CN102635839A - Led灯散热器及led灯具 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种LED灯散热器及LED灯具，属于发光二极管领域。其中，该发光二极管LED灯散热器，包括：中空的散热器本体，所述散热器本体的外壁上设有数个肋片；用于封闭所述散热器本体的底部的散热器底板。本发明的技术方案能够显著改善LED灯的散热效果。

Description

LED灯散热器及LED灯具
技术领域
本发明涉及发光二极管领域，特别是指一种LED灯散热器及LED灯具。
背景技术
由于LED(Light Emitting Diode，发光二极管)灯具有高亮度、节能等优点，使得其在越来越多的场合中得到使用。但是LED光源的发热量通常比较大，这样就需要对LED光源进行散热来保证其正常工作。
现在技术中LED球泡灯散热器的厚度比较薄，散热器底部通常不设置底板，影响了蓄热和热流缓冲，使得LED灯的散热效果不佳。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种LED灯散热器及LED灯具，能够显著改善LED灯的散热效果。
为解决上述技术问题，本发明的实施例提供技术方案如下：
一方面，提供一种发光二极管LED灯散热器，包括：
中空的散热器本体，所述散热器本体的外壁上设有数个肋片；
用于封闭所述散热器本体的底部的散热器底板。
进一步地，所述散热器底板中心的厚度大于所述散热器底板边缘的厚度。
进一步地，所述肋片与所述散热器本体的外壁成一定角度，所述角度小于90°。
进一步地，所述肋片靠近散热器本体的部分的厚度大于所述肋片远离散热器本体的部分的厚度，所述肋片靠近散热器底板的部分的高度大于所述肋片远离散热器底板的部分的高度。
进一步地，所述肋片的靠近散热器底板的部分设置有开口分叉。
进一步地，所述散热器底板上设置有至少一个对应LED单灯热源的开孔。
进一步地，所述散热器底板的平均厚度C为4.5-5.8mm。
进一步地，所述肋片之间的间距d为3.3-4.5mm，肋片的平均厚度m为2.0-2.7mm，肋片的平均高度H为6.5-9.0mm，肋片的长度l为40-50mm。
进一步地，所述肋片的个数N为16，18或20。
本发明实施例还提供了一种发光二极管LED灯具，包括上述的LED灯散热器以及位于所述LED灯散热器内的至少一个LED单灯。
本发明的实施例具有以下有益效果：
上述方案中，LED灯散热器的底部设置有散热器底板，能够改善蓄热效果和热流的稳态缓冲；在散热器本体的外壁上设有数个肋片，在LED灯工作时，产生的热量可以通过传导、对流、辐射等方式到达散热器本体并传递到肋片，由于肋片增加了散热面积，从而可以改善LED灯的散热效果。
附图说明
图1为本发明实施例的LED灯散热器的结构示意图；
图2为本发明实施例的LED灯散热器的正面示意图；
图3为本发明实施例的LED灯散热器的左视图；
图4为本发明实施例的LED灯散热器的俯视图；
图5为LED灯散热器最高温度与肋片间距d之间的关系示意图；
图6为LED灯散热器最高温度与肋片厚度m之间的关系示意图；
图7为LED灯散热器最高温度与散热器底板厚度C之间的关系示意图。
具体实施方式
为使本发明的实施例要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明的实施例提供一种LED灯散热器及LED灯具，能够在不提高成本的情况下，显著LED灯的改善散热效果。
如图1所示，本发明实施例的LED灯散热器包括：
中空的散热器本体11，所述散热器本体11的外壁上设有数个肋片12；
用于封闭所述散热器本体11的底部的散热器底板13。
