專利名稱:Led光引擎及l(fā)ed照明燈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明屬于LED照明技術(shù)領(lǐng)域,特別涉及采用太陽(yáng)花式散熱片的LED照明裝置。
背景技術(shù):
由于節(jié)能和環(huán)保的優(yōu)勢(shì),LED被認(rèn)為是人類下一代照明技術(shù)。但由于昂貴的造價(jià),以及可靠性性低,阻礙著LED照明普及應(yīng)用。價(jià)高和不可靠的主要原因是LED散熱問(wèn)題所致。LED工作溫度不高,IOO0C以下,因而其散熱主要靠對(duì)流傳熱,輻射傳熱所占比例非常小。對(duì)流傳熱過(guò)程最終是空氣流動(dòng)將熱量帶走,因而保證空氣流動(dòng)暢通非常重要,特別是自然對(duì)流傳熱(LED燈所采用的散熱方法),但是該基本原理,并不被LED照明行業(yè)所重視。太陽(yáng)花式散熱片(肋片從導(dǎo)熱柱側(cè)面伸出的結(jié)構(gòu)),由于制造容易(可采用鋁擠出工藝制造),被廣泛應(yīng)用。在散熱片軸線豎立設(shè)置時(shí),自然對(duì)流空氣由下向上順著肋片表面流動(dòng),空氣流通性好,散熱性能最佳。但當(dāng)散熱片軸向水平橫置時(shí),散熱空氣不易流經(jīng)肋片表面,存在許多空氣流動(dòng)死區(qū),流通性差,因而散熱性能明顯下降?,F(xiàn)公開的產(chǎn)品和技術(shù),沒(méi)有顯示出能解決該問(wèn)題的方案。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是針對(duì)上述問(wèn)題,提出一種改進(jìn)型的太陽(yáng)花式散熱片,只需增加簡(jiǎn)單加工,就可有效降低,當(dāng)散熱片軸線水平橫置時(shí),散熱片性能嚴(yán)重下降的問(wèn)題,為實(shí)現(xiàn)LED照明設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)模塊一LED光引擎,提出一種有效可行的方案。本發(fā)明還提出有優(yōu)化結(jié)構(gòu)尺寸,以及全新結(jié)構(gòu)的LED球泡燈,實(shí)現(xiàn)更低的造價(jià),更高的散熱效果。本發(fā)明的技術(shù)方案部件包括有LED光源和散熱片,散熱片采用鋁擠出工藝制造出的太陽(yáng)花式結(jié)構(gòu),散熱片中央的導(dǎo)熱柱為空心式結(jié)構(gòu),散熱片的平均肋長(zhǎng)大于10mm。本發(fā)明的特征有在散熱片上開有橫流溝槽,橫流溝槽寬大于2mm,其中最深的橫流溝槽深大于二分之一的肋長(zhǎng),沿著散熱片軸線(也是肋片高度方向),肋片被橫流溝槽分割成數(shù)段短肋,短肋的平均高小于4倍的肋片平均間隙;LED光源與外電源的連接采用插接式結(jié)構(gòu),LED光源的電源插頭或插座設(shè)置在導(dǎo)熱柱內(nèi)、或從導(dǎo)熱柱內(nèi)伸出。所謂橫流溝槽就是開在肋片上,與散熱片軸線方向成夾角的溝槽,該夾角應(yīng)取大于45度角,最好是垂直角。散熱片軸線水平橫置時(shí),自然對(duì)流向上的空氣流,就可順著橫流溝槽,橫穿散熱片,更加直線地向上流動(dòng),大大地減小了氣流繞流距離,流動(dòng)更加暢通;空氣流動(dòng)死區(qū)減小,提高了散熱空氣有效流經(jīng)肋片表面的面積,因而,有效降低,當(dāng)散熱片軸線水平橫置時(shí),散熱性能惡化程度。散熱片軸線橫置時(shí),流經(jīng)肋片表面的散熱空氣,都集中從橫流溝槽流出,因而橫流溝槽寬要足夠?qū)?,本發(fā)明提出大于2mm,橫流溝槽的深度也要足夠深,最深的橫流溝槽深應(yīng)大于肋長(zhǎng)的一半,以保證散熱片軸線水平橫置時(shí),自然對(duì)流散熱空氣流動(dòng)暢通,減少空氣流動(dòng)死區(qū)。