CN102878451A - 一种照明用led光引擎及其散热片 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种照明用的LED光引擎及其散热片，LED光引擎包括有导热柱、热管、绝热层、导热芯、导线、LED光源和灯芯罩，导热柱、导热芯和热管连接成一体，绝热层设置在导热柱一端的空心孔内，导热芯采用球状式或柱状式结构，LED光源设置在导热芯的外表面上，导线穿过绝热层，从导热柱上的导线孔引出，灯芯罩设置在LED光源和导热芯的外周上，并在导热柱的一端上固定。散热片包括有肋片和导热套，采用了冲压成型的数多肋片，其上中部的翻边孔叠套在导热套的柱面上的结构，降低了散热片的成本，提高了散热面积。LED光引擎与散热片采用圆锥形或圆柱形结构连接，简化了照明设备的结构，降低了成本。

Description

一种照明用LED光引擎及其散热片

技术领域

本发明属于LED照明技术领域，特别涉及到一种LED照明设备的标准化模块——LED光引擎及其散热片。

技术背景

由于节能和环保的优势，LED被认为是人类下一代照明技术。但由于昂贵的造价，以及可靠性低，阻碍着LED照明普及应用。价格高和不可靠的主要原因，是LED照明设备没有实现统一的标准化模块——LED光引擎，不能实现标准化、工业化、大规模批量化生产所致。

难以实现LED光引擎标准化、模块化的主要原因，又是因为LED散热和配光问题所致。LED光源80％的电能转化为热能，只有20％转化为光能，显然存在一散热问题。传统照明设备的光源都采用玻璃管状式或玻璃球状式结构，360°出光，配光容易、均匀，又由于没有热的问题，造价低廉，但不节能。单颗LED光源是点光源，功率一般都不大，容易解决散热，但不容易配光；LED面光源一般是集成的，相对于点光源来说光效低，热量集中，散热难，配光相对容易。所以，比起传统照明设备，LED照明遇到散热和配光两大拦路虎，难以实现标准化、模块化。

发明内容

本发明的目的就是针对上述问题，提出一种LED照明设备的标准化模块——LED光引擎及其散热片，提出一种有效可行的方案。

本发明的技术方案：LED光引擎包括有导热柱、热管、绝热层、导热芯、LED光源、导线和灯芯罩。导热柱、导热芯和热管之间，采用圆柱形结构和轻型压入的过盈紧配合方式连接，导热柱与导热芯的插入连接深度不超过5mm，绝热层设置在导热柱靠近导热芯的一端的空心孔内，LED光源设置在导热芯的外表面上，导线采用耐高温电缆线，穿过绝热层，从导热柱上的导线孔引出，灯芯罩设置在LED光源和导热芯的外周上，并在导热柱靠近导热芯的一端上固定连接，其特征在于：热管与导热柱接触传热的一段为热管的冷凝段，与绝热层接触对应的一段为热管的绝热段，与导热芯接触传热的一段为热管的蒸发段。

导热柱采用铝、或铜、或铜铝复合材料，采用挤出工艺成型的空心孔结构，空心孔可以是一个或沿轴线方向环绕匀布设置的多个，采用裁切加工成一段一段，一端采用车加工成圆锥形结构，或直接采用挤出时的圆柱形结构，另一端空心孔即热管的绝热段对应的空心孔，采用钻孔加工而成，使其与热管隔离出一定间隙来设置绝热层。本发明的LED光引擎中，可以采用绝热材料填充设置绝热层，或直接采用空气气隙作绝热层。导热柱上还设置有与轴线平行的多个环形小孔，作为LED光源的导线引出孔。

