CN105308389A - 照明装置和灯具 - Google Patents

Abstract

公开了一种照明装置(1)，其包括外壳(80)、空气入口(22)和空气出口(24)；在所述外壳内在所述空气入口和所述空气出口之间延伸的支撑结构(30)，所述支撑结构(30)包括载有至少一个固态照明元件(10)的区段(32)；从所述空气入口到所述空气出口的导管(20)，使得所述导管沿着所述支撑结构延伸；和风扇(40)，其被安装在所述导管内，其中所述风扇更靠近所述空气入口，而不是所述空气出口定位。还公开了包括这种照明装置的灯具。

Description

照明装置和灯具

技术领域

本发明涉及一种照明装置，其包括至少一个固态照明(SSL)元件以及用于冷却所述至少一个SSL元件的冷却风扇。

本发明还涉及一种包括这样的照明装置的灯具。

背景技术

在许多照明应用中，固态照明(SSL)正迅速成为标准。这是因为SSL元件，诸如发光二极管(LED)，与传统的替代品，诸如白炽灯和荧光灯照明装置，例如电灯泡相比，显示出优异的寿命和能量消耗。

但是，为了提高客户满意度并增加市场占有率，仍然存在需要克服的困难。举例来说，基于SSL的装置通常被认为相对于传统替代品产生不太美观的光。此外，由SSL基照明装置产生的光的变化可能是不能令人满意的。这样的变化，例如可能会发生在装置的SSL元件的热管理不足时，使得SSL元件的工作温度可能会发生变化，从而可以改变由SSL元件产生的色点，因为色点通常是SSL元件的工作温度的函数。

在设计高功率SSL基照明装置，例如大功率LED灯时，这样的热管理挑战尤为普遍。通常，由于需要放置散热器的有限容积，例如在标准尺寸灯泡的内部容积内，用于消散由一个或多个SSL元件产生的热量的散热器的按比例增加是不足或几乎不可能的。

这已经看到照明装置的出现，其包括其中一个或多个SSL元件，其中冷却风扇被集成在照明装置的设计中，以迫使空气通过SSL元件，从而降低在照明装置的设计中对散热器的散热的要求。

包括这种冷却风扇的照明装置的一个例子在EP2597352A1中被公开，其中LED光源包括含有LED基板的第一外壳，含有LED控制部的第二外壳，以及彼此连接第一外壳和第二外壳的连接构件。LED光源还包括设置在第一外壳和第二外壳之间风扇机构，在第一外壳内围绕风扇机构设置的散热翅片和空气通路，该空气通路的一端开口被形成在第二外壳内面向风扇机构的空气入口侧的位置，并且另一开口形成在不同于第二外壳的相对表面的表面上。

然而，在LED元件(或其他SSL元件)的直接附近的这样的风扇的设置不是没有问题的。由SSL元件产生的热量可以减少风扇和照明装置作为一个整体的寿命。为了避免这种情况，风扇的容量可以被增加，但是这通常也增加了风扇的噪声水平，其从消费者满意点方面看是不可接受的。

此外，在本LED光源中空气入口和出口的位置很不理想，特别是当光源被安装在封闭的灯具内时，其中灯具壁紧挨空气入口和出口的附近可能会严重限制空气流，这可能会导致光源的冷却不足。

US2006/193139A1，DE102007043961A1，US2009/323361A1，US2003/038291A1和US2012/032588A1分别公开了在照明装置中的风扇配置。

发明内容

本发明试图提供一种照明装置，其中这些问题中的至少一些已得到解决。

本发明进一步试图提供一种包括这样的照明装置的灯具。

根据一个方面，提供了一种照明装置，包括外壳、空气入口和空气出口；在所述外壳内的支撑结构，所述支撑结构在所述空气入口和所述空气出口之间延伸，所述支撑结构包括载有至少一个固态发光元件的区段；从所述空气入口到所述空气出口的导管，使得所述导管在支撑结构之上延伸；和安装在所述导管内的风扇，其中风扇比空气出口更靠近空气入口，并且其中该支撑结构具有从空气入口延伸到所述区段的第一倾斜表面部分，和从所述区段延伸到空气出口的第二倾斜表面部分，其中，风扇被安装在第一倾斜表面部分上，使得风扇相对于所述区段倾斜。

风扇以这样的倾斜取向放置提高了照明装置的内部空间的利用率。这样的倾斜取向中风扇的直径可以被最大化，这有利于在降低的噪音水平增加的空气流的产生。此外，已经发现，通过这样的倾斜支撑结构的设置和风扇在倾斜表面部分上的放置，灰尘在导管中的积聚被降低，从而进一步提高了照明装置的寿命。

