CN101852355A - 3d散热模块式大功率led照明装置 - Google Patents
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Abstract
一种3D散热模块式大功率LED照明装置，包括有：至少一个可装卸的大功率LED模块，至少一个LED的驱动器，一个模块固定装置，一个电连接器和机械连接器，相互连接成一个照明装置；其特征在于：每个可装卸的大功率LED模块包括有：至少一个大功率LED单管、至少一个LED散热器、一个电连接器、一个散热器固定装置组成，各LED模块由模块固定装置相互连接和固定；各散热器相互分立分布，各散热器之间的灯体有空气可自由流通的通气孔，各散热器在3D散热环境工作，散热效率高，散热器轻而小，现有技术的散热器重约100-150g/W，本发明可降低到30g/W以下，本发明的LED照明装置具有功率大小可任意组装、拆卸维修方便、散热好、散热器用材少、发光效率高、灯具小而轻、成本低、寿命长等优点。用于制造商场、道路、隧道、舞台、家庭、办公室等照明灯具。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种半导体照明装置，特别是一种三维(3D)散热的模块式大功率LED照明装置。用于家庭、办公室、商场、道路、隧道、舞台等照明。
背景技术
现有大功率(也称功率型)LED单管都不能单独使用，必须附加有散热装置和有良好的散热条件，以保证LED工作于正常工作温度。一个大功率LED照明灯具，通常会有几个乃至几百个大功率LED单管，每个大功率LED单管有一个或多个LED芯片，各LED单管的热沉经导热胶或焊接剂与散热器热连接，把LED工作时产生的大量热量经散热器散发掉。LED作为一种半导体器件、对温度十分敏感，高温对LED的发光效率、使用寿命、可靠性和失效率的伤害极大，在高温下，LED不仅发光效率将显著下降，而且很容易损坏失效。因此，散热装置的设计是大功率LED照明装置的关键环节之一。
现有LED灯散热器需要用大量铝，一般需要约100-150g/W的铝，笨重、成本高。用热管的散热器虽然重量轻，但目前热管的寿命仅1-2年，难于和LED的长寿命相配比。
现有技术的大功率LED单管的出光面大都为平面和球面，其出射光在2π立体角内基本上均匀分布。对于道路、隧道等方向性照明、需要二次聚光系统；例如聚光反射镜，如LED手电筒；或利用全反射的聚光透镜，目前PAR型LED射灯和LED路灯大多用这种透镜。二者都有良好的聚光性能，但它们的聚光效率较低，一般为70-75％，为了提高聚光效率，反射镜和全反射聚光透镜都需要较大的体积，因而增加了灯具的体积；同时反射镜的镜面和全反射面都容易被污染、降低反射效率。为了得到不同的光输出分布、不同的配光曲线，各LED及其聚光系统需要安装在不同方向的平面上，致使散热器结构复杂、成本高、体积大。
中国专利200910155139.20，201010118280.8提供三维散热大功率LED照明装置，散热效果好、体积小、重量轻、金属用量少、发光效率高、聚光效率高、寿命长、可用于制造各种大小功率的家庭、办公室、商场、道路、隧道、舞台等LED照明灯具。但由于其照明装置由一个连接装置连接，构成整体的结构，在照明装置组装好之后，不能任意改变，若有LED损坏需要更换、装卸和维修麻烦；虽然连接装置把各散热器被相互分立并悬空固定在3D散热的环境中工作，但中间散热器因灯体垂直方向没有空气流通通道、仍然存在散热效果欠佳的问题。
发明内容
本发明是在中国专利200910155139.20，201010118280.8基础上的改进，目的在于克服上述之不足，提供一种根据不同场合的照明要求，灯的功率大小可任意组装、模块装卸维修方便、灯体垂直方向有足够的空气流通通道、散热效果更好、体积小、重量轻、金属用量少、发光效率高、聚光效率高、寿命长的3D散热的模块式大功率LED照明装置。