导热芯采用铝、铜、或铜铝复合材料，采用了柱状式、或球状式、或柱状式和半球状式的组合式结构，沿轴线方向设置有一个或绕轴线环绕均布的多个空心孔。柱状式结构的导热芯，采用挤出工艺成型，其柱面上设置有与轴线平行，且绕轴线环绕均布的数多条T型槽或平面。球状式结构的导热芯，其表面上设置有数多小平面，小平面的边与边之间的距离相等、或相切、或为同一边，采用压铸、或锻造(热或冷锻造)、或CNC数控加工等工艺制造而成。LED光源的铝基板采用锡焊工艺，贴焊在柱状式或球状式结构的导热芯的外表面上的平面上，或插入柱状式结构的导热芯的T型槽内，再采用滚压T型槽两肩的方法，使铝基板与导热芯接触紧密，保证其接触传热。本发明的LED光引擎采用柱状式或球状式结构的导热芯，非常容易地实现了360°出光。

本发明的LED光引擎，采用热管作为传热元件，其内部靠工作液体的汽、液相变传热，热阻很小，具有很高的导热能力，与银、铜、铝等金属相比，单位重量的热管可多传递几个数量级的热量，因此，本发明的LED光引擎的重量、结构和体积大大地减小了。采用直条状圆柱形结构，无须弯曲和打扁，降低了制造成本，保证了内部工质正常流动运行，大大地提高了传热可靠性，实现远距离传热，给照明设备留下更多的第三次光学配光空间。可以采用一条或多条热管，根据需要采用多条热管，大大地提高了传热功率。热管可以设置在导热芯的一侧，或关于导热芯轴线的垂直中线面对称设置，则两侧均设置散热片，大大地提高了散热面积。在实际应用本发明的LED光引擎设计照明设备时，应根据LED光引擎设置的倾斜度，和热管内工作液体回流动力来选择热管，设置的倾斜角度一般有两种：一为水平设置或设置倾角不大于15°，宜采用毛细吸液芯热管；二为设置倾角大于15°，LED光源(即热源)在下，散热片在上，则宜采用重力热管(又称两相闭式热虹吸管)。LED光源工作温度在100°左右，属于常温，所以采用常温热管。

本发明的LED光引擎，灯芯罩采用球状式或管状式结构，采用高透光率PC或散光PC材料，使光线变得柔和、均匀和无视觉炫光，采用注塑工艺制造而成，也可采用高透光率的玻璃制成。

针对以上所述的LED光引擎，本发明提出了一种散热片，包括有肋片和导热套，肋片采用铝、或铜、或铜铝复合材料，采用冲压成型工艺制造而成，其上设置有错列式或垂直的百叶窗式结构的通气口，中部设置有翻边孔，导热套采用铝、或铜、或铜铝复合材料，采用挤出工艺成型的空心孔结构，再经裁切加工成一段一段，内孔采用铰销或车加工成圆锥形，或直接采用挤出时的圆柱形结构，壁厚取0.5～3mm，采用了数多肋片的翻边孔叠套在导热套的圆柱面上的结构，又采用了高频焊、或锡焊、或钎焊等工艺焊接连接，减小传热热阻，降低了散热片的成本，提高了散热面积，其特征在于：一、肋片厚度δ为0.3～1.2mm，高度h为导热套外径φ的2～10倍，长度1为导热套外径φ的2～10倍，间隙e为其厚度δ的5～10倍；二、通气口的切口线平行于肋片的长边，朝着肋片高的方向，呈矩形排列，或以肋片上中部的翻边孔为中心，向外呈辐射式排列，凸出高度a为肋片厚度δ的1.5～5倍，长度取6～30mm，宽取3～6mm。

