JP2017112088A - Led車両ヘッドライト - Google Patents

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Abstract

【課題】よりよい放熱効果と使用安定性を有するLED車両ヘッドライトを提供する。
【解決手段】LED車両ヘッドライトは、べーパチャンバ3と、LED−COB光源1と、電球金属カバー2と、フィン付放熱器4とファン5から構成される。べーパチャンバ3は、蒸発室303が凝縮室304と互いに連通して、断面が「一」型の板状構造を成し、且つ蒸発室303と凝縮室304はともに冷却液が充填される真空室で、蒸発室303と凝縮室304の内壁に毛細芯層が設置される。LED−COB光源は、熱をべーパチャンバ3の蒸発室303内に伝達する。フィン付放熱器4は、少なくとも二つとし、べーパチャンバ3の凝縮室304を冷却する。ファンは、フィン付放熱器4の冷却を加速する。電球金属カバー2は、マグネシウム合金材料製であり、LED−COB光源1及びべーパチャンバ3の外側に外嵌する。
【選択図】図2

Description

本発明は車両ライト技術分野に関し、特にLED車両ヘッドライトに関する。
現在の車両ヘッドライトには、ハロゲンランプ、キセノンランプ、LEDランプが用いられている。ハロゲンランプは、価格は安いが、エネルギー消費量が高く、輝度が劣っていて、発熱量が大きい。また黄色光を出すものが多く、照明度が高くなく、且つ老化し易い。
キセノンランプ(HID)は、ハロゲンランプより3倍高い照明強度を有し、エネルギー消費量はハロゲンランプの3分の2である。キセノンランプは、日光とほとんど同じ光色であり、運転者に更に良い視覚条件を作り出し、且つ使用寿命が長い。しかし、キセノンランプは、価格が比較的高く、装着が複雑で、且つ集光力が劣っている。また、キセノンランプの発熱量はハロゲンランプほどではないものの、それほど低くもない。
LEDランプは、新興の照明ハイテクのグリーン産業であり、特にLED−COB光源がエコ、高輝度、高効率省エネという利点を有している。またLEDランプは、熱線をほとんど含まない冷光源として、その温度が非常に低く、使用寿命が長く、車両ライトの分野で各車両ライトメーカーと数多くのユーザーに好まれている。
しかし、LED−COB光源部品は、安定して高効率的な作動を得るため、その作動温度をある範囲内に制御する必要がある。研究によれば、LED−COBの光源温度が10℃上がる毎に、その発光効率が3%ほど低下する。LED−COB光源の温度が限界を超えると、光源が発光しなくなる場合もある。
現在のLED−COB光源の放熱設計案では、熱伝導率がよい材料を介してLED−COB光源が出した熱をできるだけ速く基板に伝導して更に放熱カバーに伝導する。放熱カバーについては、熱伝導率がよい材料を用いて各種の形状の放熱ランプハウジングを製造して、その周辺の空気の対流によって放熱を実現している。また、特殊な塗料又はフィルムを用いることで、受熱カバーの熱放射能力を強めて、降温を加速することも行われている。しかし、これらの放熱手段の効率は比較的低く、十分なLED−COB光源の放熱効果を確保できておらず、依然として改良する必要がある。
また、配光性および合焦の精確性の観点から、厚みを制限した一つの絶縁板にLED−COB光源を設け、それに給電することが行われている。しかし、絶縁板の導電能力が非常に有限であり、放熱効果が極めて劣っている。絶縁板を金属放熱板にした場合、金属板の表面に絶縁処理する必要があり、また、金属板がある厚さを有しないと放熱伝熱効果を確保できないことになる。金属板の厚みがLED−COB光源の厚みに対して比較的大きくなると、精確に合焦できなくなり、光線を発散させ、全体のランプの配光性に影響して、ランプの正常な使用に影響する。
本発明は、よりよい放熱効果と使用安定性を有するLED車両ヘッドライトを提供することを目的とするものである。
