尤其用于汽車燈的led燈單元的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種包括至少兩個(gè)LED光源（2）的LED燈單元（10），該至少兩個(gè)LED光源（2）布置在熱沉（3）與在所述燈單元（10）的兩個(gè)相對(duì)側(cè)處的電連接器基座之間以在相對(duì)的半空間中發(fā)射。所提出的LED燈可以以非常緊湊的形式來構(gòu)造以便取代已知的鹵素、氙氣和白熾燈泡而不改變頭燈或信號(hào)燈中的反射器和機(jī)械部件的構(gòu)造。
【專利說明】尤其用于汽車燈的LED燈單元

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種包括布置在燈單元的兩個(gè)相對(duì)側(cè)處以在相對(duì)的半空間中發(fā)射的至少兩個(gè)LED光源的LED燈單元，以及一種頭燈或信號(hào)燈(=汽車燈)，其中LED燈單元完全布置在至少部分地被汽車燈的反射器包圍的體積內(nèi)部，使得從LED光源發(fā)射的光被所述反射器導(dǎo)向所述燈的光發(fā)射方向。

【背景技術(shù)】
[0002]用于汽車頭燈應(yīng)用的鹵素、氙氣和白熾燈泡具有帶有精確幾何結(jié)構(gòu)的高亮度燈絲。另一方面，與其他光源技術(shù)尤其是LED技術(shù)相比，能量效率以及壽命顯著地較低。
[0003]用于汽車信號(hào)燈的白熾燈泡具有較低的亮度并且?guī)缀谓Y(jié)構(gòu)的公差不太關(guān)鍵。然而，由于有限的壽命，令人感興趣的是為信號(hào)燈利用LED技術(shù)。
[0004]當(dāng)前，可得到具有與汽車鹵素和白熾燈泡相比可比較的或甚至顯著更高的亮度水平的LED。雖然LED僅在球體的一半中發(fā)射，但是鹵素和白熾燈泡的線圈在完整的半球中發(fā)射。因此，為燈絲燈泡開發(fā)的頭燈光學(xué)器件不適合單個(gè)LED的發(fā)射模式。多個(gè)高亮度LED必須布置在這樣的幾何結(jié)構(gòu)中使得發(fā)射模式以及幾何結(jié)構(gòu)與燈絲燈泡的對(duì)應(yīng)的發(fā)射模式和幾何結(jié)構(gòu)相似并且高效地利用現(xiàn)有的汽車光學(xué)組件。
[0005]US 2010/0244649 Al公開了一種用于汽車燈的LED燈單元，其中兩個(gè)LED被安裝在共用安裝板的兩個(gè)相對(duì)側(cè)處以在相對(duì)的半空間中發(fā)射。該安裝板在一側(cè)處熱連接到包括數(shù)個(gè)冷卻片的熱沉。風(fēng)扇布置在熱沉的背側(cè)處以產(chǎn)生對(duì)于熱沉的強(qiáng)制的空氣冷卻。在所提出的汽車燈中，兩個(gè)LED布置在由該燈的反射器包圍的體積的內(nèi)部而大的熱沉和風(fēng)扇布置在外部。這樣的燈單元要求與使用鹵素和白熾燈泡的已知構(gòu)造相比不同的燈構(gòu)造。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種燈單元，其可以簡(jiǎn)單地取代汽車燈中已知的鹵素和白熾燈泡而不改變這樣的燈的構(gòu)造。
[0007]該目的利用根據(jù)權(quán)利要求1的LED燈單元來實(shí)現(xiàn)。權(quán)利要求12涉及一種汽車燈，其可以是包括根據(jù)權(quán)利要求1的LED燈單元的信號(hào)燈或頭燈。LED燈單元和頭燈或信號(hào)燈的有利的實(shí)施例是從屬權(quán)利要求的主題或者在本描述和優(yōu)選實(shí)施例的隨后部分中被公開。
