CN106523942A - 带有集成的电气和基座触点的热沉 - Google Patents

带有集成的电气和基座触点的热沉 Download PDF

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Abstract

本发明涉及带有集成的电气和基座触点的热沉。具体而言，一种热沉具有用于与发光二极管(LED)光源一起使用的集成的电气和基座触点。在一些实施例中，用于LED灯的热沉组件包括具有第一壁部分和第一电气触点的第一金属热沉部件以及具有第二壁部分和第二、分离的触点部分的第二金属热沉部件。非导电热沉壳体配置成容纳第一热沉部件的第一壁部分和第二热沉部件的第二壁部分，使得在促进到电源的火线和零线的连接的方式下，第一电气触点从非导电热沉壳体延伸且第二触点部分从塑料壳体延伸。

Description

带有集成的电气和基座触点的热沉
技术领域
本公开大体涉及具有集成的电气和基座触点的热沉。在一些实施例中，两个包覆成型的冲压件形成适用于与发光二极管(LED)灯泡一起使用的导电和导热的热沉。
背景技术
发光二极管(LEDs)在照明器材中越来越多地使用，且因此是照明工业的非常重要的部件。LED照明提供优于白炽照明和荧光照明两者的优点。例如，LED照明相比白炽灯泡更节能，且LED照明没有荧光灯泡的低温使用和水银问题。此外，LEDs的小尺寸允许以白炽和荧光照明不能封装的方式形成灯泡封装。
LEDs产生热量，这增加LED照明装置的温度，且这种热量如果不适当地耗散可降低LEDs的性能和寿命。因此，完全商业化LED照明装置的一个挑战是提供以有成本效益的方式充分地移除由LEDs生成的热量的热管理系统。传导、对流和辐射是传热的三种手段，且因此一些制造商将热沉附连到LED照明装置，以便减少有害的热量的影响。热沉通过离开LEDs的能量的对流和辐射而提供用于从照明装置的LEDs移除能量的手段。
变得更小、更轻且更紧凑的LED照明装置中的热量管理是不断增大的挑战。传统地，用于耗散能量的热沉由诸如铝或铜的金属制成，其可被加工、铸造和/或挤压。此外，在特定LED照明装置中使用的热沉必须配置成使得不让提供到LED照明装置的驱动器电路的信号和/或功率短路。
图1A和图1B示出常规A19形状因数LED灯泡100，其包括一个或多个LED光源和相关联的电子驱动器部件(在图1B中示出)。LED灯泡100包括连接到热沉部分104的扩散器102和连接到塑料壳体172(在图1B中示出)的基座106。基座106配置成配合到标准家用电气插座中，且包括零线连接器108和火线触点或末梢110。
图1B是图1A的常规A19形状因数LED灯泡100的分解视图150。如图所示，金属芯印刷电路板(MCPCB)152定位在热沉104和扩散器102之间。MCPCB包含位于MCPCB的外侧边缘附近的多个LED光源153A-153N以及位于MCPCB的中间部分附近的四个LED光源153O-153R以用于产生光输出。反射器154示为经由两个自攻螺钉156和158定位以用于连接到MCPCB 152。包括各种电子部件162以及导线164、166、168和170的驱动器板160配置成配合在塑料驱动器壳体172内。如图所示，壳体172定形和/或配置成配合在热沉104内，且还设计为保护导线164、166、168和170免于与热沉104电气短路。如上文中所述，基座106配置成配合到壳体172的端部上，且包括零线连接器108和火线触点或末梢110。
再次参考图1B，在A19 LED灯泡的组装期间，导线164、166、168和170典型地首先附连到驱动器板160且然后如图所示定位用于进一步的组装。驱动器板160然后插入到壳体172中，且零线170弯曲到槽口173内用于连接到基座106的零线部分108。此外，线路导线168定位成用于连接到基座106的末梢110。基座106然后在火线接触下连接到塑料壳体172，且基座然后桩固至壳体。在该过程期间，必须小心确保线路导线168处于用于附连到火线触点或末梢110的正确位置。此外，在进一步的组装期间，导线164和166必须以某种方式定位使得连接到MCPCB 152以提供功率到LED光源，而不通过到热沉104的接触引起电气短路。