本发明的LED光引擎及其散热片，采用圆锥形结构连接，能够确保接触压力，减小接触传热热阻，便于组装和拆卸，其分别为独立的标准化模块；或采用圆柱形结构和轻型压入的过盈紧配合方式，连接成一整体结构，能确保接触传热，但不便于拆装，不便于实现独立的标准化模块。在实际应用中，LED光引擎水平设置或设置倾斜角不大于15°，散热片上叠套排列的数多肋片与热管轴线垂直，肋片上中部的翻边高度，叠套形成的肋间距，就形成了上下垂直贯通的自然对流通道，大大提高了空气的流量；LED光引擎设置倾角大于15°，LED光源(即热源)在下，散热片在上(即热管垂直或近似垂直)，散热片上叠套的数多肋片上，数多垂直的百叶窗式结构的通气口，就形成了上下垂直贯通的自然对流通道，大大提高了空气的流量。

附图说明

下面结合附图和具体实施方案对本发明作进一步说明。

图1、2分别是两种不同结构的导热柱的特征剖面示意图。

图3、4分别是两种不同结构的导热芯的特征示意图。

图5、6、7、8、9是分别是五种本发明的LED光引擎的结构特征剖面示意图。

图10是两种通气口的结构特征示意图，图中a为通气口的凸起高度。

图11是通气口的两种排列方式示意图，图中1为肋片的长，h为肋片的高。

图12、13、14分别是三种本发明的散热片的结构特征剖面和立体结构示意图，图中e为肋间距。

图15、16、17分别是三种本发明LED光引擎及其散热片的组合结构特征剖面示意图。

图中1、肋片，2、导热套，3、导热柱，4、LED光源，5、灯芯罩，6、导热芯，7、热管，8、绝热层，9、导线孔，10、导线，11、出光线，12、通气口，13、翻边孔，14、铝基板。

具体实施方案

图1、2示出了两种导热柱，采用铝、或铜、或铜铝复合材料，采用挤出工艺成型的空心孔结构，空心孔是一个或绕轴线环绕均布设置的多个，再经裁切加工成一段一段，右端的大孔采用钻孔或车床镗孔加工而成，其上还设置有多个环形小导线孔9。不同的：图1的导热柱的左端采用车加工成圆锥形结构，其轴线上仅设置了一个空心孔，图2的导热柱是直接采用挤出时的圆柱形结构，其上设置了三个绕轴线环绕均布的空心孔。

图3、4示出了两种不同结构的导热芯，基本特征是，采用铝、或铜、或铜铝复合材料，制成的空心孔结构，空心孔是一个或绕轴线环绕均布设置的多个，可以是盲孔或通孔。区别是：图3示出的是球状式结构的导热芯，采用压铸、或锻造(热锻或冷锻造)、或CNC数控加工等工艺制造而成，图3a为球状式结构，图3b为中间带有圆柱凸台的半球状式结构，这种结构的目的是为了与柱状式结构的导热芯组合。图4示出的是柱状式结构的导热芯，采用挤出工艺成型，再经裁切加工成一段一段，图4a示出的导热芯的柱面是由多个平面与圆曲面的组合面，多个平面是绕其轴线环绕均布设置的，其端面上设置有凹下去的圆柱形孔，采用钻孔或车床镗孔加工而成，这种结构的目的是为了与半球状式结构的导热芯组合，图4b示出的导热芯的柱面为圆柱形结构，柱面上设置有六个T型槽，T型槽绕其轴线环绕均布设置，图4c示出的导热芯的端面为正六边形，其上设置有三个空心孔。

图5、6、7、8、9示出了四种结构的本发明LED光引擎，LED光引擎包括有导热柱3、热管7、绝热层8、导热芯6、LED光源4、导线10和灯芯罩5，基本特征是：导热柱3和导热芯6，采用铝、或铜、或铜铝复合材料，导热柱3和柱状式结构的导热芯6采用挤出工艺成型的空心孔结构，球状式结构的导热芯6，其表面上设置有数多圆形小平面，采用压铸、或锻造(热或冷锻造)、或CNC数控加工等工艺制造而成的空心孔结构；导热柱3、导热芯6和热管7之间，采用圆柱形结构和轻型压入的过盈紧配合方式，连接成一整体，导热柱3与导热芯6的插入连接深度不超过5mm，既保证组装的整体性，又保证导热柱3与导热芯6之间不能有大的热量传递，绝热层8设置在导热柱3靠近导热芯6的一端的空心孔内，采用空气气隙做绝热层8，LED光源4设置在导热芯6的外表面上，导线10采用耐高温电缆线，穿过绝热层8，从导热柱3上的导线孔9引出，灯芯罩5采用高透光率PC或玻璃材料制成的球状式或管状式空心结构，设置在LED光源4和导热芯6的外周上，并在导热柱3靠近导热芯6的一端上固定连接。

