CN108626695A - 包括配备有通气口的散热器的光学模块 - Google Patents

包括配备有通气口的散热器的光学模块 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于机动车辆的光学模块(10)，光学模块(10)包括光源(16)、散热器(22)以及用于产生气流的装置(42)，散热器(22)包括板(24)，板(24)具有前表面(26)并且包括后表面(28)，前表面(26)用于支撑光源(16)，在后表面(28)上设立有冷却翅片(30)，其特征在于，散热器(22)包括至少一个通气口(40)，通气口(40)在光源(16)附近贯穿散热器的板(24)，以允许气流在散热器的前部和后部之间纵向地循环。

Description

包括配备有通气口的散热器的光学模块
技术领域
本发明涉及一种用于机动车辆的光学模块，光学模块包括：
-光源；
-散热器，该散热器包括板，板具有前表面和后表面，前表面用于支撑光源，在后表面上设立有冷却翅片；
-用于产生气流的装置。
背景技术
发光二极管被越来越多地用作机动车辆的光学模块的光源。
这些发光二极管在操作期间散发热量。发光二极管所产生的热量可能损坏光学模块的某些元件。由于光源通常被容纳在狭窄的部位，所以这个问题更为显著。
因此，已知将具有翅片的散热器布置在发光二极管的后部，以便从散热器排出热量。为了改善发光二极管的冷却性能，已知例如借助风扇使冷却气流在翅片之间循环。
虽然上述解决方案对于大多数构造而言是令人满意的，但当光源被限制在特别狭窄的壳体中时和/或当容易受热量影响的元件被布置成紧邻光源(例如距离光源小于1mm)时，上述解决方案不足以满足需求。
发明内容
本发明提出了一种上述类型的光学模块，其特征在于，散热器包括至少一个通气口，所述通气口在光源附近贯穿散热器的板，以允许气流在散热器的前部和后部之间纵向地循环。气流的方向既可以是从光源到翅片，也可以是从翅片到光源。
因此，通气口允许在光源附近产生空气流动。这样可以防止空气在停滞的情况下接触光源并且被加热到可能损坏光学模块的元件的温度。相反地，空气的扰动防止了热空气的气穴的形成。
根据本发明的其它特征：
-所述光源由布置在印刷电路板上的至少一个发光二极管形成，所述印刷电路板压靠在所述散热器的前表面上；
-所述光源包括发光二极管的阵列；
-所述印刷电路板具有至少一个通道窗，所述通道窗布置成面向至少一个所述通气口；这样尤其可以使气流尽可能地靠近光源；所述通气口有利地定位成使得气流例如利用文丘里效应对靠近发光二极管的空气产生吸力；
-每一个通气口被至少一个偏转器(deflector)覆盖，至少一个所述偏转器的口部沿着大体上平行于所述散热器的前表面朝向所述光源的方向开口；这样能够将气流更精确地引导到所述光源；
-所述偏转器是与所述散热器一体地制造的；
-所述偏转器是附接到所述散热器的部件；
-所述光学模块包括主光学元件，所述主光学元件布置在所述光源附近，在所述光源与所述主光学元件之间保持有间隙；
-各个偏转器都被引导壁扩展，以便将所述气流引导到所述间隙；这样能够使用几乎全部气流来专门地冷却所述光源；
-所述引导壁是与所述主光学元件一体地制造的；
-用于产生气流的所述装置产生从所述通气口向所述光源流动的气流；有利地，空气足够快速地循环，使得到达所述通气口的空气基本上没有冷却所述翅片，因而使空气保持低温；
-用于产生气流的所述装置产生从所述光源向至少一个所述通气口流动的气流；
-所述散热器包括两个通气口，两个所述通气口分别布置在所述光源的两侧。
附图说明
本发明的其它特征和优点将会在阅读以下详细说明时显现。为了便于理解，将参考以下附图进行描述，其中：
图1是示出实施本发明的第一实施例的光学模块的立体图；
图2是示出图1的模块的发光装置的立体图；
图3是示出图1的光学模块的散热器的立体图；
图4是示出图1的光学模块的主光学元件的放大的立体图，其中，主光学元件意图被布置为紧邻光源；
图5是沿着图6的剖切平面5-5截取的截面图，图中示出根据本发明的第一实施例制造的包括配备有通气口的散热器的光学模块；
图6是示出散热器的前表面的立体图，其中，在散热器的前表面上安装有印刷电路板和主光学元件；
图7是示出配备有风扇的图5的散热器的后表面的立体图；
