TW201303215A - 固態照明燈 - Google Patents

Abstract

本發明提出了一種固態照明燈，包括有LED光源和散熱片，散熱片採用太陽花式結構，主要特徵是肋片上開有與軸線呈垂直，並且周圈貫通的氣流溝槽，解決了當散熱片軸線水準橫置時，空氣流通性差，散熱性能嚴重惡化的問題。本發明還提出有優化結構尺寸，以及新結構的LED球泡燈，可實現更低的造價，更高的散熱效果。

Description

固態照明燈

本發明屬於LED照明技術領域，特別涉及採用太陽花式散熱片的LED照明燈。

由於節能和環保的優勢，LED被認為是人類下一代照明技術。但由於昂貴的造價，以及可靠性性低，阻礙著LED照明普及應用。價高和不可靠的主要原因是LED散熱問題所致。

LED散熱溫度不高，100℃以下，因而其散熱主要靠對流傳熱，輻射傳熱所占比例非常小。對流傳熱過程最終是空氣流動將熱量帶走，因而保證空氣流動暢通非常重要，特別是自然對流傳熱(LED燈所採用的散熱方法)，但是該基本原理，並不被LED照明行業所重視。

太陽花式散熱片(肋片從導熱柱側面伸出的結構)，由於製造容易(可採用鋁擠出工藝製造)，被廣泛應用。在散熱片軸線豎立設置時，自然對流空氣由下向上順著肋片表面流動，空氣流通性好，散熱性能最佳。但當散熱片軸向水準橫置時，散熱空氣不易流經肋片表面，存在許多空氣流動死區，流通性差，因而散熱性能明顯下降。現公開的產品和技術，沒有顯示出能解決該問題的方案。

本發明的目的就是針對上述問題，提出一種改進型的太陽花式散熱片。只需增加簡單加工，就可有效降低，當散熱片軸線水準橫置時，散熱片性能嚴重下降的問題。本發明還提出有優化結構尺寸，以及全新結構的LED球泡燈，實現更低的造價，更高的散熱效果。

本發明的技術方案：主要部件包括有太陽花式散熱片和LED光源，LED光源設置在散熱片的導熱柱的一端(該端稱為前端，LED光源照射的方向定義為前方)。本發明的基本特徵是：沿著散熱片軸線(也是肋片高度方向)，在散熱片上開有與軸線呈垂直，並且周圈貫通的氣流溝槽，即肋片沿著高度方向被氣流溝槽分成數段短肋，短肋的平均高度小於5倍肋片的平均間隙，氣流溝槽寬(即沿著軸線方向的溝槽尺寸)不小於2mm，其中最深的氣流溝槽深大於二分之一的肋長；散熱片的平均肋長大於10mm。肋長定義為肋片尖處的半徑減去肋片根處的半徑。

在太陽花式散熱片上，開有上述的氣流溝槽，散熱片軸線水準橫置時，自然對流向上的空氣流，就可順著氣流溝槽，穿過散熱片，更加直線地向上流動，大大地減小了氣流繞流距離，流動更加暢通；空氣流動死區減小，提高了散熱空氣有效流經肋片表面的面積。因而，有效降低，當散熱片軸線水準橫置時，散熱性能惡化程度。

散熱片軸線橫置時，流經肋片表面的散熱空氣，都集中從氣流溝槽流出，因而氣流溝槽寬要足夠寬，本發明提出不小於2mm，氣流溝槽的深度也要足夠深，最深的氣流溝槽深應大於肋長的一半，以保證散熱片軸線水準橫置時，自然對流散熱空氣流動暢通性，減少空氣流動死區。為了保證橫置時，散熱空氣能有效地流經整個肋片表面，被氣流溝槽分割成短肋片的高度不能太長，短肋的平均高度應小於5倍肋片的平均間隙，一般取4~8mm之間更為合適。本發明中提出：散熱片的平均肋長大於10mm，是基於當散熱肋片肋長足夠長，大於10mm時，採用氣流溝槽結構，才能明顯改善橫置情況下的散熱性能。