进一步地，如图1所示，散热器本体11可以为圆柱形，散热器底板13可以为圆形。
进一步地，散热器底板13中心的厚度大于散热器底板13边缘的厚度，散热器底板13的厚度可以从中心到边缘逐渐递减，也可以从中心到边缘阶梯递减。当热源位于散热器中间时，这种设计方式最有利于导热，可以使得热源产生的热量由中间往四周发散出去。
进一步地，如图2所示，本发明中的肋片12与散热器本体11的外壁成一定角度，该角度小于90°，即本发明中的肋片设计为斜肋片。如果采用斜弯肋片，虽然蓄热效果较好，换热面积较大，但是阻流系数也会增大，并且会提高制作工艺的实现难度；如果采用直肋片，虽然阻流系数小，但是蓄热效果不是很好，换热面积较小。本发明实施例中肋片形式为斜肋片，能够保证较好的蓄热效果，足够的换热面积，并且阻流系数比较小。
进一步地，如图2和图3所示，肋片12靠近散热器本体11的部分的厚度大于肋片12远离散热器本体11的部分的厚度，肋片12靠近散热器底板13的部分的高度大于肋片12远离散热器底板13的部分的高度。
优选地，本发明中的肋片12的厚度为从肋片底部到肋片顶部逐渐递减，其中，肋片底部为肋片12靠近散热器本体11的部分，肋片顶部为肋片12远离散热器本体11的部分，热量是从下往上传递的，在肋片的底部不仅要考虑散热还要考虑蓄热以防热负荷冲击，因此，肋片在底部的厚度比较大，当热量向上散热的同时热量有所降低，因此，肋片的厚度逐渐降低。进一步地，肋片12的厚度还可以为从肋片底部到肋片顶部阶梯递减。
肋片12的高度从底端到顶端逐渐递减为0，其中，底端为肋片12靠近散热器底板13的部分，顶端为肋片12远离散热器底板13的部分。进一步地，肋片12的高度还可以为从底端到顶端阶梯递减为0。
进一步地，如图2所示，在肋片12的底端设置有开口分叉15，这样是为了当热量导入肋片上位时增加散热面积。
进一步地，如图4所示，散热器底板13上设置有至少一个对应LED单灯热源的开孔14，能够增加空气对流，提高散热效果。
本发明实施例中，LED灯散热器包括散热器本体和散热器底板，在散热器本体的外壁上设有数个斜肋片，肋片的厚度从肋片底部到肋片顶部逐渐递减，高度从底端到顶端逐渐递减为0，在肋片的底端设置有开口分叉，在LED灯工作时，产生的热量可以通过传导、对流、辐射等方式到达散热器本体并传递到斜肋片，由于斜肋片增加了散热面积，从而可以改善LED灯的散热效果；另外，散热器底板的厚度从中心到边缘逐渐递减，可以使得热源产生的热量由中间往四周发散出去，有利于导热；散热器底板还设置有数个对应LED单灯热源的开孔，能够增加空气对流，进一步提高散热效果。
此外，还可以对LED灯散热器的相关参数进行设计，以便进一步改善LED灯散热器的散热效果，本发明中涉及的LED灯散热器的相关参数主要包括肋片间距d，肋片的平均厚度m，肋片的平均高度H，肋片的长度l，散热器底板的厚度C。
(一)肋片间距d
自然对流时需要一定的肋片间距来满足自然对流的要求，否则会因为热量的漩涡作用影响肋片之间的相互散热。强迫对流时，肋片间距可小一点。另外还可以通过ANSYS软件模拟来验证肋片间距d对LED灯散热器最高温度的影响，设定的环境参数为：采用自然对流方式，对流换热系数为7.01W/M2.K；环境温度为25℃；散热器热流密度为1250W/M2；LED灯散热器为采用铝挤或压铸加工制成。
如图5所示为LED灯散热器最高温度与肋片间距d之间的关系示意图。随着肋片间距d的减小，肋片个数增加，增加了散热表面积所以LED灯散热器最高温度理论上应该越来越低，但从图中可以看出当肋片间距d减小到一定程度的时候，在自然对流情况下，LED灯散热器最高温度减低变化逐渐趋平，所以并不是肋片间距越小越好，需要选择合适的间距。