通过远离其上安装有至少一个SSL元件的载体的区段移动风扇，风扇和至少一个SSL元件之间的热耦合减少。与其中风扇被安装在SSL元件的紧邻附近，例如这样的元件的正上方或者下方的现有技术结构相比，这允许使用更小的风扇，在现有技术的情况下风扇本身可能如前所述变得过热。

照明装置可以具有延伸穿过所述区段的中心轴线，其中，风扇被远离所述中心轴线安装。

在一个实施例中，空气入口和空气出口位于照明装置的同一表面上。

所述表面可以进一步包括从空气出口分离空气入口的光出射窗，其中所述至少一个固态发光元件被所述区段承载，使得至少一个固态发光元件位于支撑结构和光出射窗之间。本实施例有效地提供了从支撑结构的一侧到相对侧的导管，使得支撑结构的全长可以通过由风扇强制流过支撑结构的空气流冷却。此外，这种布置可有利地被用在封闭灯具内，因为空气入口和空气出口被靠近光出射窗定位，并因此被留下暴露于这样的封闭灯具，例如轨道灯具内。

支撑结构可以是有助于至少一个SSL元件冷却的散热器。

在一个实施例中，所述区段包括承载至少一个固态发光元件的第一表面和与该第一表面相对的第二表面，所述第二表面载有多个延伸到导管中的翅片，其中风扇被设置在空气入口和多个翅片之间。这进一步改善至少一个SSL元件的散热，因为翅片增加了散热器的有效表面积，并且风扇保持与散热翅片热解耦。

多个翅片可沿着空气出口延伸，以优化这些翅片的表面积。

散热器还可以包括一对空气引导构件，所述一对空气引导构件位于所述导管的至少一部分的相对两侧，以限定导管并确保空气流被强制通过由翅片限定的通道。

支撑结构可包括围绕所述区段的圆形倾斜表面，所述圆形倾斜表面包括第一倾斜表面部分和第二倾斜表面部分。例如，支撑结构可以具有截头圆锥形状。

在一个实施例中，照明装置还包括驱动电路和用于冷却所述驱动电路的另一散热器，其中所述另一散热器与所述区段相对定位，并通过所述导管与所述区段分离。这具有的优点是，单根导管为至少一个SSL元件和驱动电路两者提供有效的冷却，同时不会使风扇过热。

至少一个固态照明元件优选是发光二极管，诸如有机或无机LED。

照明装置可以是灯泡，诸如MR16、Par30、Par38、BR30、BR40、GU10或AR111型灯泡等。任何合适类型或大小的灯泡都可以被考虑。

按照另一方面，提供了一种灯具，其包括根据本发明的实施例的照明装置。灯具例如可以是轨道灯具。这样的灯具得益于根据本发明的实施例的照明装置的包括，这是因为照明装置在被安装在灯具内的同时仍可被有效冷却。这改善了灯具的客户满意度，因为客户将不会由于灯具限制通过照明装置的空气流，被灯具内照明装置的相对频繁故障所困扰。

附图说明

参照附图，本发明的实施例被更详细并通过非限制性示例进行说明，其中：

图1示意性地描绘了根据本发明的一个实施例的照明装置的横截面；

图2示意性地描绘了根据本发明的一个实施例的照明装置的表面；

图3示意性地描绘了根据本发明的一个实施例的照明装置的一个方面的俯视图；

图4示意性地描绘了图3中所示的方面的横截面；

图5示意性地描绘了图3中所示的方面的透视图；

图6示意性地描绘了根据本发明的一个实施例的照明装置的另一方面的透视图；

图7示意性地描绘了图6中所示的照明装置的方面的另一透视图；

图8示意性地描绘了根据本发明的一个实施例的照明装置的分解图；

图9示意性地描绘了通过根据本发明的一个实施例的照明装置的横截面的气流的模拟结果；

图10示意性地描绘了通过根据本发明的一个实施例的照明装置的另一横截面的气流的模拟结果；以及

图11示意性地描绘了根据本发明的一个实施例的灯具的横截面。

具体实施方式

但是应当理解的是，附图仅是示意性的并且未按比例绘制。还应当理解，在整个附图中相同的附图标记用于来表示相同或相似的部件。

图1示意性地描绘了根据一个实施例的照明装置1的横截面。照明装置1可以例如是灯泡或任何其他合适的照明装置。照明装置1包括其上安装有一个或多个SSL元件10的支撑结构30，使得一个或多个SSL元件10的发光输出被引向照明装置1的光出射窗12。一个或多个SSL元件10例如可以是LED，例如无机或有机LED。虽然没有具体示出，照明装置1可进一步或可替代地包括一个或多个反射元件，用于将一个或多个SSL元件10的发光输出朝向光出射窗12重新定向。

