CN102011987A - 一种利用气流自然散热的模块化大功率led灯具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用气流自然散热的模块化大功率LED灯具。由LED模组、驱动器和灯架组成。灯架上固定有LED模组与驱动器，灯架上有安装的接口。一个灯具可以由一个或多个LED模组组成，LED模组为内曲面配光的LED灯具模组，驱动器为多路恒流输出，每路输出通过防水接头与一个LED模组相连。灯架可以是仅具备固定LED模组与驱动器并可以与外部安装的框架结构，也可以在框架结构上具有外盖等。不论有无外盖，灯具内部都具有气流上升的通道以方便散热。本发明采用大功率白光LED作为光源，采用内曲面配光的LED灯具模组实现灯具的配光要求并满足IP防护等级的要求，大大降低了灯具的设计要求与安装难度。灯具内部的气流上升通道使得气流能够形成散热通道极大地提高了散热的效率，保证LED工作在合适的温度范围内。

Description

一种利用气流自然散热的模块化大功率LED灯具

技术领域

本发明属于半导体照明领域，涉及一种用LED作为光源，特别涉及一种利用气流自然散热的模块化大功率LED灯具。

背景技术

随着LED制造技术的不断进步，其光效不断提高，截止到目前，实验室大功率白光LED的光效已经超过190lm/W，市场上成熟产品的光效也已经达到100lm/W以上。这一光效值展现了LED在道路照明、隧道照明、厂矿照明等大功率灯具中的潜力。

与传统光源相比，LED又具有很多独特的优点，比如发光点小，易于进行光学设计，并且灯具效率可以做得很高，因此与传统光源相比具有巨大的节能潜力。此外，LED寿命长，抗震性好，显色指数高，这些特点都使得LED在道路照明、隧道照明、厂矿照明等大功率LED应用中有着得天独厚的优势。

然而现在市场上也有一些大功率LED灯具，它们设计时没有能充分了解LED的特性以及灯具的使用环境，在散热设计方面存在很大的问题。如目前市场上的LED路灯，大多是整体式的，所有的LED光源都密封在封闭的腔体内。路灯工作时通过路灯背部的散热片散热，但是为了提高散热效率，散热片一般直接裸露在空气中，这就使得空气中的油污和灰尘很容易在散热片上堆积，影响了路灯的散热效率，从而影响LED的工作性能与寿命。同时由于防护等级的要求而采用密封胶等方式将LED等元件密封形成一个很难拆卸的整体，即整体式LED路灯，这样现场维护是很困难的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结合热力学原理利用气流自然散热的模块化大功率LED灯具。

本发明提出利用气流自然散热的模块化大功率LED灯具，由灯架1、LED模组2、具有多路恒流输出的驱动器3组成， LED模组2通过防水接头与驱动器3相连，驱动器3、LED模组2分别固定于灯架1上，灯架1通过位于其上的机械连接部分与外部进行安装，如安装于道路的灯杆上等。其中：所述LED模组2采用内表面配光的LED灯具模组，该LED模组2出光表面为平面或曲率较大的近似平面，且具有防水、防尘、散热及满足配光要求等功能。

本发明中，采用的LED模组2根据光通量的要求可以一条、也可以多条。

本发明中，安装时，或者LED模组2与灯架1留有空隙、或者LED模组2之间留有空隙、或者LED模组2与灯架1及LED模组2之间均留有空隙，以便点灯时形成热气流上升通道，增加散热功能。

本发明中，采用具有多路恒流输出的驱动器3，每路用防水接头输出，便于与LED模组2连接。

本发明中，灯架1可以是一种简单的框架结构，仅用于固定LED模组2和驱动器3及与外部的安装，也可以有起美观及一定的防护作用的其它机械结构，如上部可以有上盖。但这种机械结构如在LED模组2的上部，则该结构必须或者在上边有通气孔、或者在侧面有通气孔、或者在上面及侧面均有通气孔。该通气孔与所述空隙形成热气流上升通道，增加散热功能。

