CN107514595A - 车辆用灯具 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种车辆用灯具，包括灯体、弹性体管道、散热器和光源，所述弹性体管道上下贯穿所述灯体并与所述灯体固定连接，所述弹性体管道的两端敞口与大气相通，所述散热器安装在所述弹性体管道的壁上，所述散热器的翅片部分伸入所述弹性体管道中与空气直接接触，所述散热器的其他部分位于所述弹性体管道之外、所述灯体的内侧，所述光源位于所述灯体的内侧，并安装在所述散热器上，所述光源采用LED，所述LED直接安装在LED基板上，所述LED基板位于所述灯体的内侧，并固定在所述散热器上。本发明散热效率高、功耗低，使LED光源的节能优势得以真正发挥，同时又能满足灵活调节、动态照明的需要。
Description
技术领域
本发明涉及一种车辆用灯具，尤其涉及一种能实现LED光源高效散热的车辆用灯具。
背景技术
近年来，LED以其绿色、节能的优势受到市场的广泛关注和推崇。然而，对部分车型上LED灯具的能耗进行调查后发现车辆用LED灯具并没有比传统光源的灯具更节能。这主要是因为LED的光电转换效率低，在发光的同时也会产生热量，大约65％-85％的电能转化为热能，使LED的散热问题突出，如果LED的散热设计不当，将会导致LED芯片结点温度过高，器件寿命缩短，当热量积累到一定程度，将会导致LED光衰。
为了减少光衰损失，车灯里需要设置散热***，但由于普通散热***通常效率不高，所以造成能耗的上升。普通散热***主要分为主动散热和被动散热两种形式。主动散热***以BMW6车用灯具为例，涉及功耗的零部件包括6颗4芯片LED(总计功耗约60W)、铝合金散热器、两个风扇以及驱动电路，使得整灯功耗近80W，重量约为5Kg，超过了传统车辆用灯具的重量(一般为2～3Kg)。被动散热***以LS600h车用灯具为例，虽然使用的LED的能耗稍微少一些，总计约45W，但是由于采用被动散热方式，不得不使用大量铝合金作为散热器，使得整灯重量比主动散热类的更重，一般大于5Kg。可见，车辆用LED灯具因散热需要设置的辅助***明显增加了整灯的能耗，使得本来由LED节约的能源基本被抵消掉。
发明内容
本发明旨在提供一种车辆用灯具，其散热***效率高、功耗低，使LED光源的节能优势得以真正发挥，同时又能满足灵活调节、动态照明的需要。
本发明的主要技术方案有：
一种车辆用灯具，包括灯体、弹性体管道、散热器和光源，所述弹性体管道上下贯穿所述灯体并与所述灯体固定连接，所述弹性体管道的两端敞口与大气相通，所述散热器安装在所述弹性体管道的壁上，所述散热器的翅片部分伸入所述弹性体管道中与空气直接接触，所述散热器的其他部分位于所述弹性体管道之外、所述灯体的内侧，所述光源位于所述灯体的内侧，并安装在所述散热器上。
所述光源优选采用LED，所述LED直接安装在LED基板上，所述散热器位于所述灯体内侧的表面上设有LED基板安装结构，所述LED基板位于所述灯体的内侧，并固定在所述LED基板安装结构上。
所述LED基板采用但不限于铝基板、铜基板或FR4基板等导热率较高、且能制作电路的材料制作而成。
所述车辆用灯具还包括配光镜，所述配光镜配合安装在所述灯体的前端开口处，与所述灯体形成灯腔。
所述散热器采用但不限于铝合金、纯铝、铜或导热塑料等具有较高导热率的材料制作而成。
所述散热器的翅片优选为上下方向延伸。