本发明实施例中，为了达到较好的散热效果，肋片间距d的取值可以为3.3-4.5mm。
(二)肋片平均厚度m
自然对流时需要一定的肋片厚度以增加LED灯散热器的蓄热能力以及对热流的缓冲作用，增加热容量；强迫对流时，肋片的厚度可以小一些。另外还可以通过ANSYS软件模拟来验证肋片的平均厚度m对LED灯散热器最高温度的影响，设定的环境参数为：采用自然对流方式，对流换热系数为7.01W/M2.K；环境温度为25℃；散热器热流密度为1250W/M2；LED灯散热器为采用铝挤或压铸加工制成。
如图6所示为LED灯散热器最高温度与肋片平均厚度m之间的关系示意图，可以看出当m的值比较小时，LED灯散热器最高温度的变化并不是很明显；当m逐渐增加，增加到2.56mm时LED灯散热器最高温度最低；当m再增加的时候，因为随着肋片厚度的增加散热面积的逐渐降低导致LED灯散热器最高温度逐渐升高，所以需要选择合适的肋片厚度m。
本发明实施例中，为了达到较好的散热效果，肋片平均厚度m的取值可以为2.0-2.7mm。
(三)肋片平均高度H
肋片的高度可以较大，但是会受到散热器体积形状的限制。肋片平均高度H的增加对自然对流热损影响较大，一般情况下肋片平均高度H不超过肋片间距d的3到4倍，否则会导致肋片的排布密度比较大最终影响热回流。在不影响热回流的情况下，肋片的高度一般是越高越好，这样可以增加散热表面积，本发明实施例中，为了达到较好的散热效果，肋片平均高度H可以为4d，具体地，肋片的平均高度H的取值可以为6.5-9.0mm。
(四)肋片长度l
肋片的长度一般是根据LED灯散热器的体积形状来决定，本发明实施例中，为了达到较好的散热效果，肋片长度l可满足以下公式：
Figure BDA0000115630070000051
Figure BDA0000115630070000052
具体l的取值可以为40-50mm。
(五)散热底板厚度C
在设计散热器底板的厚度时，如果散热器底板太薄虽然可以降低热阻，但是蓄热效果不好，而散热器设计时需要考虑到热流的稳态缓冲作用，来抗击瞬态热负荷；而如果散热器底板太厚则热阻较大，并且会增加散热器的重量和成本，因此，散热器底板的厚度要适中。还可以通过ANSYS软件模拟来验证散热器底板平均厚度C对LED灯散热器最高温度的影响，设定的环境参数为：采用自然对流方式，对流换热系数为7.01W/M2.K；环境温度为25℃；散热器热流密度为1250W/M2；LED灯散热器为采用铝挤或压铸加工制成。
如图7所示为LED灯散热器最高温度与散热器底板平均厚度C之间的关系示意图，可以看出在散热器底板较薄时最高温度变化不是很大，当C为5mm的时候LED灯散热器最高温度最低，而当C逐渐增大的时候由于热阻逐渐增大导致LED灯散热器最高温度逐渐升高。所以散热器底板需要选择适当的厚度。
另外，当肋片较长，肋片较高的时候底板厚度需要较厚，本发明实施例中，为了达到较好的散热效果，散热底板平均厚度C可满足以下公式：
C＝3m，具体C的取值可以为4.5-5.8mm。
(六)其他取值
a，还可以根据自然对流空气流速V0决定肋片的平均厚度m和间距d，自然对流空气流速越小，肋片越厚，间距越大；另外对于自然对流，肋片间距要在4mm以上。具体可以在V0＝1m/s时，选取d＝4.2mm，m＝1.65mm；在V0＝0.5m/s时，选取d＝5mm，m＞1.65mm。
b，可以根据对传热效率和散热表面积的需要决定肋片的平均高度H和平均厚度m。肋片越高越薄会使肋片传热到肋片顶部能力变弱；肋片越厚越矮会使散热表面积减少。
c，可以根据LED灯的散热功率Q来决定散热器底板的平均厚度C，散热功率Q和散热器底板的平均厚度C之间的关系为：C＝7×lgQ-6。
