CN105264291A - 照明装置中的电子驱动器的空气冷却 - Google Patents

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Abstract

公开了一种包括一个或多个固态光源(192)的照明装置(100)，其提供电子驱动器(190)的空气冷却。驱动器(190)接收能量并且将其提供至(一个或多个)光源。该装置还包括第一(102)和第二(106)壳体。第一壳体(102)至少部分地容纳驱动器(190)，并且包括具有外部(118)和内部(119)的支架(104)，支架(104)向与其连接的第二壳体(106)提供机械支撑。内部(119)包括第一开口(108)。第二壳体(106)是用于装置的散热器。第二壳体(106)具有内部部分(142)和外部部分(140)，内部部分(142)具有与第一开口(108)对应的第二开口(109)，外部部分(140)具有多个外部开口(110，120)。进入外部开口(110，120)的空气能够通过流过第一开口(108)以及对应的第二开口(109)而与第一壳体(102)中的空气混合，其冷却电子驱动器(190)。

Description

照明装置中的电子驱动器的空气冷却
相关申请的交叉引用
本发明申请要求2013年4月21日提交的名称为“ELECTRONICDRIVERANDCOOLINGTHEREOF”的美国临时申请号61/814,330的优先权，其全部内容通过引用结合于此。
技术领域
本发明涉及照明，并且更具体地涉及用于固态光源的电子驱动器。
背景技术
随着照明技术进一步涵盖了固态光源的使用，照明装置必须继续解决由固态光源产生的热量的问题。具有公知的灯形状(例如，A19、PAR20、BR30等等)之一的照明装置通常使用金属翅片散热器以解决热量的问题。其他解决方案涵盖了从使用小型风扇来循环空气到固态光源的液体冷却。其它的解决方案包括固态光源本身。也就是说，随着固态光源变得更加高效，现在它们在产生更少的热量的情况下产生更多的光。
发明内容
在具有标准灯形状的照明装置内处理热量的最普遍的常规技术是金属翅片散热器。然而，这种散热器具有许多不足。例如，典型的模铸金属翅片散热器通过自然对流冷却从一个或多个固态光源并且还可能从其他电子部件耗散热量至本地的周围环境。这些传统的技术使用更大的热质量和表面积以耗散热量并且将部件的温度保持在期望的极限之内。这会造成更高的成本和增加的重量。
本发明的实施例提供一种更加高效的热设计，其与材料的选择以及用于生产散热器的制造工艺结合起来，由于散热器材料的高导热性通过使用气流来耗散热量，导致更低的生产成本和更小的重量，同时提高了热性能。本文公开的实施例提供一种金属板散热器作为热管理系统，其中，金属板散热器由铝片金属制成，例如但不局限于Al1060。这提供了由Al380制成的传统模铸铝散热器的两倍多的导热率(对于Al1060是234W/mk，对于Al380是109w/mk)。金属板散热器大约是一半的重量并且具有更低的制造和加工成本。通过在散热器中提供多个开口以及经由支架提供一个或多个内部开口，其允许空气流入并且流出装置的包括电子驱动器的那部分，实施例更加高效地耗散热量。
在一个实施例中，提供一种照明装置。该照明装置包括：固态光源；用于所述固态光源的电子驱动器，其构造成从电源接收能量并且向所述固态光源提供所述能量；第一壳体，其至少部分地容纳所述电子驱动器并且包括支架，其中，所述支架包括外部和内部，其中，所述内部包括第一开口；以及第二壳体，其连接到所述第一壳体，使得所述第一壳体的支架向所述第二壳体提供机械支撑，其中，所述第二壳体是用于所述照明装置的散热器并且包括内部部分以及外部部分，其中，所述外部部分包括多个外部开口，其中，所述内部部分包括与所述第一壳体的第一开口对应的第二开口，使得进入所述多个外部开口中的外部开口的空气能够通过流过所述第一开口以及对应的第二开口而与所述第一壳体内的空气混合，以便冷却所述电子驱动器。
在一个相关实施例中，所述第一壳体可包括第一支架、第二支架和第三支架，其中，每个支架可包括外部和内部，并且其中，每个支架的每个内部可包括第一开口。在又一个相关实施例中，所述多个外部开口可包括第一组外部开口和第二组外部开口，其中，所述第一组外部开口可位于所述第一支架、所述第二支架和所述第三支架之间。在又一个相关实施例中，所述第二组外部开口可位于所述第二壳体的外部部分的与所述第一组外部开口相对的侧面上。
