CN117308060A - 固态光源散热金属壳及其制造方法和模具 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种固态光散热金属壳(1)以及制造方法和模具。利用壳体作为散热片，采用金属板材加工，优化金属板材厚度，降低了加工和材料成本；金属侧壁(2)是由金属板材拉伸而成，并开有百页窗式或错列式结构的通气窗口(3)，散热性能高。制造方法和模具：凹模内腔壁上有形凸齿，凸模上有对应的成形沟槽，成形凸齿轴向运动，插入成形沟槽，裁切和推挤金属壳壁向内变形，构成通气口(823)。

Description

固态光源散热金属壳及其制造方法和模具

本发明是申请号为201410066650.6、申请日为2014年02月21日、发明名称为“固态光源散热金属壳及其制造方法和模具”的分案申请。

技术领域

本发明属于固态光源散热及照明技术领域，特别涉及到采用自然对流散热，利用外壳结构件作为散热片的固态光源散热器和光源引擎

技术背景

LED(固态光源)由于节能环保，被认为是人类下一代照明用光源，但阻碍LED照明灯普及的关键障碍是：造价太高。LED照明灯的成本可分成三部分：LED光源、电源和结构件，结构件包括有散热器，并且结构件的成本主要来自散热器。随着LED光源价格步步下降，结构件的成本将是LED照明灯的主要成本，因而降低结构件(散热器)成本将成为实现LED普及的重点。

造成当前的LED照明灯结构件成本高的原因是：结构设计和散热技术问题，关键的问题是缺乏正确的《传热学》原理和传热技术，突出表现在：1、不清楚提高对流散热是关键；2、不了解对流散热的基本原理是：散热片表面将热量传给附近的空气(将空气加热)，空气携带着热量(表现为空气温度升高)流动离开散热片，空气流经散热片的量流越大，带走的热量也越大，因而保证空气流经散热片时，流动畅通是对流散热的基本要求。

自然对流散热是LED照明灯最佳选择。但本领域的技术人员普遍不知道：驱动空气自然对流流动的动力是：空气受热升温，比重下降而产生的浮力，浮力是垂直向上的，并且非常弱，因而保证空气流动畅通，特别是自下而上的对流畅通，在自然对流散热中最关键。

当前LED照明灯具有利用壳体结构件作为散热片，但由于上述问题，产品设计时，没有注意或特别注意保证空气流动畅通问题，比如：在壳罩上没有开对流通气窗口，既使开有对流通气窗口，但开口不够充分；没有考虑到灯具的轴线安装角度不同时，会影响自然对流向上流动畅通的问题。因而灯具的散热性能差，灯具壳体的表面没有充分利用为散热面，需另外多增加散热片，导致灯具的结构材料的成本不低。

发明内容

本发明是以降低结构件的成本、提高散热性能为目的，提出一种固态光源(LED照明灯)的散热器。充分利用灯具结构(壳体)作为散热片，节省了材料成本；利用冲压工艺制造壳体，降低了加工成本；结构设计上充分考虑到保证自然对流空气流动畅通，不仅显著提高了散热性能，灯具结构件的成本还得到显著下降。本发明还提出了降低眩光的光源引擎，结合本发明的散热金属壳，设计出的LED灯不仅眩光得到有效降低，整体成本也低。

本发明的固态光源散热金属壳技术方案是：散热金属壳包括有金属侧壁和金属前壳、或金属侧壁和金属后壳、或金属侧壁和金属前壳以及金属后壳，散热金属壳设置有与固态光源的导热板或导热芯直接或间接接触的接触传热面，部分或全部由固态光源产生的热量通过该接触传热面传到散热金属壳的表面散出。本发明的特征有：散热金属壳采用金属板材经有冲压加工制成，金属侧壁是从金属后壳、或金属前壳、或金属后壳与金属前壳的金属板材拉伸而成的；金属侧壁上开有百页窗式结构或错列式结构的通气窗口，该窗口的切口线采用了顺着金属侧壁的拉伸方向的结构，金属侧壁的通透率不小于0.20；金属后壳的中部设置有直接或间接与固态光源的导热板或导热芯接触的接触传热面；金属前壳设置有直接或间接与固态光源的导热板或导热芯接触的接触传热面。固态光源一般配有导热板或导热芯。

本发明所述的接触传热面是指特意为确保导热传热的接触面，因而该接触面要足够大，接触要紧密，比如采用压紧、过盈紧配合、加入导热胶或焊接等措施。

本发明提出的散热器中，固态光源产生的热量通过直接或间接的接触传热，传到整个散热金属壳，结构件的壳体直接被利用为散热片，结构件的材料得充分利用，降低了材料成本。散热金属壳采用金属板材(最好是铝材)采用冲压加工工艺制成，原料为带材，采用多工位连续模具，一个冲程就可以生产出一个完整的部件，效率非常之高，加工成本远低于热压铸，铝挤出等工艺。采用冲压加工工艺，散热金属壳的壁厚可降到0.3mm以下，而热压铸工艺的壁厚要2mm之多，铝挤出工艺的壁厚小于0.5mm就困难了，因而本发明特别提出的采用冲压工艺，材料成本又进一步降低。金属侧壁从金属后壳的金属板拉伸而成的，即金属侧壁与金属后壳一体结构，制造效率高，成本低，又能保证热量顺利传导到金属侧壁。