[0008]所提出的LED燈單元包括至少兩個(gè)LED光源、用于電連接LED光源的電連接器基座和與LED光源的(多個(gè))支撐構(gòu)件熱接觸的熱沉。LED光源布置在電連接器基座與在燈單元的兩個(gè)相對(duì)側(cè)處的熱沉的至少一部分之間以在相對(duì)的半空間中發(fā)射。可選地，用于熱沉的強(qiáng)制空氣冷卻的電操作的風(fēng)扇可以布置在熱沉處以便提高冷卻能力。
[0009]在有利的實(shí)施例中，至少兩個(gè)LED光源布置在共用的板狀支撐構(gòu)件尤其是安裝板的兩個(gè)相對(duì)側(cè)上，以在相對(duì)的半空間中或方向上發(fā)射。電連接器基座和與支撐構(gòu)件熱接觸的熱沉布置在支撐構(gòu)件的相對(duì)側(cè)邊緣上。
[0010]當(dāng)所提出的LED燈安裝在頭燈或信號(hào)燈中時(shí)，熱沉的至少一部分因此布置在LED與頭燈的光發(fā)射側(cè)之間，阻擋LED直接朝向該光發(fā)射側(cè)發(fā)射的光的部分。這具有減少燈的炫目效果的優(yōu)點(diǎn)。
[0011]有了 LED燈單元的這種構(gòu)造，類似于鹵素和白熾燈泡的照明的、進(jìn)入兩個(gè)相對(duì)的半球中的照明被實(shí)現(xiàn)。熱沉的至少部分在與電連接基座相對(duì)的側(cè)上的布置允許類似于用于汽車燈的已知鹵素和白熾燈泡的那些的拉長(zhǎng)的形狀尺寸。LED燈因此可以簡(jiǎn)單地取代汽車燈中已知的鹵素和白熾燈泡而不改變這樣的燈的構(gòu)造。
[0012]在優(yōu)選實(shí)施例中，兩個(gè)分離的熱沉布置在板狀支撐構(gòu)件的兩個(gè)相對(duì)的邊緣處與該支撐構(gòu)件熱接觸。這些熱沉中的一個(gè)因此布置在電連接器基座與支撐構(gòu)件之間。熱沉可以包括數(shù)個(gè)冷卻片。為了改善冷卻能力，電操作的風(fēng)扇布置在熱沉中的一個(gè)或兩者處使得風(fēng)扇產(chǎn)生通過熱沉的冷卻片之間的間隙朝向LED光源的冷卻氣體尤其是冷卻空氣的流。
[0013]有了在共用的板狀支撐構(gòu)件的兩個(gè)相對(duì)邊緣處的兩個(gè)熱沉的這種配置，還可以實(shí)現(xiàn)類似于鹵素或白熾燈泡的拉長(zhǎng)形狀的LED燈單元的拉長(zhǎng)形狀。風(fēng)扇在熱沉的兩個(gè)相對(duì)端處的使用提供對(duì)整個(gè)LED燈單元的有效冷卻。由于這個(gè)構(gòu)造和有效的冷卻，這樣的LED燈單元即使被高功率地操作也可以設(shè)計(jì)成具有類似于用于汽車燈的已知鹵素和白熾燈泡的那些的小尺寸，并且因此可以取代這些燈而不對(duì)燈的光學(xué)系統(tǒng)和構(gòu)造進(jìn)行任何另外的改動(dòng)。
[0014]在優(yōu)選實(shí)施例中，兩個(gè)熱沉被形成使得冷卻片之間的間隙朝向支撐構(gòu)件/LED光源且朝向風(fēng)扇開放。這些間隙因此形成在風(fēng)扇與LED光源之間延伸的連續(xù)的冷卻通道。有了這樣的布置，冷卻氣體或冷卻空氣被強(qiáng)制從兩個(gè)相對(duì)側(cè)通過熱沉而朝向LED光源并且還直接冷卻這些LED光源。來自兩側(cè)的冷卻氣體或冷卻空氣的逆流導(dǎo)致進(jìn)一步改善燈單元的冷卻。由于這種高效的冷卻，熱沉可以以甚至更緊湊的形式而形成尺寸和/或燈可以利用更高的電功率來驅(qū)動(dòng)。
