專利名稱：一種利用氣流自然散熱的模塊化大功率led燈具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體照明領(lǐng)域，涉及一種用LED作為光源，特別涉及一種利用氣 流自然散熱的模塊化大功率LED燈具。
背景技術(shù)：
隨著LED制造技術(shù)的不斷進(jìn)步，其光效不斷提高，截止到目前，實(shí)驗(yàn)室大功率 白光LED的光效已經(jīng)超過1901m/W，市場(chǎng)上成熟產(chǎn)品的光效也已經(jīng)達(dá)到1001m/W以上。 這一光效值展現(xiàn)了 LED在道路照明、隧道照明、廠礦照明等大功率燈具中的潛力。與傳統(tǒng)光源相比，LED又具有很多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，比如發(fā)光點(diǎn)小，易于進(jìn)行光學(xué) 設(shè)計(jì)，并且燈具效率可以做得很高，因此與傳統(tǒng)光源相比具有巨大的節(jié)能潛力。此外， LED壽命長(zhǎng)，抗震性好，顯色指數(shù)高，這些特點(diǎn)都使得LED在道路照明、隧道照明、廠 礦照明等大功率LED應(yīng)用中有著得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。然而現(xiàn)在市場(chǎng)上也有一些大功率LED燈具，它們?cè)O(shè)計(jì)時(shí)沒有能充分了解LED的 特性以及燈具的使用環(huán)境，在散熱設(shè)計(jì)方面存在很大的問題。如目前市場(chǎng)上的LED路 燈，大多是整體式的，所有的LED光源都密封在封閉的腔體內(nèi)。路燈工作時(shí)通過路燈背 部的散熱片散熱，但是為了提高散熱效率，散熱片一般直接裸露在空氣中，這就使得空 氣中的油污和灰塵很容易在散熱片上堆積，影響了路燈的散熱效率，從而影響LED的工 作性能與壽命。同時(shí)由于防護(hù)等級(jí)的要求而采用密封膠等方式將LED等元件密封形成一 個(gè)很難拆卸的整體，即整體式LED路燈，這樣現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)是很困難的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)合熱力學(xué)原理利用氣流自然散熱的模塊化大功率 LED燈具。本發(fā)明提出利用氣流自然散熱的模塊化大功率LED燈具，由燈架1、LED模組 2、具有多路恒流輸出的驅(qū)動(dòng)器3組成，LED模組2通過防水接頭與驅(qū)動(dòng)器3相連，驅(qū)動(dòng) 器3、LED模組2分別固定于燈架1上，燈架1通過位于其上的機(jī)械連接部分與外部進(jìn)行 安裝，如安裝于道路的燈桿上等。其中所述LED模組2采用內(nèi)表面配光的LED燈具 模組，該LED模組2出光表面為平面或曲率較大的近似平面，且具有防水、防塵、散熱 及滿足配光要求等功能。本發(fā)明中，采用的LED模組2根據(jù)光通量的要求可以一條、也可以多條。本發(fā)明中，安裝時(shí)，或者LED模組2與燈架1留有空隙、或者LED模組2之間 留有空隙、或者LED模組2與燈架1及LED模組2之間均留有空隙，以便點(diǎn)燈時(shí)形成熱 氣流上升通道，增加散熱功能。本發(fā)明中，采用具有多路恒流輸出的驅(qū)動(dòng)器3，每路用防水接頭輸出，便于與 LED模組2連接。本發(fā)明中，燈架1可以是一種簡(jiǎn)單的框架結(jié)構(gòu)，僅用于固定LED模組2和驅(qū)動(dòng)器3及與外部的安裝，也可以有起美觀及一定的防護(hù)作用的其它機(jī)械結(jié)構(gòu)，如上部可以有上 蓋。但這種機(jī)械結(jié)構(gòu)如在LED模組2的上部，則該結(jié)構(gòu)必須或者在上邊有通氣孔、或者 在側(cè)面有通氣孔、或者在上面及側(cè)面均有通氣孔。該通氣孔與所述空隙形成熱氣流上升 通道，增加散熱功能。本發(fā)明各部分結(jié)構(gòu)分述如下 1.燈架