本発明が提供するLED車両ヘッドライトは、べーパチャンバと、LED−COB光源と、電球金属カバーと、フィン付放熱器とファンから構成されるLED車両ヘッドライトであって、
前記べーパチャンバは、長板形の中空の蒸発室及び平板形の中空の凝縮室を有し、前記蒸発室は前記凝縮室と互いに連通して、断面が「一」型の板状構造を成し、且つ前記蒸発室と前記凝縮室はともに冷却液が充填される真空室で、前記蒸発室と前記凝縮室の内壁に毛細芯層が設置され、
前記LED−COB光源は、前記蒸発室の外側表面に貼設され、熱を前記べーパチャンバの蒸発室内に伝達し、
前記フィン付放熱器は、少なくとも二つとし、前記べーパチャンバの軸向に沿って前記凝縮室の両側表面に貼設され、前記べーパチャンバの凝縮室を冷却し、
前記ファンは、前記フィン付放熱器及び前記凝縮室の後端に設けられ、前記フィン付放熱器の冷却を加速し、
前記電球金属カバーは、前記LED−COB光源及び前記べーパチャンバの外側に外嵌して、且つ前記電球金属カバーがマグネシウム合金材料製であることを特徴とする、
LED車両ヘッドライトである。
この構成によれば、相変化放熱、金属放熱フィン熱伝導放熱、空冷放熱及び放射放熱という四種の放熱技術手段を集合して、LED−COB光源に生じた熱を直ちに発散して、LED−COB光源を適宜の作動温度に保持する。
また、べーパチャンバ内では、相変化による放熱、および毛細管現象により放熱と冷却の循環を構成する。冷却液は、べーパチャンバ内に充填されており、毛細芯層に吸収されている。蒸発端が受熱した時に、冷却液が吸熱気化して毛細芯層から出て、蒸発室に沿って凝縮室に流れる。凝縮室に到達した気相の冷却液は、放熱凝縮して液化した後、凝縮端の毛細芯層に吸収され、毛細管現象によって蒸発端の毛細芯層に輸送されて、放熱冷却循環を完成する。
また、「一」型構造のべーパチャンバは、LED−COB光源及びその他の放熱部品との取付けが容易であり、且つ吸熱放熱効果がよく、構成が安定していて、防振効果がよくなる。
また、マグネシウム合金は、マグネシウムを基にして他の要素を添加して成す合金であって、密度が小さく(1.8g/cm3ほど)、比強度が高く、比弾性率が大きく、放熱性がよく、消震性能がよく、衝撃荷重を受ける能力が強く、有機物とアルカリに対する耐蝕性能がよい。そのため、マグネシウム合金を選用して電球金属カバーを製造することで、優良な放熱性能を有している。
本発明が提供するLED車両ヘッドライトは、更に、蒸発室および凝縮室がいずれも長方形で、且つ前記凝縮室の厚さ及び幅は、蒸発室の厚さ及び幅より大きい。
この構成によれば、凝縮室の断面の寸法が、蒸発室の断面の寸法より比較的大きいため、気化した冷却液の流速を速めることが可能で、放熱効率を向上させることができる。
本発明が提供するLED車両ヘッドライトは、更に、前記LED−COB光源は2セットであり、それぞれ蒸発室の上下の二つの表面に貼設され、且つ前記LED−COB光源と前記蒸発室の厚さの合計が3mmを超えない。
この構成によれば、「一」型のべーパチャンバは、LED−COB光源の取付け及び放熱の機能を兼ねていて、それを非常に薄くすることができ、各種車両ヘッドライトアセンブリーの各タイプの自由曲面のX軸、Y軸、Z軸の精確な合焦を満たすことができ、また既存のハロゲンランプ又はHIDランプに替えて、よい配光を提供することができる。
本発明が提供するLED車両ヘッドライトは、更に、前記フィン付放熱器を方形構造とし、複数の水平フィンが等間隔に配列して成り、フィンの隙間がファンの方向に向いており、ファンから供給される風を受けやすい。フィン付放熱器の寸法は、凝縮室の寸法に等しい。
本発明が提供するLED車両ヘッドライトは、更に、ベースハウジングを有し、ベースハウジングがファン及びフィン付放熱器を包み、且つベースハウジングには電気コネクタを設けている。
この構成によれば、ベースハウジングの前後両端とも開放され、後端から吸気され、前端から排気される。
本発明が提供するLED車両ヘッドライトは、更に、前記べーパチャンバ、フィン付放熱器、ベースハウジングがいずれも純銅で製造される。