[0015]優(yōu)選地，整個(gè)LED燈單元即使包括兩個(gè)風(fēng)扇，兩個(gè)熱沉和帶有LED光源的中間支撐構(gòu)件在縱向方向(即兩個(gè)風(fēng)扇的軸線之間的方向)上也具有小于80mm,更優(yōu)選地< 50mm的尺寸，以及小于20mm，更優(yōu)選地< 15mm的垂直于該縱向方向的直徑。在該上下文中直徑是指垂直于前面的縱向方向的、燈單元的最長(zhǎng)延伸方向。
[0016]支撐構(gòu)件優(yōu)選地與(多個(gè))熱沉一體地形成，但是也可以以任何其他方式機(jī)械地連接到(多個(gè))熱沉。支撐構(gòu)件由高導(dǎo)熱性材料，優(yōu)選地由金屬板制成。
[0017]所提出的LED燈單元可以取代例如在汽車頭燈中普遍使用的H7燈泡或者在將來甚至取代氙氣高強(qiáng)度放電燈泡。然而，LED燈單元還可以用于其他燈中，尤其是轉(zhuǎn)向燈或霧燈反射器中。
[0018]所提出的頭燈或信號(hào)燈包括至少一個(gè)反射器和所提出的LED燈單元。在這樣的頭燈或信號(hào)燈中，LED燈單元完全布置在由反射器包圍的體積的內(nèi)部，使得LED光源發(fā)射的光被所述反射器導(dǎo)向燈的光發(fā)射方向。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]從下文描述的實(shí)施例，本發(fā)明的這些和其他方面將是顯而易見的，并且參考下文描述的實(shí)施例，本發(fā)明的這些和其他方面將被闡明。
[0020]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的LED燈單元的示例的截面視圖；
圖2示出了沒有風(fēng)扇的燈單元的一部分的透視視圖； 圖3示意性地示出了所提出的LED燈單元在頭燈燈中的布置；
圖4示出了將由LED燈取代的鹵素?zé)舻囊晥D；
圖5示出了取代圖4的鹵素?zé)舻母鶕?jù)本發(fā)明的LED燈的示例；
圖6示意性地示出了所提出的LED燈單元在頭燈燈中的另外的實(shí)施例的布置；以及圖7示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的LED燈單元的另外的示例的截面視圖。

【具體實(shí)施方式】
[0021 ] 圖1示出了在截面視圖中所提出的LED燈單元的示例。在該示例中，LED燈單元10包括兩個(gè)高亮度LED 2，其背靠背地安裝在非常薄的金屬板I上并且朝相對(duì)的方向或在半空間中發(fā)射。熱沉3、4垂直于金屬板I或LED表面而被安裝在金屬板I的邊緣處相對(duì)的側(cè)上。熱沉3、4包括在LED 2與安裝在熱沉3、4的背側(cè)處的風(fēng)扇5、6之間延伸的數(shù)個(gè)冷卻片7。形成在熱沉3、4的冷卻片7之間的間隙8朝向風(fēng)扇5、6并且朝向LED光源2開放。有了這樣的布置，通過在相對(duì)的方向上朝向LED 2吹動(dòng)空氣可以實(shí)現(xiàn)最大的冷卻效果。
[0022]在圖1的實(shí)施例中，熱沉在其面向LED 2的末端處逐漸變細(xì)以便實(shí)現(xiàn)以大的立體角發(fā)射LED光。到LED和風(fēng)扇的電連接以及電連接器基座在圖中未示出。這些電連接可以由附接到金屬板I和熱沉3、4或者附接到這些熱沉的冷卻片7的隔離線做出。
[0023]整個(gè)燈單元10被設(shè)計(jì)成具有適合每個(gè)當(dāng)前發(fā)展水平的汽車近光、遠(yuǎn)光、轉(zhuǎn)向燈或霧燈反射器的尺寸?？紤]例如H7改型，熱沉3、4加上風(fēng)扇5、6的最大直徑D為15mm。沿著連接風(fēng)扇5、6的軸線9的縱向方向測(cè)量的LED燈單元(包括熱沉和風(fēng)扇)的最大長(zhǎng)度L為50mm。當(dāng)將這樣的LED燈單元引入H7頭燈時(shí),可以實(shí)現(xiàn)銳利的截止線(cut offline)并且功耗是對(duì)應(yīng)的鹵素或白熾光源的功耗的一小部分的合法近光模式是可能的。