用于放置并固定LED模組2與驅(qū)動(dòng)器3，并與外部進(jìn)行安裝。因此，燈架1基本由 三部分組成，即用于固定驅(qū)動(dòng)器3的部分、用于固定LED模組2的部分及與外部安裝的 機(jī)械部分。1、驅(qū)動(dòng)器3的固定比較簡(jiǎn)單，可以在燈架1結(jié)構(gòu)上留有一定的位置安放，但 不影響燈具的外部美觀及有一定的散熱通道；2、固定LED模組2的部分是燈架1的核 心，這部分可以是a簡(jiǎn)單的框架結(jié)構(gòu)，如一個(gè)在平面結(jié)構(gòu)或近似平面結(jié)構(gòu)上有一個(gè)中空 或者多個(gè)中空的框架，框架上放置LED模組2，模組2的出光部分正好對(duì)著框架的中空 部分，點(diǎn)亮?xí)r光線由框架的中空部分射出，或者b具備a所述簡(jiǎn)單框架結(jié)構(gòu)功能的結(jié)構(gòu)基 礎(chǔ)上外加一定裝飾與防護(hù)功能的其它機(jī)械結(jié)構(gòu)；3、外部安裝的機(jī)械部分，這部分根據(jù)燈 具的應(yīng)用場(chǎng)合而不同，如a道路照明用途，則為一能夠與路燈燈桿連接并固定的結(jié)構(gòu)， b隧道照明與廠礦照明等，則為一個(gè)能調(diào)節(jié)燈具發(fā)光體位置與方向并將燈具整體固定于隧 道或墻上或其它安裝位置的機(jī)械結(jié)構(gòu)；4、可選部分，除以上三部分必須有外，燈架上還 可以有用于使燈具外觀美觀或具有一定防護(hù)功能的其它部分，如可以有燈具上蓋，也可 以有邊上的弧形、流線型等美觀裝飾。燈具上蓋可以僅罩于LED模組2上，也可以僅罩 于驅(qū)動(dòng)器3上，也可以由一個(gè)上蓋同時(shí)罩于LED模組2與驅(qū)動(dòng)器3或2個(gè)上蓋分別罩于 LED模組2與驅(qū)動(dòng)器3上。無(wú)論哪種情況，在LED模組2上邊的外蓋必須有向上邊或者 側(cè)面的氣流通道，這樣與LED模組2之間空隙或LED模組2與燈架1之間的空隙可以在 燈具點(diǎn)燈時(shí)形成上升的熱氣流通道，加強(qiáng)散熱。鑒于驅(qū)動(dòng)器3的散熱問題較小，因此罩 于驅(qū)動(dòng)器3上的外蓋可以有或者無(wú)較大通氣孔，但該外蓋不能讓驅(qū)動(dòng)器3完全密封。以上四部分可以是單獨(dú)設(shè)計(jì)并制造但牢固連接的機(jī)械結(jié)構(gòu)，也可以是通過模具 壓鑄或者拉伸等工藝制造的包括其中任意兩個(gè)部分或者三個(gè)部分或者四個(gè)部分的整體 件。2. 驅(qū)動(dòng)器
驅(qū)動(dòng)器3采用具有多路恒流輸出的電源，固定于燈架1上?？紤]到電源本身有一定 的自身功耗，因此，如前所述，燈架1設(shè)計(jì)時(shí)須考慮一定的散熱通道以減少電源本身的 溫升。電源的每路恒流輸出與一個(gè)LED模組2通過防水接頭相連。驅(qū)動(dòng)器3本身必須 具有良好的防塵防水與散熱功能。驅(qū)動(dòng)器3安裝于燈架1上，可以采用容易拆卸的機(jī)械 安裝方法。3. LED 模組
