TWI437181B - 具內部流道的燈具 - Google Patents

Description

具內部流道的燈具

本發明是有關於一種燈具，特別是指一種具內部流道的燈具。

現有燈具對於輸入的電能，有相當大的比例轉換成熱能，造成燈具的發光單元溫度上升而影響發光效率及使用壽命，因此需要針對燈具中發光單元的散熱問題提供解決方案。

目前針對發光單元散熱的改善方法中，常見如圖1所示之燈具9，利用散熱鰭片92以熱傳導的方式達到散熱的功能。

該燈具9包含一具有一平台的基座90、一發光單元91、多數與該發光單元91連接的散熱鰭片92，及一燈罩93。發光單元91包括設置於該平台的電路基板及安裝於該電路基板上的LED晶片，LED晶片發光產生的熱能藉由熱傳導的方式傳遞至該散熱鰭片92，當散熱鰭片92溫度升高，與周圍空氣進行熱交換而使空氣溫度也升高，燈具9周圍因為熱空氣上升且帶動冷空氣上升而產生外部流場。

習知散熱鰭片92的設計只單純為了提高熱交換面積，並未考慮外部流場的流通性，其在鄰近該基座90的平台的一端設計為與平台齊平，屬截斷式設計。由於外部流場無法順利流入散熱鰭片92與散熱鰭片92之間，因此對於熱交換的助益不大。

整體而言，習知燈具9僅藉由散熱鰭片92之熱傳導以及外部流場所達到的冷卻效率有限。

因此，本發明之目的，提供一種具內部流道的燈具，使空氣流入燈具內部帶走發光單元產生的熱，提高冷卻效率。

本發明一種具內部流道的燈具包含一基座、一發光單元與一燈罩單元。

該基座包括一第一管部、一管徑小於該第一管部的第二管部、一連接該第一管部與第二管部的束縮部，及一連接件，至少該第一管部、束縮部與第二管部同軸且共同界定出一內部流道，該內部流道具有相反之一第一端及第二端，該連接件設於該內部流道之第一端，並形成至少一第一開孔。

該發光單元設置於該基座外表面，該發光單元發光產生的熱傳導至該基座。

該燈罩單元固定於該基座並包覆該發光單元，該燈罩單元的頂部位置對應該內部流道之第二端，該頂部貫穿形成至少一第二開孔。

前述基座因熱而溫度升高，並與該內部流道中的空氣熱交換成為熱空氣，該熱空氣從該第一開孔及第二開孔其中之一流出，帶動冷空氣從該第一開孔及第二開孔其中另一流入而產生內部流場。

本發明之功效在於提供一具內部流道的照明燈具，利用基座的第一、第二管部及束縮部構成內部流道，經過發光單元加熱的空氣以熱對流的方式流出並吸入冷空氣，並且該內部流道的漸縮機制能增加空氣的流速，以加強熱對流的效果。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之三個較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。

在本發明被詳細描述之前，要注意的是，在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。

參閱圖2、圖3及圖4，本發明具內部流道的燈具1之第一較佳實施例包含一基座2、一發光單元3、一燈罩單元4，及一導接座5。

基座2包括以導熱材質一體壓鑄成形的一第一管部21、一管徑小於第一管部21的第二管部22、一連接第一管部21與第二管部22的束縮部23、一連接於第二管部22之遠離束縮部23之一端(以下稱末端)的缽狀延伸部24、多數自第二管部22的內表面凸伸的內部鰭片25，及多數呈長片狀的外部鰭片26。延伸部24以缽底連通第二管部22，開口朝向燈罩單元4之頂部。外部鰭片26相間隔地設置於延伸部24、第二管部22、束縮部23及第一管部21的外表面。

第一管部21、束縮部23、第二管部22與延伸部24同軸，且共同界定出一內部流道101，且第一管部21圍繞界定的面積與第二管部22圍繞界定的面積比大於2.25，因此束縮部23具有一束縮斜率。本實施例中，延伸部24的管徑與深度的比值介於1.3至1.9之間，此比例設計可達到較佳流場集中效果且避免產生流場阻抗。內部流道101以及束縮設計的作用於下文介紹相關元件後說明。

在本實施例，外部鰭片26是以三片一組，共四組；每組以內部流道101為軸心呈輻射狀排列，且組與組之間夾約90度角。同一組的各片外部鰭片26之間相互平行排列。然而，外部鰭片26的組數以及每組片數不以前述為限，需考量發光單元3的配置，以不影響出光為原則。此外，外部鰭片26的外側緣採流線形設計，有助於外部流場空氣的流通，提高外部鰭片26的熱交換效率。

