專利名稱：Led照明燈及其led燈芯的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于LED照明技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及到采用太陽花散熱片的LED照明燈。
背景技術(shù)：
LED照明，因其節(jié)能，長壽命而受到全球關(guān)注，被認(rèn)為是下一代照明技術(shù)。但其散熱 問題是當(dāng)今LED照明技術(shù)發(fā)展中的一大障礙，并且占LED照明燈相當(dāng)部分成本，而制約LED 照明普及應(yīng)用就是整個(gè)燈的成本價(jià)高。當(dāng)前的LED照明燈的散熱裝置，就其結(jié)構(gòu)就種類繁 多，普遍的問題是重量大，造價(jià)高，結(jié)構(gòu)形式不合理，不能形成通用標(biāo)準(zhǔn)，燈芯不易更換，散 熱效果也不理想。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出的LED照明燈是針對(duì)散熱問題，提出一種方案有效提高散熱量，減小 散熱用鋁重量，制造工藝簡單，便于整個(gè)燈裝配，實(shí)現(xiàn)LED照明燈中的部件通用標(biāo)準(zhǔn)化。
本發(fā)明的技術(shù)方案是LED照明燈包括有LED芯和散熱片，散熱片采用太陽花式 結(jié)構(gòu)，LED芯設(shè)置在散熱片中心的導(dǎo)熱柱上。本發(fā)明的特征是在散熱片的上方設(shè)置有對(duì)流 罩，并且對(duì)流罩的高度是散熱片高度的兩倍以上。 太陽花式結(jié)構(gòu)散熱片，由于可采用鋁擠壓工藝生產(chǎn)太陽花型材，其制造成本低，因 而廣泛地被用于計(jì)算機(jī)CPU散熱器中，也有不少LED照明燈采用這種散熱片。
太陽花式散熱片結(jié)構(gòu)中心是導(dǎo)熱柱，肋片圍著導(dǎo)熱柱伸出，熱量就是通過肋片表 面，由對(duì)流(通常采用自然對(duì)流)過程傳到空氣中散出，對(duì)流傳熱系數(shù)小(特別是自然對(duì) 流)，因而要盡可能增加肋片散熱面積，而太陽花結(jié)構(gòu)則能在一定空間內(nèi)有效的設(shè)置最多肋 片。LED芯(也就是發(fā)熱源)設(shè)置在導(dǎo)熱柱的斷面上，發(fā)熱源到肋片根部的距離短，則導(dǎo)熱 熱阻低，有利于散熱。以上說明太陽花式散熱片對(duì)于LED芯散熱是最為合理的結(jié)構(gòu)。
自然對(duì)流傳熱過程空氣受熱后，比重下降，產(chǎn)生升力，向上流動(dòng)的對(duì)流傳熱過程， 無機(jī)械運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，因而可靠性高，成本也低。在散熱片的上方設(shè)置對(duì)流罩，利用煙囪抽吸原 理，提高空氣流經(jīng)散熱片的流量，得到散熱量的提高。對(duì)流罩的抽吸強(qiáng)度與對(duì)流罩內(nèi)的有效 容積成正比，外觀尺寸表現(xiàn)出與對(duì)流罩的高度成正比。本發(fā)明提出對(duì)流罩要達(dá)到散熱片高 度兩倍以上，是因?yàn)橹挥袑?duì)流罩達(dá)到這樣的高度，才有明顯的散熱提高效果。根據(jù)實(shí)驗(yàn)，當(dāng) 對(duì)流罩高為散熱片高的6倍時(shí)，其散熱量可提高50%。對(duì)流罩內(nèi)是一個(gè)空腔，外殼可以利 用塑料制成，并且對(duì)流罩可以與燈具合為一體，因而成本沒有增加，整個(gè)燈的體積增加也有 限。這說明加設(shè)對(duì)流罩有效的提高了散熱片的散熱量，從另一角度來說，降低了散熱所占的 成本。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。
圖1是一種外邊緣為矩形的太陽花式散熱片特征示意圖。
