CN102330960B - Led光源的散热装置及led光源 - Google Patents

Abstract

一种LED光源的散热装置，包括杯体，所述杯体内部设置有发光LED，该杯体内壁用于反光，该杯体的外壁用于散热，其特征在于，所述散热装置还包括套设于所述杯体外的罩体，所述罩体内壁和杯体外壁之间设置有用于通气的空腔，位于所述罩体的上部和下部开设与该空腔连通的通气口，所述散热装置还包括一受流动的空气带动旋转的涡轮形的扇叶，该扇叶架设与所述通气口处。通过在所述杯体上套设罩体，构成一个“烟囱效应”的散热结构，从而能够加快所述杯体外壁的散热，起到很好的散热效果。在所述杯体上部或下部的通风口处设置涡轮形的扇叶，将发光LED发出的热能转变成扇叶转动的动能，通过能量的转化来加速热能的散发和转移。

Description

LED光源的散热装置及LED光源

【技术领域】

本发明属于散热器件技术领域，涉及一种小尺寸大功率LED光源（例如大功率MR16LED射灯）的散热装置以及具有该散热装置的LED光源。

【背景技术】

LED光源虽然是冷光源，但是其通电工作时还会产生一定的热量，而这些热量无法及时的散发出去时，则会使LED光源的温度逐渐升高，而LED（发光二极管）的稳定工作的温度范围为-40℃～80℃，热量不能有效的散发出去的话，则会大大影响LED光源的产品性能和使用寿命。

MR16LED射灯是一种小尺寸的带多面反射罩的光源，低功率的MR16LED射灯发热量比较小，所以无需考虑LED射灯的散热问题，用普通的背面光滑的MR16LED射灯反射罩即可满足其散热功能。而随着MR16LED射灯的功率不断增加，其发热量也不断增加，在其尺寸大小不变的情况下，LED射灯的表面温度也在逐渐升高，当温度升高高于其工作温度时，则会影响LED射灯工作稳定性和使用寿命，这个时候就需要考虑LED射灯散热问题，目前传统的做法是，在反射罩的背面设置金属散热片，金属散热片和喇叭形反射罩背面通过导热硅胶密封连接或者直接将金属散热片和喇叭形反射罩做成一个整体，通过金属散热片良好的散热性能达到很好的散热效果，增大金属散热片的散热表面积即可增加散热效果，其主要发展方向在于，将金属散热片设置成多个很薄的鳍片；增大鳍片的表面积；采用散热性能比较好的铜或铝作为散热材料等。

如申请号为095220939的台湾专利公开了一种MR16射灯，包括：一灯杯，系呈喇叭状并包括一缩小端、及一扩大端，该扩大端并凹设有一容置凹槽；一底座，系组设于该灯杯之该缩小端，该底座并包括二电源接点；一发光二极管光源，系组设于该灯杯之该容置凹槽内；一光源驱动电路板，系组设于该灯杯之该容置凹槽内，该光源驱动电路板并分别电连接至该发光二极管光源、及该底座之该二电源接点；一透镜，系组设于该灯杯之该容置凹槽内、并位于该发光二极管光源上方；以及一灯罩，系盖合于该灯杯之该扩大端。所述灯罩采用金属材料制成，且包括带有多数个散热鳍片，灯罩包括罩体和罩底，所述罩体同时作为反射罩使用，所述罩底用于将LED光源封在罩体中。

又如专利号为CN200940816Y中国实用新型专利公开了一种LED投射灯（即射灯）的散热装置，其包括反射镜（即反射罩）、灯罩和筒状的散热体。反射镜位于散热体的凹陷空间内，多个鳍片设置在散热体的外围，鳍片与形成在其中央的腔室采用金属材料形成一个整体。为了提供更好的散热效果，在四周鳍片以及反射镜围成的中央腔室内填充导热物质。

在上述专利中都是通过设置鳍片来达到散热的目的，所不同的只是鳍片的大小以及多少的问题，当LED射灯的功率增加到6W以上时，在MR16LED射灯直径已经受限制的情况下，仅靠增大鳍片的散热面积已经不能满足散热的需要。这是因为，鳍片散热是通过传导和辐射的方式向空气中散发热量，当鳍片周围的空气被传导加热以后，热空气不能有效的散发出去，则鳍片散热的效能将大大降低，不利于热量的散发。

美国专利申请号为US20050111234的发明专利公开了一种LED灯的散热装置，如图1所示，包括光源以及包裹在光源外并与光源外形相近似的外壳，在外壳和光源之间设置有通气空腔，在所述外壳的尾部设置有与通气空腔连通的通气孔，在所述通气空腔的另一通气口设置在光源的头部，在所述外壳的尾部设置有一被电机带动的扇叶。该散热装置主要依靠扇叶动力将热空气抽出，然后冷空气填补进通气空腔，达到散热的目的，由于采用了电力对扇叶进行驱动，显然是浪费了电能，不利于环保。

