从发光二极管组件传送热量的方法.pdf

一种从发光二极管组件传送热量的方法。该方法包括提供具有本体的发光二极管组件，该本体具有带驱动电路和产生热量的多个发光二极管的基板，该热量被传送到热传递元件。该热传递元件在固定时具有与居所的天花板连续接合的界面。以此方式，热量从该热传递元件被传送到该居所的天花板，以从该组件耗散热量，从而呈现带低轮廓的发光二极管组件。

权利要求书
1.  一种从发光二极管组件传送热量的方法，步骤包括：
提供一个具有本体的发光二极管组件，该本体带有一个连续延伸的热传递元件，
将一个其上带驱动电路和多个发光二极管的基板固定到该本体上，以将热量从该驱动电路传送到该热传递元件；
当将该发光二极管组件固定到一处居所的天花板上时，在该热传递元件和该居所的该天花板之间形成一个连续接合的界面；并且
将热量从该热传递元件传送到该居所的该天花板，以从该组件耗散热量。

2.  如权利要求1所述的方法，其中，该热传递元件的整个底部表面接合该居所的该天花板。

3.  如权利要求2所述的方法，其中，该热传递元件是平的，遍及该本体的长度。

4.  如权利要求2所述的方法，其中，该热传递元件延伸穿过该本体，以形成多个凸緣，这些凸缘用于将该发光二极管组件固定到一处居所的天花板上。

5.  如权利要求1所述的方法，其中，该本体在其内具有至少一个空腔，电气布线设置成贯穿该空腔。

6.  如权利要求1所述的方法，其中，该居所是一个畜舍。

7.  如权利要求1所述的方法，其中，该天花板是一个金属屋顶。

8.  如权利要求1所述的方法，其中，该本体在其内设有一个接纳该基板的凹槽。

9.  如权利要求8所述的方法，进一步包括用环氧树脂填充该空腔以提供一种防止水接触该基板的防水密封件的步骤。

10.  如权利要求9所述的方法，其中，由该驱动电路产生的热量基本上全部被传送到该居所的该天花板。

11.  一种通过低轮廓、装饰性的发光二极管组件传送热量的方法，步骤包括：
提供一个具有多个发光二级管和驱动电路的基板；
将该基板固定到一个热传递元件的一个前表面上，其中该基板位于单个平面上且接合该热传递元件；
所述热传递元件具有一个围绕该基板的装饰性外部，以从该基板传送热量。

