CN101713529A - Led灯芯及其led照明灯 - Google Patents

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Abstract

本发明针对LED散热问题,提出了一种LED灯芯及其LED照明灯。采用太阳花式散热片,将导热芯(4)和LED(1)设计成独立的部件-LED灯芯,便于灯芯内封装和整个灯装配,便于实现LED照明灯部件的标准通用化。通过采用圆锥和螺纹植入散热片结构,解决导热芯(4)与散热片之间的接触热阻问题,又便于LED灯的维护。通过增设对流罩(8),利用烟囱抽吸原理,提高散热量,并有效降低成本。

Description

LED灯芯及其LED照明灯
所属技术领域
[0001] 本发明属于LED照明技术领域,特别涉及到采用太阳花散热片的LED照明灯。 技术背景
[0002] LED照明,因其节能,长寿命而受到全球关注,被认为是下一代照明技术。但其散热
问题是当今LED照明技术发展中的一大障碍,并且占LED照明灯相当部分成本,而制约LED
照明普及应用就是整个灯的成本价高。当前的LED照明灯的散热装置,就其结构就种类繁
多,普遍的问题是结构形式不合理,不易更换,不能形成通用标准,造价高,散热效果也不理 术巨
发明内容
[0003] 本发明提出的LED照明灯是针对散热问题,部件通用标准化,提出一种方案:有效 提高散热量,减小散热用铝重量,制造工艺简单,便于整个灯装配,实现LED照明灯中的部 件通用标准化。
[0004] 本发明的技术方案是:LED照明灯主要部件包括有:太阳花式结构散热片和LED灯 芯,LED灯芯包括有:LED芯和导热芯,LED芯设置在导热芯上,用于LED照明灯中时,导热芯 被植入太阳花式结构散热片中。本发明的特征是:导热芯采用了圆锥形结构,或螺纹柱结 构。
[0005] 太阳花式结构散热片,由于可采用铝挤压工艺生产太阳花型材,其制造成本低,因 而广泛地被用于计算机CPU散热器中,也有不少LED照明灯采用这种散热片。 [0006] 太阳花式散热片结构:中心是导热柱,肋片围着导热柱伸出,热量就是通过肋片表 面,由对流(通常采用自然对流)过程传到空气中散出,对流传热系数小(特别是自然对 流),因而要尽可能增加肋片散热面积,而太阳花结构则能在一定空间内有效的设置最多肋 片。LED芯(也就是发热源)设置在导热柱的断面上,发热源到肋片根部的距离短,则导热 热阻低,有利于散热。以上说明太阳花式散热片对于LED芯散热是最为合理的结构。 [0007] LED芯设置在导热芯上,导热芯植入散热片中,导热芯为导热柱中的一部分,LED 芯产生的热量经导热芯再传导到散热片上,LED芯和导热芯就可构成单独部件——LED灯 芯。采用这样的结构优点有:一、便于LED芯和导热芯的封装与装配,便于解决其内的导热 问题;二、便于整个LED照明灯的装配;三、便于LED灯芯的维修和更换;四、更重要的是便 于实现标准化。
[0008] 为解决导热芯与散热片(导热柱)之间的接触热阻问题。本发明提出:导热芯采 用了圆锥形结构,或螺纹柱结构。导热芯采用锥形植入散热片中的结构,只要小的推挤力, 就可得到被放大数十倍的导热芯柱面与散热片之间的接触压力,因而接触热阻就被减小。 圆锥孔和圆锥柱面容易加工成型,配合精度容易保证,因而选圆锥形结构的导热芯。导热芯 采用螺纹植入散热片中的结构,由于螺纹柱面的表面积被放大,接触传热面积就被放大,接 触热阻就减小,比如采用普通的60°三角牙螺纹,其表面积为圆柱的两倍。