本发明各部分结构分述如下：

1．         灯架

用于放置并固定LED模组2与驱动器3，并与外部进行安装。因此，灯架1基本由三部分组成，即用于固定驱动器3的部分、用于固定LED模组2的部分及与外部安装的机械部分。1、驱动器3的固定比较简单，可以在灯架1结构上留有一定的位置安放，但不影响灯具的外部美观及有一定的散热通道；2、固定LED模组2的部分是灯架1的核心，这部分可以是：a简单的框架结构，如一个在平面结构或近似平面结构上有一个中空或者多个中空的框架，框架上放置LED模组2，模组2的出光部分正好对着框架的中空部分，点亮时光线由框架的中空部分射出，或者b具备a所述简单框架结构功能的结构基础上外加一定装饰与防护功能的其它机械结构；3、外部安装的机械部分，这部分根据灯具的应用场合而不同，如：a道路照明用途，则为一能够与路灯灯杆连接并固定的结构，b隧道照明与厂矿照明等，则为一个能调节灯具发光体位置与方向并将灯具整体固定于隧道或墙上或其它安装位置的机械结构；4、可选部分，除以上三部分必须有外，灯架上还可以有用于使灯具外观美观或具有一定防护功能的其它部分，如可以有灯具上盖，也可以有边上的弧形、流线型等美观装饰。灯具上盖可以仅罩于LED模组2上，也可以仅罩于驱动器3上，也可以由一个上盖同时罩于LED模组2与驱动器3或2个上盖分别罩于LED模组2与驱动器3上。无论哪种情况，在LED模组2上边的外盖必须有向上边或者侧面的气流通道，这样与LED模组2之间空隙或LED模组2与灯架1之间的空隙可以在灯具点灯时形成上升的热气流通道，加强散热。鉴于驱动器3的散热问题较小，因此罩于驱动器3上的外盖可以有或者无较大通气孔，但该外盖不能让驱动器3完全密封。

以上四部分可以是单独设计并制造但牢固连接的机械结构，也可以是通过模具压铸或者拉伸等工艺制造的包括其中任意两个部分或者三个部分或者四个部分的整体件。

2． 驱动器

驱动器3采用具有多路恒流输出的电源，固定于灯架1上。考虑到电源本身有一定的自身功耗，因此，如前所述，灯架1设计时须考虑一定的散热通道以减少电源本身的温升。电源的每路恒流输出与一个LED模组2通过防水接头相连。驱动器3本身必须具有良好的防尘防水与散热功能。驱动器3安装于灯架1上，可以采用容易拆卸的机械安装方法。

3．LED模组

一个灯具可以由一个或多个LED模组2组成，LED模组2为内表面配光的LED灯具模组见《内表面配光的LED灯具模组》，申请号为2010206831059，该模组具有防尘、防水、散热等功能，并根据要求设计其中的内曲面透镜实现要求的配光。由于LED模组2已经具有防水、防尘的功能，因此，灯具中无须在模组之外再加上一个整体的防尘防水玻璃，也就没有了这个外罩玻璃造成的光学损失。同时，由于模组的向下出光表面为平面，灯具维护时可以很方便的用水枪冲洗。

LED模组2安装于灯架1上，灯架1上有多个中空部分，LED模组2安装于灯架1上使LED模组2的光线从中空部分射出到灯具外边。灯架1上的每个中空部分可以对应一个LED模组2，也可以对应多个LED模组2。每个LED模组2与相邻的灯架结构留有空隙，LED模组2与LED模组2之间留有空隙。这个空隙使灯具点亮时形成上升的热气流通道，帮助散热。

本发明根据LED工作需要严格控制器件温度的特点，并结合气流运动的特征以及大功率LED灯具在使用中一些常见的注意事项，创造性的构思出模块化与利用气流循环通路散热的相结合的方法设计大功率LED灯具。该方法可用于设计大功率LED路灯、隧道灯、厂矿灯、投射灯等。与目前普遍采用的整体式LED灯具相比，具有以下优点：

1、充分利用灯具工作时温度变化形成垂直气流，提高散热效率。

LED灯具在使用时产生大量的热量，热量由热沉带到灯具的表面，特别是散热器上。这样散热器温度就会比较高，其周围的空气也会被加热，密度降低，形成热气球效应。在散热器周围的空气由于低密度而上升，低温区的冷空气进行补充。常态下由于空气有扰动，没有形成一定的散热通道，散热的效率并不高。本发明采用模块化的LED光源模组，使LED模组2之间人为留有一定空隙，LED模组2与相邻的灯架1的机械间也留有间隙，如有上盖则上盖上也留有通气孔，使整个灯具在工作时形成一定的空气流动通道。灯具的外壳的低密度的热空气上升，带走热量。由于气流牵引作用，即压强差，紧接着，相对高压的冷空气从灯具下底面的模组之间的空隙中进入，与灯具内的LED模组上的散热器进行热交换，继而上升带走热量。周而复始，形成一个稳定的散热通道。从而达到冷却LED模组，提高LED灯具散热效率的目的。本发明正是基于这一点，使大功率LED灯具在工作时形成持续的热气流上升通道，带走热量，达到提高散热效果的目的。

