CN202613085U - Led照明装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及LED照明装置，该LED照明装置包括：(a)外壳，包括：(i)金属内部；和(ii)搪瓷涂层，在金属内部的至少一部分外表面上；和(b)至少一个LED，该至少一个LED与外壳热耦合。外壳构造成从至少一个LED向周围环境导热。

Description

LED照明装置

相关申请的交叉引用 

本申请要求2011年8月12日提交的美国临时专利申请No.61/523,070的优先权，其内容作为参考包含在这里。 

技术领域

本实用新型通常涉及用于发光二极管(“LED”)照明，即，照明灯具或装置，的散热器/外壳的改进的表面处理、涂层和设计，包括但不限于包含这种涂覆的散热器/外壳的LED灯。 

背景技术

LED照明装置，如LED灯，在工作期间产生较大量的热。为了帮助散逸产生的热，LED照明装置一般由用作散热器的金属外壳构造，通过将热从LED最后传导到周围环境，来散热。为了提供良好的散热，散热器一般由具有良好热传导特性的金属制成，如铝、铜及其合金、或铸铁或钢。 

虽然这些金属能进行良好的导热，但用暴露的金属外壳构造LED照明装置有一些缺点。一个缺点是增加了以下可能性：当接触外壳时，例如在安装或拆除LED照明装置期间，LED照明装置的用户将受到危险的电击。如众所周知的，金属是非常好的电导体，随着使用非绝缘的暴露的金属的增加，出现从电源到用户的危险的导电路径的可能性也增加了。 

在LED照明装置中使用金属外壳还使得对于这种照明装置通过必要的安全测试变难，如“高压”测试。高压测试(也称为绝缘耐压测试)验证产品或部件的绝缘性是否足以保护用户不受电击。测试一般涉及在测试产品的载流导体和它的金属屏蔽之间施加高压，并允许高压测试仪监测流过或通过绝缘体泄露的电流。如果高的测试电压不会使绝缘体击穿，则断定产品在正常工作条件 下对于用户来说是安全的。因为常规的散热器由金属制成，其是高导电性的，确保常规的LED照明装置通过高压测试，使LED照明装置的机械设计和电性设计变复杂。 

另一缺点是美学缺点。裸露的金属外壳视觉上不会令用户高兴。常规地，在金属外壳上提供涂层的方案包含应用粉末涂层、e涂层或液体油漆。金属的粉末涂覆包含应用由小颗粒塑料构成的粉末。使用热来熔化塑料并将其接合到表面，形成涂层。电涂覆是将涂层应用到金属上的另一种方法。在该工艺中，通过使将被涂漆的表面和油漆本身带相反电荷，使用电流将油漆应用到金属表面。 

另一常规的涂覆技术是液体涂漆，其中将油漆喷射到金属表面上。该技术可以结合上述的粉末涂覆和电涂覆技术使用。 

然而，虽然上述的技术可以将例如塑料涂层应用到金属，并且获得了一定程度的电绝缘和着色，但对于该目的应用塑料涂覆有成本、热传导效率的缺点，并需要昂贵的设备。而且，上述常规的涂层有较差的导热性，在大约0.2W/m·k的范围内。同样，一般的粉末涂层和液体油漆涂层具有小于90μm范围内的厚度，因此不会显示出作为绝缘体的较佳的绝缘特性，增加了用户电击的风险，并且不会显示出特别好的抗磨损性和耐久性或颜色坚牢度。 

LED照明装置中的另一常规的外壳材料是固体陶瓷，取代了金属。然而，虽然陶瓷是良好的电绝缘体，但固体陶瓷散热器没有提供特别好的导热性，即在大约10-28W/m·k范围内，这比金属的导热性小得多。因此，需要一种提供高电绝缘、高导热性、容易制造和耐久性的LED照明装置外壳/散热器结构。 

实用新型内容

根据本实用新型的一个方面，LED照明装置包括：(a)外壳，包括：(i)金属内部分；和(ii)搪瓷涂层，在金属内部的至少一部分外表面上；和(b)至少一个LED，所述至少一个LED热耦合至外壳。配置该外壳以将来自所述至少一个LED的热量传导至周围环境。 