3附图说明
[0009] 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0010] 图1是一种外边缘为矩形的太阳花式散热片特征示意图。
[0011] 图2是一种外边缘为六边形的太阳花式散热片特征示意图。
[0012] 图3是一种外边缘为圆形,并且肋片为弧形的太阳花式散热片特征示意图。
[0013] 图4是一种本发明的LED照明灯的特征结构示意图,LED灯芯的导热芯为圆锥形
植入散热片中。
[0014] 图5是一种本发明的LED照明灯的特征结构示意图,LED灯芯的导热芯为螺纹植 入散热片中,LED芯设有灯芯罩。
[0015] 图6是一种本发明的LED灯芯的特征结构示意图,导热芯为圆锥螺纹结构,并带灯
[0016] 图7是一种本发明的LED照明灯的特征结构示意图,散热片的上方设有对流罩,导 热芯为圆锥螺纹结构。
[0017] 图8是一种本发明的LED照明灯的特征结构示意图,散热片的上方设有对流罩, LED芯在散热片的上侧,导热芯为圆锥形植入散热片中。
[0018] 图9是一种本发明的LED照明灯的特征结构示意图,LED芯在散热片的上侧,对流 罩内设有反射镜,可以向四周水平照射。
[0019] 图10是一种本发明的LED照明灯的特征结构示意图,对流罩内设有反射镜,可单 方向水平照射,对流罩侧壁上端开有排气窗。
[0020] 图11是一种本发明的LED照明灯的特征结构示意图,对流罩可伸縮,LED芯设有 灯芯罩。
[0021] 图12是一种本发明的LED照明灯采用的散热片的特征结构示意图,是由数个空心 太阳花散热片拼合成的,为蜂窝形结构。
[0022] 图13是一种本发明的LED照明灯的特征结构示意图,散热片采用了蜂窝形的拼合 结构,可用于道路照明。
[0023] 图中,1.LED芯2.导热柱3.肋片4.导热芯5.螺杆6.灯芯罩7.前透镜8.对 流罩9.对流腔10.表示光线的箭头11.螺钉12.反射镜13.排气窗14.驱动电器 15.螺母16.电极
实施例
[0024] 图1、2、3分别示出了三种太阳花式散热片的特征示意图。它们结构特征(也就是 太阳花结构特征),中心是导热柱2 (有实心和空心之分,图中为实心),肋片3从导热柱2 的柱面伸出,导热柱的作用就是将LED芯的热量由导热柱的端面(也可称横截面)以导热 的方式,传到柱面上的肋片上。太阳花结构的优点:导热部分(即导热柱)体积小,导热路 径短,肋片的散热面积大。
[0025] 图4、5示出两种典型的本发明LED照明灯的特征结构,导热柱中有导热芯4, LED 芯1设置在导热芯4上,导热芯4植入散热片中,导热芯为导热柱中的一部分,LED芯1产生 的热量经导热芯4再传导到散热片上,LED芯1和导热芯4就构成单独部件——LED灯芯。[0026] 图4中,导热芯4为圆锥形,螺杆5设置在中心轴,固定在散热片上,通过旋转导热 芯使导热芯紧固植入散热片中。
[0027] 图5示出导热芯4采用螺纹柱结构,导热芯采用螺纹植入散热片中的结构还有一 优点:便于安装,可以无需工具就可以将导热芯植入散热片中,也就是将LED灯芯装入由散 热片等构成的灯具中。