在另外的又一个相关实施例中，所述第一组外部开口可包括三个外部开口，并且所述三个外部开口的每个可位于所述第一支架、所述第二支架和所述第三支架的其中两个之间。
在又一个进一步相关实施例中，所述第一组外部开口的形状可与所述第二组外部开口类似。在另外的进一步相关实施例中，所述第一组外部开口可包括具有不同形状的至少两个开口。
在另外的相关实施例中，所述第一壳体和所述第二壳体是一体的。在进一步相关实施例中，所述一体的第一壳体和第二壳体由单个材料形成。
在另外的相关实施例中，所述第一壳体可进一步包括多个外部开口。在又一个相关实施例中，所述第一壳体可包括驱动器室和支架，其中，所述支架可被连接到所述驱动器室，其中，所述驱动器室可至少部分地容纳所述电子驱动器，并且其中，所述支架可包括外部和内部，其中，所述支架的外部可从所述驱动器室向外延伸，并且其中，所述支架的内部可包括第一开口，使得空气能够流入和流出所述驱动器室。在又一个相关实施例中，所述驱动器室可包括壁，其中，所述壁可包括第三开口，并且其中，所述第三开口可与所述支架的第一开口对应，使得空气能够经由所述驱动器室的壁中的第三开口流入和流出所述驱动器室。
附图说明
本文公开的上述及其他目的、特征和优点将从如附图所示的本文公开的以下具体实施例的描述而变得明显，在附图中，类似的附图标记遍及几幅不同的附图表示相同的部件。附图不一定是按比例的，相反重点是放在说明本文公开的原理。
图1示出了根据本文公开的实施例的照明装置的透视图。
图2示出了根据本文公开的实施例的照明装置的另一视图。
图3示出了根据本文公开的实施例的照明装置的另一透视图。
图4示出了根据本文公开的实施例的照明装置的剖面图。
图5A和5B示出了在根据本文公开的实施例的照明装置上运行的热模拟的结果。
图6示出了根据本文公开的实施例的照明装置的内部。
图7示出了根据本文公开的实施例的照明装置，其包括在第一壳体上的多个第三开口。
图8示出了根据本文公开的实施例的具有多个支架的照明装置的第一壳体。
具体实施方式
图1示出了照明装置100。虽然在图1中所示的照明装置100具有典型的PAR38灯的形状，实施例并不限制于此，并且可以且确实采取任意已知类型的照明装置的形式，包括但不局限于灯、光引擎、模块等等。照明装置包括第一壳体102和第二壳体106。第二壳体106还充当照明装置100的散热器。如图1所示的第二壳体106包括两个部分，即顶部和底部，然而在其他实施例中，例如在图2中所示，第二壳体106由单件形成。第二壳体106包括外部部分140和内部部分142(未在图1中示出，但在图4和6中示出)。在第二壳体106内，在一些实施例中在内部部分142内，设置有一个或多个固态光源192，例如但不局限于一个或多个发光二极管、一个或多个有机发光二极管、一个或多个聚合物发光二极管、一个或多个有机发光化合物，等等(未在图1中示出，但在图4中示出)。热油脂或者其他散热材料被施加到一个或多个固态光源192和第二壳体106的配合表面，用于将来自一个或多个固态光源192的热量高效地传递并且分散至照明装置100的周围环境。
第一壳体102至少部分地容纳用于一个或多个固态光源192(在图1中未示出，但在图4中示出)的电子驱动器190(在图1中未示出，但在图4中示出)。电子驱动器190构造成从电源(未示出)接收能量并且将该能量提供至(一个或多个)固态光源192。因此，在一些实施例中，电子驱动器190的至少一部分延伸至第二壳体106中。第一壳体102包括至少一个支架104，然而图1的透视图示出了两个支架104。支架104包括外部118和内部119(在图1中未示出，但在图4和8中示出)。支架104的内部119包括第一开口108(在图1中未示出，但在图4、6和8中示出)。第一壳体102和第二壳体106至少经由支架104彼此连接，使得支架104向第二壳体106提供机械支撑。
第二壳体106的外部部分140包括多个外部开口110、120(图4的剖视图中被显示在一起，并且在其它地方被显示为分开)。多个外部开口110、120包括第一组外部开口110(在图1中未示出)以及第二组外部开口120(在图1中示出)。在一些实施例中，第一组外部开口110邻近支架104(见例如图2)，并且第二组外部开口120位于第二壳体106的外部部分140的与第一组外部开口110相对的侧面上(见例如图4)。在具有例如三个支架104a、104b、104c的实施例中，例如在图2中所示，第一组外部开口110位于第一支架104a、第二支架104b和第三支架104c之间。在第一组外部开口110包括三个外部开口110的一些实施例中，例如在图2和3中所示，第一组外部开口110中的三个外部开口的每个位于第一支架104a、第二支架104b和第三支架104c的其中两个之间。以下将更具体地描述关于多个第二开口110、120的尺寸、形状以及数量的更多细节。