上文中所述的许多导线处理操作使得难以自动化LED灯组装过程，且还可导致失效。例如，连接失效可出现在基座(或驱动器)和一些或全部导线之间，且基座可不正确地和/或不适当地配合到驱动器壳体，从而引起基座扭转失效。因此，将期望从LED灯组装过程简化导线连接，或者消除这种导线连接，同时仍然提供足够的热量损耗特性。
发明内容
所提出的是用于提供用于LED灯的热沉组件的器具和方法。在实施例中，第一金属热沉部件包括第一壁部分和第一电气触点，且第二金属热沉部件包括第二壁部分和第二、分离的触点部分。还包括非导电热沉壳体，其配置成容纳第一金属热沉部件的第一壁部分和第二金属热沉部件的第二壁部分。在该实施例中，第一电气触点从非导电热沉壳体延伸且第二触点部分从塑料壳体延伸，这便于到电源的火线和零线的连接。
在另一有利的实施例中，LED灯组件包括LED光源、可操作地连接到LED光源的LED驱动器板，以及与LED光源热连通且与LED驱动器板电气连通的热沉组件。在这种实现方式中，热沉组件包括：具有第一壁部分和第一电气触点的第一金属热沉部件，包括第二壁部分和第二、分离的触点部分的第二金属热沉部件，以及热沉壳体。热沉壳体包括至少一个电气绝缘部分，其配置成容纳第一金属热沉部件的第一壁部分和第二金属热沉部件的第二壁部分，使得第一金属热沉部件的第一电气触点与基座触点电气接触，且第二金属热沉部件的第二、分离的触点部分与基座零线触点电气接触。
另一有利的实施例涉及用于组装LED灯的方法。特别地，该过程包括将具有第一电气触点的第一金属热沉部件插入到非导电壳体中，将具有第二、分离的触点的第二金属热沉部件插入到非导电壳体中，以及将LED驱动器板插入到第一金属热沉部件和第二金属热沉部件之间的开口中，使得LED驱动器板的火线触点接触第一金属热沉部件的第一电气触点，且LED驱动器板的零线触点接触第二金属热沉部件的第二、分离的触点。最后，该方法包括将包括至少一个LED光源的印刷电路板(PCB)电气连接到LED驱动器板。
技术方案1. 一种用于LED灯的热沉组件，包括：
第一金属热沉部件，其包括第一壁部分和第一电气触点；
第二金属热沉部件，其包括第二壁部分和第二、分离的触点部分；以及
非导电热沉壳体，其配置成容纳所述第一金属热沉部件的第一壁部分和所述第二金属热沉部件的第二壁部分，使得在促进到电源的火线和零线的连接的方式下，所述第一电气触点从所述非导电热沉壳体延伸且所述第二触点部分从塑料壳体延伸。
技术方案2. 根据技术方案1所述的热沉，其中，火线触点包括交流(AC)火线触点或直流(DC)触点中的一种。
技术方案3. 根据技术方案1所述的热沉组件，其中，所述非导电热沉壳体还包括分隔件部分，其配置成将所述第一金属热沉部件与所述第二金属热沉部件电气隔离。
技术方案4. 根据技术方案1所述的热沉组件，其中，所述非导电热沉壳体由塑料材料组成。
技术方案5. 一种LED灯组件，包括：
LED光源；
可操作地连接到所述LED光源的LED驱动器板；以及
热沉组件，其与所述LED光源热连通且与所述LED驱动器板电气连通，其中，所述热沉组件包括：
第一金属热沉部件，其包括第一壁部分和第一电气触点；
第二金属热沉部件，其包括第二壁部分和第二、分离的触点部分；以及
包括至少一个电气绝缘部分的热沉壳体，其配置成容纳所述第一金属热沉部件的第一壁部分和所述第二金属热沉部件的第二壁部分，使得所述第一金属热沉部件的第一电气触点与基座触点电气接触，且所述第二金属热沉部件的第二、分离的触点部分与基座零线触点电气接触。
技术方案6. 根据技术方案5所述的LED灯组件，其中，所述LED灯组件还包括扩散器部件，其粘附到所述热沉壳体且围绕所述LED光源。
技术方案7. 根据技术方案5所述的LED灯组件，其中，所述LED灯组件还包括反射器，其可操作成引导来自所述LED光源的光。