この構成によれば、LED車両ヘッドライト内の各部材に低熱抵抗の純銅材料を用いることで、放熱性能を向上させることができる。
本発明が提供するLED車両ヘッドライトは、更に、前記ファン及びフィン付放熱器ともに、ねじによってベースハウジングに接続されている。
本発明が提供するLED車両ヘッドライトは、更に、前記べーパチャンバと、LED−COB光源と、電球金属カバーと、フィン付放熱器との間は鉛フリーの錫銀銅ペーストで高温溶接より接続される。
この構成によれば、ファン及びベースハウジング以外の各部分がともに鉛フリーの錫銀銅ペーストで高温溶接により接続されるので、XYZ各方向の抗振動性能がよく、接続強度が高く、構成が牢固で、熱抵抗が低く、放熱がよい。車両振動試験テストでわかるように、当該LED車両ヘッドライトの抗振動性能は、他の車両ライトより優れていることが明らかである。
本発明が提供するLED車両ヘッドライトは、更に、前記LED車両ヘッドライトが電球金属カバーの外部に装着する石英ガラス防護管を有する。
本発明が提供するLED車両ヘッドライトは、更に、前記電球金属カバーにカードスロット、差込口及びキャッチプレートが設けられ、各種の車両ライトのアセンブリーハウジングと接続する。
この構成によれば、電球金属カバーが必要に応じて、各種の外形と接続構成を用いて、各種の車両のライトアセンブリーハウジングと整合することができ、既存のハロゲンランプまたはHIDランプと取替えて、既存のライトアセンブリーハウジングを変更する必要がなく、合焦が精確で、取付けしやすく、同時にコストを低下させる。
本発明の有利な効果は以下の通りである。
本発明にかかるLED車両ヘッドライトは、相変化放熱、金属放熱フィン熱伝導放熱、空冷放熱及び放射放熱という四種の放熱技術手段を集合して、放熱率が高く、放熱効果がよい。本発明にかかるLED車両ヘッドライトを100℃の雰囲気で作動させた場合、LED車両ヘッドライトの温度と雰囲気温度との差が10℃以内であり、ダイオードPN結合の限界温度よりも低くしている。
本発明にかかるLED車両ヘッドライトは、全体構成の防振効果がよく、構成が牢固である。
本発明にかかるLED車両ヘッドライトは、取付けしやすく、合焦が精確で、優良な配光を提供でき、既存のハロゲンランプ又はキセノンランプと取り替えが可能であり、各種の車両に適用させることができる。
本発明の具体的な実施形態を更に詳しく説明する。以下に、説明に必要な図面を簡単に紹介する。以下の図面は、本発明の複数の実施形態である。当業者にとって進歩性を付さないことを前提に、これらの図面に記載された実施形態に基づいて他の実施形態を獲得可能であることは自明である。
図1は本発明の実施例にかかるLED車両ヘッドライトの全体構成概略図である。 図2は本発明の実施例にかかるLED車両ヘッドライトの構成分解概略図である。 図3はべーパチャンバの断面図である。
以下、図面を結合して本発明の技術方案を明瞭に、完備に説明する。記載された実施例は、本発明の実施例の一例であって、全ての実施例ではないことは明らかである。当業者が本発明の実施例に基づいて、進歩性を付さないことを前提に得る全てのその他の実施例が、本発明の保護範囲に属する。本発明の記載において、用語「中心」、「上」、「下」、「左」、「右」、「垂直」、「水平」、「内」、「外」など指示している方位又は位置関係は、図面に基づいて示す方位又は位置関係である。これらの用語は、本発明と簡略化した記載を便利に記述するためだけに用いられている。これらの用語は、装置又は素子が特定の方位を有し、特定の方位で構成され、特定の方位に操作されなければならないと指示又は暗示するものではないため、本発明の限定に用いることはできない。また、用語の「第一」、「第二」、「第三」は、説明の便宜のために用いられており、相対的な重要性を指示又は暗示するものではない。
