CN107514594A - 车辆用灯具 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种车辆用灯具，包括散热器、灯体和位于所述灯体内侧的柔性热管、AFS旋转轴、LED安装基座和LED，所述散热器安装在所述灯体的后侧壁上，且所述散热器的翅片部分伸出到所述灯体之外与外界空气直接接触，所述散热器的其他部分位于所述灯体的内侧，所述AFS旋转轴沿竖直轴旋转连接在所述灯体内，所述LED安装基座固定在所述AFS旋转轴的顶部，所述LED安装在所述LED安装基座上，所述柔性热管的一端与所述LED安装基座固定连接，另一端与所述散热器的所述其他部分固定连接。本发明散热效率高、功耗低，使LED光源的节能优势得以真正发挥，同时又能满足灵活调节、动态照明的需要。

Description

车辆用灯具
技术领域
本发明涉及一种车辆用灯具，尤其涉及一种能实现LED光源高效散热的车辆用灯具。
背景技术
近年来，LED以其绿色、节能的优势受到市场的广泛关注和推崇。然而，对部分车型上LED灯具的能耗进行调查后发现车辆用LED灯具并没有比传统光源的灯具更节能。这主要是因为LED的光电转换效率低，在发光的同时也会产生热量，大约65％-85％的电能转化为热能，使LED的散热问题突出，如果LED的散热设计不当，将会导致LED芯片结点温度过高，器件寿命缩短，当热量积累到一定程度，将会导致LED光衰。
为了减少光衰损失，车灯里需要设置散热系统，但由于普通散热系统通常效率不高，所以造成能耗的上升。普通散热系统主要分为主动散热和被动散热两种形式。主动散热系统以BMW6车用灯具为例，涉及功耗的零部件包括6颗4芯片LED(总计功耗约60W)、铝合金散热器、两个风扇以及驱动电路，使得整灯功耗近80W，重量约为5Kg，超过了传统车辆用灯具的重量(一般为2～3Kg)。被动散热系统以LS600h车用灯具为例，虽然使用的LED的能耗稍微少一些，总计约45W，但是由于采用被动散热方式，不得不使用大量铝合金作为散热器，使得整灯重量比主动散热类的更重，一般大于5Kg。可见，车辆用LED灯具因散热需要设置的辅助系统明显增加了整灯的能耗，使得本来由LED节约的能源基本被抵消掉，所以目前这些看似节能的产品并没有真正减少碳排放。
发明内容
本发明旨在提供一种车辆用灯具，其散热系统效率高、功耗低，使LED光源的节能优势得以真正发挥，同时又能满足灵活调节、动态照明的需要。
本发明的主要技术方案有：
一种车辆用灯具，包括散热器、灯体和位于所述灯体内侧的柔性热管、、AFS旋转轴、LED安装基座和LED，所述散热器安装在所述灯体的后侧壁上，且所述散热器的翅片部分伸出到所述灯体之外与外界空气直接接触，所述散热器的其他部分位于所述灯体的内侧，所述AFS旋转轴沿竖直轴旋转连接在所述灯体内，所述LED安装基座固定在所述AFS旋转轴的顶部，所述LED安装在所述LED安装基座上，所述柔性热管的一端与所述LED安装基座固定连接，另一端与所述散热器的所述其他部分固定连接。
所述LED安装基座优选为金属材质的热传导性绝缘基座，所述LED安装基座的上顶面平整并设有LED安装凹槽，所述LED安装在所述LED安装凹槽中。
所述车辆用灯具还包括配光镜，所述配光镜配合安装在所述灯体的前端开口处，与所述灯体形成灯腔。
所述散热器的翅片优选为上下延伸。
所述车辆用灯具还包括透镜，所述透镜通过支架安装在所述灯体的内侧、所述光源的前方。
所述透镜为前表面为外凸曲面、后表面为竖向平面的非球面透镜。
所述车辆用灯具还包括反射镜，所述反射镜呈弧形，所述反射镜通过所述支架安装在所述灯体的内侧，并遮罩在所述光源的上方和后方。
所述支架通过螺杆位置可调地安装在所述灯体上。
所述支架包括上方支架和下方支架两部分，每一部分呈L形，分成横部和竖部，所述透镜和反射镜固定在上下两部分支架的所述横部之间，所述竖部各自通过所述螺杆与所述灯体的后侧壁固定连接。
所述透镜固定在下方支架的顶面上，所述反射镜固定在上方支架的底部。
本发明的有益效果是：
本发明通过设置柔性热管散热系统，将LED产生的绝大部分热量快速、高效地传导到散热器，再通过散热器和外部空气的直接接触达到快速冷却的目的。该散热系统对流换热系数大、温差梯度高和散热系统热阻小，只需要设置较少的散热器结构即可满足所以灯具的散热需求，同时还能够保持LED的光效，从整体上减少了碳排放。
并且，由于是采用的柔性热管，其本身可以在一定程度上弯曲、转动，而丝毫不影响散热，因此本发明不仅能满足LED车辆用灯具的散热需求，从整体上减少整车碳排放，同时又能保证车辆在行进过程中照明条件的灵活调节，满足运动的要求。
附图说明
图1为本发明的一个实施例的内部结构纵向剖示图；
图2为所述柔性热管散热系统的结构示意图；
图3是所述柔性热管散热系统的温度分布图；
图4是所述柔性热管散热系统的流场图；
图5是所述柔性热管的结构示意图。
附图标记：1.配光镜；2.灯体；3.柔性热管散热系统；4.反射镜；5.透镜；6.支架；7.螺杆；8.LED芯片；9.LED芯片安装基座；10.AFS旋转轴；11.柔性热管；12.散热器。
具体实施方式
本发明公开了一种车辆用灯具，如图1、2、3、4、5所示，包括散热器12、灯体2和位于所述灯体内侧的柔性热管11、AFS旋转轴10、LED安装基座9和LED芯片8，所述散热器安装在所述灯体的后侧壁上，且所述散热器的翅片部分伸出到所述灯体之外与外界空气直接接触，所述散热器的其他部分(也可以称为平板侧)位于所述灯体的内侧。所述AFS旋转轴沿竖直轴旋转连接在所述灯体内。所述LED安装基座固定在所述AFS旋转轴的顶部，所述LED直接安装在所述LED安装基座上，所述柔性热管的一端与所述LED安装基座固定连接，另一端与所述散热器的所述其他部分(即平板侧)固定连接。根据发光要求可以设置多个LED芯片。
LED发光过程中产生的热量依次通过所述LED安装基座、柔性热管热传导传递给所述散热器的翅片，而后通过翅片直接交换给外部空气，从而实现LED的散热。
典型的热管由管壳、吸液芯和端盖组成，将管内抽成1.3×(10-1～10-4)Pa的负压后充以适量的工作液体，使紧贴管内壁的吸液芯毛细多孔材料中充满液体后加以密封。热管的一端为蒸发段(也叫加热段)，另一端为冷凝段(也叫冷却段)，当蒸发段受热时毛细芯中的液体蒸发汽化，蒸汽在微小的压差下流向冷凝段并放出热量凝结成液体，液体再沿多孔材料靠毛细力的作用流回蒸发段。如此循环，使得热量由热管的一端传至另—端，实现了热量的快速转移。
所述LED安装基座、柔性热管和散热器是柔性热管散热系统3的主要组成部分。通过所述柔性热管散热系统，所述灯具实现了外置直接空冷散热，对流换热系数高、温差梯度高、系统热阻低，散热效率明显提高。因此有助于减少散热器的设置，由此减少散热器的功耗，从而降低整个灯具的功耗，使LED灯具成为真正意义上的节能灯具。
通过调整所述AFS旋转轴的转角，可以实现弯道动态照明。柔性热管是一种新型热管，如图5所示，既可以传递热量又可以往复弯曲，柔性热管的动作方向可以如图2中箭头所示。当需要远近光调光或AFS动态照明时，柔性热管可以通过自身的弯曲变形来适应所述AFS旋转轴的动作。因此本发明的灯具可以在实现车辆灯具的高效散热的同时，保证车辆在行进过程中照明条件的灵活调节，满足调光或动态照明要求。
所述LED安装基座可以采用铝基板、铜基板或FR4基板等导热率较高、且能制作电路的材料制作而成，优选为金属材质的高热传导率的绝缘基座。所述LED安装基座的上顶面平整并设有LED安装凹槽，所述LED安装在所述LED安装凹槽中。所述LED安装基座可将LED所产生的热快速地向外传递。
针对LED发光同时会产生大量热量的特点，本发明采用全新的基于柔性热管散热系统的车辆用灯具，可以将这部分热量快速有效地散发出去，从而降低整个散热系统功耗，使LED灯具的节能、减重效果更加明显。
所述车辆用灯具还包括配光镜1，所述配光镜由透光材料制成，后端呈开口状，用于和所述灯体配合安装。所述配光镜配合安装在所述灯体的前端开口处，与所述灯体形成灯腔。一部分光线经配光镜反射回灯腔，一部分光线则穿过配光镜照向汽车行进前方。
所述散热器的翅片上下方向延伸，所称上下方向是在灯具安装在车身上的状态下的铅垂方向。多个散热翅片形成的通风路径，使得穿过其中的空气从下至上流过时最大限度地带走热量。为了确保散热器本身的散热效果，所述散热器采用但不限于铝合金、纯铝、铜或导热塑料等具有较高导热率的材料制作而成。
所述车辆用灯具还包括设在灯腔内的透镜5，所述透镜可以通过支架6安装在所述灯体的内侧、所述光源的前方。
所述透镜是前表面为外凸曲面、后表面为竖向平面的非球面透镜，可将后侧射来的光线转为平行光射向前方配光镜。
所述车辆用灯具还包括设在灯腔内的反射镜4，所述反射镜可以呈弧形。所述反射镜也可以通过所述支架安装在所述灯体的内侧，并遮罩在所述光源的上方和后方。所述反射镜可将所述LED芯片发出的光反射聚焦在所述透镜后侧光线轴上。反射镜的第一焦点位于LED芯片附近，第二焦点处于透镜后侧光线轴上。
所述支架可以通过螺杆7位置可调地安装在所述灯体上。
所述支架可以包括上方支架和下方支架两部分，每一部分可以整体呈L形，分成横部和竖部，也可以是由沿光线照射方向延伸的板状结构和连接在该板状结构的后端一处或多处竖向延伸的折边组成。所述竖部或折边各自通过所述螺杆托起。所述螺杆为长螺杆，其贯穿所述灯体的后侧壁并伸向前方。可以通过调整螺杆来调节所述支架、反射镜、透镜的位置。对应于所述支架的上下两部分，固定于所述灯体后侧壁上的所述螺杆也至少有上下两根或者两组，分别用于连接所述支架的上下两部分。所述透镜优选固定在下方支架的顶面上，所述反射镜优选固定在上方支架的底部。
所述LED芯片的照射方向能根据配光要求通过调整LED芯片安装基座、反射镜和透镜的位置而调整。
为验证本发明的所述灯具所用散热系统的性能，利用FloEFD热学仿真模拟软件对该柔性热管散热系统进行模拟计算，参照大众TL909高温有载存放标准，设定较为苛刻的仿真条件：环境温度Ta＝70℃，无风，LED电功耗为15W。
模拟计算得到图3、4所示的结果。图3显示该散热系统主要零部件的温度，可知LED的壳温Tc＝116℃，散热器温度分布在95℃～98℃之间。根据以上的计算结果，Tc＝116℃，根据LED寿命和温度的关系可知，LED在这个系统中，70℃环境下工作寿命(B50L80)在15000H～40000H之间，系统热阻Rca＝3.1℃/W。
图4为该散热系统的流场分布图，可以看到，LED的热量主要通过两种途径耗散到环境中，一种途径是一部分热量先通过和灯体、配光镜围成的灯腔内的空气进行热交换，然后再通过灯体、配光镜与外界空气进行换热；另一种途径是部分热量直接由柔性热管将热量传导到散热器上，然后再由散热器翅片与外界空气换热。相比较而言，前一种途径的换热效率很低，但却是目前普遍采用的散热方式，热量主要通过第二种途径耗散，在本发明的所述灯具的散热中占据主导地位。
在25℃环境下进行光通量检测，根据LED的光通量与温度的关系，可推算出此时Tc＝71℃。这种情况下可计算出光通量为1100lm。
综上结果说明该系统在散热、使用寿命和光学效率方面都具有良好的表现。

Claims (10)

1.一种车辆用灯具，其特征在于：包括散热器、灯体和位于所述灯体内侧的柔性热管、、AFS旋转轴、LED安装基座和LED，所述散热器安装在所述灯体的后侧壁上，且所述散热器的翅片部分伸出到所述灯体之外与外界空气直接接触，所述散热器的其他部分位于所述灯体的内侧，所述AFS旋转轴沿竖直轴旋转连接在所述灯体内，所述LED安装基座固定在所述AFS旋转轴的顶部，所述LED安装在所述LED安装基座上，所述柔性热管的一端与所述LED安装基座固定连接，另一端与所述散热器的所述其他部分固定连接。
2.如权利要求1所述的车辆用灯具，其特征在于：所述LED安装基座为金属材质的热传导性绝缘基座，所述LED安装基座的上顶面平整并设有LED安装凹槽，所述LED安装在所述LED安装凹槽中。
3.如权利要求2所述的车辆用灯具，其特征在于：还包括配光镜，所述配光镜配合安装在所述灯体的前端开口处，与所述灯体形成灯腔。
4.如权利要求2所述的车辆用灯具，其特征在于：所述散热器的翅片上下延伸。
5.如权利要求2所述的车辆用灯具，其特征在于：还包括透镜，所述透镜通过支架安装在所述灯体的内侧、所述光源的前方。
6.如权利要求5所述的车辆用灯具，其特征在于：所述透镜为前表面为外凸曲面、后表面为竖向平面的非球面透镜。
7.如权利要求5所述的车辆用灯具，其特征在于：还包括反射镜，所述反射镜呈弧形，所述反射镜通过所述支架安装在所述灯体的内侧，并遮罩在所述光源的上方和后方。
8.如权利要求7所述的车辆用灯具，其特征在于：所述支架通过螺杆位置可调地安装在所述灯体上。
9.如权利要求8所述的车辆用灯具，其特征在于：所述支架包括上方支架和下方支架两部分，每一部分整体呈L形，分成横部和竖部，或者，每一部分由沿光线照射方向延伸的板状结构和连接在该板状结构的后端一处或多处竖向延伸的折边组成，所述透镜和反射镜固定在上下两部分支架的所述横部或板状结构之间，所述竖部或所述折边各自通过所述螺杆与所述灯体的后侧壁固定连接。
10.如权利要求9所述的车辆用灯具，其特征在于：所述透镜固定在下方支架的顶面上，所述反射镜固定在上方支架的底部。
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