除了前述一體成型的第一管部21、第二管部22、束縮部23、延伸部24、內部鰭片25及外部鰭片26之外，基座2還包含一可分離地安裝於第一管部21遠離束縮部23之一端(即內部流道101的其中一端，下文中稱之為內部流道101的第一端102)的連接件27。連接件27形成多數個貫穿且相互間隔之第一開孔270，具體而言，連接件27包括一呈環形板狀的底壁271及一自底壁271的內環緣朝遠離第一管部21之方向延伸的第一環形壁272。前述貫穿的相互間隔的第一開孔270是形成於底壁271。值得一提的是，本發明之連接件27不以本實施例之設計為限，也可以是一體成型地連接於第一管部21。

發光單元3設置於基座2外表面，發光單元3發光產生的熱傳導至基座2。在本實施例，發光單元3包括多數設置於第二管部22、束縮部23與延伸部24之外表面的電路板31、多數安裝於各個電路板31上的LED封裝體32，及一容設於基座2的第一管部21內的驅動器33。驅動器33與電路板31以及導接座5相互電性連接，導接座5用以與外部電源電性連接。驅動器33固定方式為，先使連接件27的第一環形壁272與導接座5套接，接著使驅動器33組裝其中，此時驅動器33只有下半部容置於連接件27的第一環形壁272之中，底部由導接座5撐托；接著在導接座5、連接件27的第一環形壁272與驅動器33之間灌注絕緣膠體6而保護固定驅動器33，再使驅動器33伸入第一管部21，並以底壁271固定於第一管部21末端。由此可看出，本實施例之連接件27的設計可在灌注絕緣膠體6時，不會封閉第一開孔270。

參閱圖3及圖5，本實施例發光單元3的LED封裝體32擺放位置及角度為：當中數顆放置於束縮部23外表面的電路板31上，由於束縮部23具有束縮斜率的關係，使得這些位於束縮部23外表面的LED封裝體32會斜朝燈罩單元4頂部方向出光；當中數顆LED封裝體32沿著第二管部22外表面的電路板31間隔放置而水平徑向出光；其餘數顆LED封裝體32則放置於延伸部24外表面的電路板31上，由於本實施例之延伸部24呈缽狀，外表面具有一斜率，使得這部分LED封裝體32會斜朝遠離燈罩單元4頂部方向出光。藉此，本實施例具內部流道的燈具1可提供270度至360度之出光角範圍。

燈罩單元4包覆發光單元3，包括一蓋設於延伸部24之開口的蓋板41，及多數個黏著固定於各組外部鰭片26之間的可透光燈罩本體42。燈罩本體42頂緣與蓋板41固定，底緣則與基座2的第一管部21或連接件27外表面固定。蓋板41形成多數個貫穿的第二開孔410。蓋板41與燈罩本體42分別可以用可透光材料射出成型或拉伸成型。

以下詳細介紹內部流道101的作用。參閱圖4及圖5，內部流道101具有一第一端102及一第二端103，第一端102即第一管部21鄰近底壁271之一端並與連接件27連接，第二端103即延伸部24鄰接燈罩單元4的蓋板41之一端。

以燈具1往下照射的使用狀態來說，也就是導接座5位於上方，通過內部流道101的內部流場如圖5箭頭所示。當發光單元3的LED封裝體32發光產生熱，熱傳導至基座2的束縮部23、第二管部22、部分的延伸部24以及內部鰭片25與內部流道101內的空氣進行熱交換，空氣受熱後成為熱空氣而往上流，帶動外部冷空氣從下方流入，藉此產生內部流場。冷空氣通過燈罩單元4的蓋板41的第二開孔410流入內部流道101，流經內部鰭片25及驅動器33之後從底壁271的第一開孔270流出，藉此帶走發光單元3之LED封裝體32與驅動器33運作產生之熱。更重要的是，由於第一管部21與第二管部22面積比大於2.25的設計，建立了內部流道101的束縮機制，內部流場因此基於柏努利定律(Bernoulli theorem)-在體積流率Q相同的條件下，空氣流速V與斷面積A成反比，在通過管徑較小的第二管部22時流速自然增加，藉此加速冷卻效率。

當然，燈具1的使用狀態也可能與前述方向(圖5)相反，也就是導接座5位於下方，此時熱空氣往上流是通過燈罩單元4的第二開孔410流出，冷空氣從基座2底壁271的第一開孔270流入，流經驅動器33及內部鰭片25後再由第二開孔410流出。