本発明の記載には、別に明確的な規定と限定があった以外に、用語「取付」、「連接」、「接続」は、広義に理解すべきである。例えば、固着でもよく、取外可能に接続してもよく、又は一体的に接続されてもよい。また、機械的に接続してもよく、電気的に接続してもよい。また、直接的に接続してもよく、中間部材を介して間接的に接続してもよく、二つの素子内部を連通してもよい。当業者にとって、具体的な情況によって上述用語が本発明における具体的な意味を理解できる。
図1は本発明の実施例にかかるLED車両ヘッドライトの全体構成概略図、図2は本発明の実施例にかかるLED車両ヘッドライトの構成分解概略図、図3はべーパチャンバの断面の断面図である。
図1および図2に示すように、LED車両ヘッドライトは、主にLED−COB光源1、べーパチャンバ3、電球金属カバー2、フィン付放熱器4及びファン5を含む。
べーパチャンバ3は長方形の蒸発端301及び方形の凝縮端302を含み、二者が接続して、「一」型の平板状構造を成している。
LED−COB光源1は2個であり、それぞれべーパチャンバ3の蒸発端301の両側表面に貼設されている。電球金属カバー2は、左右両ブロックに分けられ、LED−COB光源1及びべーパチャンバ3の外部に外嵌されている。左右両ブロックの電球金属カバー2は、側部が互いに接続され、全体として一つに組合わせられている。
2個のLED−COB光源1と蒸発端301の厚さの合計は、3mmを超えない。一般的に設計標準によって、2個のLED−COB光源1と蒸発端301の厚さの合計は、ハロゲンランプのタングステン線の長さ又はHIDライトの発光アーク長さと同様であればよく、例えば2mm又は1.2mmとすることができる。このLED車両ヘッドライトは、放熱効果を確保することを前提に、各種の車両ヘッドライトアセンブリーの各タイプの自由曲面のX軸、Y軸、Z軸の精確合焦を満たすことができ、優良な配光性を有している。
フィン付放熱器4は方形で、複数の平板フィンが等間隔に配列して構成されている。フィン付放熱器4は2個とし、それぞれがべーパチャンバ3の凝縮端302の両側面に密着して、べーパチャンバ3の凝縮端302を冷却することができる。
フィン付放熱器4の方向は、べーパチャンバ3の軸線方向と同じであり、ファン5による作動にマッチングさせ、空気を流れやすくしている。
ファン5はフィン付放熱器4及び凝縮端302の後端に設けられ、フィン付放熱器4に風を供給して、フィン付放熱器4の冷却を加速する。ファン5は、ねじでベースハウジング6内に固定され、且つベースハウジング6がフィン付放熱器4を完全に包み、且つねじで固定される。
フィン付放熱器4を装着できるようにベースハウジング6の前端は開放されており、吸気できるように後端にはファン5の寸法とマッチングする円孔が形成されている。ベースハウジング6には更に電気と接続するコネクタが設けられている。
電球金属カバー2の外部には、更に石英ガラス防護管7及び頂帽8が装着され、一層の保護作用を果たしている。
べーパチャンバ3は、図3に示すように、長板形の中空の蒸発端301及び方形板の中空の凝縮端302を含んでいる。蒸発端301および凝縮端302が並設され、断面が「一」型の構造を成している。
蒸発端301の中空室は、蒸発室303を構成しており、凝縮端302の中空室は、凝縮室304を構成している。蒸発室303および凝縮室304は、ともに真空室であり、両者は互いに連通している。
蒸発室303および凝縮室304内には、冷却液が充填されている。蒸発室303および凝縮室304の内壁の全部には毛細芯層305が敷設されており、その外壁にハウジング306が設けられている。
べーパチャンバ3内では、相変化による放熱、および毛細管現象により、放熱と冷却の循環を構成する。冷却液は毛細芯層305に吸収されており、LED−COB光源1が発光した時には、蒸発端301がLED−COB光源1から発散した熱量を吸収して、蒸発端301の毛細芯層305の中の冷却液を吸熱気化させる。気化した気相冷却液9は、毛細芯層305から出て、蒸発室303に沿って凝縮室304の方向に流れる。凝縮室304に到達した気相冷却液9は、凝縮室304に放熱して凝縮液化して、液相冷却液10が凝縮端302の毛細芯層305に吸収され、更に毛細芯層305の毛細管現象により蒸発端301の毛細芯層305に輸送されて、放熱冷却循環を完成する。