本发明的3D散热模块式大功率LED照明装置，包括有：至少一个可装卸的大功率LED模块，至少一个LED的驱动器，一个固定装置，一个电连接装置和机械连接装置，相互连接成一个照明装置。每个可装卸的大功率LED模块包括有：至少一个大功率LED单管、至少一个LED散热器、一个电连接器、一个固定基板和散热器固定装置组成，各LED单管的热沉经导热胶或焊接剂固定在散热器上或经金属基电路板连接到散热器；所述各LED模块由模块固定装置相互固定，模块固定装置有一锁定装置，用于把各大功率LED模块相互固定，松开锁定装置即可更换大功率LED模块；各模块的各散热器之间的灯体上有空气可自由流通的通孔，各LED散热器相互分立固定在3D散热的环境中工作，每一个散热器的四周都是可自由流通的空气；各大功率LED模块的LED的电连接线经电连接器与LED的驱动器的输出相连，驱动器的输入经电线与外电源相连，接通外电源即可点亮各LED。
本发明所述模块固定装置的灯体基板二侧有至少一个卡口，以方便各模块拼接和固定，锁定装置可为一锁扣，用于把各模块相互固定，松开锁扣即可更换LED模块，。
本发明各LED模块的LED单管或一组单管可并联有一个保护元件、例如稳压二极管，当某一LED失效时，电流可经过此保护元件、使其它LED仍能正常工作。
本发明所述散热器带有一系列与散热器轴平行的散热片，各散热器被相互分立安装，各散热器可分别制造、也可铸造在同一个模块的灯体基板上。散热器和灯体基板可被制成一体，灯体基板可按需要制成不同形状；所述散热器和灯体基板可分开制造也可被制成一体。
本发明所述各散热器之间的灯体上的通孔可在各模块之间，也可在模块内，或二者都有；通孔的形状可为圆孔、方孔、长条形孔或其它形状的孔。散热器的散叶片可有部分位于通气孔的上方，以利散热器更好散热。使各散热器在3D散热环境中工作，可有效地把各LED产生的热散发掉，散热效率高。
本发明所述LED模块的可装卸的大功率LED模块配有至少一个光反射环、至少一个配光透镜，所述配光透镜按照明装置的输出光的分布的需要设计，用不同的配光透镜可得到不同的输出光分布。例如用于道路照明或隧道照明的灯具，沿道路方向、透镜的二边为聚光的凹凸透镜、中央为散光的凹透镜，垂直道路方向为聚光的凹凸透镜。
本发明对于不需要聚光的灯具，可不用配光透镜和光反射环；模块的光出射面可有一透光板或曲面透光罩。
本发明对于室外用灯具、所述各LED模块分别各自防雨水密封；各模块的电连接器与驱动器的输出的接触处有橡胶或硅橡胶密封衬垫，各模块插入、固定装置的锁扣扣紧后整灯构成防雨水密封。
本发明所述驱动器为把输入的交流或直流电压转变成适合于LED工作的电压的变换器；所述驱动器为调光或不调光驱动器，还可包含有遥控、光控电路或编程自动控制电路。
本发明用不同的电连接装置和机械连接装置可以制成路灯、隧道灯、庭院灯和其他用途的照明装置。
本发明与现有技术相比，由于采用模块结构，灯的功率大小可任意组装，维修和拆卸方便；由于各散热器之间的灯体有可让空气自由流通的通气通道，使各散热器散热效果更好；LED模块的配光透镜和光反射环按照明装置的输出光的分布的需要设计，光利用率高。本发明具有散热效率高、散热器用材料少、灯具小而轻、现有技术的散热器重约100-150g/W，本发明可降低到30g/W以下。模块装卸方便、设计灵活、发光效率高、寿命长等优点，用于制造家庭、办公室、商场、道路、隧道、舞台等LED照明灯具。
附图说明
图1为本发明的3D散热模块式大功率LED照明装置的一个实施例的结构示意图。
图2为本发明的3D散热模块式大功率LED照明装置的一个模块的实施例的结构示意图。
图3为本发明的3D散热模块式大功率LED照明装置的模块一个实施例的局部结构剖面示意图。
图4为本发明的3D散热模块式大功率LED照明装置的模块又一个实施例的局部结构剖面示意图。
图5为本发明的3D散热模块式大功率LED照明装置的又一个实施例的结构示意图。