在金属侧壁上开通气窗口，并通气窗口的通透率要足够大，尽可能使自然对流空气流动畅通，本发明提出的足够大的侧壁通透率为不小于0.2，侧壁通透率定义为金属侧壁上的通气窗口的有效通风面积除以侧壁的面积，本发明以后将有详细的定义。金属侧壁开有足够大的通气窗口，保证当灯具水平横置时，即金属侧壁呈水平走向，自然对流向上流动的空气能横穿过散热金属壳，这有利于对流散热。

通气窗口采用百叶窗式或错列式结构，可实现通气窗口加工无废料，材料利用率高，侧壁的散热面积也就高；通气窗口的切口线的走向应顺着金属侧壁的拉伸方向，与散热金属壳轴线相同，是为了使热量在金属侧壁内的导热距离尽可能短，有利于降低金属侧壁内的导热热阻。

本发明还提出了一种散热金属壳的制造方法，主要特征是：金属侧壁上的百页窗式或错列式结构通气窗口的成形方法为，成形凸齿轴向运动，推挤金属壳壁向内变形(有弯曲变形，有拉直变形等)，构成内折肋片，形成通气口(百页窗或错列式结构)。

实现以上方法的模具的基本特征有：金属侧壁上的百页窗式或错列式结构通气窗口的成形模具包括有凹模和凸模，凹模内有成形凸齿，所有的成形凸齿与凹模固定为整体(即成形凸齿与凹模主体固定或为一整体件，不可相对运动)，凸模上有与成形凸齿对应的成形沟槽，成形沟槽一直延伸到凸模上端，形成开口，成形凸齿可轴向插入成形沟槽。凸模上有端面裁切线的端面刃口，凸模的侧壁上有侧裁切线的侧壁刃口，端面刃口与侧壁刃口相连。

利用上述的散热金属壳，本发明提出了一种固态光源引擎，包括有散热金属壳和导热芯，以及固态光源，金属前后壳与导热芯的之间的直接和间接的接触传热面采用了拉伸成的套筒或翻边结构。

附图说明

以下结合附图以及具体实施方案对本发明进一步说明：

图1、图2、图5分别是三种本发明固态光源引擎的特征剖面示意图，示出了本发明光源散热金属壳的基板结构特征：金属侧壁2是从金属前壳4、或金属后壳9、或金属前壳4以及金属后壳9的金属板材拉伸而成的，并开有通气窗口3。

图3是一种错列式结构通气窗口的特征剖面示意图，其中b是为分切口16的宽，c为页片15b的宽，e为页片15a的宽。

图4是一种百页窗式结构通气窗口的特征剖面的示意图，f为两分切口的间距，b为分切口16的宽。

图6、图7、图8分别是三种本发明固态光源引擎的特征剖面示意图。

图9、图10、图11分别为三种呈辐射形结构的分切口的特征示意图。如果切口线22不在同一平面上，则图9～11应理解为投影或俯视示意图。

图12是一种本发明散热金属壳立体剖视图。

图13是一种本发明固态光源引擎立体剖视图。

图14是一种错列式结构通气窗口的通常加工方法的模具特征剖面示意图。

图15是一种百页窗式结构通气窗口的通常加工方法的模具特征剖面示意图。

图16是一种本发明散热金属壳立体视图，示出了金属侧壁上的一种本发明的百页窗式通气窗口的结构特征。

图17是图16中S局部的局部放大视图。

图18是一种本发明的金属侧壁上开百页窗式通气窗口的模具特征结构示意图。

图19是表示一种本发明侧壁上的内折肋片成形过程特征示意图。

图20一种本发明散热金属壳立体视图。

图21是图20中T局部的局部放大视图。

图22是一种本发明散热金属后壳立体视图。

图23至26分别是四种本发明固态光源引擎特征剖面示意图，该四种光源引擎采用了降低眩光的技术方案。

图27、图28是用于确定散热金属壳的侧壁和金属后壳以及金属前壳分界点的示意图。

图中：101-上模，102-下模，103-凸齿，104-金属板，105-箭头。1-散热金属壳，2-金属侧壁，201-侧壁延伸段，3-通气窗口，4-金属前壳，401-通气窗口，402-前壳延伸段，5-通气窗口，6-固态光源，7-导热板，8-散热片，9-金属后壳，901-通气窗口，10-通气窗口，11-光源罩，12-导热柱，13-肋片，14-套筒，15a、15b、15-页片，16-分切口，17-气流线，18-导热芯，19a、19b、19c-翻片，20-切口线，21-电源引线或接插头，22-内加强环，23-通气窗口，24-透光灯罩，25-配光透镜，26-反光罩，27-表示光线的虚线，28-外缘翻边，29-灯芯反光器，30-面板，31-通气窗口，32-灯芯罩，33-后加强板，34-翻边孔，35-光源灯珠，36-聚光杯，37-外加强环，38-外缘拉伸壁，39-后外壳，40-通气窗口，41-通气窗口，817-外缘端面，818-齿口，819-端面内折角，820-端面裁切线，821-内折裁切线，822-侧壁裁切线，823-通气口，824-内折肋片，825-下端连片，826-下端内折角，827-轴线，828-凹模，829-成形凸齿，830-箭头，831-凸齿前端面，832-凸齿刃口，833-滑擦面，834-凸模，835-成形沟槽，836-侧壁刃口，837-端面刃口，838-箭头，839-箭头，840-金属壳壁。