為了保證橫置時(shí),散熱空氣能有效地流經(jīng)整個(gè)肋片表面,被橫流溝槽分割成的短肋片的高度不能太長(zhǎng),短肋的平均高度應(yīng)小于4倍肋片的平均間隙,一般取3 8mm之間更為合適。本發(fā)明中提出散熱片的平均肋長(zhǎng)大于10mm,是基于當(dāng)散熱肋片肋長(zhǎng)足夠長(zhǎng),大于IOmm時(shí),采用橫流溝槽結(jié)構(gòu),才能明顯改善橫置情況下的散熱性能。本發(fā)明中提出,散熱片的導(dǎo)熱柱為空心結(jié)構(gòu)的原因有LED光源的電源插頭或插座可以設(shè)置在導(dǎo)熱柱內(nèi)、或從導(dǎo)熱柱內(nèi)伸出,使得LED光源與插頭或插座能設(shè)計(jì)成一體式部件,這樣便于LED光源與散熱片的裝配,還有整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔,便于外接電源線的插頭或插座防脫落,防水密封等。由于開有橫流溝槽,解決了散熱性能最差姿態(tài)一水平橫置時(shí),散熱嚴(yán)重惡化問(wèn)題,使得散熱片在各中姿態(tài)下,具有高的散熱性能。因而依照以上所述的本發(fā)明技術(shù)方案,設(shè)計(jì)的不帶驅(qū)動(dòng)電源的LED光引擎,通用性高,可設(shè)計(jì)出系列標(biāo)準(zhǔn)模塊化的LED光引擎,比
如3W、5W.......15W、20W的LED光引擎,下游廠商就可簡(jiǎn)單地拼組成各種樣式,各種功率
的LED照明燈,比如一盞100W的LED燈,可用5個(gè)20W的標(biāo)準(zhǔn)LED光引擎拼組成,這樣就可大大地降低成本。采用插接式結(jié)構(gòu)與外電源連接,使得裝配以及維修簡(jiǎn)單、高效。依據(jù)以上所述本發(fā)明技術(shù)方案,本發(fā)明還提出一種LED照明燈,包括有燈頭、電源板、散熱片、護(hù)網(wǎng)和LED光源,散熱片采用了鋁擠出工藝制造的太陽(yáng)花式結(jié)構(gòu),外接電源的電極在燈頭上,其特征有在散熱片上開有橫流溝槽;護(hù)網(wǎng)套在散熱片的外側(cè)周圈;燈頭與和護(hù)網(wǎng)為一體的結(jié)構(gòu)件固定連接、或護(hù)網(wǎng)采用了和燈頭部分結(jié)構(gòu)件為一體的結(jié)構(gòu),即燈頭與護(hù)網(wǎng)為固定連接成一體的結(jié)構(gòu)件。
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方案對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。圖1、2、3分別為三種太陽(yáng)花式散熱片橫截面特征示意圖,圖中e為肋片之間的間隙。圖4為一種本發(fā)明的LED光引擎的特征結(jié)構(gòu)剖面示意圖,示出了本發(fā)明的結(jié)構(gòu)特征。D-散熱片外徑(肋片尖處的直徑),d-肋片根處的直徑,L-肋長(zhǎng),C-橫流溝槽深,a-橫流溝槽寬,h-短肋高,H-散熱片高。圖5為一種本發(fā)明的LED光引擎的特征結(jié)構(gòu)剖面示意圖,采用了柱形導(dǎo)熱芯。圖6為一種本發(fā)明的LED光引擎的特征結(jié)構(gòu)立體剖視圖。采用了空心柱形導(dǎo)熱芯。圖7為一種本發(fā)明的LED光引擎的特征結(jié)構(gòu)剖面示意圖,采用了空心柱形導(dǎo)熱芯,設(shè)置有燈杯和燈罩。圖8為一種軸芯式插頭的特征結(jié)構(gòu)剖面示意圖。圖9為一種同軸式插頭的特征結(jié)構(gòu)剖面示意圖。圖10為一種本發(fā)明的LED球泡燈的立體剖視圖。圖11為一種本發(fā)明的PAR燈的特征結(jié)構(gòu)剖面示意圖。圖中1、肋片,2、導(dǎo)熱柱,3、LED光源,4、短肋,5、橫流溝槽,6、插頭或插座,7、導(dǎo)熱芯,8、燈杯,9、燈罩,10、電極A,11、絕緣體,12、電極B,13、中軸電極,14、彈性電極,15、護(hù)網(wǎng),16、通氣口,17、燈頭,18、電源板,19、面板。