如果不采用电力驱动扇叶旋转、通过扇叶带动空气对流来加强散热，光是通过散热鳍片来自然散热，则大功率LED灯的散热问题一直是业界非常难以解决的一个难题。

【发明内容】

本发明的目的就是为了解决上述技术问题，利用烟囱效应的原理以及斯特林发动机的原理提出了一种新的LED光源的散热装置，本发明的散热装置完全解决了小尺寸大功率LED光源（如MR16LED射灯）的散热问题，具有散热效果好，长寿、节能、环保等特点。由于采用了新的散热装置，MR16LED射灯的使用寿命更长，达35000小时以上，功率可达20W以上，其发光效率可达205流明/瓦。

本发明的具体技术方案如下：

一种LED光源的散热装置，包括杯体，所述杯体内部设置有发光LED，该杯体内壁用于反光，该杯体的外壁用于散热，其特征在于，所述散热装置还包括套设于所述杯体外的罩体，所述罩体内壁和杯体外壁之间设置有用于通气的空腔，位于所述罩体的上部和下部开设与该空腔连通的通气口，所述散热装置还包括一受流动的空气带动旋转的涡轮形的扇叶，该扇叶架设与所述通气口处。

在罩体的上部和下部设置通气口，并且两个通气口与空腔连通，空腔内的空气被杯体外壁加热后会膨胀上升，从杯体的上部通气口流出，空腔内的气体减少之后，冷空气从杯体的下部通气口补充，如此，则冷空气从杯体的下部进入空腔带走一定的热量后，变成热空气从杯体的上部流出，随着热空气的流出，冷空气不断补充进来，冷空气进来后被加热继续流出，这样如此往复，则气流不断的从杯体的下部通气口流到所述杯体的上部通气口，在流动的过程中带走杯体外壁的一部分热量，起到“烟囱效应”散热的作用。“烟囱效应”散热的原理是利用热空气上升形成的动力加速空气流动，通过加快空气对流来加快散热的目的。

而流动的空气又能够带动扇叶旋转，旋转的扇叶产生动能，这一过程即便是将热能转变成动能的过程，这一类似于燃气机的原理，由于将热能转变成了动能，使得燃气机的温度大大降低。本发明在通风口设置了涡轮扇叶之后，将发光LED发出的热能转变成扇叶转动的动能，通过能量的转化来加速热能的散发和转移。

所以扇叶的设置方式可以有很多种，只要设置在气流流动的方向上，能够使气流带动扇叶旋转即可。

所述用于通气的空腔可为所述散热罩内壁和反射罩外壁所围成的一整体空腔，也可将所述散热罩内壁和反射罩外壁围成的空腔细分成若干个毛细管道，每一个毛细管道为一小空腔。

所以依据上述原理，只要在所述杯体外设置一个罩体，并且让冷空气从所述杯体的下部通气口进入从所述杯体的上部通气口流出，所以只要保证所述罩体和所述杯体之间设置有可以让空气向上流动的管道或者空腔即可，并且空气是从杯体的下部向杯体的上部流动的，所以杯体下部的通气口和上部的通气口的形状和设置的位置都可以有很多种。

该扇叶绕一轴承旋转，所述轴承设置在一支架上，该支架包括至少三个弓形支架支撑脚，所述支架支撑脚的一端连接轴承，该支架支撑脚的另一端与杯体的外壁或/和罩体内壁抵接，所述轴承的中心设置有通孔。

所述杯体的下部与所述罩体的下部设置有螺纹，所述杯体和所述罩体通过螺纹紧固，所述罩体下部四周设置有多个通气孔，所述罩体上部顶端设置有通气口。

所述扇叶设置在罩体上部的通气口处。

所述杯体外壁上设置有多个散热鳍片。

所述散热鳍片与所述罩体的内壁抵接。

当所述罩体的内壁与所述散热鳍片抵接之后，杯体和罩体之间的空腔被细分成若干个管道，空气从管道经过能更快速的被加热，不仅起到很好的吸热效果，而且具有更大的上升推动力，散热更快。