氣流溝槽的加工成型，可以採用車床切削方法，也可採用散熱片型材轉動，高速旋轉切刀切削方法。這樣的加工方法，自然地使氣流溝槽與散熱片軸線垂直，並且周圈貫通。

下面結合圖式和具體實施方案對本發明作進一步說明。

第1、2、3圖示出了三種外形不同的太陽花式散熱片，肋片1從導熱柱2側面伸出，圖中所示的導熱柱2為實心，也可以是空心。採用鋁擠出方法，就可製造出其型材，經裁切就可製成太陽花式散熱片，製造成本低，再由於肋化效率高(省材)，內導熱熱阻低，則為LED散熱首選。

第4圖所示的本發明，導熱柱2為實心，LED光源3設置 在導熱柱2前端面上，通過與端面的接觸傳熱，將LED光源3的熱量傳到導熱柱2，再由肋片1傳到空氣中散出。在第4圖中，D代表了散熱片外徑(肋片尖處的直徑)，d代表了肋片根處的直徑，l代表了肋長，c代表了氣流溝槽深，a代表了氣流溝槽寬，h代表了短肋高，H代表了散熱片高。圖中肋片1被氣流溝槽5(開有兩氣流溝槽)分成三段，三段短肋4，短肋高h取4~8mm之間最為合適。圖中示出的氣流溝槽深c大於前面敘述到的二分之一肋長l，設計時，氣流溝槽應盡可能深，有利於橫置時，散熱空氣貫穿散熱片，最好選取氣流溝槽深c大於三分之二的肋長l。對於外形為圓形、導熱柱也為圓形的太陽花式散熱片，肋長自然就是散熱片的外形直徑減導熱柱直徑，再除2，即l=0.5×(D-d)。如果散熱片外形以及導熱柱不是圓形，則D和d的取值為按面積計算的當量直徑，比如散熱片外形為40×40mm矩形，面積當量直徑就可計算為2×40/=45.1mm。

自然對流散熱，驅動空氣對流的動力是空氣受升溫而產生的浮力，驅動力有限。通過加密肋片，增加散熱面積，有提高散熱量的因素，但還存在有負面因素：肋片密度增加，流動阻力增加，導致散熱空氣減小，為散熱性能下降的因素。因而肋片密度不宜太密，存在一散熱量最大的優化值，通過大量實驗資料分析可得，設計產品時，取散熱片的肋高與肋片之間的間隙之比為大於2，小於8，當散熱片肋片間隙不均勻時，應取平均間隙，肋高不均勻時應取平均高度。應注意肋高取值應是軸 線方向肋片的實際高度，以第4圖所示為例，肋高不應是H，而是H減去2個氣流溝槽寬a，也就是三個短肋高h之和。

第5圖所示的本發明中的散熱片，導熱柱2為空心杯形，由三個短肋太陽花散熱片套在該空心杯導熱柱上構成。圖中示出，設置有燈杯6，燈杯杯底貼在導熱柱2的前端面，LED光源3貼在杯底的另一面，採用該結構，燈杯應採用金屬材料，鋁材應是最佳選材，利用燈杯表面來增加散熱面積，提高散熱量。燈杯的其他作用還有：1、可採用來作反光杯，如聚光作用；2、LED光源前設置燈罩的固定架作用；3、裝飾作用。

當散熱片軸線豎立的，為了使散熱片空氣流動暢通，散熱空氣直接進入散熱肋片中，肋片的前方應留有氣流通道，第4圖所示的本發明，肋片前方敞開，LED光源3外徑只比導熱柱2大一點點，自然就是一無遮擋的氣流通道，散熱空氣容易直接流入肋片1中。第5圖所示本發明，在肋片前方與燈杯之間留有空間，就構成氣流通道，燈杯6的杯底尺寸(直徑B)比較大，散熱片前端靠導熱柱處的肋片被遮擋，散熱空氣不易直接流進被遮擋的肋片中，會形成氣流死區，對散熱產生不利影響。設計產品時，應注意到，散熱片前端靠導熱柱處的肋片被遮擋部分的當量直徑(按面積計算的當量直徑)不得大於肋根半徑與肋尖半徑之和，散熱片不是圓形時，半徑應取當量半徑。