圖2是一種外邊緣為六邊形的太陽花式散熱片特征示意圖。 圖3是一種外邊緣為圓形，并且肋片為弧形的太陽花式散熱片特征示意圖。 圖4是一種本發(fā)明的LED照明燈的特征結(jié)構(gòu)示意圖。 圖5是一種本發(fā)明的LED照明燈的特征結(jié)構(gòu)示意圖，LED芯在散熱片的上側(cè)。
圖6是一種本發(fā)明的LED照明燈的特征結(jié)構(gòu)示意圖，對(duì)流罩內(nèi)設(shè)有反射鏡，可以向 四周水平照射。 圖7是一種本發(fā)明的LED照明燈的特征結(jié)構(gòu)示意圖，對(duì)流罩內(nèi)設(shè)有反射鏡，可單方 向水平照射，對(duì)流罩側(cè)壁上端開有排氣窗。 圖8是一種本發(fā)明的LED照明燈的特征結(jié)構(gòu)示意圖，對(duì)流罩可伸縮，LED芯設(shè)有燈 圖9是一種本發(fā)明的LED照明燈采用的散熱片的特征結(jié)構(gòu)示意圖，是由數(shù)個(gè)太陽 花散熱片拼合成的，為蜂窩形結(jié)構(gòu)。 圖10是一種本發(fā)明的LED照明燈的特征結(jié)構(gòu)示意圖，LED芯設(shè)在導(dǎo)熱芯上，導(dǎo)熱 芯為錐形植入散熱片中。 圖ll是一種本發(fā)明的LED照明燈的特征結(jié)構(gòu)示意圖，導(dǎo)熱芯為螺紋植入散熱片 中，LED芯設(shè)有燈芯罩。 圖12是一種本發(fā)明的LED燈芯的特征結(jié)構(gòu)示意圖，導(dǎo)熱芯為圓錐螺紋結(jié)構(gòu)，并帶 燈芯罩。 圖13是一種本發(fā)明的LED照明燈的特征結(jié)構(gòu)示意圖，散熱片采用了蜂窩形的拼合 結(jié)構(gòu)，可用于道路照明。 圖中，1.LED芯2.導(dǎo)熱柱3.肋片4.對(duì)流罩5.對(duì)流腔6.表示光線的箭頭 7.反射鏡8.排氣窗9.驅(qū)動(dòng)電器10.燈芯罩11.前透鏡12.導(dǎo)熱芯13.螺釘
實(shí)施例 圖1、2、3分別示出了三種太陽花式散熱片的特征示意圖。它們結(jié)構(gòu)特征(也就是 太陽花結(jié)構(gòu)特征)，中心是導(dǎo)熱柱2 (有實(shí)心和空心之分，圖中為實(shí)心)，肋片3從導(dǎo)熱柱2 的柱面伸出，導(dǎo)熱柱的作用就是將LED芯的熱量由導(dǎo)熱柱的端面(也可稱橫截面)以導(dǎo)熱 的方式，傳到柱面上的肋片上。太陽花結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)導(dǎo)熱部分(即導(dǎo)熱柱)體積小，導(dǎo)熱路 徑短，肋片的散熱面積大。 圖4、5示出兩種典型的本發(fā)明LED照明燈的特征結(jié)構(gòu)。圖4中的LED芯1設(shè)置 在導(dǎo)熱柱2的下端面(散熱片的下側(cè))，圖5中的LED芯1設(shè)在導(dǎo)熱柱2的上端面(散熱 片的上側(cè))，但它們共同的特點(diǎn)是在散熱片的上方設(shè)置有對(duì)流罩4，在散熱片的上方形成空 腔，成為對(duì)流腔5。對(duì)流罩4的高度(也就是指對(duì)流腔5的高度)越高，對(duì)流腔5的容積就 越大，所產(chǎn)生的抽吸越強(qiáng)，流經(jīng)肋片3的空氣流量也就越大，散熱量就得到提高。
散熱片的外形可以是矩形，多邊形，圓形等，散熱片的外形尺寸用當(dāng)量外徑來表 示，當(dāng)量外徑定義為散熱片外形周長除以n (11= 3. 14)，如果散熱片外形為圓形時(shí)，其當(dāng) 量外徑就等于其外形圓的直徑。同樣，導(dǎo)熱柱的當(dāng)量外徑定義為導(dǎo)熱柱橫截面外形周長除 以TI。散熱片的高，如圖4、5所示肋片3豎立方向的尺寸，也可以稱為散熱片厚。散熱片的 外形尺寸(當(dāng)量外徑)、導(dǎo)熱柱的大小、散熱片高、以及肋片的厚度和肋片之間的間隙，確定這些代表散熱片結(jié)構(gòu)的尺寸時(shí)要考慮多種因素導(dǎo)熱柱過大，所占空間大，鋁材用量也大，