技术方案8. 根据技术方案5所述的LED灯组件，其中，所述LED灯组件还包括灌注材料，其将所述LED驱动器板的部件热连接到所述第一金属热沉部件和第二金属热沉部件。
技术方案9. 一种LED灯组件，包括：
LED光源和LED驱动器组件；以及
热沉组件，其与LED光源和LED驱动器板组件热连通，且与所述LED驱动器板电气连通，其中，所述热沉组件包括：
第一金属热沉部件，其包括第一壁部分和第一电气触点；
第二金属热沉部件，其包括第二壁部分和第二、分离的触点部分；以及
包括至少一个电气绝缘部分的热沉壳体，其配置成容纳所述第一金属热沉部件的第一壁部分和所述第二金属热沉部件的第二壁部分，使得所述第一金属热沉部件的第一电气触点与基座触点电气接触，且所述第二金属热沉部件的第二、分离的触点部分与基座零线触点电气接触。
技术方案10. 根据技术方案9所述的LED灯组件，其中，所述LED灯组件还包括扩散器部件，其粘附到所述热沉壳体且围绕所述LED光源和LED驱动器组件。
技术方案11. 根据技术方案9所述的LED灯组件，其中，所述LED灯组件还包括反射器，其可操作成引导来自所述LED光源的光。
技术方案12. 根据技术方案9所述的LED灯组件，其中，所述LED灯组件还包括灌注材料，其将所述LED灯和LED驱动器板组件的部件热连接到所述第一金属热沉部件和第二金属热沉部件。
技术方案13. 根据技术方案9所述的LED灯组件，其中，所述LED灯组件还包括壳体，其在所述第一金属热沉部件和所述第二金属热沉部件上包覆成型。
技术方案14. 一种用于组装LED灯的方法，包括：
将具有第一电气触点的第一金属热沉部件插入到非导电壳体中；
将具有第二、分离的触点的第二金属热沉部件插入到所述非导电壳体中；
将LED驱动器板插入到所述第一金属热沉部件和第二金属热沉部件之间的开口中，使得所述LED驱动器板的火线触点接触所述第一金属热沉部件的第一电气触点且所述LED驱动器板的零线触点接触所述第二金属热沉部件的第二、分离的触点；以及
将包括至少一个LED光源的印刷电路板(PCB)电气连接到所述LED驱动器板。
技术方案15. 根据技术方案14所述的方法，其中，所述方法还包括将反射器连接到所述PCB以包围和朝外反射来自所述至少一个LED光源的光。
技术方案16. 根据技术方案14所述的方法，其中，所述方法还包括将扩散器粘附到所述非导电壳体的边沿以覆盖所述至少一个LED光源。
技术方案17. 根据技术方案14所述的方法，其中，所述方法还包括：
在插入所述LED驱动器板之后，
将灌注材料以足够的量沉积到所述LED驱动器板的部件与所述第一金属热沉部件和第二金属热沉部件之间的内部体积内，以确保来自各种电气部件的热量被热携带到所述第一金属热沉部件和第二金属热沉部件的至少一些部分以耗散热量。
技术方案18. 一种用于组装LED灯的方法，包括：
将具有第一电气触点的第一金属热沉部件插入到非导电壳体中；
将具有第二、分离的触点的第二金属热沉部件插入到所述非导电壳体中；以及
将LED灯和LED驱动器印刷电路板(PCB)组件插入到所述第一金属热沉部件和第二金属热沉部件之间的开口中，使得所述LED灯和LED驱动器PCB组件的火线触点接触所述第一金属热沉部件的第一电气触点且所述LED灯和LED驱动器PCB组件的零线触点接触所述第二金属热沉部件的第二、分离的触点。
技术方案19. 根据技术方案18所述的方法，其中，所述方法还包括将反射器连接到所述LED灯和LED驱动器PCB以包围和朝外反射来自至少一个LED光源的光。
技术方案20. 根据技术方案18所述的方法，其中，所述方法还包括将扩散器粘附到所述非导电壳体的边沿以覆盖所述LED灯和LED驱动器PCB的至少一个LED光源。
技术方案21. 根据技术方案18所述的方法，其中，所述方法还包括，在插入所述LED灯和LED驱动器PCB之后，将灌注材料以足够的量沉积到所述LED灯和LED驱动器PCB的部件与所述第一金属热沉部件和第二金属热沉部件之间的内部体积中，以确保来自各种电气部件的热量被热携带到所述第一金属热沉部件和第二金属热沉部件的至少一些部分以耗散热量。