图5、9所示的LED光引擎，采用的是球状式结构的导热芯6，导热柱3采用一端车加工成圆锥形结构，灯芯罩5采用球状式空心结构。图5的导热芯6的孔心空为盲孔，热管7和导热柱3设置在导热芯6的一端，图9的导热芯6的空心孔为通孔，一条热管7穿过导热芯6，导热芯6设置在热管7的中间位置，LED光源4的铝基板14，采用锡焊工艺，贴焊在导热芯6的外表面上的小圆平面上，导热柱3也采用一端为圆锥形结构，对称设置在导热芯6两侧。图6所示的LED光引擎，采用的是柱状式结构的导热芯6，其柱面是由多个平面与圆曲面的组合面，多个平面是绕其轴线环绕均布设置的，导热柱3采用挤出时的圆柱形结构，设置在导热芯6的一端，LED光源4的铝基板14采用锡焊工艺，贴焊在导热芯6柱面上的平面上，灯芯罩5采用管状式空心结构。图7所示的LED光引擎，一半球状式结构的导热芯6的圆柱凸台，插入柱状式结构导热芯6一端的圆柱形孔内，柱状式结构的导热芯6，其柱面上设置有多个绕轴线环绕均布的T型槽，LED光源4的铝基板14插入T型槽内，再采用滚压T型槽两肩的方法，使铝基板14与导热芯6紧贴，半球状式结构的导热芯6上的LED光源4，采用锡焊工艺，将其铝基板14贴焊在其表面上的小圆平面上，灯芯罩5采用管状式空心结构。图8所示的LED光引擎，柱状式结构的导热芯6两端均设置了半球状式结构的导热芯6，柱状式结构的导热芯6和导热柱3与图7的一样，两个半球状式结构的导热芯6的空心孔为通孔，多条热管7对称插入到柱状式导热芯6的中间位置，导热柱3也对称设置，灯芯罩5为管状式空心结构。

图10、11示出了两种肋片，基本特征是：肋片1采用铝、或铜、或铜铝复合材料，采用冲压成型工艺制造而成，生产效率高，成本低，肋片厚度δ为0.3～1.2mm，高度h为导热套外径φ的2～10倍，长度1为导热套外径φ的2～10倍，其上中部设置有翻边孔13，便于散热片组装和传热，表面上还设置有数多通气口12，凸出高度a为肋片厚度δ的1.5～5倍，长度取6～30mm，宽取3～6mm，设置通气口12的目的在于提高空气对流换热系数。图10示出了两种结构的通气口12，图10a为错列式结构，图10b为垂直的百叶窗式结构。图11示出了通气口12的两种排列方式，图11a为错列式结构的通气口12切口线以翻边孔13为中心，向外呈辐射式排列，图11b为垂直的百叶窗式结构的通气口12切口线平行于肋片1的长边1，朝着高h的方向，呈矩形排列。