內(nèi)部導(dǎo)熱距離也可能加長，導(dǎo)熱柱的當(dāng)量外徑應(yīng)不大于35mm，導(dǎo)熱柱應(yīng)盡可能小，但不能太 小，要考慮LED燈芯的固定以及之間的接觸熱阻，導(dǎo)熱柱當(dāng)量外徑不應(yīng)小于10mm ;散熱片的 外徑若太大，將導(dǎo)致增加導(dǎo)熱柱的外徑和肋片的長度，肋片長度過長(大于35mm時(shí))，擠出 成形困難，散熱片的當(dāng)量外徑不應(yīng)大于100mm ;從傳熱原理來說，肋片之間的間隙要小(小 于lmm)，但考慮到擠出成型難度以及長時(shí)間塵埃的污染問題，肋片之間的平均間隙(由于 間隙不均勻，因而取平均間隙)不小于1. 2mm，間隙如果太大，則空間利用率低，肋片之間的 平均間隙不應(yīng)大于3. 5mm ;肋片的厚度應(yīng)盡可能薄，但擠出成型困難，取平均厚度為0. 6mm 左右較合適。散熱片的高度不應(yīng)超過35mm，是因?yàn)樯崞叨却砜諝饬鹘?jīng)肋片的距離，過 高的散熱片，則空氣流動(dòng)阻力大，導(dǎo)熱柱內(nèi)的導(dǎo)熱距離也長，但散熱片高度太小，散熱面積 就小，不應(yīng)小于6mm。 當(dāng)散熱片平放，對(duì)流罩豎立設(shè)置時(shí)，對(duì)流罩的抽吸作用最有效，但LED芯只朝上或 朝下。圖6、7所示的本發(fā)明LED照明燈，就解決了燈光平射問題，LED芯1設(shè)置在散熱片的 上側(cè)，LED芯1朝上，對(duì)流罩4內(nèi)設(shè)置有反射鏡7，對(duì)流罩4的側(cè)壁采用了透明材料制成，從 LED芯1發(fā)出的朝上光線，經(jīng)反射鏡7反射成平射，如果對(duì)流罩4內(nèi)的反射鏡7的角度可調(diào) 動(dòng)，則就可調(diào)動(dòng)照明燈的平射角(偏上或者偏下)。圖7所示的LED照明燈是單側(cè)平射，而 圖6所示的為兩側(cè)，或四周平射。圖7中，對(duì)流罩4上加有蓋，在側(cè)壁上端開有排氣窗8.
圖8所示的本發(fā)明的一種LED照明燈中，將LED芯1的驅(qū)動(dòng)電器9設(shè)置在對(duì)流罩 4內(nèi)，這樣的設(shè)計(jì)雖然驅(qū)動(dòng)電器9減小了對(duì)流腔5內(nèi)的容積，但驅(qū)動(dòng)電器9的發(fā)熱器件將提 高對(duì)流腔5內(nèi)的空氣溫度，有利于對(duì)流罩增加抽吸作用。圖8中的對(duì)流罩4設(shè)計(jì)成兩段，上 段可縮到下段內(nèi)，即對(duì)流罩的高度可調(diào)動(dòng)。這樣的設(shè)計(jì)，有利于燈的安裝，盡可能地增加對(duì) 流罩，比如，先將對(duì)流罩收縮，使LED照明燈的燈頭露出，插入燈座固定后，再伸展對(duì)流罩， 這就有效利用燈頭和燈座周圍的空間，加大對(duì)流罩，提高抽吸作用，即提高散熱量。也可以 將伸縮的對(duì)流罩設(shè)置固定在燈座上。 圖8中的LED芯1加設(shè)有燈芯罩10，燈芯罩10內(nèi)表面可作為反光鏡，LED芯1前 還設(shè)有前透鏡ll，燈芯罩10和前透鏡11保護(hù)著這LED芯1。對(duì)于室外用的LED照明燈，要 注意防止雨水長期流經(jīng)前透鏡，減少前透鏡表面生成水垢，燈芯罩設(shè)計(jì)成其下邊緣或下邊 緣凸起應(yīng)低于前透鏡，圖8中所示的燈芯罩10的下邊緣凸起低于前透鏡，這樣的結(jié)構(gòu)使得 下雨時(shí)，水都從燈芯罩的下邊緣流下，沒有雨水流經(jīng)前透鏡。 單個(gè)太陽花散熱片的散熱量有限，對(duì)應(yīng)的單個(gè)LED芯的功率(即光照度)也就有 限，對(duì)于像路燈這類大功率照明燈，可以采用類似圖9所示的方案。