具体实施方式

图1所示的本发明固态光源引擎，散热金属壳1的金属侧壁2是和金属前壳4为一体结构，即为同一金属板制造，散热金属壳1内设置有散热片8，图中没有金属后壳，金属侧壁2开有错列式结构的通气窗口3，金属前壳4上所开的通气窗口5采用百叶窗式结构，固态光源6设置在导热板7上，导热板7直接紧贴在金属前壳4中部，金属前壳4中部与导热板7之间的接触面就是接触传热面，此处为直接接触传热面。固态光源6产生的热量通过导热板7传到金属前壳4，部分热量由散热金属壳1表面散出，部分由散热片8散出。

图2所示的本发明固态光源引擎中，散热金属壳1只有金属侧壁2和金属后壳9，金属侧壁2和金属后壳9为同一金属板制造，金属后壳9中部设置有与导热板7直接接触的接触传热面，固态光源6产生的全部热量传到金属后壳9和金属侧壁2表面散出。金属后壳9上开有错列式结构通气窗口10，金属侧壁2开有百叶窗式结构通气窗口3。固态光源6设置在散热金属壳内，并配有光源罩11。当固态光源6垂直向下照射时，即光源引擎竖立设置，自然对流散热空气从金属侧壁2的通气窗口3进入壳内，再从通气窗口10排出，散热空气对流畅通，并能有效流经整个散热金属壳的内外表面，有利于散热性能提高。当光源引擎水平横置时，自然对流散热空气也能贯穿散热金属壳，整个散热金属壳的内外表面被充分利用于散热。

图3示出了错列式结构通气窗口的特征结构，长为L的连续的金属板面被分切冲压成一段段的页片15a和页片15b，页片15a页片15b错列排列，被冲切出的页片15b的两端还应与原金属板相连，不得被切断，图中的气流线17示出空气通过分切口16从一面横穿到另一面。

图4示出了百叶窗式结构通气窗口的基本特征结构：金属板被分切，分切处金属板被折弯，形成分切口16(即通气口)。图中，长为L的连续金属板被冲切成间距为f的5段页片15，页片15的两端还应与原金属板相连，不得被切断，气流线17表示出空气通过分切口16从一面贯穿到另一面。

图5所示的本发明固态光源引擎，散热金属壳包括有金属前壳4和金属后壳9，金属侧壁2为两段，分别是从金属前壳4以及金属后壳9的金属板材拉伸而成的，金属前壳4和金属后壳9以及金属侧壁2上所开的通气窗口为百页窗式结构。散热金属壳内设置有肋片13从导热柱12柱面伸出的太阳花式散热片，导热柱12两端分别与金属前壳4和金属后壳9的中部紧贴，此接触面为接触传热面，固态光源6产生的热量经导热板7与金属前壳4的接触传热面传到金属前壳4，有部分热量再传到导热柱12，再有部分热量传到金属后壳9。

图6所示的本发明固态光源引擎中，金属侧壁2由金属后壳9的金属板材拉伸而成；金属后壳9中部向前(本发明定义固态光源照射的方向为前方，反之为后方)拉伸，并在拉伸壁上开有百叶窗式结构的通气窗口901，也可采用错列式结构通气窗口；金属前壳4采用向后拉伸结构，可构成固态光源6的光源罩，不仅有散热作用，还具有保护固态光源6以及配光等作用。图中还示出散热金属壳1内设有散热肋片13。

图7所示的本发明固态光源引擎中，金属后壳9采用了向前拉伸结构，并拉伸壁上开有通气窗口901，金属前壳4向后拉伸壁上也开有通气窗口401，图中的通气窗口901和401为百页窗式结构，也可采用错列式结构。拉伸壁上的通气窗口401和通气窗口901的切口线应采用顺着拉伸壁的拉伸方向(也是散热金属壳的轴线方向)结构，目的是为了导热顺利。散热金属壳的四周壳1壁都开有通气窗口，散热金属壳无论水平横置，还是上下竖立，自然对流向上流动的空气都能顺利地穿过散热金属壳，这有利于对流散热。当散热金属壳的侧壁上开有通气窗口，金属前壳也开有通气窗口时、侧壁通气窗口的有效通气面积与金属前壳通气窗口的有效通气面积之和与后壳理想通气面积之比应不小于0.2，以保证上下竖立时，对流畅通。

图7所示的本发明固态光源引擎中，固态光源6设置在导热芯18的前端面上，金属前壳4和金属后壳9中部采用了翻边结构，金属前壳4的翻边19b和金属后壳9的翻边19a套在导热芯18的柱面上，翻边19a、19b与导热芯18之间的接触面就是接触传热面。在散热金属壳1设置有散热片，该散热片采用的是套片结构，所谓套片结构就是肋片的肋根采用翻边结构，如图中所示，肋片13的翻边19c套在金属前壳的翻边19b上，传入肋片13的热量就是从该翻边19c传入的。

图8所示的本发明固态光源引擎中，金属后壳9的中部采用套筒结构，套筒14是金属后壳9的金属板材拉伸而成的，并且插入导热芯18内，套筒14与导热芯18之间的接触面就是接触传热面。金属前壳也可采用套筒结构实现与导热芯之间的接触传热。