具體實(shí)施方案
圖1、2、3示出了三種外形不同的太陽(yáng)花式散熱片,肋片I從導(dǎo)熱柱2側(cè)面伸出,散熱片中央的導(dǎo)熱柱2為空心式結(jié)構(gòu)。采用鋁擠出方法,就可制造出其型材,經(jīng)裁切就可制成太陽(yáng)花式散熱片,制造成本低,再由于肋化效率高(省材),內(nèi)導(dǎo)熱熱阻低,則為L(zhǎng)ED散熱首選。圖4所示的本發(fā)明,肋片I被橫流溝槽5 (開有兩橫流溝槽)分成三段,三段短肋4,短肋高h(yuǎn)取3 8mm之間最為合適。圖中示出的橫流溝槽深c大于前面敘述到的二分之一肋長(zhǎng)L,設(shè)計(jì)時(shí),橫流溝槽5應(yīng)盡可能深,有利于橫置時(shí),散熱空氣貫穿散熱片,最好選取橫流溝槽深c大于三分之二的肋長(zhǎng)L。對(duì)于外形為圓形、導(dǎo)熱柱也為圓形的太陽(yáng)花式散熱片,肋長(zhǎng)自然就是散熱片的外形直徑減導(dǎo)熱柱直徑,再除2,即L = O. 5 X (D-d)。如果散熱片外形以及導(dǎo)熱柱不是圓形,則D和d的取值為按面積計(jì)算的當(dāng)量直徑,比如散熱片外形為40X40mm矩形,面積當(dāng)量直徑就可計(jì)算為2X40/1 = 45.1mm。自然對(duì)流散熱,驅(qū)動(dòng)空氣對(duì)流的動(dòng)力是空氣受熱升溫而產(chǎn)生的浮力,驅(qū)動(dòng)力有限。通過(guò)加密肋片,增加散熱面積,有提高散熱量的因素,但還存在有負(fù)面因素肋片密度增加,流動(dòng)阻力增加,導(dǎo)致散熱空氣減小,為散熱性能下降的因素。因而肋片密度不宜太密,存在一散熱量最大的優(yōu)化值,通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可得,設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí),取散熱片的肋高與肋片之間的間隙之比為大于2,小于8,當(dāng)散熱片肋片間隙不均勻時(shí),應(yīng)取平均間隙,肋高不均勻時(shí)應(yīng)取平均高度。應(yīng)注意肋高取值應(yīng)是軸線方向肋片的實(shí)際高度,以圖4所示為例,肋高不應(yīng)是H,而是H減去2個(gè)橫流溝槽寬a,也就是二個(gè)短肋聞h之和。圖4中LED光源3的電源插頭或插座6設(shè)置在空心結(jié)構(gòu)的導(dǎo)熱柱2內(nèi),可利用導(dǎo)熱柱2的內(nèi)壁,固定外接電源線的插座或插頭,以及防水密封措施。LED光源的電源插頭或插座6還可設(shè)計(jì)成從導(dǎo)熱柱內(nèi)伸出,比如通過(guò)軟導(dǎo)線,直接插接到外接電源上。圖5所示的本發(fā)明中的散熱片,是由3個(gè)短肋太陽(yáng)花散熱片套在空心導(dǎo)熱柱2上構(gòu)成,每?jī)啥汤咛?yáng)花散熱片之間留有間隙,該間隙就構(gòu)成的橫流溝槽5。圖中示出,LED光源3設(shè)置在導(dǎo)熱芯7的前端面上,導(dǎo)熱芯7的另一頭插入導(dǎo)熱柱2內(nèi),LED光源3的熱量傳到導(dǎo)熱芯7,再經(jīng)導(dǎo)熱芯7的側(cè)面與導(dǎo)熱柱2的內(nèi)壁面之間的接觸傳熱,傳到散熱片上,因而導(dǎo)熱芯7的側(cè)面與導(dǎo)熱柱2的內(nèi)壁面之間的要緊配合,降低接觸傳熱熱阻,圖中所示的導(dǎo)熱芯7為柱形結(jié)構(gòu),如果采用錐形導(dǎo)熱芯,更容易消除接觸傳熱問(wèn)題。