CN204420624U - 一种高功率led灯具的矩形配光装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型是一种高功率LED灯具的矩形配光装置，该装置包括散热器、第一反光片、第二反光片、LED光源；散热器由一柱体部和多个散热肋片组成一体结构，柱体部由圆柱体结构部和梯形体结构部构成；在圆柱体结构部圆周面上设置多个散热肋片，每个散热肋片的根部分别与圆柱体结构部连接，第一反光片和第二反光片位于近邻的两个散热肋片之间；第一反光片的反光面与第二反光片的反光面相对放置，第一反光片的一端、第二反光片的一端分别与梯形体结构部的底面两侧边轮廓连接；LED光源位于第一反光片和第二反光片之间并与梯形体结构部的底面上并固定连接；LED光源发出的光由第一反光片和第二反光片配光后射向空问，形成矩形配光。
Description
技术领域
本实用新型属于LED灯具技术领域，涉及一种大功率LED灯具，尤其涉及一种能实现大功率LED灯具的矩形配光装置。
背景技术
在全球能源短缺的背景下，节约能源是我们未来面临的重要问题。在照明领域，LED灯具作为一种新型的绿色光源产品，必然是未来发展的趋势。在LED灯具设计中，散热器设计和配光设计尤其重要，散热设计关系到灯具的寿命，而配光设计则和照明效果息息相关。通常，LED灯具中散热器和二次配光器件分别由散热设计人员和光学设计人员设计，并需要开两套模具，然后由两台不同的生产设备生产。图1为市场上一款常见的矩形配光的LED灯具，LED灯具主要包含以下几个部件：灯具固定支架a、驱动电源b、散热器c、LED光源d及矩形配光反射器e，LED灯具的各部件间相互独立，相邻两部件间通过螺丝固定。散热器和二次配光器件独立设计、生产的过程需要支付两套模具费用，占用两套生产设备，因此生产成本高。另外，生产完成后还需要用螺丝把两个部件连接起来，这一组装的工序又必然会增加生产成本，延长生产周期。
实用新型内容
(一)要解决的技术问题
本实用新型的目的是要解决现有技术需要开两套模具，加工成本高、装配工序繁多的技术问题，由此提供一种在散热器上直接实现高功率LED灯具的矩形配光装置。
(二)技术方案
为了达成所述目的，本实用新型提供一种高功率LED灯具的矩形配光装置，该装置包括散热器、第一反光片、第二反光片、LED光源；散热 器由一柱体部和多个散热肋片组成一体结构，柱体部由圆柱体结构部和梯形体结构部构成；在圆柱体结构部圆周面上设置多个散热肋片，每个散热肋片的根部分别与圆柱体结构部连接，第一反光片和第二反光片位于近邻的两个散热肋片之间；第一反光片的反光面与第二反光片的反光面相对放置，第一反光片的一端、第二反光片的一端分别与梯形体结构部的底面两侧边轮廓连接；LED光源位于第一反光片和第二反光片之间并与梯形体结构部的底面固定连接；LED光源发出的光由第一反光片和第二反光片配光后射向空间，形成矩形配光。
(三)有益效果
本实用新型提出在LED灯具的散热器上实现LED灯具矩形配光，将实现LED灯具矩形配光第一反光片、第二反光片和散热器设计成一体器件，该一体器件既能实现LED灯具散热，又能实现LED灯具矩形配光。本实用新型提出的散热器和矩形配光第一反光片、第二反光片只需开一个生产模具，用一套挤压设备就能同时生产出来，本实用新型与现有技术的散热器、矩形配光器件单独设计、生产的制造流程相比，本实用新型节省了矩形配光器件的开模费用。另外散热器和矩形配光第一反光片、第二反光片为一体结构，它们之间无需装配，这可以减少一道组装工序，降低LED灯具的装配难度，并有利于缩短LED灯具的生产周期。因此，本实用新型能有效减少矩形配光LED灯具的生产成本并缩短LED灯具的生产周期。
附图说明
图1是现有技术中常见的矩形配光的LED灯具；
图2是本实用新型实现高功率LED灯具的矩形配光装置的立体图；
图3a是本实用新型实现高功率LED灯具的矩形配光装置的主视图；
图3b是本实用新型中角间距与圆心角之间的关系示意图；
图3c是本实用新型实现高功率LED灯具的矩形配光装置的另一种实施例的主视图；
图3d是描述本实用新型实现的矩形配光的光度分布的C-γ示意图；
图3e是本实用新型中反光片拉伸母线的曲线参数示意图；
图4a是LED光源数量为3个时的一种实施例；
图4b是LED光源数量为6个时的一种实施例；
图5是本实用新型LED光源在XOY平面光线的出射图；
图6是经图3a实施例装置配光后形成的配光曲线；