參閱圖6至圖9，本發明具內部流道的燈具1之第二較佳實施例與第一較佳實施例的差別之一在於，第二較佳實施例之基座2不包括延伸部24，也就是說基座2壓鑄成形時無需考慮延伸部24的設計；另一方面，第二較佳實施例的燈罩單元4則還包括一設置於第二管部22末端且開口朝向燈罩單元4之蓋板41的缽狀集流件43。集流件43可以與蓋板41一體射出成型。因此，本實施例是由等同軸的第一管部21、束縮部23、第二管部22與集流件43同界定出內部流道101，內部流道101的第二端103為集流件43鄰接燈罩單元4之蓋板41的一端。本實施例中，集流件43的直徑與深度的比值介於1.3至1.9之間，此比例設計可達到較佳流場集中效果且避免產生流場阻抗。

對應於此設計，發光單元3的電路板31僅設置於第二管部22、束縮部23外表面，因此發光單元3的LED封裝體32擺放位置及角度僅有當中數顆放置於束縮部23外表面的電路板31上，以及數顆LED封裝體32沿著第二管部22外表面的電路板31間隔放置，所以部分LED封裝體32斜朝燈罩單元4頂部方向出光，部分水平徑向出光；再配合燈罩本體42的設計補強朝向遠離燈罩單元4頂部方向之出光效果。

第二較佳實施例與第一較佳實施例的另一差別在於，基座2的連接件27還包括一自底壁271的內環緣朝向第一管部21方向延伸的第二環形壁273。驅動器33固定方式為，先使連接件27的第一環形壁272與導接座5套接，接著使驅動器33組裝其中，此時驅動器33整體容置於連接件27的第一環形壁272與第二環形壁273之中，底部由導接座5撐托；接著在導接座5、第一環形壁272、第二環形壁273與驅動器33之間灌注絕緣膠體6而保護固定驅動器33，再以連接件27的第二環形壁273伸入第一管部21，並以底壁271固定於第一管部21末端。本實施例連接件27的設計同樣在灌注絕緣膠體6時，不會封閉第一開孔270；且大範圍保護固定驅動器33。

第二較佳實施例與第一較佳實施例的再一差別在於基座2的外部鰭片26的排列方式，同一組的各片外部鰭片26之間呈輻射狀排列。如此一來，外部流場更容易流入外部鰭片26與外部鰭片26之間而提高熱交換效率。

參閱圖10至圖12，本發明具內部流道的燈具1之第三較佳實施例與第二較佳實施例的差別之一在於，基座2不包括外部鰭片26；燈罩單元4的燈罩本體42因此不是一片一片黏著固定於各組外部鰭片26之間，而是燈罩本體42彼此相互黏著固定，頂緣與蓋板41固定，底緣則與基座2的第一管部21或連接件27外表面固定。

綜上所述，利用內部流道101與外部流場的設計將熱量由內部鰭片25與外部鰭片26交換至內部流場與外部流場內的空氣，再以熱對流的方式將熱由空氣疏導至外界。除此之外，外部鰭片26設計成流線形以延長外部流場經過外部鰭片26的流場分離點，提高熱交換效率，加上內部流道101具有束縮機制，使內部流場在通過第二管部22時流速增加而加速冷卻效率，有效解決發光單元3的散熱問題。

[先前技術]

9‧‧‧燈具

90‧‧‧基座

91‧‧‧發光單元

92‧‧‧散熱鰭片

93‧‧‧燈罩

[本發明]

1‧‧‧燈具

101‧‧‧內部流道

102‧‧‧第一端

103‧‧‧第二端

2‧‧‧基座

21‧‧‧第一管部

22‧‧‧第二管部

23‧‧‧束縮部

24‧‧‧延伸部

25‧‧‧內部鰭片

26‧‧‧外部鰭片

27‧‧‧連接件

270‧‧‧第一開孔

271‧‧‧底壁

272‧‧‧第一環形壁

273‧‧‧第二環形壁

3‧‧‧發光單元

31‧‧‧電路板

32‧‧‧LED封裝體

33‧‧‧驅動器

4‧‧‧燈罩單元

41‧‧‧蓋板

410‧‧‧第二開孔

42‧‧‧燈罩本體

43‧‧‧集流件

5‧‧‧導接座

6‧‧‧絕緣膠體

圖1是一習知立體組合圖，說明散熱設計；

圖2是一立體組合圖，說明本發明具內部流道的燈具的第一較佳實施例；

圖3是一對應圖2的立體分解圖；

圖4是一對應圖2的立體剖面圖；

圖5是一正面剖視圖，說明本實施例之內部流道；

圖6是一立體組合圖，說明本發明具內部流道的燈具的第二較佳實施例；

圖7是一對應圖6的立體分解圖；

圖8是一對應圖6的立體剖面圖；

圖9是一正面剖視圖，說明本實施例之內部流道；

圖10是一立體組合圖，說明本發明具內部流道的燈具的第三較佳實施例；

圖11是一對應圖10的立體分解圖；及

圖12是一對應圖10的一立體剖面圖。

101．．．內部流道

102．．．第一端

103．．．第二端

21．．．第一管部

22．．．第二管部

23．．．束縮部

24．．．延伸部

26．．．外部鰭片

27．．．連接件

270．．．第一開孔

272．．．第一環形壁

31．．．電路板

32．．．LED封裝體

33．．．驅動器

41．．．蓋板

410．．．第二開孔

42．．．燈罩本體

5．．．導接座

Claims (15)

