CN105927914A - 一种led汽车头灯 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及车灯技术领域，尤其是涉及一种LED汽车头灯。包括：均温板、LED‑COB光源、灯泡金属外罩、翅片散热器以及风扇；均温板为“一”字形的平板结构，其内设置真空的蒸发腔和冷凝腔，并设置毛细芯层；LED‑COB光源贴设在蒸发腔的外表面上，至少两个翅片散热器分别贴设在冷凝腔的两侧表面上，风扇设置在翅片散热器的后端；灯泡金属外罩采用镁合金材料；除风扇和底座壳体外，其余部件采用锡银铜环保锡膏高温焊接连接。该LED汽车头灯集成了相变散热、金属散热片热传导散热、风冷散热及辐射散热四种散热技术手段，散热效率高；防震效果好，结构牢固；安装方便，对焦精准，可以完美替换原有灯泡，适用于各种车型。

Description

一种LED汽车头灯
技术领域
本发明涉及车灯技术领域，尤其是涉及一种LED汽车头灯。
背景技术
目前的汽车头灯有卤素灯、氙气灯和LED灯几种。
卤素灯价格较低，但是能耗高、亮度较差、发热量大，而且大多发出黄光，照明度不高，且容易老化。
氙气灯(HID)拥有比卤素灯高三倍的光照强度，耗能却仅为其三分之二；氙气灯采用与日光近乎相同的光色，为驾驶者创造出更佳的视觉条件，并且使用寿命更长久。但是氙气灯价格较高，装配复杂且聚光性较差，而且氙气灯虽然发热量比卤素灯小，但也不算低。
LED灯是新兴绿色照明高科技产业，尤其是LED-COB光源具有绿色环保、亮度高、高效节能特点，而且LED灯作为冷光源，其温度要低很多，延长了使用寿命，在车灯领域已深受各车灯生产厂商和广大车主的青睐。
但是，要获得LED-COB光源器件的稳定高效工作，需要将其工作温度控制在一定的范围之内。研究表明：LED-COB光源温度每上升10℃，其发光效率大约下降3％；如果超过LED-COB光源的温度极限，将会导致失效，甚至造成永久性损坏。
目前的LED-COB光源的散热设计方案是：依靠导热系数较好的材料将LED-COB光源发出的热量尽快地导向基板再导向散热外壳。至于外壳散热部分，一方面采用导热系数好的材料制造形状各异的散热灯壳，通过其周边空气对流实现散热；另一方面，除了传统技术手段，采用特种涂料或薄膜，增强受热外壳的热辐射能力，实现加快降温的目的。但是，以上散热手段的效率较低，不能全天时的保证LED-COB光源的散热效果，仍需改进。
另外，为保证光型要求，通常是将LED-COB光源设置在一块绝缘板上，以对其供电并保证厚度上的对焦要求。但是，绝缘板的导电能力十分有限，散热效果极差。而如果将绝缘板换成金属散热板的话，首先需要在金属板的表面做绝缘处理，同时，金属板需要有一定的厚度才能够保证散热传热效果，这样一来，LED-COB光源与金属板的厚度会较大，无法准确对焦，使光线发散，从而影响整个大灯的光型，影响大灯的正常使用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种LED汽车头灯，具有更好的散热效果和使用稳定性。
本发明提供的LED汽车头灯，包括：均温板、LED-COB光源、灯泡金属外罩、翅片散热器以及风扇；
所述均温板包括中空长板形的蒸发腔以及中空平板形的冷凝腔；所述蒸发腔与冷凝腔相互连通，组成横截面为“一”字形的板状结构，且蒸发腔与冷凝腔均为真空腔室并填充冷却液；所述蒸发腔与冷凝腔的内壁设置毛细芯层；
所述LED-COB光源贴设在所述蒸发腔的外表面上，将热量传递到均温板的蒸发腔内；
所述翅片散热器至少为两个，沿着均温板的轴向贴设在所述冷凝腔的两侧表面上，对均温板的冷凝腔进行冷却；
所述风扇设置在翅片散热器及冷凝腔的后端，将出风吹向翅片散热器的翅片间隙中，加快翅片散热器的冷却；
所述灯泡金属外罩套设在LED-COB光源及均温板外，且灯泡金属外罩采用镁合金材料。