フィン付放熱器4は、べーパチャンバ3の凝縮端302から吸熱して、フィンを通じて外界に放熱している。
ファン5は、空気力学構成を用いている。吹き出した風は、直接的にフィン付放熱器4の各フィンの隙間に供給し、供給した風全部をフィン付放熱器4及びべーパチャンバ3の凝縮端302に作用させることが可能で、フィン付放熱器4及凝縮端302の冷却降温を更に加速可能である。
電球金属カバー2は、全体がマグネシウム合金材料で製造されている。マグネシウム合金材料は、密度が小さく、比強度が高く、比弾性率が大きく、放熱性がよく、消震性能がよく、衝撃荷重を受ける能力が強く、有機物とアルカリに対する耐蝕性能がよい。そのため、マグネシウム合金を選択して電球金属カバー2を製造することにより、優良な熱放射放熱性能を有して、LED−COB光源が熱放射で生じた熱を速めに発散して、LED車両ヘッドライトの温度を低下させる。
本発明の好ましい実施例では、凝縮室304の断面寸法は、蒸発室303の断面寸法より大きい。このような構成で、凝縮室304と蒸発室303の間に差圧を形成して、気相冷却液9の流速を加速して、循環速度と放熱効率を増加可能である。
本発明の好ましい実施例では、べーパチャンバ3のハウジング306、フィン付放熱器4及びベースハウジング6がいずれも低熱抵抗の純銅材料で製造され、更に放熱性能を向上させることが可能である。
本発明の好ましい実施例では、ファン5とフィン付放熱器4だけはねじによってベースハウジング6と接続され、その他の部分、即ちべーパチャンバ3、LED−COB光源1、電球金属カバー2、フィン付放熱器4の間にお互いに鉛フリーの錫銀銅ペーストを用いて高温溶接で接続される。
この接続方式により、LED車両ヘッドライトは全体としてXYZの各方向において抗振動性能がよく、各部分の間の接続強度が高く、構成が牢固で、熱抵抗が低く、放熱性がよい。車両振動試験テストによって、このLED車両ヘッドライトの抗振動性能が従来のその他のライトより優れていることが明らかである。
本発明の好ましい実施例では、必要に応じて電球金属カバー2の外側にカードスロット、差込口及びキャッチプレートのような各種の形状又は形式の接続構成を設置して、それを各種類型の車両ライトのアセンブリーハウジングと接続することができる。これにより既存のハロゲンランプ又はHIDランプを直接的に取替えることができ、既存のライトアセンブリーハウジングを替える必要がなく、合焦が精確で、取付しやすく、その同時にコストを低下させることができる。
本発明の好ましい実施例では、べーパチャンバの蒸発室では、毛細芯層を用いて複数の通路に分けることができ、気相冷却液が各通路に流れて、流速を増加させる。それと同時に、べーパチャンバの蒸発端両側の相変化効率が不均衡している状態において、通路を構成する毛細芯層を通じて調節の作用を果たさせる。
以上の通り、本実施例にかかるLED車両ヘッドライトは、相変化放熱、金属放熱フィン熱伝導放熱、空冷放熱及び放射放熱という四種の放熱技術手段を集合して、LED−COB光源から生じた熱量を高効率に直ちに発散させることにより、LED−COB光源を適宜の作動温度に保持することができる。テストによって、LED車両ヘッドライトを100℃の雰囲気で作動させた場合、LED車両ヘッドライトの温度と雰囲気温度との差が10℃以内であり、ダイオードPN結合の限界温度より低いことが分かった。
全体構成の防振効果がよく、構成が牢固している。
「一」型のべーパチャンバ構造は、LED−COB光源の取付け及び放熱の機能を兼ねていて、それを非常に薄くすることができ、各種車両ヘッドライトアセンブリーの各タイプの自由曲面のX軸、Y軸、Z軸の精確な合焦を満たすことができ、且つ既存のハロゲンランプ又はHIDランプを取り替えることができ、よい配光性を提供する。