套筒结构和翻边结构的相同的特征是：接触传热面是拉伸成形的圆柱面，而区别在于：套筒结构可以是盲孔，如图8所示套筒14，而翻边结构必须是开口。

为了提高散热金属壳的结构强度，金属侧壁的边缘或侧壁延伸段分别与金属前壳的边缘或前壳延伸段之间应采用紧固连接结构，该紧固连接可采用焊接、或粘贴、或咬扣连接、或过盈紧配连接、或外设附件压紧或夹紧连接，该紧固连接不仅起着提高结构强度作用，还应有热传导作用，使热量能有效地从金属前壳传导到金属侧壁上，提高散热作用，因而接触面积要足够大。图6中示出，金属侧壁2的边缘与金属前壳4的边缘之间的紧固连接采用过盈紧配的结构，如图中局部A所示。所谓过盈紧配连接就金属前壳4的边缘外径稍大于金属侧壁2的边缘内径，强行将金属侧壁2套在金属前壳4上。图7和图8所示的金属侧壁2与金属前壳4的边缘之间的紧固连接采用咬扣连接结构，如图7中局部B和图8中局部C所示，图8中的结构还可增加过盈紧配结构。

对于图6和图7所示的光源引擎，当轴线竖立时(如图所示)，向上流动的自然对流空气就不能贯穿内部的散热片，不能有效流经整个肋片表面，散热性能将严重恶化，因而在套片式和叠片式散热片中的肋片上也应开有错列式或百页窗式结构的通气窗口。

为了有利于开有百页窗式或错列式结构通气窗口的金属前壳、金属后壳、套片式和叠片式肋片内的导热传热，构成百叶窗式和错列式结构通气窗口的切口线应采用呈辐射形状的结构，图9、10、11分别示出了三种呈辐射形状的切口线20，图9中的切口线20为弧线，图10和图10中的切口线20为直线。

图12所示的本发明散热金属壳中，金属前壳4和金属后壳9中部采用了翻边结构，翻边19a和19b；金属前壳4的前壳延伸段402与金属侧壁2的侧壁延伸段201之间采用了过盈紧配连接和咬扣连接结构，如图中局部D所示，侧壁延伸段201的外缘加工成截面为C或U形结构，前壳延伸段402的外缘包裹着侧壁延伸段201的外缘。

图13所示的本发明固态光源引擎中，侧壁延伸段201的外缘加工成截面为C形，并设置有内加强环22(提高结构强度)，如图中局部F所示，由于金属前后壳首选薄铝板加工，强度低，因而应选用这样的强化结构强度的结构。

图12和13中，有一共同的特征，金属侧壁9的前段的尺寸(直径)大于后段，在前段和后段过度处，构成有截面为弯折的连续的环形台阶结构，如图局部E所示，这样的结构有提高金属侧壁的结构强度作用，因而称为截面为弯折的环形加强筋结构。

图14、图15是通常的百页窗式和错列式结构的加工成形方法示意图，有上模101和下模102，上模101上有凸齿103，凸齿103相对于金属板104的运动为垂直(或接近垂直)，如箭头105所示。由灯具壳体侧壁一般为桶形，如果采用以上方法用于侧壁上开通气窗口(如图12、13所示的金属侧壁2上的通气窗口)，生产效率低。如果要实现采用冲压工艺一次成形，凸齿103的运动方向与冲床机头运动方向(也是壳体的轴线方向)不一致，而且还应是垂直，每个凸齿103必须分别相对运动，不能是如图14、15所示的一个整体部件，这样的模具结构非常复杂，有可能无法制造出实用可靠的模具。为解决该问题，本发明提出以下方案。

图16所示本发明散热金属壳1中，金属侧壁2上的通气窗口3为百页窗式结构。在金属侧壁2与金属前壳4交界处有外援端面817，外缘端面817属于金属前壳4部分，为锥面，即与散热金属壳1的轴线827的夹角为锐角。外缘端面817上有齿口818(由成形凸齿轴向冲压，加工百页窗式结构形成的)，从图17可更清楚看出，齿口818的边缘由端面裁切线820和端面折角819组成，端面裁切线820与侧壁裁切线822相连，内折肋片824是原(还未加工有通气口之前)金属壳壁被成形凸齿向内(壳内)推挤形成的，使得内折裁切线821与侧壁裁切线822分离，构成通气口823，内折肋片824与外缘端面817的交界处为折角，即端面内折角819，内折肋片824的另一端(图中下端)连着的是下端连片825，之间为折角，称为下端内折角826。从图16可以看出，侧壁裁切线822与轴线827应在同一平面上。

图18所示的模具示出了一种本发明的金属侧壁百页窗式通气窗口冲压成形模具的基本结构特征：凹模828为上模，推挤内折肋片成形的成形凸齿829在凹模828内腔壁上，图中示出所有的成形凸齿829与凹模828为一个整体式结构，也可设计成镶嵌固定成一体结构，所有的成形凸齿829固定不能相对移动。凸模834的外周圈上开有与成形凸齿829相对应的成形沟槽835，成形沟槽835一直延伸到凸模834的上端，形成开口，成形凸齿829可轴向(图中凸模834的中心轴的轴线827的方向，箭头830所示)插入成形沟槽834。成形凸齿829的凸齿前端面831设计成与轴线827成锐角(斜角)，这样的设计目的有：成形凸齿829向内推挤金属壳壁时，更顺利，如图19所示，凸齿前端面831轴向向下(箭头838)运动，由于有斜角b(b＜90°)，凸齿前端面831作用在金属壳壁840上的力的方向为箭头839，产生向内变形的力，金属壳壁840就容易被向内推挤构成内折肋片824。从图20中可以看出，内折肋片824成形过程中的变形有两次弯曲变形，再被拉直，在成形凸齿829上有与内折肋片824相对滑动摩擦的面(即称为滑擦面833)，凸齿前端面831也是一个滑动摩擦面。凸齿前端面831与轴线827的夹角选取范围一般为20°-70°，最好选取40°-50°之间，同时设计外缘端面817与轴线的夹角a时，应a≥b，a应小于90°，取30°-70°之间。

