CN107314257B - 无需金属散热器的led灯丝灯及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种无需金属散热器的LED灯丝灯及其工作方法，所述LED灯丝灯包括LED灯丝、灯头；承载件，所述承载件承载所述LED灯丝，所述承载件呈筒状，两端开口，并采用非金属材料；保护罩，所述保护罩固定在所述LED灯丝的外侧，并透过所述LED灯丝的出射光；风扇，所述风扇被设置在承载件的一端，将气体送入所述承载件的内部，把LED灯丝工作时产生的热从所述承载件的内部排出。本发明具有散热好、发光效率高、成本低、无金属散热器、重量轻等优点，可制成几千至几万lm的大功率LED灯丝灯，用于替换金卤灯、钠灯、高压汞灯、荧光节能灯和用于道路照明等。

Description

无需金属散热器的LED灯丝灯及其工作方法

技术领域

本发明涉及LED灯，特别涉及一种高光通量主动散热的无需金属散热器的LED灯丝灯及其工作方法。

背景技术

现有技术的LED灯丝灯主要用于制造几十到2000Lm中小功率灯，还难于制成几千至几万Lm的大功率高光通量灯。

现有技术的高光通量大功率LED灯、例如10KLm级灯，都是用大功率LED芯片直接或经过一个MPCB(金属基电路板)粘贴在一个带有散热鳍片的金属散热器上，LED工作时产生的热经散热鳍片发散到空气中；由于灯功率大、产生的热量大，所需要的金属散热器很大很重，致使整灯重量大、体积大、成本高。

现有技术的另一类高光通量LED灯是金属散热器加电风扇，风扇加速金属散热器的散热鳍片之间的空气流动、以加速散热，可缩小整灯的体积和重量；此风扇强制空气流散热的效果远优于单纯带鳍片的金属散热器；现有技术的某些散热器的鳍片密度很高、鳍片面积很大，看起来散热面积很大，散热效果应该很好，但实际上，如果鳍片之间的气体不流动，由于静止气体是良绝热体，因此对散热有实际贡献的仅仅只有散热器外围的一圈，其内部的散热鳍片形同虚设；若加一风扇，使鳍片之间的空气流动，其散热效果将明显提高；目前已经有这类产品在销售；但对风扇、用户一般会担心它的噪音和寿命问题，实际上，扁平小散热风扇随着平板电脑等移动设备的CPU的散热需要的发展，噪音和寿命等问题都已经有很好的改进。

这二类现有技术的高光通量LED灯都需要带有鳍片的金属散热器，散热器鳍片暴露在空气中，长期使用、鳍片表面会聚积尘埃油气等污染层，降低鳍片的散热效果，影响LED灯的使用寿命，特别是在道路照明等室外场合。

这二类现有技术的高光通量LED灯可替换现有的金卤灯、钠灯等，其优点是具有更长的使用寿命、更高的显色指数和更高的发光效率，开灯和关灯后可即刻启动、无需等待约10分钟后启动，可用于厂房、大卖场、大厅、广场、道路等照明。

这二类现有技术的高光通量LED灯已经被用于道路照明，制成路灯、庭院灯等；但用于都需要笨重的金属散热器，难于规范化、一厂一个样，维修更换不能像钠灯那样、灯泡坏了可在现场更换灯泡即可；同时，目前这类LED灯的成本太高、重量太大、实际使用寿命不够理想，推广缓慢。

此外，现有这二类高光通量LED灯都是用大功率LED芯片粘贴在金属散热器上制成，LED芯片的出光立体角都小于2π，LED灯也不能全方位4π出光，灯的发光效率一般都小于100Lm/W。

发明内容

为了解决上述现有技术方案中的不足，本发明提供了一种散热效果好、成本低、发光效率高的无需金属散热器的LED灯丝灯。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种无需金属散热器的LED灯丝灯，所述LED灯丝灯包括LED灯丝、灯头；所述LED灯丝灯进一步包括：

