CN107917402A - 一种用于火车的车头灯装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于火车的车头灯装置，包括第一抛物线型反光碗、第二抛物线型反光碗、第一发光二极管、第二发光二极管、第三发光二极管、第四发光二极管、第五发光二极管、第六发光二极管、第七发光二极管、第八发光二极管、第九发光二极管、第十发光二极管。本发明采用发光二极管作为光源，系统架构简单，成本较低。本发明可以克服以往基于白炽灯或卤素灯等传统光源的火车车头灯在能耗及尺寸上的不足。因此，本发明与原有技术相比，不仅能够显著提高系统性能，而且节能环保。

Description

一种用于火车的车头灯装置
技术领域
本发明涉及照明领域，具体涉及一种用于火车的车头灯装置，其具有发光二极管(LED)光源及反光碗。
背景技术
为了追求经济的可持续发展，近年来，节约能源、低碳环保成为了世界各国关注的主题。在照明设计中，过去普遍使用的光源，如白炽灯、卤素灯等，由于其较低的能量利用率而逐渐被淘汰。与此同时，以发光二极管(Light Emitting Diode,LED)为代表的新型光源因其节能环保的特点而愈加受到人们的关注。除此之外，发光二极管在使用寿命、光源稳定性、开关切换速率等方面都拥有传统光源无可比拟的优势。近年来，发光二极管在宽角度、近距离照明设计领域，如路灯照明、机动车照明等，成为了主流光源。但是由于发光二极管自身发光的特性，目前的发光二极管在火车车头灯、剧场追光灯、海上灯塔灯等需要小角度、长距离照明设计的应用领域仍然无法满足实际应用的需要。
发明内容
本发明针对目前发光二极管在小角度、长距离照明等方面的设计不足，提出了一种用于火车的车头灯装置，具体包括发光二极管(LED)光源及反光碗。
一种用于火车的车头灯装置，包括第一抛物线型反光碗、第二抛物线型反光碗、第一发光二极管、第二发光二极管、第三发光二极管、第四发光二极管、第五发光二极管、第六发光二极管、第七发光二极管、第八发光二极管、第九发光二极管、第十发光二极管；
本发明中，所述第一至第五发光二极管位于第一抛物线型反光碗内，共同构成车头灯装置的上半部分；所述第六至第十发光二极管位于第二抛物线型反光碗内，共同构成车头灯装置的下半部分。
本发明中，所述的车头灯装置的上半部分与下半部分，以整个车头灯的中轴为中心，呈轴对称分布。
本发明中，所述的第一和第二抛物线型反光碗，壁厚6.405毫米，焦距20毫米，前方开口最大半径74.8毫米；第一和第二抛物线型反光碗内壁镀铝膜，在可见光波段(380～780纳米)平均光反射率大于95％。
本发明中，所述第一至第十发光二极管，均为贴片式高亮度白光发光二极管，配光曲线为朗伯分布，具体参数满足单个发光二极管的光通量大于500流明、尺寸小于2.5×2.5毫米。
本发明中，所述第一至第五发光二极管共同构成第一光源模块，以第一抛物线型反光碗内壁顶点为原点建立第一直角坐标系，第一和第二发光二极管的连线方向为第一直角坐标系的纵坐标，垂直于第一直角坐标系的纵坐标且在第一至第五发光二极管所在平面内的方向为第一直角坐标系的横坐标；第一至第五发光二极管在第一直角坐标系上位置分别为(0,20)、(0,16.5)、(8,19.36)、(-6,16)、(2.5,11.75)，坐标单位为毫米。
本发明中，所述第六至第十发光二极管共同构成第二光源模块，以第二抛物线型反光碗内壁顶点为原点建立第二直角坐标系，第六和第七发光二极管的连线方向为第二直角坐标系的纵坐标，垂直于第二直角坐标系的纵坐标且在第六至第十发光二极管所在平面内的方向为第二直角坐标系的横坐标；第六至第十发光二极管在第二直角坐标系上位置分别为(0,20)、(0,16.5)、(8,19.36)、(-6,16)、(2.5,11.75)，坐标单位为毫米。
作为优选，为CREE公司的XLamp XB-H型白光发光二极管。
