散热装置、散热器、光学系统及LED前照灯的制作方法

本发明涉及led照明技术领域，具有涉及一种led前照灯用的散热器、散热装置，基于led芯片的光学系统及led前照灯。

背景技术：

汽车前照灯通常包括近光和远光，其中，近光也可称为近光光束，近光前照灯提供光的分布，设计用于提供足够的前向和侧向照明，限制指向其他道路使用者眼睛的光，以控制眩光，参见图1，并且，国际欧洲经委会规定了近光光束上方必须要有一尖锐且不对称的明暗截止线，以防止大量光线投射到前车或迎面而来的汽车的驾驶员眼中。因此，近光前照灯适用于前方存在其他车辆的情况。其中，远光也可称为主光束，驱动光束或全光束，远光前照灯提供明亮的中心加权光分布，而没有特别控制朝向其他道路使用者眼睛的光，参见图2。因此，远光前照灯仅仅适合在道路上单独使用，因为它们产生的眩光会分散其他驾驶员的注意力。

目前，大多数汽车前灯使用传统的光源，如卤钨灯或氙灯，但传统光源(如卤钨灯或氙灯)的汽车前灯寿命短，易受冲击和振动而损坏，从而使得故障率高，并且传统的灯源功耗较高。另外，传统的光源大多为卤钨灯或氙灯，即光源是以球形图案发光，因此，通常还需要诸如反射器和配光镜的光学器件的组合来捕获和利用高百分比的光。

而发光二极管(led)比传统光源具有更长的寿命，并且由于其固态结构而非常坚固，另外，由于led管芯背面的反射元件，它们以近似半球形的图案发光，例如，光在一个轴上从大约-90度到+90度发射，这使得led成为汽车前灯的理想选择。因此，逐渐有人提出led前照灯，并为了达到期望的强度，led照明模块的数量可以接近10个模块用于近光模式，12个模块用于远光模式，并且每个模块还需要单独的热管理模块。这就使得需要大的体积来封装照明模块，相应地，随着前照灯的期望要求不断增加，包装体积要求也增加。这就导致车辆中的额外空间需求增加，这是不期望的。另一方面，汽车的led前照灯在使用过程中会产生热量，传统的散热方法是采用主动散热和被动散热两种散热方式。主动散热主要依靠热管、液冷或风扇实现，其中，热管的散热成本较高，散热面积较小，工作环境要求高，易损坏；而液冷的原理是冷却液在泵的作用下通过液体循环带走热量，工作部件体积较大，对灯体空间要求高，成本也较高；单纯的风扇散热的效果较差且噪音较大。被动散热是依靠一个表面积较大的铝制底座实现底座和空气间的热传递，同样散热效果较差。目前，较多采用的是风扇与散热器相结合的方式，即将led芯片通过导热胶安装在散热器上，然后在散热器的尾部/后侧设置风扇。然而，工作时，由于风扇的作用，直接将灰尘和部分热量通过散热器上指向led芯片所在空间的散热通道倒吹回led芯片所在的腔体内，从而导致散热效果差，不仅影响led前照灯的使用寿命，同时由于灰尘的引入对led芯片造成干扰，例如遮挡光线从而使得亮度和光强不够，这就需要使用大功率的led芯片，若增加led芯片的功率，自然也就增加了前照灯的功耗，其产生的热量也就增加。

技术实现要素：

针对上述存在的技术问题，本发明提供一种led前照灯用的散热装置。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种led前照灯用的散热装置，包括散热器，以及安装在所述散热器底部的风扇，其中，所述散热器的底部和后侧分别设置有横向风道和竖向风道，所述风扇位于所述横向风道的下方，或者位于所述横向风道和所述竖向风道的下方。

其中，所述散热器包括散热主体，所述散热主体底部沿长度方向并列设置有多个竖向散热翅片，且相邻两个竖向散热翅片之间形成横向风道；和/或，所述散热主体的后侧沿所述散热主体的宽度方向并列设置有多个横向散热翅片，且相邻两个横向散热翅片之间形成竖向风道。