另一方面，LED照明装置进一步包括：(c)光可传送表面，耦合到外壳上并且配置成将光从LED传送到照明装置外部。 

另一方面，LED照明装置进一步包括电耦合到所述至少一个LED的电源单元。 

另一方面，电源单元与LED照明装置整体形成。 

另一方面，电源单元与LED照明装置分离，并通过导线耦合以向所述至少一个LED提供电能。 

另一方面，金属内部由选自铝、铜、铝或铜的合金、铸铁和钢中任一个的材料制成。 

另一方面，LED照明装置进一步包括具有外围的板，其中所述至少一个LED安装在该板上，并且至少所述板的外围与一部分外壳热耦合。 

另一方面，搪瓷涂层的厚度在大约0.05毫米至1毫米的范围内。 

另一方面，搪瓷的电介质强度在每毫米5000至13000伏特的范围内。 

另一方面，搪瓷的导热性在大约4.2-12.6W/m·K的范围内。 

另一方面，光可传送表面具有球体形状。 

另一方面，光可传送表面具有平面形状。 

另一方面，光可传送表面具有非均匀形状，以起到光准直器的作用。 

另一方面，涂层在金属内部的整个外表面上。 

附图说明

图仅以说明为目的，没有必要按比例绘制。然而，结合附图，参考下面的具体实施方式可以更好的理解实用新型本身，其中： 

图1是根据本实用新型的实施例的示范性LED照明装置的透视图； 

图2是图1中示出的LED照明装置的外壳部分的截面图，示出了外壳上的搪瓷涂层； 

图3是根据本实用新型另一实施例的示范性LED筒灯(downlight)的透视图； 

图4是图3中示出的LED筒灯的截面图； 

图5是图4中示出的部分图的放大图； 

图6是根据本实用新型的再另一个实施例的另一个示范性LED筒灯的透视图； 

图7是图6中示出的LED筒灯的截面图；和 

图8是图7中示出的部分图的放大图。 

具体实施方式

为了克服现有技术的困难，在本实用新型的实施例中，提供了一种LED照明装置，其具有散热功能和介质保护功能的外壳。根据本实用新型的有利方面，外壳具有(i)金属内部；和(ii)在金属内部的至少一部分外表面上的搪瓷涂层。金属和搪瓷涂层的组合建立了具有优良散热性和非常高的安全电绝缘性的散热器。 

如下所述，使用搪瓷工艺来涂覆外壳，提供了一种显示出非常高的电绝缘性和用户安全性的LED外壳/散热器，在具有优良导热性的同时，提高了从外壳表面的热辐射，同时提供了非常耐用的表面，其即使长期存在于UV光中，也是抗划伤和颜色耐久的。 

由于搪瓷是优良的电绝缘体，与由裸露金属或具有粉末或油漆涂层的金属制成的外壳相比，提供了包括具有搪瓷外涂层的金属内部的LED照明装置的外壳/散热器提供了安全性的优点。根据本实用新型的各个方面，为了对金属和搪瓷的组合结构提供电绝缘性和热传导性的最佳组合，在金属内部提供大约0.05mm至1mm之间厚度范围的搪瓷涂层是特别有利的。在实现高度安全性的最佳范围内，得到在大约4KV-10KV的范围内的产生高压测试结果。 

虽然瓷器单独不能表现出特别高程度的导热性，即，在4.2-12.6W/m·K范围内，但是在以薄层施加时，搪瓷是比较好的热导体。因此，在本实用新型中，搪瓷优选非常薄地应用，以便通过它们仅存在非常小的温度梯度，使由金属和搪瓷涂层的组合制成的外壳/散热器能提供由此形成的具有良好的整体导热性 的外壳。使由内金属部分和外层搪瓷的组合形成的这种外壳，对散热器的辐射率也具有有利效果，影响从散热器辐射的热量。 

具体地，对于LED照明应用，辐射量一般为全部散热的10％至30％。辐射率(E)，其是辐射效果的效率，取决于具体表面的涂装和类型。例如，对于磨亮的金属表面E＜0.1，而对于原始未抛光的金属表面E＝0.2-0.5，以及对于涂漆的表面E＞0.85。如根据本实用新型利用的搪瓷涂层，搪瓷的固有E是＞0.9，这使得搪瓷是理想的热辐射面，并使得它有助于外壳/散热器在辐射模式中传热。 

由此，利用金属内部和足够薄的外搪瓷涂层的组合形成的外壳/散热器，由金属部分提供高导热性，连同具有高辐射率的搪瓷涂层一起，这通过辐射对热传递具有高传导性。这种结合使得组合结构的散热特性优于单独使用金属，单独使用金属表现出相对较低的辐射率，且优于单独使用陶瓷或玻璃，单独使用陶瓷或玻璃展现出较低的导热性。 

而且，重要地，使用搪瓷作为外壳/散热器上的涂层，对LED照明装置的机械设计和照明装置电源的设计是显著有利的，例如，因为越多的金属部分用绝缘搪瓷涂覆，对安全和不必要导电性的担忧越显著降低。 

虽然玻璃的惰性、不可渗透性质使搪瓷涂层成为良好的电绝缘体，但是由于涂层的表面变化和内部的气泡结构，会使得搪瓷涂层的电介质强度一点与另一点略微不同。在平均总厚度为0.1mm至0.15mm的情况下，普通搪瓷的电介质强度的范围是从5000到13000伏每毫米。可以制造特殊“改变”的具有减少的气泡结构的搪瓷涂层，其具有均匀的高压击穿电阻。这种改变包括改变玻璃的玻璃料组成和改变涂层的微结构，以提高其电介质强度。然而，虽然可以大大减少搪瓷涂层的气泡结构，但是即使通过这种改变工艺，也不能被消除该气泡结构。用最小的三个薄涂层的非常致密的改变的搪瓷，获得了最佳的电介质强度。 

而且，在涂覆外壳/散热器时使用搪瓷，比使用裸金属或具有油漆或粉末涂层的金属，提供了许多额外的优势，因为它表面光滑，质硬，耐化学腐蚀，耐 用，耐刮(莫氏硬度5-6)。另外，这样处理的外壳表面是玻璃涂层，因此即使在存在紫外线光的情况下，也是清洁和颜色牢固的。 

与油漆涂装不同，通过用适度的淡肥皂水清洗，搪瓷可以恢复到其原始状态。在五年、十年、甚至二十年之后，搪瓷能保持其原来的颜色。搪瓷层抗划伤，并且即使经过多年的使用也能保留其原有的光泽。 

在本实用新型的优选实施例中，通过在相对高的温度下，进行搪瓷涂层和内部结构的基本金属的反应和融合，可制造与金属内部结构良好的附着。结果，根据本实用新型，外壳/散热器上的搪瓷涂层成功地抵抗恶劣的天气和工作条件，包括极端的潮湿、寒冷和酷热。而且，在与大多数行业中发现的化学物质接触时，搪瓷不会变质或腐蚀-它保持其原来的形状、颜色和质地-相比其他灯具，提供长时间的使用年限，对于LED照明装置这是必不可少的，其通常具有25,000小时或更长的寿命。 

通过图1-8中示出的实施例，将说明根据本实用新型的外壳/散热装置的使用。这些实施例实际上是说明性的，且没有限制性，本实用新型的技术可以在许多种LED照明装置结构中使用，这些将被本领域的技术人员认识到。 

图1是使用本实用新型的示范性LED照明装置10的透视图。LED照明装置10包括优选由玻璃制成的球体部分12，其形成LED照明装置10的顶部。在其它事情中，玻璃球体部分12优选进行光漫射功能，例如利用通过磨砂或其它方式的光漫射。 

LED照明装置10还包括发光的LED 14、将LED 14产生的热量向外传导到外部环境的外壳/散热器16，和典型的经由侧壁或天花板插座提供连接为LED照明装置10供电的灯座18。虽然灯座18在图中示出为螺纹的爱迪生灯座，例如，E26或E27，但是本实用新型并不限于公开的实施例，并且灯座18可以形成为具有任意结构的连接器的形式，例如，双插刀型安装、平滑型连接器等，用来连接许多已知的墙壁或本领域熟知的天花板插座。如将在下面进一步论述的，本实用新型的涂层技术并不限于LED灯泡应用。这种涂层适用于所有室内和室外的LED照明装置，例如，但是不限于，筒灯和街灯。下面将参考图3和 4描述LED筒灯的例子。 

