路。
对于在降低功率的运行而言，电路42包括PWM驱动器以向LED18仅仅间歇地提供标称工作电流。在固定的切换频率并带有预定的工作循环时，将LED 18连续地打开和关闭，以使时间平均功率与全运行相比处于预定的较低水平。这些PWM驱动器也是熟练的技术人员所公知的，因此不再进行详细描述。或者，还可将线性电流调节用于降低的功率模式。
因此，就电气连接而言，模块10可像双灯丝标准汽车灯那样精确地运行，其中，可通过简单地连接全车载电压来将不同的运行水平应用于不同的照明目的，而无需连至各自的触点48的其它任何驱动装置。
图9和图10示出了安装在反射器70中的模块10。反射器70包括反射器表面72和用于安装模块10的安装腔体74。正如可从图10中看出的那样，将锁定突伸件62锁定在安装腔体74内。圆柱形部件60用于将模块10定位于安装腔体74内。布置垫圈26以将模块10与反射器70之间的连接密封。带有侧发射反射器22的LED 18突伸过反射器表面72内的孔。
正如在图10中示范性示出的某些光束那样，从LED 18发射的光由发射反射器22以径向方向引导并由反射器表面72反射。将反射器表面72成形为以实现所希望的光分布。
虽然散热器30的直径较小的第一部分32a容纳在安装腔体74内，但较大的底部分32b(尤其是32c)布置在安装腔体74之外，以使这些部分自由散逸热。整个结构非常紧凑，以使能够将包括反射器70和模块10的多个照明单元相互邻近布置，并且提供有效的热散逸。

Claims (10)

1.灯模块，所述灯模块包括
LED照明元件(18)，
电子驱动电路(42)，连接所述电子驱动电路(42)以向所述LED照明元件(18)提供电功率，
电连接器(48)，所述电连接器(48)连接到所述电子驱动电路(42)，
定位与锁定装置(16)，所述定位与锁定装置(16)在反射器(70)内将所述模块定位并可拆卸地锁定，
金属散热器元件(30)，所述金属散热器元件(30)带有限定内腔体(40)的至少一个顶壁(34a，34b，34c)和至少一个侧壁(36a，36b，36c)，
其中，所述电子驱动电路(42)位于所述腔体(40)内，
且所述LED照明元件(18)位于所述顶壁(34a)处并与所述散热器元件(30)直接热接触。
2.如权利要求1所述的模块，其中
所述散热器元件(30)具有至少一个基本上呈圆形的截面。
3.如前面的权利要求中的一项所述的模块，其中
所述散热器元件(30)包括呈整体形式的所述顶壁(34a，34b，34c)和所述侧壁(36a，36b，36c)。
4.如前面的权利要求中的一项所述的模块，其中
所述散热器元件(30)包括至少一个第一部分(32a)和第二部分(32b)，
其中，所述LED照明元件(18)布置在所述第一部分(32a)处，
且至少通过所述第一部分(32a)将所述第二部分(32b)与所述LED照明元件(18)隔开，
其中，所述第一部分(32a)具有小于所述第二部分(32b)的截面。
5.如前面的权利要求中的一项所述的模块，其中
将连接器外壳(14)设在所述电连接器(48)处，所述连接器外壳(14)至少部分地包括塑料材料，
其中，至少部分地通过将所述散热器元件(30)嵌入所述塑料中来将所述连接器外壳(14)固定到所述散热器元件(30)。
6.如权利要求5所述的模块，其中
所述定位与锁定装置(16)至少部分地包括塑料材料，
其中，所述定位与锁定装置(16)和所述连接器外壳(14)作为一个塑料部件提供。
7.如前面的权利要求中的一项所述的模块，其中
将帽(44，44a)设在所述散热器元件(30)上，以密封所述腔体(40)。
8.如前面的权利要求中的一项所述的模块，其中
将所述电子驱动电路(42)设计成至少以第一模式和第二模式运行，
其中，至少在所述第一模式，将电功率间歇提供给所述LED元件(18)，以使在所述第一模式的时间平均功率小于以所述第二模式提供的时间平均功率。
9.如前面的权利要求中的一项所述的模块，其中
设有所述LED元件(18)以限定光轴(A)，
所述模块还包括侧发射器光学装置(22)，所述侧发射器光学装置(22)设在所述LED元件处，以将从所述LED元件(18)所发射的光沿与所述光轴(A)成多个径向的方向引导。
10.照明单元，所述照明单元包括
根据前面的权利要求中的一项的至少一个灯模块(10)，
以及反射器(70)，所述反射器(70)带有反射器表面(72)，
其中，安装所述模块(10)以使从所述LED元件(18)发射的光由所述反射器表面(72)反射。
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