所述散热鳍片为螺旋形分布在所述杯体外壁的周围。

将鳍片设置成螺旋形后，则所述管道则成为螺旋形，则空气流经的管道长度更长，则具有很好的吸热效果，所以散热效果更好。

所述的罩体的长度为26mm～120mm。

本发明还提供一种LED光源，所述LED光源包括发光LED、驱动LED工作的电源装置以及如上所述的散热装置。

本发明的有益的技术效果在于：

1.通过在所述杯体上套设罩体，构成一个“烟囱效应”的散热结构，从而能够加快所述杯体外壁的散热，起到很好的散热效果。

2.在所述杯体上部或下部的通风口处设置涡轮形的扇叶，将发光LED发出的热能转变成扇叶转动的动能，通过能量的转化来加速热能的散发和转移。

【说明书附图】

图1为本发明的立体分解示意图。

其中，1、杯体；11、杯体内壁；12、杯体外壁；121、杯体的散热鳍片；13、喇叭口；131、杯体外螺纹；14、喇叭尾；2、散热罩；21、圆筒形腔体靠近所述头盖的一端；22、散罩体内壁；23、罩体外壁；231、罩体的散热鳍片；24、圆形小孔；25、顶端通气口；3、头盖；31、透光板；32、折边；33、螺纹；4、扇叶；5、轴承；51、圆形通孔；6、轴承支架；61、支架支撑脚；7、套管；71、套管内壁；72、套管外壁。

【具体实施方式】

本发明涉及一种小尺寸大功率LED光源的散热装置，在实施例中以MR16LED射灯为例对该散热装置做阐述和说明。

实施例

如图1所示，一种MR16LED射灯的散热装置，包括一喇叭形的杯体1、一套接于所述杯体1外并与所述杯体的喇叭口13固定连接的罩体2以及一固定连接于所述杯体1的喇叭口13的头盖3，该头盖3与所述杯体1的喇叭口13通过螺纹固定连接，所述头盖3中央设置有透光板31，用于透射光线和密封LED，所述的头盖3的周围设置有折边32，所述折边32与所述罩体2接触。

所述喇叭形杯体1的内壁11为用于反射LED发光的光滑镜面，外壁12为金属材料制成的散热面，所述金属材料为铝合金。在所述杯体1的外壁12周围设置有多个散热鳍片121，所述散热鳍片121沿杯体1的喇叭口13至喇叭尾14径向竖直均匀排列。所述杯体1的喇叭口13的内侧设置有杯体内螺纹（图中未示），外侧设置有杯体外螺纹131，所述杯体1的内螺纹与所述头盖3的螺纹33配合固定连接。所述杯体1的喇叭尾14开设有圆形的开口，用于安设LED以及连接驱动LED工作的电源装置，所述驱动LED工作的电源装置尾部8引出两针脚，通过所述两针脚与电源适配器连接，所述电源适配器输出直流低压电流。

所述罩体2为金属材料制成的腔体，所述金属材料为铝合金。所述圆筒形腔体靠近所述头盖的一端21的内侧设置有罩体内螺纹（图中未示），所述杯体通过罩体内螺纹与所述杯体外螺纹131螺纹配合固定连接。所述罩体2的内壁22为喇叭形，用于配合所述杯体1的逐渐缩小的喇叭外形，在所述罩体2的顶端设置有顶端通气口25；所述罩体2的外壁23为圆柱形，并设置有多个散热鳍片231，所述散热鳍片231为轴向垂直均匀排列。在所述圆筒形腔体靠近所述头盖的一端21附近设置有多个圆形小孔24，所述圆形小孔贯穿于所述罩体2的内外两壁，并且所述圆形小孔设置在两散热鳍片231之间。

当所述罩体2套接于所述杯体1外，并通过螺纹连接时，所述罩体2内壁22和杯体外壁12之间形成有空腔，这一空腔即为通气通道，所述通气通道的两端口分别为设置于所述罩体2上的圆形小孔24和罩体2上部的顶端通气口25。

本实施例的工作原理在于，当LED射灯工作时，会产生热量，热量传导给杯体外壁的鳍片，使杯体外壁的鳍片发热，鳍片受热后使周围空气变热，热空气从所示罩体的顶端通气口流出冷空气从罩体下部的圆形小孔补充进去，这样构成一个“烟囱效应”的结构模型，从而加速了空气的对流，使得散热效果比没有所述杯体外套设罩体要好很多。

所述罩体的长度为26cm，长度越长，则“烟囱效应”越明显，散热效果越好。

利用“烟囱效应”的原理，我们可以很简单的对上述实施例作若干变形，如：

将罩体和杯体的连接方式变换成卡接或者通过螺丝固定连接，这些连接方式均为可拆卸连接，目的是为了方面所述罩体的安装，尤其是当罩体的长度超出了杯体的长度，所述杯体的针脚在罩体内部时。

将罩体设置成喇叭形或者圆锥形空腔，只要保证在空腔的两端设置通气口，并且在空腔中形成通气通道即可。还可以对通气口作若干变形，可做成圆形、环形、方形、栅格形、窗格形等。

同时还可以根据“烟囱效应”以及“峡谷效应”的原理对上述实施例作若干改进，如：

增加罩体两端的通气孔的个数或者大小，将罩体的内壁和杯体外壁的散热鳍片抵接，使罩体和杯体之间形成多个垂直的通气通道，则空气流经杯体外壁相邻的两个散热鳍片构成的空气管道之后，被加热的更充分，温度上升更快，同时由于管道孔径变小，则空气膨胀力越大，上升的动力越大，流出的速度更快，则散热效果更好。