图2是外壳/散热器16的截面图，根据本实用新型更详细地示出了外壳/散热器16的结构。优选，根据本实用新型，外壳/散热器16具有金属内结构20，搪瓷22涂覆在金属内结构20的外表面上。如图所示，搪瓷优选施加到金属内结构的所有外表面上，并且优选该金属上提供基本均匀的搪瓷涂层。然而，在一些情况下，可优选用搪瓷仅涂覆金属的某些部分。例如，可优选仅涂覆将被用户处理的暴露的外表面。 

优选在800华氏度以上的温度下将粉末玻璃熔化到金属上，以已知的方式将搪瓷施加为粘合金属散热器的基本玻璃质或玻璃无机涂层。 

根据本实用新型，外壳/散热器16的金属内结构20优选由导热金属制成，例如，铝、铜和它们的合金、或铸铁或钢。 

在该说明性的实施例中，导热板19，优选由金属或其它导热材料制成，提供在外壳/散热器16上，并保持与外壳/散热器16的上环形缘接触，或者与外壳/散热器16热连接。 

外壳/散热器16和导热盘19的组合使热量从LED 14散逸到外部环境中。 

虽然在图中看不到，但是如将在下面描述的，电子元件，即，电路，将典型地提供在外壳/散热器16中，并通过任何已知的方式连接到供电和控制LED14的PCB电路。 

LED 14可以是任何已知类型的LED，包括但不限于单色LED或多色LED。此外，一个或多个LED芯片可以包含在封装中且安装到PCB电路上。 

虽然图1和图2中示出的LED照明装置是灯泡的形式，但是本实用新型并不限于LED灯泡。本实用新型可用于具有用来传导来自LED的热量的外壳/散热器的任何LED照明装置结构。例如，虽然说明性的LED照明装置示出为具有圆形轮廓，但本实用新型并不限于这种形状。LED照明装置的形状可以是LED照明装置的任何适当形状，包括但不限于，管状、圆柱状或矩形形状，且具有不同形状和结构的外壳/散热器。而且，虽然在优选结构中已经描述了球体，其由玻璃制成，但是本实用新型并不限于使用玻璃。也可以使用适合用于灯泡 的其它材料，如塑料。 

例如，在图3-5中示出了体现本实用新型的其它类型的LED照明灯具，这些图示出了LED筒灯40。LED筒灯40具有电源单元(PSU)42，其向筒灯40提供电能。在本说明性实施例中，电源附于散热器44上，散热器44包括截头圆锥体部分44a、垂直部分44b和边缘44c。提供光传送表面以将光从LED筒灯送出。在本说明性实施例中，光传送表面包括光散射板45，其用来散射来自LED 46的光，这可在图4的截面图中看到。 

图4是LED筒灯40的截面图，其示出了安装到PCB上并连接PSU 42的LED 46。PSU 42以任何已知的方式向LED 46输送电能，例如，从天花板插座、电池单元或其它已知的用于照明的电能源。PSU 42可以与LED筒灯40集成在一起，如图4和5所示，但是也可以是分离的PSU，例如，在包含所有PSU元件的单独盒子里，经由电缆连接到LED筒灯。 

在图5的放大图中可以清楚的看出，至少散热器44的元件44a和44b包括内金属结构50，具有搪瓷涂层52。任意的，元件44c也具有相同的涂层结构。搪瓷涂层52已经结合图1和图2在上面详细描述，并且与图2中的涂层22在结构和功能上是相同的。在LED筒灯40中，搪瓷涂层52提供了与图1和图2中所示的灯泡型LED照明装置10相同的特征和优点，且在上面已详细介绍，这里不再重复。 

在示出LED照明装置60的图6-7中示出了可利用本实用新型的涂层的再另一个示范性的其它类型的LED照明产品。LED照明装置60具有电源外壳64，其向LED照明装置60提供电能。在说明性实施例中，电源外壳有两个栓62，用来扭锁连接。然而，本实用新型并不仅限于这种所示类型的连接器，并可以使用任何适当的连接器连接，例如墙壁或天花板插座。在本说明性实施例中，电源外壳64耦合至散热器66，散热器66包括截头圆锥体部分66a和垂直部分66b。 

提供光传送表面以将光从LED照明装置60传送出去。在本说明性实施例中，光传送表面包括光学透镜68，其具有非均匀的形状，以便具有作为来自 LED 67的光的光准直器的功能。LED照明装置60的底部边沿提供有环形缘69，其为LED照明装置60的底部提供机械支持和保护。环形缘69可由能提供保护和支持功能的金属、塑料或其它材料制成，并可以以任何适当的方式与外壳和光学透镜68紧密配合，例如，搭扣配合、螺纹配合等。 

图7是LED照明装置60的截面图，其显示了耦合到电源外壳64的LED 67。电源外壳64以任何已知的方式向LED 67输送电能，例如，从天花板插座、电池单元或其它已知的用于照明的电能源。电源外壳64可与LED照明装置60集成在一起，如图6和7所示，但也可以是单独的电源外壳，例如，独立的盒子，通过电缆连接到LED照明装置60，如上面关于图3-5的实施例的描述。 

在图8的放大图中可以清楚的看出，由元件66a和66b组成的外壳66包括内金属结构70，具有搪瓷涂层72。搪瓷涂层72在上面结合图1和图2以及图3-5已经详细描述，并且与图2中的涂层22和图5中的涂层52在结构和功能上相同。在LED照明装置60中，搪瓷涂层72提供了与图1和图2中所示的灯泡型LED照明装置10和图3-5中示出的LED筒灯40相同的特征和优点，且在上面已详细介绍，这里不再重复。 

虽然在这里已经说明和描述了具体实施例，但是对于本领域的普通技术人员来说很显然，在没有偏离本实用新型的范围的前提下，各种替换和/或等效的实现方式可以代替示出和描述的具体实施例。例如，虽然已经说明了灯泡形状的照明装置和筒灯，但是本实用新型可以适用于任何结构的LED照明灯具的散热器结构。在每个结构中，同样的搪瓷涂层工艺可以以上述相同的方式施加到金属散热部分上，以提供上述优点，这将被本领域的技术人员所理解。这个临时的应用是为了涵盖本文讨论的具体实施例的任何调整或变化。因此，意味着本实用新型仅被权利要求及其等效所限制。 

Claims (14)

1.一种LED照明装置，包括：

(a)外壳，包括：

(i)金属内部；和

(ii)搪瓷涂层，在金属内部的至少一部分外表面上；和

(b)至少一个LED，所述至少一个LED热耦合至外壳，

外壳构造成从所述至少一个LED向周围环境导热。

2.根据权利要求1所述的LED照明装置，进一步包括：

(c)光可传送表面，耦合至外壳并配置成将来自LED的光传送到照明装置外部。

3.根据权利要求1或2所述的LED照明装置，进一步包括电耦合到所述至少一个LED的电源单元。

4.根据权利要求3所述的LED照明装置，其中电源单元与LED照明装置整体形成。

5.根据权利要求3所述的LED照明装置，其中电源单元与LED照明装置分离，并通过导线耦合以向所述至少一个LED提供电能。

6.根据权利要求1所述的LED照明装置，其中金属内部由选自铝、铜、铝或铜的合金、铸铁和钢中任一个的材料制成。

7.根据权利要求1所述的LED照明装置，进一步包括具有外围的板，其中所述至少一个LED安装在所述板上，并且至少所述板的外围与一部分外壳热耦合。

8.根据权利要求1所述的LED照明装置，其中搪瓷涂层的厚度在约0.05毫米至1毫米的范围内。

9.根据权利要求1所述的LED照明装置，其中搪瓷的电介质强度在每毫米5000至13000伏特的范围内。

10.根据权利要求1所述的LED照明装置，其中搪瓷的导热性在大约4.2-12.6 W/m·K的范围内。

11.根据权利要求2所述的LED照明装置，其中光可传送表面具有球体形状。

12.根据权利要求2所述的LED照明装置，其中光可传送表面具有平面形状。

13.根据权利要求2所述的LED照明装置，其中光可传送表面具有非均匀形状，以起到光准直器的作用。

14.根据权利要求1所述的LED照明装置，其中涂层在金属内部的整个外表面上。 

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