图18中示出凸齿前端面831有凸齿刃口832，凸模834上有对应的端面刃口837和侧壁刃口836，这说明图18所示的模具可以实现，单个模具工位完成了散热金属壳1上的端面裁切线820与侧壁裁切线822的裁切工序，和成形凸齿829轴向推挤金属壳壁形成内折肋片824的工序。端面裁切线820和侧壁裁切线822的裁切工序，与内折肋片824成形工序也可以分成两工位完成。从图18可以看出，侧壁刃口836与轴线827应在同一平面上，才可实现成形凸齿829轴向推进。

从以上模具特征结构来分析，本发明的模具简单易制造，所有的成形凸齿可与凹模合为一整体部件，(强度)可靠，采用冲压工艺，设计成多工位连续模，带料送料，可实现高效的自动化生产，有效降低加工成本。

图20所示的本发明散热金属1中，有金属前壳4和金属后壳9，金属侧壁2与金属后壳9为同一金属板加工而成。金属后壳9上开有百页窗式结构通气窗口10。金属侧壁2分有直径不一样的两段，两段上都有错列式结构的通气窗口3，并且有两个外缘端面817。如图21所示，外缘端面817上的齿口818的边缘由两个端面裁切线820和一个端面内折角819组成，每个端面裁切线820对应连有侧壁裁切线822。内折肋片824上端是端面内折角819，下端是下端内折角826。

图22所示的本发明金属后壳9与金属侧壁2，为方形截面(还可以是椭圆、多边形、甚至三角形截面等)。金属后壳9上的通气窗口10采用百页窗结构，切口线为弧线。图中示出：金属侧壁2上的通气窗口3采用错列式结构，并且只有金属壁2的下半段开有通气窗口3，上半段的尺寸小于下半段，构成有台阶、外缘端面817就位于该台阶处，此时外缘端面17应属金属侧壁2的部分。

从LED灯珠发出的光，光通量密度非常高，产生有眩光问题。本发明提出了结构简单，灯具光效高，能有效解决眩光问题的技术方案：固态光源配有反光罩，从固态光源发出的光有一半以上照射到反光罩的反光面上，再从反光罩反射出光源引擎。反光罩的反光面要足够大，则光通量密度就能有效降低，眩光问题也就得到解决。具体有三种方案：

方案一、如图23所示，固态光源6是单颗灯珠，前方设置有配光透镜25，从固态光源6射出的光经配光透镜25后，有一半以上照射到反光罩26上，再朝光源引擎(反光罩26)外反射，如图中表示光线的虚线27所示。图中的反光罩26是由金属前壳4向后拉伸构成。

方案二、如图24所示，在固态光源6前方设置有灯芯反光器29，该灯芯反光器29将一半以上来自固态光源6发出的光反射到反光罩26上，再朝光源引擎(反光罩)外反射，如图中表示光线的虚线27所示。图中的反光罩26是由金属前壳4向后拉伸构成。

方案三、如图25所示，固态光源6前设置有灯芯罩32和灯芯反光器29，灯芯罩32设置有面向反光罩26的侧壁，该侧壁采用了散光结构或散光材料，照射到灯芯罩32的侧壁上的光，无论是直接来自固态光源6，还是经灯芯反光器29反射来的，经过灯芯罩侧壁上的散光结构或散光材料后，产生漫散射，照射到反光罩26上，再反射出反光罩26，如图中表示光线的虚线27所示。

图26所示的本发明固态光源引擎中，设置有灯芯罩32，以及光源灯珠35配有聚光杯36，聚光杯36的作用是减小光源灯珠35的照射范围角，使光线集中向前，这样就可以减小灯芯反光器29的尺寸，更多的光被灯芯反光器29反射到反光罩26上，有利于降低眩光强度；灯芯罩32的作用有保护灯芯罩32内的固态光源，灯芯反光器29等器件，比如防止尘埃，湿气等有害气体的损伤。导热芯、固态光源、灯芯反光器和灯芯罩可以构成一独立的标准部件——LED灯芯。

图23中，散热金属壳内设置有套片式肋片13，肋片13的翻边直接套在导热芯18上，肋片13边上开有百页窗式通气窗口23；金属前壳4与金属侧壁2之间的紧固连接采用咬扣连接结构，如图中局部G所示，与图13类似，但是金属侧壁边缘包裹着金属前壳的边缘，并且还设有透光灯罩24.。