图12、13、14示出了三种本发明的散热片，基本特征是，散热片包括有肋片1和导热套2，采用了数多肋片1的翻边孔13，叠套在导热套2的柱面上的结构，肋间距e为其厚度δ的5～10倍，又采用高频焊、或锡焊、或钎焊工艺，将肋片1和导热套2焊接连接，减小传热热阻，降低了散热片的成本，提高了散热面积。导热套2采用铝、或铜、或铜铝复合材料，采用挤出工艺成型的空心孔结构，再裁切成一段一段，其内孔采用铰销或车加工成圆锥形孔，或直接采用挤出时的圆柱形孔。图12所示的散热片，肋片1上设置的是错列式结构的通气口12，通气口12切口线以翻边孔为中心呈辐射式排列，导热套2的孔心空采用圆锥形结构。图13所示的散热片，肋片1上设置的是错列式结构的通气口12，通气口12切口线平行于长边，向着高的方向，呈矩形排列，导热套2的孔心空采用圆柱形结构。图14所示的散热片，肋片1上设置的是垂直的百叶窗式结构的通气口12，通气口12切口线平行于长边，向着高的方向，呈矩形排列，导热套2的孔心空采用圆锥形结构。

图15、16、17示出了三种本发明LED光引擎及其散热片的组合结构，图15所示为如图14所示结构的散热片与如图5所示的LED光引擎的组合结构特征剖面示图，其采用的是圆锥形结构连接，这种结构便于组装和拆卸，其分别为独立的标准化模块。图中的出光线还示出，该光引擎实现了近似360°出光。图16所示为如图13所示结构的散热片与如图7所示结构的LED光引擎的组合结构特征剖面示图，其采用的是圆柱形结构和轻型压入的过盈紧配合方式，连接成一整体结构，能确保接触传热，但不便于拆装。图中还示出，出光部分为类似传统光源中的玻璃管状式结构的光源，出光角度和范围很大，很容易实现照明设备的第三次光学配光。图17所示为如图13所示结构的散热片与如图8所示结构的LED光引擎的组合结构特征剖面示图，其采用的也是圆柱形结构和轻型压入的过盈紧配合方式连接，LED光引擎中两端采用多条热管7对插入组合式结构的导热芯6中间位置，大大提升了传热量，散热片也对称设置，大大提高了散热量，与图15、16所示的结构相比，大大的提高了LED照明设备的功率。

在实际设计LED照明设备，特别是设计大功率照明设备时，将本发明的LED光引擎及其散热片模组应用进去，容易解决散热和配光问题，容易实现标准化、模块化，大大的简化了照明设备的结构，有效降低照明设备的成本。

Claims (11)

1.一种照明用的LED光引擎，包括有导热柱(3)、热管(7)、绝热层(8)、导热芯(6)、LED光源(4)、导线(10)和灯芯罩(5)，导热柱(3)、导热芯(6)和热管(7)三者连接成一体，绝热层(8)设置在导热柱(3)靠近导热芯(6)的一端的空心孔内，LED光源(4)设置在导热芯(6)的外表面上，导线(10)穿过绝热层(8)，从导热柱(3)上的导线孔(9)引出，灯芯罩(5)设置在LED光源(4)和导热芯(6)的外周上，并在导热柱(3)靠近导热芯(6)的一端上固定连接，其特征在于：热管(7)与导热柱(3)接触传热的一段为热管(7)的冷凝段，与绝热层(8)接触对应的一段为热管(7)的绝热段，与导热芯(6)接触传热的一段为热管(7)的蒸发段。

2.根据权利要求1所述的LED光引擎，其特征在于：导热柱(3)、导热芯(6)和热管(7)之间采用圆柱形结构和轻型压入的过盈紧配合方式连接，导热柱(3)与导热芯(6)的插入连接深度不超过5mm。

3.根据权利要求1所述的LED光引擎，其特征在于：导热柱(3)采用铝、或铜、或铜铝复合材料，采用挤出工艺成型的空心孔结构，空心孔可以是一个或沿轴线方向环绕匀布设置的多个，一端采用车加工成圆锥形结构，或直接采用挤出时的圆柱形结构，另一端采用钻孔或车床镗孔加工成大孔，用来设置绝热层(8)。导热柱(3)上还设置有与轴线平行的多个环形小孔(9)，作为LED光源(4)的导线(10)引出孔。