光出射窗12通常是照明装置1的透明或半透明部分，并且可以由任何合适的材料制成，所述材料例如是玻璃，或足够透明的聚合物，诸如光学级聚碳酸酯或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。虽然没有具体示出，光出射窗可另外或可替代地包括一个或多个光学元件，例如漫射器、透镜或微透镜阵列等。

在一个实施例中，支撑结构30包括其上安装有一个或多个SSL元件10的中央部分32以及第一倾斜部分34和第二倾斜部分34'，使得中央部分位于第一倾斜部分34和第二倾斜部分34'之间。支撑结构30可以与光出射窗12相配合以限定空腔，至少一个SSL元件10位于所述空腔中。

支撑结构30还限定了导管20的包括空气入口22和空气出口24的一部分。在一个实施例中，导管20可以由照明装置1的外壳80的部分进一步限定。外壳80可由任何合适的材料制成，所述材料例如是玻璃或合适的聚合物材料。如图2所示，空气入口22和空气出口24可位于照明装置1的相同表面2内，其优选是还包括光出射窗12的表面，使得空气入口22和空气出口24即使在被安装在灯具内时，也将总被露出，如将在下文中更加详细地解释的。如图2所示，空气入口22和空气出口24可以被成形为包括多个狭缝，使得大的物体无法进入导管20。这例如防止了照明装置1的用户意外将手指或另一大物体卡入空气入口22或空气出口24。

风扇40被放置在导管20内，以迫使空气从空气入口22流到空气出口24。风扇40被安装使得其更靠近空气入口22，而不是空气出口24定位。为此，风扇40可例如远离照明装置1的中心轴线100安装。在一个实施例中，风扇40被放置在支撑结构30的中央部分32和空气入口22之间。通过避免将风扇40放置在中央部分32上，避免了风扇40和至少一个SSL元件10之间的大的热耦合。在一个实施例中，风扇40被安装在第一倾斜部分34上，使得风扇40相对于支撑结构30的中央部分32倾斜或被倾侧。这种结构特别适于减少通过照明装置1的灰尘吸入，从而提高照明装置1的寿命。

通过风扇40产生的空气流率CFM可以使用以下公式来计算：

Q＝c_pmΔT＝c_p×CFM×ρ×ΔT，使得CFM＝Q/(c_p×ρ×ΔT)

在该公式中，Q是空气的散热功率，C_p是空气的定压比热；ρ是空气密度，而ΔT为进入空气入口22的空气和离开空气出口24的空气之间的温度差。因此，风扇40可以基于由至少一个SSL元件10和它的驱动电路产生的热量来确定尺寸。在本实施例中，导管20还可以由用于消散驱动电路的热量的另一散热器60部分地限定，这将在下文中更加详细地说明。

在一个实施例中，至少支撑结构30的中央部分32限定用于至少一个SSL元件10的散热器。图3示意性地描绘了顶视图，图4示意性地描绘了横截面，并且图5示意性地描绘了这样的散热器布置的非限制性示例的透视图。在本实施例中，支撑结构30包括多个翅片36，当被组装在照明装置1内时，其位于导管20的内部。风扇40及其保持器42位于翅片36和空气入口22之间，其中风扇40优选地相对于其上安装有翅片36的平面倾斜，如在图4中最清楚可辨认的。

翅片36可以至少部分地沿着空气出口24延伸。这不仅增加了至少一个SSL元件10的散热器的有效表面积，而且此外有助于有效引导空气流朝向空气出口24通过导管20。支撑结构30还可以包括在翅片的相对两侧上的一对空气引导构件38。空气引导构件38可以迫使入射空气通过翅片36，以确保翅片36与空气流之间的有效热传递。空气引导构件38可从空气入口22延伸至空气出口24，并可限定空气导管20的侧壁。