[0028] 图5中的LED芯1加设有灯芯罩6,灯芯罩6内表面可作为反光镜,LED芯1前还 设有前透镜7,灯芯罩6和前透镜7保护着这LED芯1。对于室外用的LED照明灯,要注意 防止雨水长期流经前透镜,减少前透镜表面生成水垢,灯芯罩应该设计成其下边缘或下边 缘凸起应低于前透镜。图5中的前透镜7成凹形,使得灯芯罩6的下边缘低于前透镜7。这 样的结构使得下雨时,水都从灯芯罩的下边缘流下,没有雨水流经前透镜。 [0029] 图6示出了一种本发明的LED灯芯,带有灯芯罩6,导热芯4采用了圆锥螺纹结构, 因而具有圆锥结构和螺纹结构所具有的优点之和:接触压力大,接触面积大,便于安装。 [0030] 散热片的外形可以是矩形,多边形,圆形等,散热片的外形尺寸用当量外径来表 示,当量外径定义为散热片外形周长除以n (11= 3. 14),如果散热片外形为圆形时,其当 量外径就等于其外形圆的直径。同样,导热柱的当量外径定义为导热柱横截面外形周长除 以TI。散热片的高,如图4、5所示肋片3竖立方向的尺寸,也可以称为散热片厚。散热片的 外形尺寸(当量外径)、导热柱的大小、散热片高、以及肋片的厚度和肋片之间的间隙,确定 这些代表散热片结构的尺寸时要考虑多种因素:导热柱过大,所占空间大,铝材用量也大, 内部导热距离也可能加长,导热柱的当量外径应不大于35mm,导热柱应尽可能小,但不能太 小,要考虑LED灯芯的固定以及之间的接触热阻,导热柱当量外径不应小于10mm;散热片的 外径若太大,将导致增加导热柱的外径和肋片的长度,肋片长度过长(大于35mm时),挤出 成形困难,散热片的当量外径不应大于lOOmm;从传热原理来说,肋片之间的间隙要小(小 于lmm),但考虑到挤出成型难度以及长时间尘埃的污染问题,肋片之间的平均间隙(由于 间隙不均匀,因而取平均间隙)不小于1. 0mm,间隙如果太大,则空间利用率低,肋片之间的 平均间隙不应大于3. 5mm ;肋片的厚度应尽可能薄,但挤出成型困难,取平均厚度为0. 6mm 左右较合适。散热片的高度不应超过35mm,是因为散热片高度代表空气流经肋片的距离,过 高的散热片,则空气流动阻力大,导热柱内的导热距离也长,但散热片高度太小,散热面积 就小,不应小于6mm。
[0031] 图7、8示出两种本发明LED照明灯的特征结构。图7中的LED芯1朝下,设置在 散热片的下侧,图8中的LED芯1朝上,设在散热片的上侧,但它们共同的特点是在散热片 的上方设置有对流罩8,在散热片的上方形成空腔,成为对流腔9。
[0032] 自然对流传热过程:空气受热后,比重下降,产生升力,向上流动的对流传热过程, 无机械运动机构,因而可靠性高,成本也低。在散热片的上方设置对流罩,利用烟囱抽吸原 理,提高空气流经散热片的流量,得到散热量的提高。对流罩的抽吸强度与对流罩内的有效 容积成正比,外观尺寸表现出与对流罩的高度(也就是指对流腔9的高度)成正比。对流 罩要达到散热片高度两倍以上,才有明显的散热提高效果。根据实验,当对流罩高为散热片 高的6倍时,其散热量可提高50%。对流罩内是一个空腔,外壳可以利用塑料制成,并且对 流罩可以与灯具合为一体,因而成本没有增加,整个灯的体积增加也有限。这说明加设对流 罩有效的提高了散热片的散热量,从另一角度来说,降低了散热所占的成本。[0033] 当散热片平放,对流罩竖立设置时,对流罩的抽吸作用最有效,但LED芯只朝上或 朝下。图9、10所示的本发明LED照明灯,就解决了灯光平射问题,LED芯1设置在散热片 的上侧,LED芯l朝上,对流罩8内设置有反射镜12,对流罩8的侧壁采用了透明材料制成, 从LED芯1发出的朝上光线,经反射镜12反射成平射,如果对流罩8内的反射镜12的角度 可调动,则就可调动照明灯的平射角(偏上或者偏下)。图10所示的LED照明灯是单侧平 射,而图9所示的为两侧,或四周平射。图10中,对流罩8上加有盖,在侧壁上端开有排气 窗13.