图8是与图5类似的视图，图中示出了本发明的第二实施例。
具体实施方式
在以下描述中，将以非限制性方式采用以下方向：
-纵向方向“L”，其沿着光学模块的投射光学器件的光轴从后向前地定向；
-横向方向“T”，其从左向右地定向；
-竖直方向“V”，其从底部向顶部地定向。
竖直方向“V”用作与重力方向无关的几何基准。
在以下描述中，以相同的附图标记来表示具有相同的结构和/或相似的功能的元件。
图1示出光学模块10，光学模块10意图配备用于机动车辆的照明或信号指示装置。光学模块10意图在纵向地向前的方向上发射最终光束。
作为非限制性实例，在这种情况下，它是由多个重叠的初级光束组成的自适应光束。这种光学模块10特别适于实现自适应远光功能，又称为“ADB”，意思是“自适应远光(Adaptive Driving Beam)”，或者也适于实现定向照明光功能，又称为“DBL”，意思是“动态转向照明(Dynamic Bending Light)”。
光学模块10主要包括发光装置12和投射光学器件14，投射光学器件14在纵向上布置在发光装置12前方并且与发光装置12相隔一定的距离。投射光学器件14具有纵向光轴“A”。
在本发明的替代例(未示出)中，照明装置还包括第二近光模块，第二近光模块适于发射单一截止近光。
如在图2中更详细地示出的，在这种情况下，发光装置12包括光源16。光源16由布置在印刷电路板20上的至少一个发光二极管18形成。印刷电路板20在由横向方向和竖直方向限定的平面(transverse vertical plane)内延伸。
在这种情况下，光源16由发光二极管18的阵列形成。该阵列配备有两横排发光二极管18，每一横排包括17个发光二极管18。光轴“A”大致在沿着横向方向的阵列的中部穿过。发光二极管18均布置在印刷电路板20上。
上述阵列在与纵向方向“L”正交的平面内延伸。更具体地，发光二极管18由印刷电路板20的前表面承载。
在这种情况下，发光二极管18可以彼此独立地进行控制。
在替代例中，发光二极管18以相关联的方式(例如，以两个发光二极管为一组)进行控制。
这些发光二极管18在其操作期间可能发热。因此，光学模块10包括散热器22，以便通过传导来排出一些热量。在图3中更详细地示出了散热器22。
散热器22包括由竖直方向和横向方向限定的板24，板24具有前表面26和后表面28，前表面26用于支撑光源16。散热器22还包括设立在板24的后表面28上的冷却翅片30。
印刷电路板20的背面压靠在散热器22的前表面26上，以便将所产生的热量中的一些热量传导到散热器22。例如，在印刷电路板20和散热器22的前表面26之间夹设导热膏层(未示出)，以促进印刷电路板20和散热器22之间的热交换。更具体地，印刷电路板20布置成抵靠着散热器22的前表面26的中心区域，以促进散热器的冷却。
冷却翅片30能够增大散热器22与光学模块10外部的空气之间的交换表面。冷却翅片30从板24的后表面28纵向地延伸。这些冷却翅片是以非限制性的方式平行的横向翅片30。
光学模块10包括第一主光学元件32，第一主光学元件32在纵向方向上布置在发光二极管18的阵列16的前方，以便改变由发光二极管18发射的光线的分布。
如图4所示，在这种情况下，主光学元件32包括由多个光导34形成的后部。各个光导34都沿着纵向主轴从用于光线射入的表面36延伸到主光学元件32的前部。各个光导34都被设计成将经由入射表面36进入的光线引导到主光学元件32的前部。
主光学元件32包括光导34的阵列，该阵列中的光导34与包括在阵列16中的发光二极管18至少一样多。各个光导34都与发光二极管18相关联。
光导34的入射表面36布置在与印刷电路板20的平面平行的共同平面中。因此，当主光学元件32布置在光学模块10中时，如图5和图6所示，每一个入射表面36定位成在纵向上与相关联的发光二极管18相对，使得由各个发光二极管18发射的大部分光线进入相关联的光导34。
更具体地，各个入射表面36都布置成与相关联的发光二极管18相距一较小的纵向距离，例如小于1mm，或者甚至小于0.5mm。这样，在各个发光二极管18与主光学元件32之间在纵向上保持有间隙38。
在这种情况下，限制在发光二极管18的阵列与主光学元件32之间的间隙38中的空气被发光二极管18的辐射加热。由于间隙38的尺寸小，所以使得以这种方式限制的空气不被更新，而是持续升温。散热器22不能排出足够的热量，从而冷却上述受限制的空气。
应该特别注意的是，在某些情况下，空气会升温直至达到临界温度，该临界温度高到足以改变形成主光学元件32的材料的物理完整性。例如以下这种情况：当主光学元件32由硅树脂制成并且温度超过临界温度(例如100℃)时。
为了解决这个问题并且将限制在间隙38中的热空气排出，本发明提出了一种包括至少一个通气口40的散热器22，通气口40在光源16附近贯穿散热器22的板24。通气口40呈孔的形式，该孔在厚度方向上贯穿板24并且在两个翅片30之间开口。
光学模块10还包括用于产生气流的装置42，从而能够使气流穿过通气口40而在散热器22的后表面28和前表面26之间纵向地循环。空气的循环能够产生强制性对流运动，这种对流运动能够至少部分地更新间隙38中的空气。将在下文中更详细地描述这种装置42。
例如，通气口40定位成使得气流利用例如文丘里效应对靠近发光二极管的空气产生吸力。
例如通过模制将散热器22制成单个部件。散热器22由刚性且导热的材料(例如钢等金属材料)制成。通气口40可以在模制期间直接制成，或者通过对散热器22进行机械加工而制成。
在这种情况下，各个通气口40都产生在散热器22的中心区域中，以便位于发光二极管18附近。为了使通气口40尽可能地靠近发光二极管18的阵列，在图6所示的实施例中，印刷电路板20具有至少一个面向至少一个通气口40布置的通道窗43。这样，气流通过穿过印刷电路板20而尽可能靠近发光二极管18地流出。
此外，为了促进间隙38中的空气的扰动，可以设想每一个通气口40被至少一个偏转器44覆盖，偏转器44的口部46在大致平行于散热器22的前表面26朝向光源16的方向上开口。因此，通气口40中的空气的运动将使得空气平行于散热器22的前表面26地向间隙38流动。
图5示出了本发明的第一实施例。发光二极管18的阵列具有在印刷电路板20上横向地延伸的长度。两个通气口40分别竖直地布置在阵列的两侧。各个通气口40的截面具有在横向上细长的形状。各个通气口40的截面长度至少等于待冷却的区域的长度。
在替代例中，具有较短截面的多个通气口布置在待冷却的区域的每一侧。
在目前的情况下，发光二极管18的阵列的仅中部区域可能达到临界温度。因此，各个通气口40的截面长度小于上述阵列的长度，但大于待冷却的中部区域的长度。
各个通气口40有利地具有通道部分，通道部分的面积被限制为数平方毫米，以便当空气穿过通气口40时，允许利用伯努利效应使空气加速。该部分的宽度例如在1mm和4mm之间。
在这种情况下，如图5和图7所示，由抵靠着翅片30的自由端布置的风扇42产生气流。这样，由风扇42产生的气流的第一部分可以有助于翅片30的冷却，而气流的第二部分进入通气口40以便在发光二极管18附近流出。
有利地，朝通气口40流动的气流的第二部分进行循环，从而基本上不冷却翅片30。这样，进入通气口40的空气几乎没有被翅片30加热。
如图5所示，邻接通气口40的翅片30的面有利地具有沿着通气口40的方向引导一些气流的形状，以便提高通气口40中的空气的流动速度。因此，在图5所示的实例中，各个通气口40的壁扩展了相关联的翅片30的引导面，而不存在可能扰乱气流的凹部或肩部。
各个通气口40都覆盖有偏转器44，偏转器44将气流竖直地定向在间隙38的方向上。因此，各个偏转器44都纵向地延伸，从而相对于印刷电路板20伸出。
在这种情况下，偏转器44与散热器22一体地制成单一部件。在这种情况下，偏转器44贯穿印刷电路板20的窗口43。
在替代例中，偏转器44是附接件。例如，偏转器44固定在印刷电路板20上。
因此，用于产生气流的装置42产生从通气口40向光源流动的气流。气流的路径如图5中的箭头所示。这样，由风扇42吹过各个通气口40的新鲜空气将容纳在间隙38中的热空气排出。因此，这种恒定的对流运动能够将发光二极管18的中部区域的温度保持在临界温度以下，由此保持主光学元件32的完整性。
图8示出了本发明的第二实施例。根据该第二实施例的光学模块10与根据第一实施例制造的光学模块10具有许多相似之处。在这种情况下，将在下文中仅描述与偏转器44有关的不同之处。
各个偏转器44都被引导壁48扩展至接触主光学元件32，以便将气流引导到间隙38，如图8的箭头所示。这样允许穿过通气口40的几乎全部空气体积都进入间隙38。因此，使冷却效果最佳。
与第一实施例中的情况类似地，例如，偏转器44是与散热器22一体地制造的。
在替代例中，偏转器44被制造成附接到印刷电路板20的部件。
引导壁48是与主光学元件32一体地制造的。
根据第二实施例的替代例(未示出)，偏转器44和引导壁48被制造成共同的单一部件。
根据本发明的另一个替代例(本替代例适用于前述两种实施例中的任何一个实施例)，用于产生气流的装置42(例如风扇42)经由通气口40吸入空气。在这种情况下，具有经由偏转器44的口部46来吸取容纳在间隙38中的热空气的效果。因此，用于产生气流的装置42产生从光源16向至少一个通气口40流动的气流。本替代例在与第二实施例相结合时尤其有效。
根据本发明的另一个替代例(未示出)，用于产生气流的装置42布置成沿着间隙38的方向直接吹送空气，而不经过通气口40。因此，在散热器22的前表面26侧被主动地驱动的空气自然地从通气口40排出。
因此，根据本发明的教导生产的光学模块10能够通过驱动容纳在间隙38中的空气来有效地冷却主光学元件。

Claims (13)

1.一种用于机动车辆的光学模块(10)，所述光学模块包括：
-光源(16)；
-散热器(22)，所述散热器包括板(24)，所述板具有前表面(26)并且包括后表面(28)，所述前表面(26)用于支撑所述光源(16)，在所述后表面(28)上设立有冷却翅片(30)；
-用于产生气流的装置(42)；
其特征在于，所述散热器(22)包括至少一个通气口(40)，所述通气口(40)在所述光源(16)附近贯穿所述散热器的板(24)，以允许所述气流在所述散热器的前部和后部之间纵向地循环。
2.根据前一项权利要求所述的光学模块(10)，其特征在于，所述光源(16)由布置在印刷电路板(20)上的至少一个发光二极管(18)形成，所述印刷电路板(20)压靠在所述散热器(22)的前表面(26)上。
3.根据前一项权利要求所述的光学模块(10)，其特征在于，所述光源(16)包括发光二极管(18)的阵列。
4.根据前一项权利要求所述的光学模块(10)，其特征在于，所述印刷电路板(20)具有至少一个通道窗(43)，所述通道窗(43)布置成面向至少一个所述通气口(40)。
5.根据前述权利要求中任何一项权利要求所述的光学模块(10)，其特征在于，每一个通气口(40)被至少一个偏转器(44)覆盖，至少一个所述偏转器(44)的口部(46)沿着大体上平行于所述散热器(22)的前表面(26)的、朝向所述光源(16)的方向开口。
6.根据前一项权利要求所述的光学模块(10)，其特征在于，所述偏转器(44)是与所述散热器(22)一体地制造的。
7.根据权利要求5所述的光学模块(10)，其特征在于，所述偏转器(44)是附接到所述散热器(22)的部件。
8.根据前述权利要求中任何一项权利要求所述的光学模块(10)，其特征在于，所述光学模块(10)包括主光学元件(32)，所述主光学元件(32)布置在所述光源(16)附近，在所述光源(16)与所述主光学元件(32)之间保持有间隙(38)。
9.根据与权利要求5相结合的前一项权利要求所述的光学模块(10)，其特征在于，各个偏转器(44)都被引导壁(48)扩展，以便将所述气流引导到所述间隙(38)。
10.根据前一项权利要求所述的光学模块(10)，其特征在于，所述引导壁(48)是与所述主光学元件(32)一体地制造的。
11.根据前述权利要求中任何一项权利要求所述的光学模块(10)，其特征在于，用于产生气流的所述装置(42)产生从所述通气口(40)向所述光源(16)流动的气流。
12.根据权利要求1至10中任何一项权利要求所述的光学模块(10)，其特征在于，用于产生气流的所述装置(42)产生从所述光源(16)向至少一个所述通气口(40)流动的气流。
13.根据前述权利要求中任何一项权利要求所述的光学模块(10)，其特征在于，所述散热器(22)包括两个通气口(40)，两个所述通气口(40)分别布置在所述光源(16)的两侧。
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