1. 一種具內部流道的燈具，包含：一基座，包括一第一管部、一第二管部、一連接該第一管部與第二管部的束縮部，及一連接件，至少該第一管部、束縮部與第二管部位於該燈具中央處且同軸且共同界定出一內部流道，該內部流道具有相反之一第一端及一第二端，該連接件設於該內部流道之第一端，並形成至少一第一開孔；一發光單元，至少設置於該基座的束縮部的外表面，該發光單元發光產生的熱傳導至該基座；及一燈罩單元，固定於該基座並包覆該發光單元，該燈罩單元的頂部位置對應該內部流道之第二端，該頂部貫穿形成至少一第二開孔；該基座因前述熱而溫度升高，並與該內部流道中的空氣熱交換成為熱空氣，該熱空氣從該第一開孔及該第二開孔其中之一流出，帶動冷空氣從該第一開孔及該第二開孔其中另一流入而產生內部流場。
2. 依據申請專利範圍第1項所述之具內部流道的燈具，其中，該第二管部的管徑小於該第一管部的管徑，該內部流場在通過該第二管部時流速增加。
3. 依據申請專利範圍第2項所述之具內部流道的燈具，其中，該第一管部與該第二管部所圍繞界定的面積比大於2.25。
4. 依據申請專利範圍第1項所述之具內部流道的燈具，其 中，該基座還包括多數自該第一管部、第二管部及束縮部其中至少一的內表面凸伸的內部鰭片，且該第一管部、第二管部、束縮部及內部鰭片是由導熱材質製成。
5. 依據申請專利範圍第1項所述之具內部流道的燈具，其中，該基座還包括多數呈長片狀且相間隔地設置於該第二管部、束縮部及第一管部外表面的外部鰭片，且該第一管部、第二管部、束縮部及外部鰭片是由導熱材質製成。
6. 依據申請專利範圍第5項所述之具內部流道的燈具，其中，該等外部鰭片以至少一片為一組且以該內部流道為軸心呈輻射狀排列。
7. 依據申請專利範圍第6項所述之具內部流道的燈具，其中，每一組外部鰭片數量為多數，且同一組的各該外部鰭片之間是相互平行排列或呈輻射狀排列。
8. 依據申請專利範圍第1項所述之具內部流道的燈具，其中，該第一管部遠離該束縮部的一端即為該內部流道的該第一端。
9. 依據申請專利範圍第8項所述之具內部流道的燈具，其中，該基座還包括一同軸連接於該第二管部且開口朝向該燈罩單元之頂部的缽狀延伸部，該內部流道的第二端即該延伸部開口端；該燈罩單元包括一蓋設於該延伸部之開口的蓋板，該第二開孔即貫穿設置於該蓋板。
10. 依據申請專利範圍第9項所述之具內部流道的燈具，其中，該延伸部的管徑與深度的比值介於1.3至1.9之間。
11. 依據申請專利範圍第8項所述之具內部流道的燈具，其 中，該燈罩單元包括一設置於該第二管部末端且開口朝向該燈罩單元之頂部的缽狀集流件，及蓋設於該集流件之開口的蓋板，該第二開孔即貫穿設置於該蓋板；該內部流道的第二端即該集流件的開口端。
12. 依據申請專利範圍第11項所述之具內部流道的燈具，其中，該集流件的直徑與深度的比值介於1.3至1.9之間。
13. 依據申請專利範圍第1至12項中任一項所述之具內部流道的燈具，其中，該發光單元包括多數至少設置於該基座的第二管部與該束縮部之外表面的電路板，及多數安裝於各該電路板上的LED封裝體。
14. 依據申請專利範圍第13項所述之具內部流道的燈具，其中，該基座還包括一連接於該第二管部且開口朝向該燈罩單元之頂部的缽狀延伸部；該發光單元的電路板還設置於該基座的延伸部外表面。
15. 依據申請專利範圍第14項所述之具內部流道的燈具，其中，該連接件可分離地安裝於第一管部，該連接件包括一底壁及一第一環形壁；該底壁呈環形板狀，該至少一第一開孔是形成於該底壁，該第一環形壁是自該底壁的內環緣朝遠離該第一管部之方向延伸；該具內部流道的燈具還包含一套接於該連接件的第一環形壁且用以與外部電源電性連接的導接座。