图中：1、大功率LED模块；2、驱动器；3、驱动器外壳；4、模块固定装置；5、电连接装置；6、机械固定装置；7、路灯；8、散热器；9、灯体基板；10、电连接器；11、锁扣；12、通气孔；13、3D自由流通空气；14、模块侧面通空气流槽；15、卡口；16、LED；17、导热胶；18、散热片；19、空气流；20、散热器用的固定装置；21、密封圈；22、光反射环；23、配光透镜；24、电路板；25、连接线；26、保护元件；27、密封板；28、密封胶或圈；29、卡口或螺丝；30、金属基电路板；31、长条形通气孔。
具体实施方式
实施例1
下面将结合附图对本发明作详细介绍。图1为本发明的3D散热模块式大功率LED照明装置一个实施例结构示意图。它包括有：至少一个可装卸的大功率LED模块1，至少一个LED的驱动器2及驱动器外壳3，一个模块固定装置4，一个电连接装置5和机械固定装置6，相互连接成一个照明装置7，图1所示为一路灯的例子。
所述LED模块1如图2所示，它包括有至少一个散热器8，一个灯体基板9，一个电连接器10，LED模块的具体结构见图3和4所示。
若干个LED模块1相互拼接成一个照明装置，图1所示为由4个模块1组成的例子；各模块由模块固定装置4相互固定，所述固定装置有一锁定装置、例如锁扣11、用于把各模块相互固定，松开锁扣11即可更换模块1。各模块1的LED的电连接线经电连接器10与LED的驱动器2的输出相连，驱动器的输入经电线5与外电源相连；接通外电源即可点亮各模块的LED。
各散热器8之间有可让空气自由流通的通气孔12或条形通道，使各散热器在3D散热环境中工作，如图1中13所示，可有效地把各LED产生的热散发掉，散热效率高；所述各散热器之间的灯体上的通孔12可在各模块之间，也可在模块内，或二者都有；通孔的形状可为圆孔、方孔、长条形孔或其它形状的孔。
对于如图1所示的室外用灯具、所述各LED模块1分别各自防雨水密封；各模块的电连接器10与驱动器2的输出的接触处有橡胶或硅橡胶密封衬垫14，各模块的电连接器10连接后和固定装置4的锁扣11扣紧后形成整灯防雨水密封。
所述驱动器2为把输入的交流或直流电压转变成适合于大功率LED工作的电压的变换器；所述驱动器2还可包括有编程自动控制灯亮度电路，以节约用电。
所述电和机械连接装置可按需要制成不同形式、以制成路灯、隧道灯、庭院灯和其他用途的照明装置。
图2为LED模块1的外形示意图，其灯体基板9可按需要设计成不同的形状，图2所示为灯体基板9二侧有一系列可让空气自由流通的半园槽14的例子，复数个模块拼接后即可形成一系列可让空气自由流通的通气孔12；所述半园槽14也可设计成其它形状；灯体基板的二侧可有至少一个卡口15、以方便各模块拼接和固定。
实施例2
图3为本发明的LED模块的一个实施例的局部剖面(图2的A-A)结构示意图。图中16为至少一个大功率LED单管，8为散热器，LED的热沉经导热材料17直接固定在散热器上；所述散热器8有一系列与散热器轴平行的散热片18；9为灯体基板，12为灯体基板9侧面的通气孔，19表示从通气孔流通的空气流；散热器用的固定装置20固定在灯体基板9上，21为密封胶圈；LED 16的四周有光反射器22，用于把LED向侧面发射的光反射向前方；LED的正面有配光透镜23。
所述散热器的散叶片18可有部分位于通气孔12的上方，以利散热器更好散热。
所述大功率LED单管有至少一个LED芯片。
所述LED模块的配光透镜23按照明装置的输出光的分布的需要设计，用不同的配光透镜可得到不同的输出光分布。例如用于道路照明或隧道照明的灯具，沿道路方向、透镜的二边为聚光的凹凸透镜、中央为散光的凹透镜，垂直道路方向为聚光的凹凸透镜(如图4所示)。
图3中24为电路板，用于连接各LED的电极引出线25；各LED单管或一组单管16可并联有一个保护元件26、例如稳压二极管，当某一LED失效时，电流可经过此保护元件、使其它LED仍能正常工作。