图7是经图3a实施例装置配光后在接收面上形成的光场分布图；
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。
请参阅图2示出本实用新型实现高功率LED灯具的矩形配光装置的一种实施例的立体图，所述装置包括散热器1、第一反光片4、第二反光片5、LED光源6；散热器1由一柱体部和多个散热肋片3组成一体结构。柱体部由圆柱体结构部2a和梯形体结构部2b构成。在圆柱体结构部2a圆周面上设置多个散热肋片3，每个散热肋片3的根部分别与圆柱体结构部2a连接；第一反光片4和第二反光片5位于近邻的两个散热肋片1之间；第一反光片4的反光面与第二反光片5的反光面相对放置，第一反光片4的一端、第二反光片5的一端分别与梯形体结构部2b的底面2b4两侧边轮廓2b5、2b6连接；LED光源6位于第一反光片4和第二反光片5之间并与梯形体结构部2b的底面2b4固定连接。散热器1整体为太阳花型散热器。LED光源6通电工作时，LED光源产生的热量由底面2b4传递到柱体部，通过柱体部和散热肋片3连接的部位将热量从散热肋片3的根部向顶部传递，热量在传递过程中由散热器的各表面在与空气对流的过程中散走。而LED光源6发出的光，一部分直接射向空间，另一部分由第一反光片4和第二反光片5反射后射向空间，形成矩形配光。
第一实施例，续请参阅图3a示出图2实施例的主视图，其中：
圆柱体结构部2a的截面由圆弧轮廓2a1和一直线边轮廓2a2构成的圆柱体结构；圆弧轮廓2a1的半径R1在20mm至100mm的范围内，圆弧轮廓2a1的半径R1为35mm；圆弧轮廓2a1的圆心角的角度在180°至300°的范围内，实施例中所述圆弧轮廓2a1的圆心角的角度选用为270°；直线边轮廓2a2由圆弧轮廓2a1的两个端点连接而成。
梯形体结构部2b的截面轮廓由直线边轮廓2a2、第一斜边轮廓2b1、 第二斜边轮廓2b2和底边轮廓2b3构成；距离7是直线边轮廓2a2与底边轮廓2b3之间的距离，所述距离7的取值范围为0至30mm，实施例中所述距离7选用为12mm。
请参阅图3b，其中示出的角间距为α是所述第一斜边轮廓2b1、第二斜边轮廓2b2分别与近邻的散热肋片3之间的角间距；梯形体结构部2b的底面2b4为光滑的矩形平面，底面2b4的四条边由两条底边轮廓2b3和第一侧边轮廓2b5、第二侧边2b6轮廓构成。
圆柱体结构部2a圆周面上的多个散热肋片3用于散热；多个散热肋片3的半径为R2，所述散热肋片3的半径R2选择范围在50mm至300mm，本实施例中散热肋片3的半径R2选用为100mm；每两个相邻散热肋片3间具有一角间距α，所述角间距α的范围在6°至12°，图3a实施例中的角间距α选用为9°；多个散热肋片3的数量n由角间距α及圆弧轮廓2a1的圆心角Φ据公式(1)确定，本实施例中多个散热肋片的数量选用为29个。相邻两散热肋片3间的角间距α及第一圆弧轮廓2a1的圆心角Φ(请参阅图3b)根据LED灯具的功率调整，散热肋片3的数量也随之调整。
n＝[Φ/α]-1 (1)
其中“[]”为取整数的数学符号。
请参阅图2及图3a，所述第一反光片4、第二反光片5的一端分别与梯形体结构部2b的底面2b4的两侧边轮廓2b5、2b6组成一体结构；第一反光片4和第二反光片5是关于图3c示出的柱体结构部的坐标系OXYZ的Y轴对称放置，第一反光片4和第二反光片5的面型可以根据配光要求进行设计，可以是直面、抛物面、椭圆面、双曲面、球面和自由曲面中的一种。第一反光片4和第二反光片5的半径可根据配光要求进行调整，不局限于所述散热肋片3的半径R2，本实施例中所述第一反光片4和第二反光片5的半径均与散热肋片3具有相同的半径R2。
第二实施例，请参阅图3c是直线边轮廓2a2与底边轮廓2b3的距离7等于0mm时的一种实施例，图3c中还示出了本实用新型中柱体结构部的坐标系OXYZ，原点O为圆弧轮廓2a1的圆心，X轴水平向右，Y轴竖直向上，Z轴垂直纸面向外。图3c中示出的矩形配光装置由散热器1、第一反光片4及第二反光片5组成。散热器1由柱体结构部2a和多个散热肋 片3组成。柱体结构部2a的截面由圆弧轮廓2a1和直线边轮廓2a2构成；本实施例中圆弧轮廓2a1的半径R1选用为35mm；圆弧轮廓2a1的圆心角Φ选用为260°；直线边轮廓2a2由圆弧轮廓2a1的两个端点连接形成。当圆弧轮廓2a1的圆心角较大，形成的柱体底面宽度较窄不足以放置LED光源6时，可将柱体结构部2a设计成图3a第一实施例中的圆柱体结构部2a和梯形体结构部2b组合的柱体结构部形式。多个散热肋片3布置在柱体结构部2a的圆周面上，多个散热肋片3的根部与柱体结构部2a连接；本实施例中相邻两散热肋片3的角间距α选用为9°；多个散热肋片3的数量n同样由公式(1)确定，本实施例中多个散热肋片3的数量选用为25个；多个散热肋片3的半径R2选用为100mm；第一反光片4和第二反光片5的半径同样不局限于多个散热肋片3的半径，可根据配光要求调整，本实施例中和多个散热肋片3的半径R2相等。
