CN103574357B - 全向发光和高效散热的照明装置 - Google Patents

Abstract

本发明披露了一种能高效散热的全向发光的照明装置。在一个实施例中，照明装置包括沿圆周布置的照明模块，以至能产生全向光，照明装置还包括支撑单元，其连接到每个照明模块的散热侧用于提供机械支撑。最小限度地包围所有照明模块而形成的一个空间包括第一极开口、与第一极开口相对的第二极开口、和在两个极开口之间的通风通道，使得流过通风道的空气能从照明模块的散热侧带走至少一部分热量到所述空间外面。两个极开口之间的路径是直通的，允许空气穿过两个极开口之间的通风通道，实现直接流动，从而促进带走热量到空间外部。

Description

全向发光和高效散热的照明装置

【相关申请】

本申请要求了美国专利申请61/826,016及13/972,906(申请日分别为2013年5月21日及2013年8月22日)的优先权，其公开内容通过引用结合入本申请。

【技术领域】

本发明涉及一种能提供全向发光的照明装置。特别是，本发明涉及的该照明装置，还能将该照明装置中的发光元件产生的热量高效散发出去。

【背景技术】

在许多实际情况中，能够产生全向发光的光源是令人期待的。例如，天花板灯就是这样一种光源，用于照亮该灯下的地板。出于实际的考虑，这里所讲的全向发光，是指光发射的光锥要至少超过半球形。

白炽灯已被广泛用于全向发光。现在的趋势是发光二极管(LED)灯取代白炽灯。为了提供足够的照明，通常使用高功率LED灯。这些灯中的发光二极管所产生的热量能有效地散出去是非常重要的。

美国专利申请US20130070458披露了一种既能全向发光又有散热设计的LED灯泡。该LED灯泡具有一散热装置，其包括一个底座，有多个散热体安装在该底座上。每个散热体都有一个V形的横截面，并且与LED光源模块是固定的。沿圆周布置该散热体，以产生全向光。在相邻两个散热体之间留有一定的空间，以形成空气流通通道用于散热。然而，当LED灯泡在竖直方向上保持直立时，仅在水平方向上可以实现直接的空气流，竖直方向上没有空气流，从而减少热耗散能力。

在本领域中，有必要提供一种全向发光的而散热能力在US20130070458之上的照明装置。

【发明内容】

本发明提供了一种全向发光的并能实现高效散热的照明装置。

披露的照明装置包括多个照明模块。每个照明模块都包括一个散热器(heatsink)。散热器具有发光测和与其相对的散热侧。发光测包括一个或多个用于产生光的发光元件安装到该散热器上。散热侧用于散发所述一个或多个发光元件所产生的热量。此外，沿圆周方向布置该照明模块，任一照明模块的散热器的发光侧，面向外侧，使得可以产生全向光。照明模块还包括一个支撑单元，其连接在各照明模块的散热器的散热侧上，为照明模块提供机械支撑。

此外，支撑单元和照明模块的布置和配置是这样的：通过最低限度地包围所有照明模块而形成的一个空间包括第一极开口、与第一极开口相对的第二极开口、在第一和第二极开口之间的通风通道。通风通道用于使流过的空气将照明模块的散热器的散热侧的至少一部分热量带到所述空间的外面去。特别是，在第一极开口和第二极开口之间的路径是直通的。直通路径使得空气直接流动，空气从第一极开口穿过通风通道推进到第二极开口，或反之亦然，从而促进带走至少一部分热量到空间外部。

优选地，所述空间还包括多个侧向开口。每个侧向开口都在相邻两个照明模块之间，并且和通风通道连通。结果是，空气通过侧向开口、以及通过所述第一和第二极开口流入和流出该通风通道，从而进一步促进带走至少一部分热量到所述空间外部。优选地，至少一个侧向开口连接到所述第一和第二极开口。更理想的是，每个侧向开口都连接到所述第一和第二极开口。这会使第一极开口、第二极开口和整体侧向开口形成一个包围所述空间的单一开口，从而使空气不受阻地从多个方向流入和流出通风通道。

可选地，至少一个照明模块的散热侧有纳米结构层涂覆在其上。该纳米结构层会导致在其上流动的空气产生微湍流，以促进热量从上述散热侧转移到周围的空气中。

另一种选择是，至少一个照明模块的散热侧包括突出的散热片。散热片能促进热量转移到流经的空气中去。散热片的排列方向可以全部平行于、或垂直于支撑单元的方向。此外，相当大部分散热片可以涂覆有纳米结构层，以便促进热量从散热片传递到周围空气中去。

任一照明模块的散热器的发光测有一容纳表面，用于容纳所述一个或多个发光元件。所述容纳表面包括多个子表面，它们以相互不同的方位排列，以便提供一个光照射角度，所述光照射角度是由所述一个或多个发光元件全体产生的；所述光照射角度要宽于所述容纳表面是平坦时而获得的照射角度。一个选择是，子表面被设置成使得所述容纳表面的形状是凸的。另一种选择是，子表面被设置以提供一个凹形表面给所述容纳表面。

任一照明模块的散热器的散热侧可直接连到支撑单元上或通过连接件来连接。接合部件被配置以阻止热量从上述散热侧传递到支撑单元。可选地，连接件可以被遥控，并且是可动的，使得由任一照明模块的所述一个或多个发光元件产生的整体光的方向是可重构的。

本发明还提供了一种组件，其被配置以用于照明装置产生全向光。该组件包括实现高效散热的特征。

披露的组件包括多个照明模块。每个照明模块都包括一个散热器。散热器有发光侧和与其相对的散热侧。发光侧包括一容纳表面用于容纳一个或多个用于产生光的发光元件。散热侧被配置以散发所述一个或多个发光元件所产生的热。沿圆周布置照明模块，使得任一发光模块的散热器的发光侧都朝外，这样就能产生全向光了。该组件还包括一个支撑单元，支撑单元连接到每个照明模块的散热器的散热侧以提供机械支撑给照明模块。

支撑单元和照明模块可以是单独形成，然后固定在一起。或者，支撑单元和没有任何发光元件的所有照明模块可以预先制作为一个整体单元。

除了该组件的每个照明模块没有所述一个或多个发光元件外，该组件的其他特征基本上类似于上述披露的照明装置的相应特征。

【附图说明】

图1是本发明一个示例性实施例的照明装置。

图2是该照明装置的分解图。

图3是该照明装置的截面图，显示在该照明装置的两个极开口之间的直通路径。

图4该照明装置的俯视图，显示该照明装置的通风通道可以由侧向开口组成。

图5a显示一个例子，照明装置可以由遥控器遥控以产生全向光。

图5b显示图5a的照明装置从遥控器接收一个命令后，就配置产生定向光。

【具体实施方式】

本发明的一个方面是提供一种产生全向光的、包括高效散热特征的照明装置。

图1显示本发明一个示例性实施例的照明装置。图2显示该照明装置的分解图。为便于描述本发明，图1所示的照明装置是一种工业标准A19灯泡。但是，本发明并不限于A19灯泡。如图1所示，照明装置100有一发光部分102和一驱动底座104。发光部分102包括多个照明模块110、120、130。虽然为便于描述图1显示了三个照明模块110、120、130，但是本发明并不限于只有三个照明模块。本发明只要求照明模块的数量是至少两个。

参阅图2，以照明模块110为例子。照明模块110包括一个散热器240。优选地，所述散热器240最好由热传导性材料如铝制成，使得热量有效地传递在整个散热器240上，从而能有效地热传递到周围环境中。散热器240有发光侧241和与发光侧241相对的散热侧242。发光侧241包括容纳表面245，其被配置以容纳一个或多个发光元件，最好是一个或多个LED，用于产生光。优选地，容纳表面245包括多个子表面247a-247e，它们以彼此不同的方向排列配置，使得容纳表面245能提供一个光照角度，所述光照角度是由所述一个或多个发光元件全体产生的；所述光照角度要宽于如果所述容纳表面245是平坦时而获得的照射角度。子表面247a-247e可被布置成，使得容纳表面245是凸(如图2所示)或凹的形状(图2中未示出)。由于一个或多个发光元件最好是一个或多个LED，所以容纳表面245无论是凸的还是凹的，都能扩大照明模块110的光锥角度，使得照明装置100更容易产生全向光。在实际实施中，所述一个或多个发光元件可以是封装的并集成的一个LED模块250，这样LED模块250就可以很方便地安装在容纳表面245上。通常由一个罩子255盖在散热器240的发光侧241上。在一个例子中，罩子255可以是一个散光罩，用于扩散一个或多个发光元件产生的光。在另一个例子中，罩子255可以包括远程荧光粉，用于将所述一个或多个发光元件产生的光转变成期望颜色的光。

为了产生全向光，沿圆周设置照明模块110、120、130，使这些照明模块110、120、130的散热器的发光侧朝外。此外，照明装置100包括一个支撑单元260，用于提供机械支撑给照明模块110、120、130，支撑单元260连接到各照明模块110、120、130的散热器的散热侧。支撑单元260的中心轴105，这是一条穿过支撑单元260的假想直线，其可以是用来表示支撑单元260的方向的一个参考。参见图1，支撑单元260和照明模块110、120、130被安排和设置使得，最低限度地包围所有照明模块110、120、130而形成的空间170，包括第一极开口140、与第一极开口140相对的第二极开口150、和在第一极开口140和第二极开口150之间的通风通道125。通风通道125使得流过的空气能将照明模块110、120、130的散热器的散热侧的至少一部分热量带到空间170以外。在本说明书和所附权利要求中，通过最低限度地包围所有照明模块而形成的空间被定义为这样一个三维空间：其围住所有照明模块，在所有可能的围住所有这些照明模块的空间里，其具有最小的表面积。上述三维空间中的一个特征是：它的表面接触照明模块的部分表面。如图1所示，空间170接触照明模块110的罩子255(如图2所示)。如本文所用，通过最低限度地围住所有照明模块而形成的空间上的一个开口是一个物理开口，其允许空气流入或流出该空间。此外，本文所用的“极”是指空间170的表面与中心轴线105相交的一个点。这里所用的一个极开口，是指位于一个极点上的，或位于该极点附近的但不包括该极点的一个开口。由于支撑单元260穿过空间170的外表面，所以第二极开口150是一个圆环形状。如很快将被证明的，空间170最好包含多个侧向开口(如侧向开口160)，每个侧向开口都连接到通风通道125。侧向开口160是在相邻两个照明模块110、130之间的侧向开缝。物理分开地放置两个发光模块110、130，就形成了侧向开口160。

图3描绘照明装置100的截面图。在照明装置100中，可以看到在第一极开口140和第二极开口150之间有直通路径340。直通路径340的存在使得空气直接从第一极开口140流过通风通道125到达第二极开口150，反之亦然。这能促进将至少一部分热量带走到空间170以外。因为有侧向开口(包括侧向开口160)，空气的流动是沿方向350的。由于热空气自然上升，从一个较低位置升到较高位置，空气直接流动会导致有一个从底部极开口到另一个顶部极开口的通畅气流。由于该照明装置100通常是竖直方向直立的，或运行时更经常地是倒置的(如天花板灯)，从底部到顶部的通畅气流往往使凉爽的空气能够更容易地进入通风通道125，这增加了任一照明模块110、120、130的散热器的散热侧的散热率。

图4显示照明装置100的俯视图。由于有多个侧向开口160、470、480，这使得空气通过侧向开口160、470、480以及第一极开口140和第二极开口150流入和流出通风通道125，从而进一步促进带走至少一部分热量到空间170外部。

也有可能所有侧向开口160、470、480都不连接到第一极开口140和第二极开口150中的任一或两者。但是，最好有至少一个侧向开口160、470、480连接到第一极开口140和第二极开口150。更理想的是，每个侧向开口160、470、480都连接到极开口140、150。这样的安排使第一极开口140、第二极开口150和所有侧向开口160、470、480形成一个单一的开口围住空间170。结果是，空气可以无阻地从多个方向420、430流入和流出通风通道125。在一些实际应用中，该照明装置100(如一个壁灯)也可能是水平安置。由于热空气从下到上上升，这也允许空气从多个方向420、430流入和流出通风通道125，这对于需要照明装置100保持水平安置的应用，同样能有高效散热的优点。

在第一极开口140和第二极开口150之间有直接的空气流动，又允许空气从多个方向420、430流入和流出通风通道125，这使得空气畅通无阻，从而达到高效散热。实现高效散热的另一个因素是，提供了有效的手段，将热能从任一照明模块110、120、130的散热器的散热侧传输到流经通风通道125的周围空气中。在一个实施例中，至少一个照明模块110、120、130的散热侧涂覆有纳米结构层。纳米结构层使得纳米结构层上流动的空气诱导出微湍流。微湍流的产生，从而促进将热量从上述散热侧转移到周围的空气中去。在另一个实施例中，至少一个照明模块110、120、130的散热侧包括从其上突出的散热片(如图2中所示照明模块120的多个散热片225)。特别是，散热片能促进热能转移到流经散热片的空气中去。整体散热片得方向要么平行于，要么垂直于支撑单元260的方向。如上文所述，中心轴105可以是支撑单元260方向的参考指示。可选地，大部分散热片涂覆有纳米结构层，用于诱导微湍流。

每个照明模块110、120、130的散热器的散热侧可以直接连接到所述支撑单元260。或者，任一照明模块110、120、130的散热器的散热侧可以通过连接件连接到所述支撑单元260。为了便于说明，连接件265用于连接支撑单元260和照明模块110的散热器240的散热侧242。

在一个实施例中，连接件265被配置以阻止热量从散热侧242传递到支撑单元260。为了阻止这种热传递，连接件265可以由塑料制成。

在另一个实施例中，连接件265是可遥控的、可移动的，这使得照明模块110的一个或多个发光元件共同产生的光的方向是可重构的。对于照明设备100来说，能够重新配置照明方向是一个实用的功能。举一个实际应用的示例：这样的可重新配置的照明装置可以安装在餐厅的天花板上，以便提供全向照明均匀地照亮房间，但是用户也可以遥控该照明装置，使得在就餐时间能引导该照明设备产生的光照向餐桌。连接件265可以通过有线连接的控制器，或通过无线方法来遥控。无线方法可以采用基于无线电的无线技术，如WiFi，或可以使用基于红外线(IR)的技术。举一个例子来说明可重构的照明方向，图5a和5b显示一个可遥控的照明装置，其可配置成提供全向发光(图5a)或配置成提供定向照明(图5b)。照明装置500的支撑单元510通过连接件520和530分别连接到照明模块525和535。支撑单元510的中心轴505可以成为支撑单元510方向的一个参考指示。遥控器560无线发送配置命令给照明装置500，照明装置500通过与其连接的无线接收器570接收到配置命令。当该命令指示照明装置500产生全向光时，连接件520和530就设置照明模块525和535分别指向方向522a和532a，如图5a所示。当遥控器560发送一个命令重新配置照明装置500产生定向光时，就驱动连接件520和530移动，使得照明模块525和535分别指向方向522b和532b，如图5b所示。连接件520或530可能的移动形式，可以是旋转，或旋转和直线运动的组合。在实际实施中，连接件520或530可以伸长以产生这样的直线运动。从图5a和5b中，可以注意到，重新配置照明装置500的照明方向，可以通过配置连接件520以改变中心轴线505和照明模块525指向方向(522a的522b)之间的角度，以及同样配置照明模块535的连接件530来实现。

连接件265可包括一个器件用于提供电力到照明模块110内的一个或多个发光元件。在一个实施例中，电力是由驱动器270提供的，驱动器270可以是用于驱动LED的电子镇流器。驱动器270安置在驱动底座104内，驱动底座104可以包括一个用于容纳驱动器270的容器272和一个使驱动器270从外部源获得电力的端子274。

在一种制作照明装置100的方法中，先在照明模块110上安装LED模块250，然后所有的照明模块110、120、130被固定到支撑单元260上。在另一种制作方法中，没有任何发光元件的照明模块110、120、130首先被固定到所述支撑单元260上，形成一个组件，用于实现照明装置100。然后，再通过将发光元件安装到该组装上，形成照明装置100。

支撑单元260和照明模块110、120、130可以单独形成，然后固定在一起。或者，支撑单元260和没有任何发光元件的所有照明模块110、120、130可以被预制为一个整体单元，例如，通过使用一个刚性框架模塑而成。

本发明还可以体现在其它的具体形式而不脱离其精神或基本特征。因此，本实施方式的所有方面只被认为是说明性的，而不是限制性的。本发明的范围由所附权利要求而不是由前面的描述表示，因此在权利要求的等同物的含义和范围内的所有更改都包含在其中。

Claims (14)

1.一种产生全向光的照明装置，包括：

多个照明模块，每个照明模块都包括一个散热器，所述散热器有一发光侧和一与发光侧相对的散热侧，所述发光侧包括一个或多个发光元件，所述发光元件安装在所述散热器上，用于产生光，所述散热侧用于散发由所述一个或多个发光元件产生的热量，所述照明模块沿圆周方向安置，所有照明模块的散热器的发光侧朝外，使得能够产生全向光；

一支撑单元，用于提供机械支撑给所述照明模块，所述任一照明模块的散热器的散热侧通过一连接件连接到所述支撑单元，所述连接件被设置以阻止热量从所述散热侧传递到所述支撑单元；

所述支撑单元和所述照明模块被安置和配置，使得通过最低限度地包围所有照明模块而形成的一个空间包括第一极开口、与第一极开口相对的第二极开口、在第一和第二极开口之间的通风通道以及多个侧向开口，流经所述通风通道的空气能够将所述照明模块的散热器的散热侧的至少一部分热量带到所述空间的外面去，其中在第一极开口和第二极开口之间的路径是直通的，使得空气直接流动，空气从所述第一极开口穿过所述通风通道推进到所述第二极开口，从而促进带走至少一部分热量到所述空间的外部，每个所述侧向开口都位于相邻两个所述照明模块之间，还连接到所述通风通道，允许空气通过所述侧向开口以及通过所述第一极开口和所述第二极开口而流入流出所述通风通道，且每个所述侧向开口连接到所述第一极开口和所述第二极开口，使得所述第一极开口、所述第二极开口、和所有侧向开口形成一个单一开口，围住所述空间，因此允许空气无阻地从多个方向流入流出所述通风通道。

2.如权利要求1所述的照明装置，其中至少一个照明模块的散热侧包括突出的散热片，所述散热片被配置以促进将其中的热量传递到流经所述散热片的空气中去。

3.如权利要求2所述的照明装置，其中所述散热片的排列方向全部平行于、或垂直于支撑单元的方向。

4.如权利要求2所述的照明装置，其中大部分所述散热片都涂敷有纳米结构层，所述纳米结构层会使得其上流动的空气产生微湍流，以至更促进热量从所述散热片上传递到周围空气中。

5.如权利要求1所述的照明装置，其中至少一个照明模块的散热侧涂敷有纳米结构层，所述纳米结构层会使得其上流动的空气产生微湍流，以至促进更多热量从所述散热侧传递到周围空气中。

6.如权利要求1所述的照明装置，其中所述任一照明模块的散热器的发光侧还包括一容纳表面，用于容纳所述一个或多个发光元件，其中所述容纳表面包括多个子表面，所述多个子表面以相互不同的方位排列，以便提供一个光照角度，所述光照角度是由所述一个或多个发光元件共同产生的；所述光照角度要宽于所述容纳表面是平坦时而获得的光照角度。

7.如权利要求6所述的照明装置，其中所述子表面被设置使得所述容纳表面是凸形的。

8.如权利要求6所述的照明装置，其中所述子表面被设置使得所述容纳表面是凹形的。

9.如权利要求1所述的照明装置，其中所述连接件是可遥控的和可移动的，使得由任一照明模块的所述一个或多个发光元件产生的整体光的方向是可重构的。

10.一种可用于照明装置内的用于产生全向光的组件，所述组件包括：

多个照明模块，每个照明模块都包括一个散热器，所述散热器有一发光侧和一与发光侧相对的散热侧，所述发光侧包括一容纳表面用于容纳一个或多个发光元件，所述散热侧用于散发由所述一个或多个发光元件产生的热量，所述照明模块沿圆周方向安置，所有照明模块的散热器的发光侧朝外，使得能够产生全向光；

一支撑单元，用于提供机械支撑给所述照明模块，所述任一照明模块的散热器的散热侧通过一连接件连接到所述支撑单元，所述连接件被设置以阻止热量从所述散热侧传递到所述支撑单元；

所述支撑单元和所述照明模块被安置和配置以使通过最低限度地包围所有照明模块而形成的一个空间包括第一极开口、与第一极开口相对的第二极开口、在第一和第二极开口之间的通风通道以及多个侧向开口，流经所述通风通道的空气能够将所述照明模块的散热器的散热侧的至少一部分热量带到所述空间的外面去，其中在第一极开口和第二极开口之间的路径是直通的，使得空气直接流动，空气从所述第一极开口穿过所述通风通道推进到所述第二极开口，从而促进带走至少一部分热量到所述空间的外部，每个所述侧向开口都位于相邻两个所述照明模块之间，还连接到所述通风通道，允许空气通过所述侧向开口以及通过所述第一极开口和所述第二极开口而流入流出所述通风通道，且每个所述侧向开口连接到所述第一极开口和所述第二极开口，使得所述第一极开口、所述第二极开口、和所有侧向开口形成一个单一开口，围住所述空间，因此允许空气无阻地从多个方向流入流出所述通风通道。

11.如权利要求10所述的组件，其中所述容纳表面包括多个子表面，所述多个子表面以相互不同的方位排列，以便提供一个光照角度，所述光照角度是由所述一个或多个发光元件共同产生的；所述光照角度要宽于所述容纳表面是平坦时而获得的光照角度。

12.如权利要求11所述的组件，其中所述子表面被设置使得所述容纳表面是凸形的。

13.如权利要求11所述的组件，其中所述子表面被设置使得所述容纳表面是凹形的。

14.如权利要求10所述的组件，其中所述支撑单元和所有照明模块被预制成一个整体单元。