CN103542389A - 固态光源散热器与光源引擎 - Google Patents

Abstract

本发明以降低结构件成本、提高散热性能为目的，提出一种固态光源散热器和光源引擎，a、利用结构(壳体)作为散热片——散热金属壳(包括有金属前壳(4)和金属后壳(7)以及金属侧壁(9))，采用金属板材(铝板)经有冲压加工制成，降低了加工成本和材料成本；b、优化散热金属壳壁厚，进一步降低了材料成本；c、金属侧壁(9)从金属后壳(7)的金属板材拉伸而成，金属后壳(7)开有百页窗式或错列式结构的通气窗口(8)，通透率不小于0.20，保证自然对流空气流动畅通，显著提高了对流散热；d、配有反光罩(26)，并且从固态光源(6)发出的光大部分是从反光罩反射出光源引擎，解决眩光问题。

Description

固态光源散热器与光源引擎

技术领域

本发明属于固态光源散热及照明技术领域，特别涉及到采用自然对流散热，利用外壳结构件作为散热片的固态光源散热器和光源引擎。

技术背景

LED(固态光源)由于节能环保，被认为是人类下一代照明用光源，但阻碍LED照明灯普及，取代传统照明灯的关键障碍是：LED照明灯的造价太高。LED照明灯的成本可分成三部分：LED光源、电源和结构件，结构件包括有散热器，并且结构件的成本主要来自散热器。目前结构件的成本已占LED照明灯的总成本的三分之一之多，LED光源的成本为当前的主要成本，但有成倍的下降空间，因而降低结构件(散热器)成本将成为实现LED普及的重点。

造成当前的LED照明灯结构件成本高的原因是：结构设计和散热技术问题，关键的问题是缺乏正确的《传热学》原理和传热技术，突出表现在：1、不清楚提高对流散热是关键；2、不了解对流散热的基本原理是：散热片表面将热量传给附近的空气(将空气加热)，空气携带着热量(表现为空气温度升高)流动离开散热片，空气流经散热片的量流越大，带走的热量也越大，因而保证空气流经散热片时，流动畅通是对流散热的基本要求。

自然对流散热是LED照明灯最佳选择。但本领域的技术人员普遍不知道：驱动空气自然对流流动的动力是：空气受热升温，比重下降而产生的浮力，浮力是垂直向上的，并且非常弱，因而保证空气流动畅通，特别是自下而上的对流畅通，在自然对流散热中最关键。

当前LED照明灯具有利用壳体结构件作为散热片，但由于上述问题，产品设计时，没有注意或特别注意保证空气流动畅通问题，比如：在壳罩上没有开对流通气窗口，既使开有对流通气窗口，但开口不够充分；没有考虑到灯具的轴线安装角度不同时，会影响自然对流向上流动畅通的问题。因而灯具的散热性能差，灯具壳体的表面没有充分利用为散热面，需另外多增加散热片，导致灯具的结构材料的成本不低。

发明内容

本发明是以降低结构件的成本、提高散热性能为目的，提出一种固态光源(LED照明灯)的散热器。充分利用灯具结构(壳体)作为散热片，可采用薄壁铝板制造，节省了材料成本；利用冲压工艺制造壳体，效率高，降低了加工成本；结构设计上充分考虑到保证自然对流空气流动畅通，不仅显著提高了散热性能，灯具结构件的成本还得到显著下降。本发明还提出了降低眩光的光源引擎，结合本发明的散热器，设计出的LED灯不仅眩光得到有效降低，整体成本也低。

本发明的固态光源散热器技术方案是：固态光源散热器包括有散热金属壳，散热金属壳包括有金属前壳和金属后壳以及金属侧壁，固态光源一般配有导热板或导热芯，金属前壳和金属后壳中部设置有直接或间接与固态光源的导热板或导热芯接触的接触传热面，部分或全部由固态光源产生的热量通过该接触传热面传到散热金属壳的表面散出。本发明的特征有：金属前壳和金属后壳采用金属板材经有冲压加工制成，金属侧壁是从金属后壳的金属板材拉伸而成的；金属后壳开有百页窗式结构或错列式结构的通气窗口，该窗口的切口线采用了呈辐射形状；金属前壳采用了向后拉伸结构；金属后壳的通透率不小于0.2；只少要在散热金属壳的侧壁前半段开有通气窗口、或金属前壳开有通气窗口、或金属前壳开有通气窗口，以及只少要在散热金属壳的侧壁前半段也开有通气窗口。

本发明所述的接触传热面是指特意为确保导热传热的接触面，因而该接触面要足够大，接触要紧密，比如采用压紧、过盈紧配合、加入导热胶或焊接等措施。

本发明提出的散热器中，固态光源产生的热量通过直接或间接的接触传热，传到整个散热金属壳，结构件的壳体直接被利用为散热片，结构件的材料得充分利用，降低了材料成本。散热金属壳采用金属板材(最好是铝材)采用冲压加工工艺制成，原料为带材，采用多步连续模具，一个冲程就可以生产出一个完整的部件，效率非常之高，加工成本远低于热压铸，铝挤出等工艺。采用冲压加工工艺，散热金属壳的壁厚可降到0.3mm以下，而热压铸工艺的壁厚要2mm之多，铝挤出工艺的壁厚小于0.5mm就困难了，因而本发明特别提出的采用冲压工艺，材料成本又进一步降低。金属侧壁从金属后壳的金属板拉伸而成的，即金属侧壁与金属后壳一体结构，制造效率高，成本低，又能保证热量顺利传导到金属侧壁。

在金属后壳上开通气窗口，并且通气窗口的通透率要足够大，尽可能使自然对流空气流动畅通，本发明提出的足够大的后壳通透率为不小于0.2，后壳通透率定义为金属后壳上的所有通气窗口的有效通气面积除以金属后壳在轴向方的投影面积(也称为后壳理想通气面积)，本文以后将有详细的定义。

金属后壳开有足够大的通气窗口，并且在散热金属壳的侧壁上开有足够大的通气窗口、或在金属前壳开有足够大的通气窗口、或在散热金属壳的侧壁以及金属前壳开有足够大的通气窗口，自然对流向上流动的空气能从散热金属壳内穿过，非常有利于对流散热。足够大的侧壁通气窗口应是侧壁通透率不小于0.2，足够大的金属前壳通气窗口应是金属前壳上的有效通气面积与后壳理想面积之比不小于0.2。

通气窗口采用百页窗式或错列式结构，可实现通气窗口加工无废料，材料利用率高，散热面积也就高，还能提高结构强度；金属后壳上的通气窗口的切口线呈辐射形状，是为了使热量在金属后壳内的导热距离尽可能短，有利于降低导热热阻。

利用上述的散热金属壳，本发明提出了一种固态光源引擎，包括有散热金属壳和导热芯，以及固态光源，金属前后壳与导热芯的之间的直接和间接的接触传热面采用了拉伸成的套筒或翻边结构。

附图说明

以下结合附图以及具体实施方案对本发明进一步说明：

图1是一种错列式结构通气窗口的特征剖面示意图，其中b为分切口3的宽，c为页片1b的宽，e为页片1a的宽。

图2是一种百页窗式结构通气窗口的特征剖面的示意图，其中f为两分切口线之间的间距，b为分切口3的宽。

图3、图4分别是两种本发明固态光源引擎的特征剖面示意图，示出了本发明光源散热器的基本结构特征：金属侧壁9是从金属后壳7的金属板材拉伸而成的，金属后壳7开有通气窗口8，h表示散热金属壳的侧壁的高，h/2表示散热金属壳的侧壁的前半段。

图5、图6、图7分别为三种呈辐射形结构的分切口的特征示意图。如果切口线13不在同一平面上，则图5～7应理解为投影或俯视示意图。

图8、图9、图10分别是三种本发明固态光源引擎的特征剖面示意图。

图11、图12分别是两种太阳花式散热片的特征结构示意图。

图13是一种本发明金属后壳以及金属侧壁的立体剖视图。

图14、图15分别是两种本发明散热金属壳立体剖视图。

图16是一种本发明固态光源引擎立体剖视图。

图17至20分别是四种本发明固态光源引擎特征剖面示意图，该四种光源引擎采用了降低眩光的技术方案。一

图21、图22是用于确定散热金属壳的侧壁和金属后壳以及金属前壳分界点的示意图。

图中：1、1a、1b-页片，2-气流线，3-分切口，4-金属前壳，5-导热板，6-固态光源，7-金属后壳，8-通气窗口，9-金属侧壁，10-通气窗口，11a、11b、11c-翻片，12-导热芯，13-切口线，14-通气窗口，15-肋片，16-通气窗口，17-套筒，18-导热柱，19-侧壁延伸段，20-前壳延伸段，21-电源引线或接插头，22-内加强环，23-通气窗口，24-透光灯罩，25-配光透镜，26-反光罩，27-表示光线的虚线，28-外缘翻边，29-灯芯反光器，30-面板，31-通气窗口，32-灯芯罩，33-后加强板，34-翻边孔，35-光源灯珠，36-聚光杯，37-外加强环，38-外缘拉伸壁，39-后外壳，40-通气窗口，41-通气窗口。

具体实施方式

图1示出了错列式结构通气窗口的特征结构，长为L的连续的金属板面被分切冲压成一段段的页片1a和页片1b，页片1a与页片1b错列排列，被冲切出的页片1b的两端还应与原金属板相连，不得被切断，图中的气流线2示出空气通过分切口3从一面横穿到另一面。

图2示出了百页窗式结构通气窗口的特征结构，长为L的连续金属板被冲切成间距为f的5段页片1，页片1的两端还应与原金属板相连，不得被切断，气流线2表示出空气通过分切口3从一面贯穿到另一面。

图3所示的本发明固态光源引擎中，金属侧壁9和金属后壳7为一体结构(同一金属板制造)；金属前壳4采用向后(本发明定义固态光源照射的方向为前方，反之为后方)拉伸结构，可构成固态光源6的光源罩，不仅有散热作用，还可用于保护固态光源6以及配光等作用；金属前壳4中部设置有与导热板7直接接触的接触传热面，金属后壳7与固态光源6之间的传热则为间接接触传热，固态光源6产生的全部热量传到金属前壳4和金属后壳7以及金属侧壁9(即散热金属壳)表面散出；金属后壳7上开有百页窗式结构通气窗口8；散热金属壳的侧壁上开有通气窗口10。

图4所示的本发明固态光源引擎，金属后壳7开有错列式结构通气窗口8，金属侧壁9开有百页窗式结构通气窗口10。图中固态光源6设置在导热芯12的前端面上，金属前壳4采用向后拉伸结构，金属前壳4和金属后壳7中部采用了翻边结构，金属前壳4的翻边11b和金属后壳7的翻边11a套在导热芯12的柱面上，翻边11a、11b与导热芯12之间的接触面就是接触传热面。

图3和4中，通气窗口10设置在散热金属壳的侧壁的前半段，图3中的通气窗口10是金属侧壁9与金属前壳4之间的间隙构成的，图4中的通气窗口10开在金属侧壁9上，位于前半段。只少要在散热金属壳的侧壁的前半段开有通气窗10，使得当光源引擎上下竖立时，自然对流散热空气能从侧壁的前半段通气窗口10进入壳内，再向上从金属后壳7上的通气窗口8排出，如图中的气流线2所示，散热空气对流畅通，能够有效流经整个散热金属壳的内外表面，有利于对流散热。

为了有利于开有百页窗式或错列式结构通气窗口的金属后壳内的导热传热，构成百页窗式和错列式结构通气窗口的切口线应采用呈辐射形状的结构，图5、6、7分别示出了三种呈辐射形状的切口线13，图5中的切口线13为弧线，图6和图7中的切口线13为直线。

图8所示的本发明固态光源引擎中，金属侧壁9上所开的百页窗式通气窗口9的长度几乎是金属侧壁9的整个高度(与图4所示不同)，表示散热金属壳的侧壁前半段和后半段都开有通气窗口，金属后壳7中部向前拉伸，并在拉伸壁上开有百页窗式结构通气窗口14，当光源引擎水平横置时，自然对流散热空气也能贯穿散热金属壳，整个散热金属壳的内外表面被充分利用于散热。要保证水平横置时，对流畅通，侧壁的通透率应不小于0.2。金属前壳4采用向后拉伸结构，在散热金属壳内构成有环形空腔，在图中的环形空腔中(即散热金属壳内)设有散热片，肋片15采用叠片式结构。叠片式散热片的特征是：肋片15的中部(肋根处)紧叠在一起，之间的接触面就是接触传热面。

图9所示的本发明固态光源引擎中，金属后壳7采用了向前拉伸结构，并拉伸壁上开有通气窗口14，金属前壳4向后拉伸壁上也开有通气窗口16，图中的通气窗口14和16为百页窗式结构，也可采用错列式结构。拉伸壁上的通气窗口16和通气窗口14的切口线应采用顺着拉伸壁的拉伸方向(也是散热金属壳的中轴线方向)结构，目的是为了导热顺利。散热金属壳的四周壳壁都开有通气窗口，散热金属壳无论水平横置，还是上下竖立，自然对流向上流动的空气都能顺利地穿过散热金属壳，这有利于对流散热。当散热金属壳的侧壁上开有通气窗口，金属前壳也开有通气窗口时、侧壁通气窗口的有效通气面积与金属前壳通气窗口的有效通气面积之和与后壳理想通气面积之比应不小于0.2，以保证上下竖立时，对流畅通。

图9中还示出在散热金属壳内设置有散热片，该散热片采用的是套片结构，所谓套片结构就是肋片根采用翻边结构，如图中所示，肋片15的翻边11c套在金属前壳的翻边11b上，传入肋片15的热量就是从该翻边11c传入的。

图10所示的本发明固态光源引擎中，散热金属壳内设置有肋片15从导热柱柱面伸出的太阳花式散热片，金属后壳7的中部采用套筒结构，套筒17是金属后壳7的金属板材拉伸而成的，并且插入导热芯12内，套筒21与导热芯12之间的接触面就是接触传热面。金属前壳也可采用套筒结构实现与导热芯之间的接触传热。

套筒结构和翻边结构的相同的特征是：接触传热面是拉伸成形的圆柱面，而区别在于：套筒结构可以是盲孔，如图10所示套筒17，而翻边结构必须是开口。

图10中示出，金属前壳4向后拉伸壁上开有百页窗式结构通气窗口16，但散热金属壳的侧壁上没有开通气窗口，因而该固态光源引擎不适合用于轴线水平横置情况，并且通气窗口16的有效通气面积要足够大，与后壳理想通气面积之比应不小于0.2。

图11、12分别示出了两种太阳花式散热片，肋片15从导热柱18的柱面伸出；图11所示的太阳花式散热片的导热柱18为实心结构，图12中的导热柱18为空心结构；图12中的肋片15和导热柱18为一体结构，可采用铝挤出工艺制造，而在图11中，肋片15是镶嵌在导热柱18上的。

为了提高散热金属壳的结构强度，金属侧壁的边缘或侧壁延伸段分别与金属前壳的边缘或前壳延伸段之间应采用紧固连接结构，该紧固连接可采用焊接、或粘贴、或咬扣连接、或过盈紧配连接、或外设附件压紧或夹紧连接，该紧固连接不仅起着提高结构强度作用，还应有热传导作用，使热量能有效地从金属前壳传导到金属侧壁上，提高散热作用，因而接触面积要足够大。图8中示出，金属侧壁9的边缘与金属前壳4的边缘之间的紧固连接采用过盈紧配的结构，如图中局部A所示。所谓过盈紧配连接就金属前壳4的边缘外径稍大于金属侧壁9的边缘内径，强行将金属侧壁9套在金属前壳4上。图9和图10所示的金属侧壁9与金属前壳4的边缘之间的紧固连接采用咬扣连接结构，如图9中局部A和图10中局部C所示，图10中的结构还可增加过盈紧配结构。

对于图8和图9所示的光源引擎，当轴线水平横置时，自然对流向上流动的空气可以从肋片15之间的间隙中贯穿内部的散热片，但当轴线竖立时，向上流动的自然对流空气就不能贯穿内部的散热片，不能有效流经整个肋片表面，散热性能将严重恶化，因而在套片式和叠片式散热片中的肋片15上也应开有错列式或百页窗式结构的通气窗口，该窗口的切口线也应采用呈辐射形状的结构(如图5、6、7所示)。

图13所示的本发明金属后壳7与金属侧壁9，为方形截面，还可以是椭圆、多边形、甚至三角形截面等。金属后壳7上的通气窗口8采用百页窗结构，切口线为弧线。图中示出：金属侧壁9上的通气窗口10采用错列式结构，该窗口的切口线顺着金属侧壁的拉伸方向，与散热金属壳的轴线方向相同。

图14所示的本发明散热金属壳中，金属前壳4和金属后壳7中部采用了翻边结构，翻边11a和11b；金属前壳4的前壳延伸段20与金属侧壁9的侧壁延伸段19之间采用了过盈紧配连接和咬扣连接结构，如图中局部D所示，侧壁延伸段19的外缘加工成截面为C或U形结构，前壳延伸段20的外缘包裹着侧壁延伸段19的外缘。

图15和图14类似，区别有：图14中金属侧壁9只有前半段开有百页窗式通气窗口10，而图15中，金属侧壁9前后段都开有通气窗口10，并且是错列式结构。注意：后半段处的通气窗口可有可无，但一定要保证前半段开有通气窗口。

图16所示的本发明固态光源引擎中，侧壁延伸段19的外缘加工成截面为C形，并设置有内加强环22(提高结构强度)，如图中局部F所示，由于金属前后壳首选薄铝板加工，强度低，因而应选用这样的强化结构强度的结构。

图14和16中，有一共同的特征，金属侧壁9的前段的尺寸(直径)大于后段，在前段和后段过度处，构成有截面为弯折的连续的环形结构，如图局部E所示，这样的结构有提高金属侧壁的结构强度作用，因而称为截面为弯折的环形加强筋结构。

从LED灯珠发出的光，光通量密度非常高，产生有眩光问题。本发明提出了结构简单，灯具光效高，能有效解决眩光问题的技术方案：固态光源配有反光罩，从固态光源发出的光有一半以上照射到反光罩的反光面上，再从反光罩反射出光源引擎。反光罩的反光面要足够大，则光通量密度就能有效降低，眩光问题也就得到解决。具体有三种方案：

方案一、如图17所示，固态光源6是单颗灯珠，前方设置有配光透镜25，从固态光源6射出的光经配光透镜25后，有一半以上照射到反光罩26上，再朝光源引擎(反光罩26)外反射，如图中表示光线的虚线27所示。图中的反光罩26是由金属前壳4向后拉伸构成。

方案二、如图18所示，在固态光源6前方设置有灯芯反光器29，该灯芯反光器29将一半以上来自固态光源6发出的光反射到反光罩26上，再朝光源引擎(反光罩)外反射，如图中表示光线的虚线27所示。图中的反光罩26是由金属前壳4向后拉伸构成。

方案三、如图19所示，固态光源6前设置有灯芯罩32和灯芯反光器29，灯芯罩32设置有面向反光罩26的侧壁，该侧壁采用了散光结构或散光材料，照射到灯芯罩32的侧壁上的光，无论是直接来自固态光源6，还是经灯芯反光器29反射来的，经过灯芯罩侧壁上的散光结构或散光材料后，产生漫散射，照射到反光罩26上，再反射出反光罩26，如图中表示光线的虚线27所示。

图20所示的本发明固态光源引擎中，设置有灯芯罩32，以及光源灯珠35配有聚光杯36，聚光杯36的作用是减小光源灯珠35的照射范围角，使光线集中向前，这样就可以减小灯芯反光器29的尺寸，更多的光被灯芯反光器29反射到反光罩26上，有利于降低眩光强度；灯芯罩32的作用有保护灯芯罩32内的固态光源，灯芯反光器29等器件，比如防止尘埃，湿气等有害气体的损伤。

图17中，散热金属壳内设置有套片式肋片15，肋片15的翻边直接套在导热芯12上，肋片15边上开有百页窗式通气窗口23；金属前壳4与金属侧壁9之间的紧固连接采用咬扣连接结构，如图中局部G所示，与图15类似，但是金属侧壁边缘包裹着金属前壳的边缘，并且还设有透光灯罩24.

图18中，散热金属壳内的肋片15的外缘周圈采用了翻边结构，构成的外缘翻边28不仅提高了肋片15的机械强度，与金属侧壁9的内壁相接触，又加强了金属侧壁9的机械强度。图中示出，金属侧壁9上与外缘翻边28相接触处没有开设通气窗口，外缘翻边28与金属侧壁9之间接触面就可成为接触传热面，这样的结构，有利于提高散热性能，经计算机模拟分析可得能够有10％之多的散热提高。图中所示的肋片13为套片结构，外缘翻边结构同样适用于叠片结构肋片。图中还示出设置有面板30，一般为装饰作用，如现在筒灯上的面板，金属侧壁9的边缘与金属前壳4的边缘之间的紧固连接采用外设附件压紧连接结构，外设附件就在面板30上，如图中局部H所示。

图19所示的本发明固态光源引擎中，金属前壳4向后拉伸，构成以凹腔，配有反光罩26的固态光源6就可设置在该凹腔中，可使整个光源引擎紧凑整洁。图中的反光罩26采用了翻边结构，构成有反光罩26与导热芯12之间的接触传热面，反光罩26又被利用于散热，反光罩26应采用金属材料，最好采用铝板制成。金属前壳4不仅开有通气窗口31，拉伸壁上也开有通气窗口16，通气窗口31应采用百页窗式或错列式结构，窗口的切口线应呈辐射形状。

图19还示出：在金属后壳7金属板壁上加工有翻边孔34，该翻边孔34可以用来承担光源引擎与外设装置的连接固定用的孔，比如螺孔，采用翻边结构是为提高强度。图中还示出：面板30为前壳延伸段20构成，侧壁延伸段19延伸至面板30背后，构成面板30的后加强板33，面板30也可设计成由侧壁延伸段19构成；图中局部N示出了金属前壳的边缘与金属侧壁的边缘之间的紧固连接结构，应属于咬扣连接结构；图中局部H示出，金属侧壁9上的环形加强筋采用了一种截面为凹形结构，图中是向外凸，也可反向向内凹。

图20中，在金属后壳(7)的后面设置有后外壳39，后外壳39应采用金属板材(最好选用铝板)经有冲压加工制成；后外壳39的外缘拉伸壁38是从后外壳39的金属板材拉伸制成的，还可以在外缘拉伸壁38开百页窗式或错列式通气窗口；后外壳39上开有百页窗式结构(也可采用错列式结构)的通气窗口40，该窗口的切线应呈辐射形状；后外壳中部采用了向前拉伸结构，并在该拉伸壁上开有百页窗式结构(也可采用错列式结构)的通气窗口41，该窗口的切口线应顺着拉伸方向；后外壳39采用翻边结构实现与导热芯12之间的接触传热，图中为直接接触传热，也可设计成间接接触传热。增设后外壳39的目的就是增加散热面积。为保证空气对流畅通，通气窗40和41的通透率应足够大。图中还示出，侧壁延伸段19和前壳延伸段20之间的紧固连接采用了外设附件夹紧连接结构，图中的外加强环37就是该外设附件，外加强环37不仅起到将侧壁延伸段19和前壳延伸段20夹紧实现紧固连接作用，还起到提高结构强度，故称外加强环。

固态光源设置在导热芯上，导热芯采用圆柱结构，散热金属壳(金属前壳、金属后壳)的中部采用套筒或翻边结构，该套筒或翻边与导热芯设置有直接或间接的接触传热面，这样的结构优点有：通过采用导热芯与套筒或翻边孔之间的过盈紧配合，容易保证接触传热面紧密接触，能有效控制接触传热热阻，并且制造简单，容易实现机械自动化组装，效率高。图16至20中示出，金属前壳4和金属后壳9中部壳采用翻边结构，翻边直接套在导热芯12上。图16和图18～20中示出，固态光源6的电源导线或接插头21穿过导热芯12，向后伸出，结构紧凑简洁。

本发明中百页窗通气窗口的有效通风面积定义为：参考图2，单个分切口的有效通风面积等于分切口3的宽b乘以分切口3的长度，所有的分切口的有效通风面积之和就是整个百页窗式通风窗口的有效通风面积。

本发明中错列式通气窗口的有效通风面积定义为：参考图1，当分切口3的宽b小于或等于二分之一页片1b的宽c时，单个页片1b构成的有效通风面积等于2b乘以分切口3的长度，所有页片1b构成的有效通风面积之和就是整个错列式通风窗口的有效通风面积；当分切口3的宽b大于二分之一页片1b的宽c时，如果页叶1b宽c小于或等于页叶1a宽e，单个页片1b构成的有效通风面积等于c乘以分切口3的长度，所有页片1b构成的有效通风面积之和就是整个错列式通气窗口的有效通风面积；如果c大于e时，则按页片1a计算，单个页片1a的有效通风面积等于e乘以分切口3的长度，所有页片1a的有效通风面积之和就是整个错列式通气窗口的有效通风面积。依据以上定义，错列式通气窗口的通透率最大理论值是0.5，本发明提出后壳通透率应达到0.2，为最大理论值的40％，说明已达到足够大。

本发明金属后壳的后壳通透率定义为，金属后壳上的所有通气窗口的有效通气面积除以金属后壳在轴向方的投影面积(也称为后壳理想通气面积)。百页窗式和错列式通气窗口的有效通气面积计算按上述[0058][0059]所定义计算。后壳理想通气面积(金属后壳在轴向方的投影面积)计算定义：当金属侧壁9与金属后壳5为圆弧连接时，则以圆弧切线与轴线夹角为40°时的切点，如图21中的P点，确定金属侧壁9和金属后壳7的分界点，D为金属后壳的外径，后壳理想通气面积按直径D的面积再扣除直径d的面积(导热芯或导热板所占的面积)计算；如果金属侧壁9和金属后壳7是斜面连接时，如图22所示，如果β角大于40°，后壳理想通气面积则按直径D1的面积再扣除直径d的面积计算；如果β角小于或等于40°，后壳理想通气面积侧按直径D2的面积在扣除直径d的面积计算。

本发明侧壁通透率定义为散热金属壳的侧壁通气窗口的有效通风面积除以侧壁的面积，百页窗式和错列式通气窗口的有效通风面积计算按以上[0058][0059]的定义计算；侧壁的计算面积：图21中，h内的外表面积就是侧壁的面积，图中Q点表示侧壁与金属前壳4的结合点。图22中，当β大于40°时，侧壁的面积按h1内的外表面积计算，当β小于或等于40°时，侧壁的面积按h2内的外表面积计算。

百页窗式通气窗口的通透率的理论极限为1.0，但由于考虑到导热，壁厚，强度以及加工等因素，实际能实现的通透率很低，图13～16所示的散热金属壳，金属后壳7的通气窗口8的开孔率非常之高，但后壳通透率也只有0.4左右。经实验和理论分析，后壳通透率0.2与0.4之间的散热性能的差别能达到50％，后壳通透率不到0.1与0.4之间的散热性能的差别能达到一倍，后壳通透率0.2的散热性能比后壳通透率为0(无通气窗口)提高了近一倍。本发明提出后壳通透率不小于0.2就是基于实验和理论分析。实际设计产品时，后壳通透率最小应达到0.3，因为从加工方面来考虑，0.3的后壳通透率容易实现，散热性能也很高。

后外壳上、套片式以及叠片式肋片上所开的通气窗口同样也应足够大，通透率至少也要达到0.2，以保证对流散热空气流动畅通，实际设计产品时，通透率应达到0.3以上。同样侧壁通透率也应足够大，至少也要达到0.2，最好应达到0.3以上。后外壳、套片式以及叠片式肋片的通透率的定义和计算与后壳通透率一致。

采用冲压工艺，加工制造成本得到显著降低，金属板材的原料成本所占的比例就上升到显著位置，因而降低金属板材用量，即减小金属板材厚度，则可有效降低散热金属壳的成本，但减小散热金属壳的壁厚，存在散热量减小的因素。壁厚对散热量的影响为曲线关系，当壁厚到一定值时，壁厚增加一半，散热量增加可能不到5％。采用《传热学》中常用的肋效率概念来分析壁厚对散热量的影响，确定散热金属壳壁厚的合理值。

肋效率的定义是：肋片实际散热量除以假设肋片内无导热热阻(即肋片材料的导热系数无穷大)时的散热量。依据实验得到的参数，应用计算机数值模拟分析，得出以下本发明的散热金属壳采用铝材时，壁厚对肋效率的影响。

金属侧壁直径为180mm，壁厚为1.0mm时，肋效率为64％，壁厚加到1.2mm增加了20％，但肋效率才增加了5.5％，壁厚加到1.5mm，增加了50％，但肋效率才增加了12％；金属侧壁直径为150mm，壁厚为0.8mm时，肋效率为68％，壁厚加到1.0mm，增加了25％，但肋效率才增加了6％，壁厚加到1.3mm，增加了62％，但肋效率才增加了12％；金属侧壁直径为130mm，壁厚为0.7mm时，肋效率为70％，壁厚加到0.9mm增加了28％，但肋效率才增加了6.5％，壁厚加到1.15mm，增加了64％，但肋效率才增加了12.5％；金属侧壁直径为115mm，壁厚为0.6mm时，肋效率为68％，壁厚加到0.8mm，增加了33％，但肋效率才增加了7％，壁厚加到1.0mm，增加了67％，但肋效率才增加了13％；金属侧壁直径为100mm，壁厚为6.0mm时，肋效率为74％，壁厚加到0.8mm增加了33％，但肋效率才增加了5.5％，壁厚加到1.0mm，增加了67％，但肋效率才增加了9.5％；金属侧壁直径为90mm，壁厚为0.5mm时，肋效率为76％，壁厚加到0.7mm增加40％，但肋效率才增加了6.5％，壁厚加到0.9mm，增加了80％，但肋效率才增加了9％；金属侧壁直径为80mm，壁厚为0.5mm时，肋效率为78％，壁厚加到0.6mm增加了40％，但肋效率才增加了6.5％，壁厚加到0.8mm，增加了60％，但肋效率才增加了9％；金属侧壁直径为70mm，壁厚为0.4mm时，肋效率为77％，壁厚加到0.6mm增加了50％，但肋效率才增加了7％，壁厚加到0.7mm，增加了75％，但肋效率才增加了10％；金属侧壁直径为60mm，壁厚为0.4mm时，肋效率为80％，壁厚加到0.5mm增加了25％，但肋效率才增加了3.5％，壁厚加到0.6mm，增加了50％，但肋效率才增加了6.5％；

依据以上结果，并且考虑到其他因素，比如：结构强度、材料成本与加工成本比值，整体尺寸大小的影响，分析得出实际设计产品时，散热金属壳的壁厚选定如下：

D表示金属侧壁的直径，δ表示散热金属壳的壁厚。当180mm≥D＞150mm时，取δ≤1.5mm，最好取δ＜1.25mm；当150mm≥D＞130mm时，取δ≤1.3mm，最好取δ＜1.1mm；当130mm≥D＞115mm时，取δ≤1.15mm，最好取δ＜0.95mm；当115mm≥D＞100mm时，取δ≤1.0mm，最好取δ＜0.85mm；当100mm≥D＞90mm时，取δ≤0.95mm，最好取δ＜0.8mm；当90mm≥D＞80mm时，取δ≤0.9mm，最好取δ＜0.75mm；当80mm≥D＞70mm时，取δ≤0.85mm，最好取δ＜0.7mm；当70mm≥D＞60mm时，取δ≤0.8mm，最好取δ＜0.65mm；当D≤60mm时，取δ≤0.7mm，最好取δ＜0.6mm。

当金属侧壁的直径不均匀时，取最大与最小的平均值(平均直径)；当金属侧壁的横截面不是圆形，取面积相等的当量直径，比如，金属侧壁横截面是边长为E的正方形，其当量直径

当壁厚不均匀时，取壁厚的平均值(平均壁厚)。

图3、4、9至10、17至22为示意图，图中所示散热金属壳的壁厚以及肋片13的肋片厚不应是实际的厚度。

Claims (12)

1.一种固态光源散热器，包括有散热金属壳，散热金属壳包括有金属前壳(4)和金属后壳(7)以及金属侧壁(9)，金属前壳(4)和金属后壳(7)中设置有直接或间接与固态光源(6)的导热板(5)或导热芯(12)接触的接触传热面，其特征在于：金属前壳(4)和金属后壳(7)采用金属板材加工制成，金属侧壁(9)是从金属后壳(7)的金属板材拉伸而成的；金属后壳(7)上开有百页窗式结构或错列式结构的通气窗口(8)，该窗口的切口线(13)采用了呈辐射形状结构；金属前壳(4)采用了向后拉伸结构；金属后壳的后壳通透率不小于0.2；

散热金属壳的侧壁开有通气窗口(10)、或

金属前壳(4)开有通气窗口(16)、或

散热金属壳的侧壁上开有通气窗口(10)，金属前壳(4)也开有通气窗口(16)。

2.根据权利要求1所述的固态光源散热器，其特征在于：

当180mm≥D＞150mm时，取δ≤1.5mm；

当150mm≥D＞130mm时，取δ≤1.3mm；

当130mm≥D＞115mm时，取δ≤1.15mm；

当115mm≥D＞100mm时，取δ≤1.0mm；

当100mm≥D＞90mm时，取δ≤0.95mm；

当90mm≥D＞80mm时，取δ≤0.9mm；

当80mm≥D＞70mm时，取δ≤0.85mm；

当70mm≥D＞60mm时，取δ≤0.8mm；

当D≤60mm时，取δ≤0.7mm；

其中，D表示金属侧壁(9)的当量直径，δ表示散热金属壳的平均壁厚。

3.根据权利要求1或2所述的固态光源散热器，其特征在于：金属侧壁(9)上开有百页窗式结构或错列式结构的通气窗口(10)，该窗口的切口线采用了顺着金属侧壁(9)的拉伸方向的结构。

4.根据权利要求3所述的固态光源散热器，其特征在于：金属侧壁(9)的边缘或侧壁延伸段(19)与金属前壳(4)的边缘或前壳延伸段(20)之间采用了紧固连接结构。

5.根据权利要求4所述的固态光源散热器，其特征在于：在金属侧壁(9)的边缘或侧壁延伸段(19)与金属前壳(4)的边缘或前壳延伸段(20)之间的紧固连接处设置有内加强环(22)或外加强环(37)。

6.根据权利要求4所述的固态光源散热器，其特征在于：设置有面板(30)，面板(30)采用了由前壳延伸段(20)构成的结构，侧壁延伸段(19)延伸至面板(30)背后，构成面板(30)的后加强板(33)。

7.根据权利要求1、或2、或4、或5、或6所述的固态光源散热器，其特征在于：金属后壳(7)的后面设置有后外壳(39)，后外壳(39)有外缘拉伸壁(38)；后外壳(39)采用金属板材加工制成，外缘拉伸壁(38)是从后外壳(39)的金属板材拉伸制成；后外壳(39)开有百页窗式结构或错列式结构的通气窗口(40)，该窗口的切口线(13)采用了呈辐射形状结构；后外壳(39)中设置有直接或间接与固态光源(6)的导热板(5)或导热芯(12)接触的接触传热面。

8.根据权利要求1、或2、或4、或5、或6所述的固态光源散热器，其特征在于：散热金属壳内设置有散热片，散热片采用了太阳花结构、或套片结构或叠片结构；套片结构和叠片式结构的肋片(15)上开有百页窗式结构或错列式结构的通气窗口(23)，该窗口的切口线(13)采用了呈辐射形状结构。

9.根据权利要求8所述的固态光源散热器，其特征在于：散热金属壳内的散热片采用套片结构或叠片结构时，肋片(15)的外缘采用了翻边结构，外缘翻边(28)与金属侧壁(9)的内壁相接触。

10.一种固态光源引擎，包括有散热金属壳和固态光源(6)，固态光源(6)设置在导热芯(12)上，散热金属壳包括有金属前壳(4)和金属后壳(7)以及金属侧壁(9)，金属前壳(4)和金属后壳(7)中设置有与导热芯(12)直接或间接接触的接触传热面，其特征在于：金属前壳(4)和金属后壳(7)采用金属板材加工制成，金属侧壁(9)是从金属后壳(7)的金属板材拉伸而成的；金属后壳(7)上开有百页窗式结构或错列式结构的通气窗口(8)，该窗口的切口线(13)采用了呈辐射形状结构；金属前壳(4)采用了向后拉伸结构；金属后壳的后壳通透率不小于0.2；金属侧壁(9)的边缘或侧壁延伸段(19)与金属前壳(4)的边缘或前壳延伸段(20)之间采用了紧固连接结构；金属前壳(4)和金属后壳(7)采用了套筒或翻边结构，该套筒(17)或翻边(11a、11b)与导热芯(12)设置有直接或间接接触的接触传热面。

11.根据权利要求10所述的固态光源引擎，其特征在于：固态光源(6)配有反光罩(26)；

在固态光源(6)前设置有配光透镜(25)，从固态光源(6)发出的光经配光透镜(25)后，有一半以上照射到反光罩(26)上，再朝光源引擎外反射、或

在固态光源(6)前方设置有灯芯反光器(29)，该灯芯反光器(29)将一半以上来自固态光源(6)发出的光反射到反光罩(26)上，再朝光源引擎外反射、或

固态光源(6)前设置有灯芯罩(32)，灯芯罩(32)设置有面向反光罩(26)的侧壁，该侧壁采用了散光结构或散光材料。

12.根据权利要求10或11所述的固态光源引擎，其特征在于：金属前壳(4)上开有百页窗式结构或错列式结构的通气窗口(31)，该窗口的切口线(13)采用了呈辐射形状结构；金属前壳(4)向后拉伸壁上开有百页窗式结构或错列式结构的通气窗口(16)，该窗口的切口线采用了顺着拉伸方向结构；在金属前壳(4)向后拉伸构成的凹腔中设置有固态光源(6)的反光罩(26)，该反光罩(26)采用金属板加工制成，并设置有与导热芯(12)直接或间接接触的接触传热面。

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