2、 本发明采用了具有防尘、防水、散热功能且通过设计满足配光要求的LED模组，相对于传统的大功率整体式LED灯具提高了可维护性，可以现场更换，并且支持技术升级。

由于IP等级防护的需要，整体式LED灯具把LED光源都封闭在封闭的腔体内，如果LED光源损坏，只能把整个灯具进行更换，送回原厂维修，而且目前整体式LED灯具重量较重，更换比较困难，维护成本很高。另外，随着LED光效的提高，要更换更高光效的LED器件以实现LED灯具的升级是很困难的。

本发明采用的LED模组，重量轻，体积小，如果损坏可以现场更换，维护非常方便，而且LED模组是很容易在工厂进行技术升级的，并在现场更换以实现对灯具的整体技术升级。

3、采用具有防尘、防水的LED模组，在设计灯具时就不需要考虑防护等级方面的要求，可在模组之间留有间隙，形成前述的气流通道。本发明可根据路面的宽度以及照度要求灵活调整模组的个数。

4、作为选件的LED模组上面的上盖，对LED模组具有美观与一定的保护功能，一方面，使太阳不能直射到LED模组上，降低了模组的温度，另一方面，使得模组的散热片不会因灰尘油污、鸟粪等的堆积减低散热效率，同时降低了灯具维护难度。但这时候上盖上必须留有空隙使得气流能够通过，从而提高了灯具的散热效率。

同时，本发明由于采用模块化设计，又提高了散热效率，使得灯具的质量可以明显减轻，并且使得灯具外形美观，安装方便。LED这样大大降低了灯具的设计要求与安装难度。

本发明有以下特点：

1、   灯具采用LED模组做光源。

2、   通过LED模组实现灯具的配光和防护等级，降低了灯具设计和安装的难度，同时可根据路面的宽度和照度要求灵活调整LED模组的个数。

3、采用LED模组的灯具，方便维护，可以现场更换，支持技术升级。

4、LED模组上面可以有上盖，使得模组的散热片间不容易粘附油污和积灰，避免了因此而降低模组的散热效率，也避免了太阳光直接照射到模组上，引起模组器件的老化，同时增加了灯具外观的艺术性。

5、LED模组间留有空隙，使得气流循环通道形成，带走模组上的热量，提高散热效率，降低LED模组工作温度。

6、 LED模组的空隙有助于整个灯具通过雨水带走污渍。

附图说明

图1为模块化大功率LED灯具的结构图示。

图2为模块化大功率LED灯具的仰视图。

图3为模块化大功率LED灯具的俯视图。

图4为带有上盖的模块化大功率LED灯具的结构示意图。

图中标号：1为灯架，2为LED模组，3为驱动器，4为灯具的上盖，5为灯架上用于固定驱动器的位置，6为灯架上用于固定LED模组的框架，7为抱箍。

具体实施方式

下面通过实施例结合附图进一步说明本发明。

实施例1：如图1-图3所示，为简单的框架结构模块化大功率LED灯具，图中1为一个在平面结构或近似平面结构上有一个中空或者多个中空的框架，框架上放置一条或者若干条LED模组2，模组2的出光部分正好对着框架的中空部分，点亮时光线由框架的中空部分射出如图2所示，将LED模组2按合适的间距固定在灯架1上，使相邻的LED模组2之间留有间隙，LED模组2与灯架1也留有适当的空隙，这就使整个灯具在工作时形成一定的空气流动通道。LED模组背面散热片处的温度高，使得它周围的气体温度高，热空气上升，带走热量。由于气流牵引作用，即压强差，紧接着，相对高压的冷空气从灯具下底面的模组之间的空隙以及LED模组与灯架之间的空隙中进入，与LED模组上的散热器进行热交换，继而上升带走热量。周而复始，形成一个稳定的散热通道。灯具的驱动器3固定在灯架1上，驱动器3的每路恒流输出与一个LED模组2通过防水接头相连。灯架包括用于固定LED模组2的框架部分、用于固定LED驱动器的机械部分、用于将灯具与外界连接的机械接口部分，有时还包括灯具上盖、底部、边沿装饰等部分，这三部分或者四部分可以试单独设计并制造但牢固连接的机械结构，也可以是通过模具压铸或者拉伸等工艺制造的包括其中任意两个部分或者三个部分或者四个部分的整体件。