进一步地，所述横向散热翅片等间距设置在所述散热主体的后侧；和/或，所述竖向散热翅片等间距设置在所述散热主体底部。

更进一步地，位于所述散热主体安装侧的至少一个竖向散热翅片的底部设置有至少两个风扇安装孔，分别位于所述散热主体两侧的至少一个横向散热翅片的底部各自设置有至少一个风扇安装孔；

更进一步地，所述横向散热翅片和所述竖向散热翅片上对应于所述风扇的位置向上凹陷，从而形成用于容纳所述风扇的容纳空间，使得该横向风道和所述竖向风道相连通，并形成用于容纳所述风扇的容纳空间；或者，所述竖向散热翅片底部对应于所述风扇的位置向上凹陷以形成用于容纳所述风扇的容纳空间。

更进一步地，位于所述散热主体后侧和安装侧的两个竖向散热翅片的厚度大于其它竖向散热翅片的厚度；和/或，设置有风扇安装孔的所述横向散热翅片的厚度大于其它横向散热翅片的厚度。

更进一步地，所述散热主体上表面前端设置有集成有单一led芯片的电路板，且所述电路板的两侧以及其后侧与所述横向翅片之间均匀设置有散热立柱。

本发明还提供了一种led前照灯用的散热器，其底部和后侧分别设置有横向风道(112)和竖向风道(114)，且所述横向风道(112)与所述竖向风道(114)相连通。

本发明还提供了一种led前照灯，其包括上述的散热装置。

本发明还提供了一种基于自由曲面的光学系统，其包括一led光源，一内表面为自由曲面的反射器和一配光镜，其中，所述led光源发射的光线经所述反射器反射后并经所述配光镜透射后形成顶部呈矩形，底部呈椭圆形的光型。

基于上述的光学系统，本发明还提供了另外一种的led前照灯，其包括上述的散热装置、光源模块和反射器、配光镜，所述光源模块为集成有一led芯片的电路板，所述反射器的内表面为自由曲面，所述电路板固定在所述散热装置的前端，所述反射器覆盖在所述电路板上方，且所述光源模块发光面的法向方向与反射器(3)的安装基准平面成90°，使得所述led芯片发射的光线经所述反射器反射后并经所述配光镜透射后形成顶部呈矩形，底部呈椭圆形的光型图案。

本发明的有益之处在于：

本发明的散热器和散热装置，具有以下优点：

1)其通过将风扇设置在散热器的底部，避免了将风扇直接设置在散热器尾部时，直接将灰尘和部分热量通过散热器上指向led芯片所在空间的散热通道倒吹回led芯片所在的腔体内，从而避免了因部分热量的倒流而导致散热效果差的情况，同时也避免了灰尘的引入而降低光线，以及对led芯片干扰等情况，进而提高散热效果的同时，也延长了led前照灯的使用寿命。

2)通过设置横向风道和竖向风道来配合设置在底部的风扇，从而当工作时，风扇从四面八方吸入空气，对吹散热器的竖向散热翅片和横向散热翅片，顺着横向风道和竖向风道带走热量，从而降低了散热器和led的发热，将led芯片控制在了较低的温度下，使得前照灯即使在无风扇或者风扇出现故障时也能够正常工作，极大能力的降低了光衰和延长了使用寿命上。