承载件，所述承载件承载所述LED灯丝，所述承载件呈筒状，两端开口，并采用非金属材料；

保护罩，所述保护罩固定在所述LED灯丝的外侧，并透过所述LED灯丝的出射光；

风扇，所述风扇将气体送入所述承载件的内部，把LED灯丝工作时产生的热从所述承载件的内部排出。

本发明的目的还在于提供了一种根据上述无需金属散热器的LED灯丝灯的工作方法，该发明目的是通过以下技术方案得以实现的：

根据上述的无金属散热器的LED灯丝灯的工作方法，所述工作方法包括以下步骤：

(A1)固定在承载件上的LED灯丝发光，出射光穿过所述保护罩；

(A2)所述LED灯丝产生的热量传导至所述承载件；

(A3)风扇将气体送入筒状承载件的内部，被所述承载件加热后的气体排出承载件，从而带走所述热量。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：

1.散热效果好。

风扇将气体送入筒状承载件内，从而将由LED灯丝传导至承载件(整个承载件的表面均是LED灯丝的散热面)的热量带走，并排出承载件；同时，气体还吹扫承载件的外壁，从而带走LED灯丝产生的热量，散热效果好；还有，气体对流和传导的无源散热，散热效果更好，可制成几千至几万Lm的高光通量LED灯丝灯，替换金卤灯、钠灯、高压汞灯、大功率荧光节能灯等，用于厂房、大卖场、大厅、广场、道路等照明；

2.发光效率高。

LED灯丝以及LED灯丝灯均为4π出光，LED芯片发出的光几乎都可无阻挡地出射，LED的外量子效率高，灯丝灯的发光效率高，其效率比现有技术2π出光的LED灯高30％以上；

3.结构简单、成本低。

无需笨重的金属散热器，灯具的重量轻、成本低；主动散热的风扇与灯丝串联，并和稳压管并联，无需用变压器单独供电，所述稳压管的电压可小于风扇额定电压，噪音小、使用寿命长、效率高。

附图说明

参照附图，本发明的公开内容将变得更易理解。本领域技术人员容易理解的是：这些附图仅仅用于举例说明本发明的技术方案，而并非意在对本发明的保护范围构成限制。图中：

图1为本发明实施例的LED灯丝灯的结构示意图；

图2为本发明的实施例的LED灯丝灯的电路示意图。

具体实施方式

图1-2和以下说明描述了本发明的可选实施方式以教导本领域技术人员如何实施和再现本发明。为了教导本发明技术方案，已简化或省略了一些常规方面。本领域技术人员应该理解源自这些实施方式的变型或替换将在本发明的范围内。本领域技术人员应该理解下述特征能够以各种方式组合以形成本发明的多个变型。由此，本发明并不局限于下述可选实施方式，而仅由权利要求和它们的等同物限定。

实施例1：

图1示意性地给出了本发明实施例的无需金属散热器的LED灯丝灯的结构简图，如图1所示，所述LED灯丝灯包括：

LED灯丝2，所述LED灯丝是2π或4π出光，具体结构和工作方式是本领域的现有技术，在此不再赘述；所述LED灯丝2经连接线12相互串联、并联或串并联；

承载件1，所述承载件呈筒状，二端开口，并采用非金属材料，如采用高导热率的玻璃、陶瓷和塑料等，可为透明、乳白、磨砂、不透明或有色的，其形状可为圆管、灯泡形状或其它形状；所述LED灯丝固定在所述承载件的内壁或外壁；

风扇3，所述风扇设置在所述承载件的一端，如承载件的底端；

气流导向器7，所述气流导向器设置在承载件内，且处于气流方向上风扇的下游；所述气流导向器的中央封闭，临着气流导向器的周向设有围绕气流导向器中心设置的导向片，所述导向片相对所述气流导向器的端面倾斜设置，相邻导向片之间具有缝隙；在风扇作用下，穿过气流导向器的气流沿着所述承载件内壁的切向流动，且螺旋向上，从而使得气体与承载件内壁的接触时间更长，相应地，热交换时间更长，气体带走的热量更多；

保护罩4，所述保护罩4环绕并包围所述LED灯丝和承载件，保护所述LED灯丝以抵挡外界冲击；所述保护罩的顶部有通孔5，作为气体出口；保护罩的近风扇一端有至少一个通孔6以作为气体进口，其形状如扁长矩形、椭圆形，防止飞蛾等昆虫进入；所述保护罩4和承载件1的顶端8相互接触固定，之间具有缝隙9以流过气体；所述保护罩由玻璃、塑料或陶瓷等能透过LED出射光的材料制成，可为透明、乳白、磨砂、有色或有花纹的，其形状可为金卤灯、钠灯、白炽灯等形状或按需要设计形状；

驱动器10，如图2所示，所述驱动器经连接线16通过电连接器11连接外电源17，并驱动所述风扇和LED灯丝；LED灯丝的二端的电极引出线13的一端直接连接驱动器10的输出，另一端经过风扇3再连接驱动器10的输出；所述风扇3与LED灯丝2串联、同时并联稳压管18，也可再并联电容19，以保证其工作稳定，所述稳压管18的电压可低于风扇3的额定电压，例如低30％以内，以保证风扇3低噪音和有可与LED寿命匹配的长寿命。

本发明实施例的根据上述无需金属散热器的LED灯丝灯的工作方法，所述工作方法包括以下步骤：

(A1)固定在承载件上的LED灯丝发光，出射光穿过所述保护罩；

(A2)所述LED灯丝产生的热量传导至所述承载件，整个承载件的表面作为LED灯丝的散热面；

(A3)在风扇作用下，外界空气从气体进口进入保护罩内，之后进入两端开口的筒状承载件的内部，并在气流导向器的作用下，沿着承载件的内壁螺旋向上，通过吹扫承载件的内壁而吸收承载件的热量，排出承载件的空气的部分从气体出口排出保护罩，另一部分从承载件和保护罩之间的缝隙穿过，并吹扫LED灯丝以及承载件的外壁，从而带走热量并通过保护罩传导到外界。

根据实施例1达到的益处在于：所述风扇3与LED灯丝2串联，风扇的工作电压仅5--12V，其工作电压可由与风扇3并联的稳压管18调节并设定，以保证风扇的低噪音和长寿命；风扇3的工作电压仅为灯丝2电压的百分之几，消耗的功率很小，并无需用变压器单独给风扇供电，整灯效率高。LED灯丝产生的热量传导至承载件上，外界进入保护罩内的空气流入承载件内，通过传导和对流带走所述热量，并部分地排到外界，部分从承载件和保护罩之间的缝隙进入承载件外侧和保护罩之间的空间内，带走LED灯丝和承载件外壁的热量，并通过保护罩散热到外界，这部分空气最后返回到承载件内；通过各种传导、对流等方式将LED灯丝产生的热量及时地带出保护罩内，从而无需金属散热器，提高了整灯的光通量。

实施例2：

本发明实施例的无需金属散热器的LED灯丝灯，与实施例1不同的是：

1.如图1所示，若保护罩4采用玻璃或陶瓷等硬质材料时，则保护罩4和电连接器11之间设有连接件15，通孔6设置在连接件和/或保护罩上；所述连接件由塑料、陶瓷或金属制成。

2.承载件底端与保护罩之间也具有缝隙，使得承载件顶端的缝隙、LED灯丝和底端的缝隙共线。从顶端的缝隙进入的气体吹扫LED灯丝，之后再穿过底端的缝隙返回到承载件的内部，通过约束气体流向而进一步地提高了散热效果。

实施例3：

本发明实施例的无需金属散热器的LED灯丝灯，与实施例1不同的是：

1.保护罩上不再设置通孔，使得保护罩内形成封闭的空间；

2.保护罩内充有气体，如空气、氮气、氦气或(氢气和氦气)混合气。

本发明实施例的根据上述无需金属散热器的LED灯丝灯的工作方法，所述工作方法包括以下步骤：

(A1)固定在承载件上的LED灯丝发光，出射光穿过所述保护罩；

(A2)所述LED灯丝产生的热量传导至所述承载件，整个承载件的表面作为LED灯丝的散热面；

(A3)在风扇作用下，保护罩内的气体进入两端开口的筒状承载件的内部，通过吹扫承载件的内壁而吸收承载件的热量，排出承载件的气体携带的热量通过保护罩传导至外界；之后气体从承载件和保护罩之间的缝隙穿过，并吹扫LED灯丝以及承载件的外壁，经气体对流和传导，再通过保护罩传导到外界。

实施例4：

本发明实施例的无需金属散热器的LED灯丝灯，与实施例1不同的是：

保护罩不再包围承载件，而是固定在所述承载件，并处于所述LED灯丝的外围，保护LED以避免误碰，以及抵挡外界冲击；保护罩和承载件之间的空间上下两端开口，与外界连通。也即，承载件裸露在外界。

本发明实施例的根据上述无需金属散热器的LED灯丝灯的工作方法，所述工作方法包括以下步骤：

(A1)固定在承载件上的LED灯丝发光，出射光穿过所述保护罩；

(A2)所述LED灯丝产生的热量传导至所述承载件，整个承载件的表面作为LED灯丝的散热面；

(A3)在风扇作用下，外界空气进入两端开口的筒状承载件的内部，通过吹扫承载件的内壁和外壁，并从保护罩和承载件之间的空间穿过，从而带走热量并散发到空气中；同时，热量通过热辐射、传导等方式散热到空气中。

在上述实施例中，为了做到LED灯丝灯全方位出光，所述承载件采用能透过LED灯丝出射光的材料，如玻璃、陶瓷、塑料，同时LED灯丝4π出光；当然，这种方式并不是LED灯丝灯全方位出光的唯一方式，如，LED灯丝4π出光，承载件不透光，但LED灯丝密集地设置在所述承载件的外壁。

Claims (6)

1.一种无需金属散热器的LED灯丝灯，所述LED灯丝灯包括LED灯丝、灯头；其特征在于：所述LED灯丝灯进一步包括：

承载件，所述LED灯丝固定在所述承载件的内壁和/或外壁，所述承载件呈筒状，两端开口，并采用非金属材料；

保护罩，所述保护罩固定在所述LED灯丝的外侧，并透过所述LED灯丝的出射光；所述保护罩环绕并包围所述承载件和LED灯丝；所述承载件的顶端和保护罩之间具有缝隙，所述承载件的底端和保护罩之间具有缝隙；

风扇，所述风扇将气体送入所述承载件的内部，把LED灯丝工作时产生的热从所述承载件的内部排出；

气流导向器，所述气流导向器设置在所述承载件内，且处于所述风扇的下游；所述气流导向器的中央封闭，临着气流导向器的周向设有围绕气流导向器中心设置的导向片，所述导向片相对所述气流导向器的端面倾斜设置，相邻导向片之间具有缝隙；由所述风扇产生并穿过所述气流导向器的气流沿着所述承载件的内壁切向螺旋流动。

2.根据权利要求1所述的LED灯丝灯，其特征在于：所述保护罩固定在所述承载件上，所述保护罩和承载件相互密封；或，保护罩和承载件间形成的空间的上、下与外部连通。

3.根据权利要求1所述的LED灯丝灯，其特征在于：处于所述承载件两端的缝隙和LED灯丝共线。

4.根据权利要求1所述的LED灯丝灯，其特征在于：所述LED灯丝灯进一步包括：

和风扇并联的稳压管、电容，所述风扇和LED灯丝串联；所述稳压管的电压比风扇额定电压低30%以内。

5.根据权利要求1所述的LED灯丝灯，其特征在于：所述LED灯丝灯进一步包括：

连接件，所述连接件用于连接所述保护罩和灯头；所述保护罩上具有空气出口，所述保护罩和/或连接件上具有空气进口；所述空气进口、承载件的内部和空气出口形成空气通道；LED灯丝和风扇的驱动器设置于灯头和连接件内或者外置。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的无需金属散热器的LED灯丝灯的工作方法，所述工作方法包括以下步骤：

（A1）固定在承载件上的LED灯丝发光，出射光穿过所述保护罩；

（A2）所述LED灯丝产生的热量传导至所述承载件；

（A3）在风扇作用下，外界空气从气体进口进入承载件内，并在气流导向器的作用下，沿着承载件的内壁螺旋向上，带着LED灯丝产生的热排出承载件，并排出保护罩；同时，保护罩内的气体对流和传导把LED灯丝产生的热经保护罩至外界空气散发掉，从而带走所述热量。