[0024]圖2示出了在其中未描繪風(fēng)扇5、6的這樣的燈單元的示例的透視視圖。在該圖中，可以識(shí)別出熱沉3、4、形成支撐構(gòu)件的金屬板I以及LED 2中的一個(gè)。該圖還示意性地示出了冷卻片7和這些冷卻片之間的間隙8。
[0025]圖3和圖6示出了在其中安裝了這樣的燈單元10而不是鹵素?zé)襞莸念^燈的示例。圖3涉及帶有兩個(gè)熱沉的燈單元，圖6涉及僅帶有一個(gè)熱沉的燈單元。頭燈包括用于將燈單元10的LED發(fā)射的光朝向汽車燈的發(fā)射方向12反射的反射器11。在燈的發(fā)射側(cè)僅提供一個(gè)熱沉具有這樣的優(yōu)點(diǎn):可以實(shí)現(xiàn)燈的發(fā)射的光分布，該光分布與當(dāng)使用鹵素或白熾燈泡時(shí)的光分布相同。如果是如圖3中那樣兩個(gè)熱沉，則LED光的一部分可能被第二個(gè)(內(nèi)部的)熱沉阻擋，該第二個(gè)熱沉對(duì)于利用反射器實(shí)現(xiàn)這樣相同的光分布來說是必要的。
[0026]在下面的段落中，借助于在仿真環(huán)境ANSYS中施行的案例研究來示出所提出的解決方案的可行性。假設(shè)圖4的H7燈必須用指定的可用空間取代。所示的白色區(qū)域是可以用于安置LED、熱沉和兩個(gè)風(fēng)扇的可用空間。所有這些組件應(yīng)當(dāng)不與平行實(shí)線所示的陰影區(qū)域重疊，否則它將成為光屏障。圖中所指示的尺寸以毫米計(jì)。
[0027]圖5中示出了針對(duì)這樣的系統(tǒng)的熱沉設(shè)計(jì)。兩個(gè)風(fēng)扇5、6由矩形示意性地示出在熱沉3、4的兩端處。這些風(fēng)扇5、6被放置離熱沉3、4 I mm遠(yuǎn)。如所示的，LED 2被安置在熱沉的基板I的兩個(gè)相對(duì)側(cè)上。這些LED 2的總的熱耗散假設(shè)為6 W。圖4中的參考平面13是鹵素?zé)舻那皞?cè)與背側(cè)之間的分離區(qū)域并且這由圖5中所示的分離平面13建模。包括基板I的熱沉3、4由具有400 ff/mK的熱導(dǎo)率的銅制成。如圖5中所示，這些組件分別安置在具有110 mmX75 mmX40 mm的長(zhǎng)、寬和深度的內(nèi)部空氣域14中。
[0028]風(fēng)扇5的特性與作為在零靜態(tài)壓力下具有16.27 Ι/min的最大空氣流量的建準(zhǔn)(sunon)風(fēng)扇的UF3H3-700相同。風(fēng)扇6被選擇為來自相同風(fēng)扇供應(yīng)商在零靜態(tài)壓力下具有8.75 Ι/min的最大空氣流量的UF3F3-700。在仿真中考慮這些風(fēng)扇的壓力對(duì)流速曲線。
[0029]顯然，圖4的左側(cè)是車燈的背側(cè)，它在這里暴露于車輛引擎所引起的溫度和流動(dòng)模式。圖4的右側(cè)暴露于室外環(huán)境。為了仿真這些外部條件，應(yīng)用圖5中描繪的邊界條件。使用剪應(yīng)力輸運(yùn)湍流模型在ANSYS CFX仿真環(huán)境中執(zhí)行仿真。表面到表面輻射模型被包括以計(jì)及輻射輸運(yùn)機(jī)制。
[0030]作為仿真結(jié)果，可以在LED位置處達(dá)到140 °C的最大溫度，其可以由LUXEON FLED容易地處置。從熱沉到空氣的熱移除發(fā)生在兩個(gè)步驟中:
1、從熱沉的冷卻通道到空氣的熱移除