附图说明
一些实施例的特征和优点以及其中实现其的方式将参考结合附图的以下详细描述而变得更容易显而易见，附图示出示例性实施例(其不一定按照比例绘制)，在附图中：
图1A示出具有一个或多个LED光源的常规A19形状因数LED灯泡；
图1B是图1A的常规A19形状因数LED灯泡100的分解视图；
图2A是LED灯组件的实施例的剖面侧视图，其包括根据本公开的新颖方面的集成热沉组件；
图2B是图2A中示出的集成热沉组件的分解视图；以及
图2C是LED灯组件的分解视图，其包括分离的驱动器和根据本公开的新颖方面的集成热沉组件。
具体实施方式
本文中所述的实施例涉及LED照明装置，且尤其涉及提供新颖热沉组件，其有利地简化LED灯的组装。本文中所述的器具和过程的一些实施例还使得容易自动化LED灯组装。
相应地，在一些实施例中，用于LED灯的集成热沉组件包括具有第一壁部分(其可弯曲)和交流(AC)火线触点的第一金属热沉部件。第二金属热沉部件包括第二壁部分(其也可弯曲)和AC零线触点部分。此外，在实施例中，提供塑料热沉壳体，其配置成接纳第一金属热沉部件的弯曲的第一壁部分和第二金属热沉部件的弯曲的第二壁部分。塑料热沉壳体包括远端中的孔口以适应第一金属热沉部件的AC火线触点，且还具有下侧部分中的开口以适应第二金属热沉部件的AC零线触点部分。在一些实现方式中，塑料壳体包括一个或多个分隔件，以将第一金属热沉部件与第二金属热沉部件电气隔离。
图2A是LED灯组件200的实施例的剖面侧视图，其包括根据本文中公开的新颖方面带有基座触点和电气连接的集成热沉。特别地，A线路(A-line)LED灯示为包括扩散器202、连接到印刷电路板(PCB)206(其可为包括(多个)LED光源(未示出)的金属芯印刷电路板(MCPCB))的反射器204，以及热沉组件部分208(其将在下文中详细解释)。在这种实现方式中，所有驱动器部件在PCB 206上，且金属热沉部分经由紧固件、突片或其他电气连接方法将交流(AC)直接输送到LED板和驱动器组合，其中，在LED灯的操作期间，驱动器部件将AC转换成DC。此外，紧固件207和209将PCB 206机械地连接到热沉组件部分208，且还起作用成将反射器204锚固到PCB 206。应当理解，LED灯组件200可形成为许多其他形状和/或大小，且因此图2A中示出的各种部件的位置和/或类型可在其他实施例中不同。
图2B是由图2A图示的热沉组件208的分解视图。在一些实施例中，热沉组件208包括第一金属部件210、第二金属部件212和塑料壳体部件214。第一金属部件210和第二金属部件212可由两个冲压件(其可镀镍，或者可具有其他镀层)组成，其可包覆成型以形成导电和导热的热沉。如图所示，第一金属部件210和第二金属部件212可配置成用于在组装期间插入到塑料壳体部件214中。在一些实施例中，第一金属部件210包括交流(AC)火线触点216，其配置成在组装期间配合穿过塑料壳体部件214的底部中的孔口218。此外，第二金属部件212包括AC零线连接器220，其配置成在组装期间配合穿过塑料壳体部件214的开口222。在一些实施例中，塑料壳体部件214可由“V-0”定级的热塑性材料制成，其中，标号V-0涉及由Underwriters LaboratoriesTM发布的“用于装置中的部件的塑料材料的易燃性的安全标准”。V-0标号意味着当材料在垂直位置中关于易燃性进行测试时，其能够在点火源移除之后的十秒内自熄灭。
再次参考图2B，塑料壳体部件214还可包括内部分隔件部分224A和224B。分隔件部分设计为在金属部件插入其中时将第一金属部件210与第二金属部件212分离。因此，在LED灯200通电时，分隔件部分224A和224B将金属部件210和212彼此电气隔离。