[0034] 图8、9、10导热芯4采用圆锥结构,靠旋转螺钉11,将导热芯4紧固植入散热片中, 螺钉设置在中心轴线上,当然也可以采用在导热芯旁边设置多颗螺钉紧固植入结构。 [0035] 图11所示的本发明的一种LED照明灯中,将LED芯1的驱动电器14设置在对流 罩8内,这样的设计虽然驱动电器14减小了对流腔9内的容积,但驱动电器14的发热器件 将提高对流腔9内的空气温度,有利于对流罩增加抽吸作用。图11中的对流罩8设计成两 段,上段可縮到下段内,即对流罩的高度可调动。这样的设计,有利于灯的安装,尽可能地增 加对流罩,比如,先将对流罩收縮,使LED照明灯的灯头露出,插入灯座固定后,再伸展对流 罩,这就有效利用灯头和灯座周围的空间,加大对流罩,提高抽吸作用,即提高散热量。也可 以将伸縮的对流罩设置固定在灯座上。
[0036] 图11中所示的灯芯罩6的下边缘凸起低于前透镜;导热芯4采用圆锥结构,导热 芯4的顶部有段螺纹扣,螺母15固定在散热片上,通过旋转LED灯芯使导热芯紧固植入散 热片中,螺母15也可以与导热柱为一体结构。图4、8、9、10、11所示的三种圆锥形导热芯紧 固植入散热片的结构都是靠旋转螺纹扣,产生推挤力,因而通称为螺纹扣紧固植入散热片 结构。
[0037] LED灯芯与灯具中的电的连接可采用电缆线引出连接方式,即LED灯芯有两根引 出电缆线。还可采用类似于图ll所示的,LED灯芯的导热芯4伸出的顶头有两电极16,驱 动电器14也有相对应电极,通过两相对应电极接触实现电的连接,两相对应的电极中的一 个应该采用弹性电极,即两相对应的电极是弹性接触。
[0038] 单个太阳花散热片的散热量有限,对应的单个LED芯的功率(即光照度)也就有 限,对于像路灯这类大功率照明灯,可以采用类似图12所示的方案。采用数多太阳花式散 热片通过连接装置或互连机构拼合成一体,每个太阳花散热片带有LED芯,这就可以根据 需要拼合成多种光照度(功率)的照明灯。图12所示的单个太阳花式散热片为等六边形 外形,整个散热片拼合结构为蜂窝型结构,这种结构紧凑、牢固、便于拼合,便于各个散热片 之间互相连接。
[0039] 图13示出了一种采用本发明的路灯,散热片为IO个等六边形太阳花式散热片,采 用蜂窝型结构拼合成。导热芯4采用了圆锥螺纹结构,每个LED芯1带有灯芯罩6和前透 镜7,前透镜7成凹形,灯的后外壳凸起,构成了对流罩8,内空腔就是对流腔9,顶盖开有由 数多小孔组成的排气窗13。
[0040] 特别说明:本发明中的LED芯包括了 OLED芯。
6

Claims (10)

  1. 一种用于照明的LED灯芯,包括有:LED芯(1)和导热芯(4)、LED芯(1)设置在导热芯(4)上,用于LED照明灯中时,导热芯(4)被植入太阳花式结构散热片中,其特征在于:导热芯(4)采用了圆锥形结构,或螺纹柱结构。
  2. 2. 根据权利要求1所述的LED灯芯,其特征在于:导热芯(4)采用了圆锥螺纹结构。
  3. 3. 根据权利要求l所述的LED灯芯,其特征在于:LED芯(1)设置有灯芯罩(6),灯芯罩(6)下边缘或下边缘凸出低LED芯的前透镜(7)。
  4. 4. 一种采用了根据权利要求1、或2、或3所述的LED灯芯的LED照明灯,包括有:LED灯芯和散热片,散热片采用了太阳花式结构,其特征在于:散热片的高度不超过35mm,散热片的当量外径不大于100mm,导热柱(2)的当量外径不大于35mm,肋片之间的平均间隙不少于1. 0线不大于3. 5mm。
  5. 5. 根据权利要求4所述的LED照明灯,其特征在于:圆锥形的导热芯(4)采用了螺纹扣紧固植入散热片结构。
  6. 6. 根据权利要求4所述的LED照明灯,其特征在于:LED照明灯采用了数多个带LED灯芯的太阳花式散热片,它们通过连接装置或互连结构拼合成一体结构。
  7. 7. 根据权利要求6所述的LED照明灯,其特征在于:散热片拼合采用了蜂窝形结构。
  8. 8. 根据权利要求4所述的LED照明灯,其特征在于:在散热片的上方设置有对流罩(8),对流罩(8)的高度是散热片高度的两倍以上。
  9. 9. 根据权利要求8所述的LED照明灯,其特征在于:LED芯(1)设置在散热片的上侧,LED芯(1)朝上,对流罩(8)侧壁采用了透明材料制成,对流罩(8)内设置有反射镜(12)。
  10. 10. 根据权利要求8所述的LED照明灯,其特征在于:对流罩(8)的高度采用了高度可调结构。
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