2、從LED位置處的熱沉的中部的熱移除
第一個(gè)熱轉(zhuǎn)移機(jī)制通過風(fēng)扇朝向彼此操作而被增強(qiáng)，導(dǎo)致“邊界層變薄”，該“邊界層變薄”改善了冷卻通道的表面上的熱轉(zhuǎn)移系數(shù)。第二個(gè)熱轉(zhuǎn)移機(jī)制通過風(fēng)扇在該唯一配置中操作而再次被增強(qiáng)。兩個(gè)主空氣流量流在安置LED的熱沉的中部以高速彼此相遇，導(dǎo)致在系統(tǒng)的最熱的點(diǎn)處的“邊界層移除”，該“邊界層移除”極大地提高了熱轉(zhuǎn)移率。這個(gè)現(xiàn)象類似于熱點(diǎn)的噴射冷卻，在這些熱點(diǎn)處邊界層通過在垂直表面上撞擊空氣流量而被移除。在本發(fā)明中，該垂直表面由在相對(duì)方向上操作的風(fēng)扇創(chuàng)建或模擬。
[0031 ] 圖7示出了在截面視圖中的所提出的LED燈單元的另外的示例。在該示例中，兩個(gè)高亮度LED 2安裝在分離的支撐構(gòu)件15上，該分離的支撐構(gòu)件15在該示例中彼此成120°的角度附接在側(cè)面或熱沉3上。這個(gè)角度不限于120°并且優(yōu)選地在20°與160°之間的范圍中被選擇。熱沉連接到電連接器基座16。由于這個(gè)配置，LED還在相對(duì)的半空間中發(fā)射(在該圖中向上側(cè)和向下側(cè))。這樣的實(shí)施例對(duì)于信號(hào)燈中的使用是有利的，因?yàn)長(zhǎng)ED 2發(fā)射的光的大部分被導(dǎo)向反射器(在該圖中未示出)的中心部分并且因此在該反射器處通過反射而被朝向燈的發(fā)射方向發(fā)射。
[0032]雖然在附圖和前面的描述中已經(jīng)詳細(xì)地圖示和描述了本發(fā)明，但是這樣的圖示和描述應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是說明性或示例性的而非限制性的。本發(fā)明不限于所公開的實(shí)施例。通過研究附圖、公開內(nèi)容和所附的權(quán)利要求，本領(lǐng)域技術(shù)人員在實(shí)踐所要求保護(hù)的發(fā)明時(shí)可以理解和實(shí)現(xiàn)對(duì)于所公開的實(shí)施例的其他變型。熱沉還可以不同于圖中地形成。形成在冷卻片之間的間隙可以彼此平行且平行于燈單元的縱向方向地延伸。然而，這些間隙也可以向彼此或者向該縱向方向傾斜。盡管圖僅示出兩個(gè)相對(duì)的LED光源，但是也可以布置有多于2個(gè)的LED。在權(quán)利要求中，詞語“包括”不排除其他元件或步驟并且不定冠詞“一個(gè)”或“一”不排除多個(gè)。某些措施記載于相互不同的從屬權(quán)利要求中的僅有事實(shí)不指示這些措施的組合不能被有利地使用。特別地，權(quán)利要求7到11的特征可以與所有前面的權(quán)利要求的特征自由地組合。權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記不應(yīng)當(dāng)解釋為限制權(quán)利要求的范圍。
[0033]附圖標(biāo)記列表
1金屬板
2LED
3熱沉4熱沉
5風(fēng)扇
6風(fēng)扇
7冷卻片
8間隙
9風(fēng)扇軸線
10LED燈單元11反射器
12發(fā)射方向13參考/分離平面14內(nèi)部空氣域15支撐構(gòu)件16 電連接器基座
【權(quán)利要求】