图2C是LED灯组件的分解视图250，其包括根据本文中公开的新颖方面的集成的热沉组件208和分离的驱动器230。如图所示，热沉组件208包括第一金属部件210和第二金属部件212，其已经插入到塑料壳体部件214中。第一金属部件210和第二金属部件212通过分隔件部分224A和224B分离，以便与彼此电气隔离。此外，第一金属部件210的交流(AC)火线触点216已经插入穿过塑料壳体部件214的底部中的孔口，且第二金属部件212的AC零线连接器220已经插入穿过塑料壳体部件214的开口。分离的驱动器板230配置成用于直接地连接到热沉组件，且包括促进灌注材料侧对侧流动的第一开孔232、第二开孔234和第三开孔235。分离的驱动器板230经由连接器238、240和236连接到LED PCB板206，且起作用以在LED灯操作时将交流(AC)转换成直流(DC)。利用这种分离的驱动器板配置是有利的，因为更多空间可用于驱动器部件，其可放置在驱动器板230的两侧上。此外，驱动器部件可远离LEDPCB板206定位。然而，相比于带有集成的驱动器和LED PCB板的组件，这种组件可能更难以制造，且因此可增加制造成本。
在类似于图2C中示出的那样的分离的驱动板配置中，LED驱动器板230包括LED驱动器电路(未示出)，且在一些实施例中配置和确定大小成简单地朝下插入(沿着箭头“A”的方向)以接触对准脊部(例如，图2A中示出的弯曲矩形突片233)或热沉组件208内的其他特征，以便火线连接器232接触第一金属部件210的一部分(未示出)，且零线连接器234接触第二金属部件212的一部分(未示出)。LED驱动器板230可由复合环氧树脂材料(CEM)或者FR-4制成，复合环氧树脂材料(CEM)是典型地具有编织玻璃织物表面和与环氧合成树脂组合的非编织玻璃芯(其为典型地在印刷电路板中使用的材料)，FR-4为由带有抗火焰的环氧树脂粘结剂的编织玻璃纤维布组成的复合材料。存在不同类型的CEMs，且在一些实施例中，LED驱动器板230由CEM-3组成，其颜色是白色的且阻燃。
再次参考图2C，还绘出扩散器202、反射器204和金属芯印刷电路板(MCPCB)206，MCPCB 206包括(多个)LED光源且可包含驱动器电路。在一些实施例中，MCPCB 206包括槽口(未示出)，其配置成适应LED驱动器板230的突片236，以便突片236可在组装期间由第一表面安装技术(SMT)连接器238和第二SMT连接器240接合。还示出四个螺纹连接紧固件242、244、246和248(诸如金属螺钉)，以用于将MCPCB 206热连接到热沉组件208的第一金属部件210和第二金属部件212(但是可使用较多或较少的紧固件)。在一些实施例中，带螺纹的紧固件(或者其他连接特征，诸如卡扣连接器特征)还将MCPCB 206直接地连接到AC线路连接以及连接到AC零线连接。相应地，在一些实施例中，可利用带螺纹的紧固件或螺钉(或者其他类型的紧固件)来将MCPCB热和机械地连接到热沉，且还可用于将反射器204固定到PCB206。
如通过图2A到图2C所示，根据所描述的新颖方面的LED灯泡的组装避免了必须将导线附连到驱动器板，且避免了必须在组装期间定位那些导线使得一根导线配合到零线槽口中而另一导线定位得连接到基座。此外，相比于现有技术LED灯泡组装工艺，不需要将基座放置在壳体上，或者不需要将末梢按压成与基座的底部火线接触，或者将基座桩固到壳体。
在一些实施例中，在LED驱动器板230已经插入到热沉组件208中之后，导热硅酮灌注材料304被沉积到其中以填充LED驱动器板230的电子部件和热沉的金属部件210和212之间的空间或空隙。还应当注意到，在一些其他实施例中，灌注材料304可以以某种方式沉积，使得仅部分地填充热沉组件208的内部体积，但是沉积足够的量，以确保来自各种电气部件的热量被热携带到热沉的金属部件的至少一些部分来充分地耗散热量以防止过热。