支撑结构30可以由任何合适的导热材料制成，所述导热材料例如是导热金属，诸如铝。

在一个实施例中，照明装置1可以包括用于至少一个SSL元件10的驱动电路的单独散热器60。这样的另外的散热器60的非限制性示例实施例部示于图6和图7，图6示意性地描绘了另外的散热器60的顶视图，图7示意性地描绘了另外的散热器60的底视图。当被组装在照明装置1中时，另外的散热器60的底部面向导管20。另外的散热器60例如可以是杯状或帽子状，使得其包含面向导管20的空腔64。空腔64可以容纳多个另外的翅片66，以增加另外的散热器60的有效表面积，并促进由驱动电路产生的热量到流过导管20的空气的热传递。这是特别有利的，如果支撑结构30包括多个翅片36，使得照明装置1可被组装，而无需使翅片36与导管中的另外的翅片66对准，因为翅片36和另外的翅片66在空间上没有重叠。

另外的散热器60可以包括轮缘62，用于将另外的散热器60热耦合到驱动电路。另外的散热器60可以由任何合适的导热材料制成，所述导热材料例如是导热金属，诸如铝。

图8示意性示出了根据本发明的实施例的照明装置1的分解图。特别值得注意的是空气入口22和空气出口24在支撑结构30中的存在，其进一步被设置成在其中央部分32接收光出射窗12和至少一个SSL元件10。至少一个SSL元件10可以例如进一步包括印刷电路板或载有任何适当数目的LED的另一合适载体。

在组装时，光出射窗12、空气入口22和空气出口24都面向同一方向，使得在灯具内装配照明装置1时，光出射窗12、空气入口22和空气出口24面对灯具的开口，使得灯具不会限制通过空气入口22和空气入口24的空气流，这将在以后更加详细地说明。应当注意的是，为了避免疑问，空气入口22和空气出口24仅通过非限制性示例的方式被包括在至少一个SSL元件10的支撑结构30，如散热器中。例如，在照明装置1的单独外壳内包括空气入口22和空气出口24同样可行。

包括风扇40的风扇保持器42被安装在支撑结构30上。如之前所解释的，包括风扇40的风扇保持器42优选安装成相对于支撑结构30的中央部分32成一个角度，例如，倾斜或被倾侧。风扇40被安装成使得它更接近空气入口22，而不是空气出口24。驱动电路50也可被安装在支撑结构30上，并热耦合到另外的散热器60。照明装置10可以使用任何其它合适的组件，诸如例如壳体70来完成。

关于这一方面，需要强调的是，在照明装置1内的导管20可具有任何合适的形状，尽管优选的是空气入口22和空气出口24毗邻光出射窗12定位，使得当照明装置被装配在其一个或多个壁上没有开口的灯具内时，空气入口22和空气出口24不会被阻塞，如前所述。

图9(顶视图)和图10(横截面)描绘了当被放置在如图11所示的封闭灯具200内时，通过照明装置1的导管20的空气流模拟结果。图9和10中的箭头表示流过导管20的空气的速度矢量。如前所述，导管20从空气入口22延伸至空气出口24，并且由支撑结构30限定，所述支撑结构30充当用于至少一个SSL元件10的散热器，面向光出射窗12、外壳80和用于至少一个SSL元件10的驱动电路的另外的散热器60。支撑结构30还包括翅片36和空气引导构件38，其中风扇40被安装在支撑结构30的倾斜表面上位于空气入口22和翅片36之间。

空气入口22和空气出口24毗邻光出射窗12的定位，使得空气入口22、空气出口24和光出射窗12位于照明装置1的同一表面或面内，确保当照明装置1被装配在灯具200内时，通过导管20的空气循环不受阻碍，如由图9和10中的速度矢量所示。在图11中的箭头表示进出照明装置1的空气的流动轨迹。这些箭头也清楚地表明，空气入口22和空气出口24没有被灯具200阻碍。灯具200可以例如是轨道灯具，例如用于装配于轨道系统的聚光灯(未示出)。

在一些实施例中，导管20可以具有非恒定的横截面，如例如从图10和图11中显而易见的，其中导管20连接到空气入口22的入口段和导管20连接到空气出口24的出口段分别具有比导管20的中间段更小的横截面，所述中间段由在一侧的入口段和在另一侧的出口段限定。例如，在图10和图11中，该中间段是由外壳80的垂直段、另外的散热器60和至少一个SSL元件10划界的。此外，中间段可具有倾斜形状，例如因为另外的散热器60不沿着外壳80的上段的整个宽度延伸，如图10和图11所示。在一个具体有利的实施例中，风扇40以倾斜的方式被安装在导管20的中间段。如果中间段具有倾斜形状，则风扇40优选地以倾斜的方式被安装在倾斜中间段的具有最大横截面的部分。这具有的优点是，以这样的倾斜取向，风扇40的直径可以被最大化，这有利于在降低的噪音水平下，增大的空气流的产生。这减少了由于与照明装置1的运行有关联的可感知的不可接受的噪音水平导致的用户不满的风险，较高的空气流也提高了照明装置1的冷却效率，因此提高了照明装置1的寿命。