也可以将所述散热鳍片设置成绕杯体上升的螺旋形，则空气流经的空气管道长度增加，吸热效果更好。

本发明的散热装置还包括涡轮形的扇叶4，如图1所示，所述扇叶4设置在所述罩体2的顶端通气口25处，且位于该通气口25的水平面以下，用于在罩体内的空气流动时带动扇叶4旋转。所述扇叶4绕设置在通风口中心的轴承5旋转，该轴承5固定连接有一轴承支架6，所述轴承支架固定连接有三个弓形支架支撑脚61，所述支撑脚61的一端固定连接有轴承5，该支撑脚61的另一端与罩体内壁抵接。所述轴承5中心设置有圆形通孔51，用于使杯体1尾部的电源装置的外壳8以及针脚穿过，而由于MR16型号的射灯尾部的电源装置的外壳8为方体，为了消除该圆形通孔与所述电源装置外壳之间的缝隙，在所述电源装置的方形外壳外套设一梯形套管7，该套管7的内壁71为方形，用于与电源装置的方形外壳抵接，外壁72为圆形，用于与所述轴承5中心抵接。

本实施例的散热原理是通过设置涡轮扇叶，通过热空气的上升动力推动扇叶旋转，通过将热能转变成动能来将热能转移和散发出去，从而加快了散热。所以根据上述原理，本领域的普通技术人员还可以对本实施例的扇叶的设置位置以及固定方法想出很多变形和改进，例如扇叶可以设置在杯体的喇叭口处，也可设置在杯体的喇叭尾处；扇叶可以套接在所述杯体上，也可通过支架连接在所述罩体上。但是无论其怎么变形和改进，只要扇叶是设置在通风口，并且通过空气流动带动扇叶旋转，同时旋转的扇叶又加速空气流动，则其变形和改进在本发明的保护范围之内。

本发明还提供一种LED光源，所述LED光源包括发光LED以及驱动LED工作的电源装置以及封装所述电源装置的电源装置的外壳，其特征在于，所述LED光源还包括如上所述的散热装置。

所述LED光源在使用了如上所述的散热装置之后，散热效果大大加强，使其最大工作功率增加，发光效率也得到提高。

例如在MR16型号的标准LED光源中，所述LED光源的直径为2英寸，其工作功率最高可达20W，发光效率最高为205流明/瓦。

需要说明的是，上述实施例只是对权利要求的支持和说明，并不是对本发明的保护范围的限制，所以只要在本发明的构思范围内，基于本发明的散热原理对本发明做出的变形和改进都在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种LED光源的散热装置，包括杯体，所述杯体内部设置有发光LED，该杯体内壁用于反光，该杯体的外壁用于散热，其特征在于，所述散热装置还包括套设于所述杯体外的罩体，所述罩体内壁和杯体外壁之间设置有用于通气的空腔，所述罩体下部四周设置有多个通气孔，所述罩体上部顶端设置有通气口,所述通气口、通气孔与空腔连通，所述杯体外壁上设置有多个散热鳍片，所述散热装置还包括一涡轮形的扇叶，该扇叶架设与所述通气口处，当LED射灯工作时，会产生热量，热量传导给杯体外壁的鳍片，使杯体外壁的鳍片发热，鳍片受热后使周围空气变热，热空气从所述罩体的上部顶端通气口流出，冷空气从罩体下部四周的通气孔补充进去，这样构成一个“烟囱效应”的结构模型，从而加速了空气的对流，流动的空气带动扇叶旋转，旋转的扇叶产生动能，这一过程即便是将热能转变成动能的过程，通过能量的转化来加速热能的散发和转移。 

2.根据权利要求1所述LED光源的散热装置，其特征在于，该扇叶绕一轴承旋转，所述轴承设置在一支架上，该支架包括至少三个弓形支架支撑脚，所述支架支撑脚的一端连接轴承，该支架支撑脚的另一端与杯体的外壁或/和罩体内壁抵接，所述轴承的中心设置有通孔。 

3.根据权利要求2所述的LED光源的散热装置，其特征在于，所述杯体的下部与所述罩体的下部设置有螺纹，所述杯体和所述罩体通过螺纹紧固。 

4.根据权利要求3所述的LED光源的散热装置，其特征在于，所述风扇设置在罩体上部的通气口处。 

5.根据权利要求1所述的LED光源的散热装置，其特征在于，所述散热鳍片与所述罩体的内壁抵接。 

6.根据权利要求5所述的LED光源的散热装置，其特征在于，所述散热鳍片为螺旋形分布在所述杯体外壁的周围。 

7.一种LED光源，包括发光LED、驱动LED工作的电源装置以及包括如权利要求1～6任一所述的散热装置。