本实施实例的制作过程如下：将LED模组2通过适当的机械固定方式固定在灯架1上，将驱动器3通过适当的机械固定方式固定在灯架1，然后将LED模组2与驱动器3的输出端自带的防水接头连接，最后，通过适当的机械装置将灯具固定在使用的地方。

本实施例可以是用于LED路灯、LED隧道灯、LED工矿灯等。它们的主要差别在于灯架，特别是灯架中的与外界连接的机械部分。如路灯，则连接部分为能使灯杆可以插入的机械固定装置，隧道灯、厂矿灯则是可以将灯具固定于隧道或工厂并调节灯具的位置及角度。

实施例2：如图4所示为一个有上盖的LED路灯示意图，6为在灯架1上一个在平面结构有多个中空的框架，将LED模组2按合适的间距固定在该框架上，模组2的出光部分正好对着各个框架的中空部分，点亮时光线由框架的中空部分射出，将LED模组2按合适的间距固定在灯架1的框架上，使相邻的LED模组2之间留有间隙，LED模组2与灯架1上的框架6也留有适当的空隙；然后将驱动器3固定在图中灯架上用于固定驱动器的位置5，将LED模组2与驱动器3的每路恒流输出通过自带的防水接头相连，最后将灯具的上盖4盖上，通过合适的机械装置固定好。灯具的上盖4上留有通气孔如图4所示，这些通气孔与LED模组2之间的间隙以及LED模组2与灯架1上的框架6之间的空隙，共同构成一个空气流动通道。灯具的外壳内部由于温度高，热空气上升，带走热量。由于气流牵引作用，相对高压的冷空气从灯具下底面的模组之间的空隙中进入并上升，与灯具内的LED模组上的散热器进行热交换，继而上升带走热。形成一个稳定的散热通道。

本实施实例的制作过程如下：将LED模组2通过适当的机械固定方式固定在灯架1上，将驱动器3通过适当的机械固定方式固定在灯架上用于固定驱动器的位置5，再将LED模组2与驱动器3的输出端通过自带的防水接头连接，然后灯具的上盖4盖上，通过合适的机械装置固定好，最后，通过抱箍7将灯具固定在路灯灯杆上。

Claims (5)

1.一种利用气流自然散热的模块化大功率LED灯具，由灯架(1)、LED模组(2)、具有多路恒流输出的驱动器（3）组成，其特征在于LED模组（2）通过防水接头与驱动器（3）相连，驱动器（3）、LED模组（2）分别固定于灯架（1）上，灯架（1）通过位于其上的机械连接部分与外部进行安装；其中：所述LED模组(2)采用内表面配光的LED灯具模组，该LED模组（2）出光表面为平面或曲率较大的近似平面。

2.根据权利要求1所述的利用气流自然散热的模块化大功率LED灯具，其特征在于采用的LED模组（2）根据光通量为一条或多条。

3.根据权利要求1所述的利用气流自然散热的模块化大功率LED灯具，其特征在于安装时，或者LED模组（2）与灯架（1）留有空隙、或者LED模组（2）之间留有空隙、或者LED模组（2）与灯架（1）及LED模组（2）之间均留有空隙。

4.根据权利要求1所述的利用气流自然散热的模块化大功率LED灯具，其特征在于驱动器（3）采用具有多路恒流输出的驱动器，每路均用防水接头输出。

5.根据权利要求1所述的利用气流自然散热的模块化大功率LED灯具，其特征在于灯架（1）上部设有上盖，该上盖位于LED模组（2）的上部，上盖上设有通气孔、或者在侧面有通气孔、或者在上面及侧面均有通气孔，该通气孔与权利要求4中所述空隙形成热气流上升通道，增加散热功能。

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