第一壳体102还包括第一开口108，并且在一些实施例中包括多个第一开口108(在图1中未示出，但在图4、6和8中示出)。如上所述，第一开口108位于第一壳体102的内部上，更特别地位于支架104的内部119上。相应地，第二壳体106的内部142包括第二开口109，并且在一些实施例中包括多个第二开口109(在1中未示出，但在图4和6中示出)。第二开口109与第一开口108对应，使得当第一壳体102和第二壳体106经由(一个或多个)支架104连接时，第一开口108和第二开口109至少部分地彼此互相重叠。当然，在一些实施例中，第一开口108和第二开口109大体上彼此互相重叠，例如图6所示。第一开口108及其对应的第二开口109允许空气进入第二壳体106中的多个外部开口110、120中的外部开口以通过流过第一开口108及其对应的第二开口109而与位于第一壳体102内的空气混合，以便冷却至少部分地(甚至完全地)位于第一壳体102内的电子驱动器190。
在一些实施例中，第二壳体106被设计成铝1060(Al1060)材料。Al1060的导热率大约为234W/mK。模铸铝合金Al380的导热率大约是108W/mK。由于金属板材料Al1060的高导热性，从热源(例如，固态光源和/或驱动器)到周围环境的热路径是非常高效的；这导致了从热源到周围环境的低热阻率。这有助于将一个或多个固态光源的温度(例如，焊接点和接头温度)保持成更低，其进而有助于增加从那里输出的光通量。而且，由于Al1060的高导热率，耗散热量所需的表面积比具有较低导热率的传统模铸铝合金更小。在一些实施例中，第二壳体106的一些部分的厚度是2毫米和/或大体上2毫米，并且第二壳体106的其他部分的厚度是1.8毫米和/或大体上1.8毫米，当然在一些实施例中也使用其他厚度。这些厚度被选择成以更低的成本给出最佳的性能并且被优化成传导更多的热量至照明装置100的外部，并且因此还有助于通过对流(由于前表面区域的更多利用)和传导耗散更多的热量。
在一些实施例中，第一壳体和第二壳体是一体的，例如图7中所示。在一些这样的实施例中，一体的第一壳体102和第二壳体106由单个材料组成，例如但不局限于金属、热塑性材料等等。
在一些实施例中，例如可以参见图1和2，第一组外部开口110的形状类似于第二组外部开口120。在一些实施例中，第一组外部开口110和第二组外部开口120在数量上是相同的。在一些实施例中，例如可以参见图4的剖视图，第一组外部开口110和第二组外部开口120在数量上是不同的。在一些实施例中，例如图6中所示，第一组外部开口110包括具有不同形状的至少两个开口110a、110b。
如各处所示，第二壳体106的多个外部开口110、120被策略地设置以增加和/或加速空气的运动(更多紊流)并且将更多热量耗散至围绕根据实施例的照明装置的低温环境空气。第二壳体106上的这些外部开口的尺寸、形状和位置被优化以帮助增加空气运动，其进而将有助于通过对流将更多热量耗散至周围空气。在一些实施例中，第二组外部开口120中的至少一些开口各自被成形为例如类似等腰三角形，每个顶点是圆的，然而在一些实施例中，仅仅非等腰顶点是圆的，并且在一些实施例中，仅仅等腰顶点是圆的。在一些实施例中，顶点中的仅一个是圆的。在一些实施例中，顶点中的仅两个是圆的。在一些实施例中，第二组外部开口120被布置为特定的图案，例如但不局限于特定二维形状的图案，例如但不局限于圆形图案、卵形图案以及多边形图案，等等。在一些实施例中，第二组外部开口120被以相同的方式布置(例如，每个开口的非等腰顶点指向外，每个开口的非等腰顶点指向内，每个开口的非等腰顶点指向左或右，等等)。在一些实施例中，第二组外部开口120被不同地设置(例如，第一、第三、第五等开口的非等腰顶点指向外，并且第二、第四、第六等开口的非等腰顶点指向内，等等)。在一些实施例中，第二组外部开口120被成形为不同于等腰三角形的二维形状，例如但不局限于卵形、跑道形、椭圆形等等，并且在一些实施例中，使用不同形状和/或其不同取向的组合。