该LED汽车头灯集成了相变散热、金属散热片热传导散热、风冷散热及辐射散热四种散热技术手段，可以及时高效的把LED-COB光源产生的热量散发出去，从而保证LED-COB光源保持在合适的工作温度。
均温板内采用相变散热方式及毛细结构传输的原理：冷却液填充到均温板内，吸纳于毛细芯层中；当蒸发端受热时，冷却液吸热气化，从毛细芯层中溢出，并顺着蒸发腔流动到冷凝腔放热冷凝，液化后被吸入冷凝端的毛细芯层，并通过毛细作用输送到蒸发端的毛细芯层，完成一个散热循环。
“一”字形结构的均温板，更容易与LED-COB光源及其他散热器件安装，且吸热散热效果更好；结构稳定，防震效果好。
镁合金是以镁为基加入其他元素组成的合金。其特点是：密度小(1.8g/cm3左右)，比强度高，比弹性模量大，散热好，消震性好，承受冲击载荷能力大，耐有机物和碱的腐蚀性能好。因此，选用镁合金制备灯泡金属外罩套，具备良好的热辐射散热性能。
进一步的，所述蒸发腔和冷凝腔均为矩形；且所述冷凝腔的厚度及宽度均大于蒸发腔的厚度及宽度。
冷凝腔的横截面尺寸较大、蒸发腔的横截面尺寸较小，可以加快气化的冷却液的流动速度，从而增加散热效率。
进一步的，所述LED-COB光源为两组，分别贴设在蒸发腔的上下两个表面；且所述LED-COB光源与所述蒸发腔的总厚度不超过3mm。
本发明采用“一”字形的均温板结构，兼具安装LED-COB光源及散热的功能，从而可以将其做的很薄，能够满足各款汽车头灯总成的各型号自由曲面的X轴、Y轴、Z轴的精准对焦，并提供良好的光型，以替代原有的卤素大灯或HID大灯。
进一步的，所述翅片散热器为方形结构，由多个水平翅片等间隙排列而成，翅片间隙朝向风扇的方向，可以最大程度的接受风扇的供风；所述翅片散热器的尺寸与冷凝腔的尺寸相等。
进一步的，所述的LED汽车头灯还包括底座外壳；所述底座外壳将风扇及翅片散热器包裹在内，且底座外壳上设有电线接口。
底座外壳的前后两端均开放，后端用于进风，前端用于出风。
进一步的，所述均温板、翅片散热器、底座外壳均采用红铜制备。
LED汽车头灯内的各部件均采用低热阻的红铜材料，可以提高其散热性能。
进一步的，所述风扇及翅片散热器均通过螺钉与底座外壳连接。
进一步的，所述均温板、LED-COB光源、灯泡金属外罩、翅片散热器之间均采用锡银铜环保锡膏高温焊接连接。
该LED汽车头灯除风扇及底座外壳外，其他各部分均采用锡银铜环保锡膏高温焊接连接的方式，其在XYZ各方向的抗震动性能良好，连接强度高，结构牢固，低热阻，散热好。通过汽车震动试验检测发现，该LED汽车头灯的抗震性能明显优于现有其他车灯。
进一步的，所述的LED汽车头灯还包括套装在灯泡金属外罩外部的石英玻璃防护管。
进一步的，所述灯泡金属外罩上设置卡槽、插口及卡板，与各种类型的车灯总成外壳连接。
灯泡金属外罩可以根据需要，采用各种外形和连接结构，能够与各种车型的车灯总成外壳匹配，可以直接替换原来的卤素灯或HID灯，无需更换原有的车灯总成外壳，对焦精准，安装方便，同时降低了成本。
本发明的有益效果为：
该LED汽车头灯集成了相变散热、金属散热片热传导散热、风冷散热及辐射散热四种散热技术手段，散热效率高，散热效果好；整灯在100℃环境下工作，灯泡温度跟环境温度相差在10℃以内，低于二极管PN节节温；
整体结构的防震效果好，结构牢固；
安装方便，对焦精准，能够提供良好的光型，可以完美替换原有的卤素灯或氙气灯，适用于各种车型。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的LED汽车头灯的整体结构示意图；
图2为本发明实施例提供的LED汽车头灯的结构分解示意图；
图3为所述的均温板的横截面剖视图。
附图标记：
1-LED-COB光源； 2-灯泡金属外罩；
3-均温板； 4-翅片散热器；
5-风扇； 6-底座外壳；
7-石英玻璃防护管； 8-顶帽；
9-气相冷却液； 10-液相冷却液；
301-蒸发端； 302-冷凝端；
303-蒸发腔； 304-冷凝腔；