由于本实用新型的矩形配光装置只能改变入射到第一反光片和第二反光片上的光线的出射方向(即只能改变C90°-C270°平面配光曲线的光束角)，所以配光要求是对C90°-C270°平面的配光曲线的形状和光束角提出的要求。当配光要求和LED光源6的排布方式确定后，可以确定底边轮廓2b3的长度，然后利用软件模拟得到反光片的面型参数。例如：本实施例中反光片的拉伸母线为椭圆曲线的一部分，椭圆曲线的一部分和梯形体结构部底面2b4相交的开口尺寸由底边轮廓2b3的长度确定，根据配光要求，可以调整椭圆曲线的参数和反光片的半径，用于实现配光要求，所述椭圆曲线的参数为椭圆的长轴、椭圆的短轴。
对于本实用新型矩形配光装置，采用图3d示出的常用C-γ坐标系统来描述其光度分布情况。其中D点为底面2b4的中心点，C为通过灯具竖直轴DD′的所有竖直半平面，从C＝0°的竖直半平面向任一竖直半平面逆时针旋转为正，取值范围为0°至360°；γ为任一竖直半平面C内任一方向与竖直轴DD′之间的夹角，从竖直轴DD′向任一方向旋转确定夹角的正负，逆时针旋转为正，顺时针旋转为负，取值范围为-180°至180°。空间中的任一方向由竖直半平面C的取值和该方向与竖直轴DD′之间的夹角γ确定，如A(CA，γA)方向由C＝C4和γ＝γA确定，B(CB，γB)方向由C＝CB和γ＝γB确定。其中，C4、CB为A、B方向所在的竖直半平面与 C＝0°的竖直半平面之间的夹角，从C＝0°的竖直半平面向A、B方向所在的竖直半平面逆时针旋转确定夹角大小，符号为正，单位为度；γA、γB分别为A、B方向与竖直轴DD′之间的夹角，从竖直轴DD′向A、B方向旋转为逆时针旋转，符号为正，单位为度。C0°-C180°平面为C＝0°和C＝180°的两个竖直半平面组成的平面，对应图3c中的YOZ平面；所述C90°-C270°平面为C＝90°和C＝270°的两个竖直半平面组成的平面，对应图3c中的XOY平面。
所述矩形配光装置可以对大功率LED光源6实现矩形配光，但LED光源6的种类及其排列方式不局限于图2示出的情况，可以是其他LED光源及其他排列方式，图4a和图4b分别示出LED光源6的数量为3个和6个时的实施例。
如图5示出本实用新型LED光源6在XOY平面光线的出射图，LED光源6在XOY平面上出射的光线与LED光源6的光轴之间具有多个出射角，当所述出射角小于分界角θ角时，出射光线直接出射至空间，当出射角介于分界角θ-90°之间时，LED光源6的出射光线入射至第一反光片4的第一反光面4a和第二反光片5的第二反光面5a上，由第一反光面4a和第二反光面5a反射后再出射，这就使得LED光源6在C90°-C270°平面(即XOY平面)上的配光曲线不再是朗伯型配光曲线，而是翼型配光曲线(图6中的曲线L2)；由LED光源6在YOZ平面上的光线直接出射至空间，即C0°-C180°平面的配光曲线仍为朗伯型配光曲线(图6中的曲线L1)。由于LED光源6发出的光线在C0°-C180°平面和在C90°-C270°平面上的配光曲线不相同，就会在远处的接收面上形成一个矩形的光斑(如图7所示)，即实现了矩形配光。
所述出射角为LED光源6的出射光线与光轴(负Y轴)间的夹角。
其中：所述散热器1的一体结构为铝型材挤压成型。
其中：所述第一反光片4的第一反光面4a、第二反光片5的第二反光面5a是经过镀铝处理的表面，用以使该表面具有90％的反射率。
本实用新型的高功率LED灯具的矩形配光方法的具体步骤如下：
步骤S1：根据LED灯具功率及灯具结构(由设计要求确定)，设计散热器的结构参数；
所述散热器的结构参数包括散热器1的长度、圆柱体结构部半径R1、 散热肋片半径R2、圆心角Φ、相邻两散热肋片间的角间距α。