图4示出了与图1-3的照明装置100类似的照明装置的截面400。截面400示出了第一壳体102、第二壳体106以及在其间的支架104。第一壳体102至少部分地包括电子驱动器190。支架104的内部119包括第一开口108，第二壳体106中具有对应的第二开口109。第二壳体106包括多个外部开口110、120，其允许空气从照明装置的外部运动到第二壳体106的内部部分142。支架104中的第一开口108以及对应的第二开口109还允许空气在第一壳体102和第二壳体106之内以及之间运动。更特别地，在图4中示出了不同的箭头，其至少部分地表示空气流入、流出照明装置400以及在照明装置400周围流动。低温环境空气由指向第二组外部开口120的粗箭头410表示。在照明装置内和周围的低温空气由细箭头420表示。在照明装置内和周围的较热空气由弯曲的箭头430表示。因此，随着空气与第二壳体106的壁相互作用，其通过对流吸取热量，并且较热空气至少经由第二组外部开口110离开照明装置。当然，图4中所示的箭头410、420和430仅仅是便于解释，并且不是用来表示根据本文描述的实施例的照明装置内和周围的空气流的完整说明。
图5A和5B示出了来自热模拟的结果500A和500B。结果500A示出了根据本文公开的实施例的照明装置的截面内的气流分布。根据本文公开的实施例的照明装置的截面上的热梯度由结果500B表示。从图5A和5B中的模拟结果500A和500B可以看出，当空气进入照明装置时，经由对流从表面吸取热量。由于形成照明装置的材料的导热率是优良的，所以热阻率较低，其造成了较低的温度差。这也有助于经由热辐射从照明装置吸取更多的热量。
图6示出了图1-4所示照明装置100和400的部分600，其中，照明装置的上部被除去并且第二壳体106的内部部分142与第一壳体102的一部分一起被示出，特别是，每个支架104a、104b、104c的内部119通过每个第一开口108和对应的第二开口109的每一个是可见的。第一开口108和对应的第二开口109允许空气从第一壳体102内部分别循环穿过第二壳体106中的第一组外部开口110a、110b、110c和第二组外部开口120(图6中未示出)，以及允许进入照明装置的空气进入第一壳体102。空气穿过第一开口108和对应的第二开口109沿着第一壳体102的支架进入第一壳体102。空气运动有助于降低电子驱动器190(图6未示出)及其部件上的温度，这有助于提高装置的可靠性和寿命。保持电子驱动器190及其部件的温度降低还有助于提高其性能。除了提供空气路径之外，第一壳体102的支架104还机械地支撑第二壳体106，如上面所讨论的。
虽然遍及附图以及在其描述中涉及三个支架并且因此涉及第一壳体中的三个第一开口以及第二壳体中的对应的三个第二开口，当然实施例可以且确实使用任意数量的支架、第一开口和对应的第二开口。在一些实施例中，不是每个支架都具有第一开口。在一些实施例中，第二壳体中的第二组外部开口不全位于支架的其中两个之间。
图7示出了具有第一壳体702和第二壳体706的照明装置700。第一壳体702包括多个支架704，其包括多个第一开口(未示出)。第二壳体706包括多个外部开口710，多个外部开口710中的一些位于多个支架704的其中一些之间。第二壳体706还包括与第一开口对应的多个第二开口(未示出)，如各处所描述的。第一壳体702至少部分地包括驱动器(未示出)和多个第三开口750。虽然图7示出了在第一壳体702的区域中的多个第三开口750，该区域与第一壳体702经由多个支架704连接到第二壳体706的位置相对，实施例不限制于此，并且因此多个第三开口750可以并且在一些实施例中是位于第一壳体702上的任何地方。第一壳体702中的多个第三开口750有助于进一步降低驱动器和/或其部件的温度，这有助于提高照明装置700的寿命和可靠性以及驱动器的性能。随着低温环境空气从照明装置700的顶部上的多个外部开口(图7中未示出)穿过照明装置700移动至多个外部开口710，空气经由对流从驱动器和/或其部件去除热量，如上所述，并且较热空气通过第一壳体702上的多个第三开口750以及其它开口逸出。