所述车辆用灯具还包括透镜，所述透镜通过支架安装在所述灯体的内侧、所述光源的前方。
所述透镜为前表面为外凸曲面、后表面为竖向平面的非球面透镜。
所述车辆用灯具还包括反射镜，所述反射镜通过所述支架安装在所述灯体的内侧，所述反射镜呈碗状，所述光源位于所述反射镜与透镜之间。
所述支架通过螺杆位置可调地安装在所述灯体上。
所述支架可以包括上方支架和下方支架两部分，每一部分整体呈L形，分成横部和竖部，或者，每一部分由沿光线照射方向延伸的板状结构和连接在该板状结构的后端一处或多处竖向延伸的折边组成，所述透镜和反射镜固定在上方支架和下方支架的所述横部或板状结构之间，所述竖部或所述折边各自通过所述螺杆与所述灯体的后侧壁固定连接。
所述弹性体管道采用但不限于热塑性弹性体或硅橡胶等材料制作而成。所述弹性体管道采用但不限于通过螺母、卡簧或者胶黏剂粘结的方式与所述灯体以及所述散热器连接在一起。
本发明的有益效果是：
本发明通过在灯体上设置两端敞口的弹性体管道，并使散热器的散热翅片延伸进入到管道内与外部环境空气直接进行热交换，获得了较大的对流换热系数、较高的温差梯度和较小的散热***热阻，所以灯具产生的热量绝大部分都能够很快速地散发出去。由此，相比现有灯具，可以很大程度上削减散热器的使用量，而同时却可以保持LED的光效。
并且，由于是弹性体管道，管道本身局部可以在一定程度上弯曲、转动，而丝毫不影响管道内的散热，因此本发明不仅能满足LED车辆用灯具的散热需求，从整体上减少整车碳排放，同时又能保证车辆在行进过程中照明条件的灵活调节，满足运动的要求。
附图说明
图1为本发明的一个实施例的内部结构纵向剖示图；
图2为所述弹性体管道散热***的结构示意图；
图3是所述弹性体管道散热***的温度分布图；
图4是所述弹性体管道散热***的流场图。
附图标记：1.配光镜；2.灯体；3.弹性体管道散热***；4.反射镜；5.透镜；6.支架；7.螺杆；8.弹性体管道；9.散热器；10.LED芯片；11.LED基板。
具体实施方式
本发明公开了一种车辆用灯具，如图1、2、3、4所示，包括灯体2、弹性体管道8、散热器9和光源，所述灯体的上侧壁和下侧壁均设有开口结构，用于连接所述弹性体管道，即所述弹性体管道经所述开口结构处上下贯穿所述灯体并与所述灯体固定连接，所述弹性体管道的两端敞口并与大气相通，所述散热器安装在所述弹性体管道的壁上，所述散热器的翅片部分伸入所述弹性体管道中与管道内流动的空气直接接触，所述散热器的其他部分位于所述弹性体管道之外、所述灯体的内侧，用作光源固定安装的基础结构件。光源发光过程中产生的热量先通过热传导传递给翅片，而后直接通过翅片交换给外部空气。所述光源位于所述灯体的内侧，并安装在所述散热器上。
所述灯体、弹性体管道和散热器是弹性体管道散热***3的主要组成部分。通过所述弹性体管道散热***，所述灯具实现了外置直接空冷散热，对流换热系数高、温差梯度高、***热阻低，散热效率明显提高。因此有助于减少散热器的体积和重量，同时降低了LED的温度，从而提高了LED的光效，使其在更少的功耗下发出更多的光，从而降低整个灯具的功耗，也有助于实现车辆用灯具的轻量化，使相应灯具成为真正意义上的节能灯具。
由于所述弹性体管道具有柔性，可以弯曲、转动，方向如图2中箭头所示。当需要动态照明调光时，弹性体管道可以随之一起运动，以达到所需照明要求，因此本发明的灯具可以在实现车辆灯具的高效散热的同时，保证车辆在行进过程中照明条件的灵活调节，满足调光或动态照明要求。