步骤S2：根据LED灯具功率及使用的单个LED光源尺寸确定LED光源6的排布方式及排布尺寸，由LED光源6的排布尺寸确定底边2b3的长度以及散热器柱体部的结构形式。当直线边轮廓2a2的长度足够放置LED光源6时，采用图3c示出的结构形式，反之则采用图3b示出的结构形式。
步骤S3：根据配光要求(由设计要求确定)，利用常用光学设计软件TracePro模拟并确定反光片拉伸母线的曲线参数。以第一实施例中的椭圆面型反光片的曲线参数的设计为例，在TracePro反射面的参数设定界面中，以底边轮廓2b3的长度的一半设置为椭圆面的开口半径，调整焦距1、焦距2以及反射面长度的值以达到预期的配光要求；然后根据模拟结果确定反光片拉伸母线的曲线参数。所述椭圆面型的拉伸反光片(请参阅图3e)的曲线参数有：椭圆长轴aa，椭圆短轴bb，底边轮廓2b3到椭圆中心O′的距离dd。
对于其他面型，如抛物面型，在TracePro反射面的参数设定界面中，同样以底边轮廓2b3的长度的一半为开口半径，调整焦距和反射面长度，达到预期配光要求后即可确定其面型参数。
步骤S4：根据步骤S3得到的反光片拉伸母线的曲线参数，在散热器1的柱体部的底面的两侧设计第一反光片4和第二反光片5。
步骤S5：根据步骤S4得到的设计图纸制作挤压模具，并利用挤压机一次挤出高功率LED灯具的矩形配光装置。
步骤S6：对整个装置的表面进行阳极氧化处理，然后对第一反光片4的第一反光面4a和第二反光片5的第二反光面5a上镀高反射率铝膜，使反射率达到90％。至此，本实用新型实现了既能对LED光源散热，又能达到LED灯具矩形配光目的的高功率LED灯具的矩形配光装置。
以上所述，仅为本实用新型中的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本实用新型所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本实用新型的包含范围之内。
Claims (10)
1.一种高功率LED灯具的矩形配光装置，其特征在于，该装置包括散热器、第一反光片、第二反光片、LED光源；散热器由一柱体部和多个散热肋片组成一体结构，柱体部由圆柱体结构部和梯形体结构部构成；在圆柱体结构部圆周面上设置多个散热肋片，每个散热肋片的根部分别与圆柱体结构部连接，第一反光片和第二反光片位于近邻的两个散热肋片之间；第一反光片的反光面与第二反光片的反光面相对放置，第一反光片的一端、第二反光片的一端分别与梯形体结构部的底面两侧边轮廓连接；LED光源位于第一反光片和第二反光片之间并与梯形体结构部的底面固定连接；LED光源发出的光由第一反光片和第二反光片配光后射向空间，形成矩形配光。
2.根据权利要求1所述高功率LED灯具的矩形配光装置，其特征在于，所述圆柱体结构部的截面由圆弧轮廓和一直线边轮廓构成；圆弧轮廓的半径为20mm至100mm；圆弧轮廓的圆心角的角度为180°至300°，直线边轮廓由圆弧轮廓的两个端点连接而成。
3.根据权利要求1所述高功率LED灯具的矩形配光装置，其特征在于，所述梯形体结构部的截面轮廓由直线边轮廓、第一斜边轮廓、第二斜边轮廓和底边轮廓构成；所述直线边轮廓与底边轮廓之间具有一距离，所述距离的取值为0至30mm；所述第一斜边轮廓、第二斜边轮廓分别与相邻的散热肋片之间具有一角间距。
4.根据权利要求1所述高功率LED灯具的矩形配光装置，其特征在于，所述底面由两条底边轮廓、第一侧边轮廓和第二侧边轮廓构成。
5.根据权利要求1所述高功率LED灯具的矩形配光装置，其特征在于，相邻两散热肋片间的角间距α及第一圆弧轮廓的圆心角Φ是根据LED灯具的功率调整，散热肋片的数量n＝[Φ/α]-1也随之调整。
6.根据权利要求1所述高功率LED灯具的矩形配光装置，其特征在于，所述第一反光片和第二反光片是关于柱体结构部的坐标系OXYZ的Y轴对称放置；第一反光片和第二反光片的面型是直面、抛物面、椭圆面、双曲面、球面、自由曲面中的一种。
7.根据权利要求1所述高功率LED灯具的矩形配光装置，其特征在于，改变入射到第一反光片和第二反光片上的光线的出射方向是改变C90°-C270°平面配光曲线的形状和光束角；当配光要求和LED光源的排布方式确定后，确定底边轮廓的长度，用于得到所述反光片的面型参数。
8.根据权利要求1所述高功率LED灯具的矩形配光装置，其特征在于，所述反光片的拉伸母线为椭圆曲线的一部分，椭圆曲线的一部分和梯形体结构部底面相交的开口尺寸由底边轮廓的长度确定，通过调整椭圆曲线的参数和反光片的半径，用于实现配光要求，所述椭圆曲线的参数为椭圆的长轴、椭圆的短轴。