305-毛细芯层； 306-壳体。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
图1为本发明实施例提供的LED汽车头灯的整体结构示意图；图2为本发明实施例提供的LED汽车头灯的结构分解示意图；图3为所述的均温板的横截面剖视图。
如图1和图2所示的LED汽车头灯，主要包括：LED-COB光源1、均温板3、灯泡金属外罩2、翅片散热器4以及风扇5。
均温板3包括长方形的蒸发端301以及方形形的冷凝端302，二者连接在一起组成“一”字形的平板状结构。
LED-COB光源1为两个，分别贴设在均温板3的蒸发端301的两侧表面上，灯泡金属外罩2分为左右两块，套设在LED-COB光源1及均温板3外，两块灯泡金属外罩2的侧缝处相互连接，组合成一个整体。
两个LED-COB光源1与蒸发端301的总厚度不超过3mm。一般根据设计标准，使两个LED-COB光源1与蒸发端301的总厚度等于卤素灯的钨丝长度或HID灯的发光电弧长度即可，例如可以是2mm或1.2mm。从而使该LED汽车头灯在保证散热效果的前提下，能够满足各款汽车头灯总成的各型号自由曲面的X轴、Y轴、Z轴的精准对焦，具备良好的光型。
翅片散热器4为方形结构，由多个平板形翅片等间隙排列组成。翅片散热器4为两个，分别紧贴在均温板3的冷凝端302的两个侧面，使其能够对均温板3的冷凝端302进行散热冷却。
翅片散热器4的走向与均温板3的轴线方向相同，以配合风扇5工作。
风扇5设置在翅片散热器4及冷凝端302的后端，为翅片散热器4供风，以加快翅片散热器4的冷却。风扇5通过螺钉固定在底座外壳6内，且底座外壳6将翅片散热器4完全包裹在内，并通过螺钉固定。
底座外壳6的前端开放，以套装翅片散热器4，后端设置与风扇5尺寸匹配的圆孔，用于供风。底座外壳6上还设置有电线接口。
在灯泡金属外罩2外部还套装有石英玻璃防护管7及顶帽8，起到进一步的保护作用。
均温板3的具体结构如图3所示，包括中空长板形的蒸发端301以及中空方形板的冷凝端302。蒸发端301与冷凝端302并排设置，组成横截面为“一”字形的结构。
蒸发端301的中空腔构成蒸发腔303，冷凝端302的中空腔构成冷凝腔304，且蒸发腔303与冷凝腔304均为真空腔室，两者相互连通。
在蒸发腔303与冷凝腔304内填充冷却液，蒸发腔303与冷凝腔304的内壁全部铺设毛细芯层305，在其外壁设置壳体306。
均温板3内采用相变散热方式及毛细结构传输的原理：冷却液吸纳于毛细芯层305中；当LED-COB光源1发光时，蒸发端301吸收LED-COB光源1散发的热量，使蒸发端301处的毛细芯层305中的冷却液吸热气化，气相冷却液9从毛细芯层305中溢出，顺着蒸发腔303向冷凝腔304方向流动，并在冷凝腔304中放热冷凝液化，液相冷却液10被吸入冷凝端302的毛细芯层305中，再通过毛细芯层的毛细作用向蒸发端301的毛细芯层输送，从而完成一个散热冷却循环。
翅片散热器4从均温板3冷凝端302上吸收热量，通过翅片向外界散热。
风扇5采用空气动力学结构，其出风直接吹入翅片散热器4的各翅片间隙中，可以将其吹出的风全部作用到翅片散热器4及均温板3的冷凝端302，能够进一步加速翅片散热器4及冷凝端302的冷却降温。
灯泡金属外罩2整体采用镁合金材料制备，密度小、比强度高、比弹性模量大、散热好、消震性好、承受冲击载荷能力大、耐有机物和碱的腐蚀性能好。因此，选用镁合金制备灯泡金属外罩套，具备良好的热辐射散热性能，能够将LED-COB光源通过热辐射产生的热量快速的散发出去，降低车灯的温度。
在本发明的优选实施例中，冷凝腔304的横截面尺寸大于蒸发腔303的横截面尺寸。这样的结构，可以在冷凝腔304与蒸发腔303之间形成压差，从而可以加快气相冷却液9的流动速度，增加循环速度和散热效率。
在本发明的优选实施例中，均温板3的壳体306、翅片散热器4及底座外壳6均采用低热阻的红铜材料制备，可以进一步提高其散热性能。
在本发明的优选实施例中，只有风扇5和翅片散热器4是通过螺钉与底座外壳6，其余部分，包括均温板3、LED-COB光源1、灯泡金属外罩2、翅片散热器4之间均采用锡银铜环保锡膏高温焊接连接。
这种连接方式，使整个车灯在XYZ各个方向的抗震动性能均较好，各部分之间的连接强度高，结构牢固，低热阻，散热好。通过汽车震动试验检测发现，该LED汽车头灯的抗震性能明显优于现有其他车灯。
在本发明的优选实施例中，灯泡金属外罩2的外侧根据需要设置各种形状或形式的连接结构，如卡槽、插口及卡板等，使其可以与各种类型的车灯总成外壳连接。从而可以直接替换原来的卤素灯或HID灯，无需更换原有的车灯总成外壳，对焦精准，安装方便，同时降低了成本。
在本发明的优选实施例中，均温板的蒸发腔中，可以用毛细芯层分隔成多条通道，使气相冷却液在各条通道内流动，增加流动速度。同时，如果均温板的蒸发端两侧的相变效率不均衡时，可以通过构成通道的毛细芯层起到调节的作用。
综上所述，本实施例提供的LED汽车头灯集成了相变散热、金属散热片热传导散热、风冷散热及辐射散热四种散热技术手段，可以及时高效的把LED-COB光源产生的热量散发出去，从而保证LED-COB光源保持在合适的工作温度。通过测试可以得知，整灯在100℃环境下工作，灯泡温度跟环境温度相差在10℃以内，低于二极管PN节节温。
整体结构的防震效果好，结构牢固；
“一”字形的均温板结构，兼具安装LED-COB光源及散热的功能，从而可以将其做的很薄，能够满足各款汽车头灯总成的各型号自由曲面的X轴、Y轴、Z轴的精准对焦，并提供良好的光型，以替代原有的卤素大灯或HID大灯。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种LED汽车头灯，其特征在于，包括：均温板、LED-COB光源、灯泡金属外罩、翅片散热器以及风扇；
所述均温板包括中空长板形的蒸发腔以及中空平板形的冷凝腔；所述蒸发腔与冷凝腔相互连通，组成横截面为“一”字形的板状结构，且蒸发腔与冷凝腔均为真空腔室并填充冷却液；所述蒸发腔与冷凝腔的内壁设置毛细芯层；
所述LED-COB光源贴设在所述蒸发腔的外表面上，将热量传递到均温板的蒸发腔内；
所述翅片散热器至少为两个，沿着均温板的轴向贴设在所述冷凝腔的两侧表面上，对均温板的冷凝腔进行冷却；
所述风扇设置在翅片散热器及冷凝腔的后端，加快翅片散热器的冷却；
所述灯泡金属外罩套设在LED-COB光源及均温板外，且灯泡金属外罩采用镁合金材料。
2.根据权利要求1所述的LED汽车头灯，其特征在于，所述蒸发腔和冷凝腔均为矩形；且所述冷凝腔的厚度及宽度均大于蒸发腔的厚度及宽度。
3.根据权利要求1所述的LED汽车头灯，其特征在于，所述LED-COB光源为两组，分别贴设在蒸发腔的上下两个表面；且所述LED-COB光源与所述蒸发腔的总厚度不超过3mm。
4.根据权利要求2所述的LED汽车头灯，其特征在于，所述翅片散热器为方形结构，由多个水平翅片等间隙排列而成；所述翅片散热器的尺寸与冷凝腔的尺寸相等。
5.根据权利要求1所述的LED汽车头灯，其特征在于，还包括底座外壳；所述底座外壳将风扇及翅片散热器包裹在内，且底座外壳上设有电线接口。
6.根据权利要求5所述的LED汽车头灯，其特征在于，所述均温板、翅片散热器、底座外壳均采用红铜制备。
7.根据权利要求6所述的LED汽车头灯，其特征在于，所述风扇及翅片散热器均通过螺钉与底座外壳连接。
8.根据权利要求6所述的LED汽车头灯，其特征在于，所述均温板、LED-COB光源、灯泡金属外罩、翅片散热器之间均采用锡银铜环保锡膏高温焊接连接。
9.根据权利要求1～8任一项所述的LED汽车头灯，其特征在于，还包括套装在灯泡金属外罩外部的石英玻璃防护管。
10.根据权利要求9所述的LED汽车头灯，其特征在于，所述灯泡金属外罩上设置卡槽、插口及卡板，与各种类型的车灯总成外壳连接。
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