与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：
1、使用白光发光二极管作为光源后，本发明车头灯与基于传统光源的现有技术相比，尺寸减少约20％，使用寿命延长3倍以上。
2、使用白光发光二极管作为光源后，本发明车头灯与基于传统光源的现有技术相比，单位时间能耗从200～350瓦特减少至小于25瓦特；以火车每日平均工作时长8小时计，年能耗下降584千瓦时；若以原油作为发电能源，每列使用本发明所述车头灯的火车，每年将间接减少二氧化碳排放152千克。
因此，该技术方案与原有技术相比，不仅能够显著提高系统性能，而且节能环保。
附图说明
图1是本发明的三维示意图，示意图中忽略了车头灯装置的上半部分和车头灯装置的下半部分的壁厚；
其中：1、车头灯装置的上半部分；2、车头灯装置的下半部分；3、第一抛物线型反光碗；4、第一光源模块；5、第二抛物线型反光碗；6、第二光源模块；7、测试平面；
图2是本发明的抛物线型反光碗尺寸结构示意图；
图3是本发明的第一光源模块内发光二极管相对位置示意图；其中：8、第一发光二极管；9、第二发光二极管；10、第三发光二极管；11、第四发光二极管；12、第五发光二极管；
图4是本发明的火车车头灯在测试平面上所测得的发光强度示意图。
具体实施方式
下面结合附图说明本发明，但本发明并不限于此。
如图1所示的一种用于火车的车头灯装置的三维示意图，其中包括：
车头灯装置的上半部分1、车头灯装置的下半部分2、第一抛物线型反光碗3、第一光源模块4、第二抛物线型反光碗5、第二光源模块6、测试平面7。
车头灯装置的上半部分1由第一抛物线型反光碗3和第一光源模块4构成，相应地，车头灯装置的下半部分2由第二抛物线型反光碗5和第二光源模块6构成。车头灯装置的上半部分1和车头灯装置的下半部分2以整个车头灯的中轴为中心，呈轴对称分布。第一光源模块4位于第一抛物线型反光碗3的焦点附近，第二光源模块6位于第二抛物线型反光碗5的焦点附近。
如图2所示是本发明的抛物线型反光碗尺寸结构示意图，包括第一抛物线型反光碗3和第二抛物线型反光碗5的具体参数。以第一抛物线型反光碗3内壁顶点为原点建立第一直角坐标系，y方向为第一发光二极管8和第二发光二极管9的连线方向，x方向垂直于y方向且位于第一发光二极管8、第二发光二极管9、第三发光二极管10、第四发光二极管11和第五发光二极管12所在平面，则第一抛物线型反光碗3内壁剖面的曲线可由如下方程定义：
x2＝2py
p为第一抛物线型反光碗3的抛物线焦距，长度为20毫米，第一抛物线型反光碗3和第二抛物线型反光碗5的壁厚为6.405毫米，前方开口最大半径为74.8毫米，第一发光二极管8、第二发光二极管9、第三发光二极管10、第四发光二极管11和第五发光二极管12在第一直角坐标系上的位置分别为(0,20)、(0,16.5)、(8,19.36)、(-6,16)、(2.5,11.75)，单位为毫米。同理可建立第二抛物线型反光碗5的第二直角坐标系，第二抛物线型反光碗5的尺寸与第一抛物线反光碗3相同，第六发光二极管13、第七发光二极管14、第八发光二极管15、第九发光二极管16、第十发光二极管17在第二直角坐标系上位置为(0,20)、(0,16.5)、(8,19.36)、(-6,16)、(2.5,11.75)，单位为毫米。
如图3所示，第一光源模块4由发光二极管构成：包括第一发光二极管8、第二发光二极管9、第三发光二极管10、第四发光二极管11、第五发光二极管12构成。第二光源模块6由发光二极管构成包括第六发光二极管13、第七发光二极管14、第八发光二极管15、第九发光二极管16、第十发光二极管17构成。第一至第十发光二极管，均为贴片式高亮度白光发光二极管，配光曲线应满足朗伯分布，具体参数满足单个发光二极管的光通量大于500流明、尺寸小于2.5×2.5毫米。单个发光二极管优选为CREE公司的XLamp XB-H型白光发光二极管，其光通量大于500流明、尺寸小于2.45×2.45毫米。第一光源模块4和第二光源模块6在结构上完全也相同。
基于本发明所述设计装配的车头灯，满足火车车头灯国际通行标准49CFR229.125的相关规定，即对于火车正前方距离至少800英尺(243.84米)的探测器，车头灯发光强度峰值应不小于200,000坎德拉；在7.5度观察角内任意位置所探测的发光强度不小于3,000坎德拉；在20度观察角内任意位置所探测的发光强度不小于400坎德拉。为测试本发明设计性能，可以使用光学设计软件Zemax进行仿真，仿真结果如图4所示。对于800英尺(243.84米)远的接收面，7.5度和20度分别对应于半径32.102米和88.751米的圆面区域。经过仿真，探测面上峰值照度为4.20465勒克斯，在半径32.102米和88.751米半径处最小照度为0.062勒克斯和0.00743勒克斯。对应于发光强度分别为250,000坎德拉、3,750坎德拉、500坎德拉，均达到49CFR 229.125的相关规定数值的1.25倍。即使在考虑装配与加工误差的前提下，设计冗余度也使实际产品足以满足49CFR 229.125的相关要求。

Claims (7)

1.一种用于火车的车头灯装置，包括第一抛物线型反光碗、第二抛物线型反光碗、第一发光二极管、第二发光二极管、第三发光二极管、第四发光二极管、第五发光二极管、第六发光二极管、第七发光二极管、第八发光二极管、第九发光二极管、第十发光二极管。
2.根据权利要求书1所述的用于火车的车头灯装置，其特征在于，所述第一至第五发光二极管位于第一抛物线型反光碗内，共同构成车头灯装置的上半部分；所述第六至第十发光二管位于第二抛物线型反光碗内，共同构成车头灯装置的下半部分。
3.根据权利要求书2所述的用于火车的车头灯装置，其特征在于，所述的车头灯装置的上半部分与车头灯装置的下半部分，以整个车头灯的中轴为中心，呈轴对称分布。
4.根据权利要求书1所述的用于火车的车头灯装置，其特征在于，所述的第一和第二抛物线型反光碗，壁厚6.405毫米，焦距20毫米，前方开口最大半径74.8毫米；第一和第二抛物线型反光碗内壁镀铝膜，在可见光波段（380~780纳米）平均光反射率大于95%。
5.根据权利要求书1所述的用于火车的车头灯装置，其特征在于，所述第一至第十发光二极管，均为贴片式高亮度白光发光二极管，配光曲线为朗伯分布，具体参数满足单个发光二极管的光通量大于500流明、尺寸小于2.5×2.5毫米，优选为CREE公司的XLamp XB-H型白光发光二极管。
6.根据权利要求书1所述的用于火车的车头灯装置，其特征在于，所述第一至第五发光二极管共同构成第一光源模块，以第一抛物线型反光碗内壁顶点为原点建立第一直角坐标系，第一和第二发光二极管的连线方向为第一直角坐标系的纵坐标，垂直于第一直角坐标系的纵坐标且在第一至第五发光二极管所在平面内的方向为第一直角坐标系的横坐标；第一至第五发光二极管在第一直角坐标系上位置分别为(0, 20)、(0, 16.5)、(8, 19.36)、(-6, 16)、(2.5,11.75)，坐标单位为毫米。
7.根据权利要求书1所述的用于火车的车头灯装置，其特征在于，所述第六至第十发光二极管共同构成第二光源模块，以第二抛物线型反光碗内壁顶点为原点建立第二直角坐标系，第六和第七发光二极管的连线方向为第二直角坐标系的纵坐标，垂直于第二直角坐标系的纵坐标且在第六至第十发光二极管所在平面内的方向为第二直角坐标系的横坐标；第六至第十发光二极管在第二直角坐标系上位置分别为(0, 20)、(0, 16.5)、(8, 19.36)、(-6, 16)、(2.5,11.75)，坐标单位为毫米。
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