本发明的光学系统及前照灯，具有以下优点：

1)该基于自由曲面光学系统的设计，提高了光利用率，使得只需要采用低功率的单一led芯片也能够达到国家远光设计标准，并且亮度高，折射光线分布均匀；

2)由于反射器的独特设计，使得反射器尺寸远远小于现有的各种反射器的尺寸，这就提供了更大的散热面积；

3)由于反射器尺寸减小，使得一定焦距下，配光镜，即配光镜与led芯片之间距离减小，进一步使得前照灯的整体尺寸减小，更加便于安装，也提供了更多的散热空间；

4)由于散热面积的增加，使得可设计相应的散热装置，从而提高散热效果的同时，也延长了led前照灯的使用寿命。

附图说明

图1为反映前照灯出射光型在路面形成近光的光型示意图；

图2为反映前照灯出射光型在路面形成远光的光型示意图；

图3为本发明的一种led前照灯用的散热装置的一实施例的结构立体示意图；

图4为图3中散热装置的右视图；

图5为图3中散热装置的仰视图；

图6为本发明的一种led前照灯的一实施例的结构立体示意图；

图7为反映本图6中led前照灯中的光学系统出射光线在竖直平面的远光光型图；

图8为反映图6中led前照灯的爆炸示意图；

图9为反映图8中led前照灯的变光机构的处于远光模式的示意图；

图10为反映图8中led前照灯的变光机构处于近光模式的示意图；

图11为反映图led前照灯中的光学系统出射光线在竖直平面的近光光型图；

图12为反映图8中led前照灯的变光机构的结构示意图；

图13为图12中的变光机构中推杆与连接件相配合的示意图；

图14为图12的局部放大图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本文中，“前”可以被定义为光从汽车前照灯的光线发出的方向，“上”可以被定义为光向上发射的方向，“后”可以被定义为光从汽车前照灯的光线发出方向的反方向；“底部”可以被定义为光向下发射的方向。本文所使用“前端”，“顶部”，“上表面”和“底部”均作为汽车前照灯在车辆上的定向的相应参考。术语“向上”和“向下”可以相对于地面使用。更具体地，术语“向上”可用于描述垂直于地面并远离地面的矢量；而术语“向下”可用于描述垂直于地面并指向地面的矢量；法线是垂直于诸如地面的表面的矢量，具体地，法线可以被定义为相对于平面为+/-90度。

本发明通过将风扇设置在散热器的底部，避免了将风扇直接设置在散热器尾部时，直接将灰尘和部分热量通过散热器上指向led芯片所在空间的散热通道倒吹回led芯片所在的空间内，从而避免了因部分热量的倒流而导致散热效果差的情况，同时也避免了灰尘的引入而降低光线，以及对led芯片干扰等情况，进而提高散热效果的同时，也延长了led前照灯的使用寿命。

本发明通过在散热器的散热主体110底部沿长度方向(即图3中的x轴方向)并列设置有多个竖向散热翅片111，从而在相邻两个竖向散热翅片111之间形成横向风道112，而位于该散热主体后侧(即远离led芯片的安装座的一侧)沿该散热主体110的宽度方向(即图3中y轴方向)，并列设置有多个横向散热翅片113，从而在相邻两个横向散热翅片113之间形成竖向风道114，通过分别在位于该散热主体110安装侧的至少一个竖向散热翅片111的底部，沿竖向散热翅片111宽度方向设置有至少两个风扇安装孔，而该散热主体后侧左右两端的至少一个竖向散热翅片113的底部也各自设置有至少一个风扇安装孔，使得风扇可通过螺钉等固定部件固定在散热器底部，因此，当开启该风扇时，该风扇从四面八方吸入空气，对吹散热器的竖向散热翅片和横向散热翅片，顺着横向风道和竖向风道带走热量，从而降低了散热器和led的发热，将led芯片控制在了较低的温度下，极大能力的降低了光衰和延长了使用寿命上。

本发明通过设计结构独特的反射器与配光镜之间的配合，提高了光利用率，得到亮度高、折射光线分布均匀的新光型图案，使得即使采用低功率的单一led芯片也能够达到国家标准，并且由于可采用单一led芯片，且反射器尺寸小，使得散热主体底部无需增设反射器，上表面的反射器与散热翅片之间的距离也增大，从而使得前照灯整体的散热面积增大，进而可在散热主体底部设置竖向风道，同时可在散热主体的上表面均匀设置散热立柱，进一步提高了散热效果。

下面结合具体的实施例和附图对本发明的散热装置、光学系统和前照灯等进行详细的说明。

实施例一

参见图3，为本发明的一种led前照灯用的散热装置的一实施例的结构立体示意图，具体地，本实施例的该散热装置，包括散热器11和风扇12，且该风扇12位于该散热器11的底部。

参见图3，本实施例中，该散热器11包括散热主体110，而该散热主体110的后侧(即远离安装基座6的一侧)沿宽度方向(即图3中y轴方向)等间距等并列设置有多个横向散热翅片113，且相邻两个横向散热翅片113之间形成竖向风道114。具体地，该散热主体110底部的左右两端，且靠近后侧(即远离led前照灯的安装基座6的一侧)位置分别设置有支撑脚118；而该散热主体110上表面，且靠近后侧的位置设置有支撑板115，该支撑板115的宽度小于或等于该散热主体的宽度，而该支撑板115上沿散热主体110的宽度方向等间距地并列设置有多个横向散热翅片113(即该横向散热翅片113在高度方向上自支撑板115顶部向下延伸，且其底部与竖向散热翅片111的底部平齐)，且相邻两个横向散热翅片113之间形成竖向风道114。