图3中的27为模块出光面上的密封板，它和配光透镜23、通气孔12之间均有密封胶或胶圈密封28、构成一个整体密封模块。密封板可用卡口或螺丝29固定，以保证可靠性。
实施例3
图4为本发明的LED模块的又一实施例的局部剖面(图2的A-A)结构示意图。其特征在于散热器8和灯体基板9被制成一体；LED被安装在金属基电路板30上，金属基电路板30经导热材料与散热器8连接；配光透镜23为聚光的凹凸透镜。
对于不需要聚光的灯具，可不用配光透镜23和光反射环22；模块1的光出射面可有一透光板或曲面透光罩以替代密封板27。图4中其它数字所代表的意义与图3中的相同。
实施例4
图5为本发明的LED模块的又一实施例的结构示意图。其特征在于各模块1和个散热器8之间的流通空气的通孔为长条形通孔31；所述通孔也可设计成其它形状。图5中其它数字所代表的意义与图1中的相同。
Claims (10)
1.一种3D散热模块式大功率LED照明装置，包括有：至少一个可装卸的大功率LED模块，至少一个LED的驱动器，一个模块固定装置，一个电连接器和机械连接器，相互连接成一个照明装置；其特征在于：每个可装卸的大功率LED模块包括有：至少一个大功率LED单管、至少一个LED散热器、一个电连接器、一个散热器固定装置组成，各LED单管的热沉经导热胶或焊接剂固定在散热器上或经金属基电路板连接到散热器；所述各LED模块由模块固定装置相互固定，模块固定装置有一锁定装置，用于把各大功率LED模块相互固定，松开锁定装置即可更换大功率LED模块；各模块的各散热器之间的灯体上有空气可自由流通的通孔，各LED散热器相互分立固定在3D散热的环境中工作，每一个散热器的四周都是可自由流通的空气；各大功率LED模块的LED的电连接线经电连接器与LED的驱动器的输出相连，驱动器的输入经电线与外电源相连。
2.根据权利要求1所述的3D散热模块式大功率LED照明装置，其特征在于：可装卸的大功率LED模块配有至少一个光反射环、至少一个配光透镜，所述配光透镜按照明装置的输出光的分布的需要设计，用不同的配光透镜可得到不同的输出光分布。
3.根据权利要求1所述的3D散热模块式大功率LED照明装置，其特征在于：可装卸的大功率LED模块的光出射面有一透光板或曲面透光罩。
4.根据权利要求1所述的3D散热模块式大功率LED照明装置，其特征在于：所述各模块固定装置的灯体基板二侧有至少一个卡口，以方便各模块拼接和固定，锁定装置为一锁扣，用于把各模块相互固定，松开锁扣即可更换LED模块。
5.根据权利要求1所述的3D散热模块式大功率LED照明装置，其特征在于：所述各散热器之间的灯体上的通孔可在各模块之间，也可在模块内，或二者都有；通孔的形状可为圆孔、方孔、长条形孔或其它形状的孔。
6.根据权利要求1所述的3D散热模块式大功率LED照明装置，其特征在于：所述大功率LED模块的大功率LED单管并联有一个保护元件。
7.根据权利要求1所述的3D散热模块式大功率LED照明装置，其特征在于：所述用于道路照明或隧道照明灯具的配光透镜设计，沿道路方向，透镜的二边为聚光的凹凸透镜，中央为散光的凹透镜，垂直道路方向为聚光的凹凸透镜。
8.根据权利要求1所述的3D散热模块式大功率LED照明装置，其特征在于：所述灯体基板为金属或塑料板，各LED及其散热器用胶或螺丝固定在基板上，灯体基板上有用于连接各LED电极的电路板；所述散热器和灯体基板可分开制造也可被制成一体。
9.根据权利要求1所述的3D散热模块式大功率LED照明装置，其特征在于：所述散热器的散叶片有部分位于通气孔的上方，以利散热器更好散热。
10.根据权利要求1所述的3D散热模块式大功率LED照明装置，其特征在于：LED模块分别各自防雨水密封，各模块的电连接器与驱动器的输出的接触处有橡胶或硅橡胶密封衬垫，各模块插入、模块固定装置的锁紧后整灯构成防雨水密封。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Open date: 20101006 |