d，可以根据不同的散热器底板平均厚度C选取不同的肋片的平均高度H和平均厚度m，如表1所示：
表1
 C(mm)   2-4   4-6   6-8   8-10   10以上
  m(mm)   1.5  2   2.5 3 4
  H(mm)   ＞6  ＞8   ＞8 ＞10 ＞10
综合上述设计原则，优选地，本发明实施例中散热器底板的平均厚度C可以为4.8-5.5mm；间距d可以为3.5-4mm；肋片平均厚度m可以为2.5-2.7mm；肋片平均高度H可以为7-8.96mm；肋片长度l可以为40-46mm；肋片个数N可以为16，18或20。
以总功率在6W以下的LED灯为例，对以上述参数制作出的LED灯散热器的散热效果进行验证，实验的环境参数为：采用自然对流方式，对流换热系数为7.01W/M2.K；环境温度为25℃；LED单灯热流密度为13121.82W/M2，散热器热流密度为1250W/M2。当LED灯散热器为采取铝挤加工制作出时，LED灯引脚温度最高为53.379℃，LED灯散热器表面温度最高为50.684℃；当LED灯散热器为采取压铸加工制作时，LED灯引脚温度为53.779℃，LED灯散热器表面温度为50.888℃。
现有技术中，球泡灯的散热器通常不设置底板，散热器本体上设置的肋片数目比较多(30-45)，肋片之间的间距比较小(1.0-2.0mm)，肋片较矮(平均高度H一般为2.5-5.0mm)，肋片也较短(15-35mm)，上述参数设计原则影响了散热器的蓄热效果和热流的稳态缓冲，使得LED球泡灯的散热效果不佳，一般现有的总功率为6W的LED球泡灯的实测引脚温度为70℃左右，散热器表面温度为60℃，根据以上数据可以看出本发明的LED灯散热器散热效果显著。
本发明实施例还提供了一种LED灯具，包括如图1-4所示的LED灯散热器以及位于该LED灯散热器内的至少一个LED单灯。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种发光二极管LED灯散热器，其特征在于，包括：
中空的散热器本体，所述散热器本体的外壁上设有数个肋片；
用于封闭所述散热器本体的底部的散热器底板。
2.根据权利要求1所述的LED灯散热器，其特征在于，所述散热器底板中心的厚度大于所述散热器底板边缘的厚度。
3.根据权利要求1所述的LED灯散热器，其特征在于，所述肋片与所述散热器本体的外壁成一定角度，所述角度小于90°。
4.根据权利要求1所述的LED灯散热器，其特征在于，所述肋片靠近散热器本体的部分的厚度大于所述肋片远离散热器本体的部分的厚度，所述肋片靠近散热器底板的部分的高度大于所述肋片远离散热器底板的部分的高度。
5.根据权利要求1所述的LED灯散热器，其特征在于，所述肋片的靠近散热器底板的部分设置有开口分叉。
6.根据权利要求1所述的LED灯散热器，其特征在于，所述散热器底板上设置有至少一个对应LED单灯热源的开孔。
7.根据权利要求1所述的LED灯散热器，其特征在于，所述散热器底板的平均厚度C为4.5-5.8mm。
8.根据权利要求1所述的LED灯散热器，其特征在于，所述肋片之间的间距d为3.3-4.5mm，肋片的平均厚度m为2.0-2.7mm，肋片的平均高度H为6.5-9.0mm，肋片的长度l为40-50mm。
9.根据权利要求7或8任一所述的LED灯散热器，其特征在于，所述肋片的个数N为16，18或20。
10.一种发光二极管LED灯具，包括如权利要求1-9所述的LED灯散热器以及位于所述LED灯散热器内的至少一个LED单灯。
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