图24中，散热金属壳内的肋片13的外缘周圈采用了翻边结构，构成的外缘翻边28不仅提高了肋片13的机械强度，与金属侧壁2的内壁相接触，又加强了金属侧壁2的机械强度。图中示出，金属侧壁2上与外缘翻边28相接触处没有开设通气窗口，外缘翻边28与金属侧壁2之间接触面就可成为接触传热面，这样的结构，有利于提高散热性能，经计算机模拟分析可得能够有10％之多的散热提高。图中所示的肋片13为套片结构，外缘翻边结构同样适用于叠片结构肋片。图中还示出设置有面板30，一般为装饰作用，如现在筒灯上的面板，金属侧壁2的边缘与金属前壳4的边缘之间的紧固连接采用外设附件压紧连接结构，外设附件就在面板30上，如图中局部H所示。

图25所示的本发明固态光源引擎中，金属前壳4向后拉伸，构成以凹腔，配有反光罩26的固态光源6就可设置在该凹腔中，可使整个光源引擎紧凑整洁。图中的反光罩26采用了翻边结构，构成有反光罩26与导热芯18之间的接触传热面，反光罩26又被利用于散热，反光罩26应采用金属材料，最好采用铝板制成。金属前壳4不仅开有通气窗口31，拉伸壁上也开有通气窗口401，通气窗口31应采用百页窗式或错列式结构，窗口的切口线应呈辐射形状。

图25还示出：在金属后壳9金属板壁上加工有翻边孔34，该翻边孔34可以用来承担光源引擎与外设装置的连接固定用的孔，比如螺孔，采用翻边结构是为提高强度。图中还示出：面板30为前壳延伸段402构成，侧壁延伸段201延伸至面板30背后，构成面板30的后加强板33，面板30也可设计成由侧壁延伸段201构成；图中局部N示出了金属前壳的边缘与金属侧壁的边缘之间的紧固连接结构，应属于咬扣连接结构；图中局部K示出，金属侧壁2上的环形加强筋采用了一种截面为凹形结构，图中是向外凸，也可反向向内凹。

图26中，在金属后壳9的后面设置有后外壳39，后外壳39应采用金属板材(最好选用铝板)经有冲压加工制成；后外壳39的外缘拉伸壁38是从后外壳39的金属板材拉伸制成的，还可以在外缘拉伸壁38开百页窗式或错列式通气窗口；后外壳39上开有百页窗式结构(也可采用错列式结构)的通气窗口40，该窗口的切线应呈辐射形状；后外壳中部采用了向前拉伸结构，并在该拉伸壁上开有百页窗式结构(也可采用错列式结构)的通气窗口41，该窗口的切口线应顺着拉伸方向；后外壳39采用翻边结构实现与导热芯18之间的接触传热，图中为直接接触传热，也可设计成间接接触传热。增设后外壳39的目的就是增加散热面积。为保证空气对流畅通，通气窗40和41的通透率应足够大。图中还示出，侧壁延伸段201和前壳延伸段402之间的紧固连接采用了外设附件夹紧连接结构，图中的外加强环37就是该外设附件，外加强环37不仅起到将侧壁延伸段201和前壳延伸段402夹紧实现紧固连接作用，还起到提高结构强度，故称外加强环。

固态光源设置在导热芯上，导热芯采用圆柱结构，散热金属壳(金属前壳、金属后壳)的中部采用套筒或翻边结构，该套筒或翻边与导热芯设置有直接或间接的接触传热面，这样的结构优点有：通过采用导热芯与套筒或翻边孔之间的过盈紧配合，容易保证接触传热面紧密接触，能有效控制接触传热热阻，并且制造简单，容易实现机械自动化组装，效率高。图23至26中示出，金属前壳4和金属后壳9中部壳采用翻边结构，翻边直接套在导热芯18上。图13和图24～26中示出，固态光源6的电源导线或接插头21穿过导热芯18，向后伸出，结构紧凑简洁。

本发明中百页窗通气窗口的有效通风面积定义为：参考图4，单个分切口的有效通风面积等于分切口16的宽b乘以分切口16的长度，所有的分切口的有效通风面积之和就是整个百页窗式通风窗口的有效通风面积。

本发明中错列式通气窗口的有效通风面积定义为：参考图3，当分切口16的宽b小于或等于二分之一页片15b的宽c时，单个页片15b构成的有效通风面积等于2b乘以分切口16的长度，所有页片15b构成的有效通风面积之和就是整个错列式通风窗口的有效通风面积；当分切口16的宽b大于二分之一页片15b的宽c时，如果页叶15b宽c小于或等于页叶15a宽e，单个页片15b构成的有效通风面积等于c乘以分切口16的长度，所有页片15b构成的有效通风面积之和就是整个错列式通气窗口的有效通风面积；如果c大于e时，则按页片15a计算，单个页片15a的有效通风面积等于e乘以分切口16的长度，所有页片15a的有效通风面积之和就是整个错列式通气窗口的有效通风面积。依据以上定义，错列式通气窗口的通透率最大理论值是0.5，本发明提出侧壁通透率应达到0.2，为最大理论值的40％，说明已达到足够大。

本发明金属侧壁通透率定义为金属侧壁通气窗口的有效通风面积除以金属侧壁的面积，百页窗式和错列式通气窗口的有效通风面积计算按以上[0069][070]的定义计算；金属侧壁的面积计算：当金属侧壁2与金属前壳4以及金属后壳5为圆弧连接时，则以圆弧切线与轴线夹角为40°时的切点，如图27中的点P和点Q，确定金属侧壁2和金属后壳9以及金属前壳4的分界点，如图27中的h内的外表面积就是侧壁的面积；如果金属侧壁2和金属前壳4以及金属后壳9是斜面连接时，如图28所示，当斜面与轴线的夹角β大于40°时，侧壁的面积按h2内的外表面积计算，当斜面与轴线的夹角β小于或等于40°时，侧壁的面积按h1内的外表面积计算。