圖5中,LED光源3的電源插頭或插座6穿過(guò)導(dǎo)熱芯7伸出,也可以將導(dǎo)熱芯7設(shè)計(jì)成部分空心結(jié)構(gòu),電源插頭或插座6全部或部分留在導(dǎo)熱芯7內(nèi),這樣的結(jié)構(gòu),可利用導(dǎo)熱芯加強(qiáng)插頭或插座6的固定,使其更穩(wěn)固。將LED光源3、插頭或插座6以及導(dǎo)熱芯7設(shè)計(jì)成一整體部件,并使其標(biāo)準(zhǔn)化,這樣有利于大規(guī)模生產(chǎn),提高生產(chǎn)效率,降低成本。圖6為一種本發(fā)明LED光引擎的立體剖視圖,可以更清楚地看出橫流溝槽5的結(jié)構(gòu)。圖中的橫流溝槽5與軸線垂直,周圈貫通,可采用車床切削加工成型,圖中開有三個(gè)橫流溝槽5,將肋片I分成四段短肋4,采用了柱形導(dǎo)熱芯7,并且是空心結(jié)構(gòu),插頭或插座6穿過(guò)導(dǎo)熱芯7伸出。圖7所示的本發(fā)明,設(shè)置有燈杯8,該燈杯的杯底呈筒形,導(dǎo)熱芯7插入燈杯8的杯底中,杯底又插入導(dǎo)熱柱2內(nèi),杯底被夾在導(dǎo)熱芯7和導(dǎo)熱柱2內(nèi)壁之間,LED光源3的熱量要經(jīng)過(guò)杯底,因而燈杯應(yīng)采用金屬材料,最好采用鋁材,可用鋁質(zhì)板材,經(jīng)沖壓、拉伸制造成型,這時(shí)燈杯8的外表面就利用來(lái)增加散熱面積。光杯8的作用還有利用光杯8的內(nèi)側(cè)表面,作光反射面,起著配光作用;保護(hù)LED光源3的燈罩9的固定作用,如圖7中所示。為了防止水氣等進(jìn)入,接觸到LED光源,燈罩與燈杯之間應(yīng)采用水密封結(jié)構(gòu),比如采用密封膠密封、橡膠圈密封,圖7中所示的水密封結(jié)構(gòu)為橡膠圈密封結(jié)構(gòu)。采用本發(fā)明設(shè)計(jì)的LED光引擎,單個(gè)功率不應(yīng)太大,不要超過(guò)20W,這是從LED光源內(nèi)的傳熱和散熱片內(nèi)的傳熱,以及散熱片的生產(chǎn)制造等方面綜合考慮的結(jié)果。實(shí)際應(yīng)用中功率有上百瓦,上千瓦的照明燈,可設(shè)計(jì)由許多顆LED光引擎拼組而成,一個(gè)電源給許多顆LED光引擎供電,通常采用串聯(lián)式。為了保證串聯(lián)時(shí),少數(shù)LED光引擎中的LED光源失效斷開情況下,不影響其它正常的LED光源引擎工作,LED光源引擎內(nèi)應(yīng)設(shè)置開路保護(hù)電路,也可以在外接電源的插頭或插座內(nèi)設(shè)置開路保護(hù)電路。圖8所不的插頭為軸芯式結(jié)構(gòu),兩電極(電板AlO和電極B12) —前一后,都在同一插桿上,通過(guò)絕緣體11隔開兩電極,圖9所示的插頭為同軸式結(jié)構(gòu)。這兩種插頭應(yīng)用非常普遍,本發(fā)明中的LED光源的電源插頭或插座最好是采用軸芯式或同軸式結(jié)構(gòu),其優(yōu)點(diǎn)是兩電極方向無(wú)區(qū)別,便于快捷高效、無(wú)差錯(cuò)地組裝。散熱片上的肋片,被橫流溝槽分割成數(shù)段短肋片,短肋片的強(qiáng)度低,受力易變形,應(yīng)采取保護(hù)措施,本發(fā)明提出在散熱片外圈設(shè)置護(hù)網(wǎng),護(hù)網(wǎng)可采用塑料或金屬,網(wǎng)孔要盡可能大,比如柵欄式結(jié)構(gòu)、網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),使得散熱片無(wú)論軸線豎立,還是橫置,都不影響空氣流經(jīng)散熱肋片內(nèi),保證良好的空氣通透性。護(hù)網(wǎng)還有阻擋樹葉、紙屑等掉入并夾在肋片中,影響散熱。球泡燈、PAR燈等,帶有燈頭,有螺扣式燈頭和卡扣式燈頭,與外輸入電連接的電極在燈頭上。采用本發(fā)明,并設(shè)置有護(hù)網(wǎng),可采用以下結(jié)構(gòu)燈頭與和護(hù)網(wǎng)為一體的結(jié)構(gòu)件固定連接、或護(hù)網(wǎng)采用了和燈頭部分結(jié)構(gòu)件為一體的結(jié)構(gòu),即護(hù)網(wǎng)與燈頭為固定連接成一體的結(jié)構(gòu)件,護(hù)網(wǎng)可設(shè)計(jì)成承重和承受外力的結(jié)構(gòu)件,散熱片等部件就可靠護(hù)網(wǎng)固定。圖10所示的本發(fā)明LED照明燈,是一款球泡燈,散熱片外周圈設(shè)置有護(hù)網(wǎng)15。圖中所示的燈頭17為螺扣式,護(hù)網(wǎng)15為柵欄式結(jié)構(gòu),可采用注塑成型的塑料結(jié)構(gòu),燈頭與和護(hù)網(wǎng)為一體的結(jié)構(gòu)件固定連接,散熱片可采用卡扣方式固定在護(hù)網(wǎng)上,LED光源3前設(shè)置有燈罩9,呈球面,還開有通氣口 16,可通過(guò)鉤扣與護(hù)網(wǎng)15固定連接,這樣的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔,裝配生產(chǎn)效率高。圖10還示出,設(shè)置有電源板18,與LED光源3的電源插頭6相配的插座直接設(shè)置在電源板18上,電源板18上設(shè)置有與燈頭17的金屬殼接觸的彈性電極14,燈頭17上的中軸電極13與電源板18的電的連接采用插接式結(jié)構(gòu)。彈性電極14依靠彈性,保證彈性電極14與燈頭17的金屬殼接觸可靠,即實(shí)現(xiàn)電源板18上的一電極與燈頭17上的一電極(金屬殼)的電的連通。采用以上所述結(jié)構(gòu),優(yōu)點(diǎn)有便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化裝配。圖11所示的本發(fā)明,是一種稱為PAR燈的LED照明燈。面板19上開有通氣口 16 ;燈頭17為一種卡扣式結(jié)構(gòu),護(hù)網(wǎng)15可采用金屬板材,經(jīng)沖孔拉伸成型的金屬結(jié)構(gòu);燈頭17上的兩電極與電源板18采用插接式連接。特別聲明本發(fā)明中所述的LED光源還包括了 OLED光源。
權(quán)利要求
1.一種LED光引擎,包括有LED光源(3)和散熱片,散熱片采用了鋁擠出工藝制造的太陽(yáng)花結(jié)構(gòu),散熱片中央的導(dǎo)熱柱(2)為空心式結(jié)構(gòu),散熱片的平均肋長(zhǎng)大于10_,其特征在于在散熱片上開有橫流溝槽(5),其中最深的橫流溝槽(5)深大于二分之一的肋長(zhǎng),被橫流溝槽(5)分割成的短肋⑷的平均高小于4倍的肋片間隙;LED光源(3)與外電源的連接采用插接式結(jié)構(gòu),LED光源(3)的電源插頭或插座(6)設(shè)置在導(dǎo)熱柱(2)內(nèi)或從導(dǎo)熱柱⑵內(nèi)伸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED光引擎,其特征在于散熱片的平均肋高與肋片之間的平均間隙之比大于2,小于8 ;橫流溝槽寬大于2mm,最深的橫流溝槽(5)深大于三分之二的肋長(zhǎng),短肋⑷的平均高在3 8mm之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1、或2所述的LED光引擎,其特征在于LED光源(3)的電源插頭或插座(6)采用了軸芯式結(jié)構(gòu)或同軸式結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、或2所述的LED光引擎,其特征在于LED光源(3)設(shè)置在柱形或錐形導(dǎo)熱芯(7)的前端面上,導(dǎo)熱芯(7)的另一頭插入導(dǎo)熱柱(2)內(nèi),LED光源(3)的電源插頭或插座(6)穿過(guò)導(dǎo)熱芯(7)伸出、或全部或部分留在導(dǎo)熱芯(7)內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的LED光引擎,其特征在于設(shè)置有金屬燈杯(8),該燈杯的杯底呈筒形,導(dǎo)熱芯(7)插入杯底內(nèi),杯底又插入導(dǎo)熱柱(2)內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的LED光引擎,其特征在于燈杯(8)上設(shè)置有燈罩(9),燈罩(9)與燈杯(8)之間采用了水密封結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1、或2所述的LED光引擎,其特征在于在散熱片外圈設(shè)置有護(hù)網(wǎng)(15)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1、或2所述的LED光引擎,其特征在于設(shè)置有開路保護(hù)電路。
9.一種LED照明燈,包括有燈頭(17)、電源板(18)、散熱片、護(hù)網(wǎng)(15)和LED光源(3),散熱片采用了鋁擠出工藝制造的空心式太陽(yáng)花結(jié)構(gòu),其特征在于在散熱片上開有橫流溝槽(5),護(hù)網(wǎng)(15)套在散熱片的外周圈;燈頭(17)與護(hù)網(wǎng)(15)為固定連接成一體的結(jié)構(gòu)件;LED光源(3)與電源板(18)的電的連通采用插接式結(jié)構(gòu),LED光源(3)的電源插頭或插座(6)設(shè)置在導(dǎo)熱柱(2)內(nèi)、或從導(dǎo)熱柱(2)內(nèi)伸出。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的LED照明燈,其特征在于燈頭(17)為螺扣式,電源板(18)上設(shè)置有與燈頭(17)的金屬殼接觸的彈性電極(14),燈頭(17)上的中軸電極(13)與電源板(18)的電的連通采用插接式結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種便于實(shí)現(xiàn)LED照明設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)模塊——LED光引擎,包括有LED光源(3)和散熱片,散熱片采用太陽(yáng)花式結(jié)構(gòu),主要特征是肋片(1)上開有橫流溝槽(5),肋片(1)被分割成數(shù)段短肋(4),解決了當(dāng)散熱片軸線水平橫置時(shí),空氣流通性差,散熱性能嚴(yán)重惡化的問(wèn)題;LED光源(3)與外電源的連接采用插接結(jié)構(gòu),便于裝配及維修。本發(fā)明還提出有優(yōu)化結(jié)構(gòu)尺寸,以及新結(jié)構(gòu)的LED球泡燈,可實(shí)現(xiàn)更低的造價(jià),更高的散熱效果。
文檔編號(hào)F21V23/06GK103032721SQ20111031676
公開日2013年4月10日 申請(qǐng)日期2011年10月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月5日
發(fā)明者秦彪 申請(qǐng)人:秦彪