一個(gè)燈具可以由一個(gè)或多個(gè)LED模組2組成，LED模組2為內(nèi)表面配光的LED燈具 模組見《內(nèi)表面配光的LED燈具模組》，申請(qǐng)?zhí)枮?010206831059，該模組具有防塵、 防水、散熱等功能，并根據(jù)要求設(shè)計(jì)其中的內(nèi)曲面透鏡實(shí)現(xiàn)要求的配光。由于LED模組 2已經(jīng)具有防水、防塵的功能，因此，燈具中無(wú)須在模組之外再加上一個(gè)整體的防塵防水 玻璃，也就沒有了這個(gè)外罩玻璃造成的光學(xué)損失。同時(shí)，由于模組的向下出光表面為平面，燈具維護(hù)時(shí)可以很方便的用水槍沖洗。LED模組2安裝于燈架1上，燈架1上有多個(gè)中空部分，LED模組2安裝于燈 架1上使LED模組2的光線從中空部分射出到燈具外邊。燈架1上的每個(gè)中空部分可以 對(duì)應(yīng)一個(gè)LED模組2，也可以對(duì)應(yīng)多個(gè)LED模組2。每個(gè)LED模組2與相鄰的燈架結(jié) 構(gòu)留有空隙，LED模組2與LED模組2之間留有空隙。這個(gè)空隙使燈具點(diǎn)亮?xí)r形成上升 的熱氣流通道，幫助散熱。本發(fā)明根據(jù)LED工作需要嚴(yán)格控制器件溫度的特點(diǎn)，并結(jié)合氣流運(yùn)動(dòng)的特征以 及大功率LED燈具在使用中一些常見的注意事項(xiàng)，創(chuàng)造性的構(gòu)思出模塊化與利用氣流循 環(huán)通路散熱的相結(jié)合的方法設(shè)計(jì)大功率LED燈具。該方法可用于設(shè)計(jì)大功率LED路燈、 隧道燈、廠礦燈、投射燈等。與目前普遍采用的整體式LED燈具相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)
1、充分利用燈具工作時(shí)溫度變化形成垂直氣流，提高散熱效率。LED燈具在使用時(shí)產(chǎn)生大量的熱量，熱量由熱沉帶到燈具的表面，特別是散熱 器上。這樣散熱器溫度就會(huì)比較高，其周圍的空氣也會(huì)被加熱，密度降低，形成熱氣球 效應(yīng)。在散熱器周圍的空氣由于低密度而上升，低溫區(qū)的冷空氣進(jìn)行補(bǔ)充。常態(tài)下由于 空氣有擾動(dòng)，沒有形成一定的散熱通道，散熱的效率并不高。本發(fā)明采用模塊化的LED 光源模組，使LED模組2之間人為留有一定空隙，LED模組2與相鄰的燈架1的機(jī)械間也 留有間隙，如有上蓋則上蓋上也留有通氣孔，使整個(gè)燈具在工作時(shí)形成一定的空氣流動(dòng) 通道。燈具的外殼的低密度的熱空氣上升，帶走熱量。由于氣流牽引作用，即壓強(qiáng)差， 緊接著，相對(duì)高壓的冷空氣從燈具下底面的模組之間的空隙中進(jìn)入，與燈具內(nèi)的LED模 組上的散熱器進(jìn)行熱交換，繼而上升帶走熱量。周而復(fù)始，形成一個(gè)穩(wěn)定的散熱通道。 從而達(dá)到冷卻LED模組，提高LED燈具散熱效率的目的。本發(fā)明正是基于這一點(diǎn)，使 大功率LED燈具在工作時(shí)形成持續(xù)的熱氣流上升通道，帶走熱量，達(dá)到提高散熱效果的 目的。2、本發(fā)明采用了具有防塵、防水、散熱功能且通過設(shè)計(jì)滿足配光要求的LED模 組，相對(duì)于傳統(tǒng)的大功率整體式LED燈具提高了可維護(hù)性，可以現(xiàn)場(chǎng)更換，并且支持技 術(shù)升級(jí)。由于IP等級(jí)防護(hù)的需要，整體式LED燈具把LED光源都封閉在封閉的腔體內(nèi)， 如果LED光源損壞，只能把整個(gè)燈具進(jìn)行更換，送回原廠維修，而且目前整體式LED燈 具重量較重，更換比較困難，維護(hù)成本很高。另外，隨著LED光效的提高，要更換更高 光效的LED器件以實(shí)現(xiàn)LED燈具的升級(jí)是很困難的。本發(fā)明采用的LED模組，重量輕，體積小，如果損壞可以現(xiàn)場(chǎng)更換，維護(hù)非常 方便，而且LED模組是很容易在工廠進(jìn)行技術(shù)升級(jí)的，并在現(xiàn)場(chǎng)更換以實(shí)現(xiàn)對(duì)燈具的整 體技術(shù)升級(jí)。3、采用具有防塵、防水的LED模組，在設(shè)計(jì)燈具時(shí)就不需要考慮防護(hù)等級(jí)方面 的要求，可在模組之間留有間隙，形成前述的氣流通道。本發(fā)明可根據(jù)路面的寬度以及 照度要求靈活調(diào)整模組的個(gè)數(shù)。4、作為選件的LED模組上面的上蓋，對(duì)LED模組具有美觀與一定的保護(hù)功 能，一方面，使太陽(yáng)不能直射到LED模組上，降低了模組的溫度，另一方面，使得模組 的散熱片不會(huì)因灰塵油污、鳥糞等的堆積減低散熱效率，同時(shí)降低了燈具維護(hù)難度。但這時(shí)候上蓋上必須留有空隙使得氣流能夠通過，從而提高了燈具的散熱效率。同時(shí)，本發(fā)明由于采用模塊化設(shè)計(jì)，又提高了散熱效率，使得燈具的質(zhì)量可以 明顯減輕，并且使得燈具外形美觀，安裝方便。LED這樣大大降低了燈具的設(shè)計(jì)要求與 安裝難度。本發(fā)明有以下特點(diǎn)
1、 燈具采用LED模組做光源。2、 通過LED模組實(shí)現(xiàn)燈具的配光和防護(hù)等級(jí)，降低了燈具設(shè)計(jì)和安裝的難 度，同時(shí)可根據(jù)路面的寬度和照度要求靈活調(diào)整LED模組的個(gè)數(shù)。3、采用LED模組的燈具，方便維護(hù)，可以現(xiàn)場(chǎng)更換，支持技術(shù)升級(jí)。4、LED模組上面可以有上蓋，使得模組的散熱片間不容易粘附油污和積灰，避 免了因此而降低模組的散熱效率，也避免了太陽(yáng)光直接照射到模組上，引起模組器件的 老化，同時(shí)增加了燈具外觀的藝術(shù)性。5、LED模組間留有空隙，使得氣流循環(huán)通道形成，帶走模組上的熱量，提高散 熱效率，降低LED模組工作溫度。6、LED模組的空隙有助于整個(gè)燈具通過雨水帶走污漬。


圖1為模塊化大功率LED燈具的結(jié)構(gòu)圖示。圖2為模塊化大功率LED燈具的仰視圖。圖3為模塊化大功率LED燈具的俯視圖。圖4為帶有上蓋的模塊化大功率LED燈具的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中標(biāo)號(hào)1為燈架，2為L(zhǎng)ED模組，3為驅(qū)動(dòng)器，4為燈具的上蓋，5為燈架 上用于固定驅(qū)動(dòng)器的位置，6為燈架上用于固定LED模組的框架，7為抱箍。
具體實(shí)施例方式下面通過實(shí)施例結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明。實(shí)施例1 如圖1-圖3所示，為簡(jiǎn)單的框架結(jié)構(gòu)模塊化大功率LED燈具，圖中 1為一個(gè)在平面結(jié)構(gòu)或近似平面結(jié)構(gòu)上有一個(gè)中空或者多個(gè)中空的框架，框架上放置一條 或者若干條LED模組2，模組2的出光部分正好對(duì)著框架的中空部分，點(diǎn)亮?xí)r光線由框 架的中空部分射出如圖2所示，將LED模組2按合適的間距固定在燈架1上，使相鄰的 LED模組2之間留有間隙，LED模組2與燈架1也留有適當(dāng)?shù)目障?，這就使整個(gè)燈具在工 作時(shí)形成一定的空氣流動(dòng)通道。LED模組背面散熱片處的溫度高，使得它周圍的氣體溫 度高，熱空氣上升，帶走熱量。由于氣流牽引作用，即壓強(qiáng)差，緊接著，相對(duì)高壓的冷 空氣從燈具下底面的模組之間的空隙以及LED模組與燈架之間的空隙中進(jìn)入，與LED模 組上的散熱器進(jìn)行熱交換，繼而上升帶走熱量。周而復(fù)始，形成一個(gè)穩(wěn)定的散熱通道。 燈具的驅(qū)動(dòng)器3固定在燈架1上，驅(qū)動(dòng)器3的每路恒流輸出與一個(gè)LED模組2通過防水 接頭相連。燈架包括用于固定LED模組2的框架部分、用于固定LED驅(qū)動(dòng)器的機(jī)械部 分、用于將燈具與外界連接的機(jī)械接口部分，有時(shí)還包括燈具上蓋、底部、邊沿裝飾等 部分，這三部分或者四部分可以試單獨(dú)設(shè)計(jì)并制造但牢固連接的機(jī)械結(jié)構(gòu)，也可以是通過模具壓鑄或者拉伸等工藝制造的包括其中任意兩個(gè)部分或者三個(gè)部分或者四個(gè)部分的 整體件。本實(shí)施實(shí)例的制作過程如下將LED模組2通過適當(dāng)?shù)臋C(jī)械固定方式固定在燈 架1上，將驅(qū)動(dòng)器3通過適當(dāng)?shù)臋C(jī)械固定方式固定在燈架1，然后將LED模組2與驅(qū)動(dòng)器 3的輸出端自帶的防水接頭連接，最后，通過適當(dāng)?shù)臋C(jī)械裝置將燈具固定在使用的地方。本實(shí)施例可以是用于LED路燈、LED隧道燈、LED工礦燈等。它們的主要差 別在于燈架，特別是燈架中的與外界連接的機(jī)械部分。如路燈，則連接部分為能使燈桿 可以插入的機(jī)械固定裝置，隧道燈、廠礦燈則是可以將燈具固定于隧道或工廠并調(diào)節(jié)燈 具的位置及角度。實(shí)施例2 如圖4所示為一個(gè)有上蓋的LED路燈示意圖，6為在燈架1上一個(gè)在 平面結(jié)構(gòu)有多個(gè)中空的框架，將LED模組2按合適的間距固定在該框架上，模組2的出 光部分正好對(duì)著各個(gè)框架的中空部分，點(diǎn)亮?xí)r光線由框架的中空部分射出，將LED模組 2按合適的間距固定在燈架1的框架上，使相鄰的LED模組2之間留有間隙，LED模組 2與燈架1上的框架6也留有適當(dāng)?shù)目障?；然后將?qū)動(dòng)器3固定在圖中燈架上用于固定驅(qū) 動(dòng)器的位置5，將LED模組2與驅(qū)動(dòng)器3的每路恒流輸出通過自帶的防水接頭相連，最 后將燈具的上蓋4蓋上，通過合適的機(jī)械裝置固定好。燈具的上蓋4上留有通氣孔如圖 4所示，這些通氣孔與LED模組2之間的間隙以及LED模組2與燈架1上的框架6之間 的空隙，共同構(gòu)成一個(gè)空氣流動(dòng)通道。燈具的外殼內(nèi)部由于溫度高，熱空氣上升，帶走 熱量。由于氣流牽引作用，相對(duì)高壓的冷空氣從燈具下底面的模組之間的空隙中進(jìn)入并 上升，與燈具內(nèi)的LED模組上的散熱器進(jìn)行熱交換，繼而上升帶走熱。形成一個(gè)穩(wěn)定的 散熱通道。本實(shí)施實(shí)例的制作過程如下將LED模組2通過適當(dāng)?shù)臋C(jī)械固定方式固定在燈 架1上，將驅(qū)動(dòng)器3通過適當(dāng)?shù)臋C(jī)械固定方式固定在燈架上用于固定驅(qū)動(dòng)器的位置5，再 將LED模組2與驅(qū)動(dòng)器3的輸出端通過自帶的防水接頭連接，然后燈具的上蓋4蓋上， 通過合適的機(jī)械裝置固定好，最后，通過抱箍7將燈具固定在路燈燈桿上。
權(quán)利要求
1.一種利用氣流自然散熱的模塊化大功率LED燈具，由燈架(1)、LED模組(2)、 具有多路恒流輸出的驅(qū)動(dòng)器(3)組成，其特征在于LED模組(2)通過防水接頭與驅(qū)動(dòng) 器(3)相連，驅(qū)動(dòng)器(3)、LED模組(2)分別固定于燈架(1)上，燈架(1)通 過位于其上的機(jī)械連接部分與外部進(jìn)行安裝；其中所述LED模組(2)采用內(nèi)表面配光 的LED燈具模組，該LED模組(2)出光表面為平面或曲率較大的近似平面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用氣流自然散熱的模塊化大功率LED燈具，其特征在于 采用的LED模組(2)根據(jù)光通量為一條或多條。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用氣流自然散熱的模塊化大功率LED燈具，其特征在于 安裝時(shí)，或者LED模組(2)與燈架(1)留有空隙、或者LED模組(2)之間留有空 隙、或者LED模組(2)與燈架(1)及LED模組(2)之間均留有空隙。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用氣流自然散熱的模塊化大功率LED燈具，其特征在于 驅(qū)動(dòng)器(3)采用具有多路恒流輸出的驅(qū)動(dòng)器，每路均用防水接頭輸出。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用氣流自然散熱的模塊化大功率LED燈具，其特征在于 燈架(1)上部設(shè)有上蓋，該上蓋位于LED模組(2)的上部，上蓋上設(shè)有通氣孔、或者 在側(cè)面有通氣孔、或者在上面及側(cè)面均有通氣孔，該通氣孔與權(quán)利要求4中所述空隙形 成熱氣流上升通道，增加散熱功能。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用氣流自然散熱的模塊化大功率LED燈具。由LED模組、驅(qū)動(dòng)器和燈架組成。燈架上固定有LED模組與驅(qū)動(dòng)器，燈架上有安裝的接口。一個(gè)燈具可以由一個(gè)或多個(gè)LED模組組成，LED模組為內(nèi)曲面配光的LED燈具模組，驅(qū)動(dòng)器為多路恒流輸出，每路輸出通過防水接頭與一個(gè)LED模組相連。燈架可以是僅具備固定LED模組與驅(qū)動(dòng)器并可以與外部安裝的框架結(jié)構(gòu)，也可以在框架結(jié)構(gòu)上具有外蓋等。不論有無(wú)外蓋，燈具內(nèi)部都具有氣流上升的通道以方便散熱。本發(fā)明采用大功率白光LED作為光源，采用內(nèi)曲面配光的LED燈具模組實(shí)現(xiàn)燈具的配光要求并滿足IP防護(hù)等級(jí)的要求，大大降低了燈具的設(shè)計(jì)要求與安裝難度。燈具內(nèi)部的氣流上升通道使得氣流能夠形成散熱通道極大地提高了散熱的效率，保證LED工作在合適的溫度范圍內(nèi)。
文檔編號(hào)F21V31/00GK102011987SQ20101061050
公開日2011年4月13日 申請(qǐng)日期2010年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月29日
發(fā)明者劉木清, 張萬(wàn)路, 江程 申請(qǐng)人:劉木清