第6圖係一種本發明的立體剖視圖，可以更清楚看出氣流溝槽5的結構：與軸線垂直，周圈貫通，可採用車床切削加工 成型。圖中開有三個氣流溝槽5，將肋片分成四段短肋4，設有燈杯6，空心式導熱柱，並且前端塞有導熱件，保證端面與燈杯杯底以及LED光源3的接觸傳熱面足夠大。

第5、6圖中的燈杯6與肋片1前方，雖留有氣流通道，軸線豎立時，散熱空氣還需拐彎才能進入肋片1，另外燈杯朝下，下側面會形成氣流死區，自然對流空氣不暢通。解決該問題的辦法，是在燈杯上開通氣口，採用第7圖所示的百葉窗式結構、或第8圖所示的叉列式結構的通氣口，可採用衝床沖切成型，既能有效得到足夠的通氣口的流通面積，又不減小燈杯的散熱面積。燈杯上的通氣口切口線7採用呈輻射形結構，如第9、10、11圖所示，有利於燈杯內的導熱傳熱。

為了達到某種出光效果，以及裝飾效果等，在LED光源前方設置透明的燈罩，燈罩外徑大了，就會影響散熱肋片前方空氣流通性，特別是設置有燈杯時，並且燈杯上開有通氣口，這對散熱不利。同樣可採用在燈罩上開通氣口結構來解決問題，採用百葉窗式和叉列式結構通氣口，可以使LED光源不易從燈罩外直接看見，因而是通氣口首選結構。

散熱片的肋片厚度要盡可能薄，既可省材料，又可增加空氣流通面積，鋁擠出工藝可製造出0.4mm厚的肋片，設計產品時，肋片的平均厚度應是取不大於0.8mm為宜。肋片薄，又加上被氣流溝槽分割成短肋，肋片的強度不高，受力容易變形。可採用在散熱片外周圈設置有護網，保護散熱肋片，護網採用 柵欄式結構、或網狀結構，這兩種結構空氣流動通透性好，無論軸線豎立，還是橫置時，都不影響空氣流經散熱肋片，保證良好的空氣通透性。

球泡燈、PAR燈等，帶有燈頭，有螺扣式燈頭和卡扣式燈頭，與外輸入電連接的電極在燈頭上。採用本發明，並設置有護網，可採用以下結構：燈頭與和護網為一體的結構件固定連接、或護網採用了和燈頭部分結構件為一體的結構，即護網與燈頭組裝成一整體結構件，護網可設計成承重和承受外力的結構件，散熱片等部件就可靠護網固定連接。

第12圖所示的本發明，是一款球泡燈，散熱片外周圈設置有護網10。圖中所示的燈頭為螺扣式，散熱片固定在護網10上，護網10為柵欄式結構，可採用注塑成型的塑膠結構，燈頭與和護網為一體的結構件固定連接，散熱片可採用卡扣方式固定在護網上，LED光源3前設置有燈罩8，呈球面，可通過鉤扣、焊接、或粘結與護網10固定連接，這樣的結構簡潔，裝配生產效率高。第12圖還示出，燈罩8上開數多通氣口。LED光源一般需配有恆流(或恒壓)驅動電源，該驅動電源則就可設置在散熱片的後方，不必用密封膠灌封，這樣開放式電源，散熱效果好。

第13圖所示的本發明，是一種稱為PAR燈的LED照明燈。沒有大的燈罩，燈杯變成面板露出來，並開有通氣口(百葉窗式)；燈頭9為一種卡扣式結構，護網10可採用金屬板材，經 沖孔拉伸成型的金屬結構；在散熱片後方，燈頭內，設置有驅動電源板11；LED光源3前設置有透鏡12，這樣的燈，一般式聚光型，照射角小，可通過透鏡12來實現。