以上の各実施例の説明は、本発明の技術方案を説明するだけに用いられ、本発明を限定するものではない。前記の各実施例を参照して本発明を詳細に説明したが、当業者にとって、前記各実施例に記載の技術方案に対して改正することができ、又はその一部或いは全部の技術特徴を均等に取替えることができる。これらの改正又は取替えは、相応的な技術方案の実質を本発明の各実施例の技術方案の範囲から離脱させない。
1 LED−COB光源
2 電球金属カバー
3 べーパチャンバ
4 フィン付放熱器
5 ファン
6 ペースハウジング
7 石英ガラス防護管
8 頂帽
9 気相冷却液
10 液相冷却液
301 蒸発端
302 凝縮端
303 蒸発室
304 凝縮室
305 毛細芯層
306 ハウジング

Claims (10)

  1. べーパチャンバと、LED−COB光源と、電球金属カバーと、フィン付放熱器とファンから構成されるLED車両ヘッドライトであって、
    前記べーパチャンバは、長板形の中空の蒸発室及び平板形の中空の凝縮室を有し、前記蒸発室は前記凝縮室と互いに連通して、断面が「一」型の板状構造を成し、且つ前記蒸発室と前記凝縮室はともに冷却液が充填される真空室で、前記蒸発室と前記凝縮室の内壁に毛細芯層が設置され、
    前記LED−COB光源は、前記蒸発室の外側表面に貼設され、熱を前記べーパチャンバの蒸発室内に伝達し、
    前記フィン付放熱器は、少なくとも二つとし、前記べーパチャンバの軸向に沿って前記凝縮室の両側表面に貼設され、前記べーパチャンバの凝縮室を冷却し、
    前記ファンは、前記フィン付放熱器及び前記凝縮室の後端に設けられ、前記フィン付放熱器の冷却を加速し、
    前記電球金属カバーは、前記LED−COB光源及び前記べーパチャンバの外側に外嵌して、且つ前記電球金属カバーがマグネシウム合金材料製であることを特徴とする、
    LED車両ヘッドライト。
  2. 前記蒸発室および前記凝縮室は、いずれも長方形で、且つ前記凝縮室の厚さ及び幅は、前記蒸発室の厚さ及び幅より大きいことを特徴とする、
    請求項1に記載のLED車両ヘッドライト。
  3. 前記LED−COB光源は、2セットとし、それぞれに前記蒸発室の上下の二つの表面に貼設され、且つ前記LED−COB光源と前記蒸発室の厚さの合計が3mmを超えないことを特徴とする、
    請求項1に記載のLED車両ヘッドライト。
  4. 前記フィン付放熱器は方形構造とし、複数の水平フィンが等間隔に配列して成り、前記フィン付放熱器の寸法が前記凝縮室の寸法に等しいことを特徴とする、
    請求項2に記載のLED車両ヘッドライト。
  5. ベースハウジングを更に有し、前記ベースハウジングは、前記ファンおよび前記フィン付放熱器を包み、且つ前記ベースハウジングには、電気コネクタが設けられることを特徴とする、
    請求項1に記載のLED車両ヘッドライト。
  6. 前記べーパチャンバ、前記フィン付放熱器および前記ベースハウジングがいずれも純銅で製造されることを特徴とする、
    請求項5に記載のLED車両ヘッドライト。
  7. 前記ファン及び前記フィン付放熱器は、いずれもねじで前記ベースハウジングと接続していることを特徴とする、
    請求項6に記載のLED車両ヘッドライト。
  8. 前記べーパチャンバ、前記LED−COB光源、前記電球金属カバー、および前記フィン付放熱器の間は、鉛フリーの錫銀銅ペーストで高温溶接により接続されることを特徴とする、
    請求項6に記載のLED車両ヘッドライト。
  9. 前記電球金属カバー外部に装着する石英ガラス防護管を有することを特徴とする、
    請求項1〜請求項8のいずれかに記載のLED車両ヘッドライト。
  10. 前記電球金属カバーにカードスロット、差込口及びキャッチプレートが設けられ、各種の車両ライトのアセンブリーハウジングと接続することを特徴とする、
    請求項9に記載のLED車両ヘッドライト。
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