图8示出了第一壳体102a。在图8中，第一壳体包括第一支架104a、第二支架104b和第三支架104c，每个支架1-104a、104b、104c包括外部118和内部119，并且每个内部119包括第一开口108。第一壳体102a还包括驱动器室103。每个支架104a、104b、104c连接到驱动器室103，使得空气能够经由第一开口108流入和流出驱动器室103。驱动器室103至少部分地包括电子驱动器190(部分地在图8中示出)。每个支架104a、104b、104c从驱动器室103向外延伸。驱动器室103包括壁105。壁105具有至少一个第三开口105a，其与支架104c的第一开口108对应，使得空气能够经由驱动器室103的壁105中的第三开口105c经由支架104c流入和流出驱动器室103。
虽然实施例已经被描述为具有包括金属板的第二壳体，当然，可以在一些实施例中使用一种或多种其他材料(金属、非金属及其组合)，只要该材料能够具有开口，支持空气流动并且充当热管理系统，如各处所述，当然一种或多种其他材料的实际性能可以不同于第二壳体由金属板制成的实施例的性能。
除非另有说明，所使用的措辞“大体上”可以解释为包括精确的关系、状态、布置、取向和/或其他特性，以及如本领域技术人员所理解的其偏差，在这样的偏差不会实质上影响所公开的方法和系统的程度上。
遍及本公开的全部内容，用于修饰名词的冠词“一个”和/或“一”和/或“该”可被理解成是为了方便而使用的，并且包括一个、或多于一个所修饰的名词，除非以另外方式地特别地指出。术语“包含”，“包括”以及“具有”意图是非排斥的并且意味着可能有所列元件之外的额外元件。
通过附图所描述和/或描绘的元件、部件、模块和/或其部分与另外的物件联系、相关联和/或基于另外的物件，可被理解成以直接和/或间接的方式如此联系、相关联和/或基于，除非本文以另外方式规定。
尽管已经相对于其特定实施例描述了方法和系统，但它们不限制于此。显然，根据上述教导许多修改和变化可变得明显。本领域技术人员可以对本文描述和图示的部件的细节、材料和布置进行许多额外的改变。

Claims (12)

1.一种照明装置，包括：
固态光源；
用于所述固态光源的电子驱动器，其构造成从电源接收能量并且向所述固态光源提供所述能量；
第一壳体，其至少部分地容纳所述电子驱动器并且包括支架，其中，所述支架包括外部和内部，其中，所述内部包括第一开口；以及
第二壳体，其连接到所述第一壳体，使得所述第一壳体的支架向所述第二壳体提供机械支撑，其中，所述第二壳体是用于所述照明装置的散热器并且包括内部部分以及外部部分，其中，所述外部部分包括多个外部开口，其中，所述内部部分包括与所述第一壳体的第一开口对应的第二开口，使得进入所述多个外部开口中的外部开口的空气能够通过流过所述第一开口以及对应的第二开口而与所述第一壳体内的空气混合，以便冷却所述电子驱动器。
2.如权利要求1所述的照明装置，其中，所述第一壳体包括第一支架、第二支架和第三支架，其中，每个支架包括外部和内部，并且其中，每个支架的每个内部包括第一开口。
3.如权利要求2所述的照明装置，其中，所述多个外部开口包括第一组外部开口和第二组外部开口，其中，所述第一组外部开口位于所述第一支架、所述第二支架和所述第三支架之间。
4.如权利要求3所述的照明装置，其中，所述第二组外部开口位于所述第二壳体的外部部分的与所述第一组外部开口相对的侧面上。
5.如权利要求3所述的照明装置，其中，所述第一组外部开口包括三个外部开口，并且其中，所述三个外部开口的每个位于所述第一支架、所述第二支架和所述第三支架的其中两个之间。
6.如权利要求3所述的照明装置，其中，所述第一组外部开口的形状与所述第二组外部开口类似。
7.如权利要求3所述的照明装置，其中，所述第一组外部开口包括具有不同形状的至少两个开口。
8.如权利要求1所述的照明装置，其中，所述第一壳体和所述第二壳体是一体的。
9.如权利要求8所述的照明装置，其中，所述一体的第一壳体和第二壳体由单个材料形成。
10.如权利要求1所述的照明装置，其中，所述第一壳体进一步包括多个外部开口。
11.如权利要求1所述的照明装置，其中，所述第一壳体包括驱动器室和支架，其中，支架被连接到所述驱动器室，其中，所述驱动器室至少部分地容纳所述电子驱动器，并且其中，所述支架包括外部和内部，其中，所述支架的外部从所述驱动器室向外延伸，并且其中，所述支架的内部包括第一开口，使得空气能够流入和流出所述驱动器室。
12.如权利要求11所述的照明装置，其中，所述驱动器室包括壁，其中，所述壁包括第三开口，并且其中，所述第三开口与所述支架的第一开口对应，使得空气能够经由所述驱动器室的壁中的第三开口流入和流出所述驱动器室。
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