特別聲明：本發明中所述的LED光源還包括OLED光源。

1‧‧‧肋片

2‧‧‧導熱柱

3‧‧‧LED光源

4‧‧‧短肋

5‧‧‧氣流溝槽

6‧‧‧燈杯

7‧‧‧切口線

8‧‧‧燈罩

9‧‧‧燈頭

10‧‧‧護網

11‧‧‧驅動電源板

12‧‧‧透鏡

第1、2、3圖係分別為三種太陽花式散熱片橫截面特徵視圖，圖中e為肋片之間的間隙。

第4圖係一種本發明的照明燈的特徵結構剖面示意圖，示出了本發明的基本結構特徵。

第5圖係一種本發明的照明燈的特徵結構剖面示意圖，前端設置有燈杯。

第6圖係一種本發明的照明燈的特徵結構立體剖視圖，示出了氣流溝槽的基本特徵。

第7圖係百葉窗式結構的特徵剖面示意圖。

第8圖係叉列式結構的特徵剖面示意圖。

第9、10、11圖係分別為三種燈杯上的俯視圖，表示通氣口的切口線的特徵。

第12圖係一種本發明的LED球泡燈的立體剖視圖。

第13圖係一種本發明的PAR燈的特徵結構剖面示意圖。

1‧‧‧肋片

2‧‧‧導熱柱

3‧‧‧LED光源

4‧‧‧短肋

5‧‧‧氣流溝槽

6‧‧‧燈杯

Claims (10)

1. 一種固態照明燈，包括：LED光源和散熱片，其中該散熱片採用了肋片從導熱柱側面伸出的太陽花式結構，該LED光源設置在該導熱柱前端，其特徵在於：在該散熱片上，開有與軸線呈垂直，並且周圈貫通的氣流溝槽，其中最深的該氣流溝槽深大於二分之一的肋長，氣流溝槽寬不小於2mm，短肋的平均高小於5倍的該肋片平均間隙；該散熱片的平均肋長大於10mm。
2. 如申請專利範圍第1項所述的固態照明燈，其中該散熱片的平均肋高與該肋片之間的平均間隙之比大於2，小於8；最深的該氣流溝槽深大於三分之二的肋長，該短肋的平均高不大於8mm。
3. 如申請專利範圍第2項所述的固態照明燈，其中該肋片前方留有氣流通道，該散熱片前端靠該導熱柱處的該肋片被遮擋部分的當量直徑不得大於肋根處半徑與肋尖處半徑之和。
4. 如申請專利範圍第3項所述的固態照明燈，其中設置有金屬燈杯，該金屬燈杯杯底貼在該散熱片的該導熱柱的前端面，該IED光源貼在該金屬燈杯杯底的另一面。
5. 如申請專利範圍第4項所述的固態照明燈，其中該金屬燈杯上開有百葉窗式結構、或叉列式結構的通氣口，該通氣口的切口線採用了呈輻射形結構。
6. 如申請專利範圍第1項至第5項中任何一項所述的固態照明燈，其中在該散熱片外圈設置有護網，該護網採用了柵欄式結構或網狀結構。
7. 如申請專利範圍第6項所述的固態照明燈，其中在該散熱片的後方設置有螺扣式或卡扣式燈頭；該燈頭與和該護網為一體的結構件固定連接、或該護網採用了和該燈頭的部分結構為一體的結構。
8. 如申請專利範圍第7項所述的固態照明燈，其中該散熱片固定在該護網上。
9. 如申請專利範圍第7項所述的固態照明燈，其中該護網採用了注射成型的塑膠結構、或採用了金屬板材，經拉伸成型的金屬結構。
10. 如申請專利範圍第7項或第1項至第5項中任何一項所述的固態照明燈，其中在該LED光源前方設置有燈罩，該燈罩上開有通氣口。