百页窗式通气窗口的通透率的理论极限为1.0，但由于考虑到导热，壁厚，强度以及加工等因素，实际能实现的通透率很低。经实验和理论分析，侧壁通透率0.2与0.4之间的散热性能的差别能达到50％，侧壁通透率不到0.1与0.4之间的散热性能的差别能达到一倍，侧壁通透率0.2的散热性能比侧壁通透率为0(无通气窗口)提高了近一倍。本发明提出侧壁通透率不小于0.2就是基于实验和理论分析。实际设计产品时，侧壁通透率最小应达到0.3，因为从加工方面来考虑，0.3的侧壁通透率容易实现，散热性能也很高。

金属后壳、后外壳、套片式以及叠片式肋片上所开的通气窗口同样也应足够大，通透率至少也要达到0.2，以保证对流散热空气流动畅通，实际设计产品时，通透率应达到0.3以上。

本发明金属后壳的通透率定义为，金属后壳上的所有通气窗口的有效通气面积除以金属后壳在轴向方的投影面积。百页窗式和错列式通气窗口的有效通气面积计算按上述[0069][070]所定义计算。金属后壳在轴向方的投影面积计算定义：图27按直径D的面积再扣除直径d的面积计算；图28中，如果β角大于40°，则按直径D1的面积再扣除直径d的面积计算；如果β角小于或等于40°，侧按直径D2的面积再扣除直径d的面积计算。后外壳、套片式以及叠片式肋片的通透率的定义和计算与后壳通透率一致。

采用冲压工艺，加工制造成本得到显著降低，金属板材的原料成本所占的比例就上升到显著位置，因而降低金属板材用量，即减小金属板材厚度，则可有效降低散热金属壳的成本，但减小散热金属壳的壁厚，存在散热量减小的因素。壁厚对散热量的影响为曲线关系，当壁厚到一定值时，壁厚增加一半，散热量增加可能不到5％。采用《传热学》中常用的肋效率概念来分析壁厚对散热量的影响，确定散热金属壳壁厚的合理值。

肋效率的定义是：肋片实际散热量除以假设肋片内无导热热阻(即肋片材料的导热系数无穷大)时的散热量。依据实验得到的参数，应用计算机数值模拟分析，得出以下本发明的散热金属壳采用铝材时，壁厚对肋效率的影响。

金属侧壁直径为180mm，壁厚为1.0mm时，肋效率为64％，壁厚加到1.2mm增加了20％，但肋效率才增加了5.5％，壁厚加到1.5mm，增加了50％，但肋效率才增加了12％；金属侧壁直径为150mm，壁厚为0.8mm时，肋效率为68％，壁厚加到1.0mm，增加了25％，但肋效率才增加了6％，壁厚加到1.3mm，增加了62％，但肋效率才增加了12％；金属侧壁直径为130mm，壁厚为0.7mm时，肋效率为70％，壁厚加到0.9mm增加了28％，但肋效率才增加了6.5％，壁厚加到1.15mm，增加了64％，但肋效率才增加了12.5％；金属侧壁直径为115mm，壁厚为0.6mm时，肋效率为68％，壁厚加到0.8mm，增加了33％，但肋效率才增加了7％，壁厚加到1.0mm，增加了67％，但肋效率才增加了13％；金属侧壁直径为100mm，壁厚为6.0mm时，肋效率为74％，壁厚加到0.8mm增加了33％，但肋效率才增加了5.5％，壁厚加到1.0mm，增加了67％，但肋效率才增加了9.5％；金属侧壁直径为90mm，壁厚为0.5mm时，肋效率为76％，壁厚加到0.7mm增加40％，但肋效率才增加了6.5％，壁厚加到0.9mm，增加了80％，但肋效率才增加了9％；金属侧壁直径为80mm，壁厚为0.5mm时，肋效率为78％，壁厚加到0.6mm增加了40％，但肋效率才增加了6.5％，壁厚加到0.8mm，增加了60％，但肋效率才增加了9％；金属侧壁直径为70mm，壁厚为0.4mm时，肋效率为77％，壁厚加到0.6mm增加了50％，但肋效率才增加了7％，壁厚加到0.7mm，增加了75％，但肋效率才增加了10％；金属侧壁直径为60mm，壁厚为0.4mm时，肋效率为80％，壁厚加到0.5mm增加了25％，但肋效率才增加了3.5％，壁厚加到0.6mm，增加了50％，但肋效率才增加了6.5％。

依据以上结果，并且考虑到其他因素，比如：结构强度、材料成本与加工成本比值，整体尺寸大小的影响，分析得出实际设计产品时，散热金属壳的壁厚选定如下：

D表示金属侧壁的直径，δ表示散热金属壳的壁厚。当180mm≥D＞150mm时，取δ≤1.5mm，最好取δ＜1.25mm；当150mm≥D＞130mm时，取δ≤1.3mm，最好取δ＜1.1mm；当130mm≥D＞115mm时，取δ≤1.15mm，最好取δ＜0.95mm；当115mm≥D＞100mm时，取δ≤1.0mm，最好取δ＜0.85mm；当100mm≥D＞90mm时，取δ≤0.95mm，最好取δ＜0.8mm；当90mm≥D＞80mm时，取δ≤0.9mm，最好取δ＜0.75mm；当80mm≥D＞70mm时，取δ≤0.85mm，最好取δ＜0.7mm；当70mm≥D＞60mm时，取δ≤0.8mm，最好取δ＜0.65mm；当D≤60mm时，取δ≤0.7mm，最好取δ＜0.6mm。