9.根据权利要求1所述高功率LED灯具的矩形配光装置，其特征在于，所述LED光源在XOY平面上出射的光线与LED光源的光轴之间具有多个出射角，当所述出射角小于分界角θ角时，出射光线直接出射至空间，当出射角介于分界角θ-90°之间时，LED光源的出射光线入射至第一反光片的第一反光面和第二反光片的第二反光面上，由第一反光面和第二反光面反射后再出射，这就使得LED光源在C90°-C270°即XOY平面上的配光曲线是翼型配光曲线；由LED光源在YOZ平面上的光线直接出射至空间，即C0°-C180°平面的配光曲线为朗伯型配光曲线；由于LED光源发出的光线在C0°-C180°平面和在C90°-C270°平面上的配光曲线不相同，就会在远处的接收面上形成一个矩形的光斑，即实现了矩形配光。
10.根据权利要求1所述高功率LED灯具的矩形配光装置，其特征在于，所述第一反光片的第一反光面、第二反光片的第二反光面是经过镀铝处理的表面，用以使该表面具有90％的反射率。
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| CN201420838747.XU CN204420624U (zh) | 2014-12-25 | 2014-12-25 | 一种高功率led灯具的矩形配光装置 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104534326A (zh) * | 2014-12-25 | 2015-04-22 | 中国科学院工程热物理研究所 | 一种高功率led灯具的矩形配光装置 |
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- 2014-12-25 CN CN201420838747.XU patent/CN204420624U/zh active Active
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
| CP02 | Change in the address of a patent holder |
Address after: 528400 card 01, floor 1, building a, dengdudian mall, No. 368, Dongan North Road, Guzhen Town, Zhongshan City, Guangdong Province Patentee after: Zhongke Longxiang Technology Co.,Ltd. Address before: No. 105, Management Committee Complex Building of Beihai Industrial Park, Beihai City, Guangxi Zhuang Autonomous Region Patentee before: Zhongke Longxiang Technology Co.,Ltd. |
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| CP02 | Change in the address of a patent holder | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of utility model: A rectangular light distribution device for high-power LED lamps Effective date of registration: 20221230 Granted publication date: 20150624 Pledgee: Zhongshan Ancient Town Nanyue Rural Bank Co.,Ltd. Pledgor: Zhongke Longxiang Technology Co.,Ltd. Registration number: Y2022440000345 |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |