TWI658234B - Led散熱結構、led燈具及其散熱方法 - Google Patents
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Abstract
一種LED散熱結構，包括具有翅片的散熱器，翅片之間的間隙構成多個連續的空氣流道，空氣流道的排氣端延伸至散熱器的周側面。蓋板，覆設於翅片上，將空氣流道位於翅片尖部的開口封閉，並且局部隆起形成與空氣流道連通的進氣腔，以及往進氣腔內強制送風的送風裝置。本發明通過在翅片上覆設蓋板，將空氣流道在翅片頂尖部的開口封閉，並且在蓋板中心局部設置進氣腔，通過送風裝置將冷卻空氣強制送入空氣流道，從而提高了熱交換面積和效率，可以滿足大功率LED燈具的需求。
Description
本發明是有關於一種LED照明裝置，且特別是有關於一種LED散熱結構、LED燈具及其散熱方法。
LED燈具具有節能、環保等優點，但在工作過程中會發熱，尤其是大功率LED燈具，其發熱量較大，即使採用散熱器也無法及時將熱量散發，因此限制了其應用。為提高其散熱效果，現有設計通過在散熱器背面設置風扇，通過加速空氣對流提高散熱效果。
如CN102588789A公開了一種帶風扇的大功率LED節能燈，由燈殼、基板、燈珠、散熱片、風扇、驅動電源組成，在燈殼內安裝有基板、燈珠、散熱片、風扇、驅動電源，散熱片固定在基板上，風扇安裝在散熱片上，在燈殼上開有進氣孔、出氣孔，通過風扇轉動加速空氣流動，使LED節能燈實現高效率散熱。由於風扇是直接對準翅片，形成的風是無定向的，由於翅片的阻擋，冷卻空氣往往無法到達翅片的底部，而底部恰恰是溫度最高的區域。空氣流速會發生衰減，甚至因為折流而互相抵消，導致遠離風扇的區域空氣流速低，最終導致散熱效果整體欠佳。
本發明提供了一種通過強制送風提高散熱效果的LED散熱結構。
本發明的一實施例提供一種LED散熱結構，包括：具有翅片的散熱器，翅片之間的間隙構成多個連續的空氣流道，空氣流道的排氣端延伸至散熱器的周側面；蓋板，覆設於翅片上，將空氣流道位於翅片尖部的開口封閉，並且局部隆起形成與空氣流道連通的進氣腔；以及往進氣腔內強制送風的送風裝置。其中，因相鄰翅片具有間隙，間隙交織連接在一起形成空氣流道，有助於空氣流通。由於翅片一般直立設置，因此流道在翅片頂尖部具有開口。
本發明通過在散熱器背面覆設蓋板，將空氣流道上方的開口封閉，那麼往進氣腔強制送風，冷空氣會進入空氣流道，不會從上方開口直接排出，能夠進入翅片的底部，實現充分的熱交換，另外熱空氣從散熱器側面排出，可以和所有的翅片進行熱交換，從而提高散熱效率。
當然，如果蓋板沒有完全把所有翅片蓋住，那麼也會從沒封閉的開口排出，雖然散熱效果不會達到最佳，但也會有一定的改善。由於空氣流道較為狹窄，而進氣腔較大，往進氣腔進風，使得其內部具有一定壓力，所以需要強制進風。
在本發明的一實施例中，上述的蓋板延伸至散熱器的周緣，覆蓋所有的翅片，可以讓散熱器的只在側向出風，保證空氣與所有翅片進行熱交換。
在本發明的一實施例中，上述的進氣腔被分隔成多個獨立的子腔室，每個子腔室配置一至二個送風裝置。
在本發明的一實施例中，上述的空氣流道從進氣腔所在的位置直線延伸至散熱器的周側面，可以降低空氣阻力，提高流速。
在本發明的一實施例中，上述的散熱器可以根據燈具實際需要設置，可以是圓形、方形、長方形、橢圓形或不規則形狀。
在本發明的一實施例中，上述的散熱器為橫截面為圓形，進氣腔位於散熱器的中心位置，翅片呈放射狀分佈。
在本發明的一實施例中，上述的散熱器的背面被分成若干扇形的散熱區，相鄰散熱區之間設有第一隔板，避免空氣互串抵消。
在本發明的一實施例中，上述的進氣腔被分隔成多個獨立的子腔室，子腔室與散熱區一一對應設置。
在本發明的一實施例中，上述隆起形成進氣腔的隆起部中心具有向下呈倒錐形的凹陷，使得進氣腔為環形結構，送風裝置環繞隆起部設置。進氣腔為環形結構，避免相對的送風裝置輸送的空氣出現干涉。
在本發明的一實施例中，上述的凹陷底部開口，形成獨立的通風管，散熱器中心具有與通風管銜接的通孔，可以實現對基板和LED燈珠散熱。
在本發明的一實施例中，上述的散熱器上設有多組環繞其中心線佈置的翅片，翅片離中心線越遠，數量越多，相鄰組的翅片交錯佈置，可形成樹狀分佈的空氣流道，增加散熱效果。
在本發明的一實施例中，上述的散熱器的橫截面為方形，進氣腔為長條形，橫跨整個散熱器，翅片垂直進氣腔設置。
在本發明的一實施例中，上述的散熱器中心具有將其平均分為兩部分的第一隔板，進氣腔設於散熱器中間位置，內部設有與第一隔板銜接的第二隔板，同樣將其分為兩部分，兩部分各配置一組送風裝置。
在本發明的一實施例中，上述的散熱器中心具有將其平均分為兩部分的第一隔板，進氣腔有兩個，對稱設於第一隔板的兩側，每個進氣腔各配置一組送風裝置。
以上兩種方式可以縮短空氣流道的距離，減小空氣流動的阻力，提高散熱效果。
在本發明的一實施例中，上述的散熱器與翅片平行的兩側設有擋板，避免空氣從側面漏出。
在本發明的一實施例中，上述的送風裝置為軸流風機或渦輪風機，最優選為渦輪風機，渦輪風機可以給進風腔提供更大的壓力。
在本發明的一實施例中，上述形成進氣腔的隆起部具有安裝送風裝置的開口，送風裝置通風密封膠粘接或者卡接固定在開口內。
在本發明的一實施例中，上述的蓋板上安裝有送風裝置的驅動電源。
本發明的另一實施例提供一種包含LED散熱結構的LED燈具，散熱器上設有背對翅片安裝的基板和提供聚焦功能的透鏡，基板上設有LED燈珠，蓋板上安裝有保護送風裝置和燈具內部電路的罩殼，罩殼的側面設有進風口，尾部設有燈頭。
在本發明的一實施例中，上述的罩殼由上罩殼和下罩殼組成，下罩殼底部與蓋板固定連接，頂部開口且徑向收縮伸入上罩殼，上罩殼和下罩殼之間的間隙構成進風口，燈頭設於上罩殼的頂部，如此設計可以避免水進入到罩殼內，尤其對於適用環境是水域的燈具，如誘魚燈等。
在本發明的一實施例中，上述的間隙內設有擋水結構。
在本發明的一實施例中，可以採用如下結構：擋水結構包括設於下罩殼外側面的第一擋水圈和設於上罩殼內側面的第二擋水圈，第一擋水圈橫向設置向上罩殼內側壁延伸，第二擋水圈縱向設置環繞上罩殼。
在本發明的一實施例中，上述的第一擋水圈向下傾斜。
在本發明的一實施例中，上述的上罩殼和下罩殼之間通過連接杆連接，提高進氣順暢性。
在本發明的一實施例中，上述的散熱器安裝基板的表面具有與基板配合的凹槽，凹槽的周緣具有排氣用的缺口，便於熱空氣排出。
同樣的理由，在本發明的一實施例中，上述的散熱器與透鏡的配合位置設有排氣孔。
為了實現防水，在本發明的一實施例中，上述的透鏡與散熱器配合的邊緣具有兩級臺階結構，內側的臺階結構和外側的臺階結構分別設有交錯佈置的第一缺口和第二缺口，散熱器上設有連接第一缺口和第二缺口的連通槽。
本發明的另一實施例提供了一種LED燈具的散熱方法，包括具有翅片的散熱器，翅片之間的間隙構成多個貫通的空氣流道，空氣流道的排氣端延伸至散熱器的周側面；散熱器背面設有覆于翅片上將空氣流道位於翅片尖部的開口封閉，並且局部隆起形成與空氣流道連通的進氣腔；
在本發明的一實施例中，上述的散熱方法包括：將空氣強制送入進氣腔內，使空氣與翅片發生熱交換後，從散熱器的側面排出。
在本發明的一實施例中，保持進氣腔內的空氣壓力高於大氣壓100-200pa。
本發明通過在翅片上覆設蓋板，將空氣流道在翅片頂尖部的開口封閉，並且在蓋板中心局部設置進氣腔，通過送風裝置將冷卻空氣強制送入空氣流道，從而提高了熱交換面積和效率，可以滿足大功率LED燈具的需求。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
如圖1和2所示，一種LED燈具，包括鋁合金等材料製成的散熱器1，散熱器1的正面安裝有基板5和透鏡2，基板5上佈設有許多LED燈珠6，透鏡2主要是提供聚焦的功能，與散熱器1配合將基板5和LED燈珠6封裝一個相對封閉的空腔內。基板可以鋁、銅等材質，其上可以佈設驅動模組，用於將交流電轉換成直流電。
如圖5所示，散熱器1的背面設有翅片12，翅片12直立設置，兩兩之間有間隙，間隙連接交織一起構成連續的空氣流道16。圖5所示的散熱器形狀為圓形，當然它可以是其它形狀，如方形、橢圓形或者不規則形狀，但是翅片12的分佈需滿足空氣流道16的排氣端一直延伸到散熱器1的周側面，保證空氣流道內的空氣熱交換後可以從散熱器的側面排出。
圖5所示散熱器，翅片12呈放射狀分佈，即翅片12沿著散熱器1的徑向佈置，翅片12分為若干組，每組翅片環繞散熱器的中心佈置，離散熱器距離越大，翅片數量越多，並且相鄰組的翅片交錯佈置，使得空氣流道16呈樹狀分佈，散熱面積最大化。散熱器1的背面還被分為若干扇形的散熱區，相鄰散熱區之間有第一隔板13，可以讓空氣基本朝一個方向流出，避免出現過多折流，導致流速衰減。第一隔板13的末端還設有固定蓋板7的螺釘孔。
如圖1和2所示，散熱器1的背面設有貼覆在翅片12上的蓋板7，蓋板7基本將所有翅片12覆蓋，把空氣流道16在翅片12頂尖部的開口封閉，保證空氣只從散熱器1的側面輸出。如圖3和4所示，蓋板7在中部隆起形成一進氣腔71，由於蓋板7隆起，下方的空氣流道16開口就沒有被封閉，使得所有空氣流道16和進氣腔71連通。隆起部73上設有開口，渦流風機72在開口位置通過粘結膠固定或通過卡合結構固定在隆起部73上。渦流風機72也可以被軸流風機替換，但是軸流風機體積相對較大，且輸送的空氣壓力較低，功率較低的情況下會出現回風。
如圖1所示，渦流風機72環繞隆起部73佈置，出風管伸入到進氣腔71內。隆起部73中心向下凹陷，一直延伸到翅片12，進氣腔71成為環形結構，使得相對設置的渦流風機72的出風不會干涉而抵消，保證進氣腔71內具有一定的壓力。另外，渦流風機72是傾斜佈置的，對著中心的凹陷吹風，折流後進入空氣流道16。隆起部73和蓋板7最好是通過衝壓一體成型，當然也可以採用組裝的方式。
如圖4所示，為了避免渦流風機72的出風相互干涉，進風腔71內設有第二隔板74，將其分為若干個子腔室，本實施例每個子腔室配置兩個渦流風機，並且子腔室與散熱器1背面的散熱區也一一對應佈置，相當於兩個渦流風機的出風對應一個散熱區。為了提高散熱效果，凹陷底部具有通孔，形成獨立的通風道75，相應的散熱器1中心具有銜接的通孔14，凹陷頂部安裝有渦流風機72，可以將冷空氣強制送入基板5所在的空間。
如圖2所示，為了讓冷卻基板5和LED燈珠6的空氣順利排出，散熱器1安裝基板5的表面具有凹槽11，凹槽11的邊緣具有排氣的缺口（圖中未示出），但這種結構不防水。本實施例在透鏡2和散熱器1的配合邊緣設置了防水的排氣機構，如圖7所示，透鏡2的邊緣具有兩級台階結構21、22，內側和外側的台階結構22、21分別設有缺口24、23，缺口23和缺口24錯位設置。如圖6所示，散熱器1相應的位置具有連通缺口23、24的連通槽15，透鏡2和散熱器1之間的排氣路徑就如圖8所示（圖中虛線為氣體流動方向），由於在氣路在邊緣區域具有多個折彎，可以有效防止水進入燈體內。
如圖1和圖2所示，為了保護燈具的內部電路和渦流風機，蓋板7的背面安裝有罩殼3，罩殼3包括下罩殼31和上罩殼32兩部分，上罩殼32為燈罩狀，頂部設有燈頭4，下罩殼31兩端均開口，一端連接蓋板7，另一端徑向收縮伸入到上罩殼32內，上罩殼32和下罩殼之間通過連杆310連接，使得罩殼3的空腔能夠與外界連通。
上罩殼32和下罩殼31之間有間隙，間隙即為進風口，為避免水等進入罩殼3內，間隙內設有擋水機構。擋水機構包括兩擋水圈33、34，第一擋水圈33設於下罩殼21的外側面，傾斜向上罩殼32延伸，第二擋水圈34設於上罩殼32的內側面，豎直向下罩殼31延伸，包圍連杆310，與下罩殼31銜接。當然擋水機構可以採用其它現有的結構。
上述LED燈具的散熱器是圓形結構，如上所述，散熱器也可以採用方形。如圖10、14公開了一種方形LED散熱結構，包括方形的散熱器8，散熱器8背面同樣具有翅片81，翅片81分為多組，平行佈置，之間的間隙構成多個相互平行的空氣流道84（見如圖17）。
如圖17所示，散熱器8不僅兩側具有擋板83，而且中心設有第一隔板82，將散熱區分為兩部分，目的是減小空氣流道84的長度，減小阻力，提高空氣流速。如圖9及圖10所示，蓋板9完全覆蓋在散熱器8的背面，將空氣流道84在翅片81頂尖部的開口封閉，空氣流道84只在散熱器8的側面具有開口。
如圖11及圖12所示，蓋板9中心具有隆起部91，從而形成於空氣流道84連通的進氣腔92，隆起部91為長條形，橫跨所有散熱翅片81。隆起部91上設有開口94，用於安裝渦輪風機95。因散熱器8的散熱區被分為兩部分，進氣腔92內同樣設有第二隔板93，分為對應的兩部分，兩部分分別配置一組渦輪風機95。
如圖13至圖16所示，另一種方形LED散熱結構，本實施例的散熱器8同樣如圖9所示，不同之處在于蓋板9的形狀，具體是隆起部的設置方式。蓋板9有上有兩個隆起部91，形成兩個進氣腔92，兩個進氣腔92設於第一隔板82（見如圖17）的兩側，分別對應散熱器8的兩個散熱區，並且每個進氣腔92各配置一組渦輪風機95，渦輪風機95為傾斜設置。
可以看出，本發明散熱器背面的翅片完全被蓋板覆蓋，導致空氣流道在翅片頂尖部的開口封閉，阻止氣流從開口流出，所有空氣均從翅片側面的開口排出，可以讓空氣與大部分的翅片發生熱交換。另外從進氣腔集中進氣，避免了外界環境對風速的影響，同時克服了送風壓力衰減過快的問題。最後，通過渦流風機強制送風，可以克服翅片的阻力，保證一定的空氣流速，加速熱交換，全面提高了熱交換效率和面積，散熱效果大大改善。
如上所述，翅片對空氣具有一定阻力，因此進氣腔需要具有壓力，一般高於大氣壓100-200pa，當然會根據空氣流道的改變而有所變化。風機的轉速一般會控制在3000轉以上。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
1、8‧‧‧散熱器
2‧‧‧透鏡
4‧‧‧燈頭
5‧‧‧基板
6‧‧‧LED燈珠
7、9‧‧‧蓋板
11‧‧‧凹槽
12、81‧‧‧翅片
13、82‧‧‧第一隔板
74、93‧‧‧第二隔板
14‧‧‧通孔
15‧‧‧連通槽
16、84‧‧‧空氣流道
21‧‧‧22台階結構
23、24‧‧‧缺口
31‧‧‧下罩殼
32‧‧‧上罩殼
33、34‧‧‧擋水圈
71、92‧‧‧進氣腔
72‧‧‧渦流風機
75‧‧‧通風道
83‧‧‧擋板
91‧‧‧隆起部
94‧‧‧開口
95‧‧‧渦輪風機
310‧‧‧連杆
圖1為本發明一實施例LED燈具的結構示意圖。 圖2為本發明一實施例LED燈具的爆炸結構示意圖。 圖3為圖1所示LED燈具蓋板部分的結構示意圖。 圖4為圖3所示蓋板部分另一角度的結構示意圖。 圖5為本發明一實施例散熱器的結構示意圖。 圖6為本發明一實施例散熱器的局部剖面圖。 圖7為本發明一實施例透鏡的結構示意圖。 圖8為本發明一實施例透鏡的排氣示意圖。 圖9為本發明一實施例方形LED散熱結構的示意圖。 圖10為圖9所示散熱結構的排氣示意圖。 圖11為圖9所示散熱結構中蓋板的結構示意圖。 圖12為圖11所示蓋板另一角的結構示意圖。 圖13為本發明另一實施例方形LED散熱結構的示意圖。 圖14為圖13所示散熱結構的排氣示意圖。 圖15為圖13所示散熱結構中蓋板的結構示意圖。 圖16為圖15所示蓋板另一角度的結構示意圖。 圖17為本發明一實施例方形散熱器的結構示意圖。
Claims (28)
- LED散熱結構，包括：散熱器，具有翅片，所述翅片之間的間隙構成多個連續的空氣流道，所述空氣流道的排氣端延伸至所述散熱器的周側面；蓋板，覆設於所述翅片上，適於將所述空氣流道位於所述翅片尖部的開口封閉，並且局部隆起形成與所述空氣流道連通的進氣腔；以及送風裝置，適於往所述進氣腔內強制送風，其中所述進氣腔被分隔成多個獨立的子腔室，各所述多個子腔室配置一至二個所述送風裝置。
- 如申請專利範圍第1項所述的LED散熱結構，其中所述蓋板延伸至散熱器的周緣，覆蓋所有的所述翅片。
- 如申請專利範圍第1項所述的LED散熱結構，其中所述空氣流道從所述進氣腔所在的位置直線延伸至所述散熱器的周側面。
- 如申請專利範圍第1項所述的LED散熱結構，其中所述散熱器橫截面為圓形，所述進氣腔位於所述散熱器的中心位置，所述翅片呈放射狀分佈。
- 如申請專利範圍第4項所述的LED散熱結構，其中所述散熱器的背面被分成若干扇形的散熱區，相鄰所述散熱區之間設有第一隔板。
- 如申請專利範圍第5項所述的LED散熱結構，其中所述進氣腔被分隔成多個獨立的子腔室，所述子腔室與所述散熱區一一對應設置。
- 如申請專利範圍第4項所述的LED散熱結構，其中隆起形成所述進氣腔的隆起部中心具有向下呈倒錐形的凹陷，使得所述進氣腔為環形結構，所述送風裝置環繞所述隆起部設置。
- 如申請專利範圍第7項所述的LED散熱結構，其中所述凹陷底部開口，形成獨立的通風管，所述散熱器中心具有與所述通風管銜接的通孔。
- 如申請專利範圍第4項所述的LED散熱結構，其中所述散熱器上設有多組環繞其中心線佈置的所述翅片，所述翅片離中心線越遠，數量越多，相鄰組的所述翅片交錯佈置。
- 如申請專利範圍第1項所述的LED散熱結構，其中所述散熱器的橫截面為方形，所述進氣腔為長條形，橫跨整個所述散熱器，所述翅片垂直所述進氣腔設置。
- 如申請專利範圍第10項所述的LED散熱結構，其中所述散熱器中心具有將其平均分為兩部分的第一隔板，所述進氣腔設於所述散熱器中間位置，內部設有與所述第一隔板銜接的第二隔板，同樣將其分為兩部分，兩部分各配置一組所述送風裝置。
- 如申請專利範圍第10項所述的LED散熱結構，其中所述散熱器中心具有將其平均分為兩部分的第一隔板，所述進氣腔有兩個，對稱設於所述第一隔板的兩側，每一所述進氣腔各配置一組所述送風裝置。
- 如申請專利範圍第10項所述的LED散熱結構，其中所述散熱器與所述翅片平行的兩側設有擋板。
- 如申請專利範圍第1項所述的LED散熱結構，其中所述送風裝置為軸流風機或渦輪風機。
- 如申請專利範圍第14項所述的LED散熱結構，其中形成進氣腔的隆起部具有安裝所述送風裝置的開口，所述送風裝置通風密封膠粘接或者卡接固定在開口內。
- 如申請專利範圍第14項所述的LED散熱結構，其中所述蓋板上安裝有所述送風裝置的驅動電源。
- 一種LED燈具，包括如申請專利範圍第1~16項任一項所述LED散熱結構；基板；以及透鏡，其中所述散熱器上設有背對所述翅片安裝的所述基板和提供聚焦功能的所述透鏡，所述基板上設有LED燈珠，所述蓋板上安裝有保護所述送風裝置和燈具內部電路的罩殼，所述罩殼的側面設有進風口，尾部設有燈頭。
- 如申請專利範圍第17項所述的LED燈具，其中所述罩殼由上罩殼和下罩殼組成，所述下罩殼底部與所述蓋板固定連接，頂部開口且徑向收縮伸入所述上罩殼，所述上罩殼和所述下罩殼之間的間隙構成所述進風口，所述燈頭設於所述上罩殼的頂部。
- 如申請專利範圍第18項所述的LED燈具，其中所述間隙內設有擋水結構。
- 如申請專利範圍第19項所述的LED燈具，其中所述擋水結構包括設於所述下罩殼外側面的第一擋水圈和設於所述上罩殼內側面的第二擋水圈，所述第一擋水圈橫向設置向所述上罩殼內側壁延伸，所述第二擋水圈縱向設置環繞所述上罩殼。
- 如申請專利範圍第20項所述的LED燈具，其中所述第一擋水圈向下傾斜。
- 如申請專利範圍第18項所述的LED燈具，其中所述上罩殼和所述下罩殼之間通過連接杆連接。
- 如申請專利範圍第17項所述的LED燈具，其中所述散熱器安裝所述基板的表面具有與所述基板配合的凹槽，所述凹槽的周緣具有排氣用的缺口。
- 如申請專利範圍第17項所述的LED燈具，其中所述散熱器與所述透鏡的配合位置設有排氣孔。
- 如申請專利範圍第24項所述的LED燈具，其中所述透鏡與所述散熱器配合的邊緣具有兩級臺階結構，內側的所述臺階結構和外側的所述臺階結構分別設有交錯佈置的第一缺口和第二缺口，所述散熱器上設有連接所述第一缺口和所述第二缺口的連通槽。
- 一種LED燈具的散熱方法，LED燈具包括具有翅片的散熱器，所述翅片之間的間隙構成多個貫通的空氣流道，所述空氣流道的排氣端延伸至所述散熱器的周側面，所述散熱器背面設有覆于所述翅片上將所述空氣流道位於所述翅片尖部的開口封閉的蓋板，並且所述蓋板局部隆起形成與所述空氣流道連通的進氣腔，所述散熱方法包括：將空氣強制送入所述進氣腔內，使空氣與所述翅片發生熱交換後，從所述散熱器的側面排出。
- 如申請專利範圍第26項所述的散熱方法，其中所述進氣腔內的空氣壓力高於大氣壓100-200pa。
- 如申請專利範圍第26項所述的散熱方法，其中將空氣強制送入所述進氣腔內的方法還包括：利用軸流風機或渦輪風機強制送風，轉速大於3000轉/秒。
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