所述光源优选采用LED芯片10，所述LED芯片直接安装在热传导性绝缘LED基板11上。所述散热器位于所述灯体内侧的表面上设有LED基板安装结构，所述LED基板位于所述灯体的内侧，并固定在所述LED基板安装结构上。根据发光要求可以设置多个LED芯片。所述LED基板可以采用铝基板、铜基板或FR4基板等导热率较高、且能制作电路的材料制作而成，优选由高热传导率的金属制成。LED光源产生的热量通过LED基板传导到散热器上，散热器再将热量传导到背面的翅片上，然后通过对流和辐射的方式与弹性体管道内的外界环境的空气直接进行热交换，从而使LED得到快速冷却。
针对LED车辆灯具在发光同时会产生大量热量的特点，本发明采用全新的基于弹性体管道散热***的车辆用灯具，可以将这部分热量快速有效地散发出去，从而降低整个散热***功耗，使LED灯具的节能、减重效果更加明显。因此，本发明也更适用于LED灯具。
所述车辆用灯具还包括配光镜1，所述配光镜由透光材料制成，后端呈开口状，用于和所述灯体配合安装。所述配光镜配合安装在所述灯体的前端开口处，与所述灯体形成灯腔。一部分光线经配光镜反射回灯腔，一部分光线则穿过配光镜照向汽车行进前方。
所述散热器的翅片优选为上下方向延伸，即与所述弹性体管道的延伸方向一致，或者说顺着管道内的空气流动方向，使得穿过管道的空气从下至上流过时最大限度地带走热量。多个散热翅片形成的通风路径，使得穿过弹性体管道的空气从灯体下侧被导向上侧。弹性体管道所设置的上下方向可以理解为灯具安装在车身上的状态下的铅垂方向，有助于冷热空气在弹性体管道内的流动。为了确保散热器本身的散热效果，所述散热器采用但不限于铝合金、纯铝、铜或导热塑料等具有较高导热率的材料制作而成。
所述车辆用灯具还包括设在灯腔内的透镜5，所述透镜可以通过支架6安装在所述灯体的内侧、所述光源的前方。
所述透镜是前表面为外凸曲面、后表面为竖向平面的非球面透镜，可将后侧射来的光线转为平行光射向前方配光镜。
所述车辆用灯具还包括设在灯腔内的反射镜4，所述反射镜也可以通过所述支架安装在所述灯体的内侧，所述光源位于所述反射镜与透镜之间。所述反射镜可将所述LED芯片发出的光反射聚焦在所述透镜后侧光线轴上。所述反射镜可以呈碗状。反射镜的第一焦点位于LED芯片附近，第二焦点处于透镜后侧光线轴上。
所述支架可以通过螺杆7位置可调地安装在所述灯体上。
所述支架可以包括上方支架和下方支架两部分，每一部分可以整体呈L形，分成横部和竖部，也可以是由沿光线照射方向延伸的板状结构和连接在该板状结构的后端一处或多处竖向延伸的折边组成。所述透镜和反射镜固定在上方支架和下方支架的所述横部或板状结构之间，所述竖部或折边各自通过所述螺杆托起。所述螺杆为长螺杆，其贯穿所述灯体的后侧壁并伸向前方。可以通过调整螺杆来调节所述支架、反射镜、透镜的位置。对应于所述支架的上下两部分，固定于所述灯体后侧壁上的所述螺杆也至少有上下两根或者两组，分别用于连接所述支架的上下两部分。
所述LED芯片的照射方向能根据配光要求通过调整安装基板、反射镜和透镜的位置而调整。
本发明的所述弹性体管道采用但不限于热塑性弹性体或硅橡胶等材料制作而成，这类材料在受力的情况下具有较大的压缩性和延展性，以便于满足车辆行进过程中照明条件灵活调节的需要。所述弹性体管道采用但不限于通过螺母、卡簧或者胶黏剂粘结等方式与所述灯体以及所述散热器连接在一起。