当金属侧壁的直径不均匀时，取最大与最小的平均值(平均直径)；当金属侧壁的横截面不是圆形，取面积相等的当量直径，比如，金属侧壁横截面是边长为E的正方形，其当量直径D＝2E/√π＝1.128E；当壁厚不均匀时，取壁厚的平均值(平均壁厚)。

图1、2、5至8、23至26为示意图，图中所示散热金属壳的壁厚以及肋片13的肋片厚不应是实际的厚度。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种固态光源散热金属壳，包括有金属侧壁(2)和金属前壳(4)、或金属侧壁(2)和金属后壳(9)、或金属侧壁(2)和金属前壳(4)以及金属后壳(9)，散热金属壳(1)设置有与固态光源(6)直接或间接接触的接触传热面，其特征在于：散热金属壳(1)采用金属板材制成；金属侧壁(2)是从金属后壳(9)、或金属前壳(4)、或金属后壳(9)与金属前壳(4)的金属板材拉伸而成的；金属侧壁(2)上开有百页窗式结构或错列式结构的通气窗口(3)，该窗口的切口线采用了顺着金属侧壁的拉伸方向的结构，金属侧壁(2)上顺着金属侧壁(2)的拉伸方向被裁切，构成有侧壁裁切线(822)和内折裁切线(821)，以及内折肋片(824)，内折肋片(824)有向内变形，内折裁切线(821)与侧壁裁切线(822)分离，构成通气口。

2.根据权利要求1所述的固态光源散热金属壳，其特征在于：金属侧壁(1)上的百页窗式或错列式结构的通气窗口(3)的特征有：在金属侧壁(2)上、或金属侧壁(2)与金属前壳(4)或金属后壳(9)交界处附近的外缘端面(817)上有齿口(818)，齿口(818)的边缘由端面裁切线(820)和端面内折角(819)组成；端面裁切线(820)与侧壁裁切线(822)相连；内折肋片(824)与外缘端面(817)为折角连接，内折肋片(824)的另一端连着的是下端连片(825)，下端连片(825)的另一端与金属壳壁(840)弯折连接。

3.根据权利要求2所述的固态光源散热金属壳，其特征在于：金属侧壁(2)的通透率不小于0.20。

4.根据权利要求2所述的固态光源散热金属壳，其特征在于：

当180mm≥D＞150mm时，取δ≤1.5mm；

当150mm≥D＞130mm时，取δ≤1.3mm；

当130mm≥D＞115mm时，取δ≤1.15mm；

当115mm≥D＞100mm时，取δ≤1.0mm；

当100mm≥D＞90mm时，取δ≤0.95mm；

当90mm≥D＞80mm时，取δ≤0.9mm；

当80mm≥D＞70mm时，取δ≤0.85mm；

当70mm≥D＞60mm时，取δ≤0.8mm；

当D≤60mm时，取δ≤0.7mm；

其中，D表示金属侧壁(9)的当量直径，δ表示散热金属壳的平均壁厚。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的固态光源散热金属壳，其特征在于：散热金属壳(1)有金属后壳(9)时，金属后壳(9)采用了向前拉伸结构，并在拉伸壁上开有百页窗式结构或错列式结构的通气窗口，该窗口的切口线采用了顺着拉伸方向的结构。

6.根据权利要求1或2或3或4所述的固态光源散热金属壳，其特征在于：散热金属壳(1)有金属后壳(9)时，金属后壳(9)上开有百页窗式结构或错列式结构的通气窗口，其切口线(20)采用了呈辐射形状的结构。

7.一种制造根据权利要求2或3或4所述的固态光源散热金属壳(1)的方法，其特征在于：金属侧壁(2)上的百页窗式或错列式结构通气窗口(3)的成形方法采用了，成形凸齿(829)轴向运动，推挤金属壳壁(840)向内变形，构成内折肋片(824)，形成通气口(823)。

8.根据权利要求7所述的固态光源散热金属壳(1)制造方法，其特征在于：端面裁切线(820)和侧壁裁切线(822)工序，与成形凸齿(829)轴向推挤工序合在同一个模具工位。

9.一种用于制造根据权利要求2或3或4所述的固态光源散热金属壳(1)的模具，包括有凹模(828)和凸模(834)，其特征在于：凹模(828)内有成形凸齿(829)，所有的成形凸齿(829)在凹模(828)内腔壁上，并且与凹模(828)固定为整体，不可相对运动，凸模(834)上有与成形凸齿(829)对应的成形沟槽(835)，成形沟槽(835)一直延伸到凸模(834)的上端，形成开口，成形凸齿(829)可轴向插入成形沟槽(835)。

10.根据权利要求9所述的模具，其特征在于：成形凸齿(29)的凸齿前端面(31)与轴线(27)的夹角b为锐角，夹角b应小于或等于外缘端面(17)与轴线(27)的夹角a。