参见图4，本实施例中，该散热器11的散热主体110底部沿长度方向(即图4中的x轴方向)等间距地并列设置有多个竖向散热翅片111，且相邻两个竖向散热翅片111之间形成横向风道112。

参见图5，本实施例中，位于该散热主体110安装侧(即远离横向散热翅片113的一端，其通常与led前照灯的安装基座6相连)的第一个竖向散热翅片111的底部，沿其宽度方向设置有两个风扇安装孔(当然也可将该安装孔设置在其他竖向散热翅片或散热主体上)，而该散热主体110后侧(即靠近横向散热翅片113的一端)的竖向散热翅片111的左右两侧、倒数第二个横向散热翅片113的底部，也各自设置有一个风扇安装孔(也可将该风扇安装孔设置在散热主体上)，且左右两侧的该两个竖向散热翅片111上的安装孔分别与竖向散热翅片上的两个安装孔分别一一相对应。

本实施例中，为了便于安装风扇，位于该散热主体110后侧的最后一个竖向散热翅片111和位于散热主体110安装侧的第一个竖向散热翅片111(即设置有风扇安装孔的竖向散热翅片)的厚度大于其它竖向散热翅片的厚度；而设置有风扇安装孔的左右两侧的两个横向散热翅片113的厚度则大于其它横向散热翅片的厚度。当然，该安装孔也可根据实际需求，安装在其他竖向散热翅片111和横向散热翅片113上。

本实施例中，为了进一步提高散热性能，该散热主体110上表面(即顶部表面)的电路板22的周围还均匀布设了散热柱116，参见图4。

为了进一步地提高散热性能，本实施例中，各个竖向散热翅片111和各个横向散热翅片113上对应于风扇12的位置部分向上凹陷，从而由多个竖向散热翅片111和多个横向散热翅片113上的凹陷形成容纳风扇的容纳空间，并且由于多个竖向散热翅片111凹陷，使得横向风道与竖向风道均与该容纳空间相连通，相应地，也使得该横向风道与竖向风道通过该容纳空间相连通，而当将风扇12安装在该容纳空间内时，除了位于其风扇12上方的横向风道112外，横向风道112还围绕在该风扇12的左右两侧，竖向风道114围绕在该风扇12的后侧(即远离led前照灯安装座的一侧)参见图2和图3，进而使得当风扇12工作时，吸入的空气直接进入该容纳空间周围的横向风道112和竖向风道114。

在一具体实施例中，竖向散热翅片的中部向上凹陷，使得每个竖向散热翅片呈倒置的“凹”字形，则该“凹”字形的两个侧壁则分别置于风扇的左右两侧(即横向风道不仅位于风扇的顶部还位于风扇的两侧)，相应地，横向散热翅片靠近竖向散热翅片的前端部分也向上凹陷，则该横向散热翅片的后端部分则位于风扇的后侧(即竖向风道不仅位于更是的顶部还位于风扇的后侧)，从而与竖向散热翅片形成一个可容纳风扇的容纳空间，参见图5。当然本实施例中，横向风道也可围绕在该风扇的前侧，具体地，将图5中的风扇往后端移动一定距离，则靠近散热主体110前端的部分散热翅片中部不向上凹陷，则使得部分横向风道位于风扇的前端，并可进一步在位于风扇前端的部分散热翅片上设置通孔，从而使得位于风扇前端的横向风道与位于风扇顶部的横向风道相连通；当然，该横向风道还可围绕在该风扇的右侧或左侧，具体地，将图5中的竖向散热翅片的左侧有右侧的凹陷壁去掉，使其与凹陷底部平齐，而另一侧的凹陷壁则保持不变-与横向散热翅片的底部平齐，从而使得横向风道不仅位于风扇顶部，也可位于风扇的左侧或右侧；当然，还可将该风扇设置在该竖向散热翅片的下方，而不设置在横向散热翅片的下方。