为验证本发明的所述灯具所用散热***的性能，利用FloEFD热学仿真模拟软件对该弹性体管道散热***进行模拟计算，参照大众TL909高温有载存放标准，设定较为苛刻的仿真条件：环境温度Ta＝70℃，无风，LED电功耗为15W。
模拟计算得到图3、4所示的结果。图3为该散热***的温度，温度分布合理，LED的壳温Tc＝117℃，根据LED寿命和温度的关系可知，LED在这个***中，70℃环境下工作寿命(B50L80)在15000H～40000H之间，***热阻Rca＝3.1℃/W。
图4为该散热***的流场图，可以看到，LED的热量主要通过两种途径耗散到环境中，其中一部分热量先是通过封闭灯腔内自然对流传递给温度较低的灯体和配光镜，然后再由灯体和配光镜与外部空气进行换热；另一部分热量则通过热传导传给散热器翅片，由翅片与外界空气换热。相比较而言，前一部分的换热效率低下，热量主要通过第二种途径耗散。
在25℃环境下进行光通量检测，根据LED的光通量与温度的关系，可推算出此时Tc＝72℃。这种情况下，可计算出光通量为1100lm。
综上结果说明该***在散热、使用寿命和光学效率方面都具有良好的表现。
Claims (10)
1.一种车辆用灯具，其特征在于：包括灯体、弹性体管道、散热器和光源，所述弹性体管道上下贯穿所述灯体并与所述灯体固定连接，所述弹性体管道的两端敞口与大气相通，所述散热器安装在所述弹性体管道的壁上，所述散热器的翅片部分伸入所述弹性体管道中与空气直接接触，所述散热器的其他部分位于所述弹性体管道之外、所述灯体的内侧，所述光源位于所述灯体的内侧，并安装在所述散热器上。
2.如权利要求1所述的车辆用灯具，其特征在于：所述光源采用LED，所述LED直接安装在LED基板上，所述散热器位于所述灯体内侧的表面上设有LED基板安装结构，所述LED基板位于所述灯体的内侧，并固定在所述LED基板安装结构上，所述LED基板采用铝基板、铜基板、铝合金基板或FR4基板。
3.如权利要求2所述的车辆用灯具，其特征在于：所述散热器采用铝合金、纯铝、铜或导热塑料制作。
4.如权利要求3所述的车辆用灯具，其特征在于：所述散热器的翅片上下方向延伸。
5.如权利要求4所述的车辆用灯具，其特征在于：还包括透镜，所述透镜通过支架安装在所述灯体的内侧、所述光源的前方。
6.如权利要求5所述的车辆用灯具，其特征在于：所述透镜为前表面为外凸曲面、后表面为竖向平面的非球面透镜。
7.如权利要求5所述的车辆用灯具，其特征在于：还包括反射镜，所述反射镜通过所述支架安装在所述灯体的内侧，所述反射镜呈碗状，所述光源位于所述反射镜与透镜之间。
8.如权利要求7所述的车辆用灯具，其特征在于：所述支架通过螺杆位置可调地安装在所述灯体上。
9.如权利要求8所述的车辆用灯具，其特征在于：所述支架包括上方支架和下方支架两部分，每一部分整体呈L形，分成横部和竖部，或者，每一部分由沿光线照射方向延伸的板状结构和连接在该板状结构的后端一处或多处竖向延伸的折边组成，所述透镜和反射镜固定在上方支架和下方支架的所述横部或板状结构之间，所述竖部或所述折边各自通过所述螺杆与所述灯体的后侧壁固定连接。
10.如权利要求1、2、3、4、5、6、7或8所述的车辆用灯具，其特征在于：所述弹性体管道采用热塑性弹性体或硅橡胶制成，所述弹性体管道通过螺母、卡簧或者胶黏剂粘结的方式与所述灯体以及所述散热器连接在一起。
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