4.根据权利要求1、3所述的LED光引擎，其特征在于：绝热层(8)可以采用绝热材料填充设置，或直接采用空气气隙来作绝热层(8)。

5.根据权利要求1、2所述的LED光引擎，其特征在于：导热芯(6)采用铝、铜、或铜铝复合材料，采用了柱状式、或球状式、或柱状式和半球状式的组合式结构，沿轴线方向设置有一个或绕轴线环绕均布的多个空心孔。柱状式结构的导热芯(6)，采用挤出工艺成型，其柱面上设置有与轴线平行，且绕轴线环绕均布的多条T型槽或平面；球状式结构的导热芯(6)，其表面上设置有数多小平面，小平面的边与边之间的距离相等、或相切、或为同一边，采用压铸、或锻造(热或冷锻造)、或CNC数控加工等工艺制造而成。

6.根据权利要求1、5所述的LED光引擎，其特征在于：LED光源(4)的铝基板(14)采用锡焊工艺，贴焊在导热芯(6)外表面上的平面上，或铝基板(14)插入柱状式结构的导热芯(6)柱面上的T型槽内，再采用滚压T型槽两肩的方法，使铝基板(14)与导热芯(6)紧贴。

7.根据权利要求1、2、3、4、5所述的LED光引擎，其特征在于：热管(7)采用了直条状圆柱形结构，可以采用一条或多条，可以设置在导热芯(6)的一侧，或关于导热芯(6)轴线的垂直中线面对称设置。

8.根据权利要求1、5所述的LED光引擎，其特征在于：灯芯罩(5)采用了球状式或管状式空心结构，采用高透光率玻璃、或散光PC材料制成。

9.一种散热片，包括有肋片(1)和导热套(2)，肋片(1)采用铝、或铜、或铜铝复合材料，采用冲压成型工艺制造而成，其上设置有错列式或垂直的百叶窗式结构的通气口(12)，中部设置有翻边孔(13)，导热套(2)采用铝、或铜、或铜铝复合材料，采用挤出工艺成型的空心孔结构，再经裁切加工成一段一段，内孔采用铰销或车加工成圆锥形，或直接采用挤出时的圆柱形结构，壁厚取0.5～3mm，采用了数多肋片(2)的翻边孔(13)叠套在导热套(2)的圆柱面上的结构，又采用了高频焊、或锡焊、或钎焊等工艺焊接连接，减小传热热阻，其特征在于：一、肋片(1)厚度δ为0.3～1.2mm，高度h为导热套(2)外径Φ的2～10倍，长度l为导热套(2)外径Φ的2～10倍，间隙e为其厚度δ的5～10倍；二、通气口(12)的切口线平行于肋片(1)的长边，朝着肋片(1)高的方向，呈矩形排列，或以肋片(1)上中部的翻边孔(13)为中心，向外呈辐射式排列，凸出高度a为肋片(1)厚度δ的1.5～5倍，长度取6～30mm，宽取3～6mm。

10.根据权利要求1、3、9所述的LED光引擎及其散热片，其特征在于：LED光引擎与散热片的接触传热面采用圆锥形结构，或圆柱形结构和轻型压入的过盈紧配合方式连接。

11.根据权利要求1、3、9、10所述的LED光引擎及其散热片，其特征在于：LED光引擎水平设置或设置倾斜角度不大于15°，散热片上的数多肋片(1)与热管(7)的轴线垂直，肋片(1)上中部的翻边孔(13)的高度，叠套形成的肋间距e，就形成了上下垂直贯通的自然对流通道，大大提高了空气的流量；LED光引擎设置倾角大于15°，LED光源(4)在下，散热片在上，散热片上叠套的数多肋片(1)上，数多垂直的百叶窗式结构的通气口(12)，就形成了上下垂直贯通的自然对流通道，大大提高了空气的流量。

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