此外，风扇40在导管20的较大中间段内以这种倾斜取向的放置，提高了照明装置1的内部空间的利用率，例如在照明装置1内的导管20的倾斜中间段的较大角部，如图10和图11所示。应当注意的是，上述实施例说明而非限制本发明，并且本领域技术人员将能够设计许多替代实施例而不脱离所附权利要求的范围。在权利要求中，置于括号之间的任何附图标记不应被解释为限制该权利要求。词语“包括”不排除在权利要求中所列出的以外的元件或步骤的存在。在元件之前的单词“一个(a)”或“一个(an)”不排除多个这种元件的存在。本发明可以通过包括若干不同元件的硬件来实现。在列举了若干装置的装置权利要求中，若干这些装置可以由一个以及相同的硬件项目来体现。某些措施在相互不同的从属权利要求中被列举的单纯事实并不表示这些措施的组合不能被利用。

Claims (14)

1.一种照明装置(1)，包括：

外壳(80)；

空气入口(22)和空气出口(24)；

支撑结构(30)，所述支撑结构在所述外壳内在所述空气入口和所述空气出口之间延伸，所述支撑结构包括载有至少一个固态照明元件(10)的区段(32)；

导管(20)，所述导管从所述空气入口到所述空气出口使得所述导管在所述支撑结构之上延伸；以及

安装在所述导管内的风扇(40)，其中所述风扇更靠近所述空气入口，而不是所述空气出口定位；

其中，所述支撑结构(30)具有从所述空气入口(22)延伸到所述区段(32)的第一倾斜表面部分(34)和从所述区段延伸到所述空气出口(24)的第二倾斜表面部分(34')，其中所述风扇(40)被安装在所述第一倾斜表面部分上，使得所述风扇相对于所述区段倾斜。

2.根据权利要求1所述的照明装置(1)，所述照明装置具有延伸穿过所述区段(32)的中心轴线(100)，其中所述风扇(40)远离所述中心轴线被安装。

3.根据权利要求1或2所述的照明装置(1)，其中所述空气入口(22)和所述空气出口(24)位于所述照明装置的同一表面(2)内。

4.根据权利要求3所述的照明装置(1)，其中所述表面(2)还包括将所述空气入口(22)与所述空气出口(24)分隔的光出射窗(12)，并且其中所述至少一个固态照明元件(10)由所述区段(32)承载，使得所述至少一个固态照明元件位于所述支撑结构(30)和所述光出射窗之间。

5.根据权利要求1至4中的任一项所述的照明装置(1)，其中所述支撑结构(30)是散热器。

6.根据权利要求5所述的照明装置(1)，其中所述区段(32)包括承载所述至少一个固态照明元件(10)的第一表面和与所述第一表面相对的第二表面，所述第二表面承载多个翅片(36)，所述多个翅片延伸到所述导管(20)中，其中所述风扇(40)被设置在所述空气入口(22)和所述多个翅片之间。

7.根据权利要求6所述照明装置(1)，其中所述多个翅片(36)沿着所述空气出口(24)延伸。

8.根据权利要求5至7中的任一项所述的照明装置(1)，其中所述散热器包括在所述导管(20)的至少一部分的相对两侧上的一对空气引导构件(38)。

9.根据权利要求1至8中的任一项所述的照明装置(1)，其中所述支撑结构(30)包括围绕所述区段(32)的圆形倾斜表面，所述圆形倾斜表面包括所述第一倾斜表面部分(34)和所述第二倾斜表面部分(34')。

10.根据权利要求1至9中的任一项所述的照明装置(1)，还包括驱动电路(50)和用于冷却所述驱动电路的另外的散热器(60)，其中所述另外的散热器与所述区段(32)相对定位，并通过所述导管(20)与所述区段分隔。

11.根据权利要求1至10中的任一项所述的照明装置(1)，其中所述固态照明元件(10)是发光二极管。

12.根据权利要求1至11中的任一项所述的照明装置(1)，其中照明装置是灯泡。

13.一种灯具(200)，包括根据权利要求1至12中的任一项所述的照明装置(1)。

14.根据权利要求13所述的灯具(200)，其中灯具是轨道灯具。