采用數(shù)多太陽花式散熱 片通過連接裝置或互連機(jī)構(gòu)拼合成一體，每個(gè)太陽花散熱片帶有LED芯，這就可以根據(jù)需 要拼合成多種光照度(功率)的照明燈。圖9所示的單個(gè)太陽花式散熱片為等六邊形外 形，整個(gè)散熱片拼合結(jié)構(gòu)為蜂窩型結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)緊湊、牢固、便于拼合，便于各個(gè)散熱片之 間互相連接。 圖10、11示出的本發(fā)明的兩種LED照明燈中，導(dǎo)熱柱中有導(dǎo)熱芯12， LED芯1設(shè)置 在導(dǎo)熱芯12上，導(dǎo)熱芯12植入散熱片中，導(dǎo)熱芯為導(dǎo)熱柱中的一部分，LED芯l產(chǎn)生的熱 量經(jīng)導(dǎo)熱芯12再傳導(dǎo)到散熱片上，LED芯1和導(dǎo)熱芯12就可構(gòu)成單獨(dú)部件——LED燈芯。 采用這樣的結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)有一、便于LED芯l和導(dǎo)熱芯12的封裝與裝配，便于解決其內(nèi)的導(dǎo)熱
5問題；二、便于整個(gè)LED照明燈的裝配；三、便于LED燈芯的維修和更換；四、更重要的是便 于實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化。 圖10、 11示出了解決導(dǎo)熱芯12與散熱片(導(dǎo)熱柱)之間的接觸熱阻問題。圖10 中示出，導(dǎo)熱芯12為錐形，采用錐形植入散熱片中的結(jié)構(gòu)，只要小的推擠力，就可得到被放 大數(shù)十倍的導(dǎo)熱芯柱面與散熱片之間的接觸壓力，因而接觸熱阻就被減小。圓錐孔和圓錐 柱面容易加工成型，配合精度容易保證，因而應(yīng)該首選圓錐形結(jié)構(gòu)的導(dǎo)熱芯。圖io所示，導(dǎo) 熱芯12靠旋轉(zhuǎn)螺釘13，將導(dǎo)熱芯12緊固植入散熱片中，螺釘設(shè)置在中心軸線上，當(dāng)然也可 以采用在導(dǎo)熱芯旁邊設(shè)置多顆螺釘緊固植入結(jié)構(gòu)。還可以采用另一種螺釘緊固植入結(jié)構(gòu) 與圖10類似，螺釘(或稱螺桿)，設(shè)置在中心軸，但固定在散熱片上，而是通過旋轉(zhuǎn)導(dǎo)熱芯使 導(dǎo)熱芯植入散熱片中。 圖11示出導(dǎo)熱芯12采用螺紋植入散熱片(導(dǎo)熱柱)中的結(jié)構(gòu)，由于螺紋柱面的表 面積被放大，接觸傳熱面積就被放大，比如采用普通的60°三角牙螺紋，其表面積為圓柱的 兩倍。導(dǎo)熱芯采用螺紋植入散熱片中的結(jié)構(gòu)還有一優(yōu)點(diǎn)便于安裝，可以無需工具就可以將 導(dǎo)熱芯植入散熱片中，也就是將LED燈芯裝入由散熱片等構(gòu)成的燈具中。圖11中的LED芯 1帶有燈芯罩IO和前透鏡ll，前透鏡11成凹形，使得燈芯罩10的下邊緣低于前透鏡11。
圖12示出了一種本發(fā)明的LED燈芯，帶有燈芯罩10，導(dǎo)熱芯12采用了圓錐螺紋結(jié) 構(gòu)，因而具有圓錐結(jié)構(gòu)和螺紋結(jié)構(gòu)所具有的優(yōu)點(diǎn)之和接觸壓力大，接觸面積大，便于安裝。
圖13示出了一種采用本發(fā)明的路燈，散熱片為IO個(gè)等六邊形太陽花式散熱片，采 用蜂窩型結(jié)構(gòu)拼合成。導(dǎo)熱芯12采用了圓錐螺紋結(jié)構(gòu)，每個(gè)LED芯1帶有燈芯罩10和前 透鏡ll，前透鏡11成凹形，燈的后外殼凸起，構(gòu)成了對(duì)流罩4，內(nèi)空腔就是對(duì)流腔5，頂蓋開 有由數(shù)多小孔組成的排氣窗8。 特別說明本發(fā)明中的LED芯包括了 0LED芯。
權(quán)利要求
一種LED照明燈，包括有LED芯(1)和散熱片，散熱片采用了太陽花式結(jié)構(gòu)，其特征在于在散熱片的上方設(shè)置有對(duì)流罩(4)，對(duì)流罩(4)的高度是散熱片高度的兩倍以上。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED照明燈，其特征在于散熱片的高度不超過35mm，散熱片的當(dāng)量外徑不大于100mm，導(dǎo)熱柱(2)的當(dāng)量外徑不大于35mm，肋片之間的平均間隙不小于1. 2mm，不大于3. 5mm。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED照明燈，其特征在于LED芯(1)設(shè)置在散熱片的上側(cè)，LED芯(1)朝上，對(duì)流罩(4)側(cè)壁采用了透明材料制成，對(duì)流罩(4)內(nèi)設(shè)置有反射鏡(7)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED照明燈，其特征在于LED芯(1)設(shè)置有燈芯罩(10)，燈芯罩(10)下邊緣或下邊緣凸起低于LED芯的前透鏡(11)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED照明燈，其特征在于LED照明燈采用了數(shù)多個(gè)帶LED芯的太陽花式散熱片，它們通過連接裝置或互連機(jī)構(gòu)拼合成一體的結(jié)構(gòu)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED照明燈，其特征在于對(duì)流罩(4)的高度采用了高度可調(diào)結(jié)構(gòu)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1至6所述的LED照明燈，其特征在于導(dǎo)熱柱中有導(dǎo)熱芯(12) ， LED芯(1)設(shè)置在導(dǎo)熱芯(12)上；導(dǎo)熱芯(12)采用了錐形植入散熱片中的結(jié)構(gòu)，或采用了螺紋植入散熱片中的結(jié)構(gòu)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的LED照明燈，其特征在于錐形的導(dǎo)熱芯(12)采用了螺釘或螺桿緊固植入散熱片中結(jié)構(gòu)。
9. 一種用于根據(jù)權(quán)利要求7所述的LED照明燈中的LED燈芯，包括有LED芯(1)和導(dǎo)熱芯(12)、LED芯(1)設(shè)置在導(dǎo)熱芯(12)上，其特征在于導(dǎo)熱芯(12)采用了圓錐形結(jié)構(gòu)，或螺紋柱結(jié)構(gòu)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的LED燈芯，其特征在于導(dǎo)熱芯(12)采用了圓錐螺紋結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明針對(duì)LED散熱問題，提出了一種LED照明燈及其LED燈芯。采用太陽花式散熱片，通過增設(shè)對(duì)流罩(4)，利用煙囪抽吸原理，提高散熱量，并有效降低成本。將導(dǎo)熱芯(12)和LED芯(1)設(shè)計(jì)成獨(dú)立的部件-LED燈芯，便于燈芯內(nèi)封裝和整個(gè)燈裝配，便于實(shí)現(xiàn)LED照明燈部件的標(biāo)準(zhǔn)通用化。通過采用圓錐和螺紋植入散熱片結(jié)構(gòu)，解決導(dǎo)熱芯(12)與散熱片之間的接觸熱阻問題，又便于LED燈的維護(hù)。
文檔編號(hào)F21Y101/02GK101713496SQ20091010892
公開日2010年5月26日 申請(qǐng)日期2009年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月23日
發(fā)明者秦彪 申請(qǐng)人:秦彪