实施例二

本发明还提供了一种led前照灯用的散热器，其包括上述实施例一中的散热器的各个部件，即本实施例的该散热器的底部和后侧分别设置有横向风道112和竖向风道114，且该横向风道112与竖向风道114相连通。

在一具体实施例中，该散热器包括散热主体110，而该散热主体110的后侧(即远离安装侧)沿宽度方向(即图3中y轴方向)并列设置有多个横向散热翅片113，且相邻两个横向散热翅片113之间形成竖向风道114；该散热主体110底部的左右两端，且靠近后侧(即远离led前照灯的安装侧)位置分别设置有支撑脚118；而该散热主体110上表面110-a，且靠近后侧的位置设置有支撑板115，该支撑板115的宽度小于或等于该散热主体110的宽度，而该支撑板115上沿散热主体110的宽度方向并列设置有多个横向散热翅片113(在一具体实施例中，该横向散热翅片113在高度方向上自支撑板115顶部向下延伸)，且相邻两个横向散热翅片113之间形成竖向风道114，其中，该横向散热翅片113的尺寸大于该竖向散热翅片111，及该横向散热翅片的底部在z轴方向上低于与竖向散热翅片111的底部，从而使得各个竖向风道114的空气流能够在风扇等外作用力下能够与涌向横向风道112底部，进而在空间上形成该竖向风道与横向风道相连通；当然，进一步地还可在该横向风道的两侧壁，即竖向散热翅片111上(优选地，在竖向散热翅片对应于竖向风道的位置)设置通孔，使得相邻的两个横向风道112之间也相连通，进一步增加横向风道与竖向风道之间的空气流动性。

参见图4和图5，在一具体实施例中，该多个竖向散热翅片111等间距地并列设置在该散热器11的散热主体110底部，而多个横向散热翅片113也等间距地并列设置在该散热器11的散热主体110后侧的支撑板115上。

参见图5，本实施例中，位于该散热主体110安装侧(即远离横向散热翅片113的前端，其通常与led前照灯的安装基座6相连)的第一个竖向散热翅片111的底部，沿其宽度方向设置有两个风扇安装孔，而该散热主体110后侧(即靠近横向散热翅片113的一端)的竖向散热翅片111的左右两侧、倒数第二个横向散热翅片113的底部，也各自设置有一个风扇安装孔，且左右两侧的该两个竖向散热翅片111上的安装孔分别与竖向散热翅片上的两个安装孔分别一一相对应。

本实施例中，为了便于安装风扇，位于该散热主体110后侧的最后一个竖向散热翅片111和位于散热主体110安装侧的第一个竖向散热翅片111(即设置有风扇安装孔的竖向散热翅片)的厚度大于其它竖向散热翅片的厚度；而设置有风扇安装孔的左右两侧的两个横向散热翅片113的厚度则大于其它横向散热翅片的厚度。当然，该安装孔也可根据实际需求，安装在其他竖向散热翅片111和横向散热翅片113上。

本实施例中，为了进一步提高散热性能，该散热主体110上表面110-a(即顶部表面)安装电路板22的区域周围还均匀布设了散热柱116，参见图4。

实施例三

基于上述的散热装置，本发明还提供了一种led前照灯，其包括安装基座6、集成有一led芯片的电路板22、导热胶和安装在安装基座6上的散热机构，其中，本实施例中该散热机构采用上述实施例一的散热装置，其工作原理与上述实施例一的散热装置的工作原理相同，因此，这里不再赘述。具体地，本实施例中，该电路板22通过导热胶固定在该散热机构的散热主体110上表面110a靠近该安装基座6的前端，参见图3和图4，而其它各个部件的安装方式为本领域的通用安装方式，这里不再赘述。

实施例四

本发明还提供了一种基于自由曲面的光学系统，其包括一led光源，一内表面为自由曲面的反射器和一配光镜，其中，led光源发射的光线经所述反射器3反射后并经所述配光镜4透射后形成顶部呈矩形，底部呈椭圆形的光型。

当然，本实施例中的该前照灯中的光学系统也可适用于路灯或者其他照明。

本实施例中，通过该光学系统，使得led光源出射光线在目标平面形成顶部区域呈矩形，底部区域呈椭圆形的光型，相较于现有采用了补光灯的方式实现蘑菇光斑或者圆团或饼状，宝塔形状的远光光型，其顶部区域和底部区域的照明范围更宽，且出射光线分布均匀，顶部区域和底部区域均非常明亮，避免了现有的光斑中出现中间明亮周边模糊而导致炫目/眩晕的问题；另一方面，提高了光利用率，使得只需要采用低功率的单一led芯片也能够达到国家远光设计标准，并且由于光学系统的独特设计，使得反射器尺寸远远小于现有的各种反射器的尺寸，这就提供了散热器上具备更大的散热面积，同时，也使得配光镜与光源之间的距离减小，从而使得前照灯的整体装配尺寸减小，更加便于安装，在同样的安装空间前提下，提供了更多的散热空间。

实施例五

基于上述实施例的光学系统，本发明还提供了另外一种基于led芯片的前照灯，下面结合具体实施例和附图对其进行详细的说明。

参见图6，为本发明的一种基于led芯片的前照灯的一实施例的结构立体示意图，具体地，本实施例的该前照灯包括散热装置1、光源模块和反射器3、配光镜4，其中，该光源模块为集成有一led芯片的电路板22，该电路板22固定在散热装置1上，反射器3覆盖在该电路板22上方，使得led芯片发射的光线经该反射器3反射后并经配光镜4透射后形成顶部呈矩形，底部呈椭圆形的光型图案，参见图7。

参见图8，本实施例中，该反射器的内表面为自由曲面，且led芯片位于该反射器的焦距位置上。在一具体实施例中，该反射器内表面的设计可借助多种光学设计软件来实现，例如海拉之光等，通过在光学设计软件中输入相应的参数，例如所要形成的光型顶部呈矩形区域的长和宽，底部呈椭圆形区域的长轴和短轴(具体取值可根据国家关于远光标准的照明区域范围和亮度来选取)就可直接得到该自由曲面。

本实施例中，该配光镜为聚焦透镜，而该散热装置1为上述实施例一中的散热装置，具体地，电路板22安装在散热器11的散热主体110上表面110-a的前端。

实施例六

本发明还提供了另外一种前照灯，其包括上述实施例四中的各个部件，不同的是，本实施例中的该前照灯还包括用于切换近光和远光的变光机构7，参见图8和图9，该变光机构7固定在散热装置1的前方，远光模式时该变光机构并未在led芯片出射光线的光线路径中，当切换至近光模式时，该变光机构7位于led芯片出射光线的光线路径中，以遮挡部分光线形成截止线，参见图11和图12。

参见图9和图13，本实施例中，该变光机构7包括安装座71和变光组件，该安装座71固定在散热主体110前端，变光组件包括电磁阀72、远近光切换遮光板73和推杆74，其中，该电磁阀72的输出轴的一端设置有一复位弹性件75，另一端与推杆74的一端连接，推杆74的另一端与远近光切换遮光板73相连，且远近光切换遮光板73与安装座71转动连接；具体地，参见图13和图14，该远近光切换遮光板73包括相连的连接件731和遮光件732，其中，连接件731靠近遮光件732的一端设置有一定位孔，且连接件731由贯穿定位孔的转轴77与安装座70转动连接。

本实施例中，当电磁阀72通电时，电磁阀72的输出轴向右压缩复位弹性件75，同时，输出轴将推杆74的向右推动，则推杆74推动远近光切换遮光板73相对于安装座70逆时针转动，使得远近光切换遮光板73的遮光件732偏离led芯片出射光线的光线路径中，从而切换至远光状态，参见图9；当电磁阀72断电时，在复位弹性件75的作用下，电磁阀72的输出轴向左移动，并带动推杆74向左移动，则推杆74带动远近光切换遮光板73相对于安装座70顺时针转动，使得远近光切换遮光板73的遮光件732位于led芯片出射光线的光线路径中，以遮挡部分光线，从而切换至近光状态，参见图10和图12。

进一步地，参见图12和14，为防止眩光，本实施例中的该变光机构的远近光切换遮光板73上的凸台732a上设置有一微型凸台732b。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。