本文中所述的热沉组件实施例的技术优点包括容易组装、增加可靠性，以及对于一些实现方式，增加自动化组装的机会。根据本文中所述的新颖方面的热沉组件提供用于LED灯的充分的热耗散特性，且可在多种不同的和/或相异的应用中利用，例如，提供用于不同的应用的具有不同的大小的LED灯泡，其相比常规LED灯泡更容易且因此更便宜地制造。此外，所公开的热沉组件可修改和/或改变且用于与具有其他类型的电气连接器的LED灯一起使用，诸如除了具有螺纹基座的不同类型的LED灯(例如，E12型LED灯和E26型LED灯)，还有具有卡口安装或双销连接器的GU24 LED灯。此外，本文中所述的热沉组件可修改以适应直接地连接到DC源的LED灯(且因此不需要驱动器电路将AC转换成DC)。此外，本文中所述的热沉组件可修改以适应连接到其他类型的能量源(诸如高频AC源)的LED灯(但是这种特定示例将需要驱动器电路)。
应当理解，上述描述和/或附图不意图暗示用于在本文中引用的任意过程的固定顺序或次序；相反，任意过程可以以可实行的任意顺序执行，包括但不限于连续指出的步骤的同时执行。
尽管已经结合特定示例性实施例描述了本发明，但是应当理解，在不脱离如在所附权利要求中陈述的本发明的精神和范围的情况下，可对公开的实施例做出对本领域技术人员显而易见的各种改变、替换和变更。

Claims (10)

1.一种用于LED灯的热沉组件，包括：
第一金属热沉部件，其包括第一壁部分和第一电气触点；
第二金属热沉部件，其包括第二壁部分和第二、分离的触点部分；以及
非导电热沉壳体，其配置成容纳所述第一金属热沉部件的第一壁部分和所述第二金属热沉部件的第二壁部分，使得在促进到电源的火线和零线的连接的方式下，所述第一电气触点从所述非导电热沉壳体延伸且所述第二触点部分从塑料壳体延伸。
2.根据权利要求1所述的热沉，其特征在于，火线触点包括交流(AC)火线触点或直流(DC)触点中的一种。
3.根据权利要求1所述的热沉组件，其特征在于，所述非导电热沉壳体还包括分隔件部分，其配置成将所述第一金属热沉部件与所述第二金属热沉部件电气隔离。
4.根据权利要求1所述的热沉组件，其特征在于，所述非导电热沉壳体由塑料材料组成。
5.一种LED灯组件，包括：
LED光源；
可操作地连接到所述LED光源的LED驱动器板；以及
热沉组件，其与所述LED光源热连通且与所述LED驱动器板电气连通，其中，所述热沉组件包括：
第一金属热沉部件，其包括第一壁部分和第一电气触点；
第二金属热沉部件，其包括第二壁部分和第二、分离的触点部分；以及
包括至少一个电气绝缘部分的热沉壳体，其配置成容纳所述第一金属热沉部件的第一壁部分和所述第二金属热沉部件的第二壁部分，使得所述第一金属热沉部件的第一电气触点与基座触点电气接触，且所述第二金属热沉部件的第二、分离的触点部分与基座零线触点电气接触。
6.根据权利要求5所述的LED灯组件，其特征在于，所述LED灯组件还包括扩散器部件，其粘附到所述热沉壳体且围绕所述LED光源。
7.根据权利要求5所述的LED灯组件，其特征在于，所述LED灯组件还包括反射器，其可操作成引导来自所述LED光源的光。
8.根据权利要求5所述的LED灯组件，其特征在于，所述LED灯组件还包括灌注材料，其将所述LED驱动器板的部件热连接到所述第一金属热沉部件和第二金属热沉部件。
9. 一种LED灯组件，包括：
LED光源和LED驱动器组件；以及
热沉组件，其与LED光源和LED驱动器板组件热连通，且与所述LED驱动器板电气连通，其中，所述热沉组件包括：
第一金属热沉部件，其包括第一壁部分和第一电气触点；
第二金属热沉部件，其包括第二壁部分和第二、分离的触点部分；以及
包括至少一个电气绝缘部分的热沉壳体，其配置成容纳所述第一金属热沉部件的第一壁部分和所述第二金属热沉部件的第二壁部分，使得所述第一金属热沉部件的第一电气触点与基座触点电气接触，且所述第二金属热沉部件的第二、分离的触点部分与基座零线触点电气接触。
10.根据权利要求9所述的LED灯组件，其特征在于，所述LED灯组件还包括扩散器部件，其粘附到所述热沉壳体且围绕所述LED光源和LED驱动器组件。
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