1.LED燈單元,包括: -至少兩個(gè)LED光源(2)， -電連接器基座，用于電連接所述LED光源(2 )，以及 -熱沉(3 )，與所述LED光源(2 )的支撐構(gòu)件(I)熱接觸， 其中，所述至少兩個(gè)LED光源(2)布置在所述熱沉(3)的至少一部分與在所述燈單元(10)的兩個(gè)相對(duì)側(cè)處的所述電連接器基座之間以在相對(duì)的半空間中發(fā)射。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的LED燈單元， 其中所述至少兩個(gè)LED光源(2)布置在共用的板狀支撐構(gòu)件(I)的兩個(gè)相對(duì)側(cè)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的LED燈單元， 其中第二熱沉布置在所述電連接器基座與所述板狀支撐構(gòu)件(I)之間與所述支撐構(gòu)件(1)熱接觸。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3的LED燈單元， 其中電操作的風(fēng)扇(5，6)布置在所述熱沉(3，4)中的一個(gè)或兩者處。
5.根據(jù)權(quán)利要求3的LED燈單元， 其中所述熱沉(3，4)包括數(shù)個(gè)冷卻片(7)并且電操作的風(fēng)扇(5，6)布置在每個(gè)熱沉(3，4)處以產(chǎn)生通過所述冷卻片(7)之間的間隙(8)朝向所述LED光源(2)的冷卻氣體流。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的LED燈單元， 其中所述間隙(8)朝向所述LED光源(2)開放，允許所述冷卻氣體流沖擊所述LED光源(2)。
7.根據(jù)權(quán)利要求2或3的LED燈單元， 其中所述板狀支撐構(gòu)件(I)與所述熱沉(3，4) 一體地形成或者與所述熱沉(3，4)直接機(jī)械接觸。
8.根據(jù)權(quán)利要求2或3的LED燈單元， 其中板狀支撐構(gòu)件(I)是金屬板。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2的LED燈單元， 其中所述LED光源(2)是白色LED。
10.根據(jù)權(quán)利要求4的LED燈單元， 其中電操作的風(fēng)扇(5，6)布置在所述熱沉(3，4)的兩者處，并且其中沿著連接所述兩個(gè)風(fēng)扇(5，6)的中心的第一方向測(cè)量的所述燈單元(10)的延伸小于50 mm，并且沿著垂直于所述第一方向的第二方向測(cè)量的所述燈單元(10)的直徑小于20 mm0
11.根據(jù)權(quán)利要求2或3的LED燈單元， 其中所述熱沉(3，4 )朝向所述LED光源(2 )逐漸變細(xì)。
12.頭燈或信號(hào)燈，至少包括反射器(11)和根據(jù)前面權(quán)利要求中的一個(gè)或數(shù)個(gè)的LED單元(10)，其中，所述LED燈單元(10)完全布置在至少部分地被所述反射器(11)包圍的體積的內(nèi)部，使得所述LED光源(2)發(fā)射的光被所述反射器(11)導(dǎo)向所述燈的光發(fā)射方向(13)。
13.權(quán)利要求12的頭燈或信號(hào)燈，其中所述反射器(11)是拋物面反射器。
【文檔編號(hào)】F21K99/00GK104350326SQ201380029356
【公開日】2015年2月11日 申請(qǐng)日期:2013年6月3日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月4日
【發(fā)明者】L.庫伊珀, M.米薩德希, G.魯伊特根斯, G.P.R.埃格, N.羅伊斯勒, A.特拉里 申請(qǐng)人:皇家飛利浦有限公司