12.  如权利要求11所述的方法，其中，围绕该基板的该装饰性外部是一个具有预定设计的可拆卸并可替换的环，无需移除该基板即可替换该环。

13.  如权利要求11所述的方法，其中，该热传递元件具有一个带有多个肋元件的后表面，这些肋元件将热量从该基板传送到该装饰性外部。

14.  如权利要求11所述的方法，进一步包括将一个透镜元件固定到该热传 递元件上以覆盖该基板的这些发光二极管并漫射光的步骤。

15.  如权利要求11所述的方法，进一步包括将该发光二极管组件抵靠一处居所的天花板固定并经由该热传递元件将热量从该基板传送到该天花板的步骤。

说明书从发光二极管组件传送热量的方法
交叉引用
本申请要求于2012年9月28日提交的题为“利用居所的结构作为散热片的模块化LED照明组件(Modular LED Lighting Assembly Utilizing Structures of a Dwelling as a Heat Sink)”的美国临时专利申请序列号61/707,313的优先权并以此为基础，该申请在此通过引用以其全文结合在此。
背景
本发明涉及发光二极管(LED)照明组件。更具体地，本发明涉及将居所结构用作散热片的模块化LED照明组件。
随着能源成本的增加，公司以及类似的个人已开始寻找白炽灯泡的替代物。其中一种替代物是LED照明组件，虽然当前LED照明组件在制造上比白炽灯泡更昂贵，但是在操作这些灯泡所用能源中的成本节约和LED照明组件相比典型白炽灯泡持续明显更长时间这一事实之间，成本得以抵消。随着制造和设计改进继续出现在LED照明组件技术中，LED照明组件继续成为典型的白炽灯泡的经济上更加可行的替代物。
制造LED照明组件的其中一个主要费用与散热片相关联。具体地讲，驱动电路被用于控制并操作LED照明组件的LED。进一步地，将许多LED照明组件放置在包括调光电路的插座内，其中，这些LED的驱动电路必须另外考虑这些电路。由此，虽然LED本身只产生最少的热量，这个驱动电路却产生显著的热量，尤其是当电流流经该电路时。为了不使该电路过热， 不得不利用大而笨重的散热片从该电路传走热量。这些散热片不仅笨重，而且制造和设计昂贵。
大多数照明组件位于居所的天花板或屋顶上。虽然在一些基于施工的应用中，天花板和屋顶由热绝缘材料制成，但是其他居所具有由诸如混凝土或金属之类的将传导热量的导热材料制成的屋顶和天花板。
例如，在世界各地的农业设施中建有许多畜舍，这些畜舍具有邻近或沿着金属屋顶的照明灯具和电气布线。在农业设施中，居所或畜舍的清洁度对诸如鸡、火鸡、猪或类似动物的繁育很重要。通常情况下，在繁育诸如鸡或火鸡之类家禽的环境中，将这种居所或畜舍彻底冲洗干净，并在移走每个动物群后喷上消毒剂。用典型散热片的尺寸和通常具有鳍状设计用以传送热量的散热片，积聚沉积物可形成于其中。这种积聚可导致下一动物群的潜在病毒或疾病，并且是不令人期望的。这一结果会潜在地违反严格的政府生物安全项目，从而使消费者们在购买这样的LED照明组件时犹豫。
在另一个示例中，在混凝土建筑物的建造中常常在浇筑中将接线盒埋入。使用笨重散热片的结果是，LED照明组件简单地延伸出这些接线盒，提供了不令人期望的美学外观。结果是，在替换这些建筑物中的照明时，甚至根本不考虑LED照明组件。
因此，对于LED照明组件，在本领域中存在消除使用笨重散热片的需要。另外，对于LED照明组件，在本领域中存在制造成本低并且易于安装的需要。
因此，本发明的一个原则性目的是最小化LED照明组件的尺寸；
本发明的仍另一个目的是降低装配LED照明组件的制造成本；并且
本发明的另一个目的是方便LED照明组件的安装；
这些目的与其他目的、特征以及优点将会在说明书的剩余部分变得明显。
发明内容
一种利用包含驱动多个LED的电气部件的基板的LED照明组件。该基板连接到热传递元件，从而使得热量经由该基板从这些LED和电气部件传至该热传递元件，再到居所中的或居所的结构。在一个实施例中，该热传递元件固定于居所的屋顶上，将热量传送到该屋顶。在第二实施例中，该热传递元件连接到居所的天花板上，并且热量被传送到该天花板。
附图简要说明
图1是LED照明组件的透视图；
图2是LED照明组件的底部透视图；
图3是LED照明组件的侧面平视图；
图4是LED照明组件的电路的示意图；
图5是LED照明组件的端盖的透视图；
图6是居所中的LED照明组件的带隐藏线的侧面平视图；
图7是LED照明组件的正面平视图；
图8是LED照明组件的背面平视图；
图9是LED照明组件的正面透视图，包括透镜元件；
图10是LED照明组件的正面平视图；以及
图11是居所中的LED照明组件的带隐藏线的侧面平视图。
优选实施例详细描述
在第一实施例中，这些附图示出了发光二极管组件10，该组件具有本体12，该本体从底部14延伸到顶部16。在底部14处是热传递元件18，在优选实施例中，该热传递元件通常是矩形的形状、连续且平坦的，遍及本体12的长度。该热传递元件具有设置为穿过延伸自本体12的凸缘22的多个槽口20。这些槽口20接纳紧固元件，从而使得本体12能够以使热传递元件18接合屋顶24的方式固定到居所26的屋顶24上。优选地，整个热传递元件18在固定时完全地连续地接合屋顶24，没有间断地遍及本体12的整个长度，以在热传递元件18和屋顶24之间形成传送热量界面。在一个实施例中，居所26是畜舍，而屋顶24是由金属制成的。
多个空腔28、30和32设置为穿过本体12，这些空腔带有自凸缘22延伸朝向中心轴37的弧形侧壁34和36，这些侧壁围合第一和第二外空腔28和30。空腔28、30和32的设计为制造提供了方便，并且使本体12重量轻且在安装过程中易于搬动。空腔28、30和32还允许将电气布线39贮藏于其中。通过具有弧形侧壁34和36提供了低轮廓，该低轮廓减小了本体12的总尺寸并提供了成型特别的组件10，以承受如在农业环境中典型的高压冲洗。
凹槽38居中设置于该本体内，并且沿着本体12的整个长度延伸。限定凹槽38的是居中位于本体12内的第一表面40，且终止于第一和第二带角度的边缘42和44内。第一和第二口袋46和48邻近第一和第二带角度的边缘42和44设置于第一和第二外空腔28和30内，以提供用于接纳紧固件的开口。第一和第二带角度的边缘42和44从第一表面40和中心轴37对称地向上延伸，并终止于第一和第二侧壁50和52内。第一和第二侧壁50和52终止于第一和第二凸缘元件54和56内，这些凸缘元件延伸自并远离弧形侧壁34和36。
还提供了基板58，该基板的尺寸和形状可紧贴配合于凹槽38内。在一个实施例中，该基板通常是矩形的。在优选实施例中，基板58是印刷电路板(PCB)。基板58填充有多个电气部件60。
在一个实施例中，这些电气部件60包括用于从AC输入端64接收电力的驱动部件62。在一个实施例中，AC输入端提供120VAC，而在另一个实施例中提供230VAC。在优选实施例中，通过授予Grajcar的题为“用于可调光AC LED照明的谱移控制(Spectral Shift Control for Dimmable AC LED Lighting)”的美国专利公开2011/0210678教授的内容调节电流，该专利全文结合在此。具体地说，来自AC输入端64的电力由整流器65接收，该整流器开始调节多个发光二极管66的AC电流。供应到这些发光二极管66的电流通过多个晶体管68和电阻器70进一步得到调节。优选地，这些晶体管在一个实施例中是MOSFET，在其他实施例中使用了IGFET或者其他相似的晶体管。另外，可在基板58上填充诸如保险丝、MOV之类的保护元件。
在一个实施例中，驱动部件62和发光二极管66工作，以提供与增强生理特性有关的预定波长或颜色的光输出，或在动物身上创造预定的心理反应或创造植物的生长特性。为此目的，组件10提供至少与照明光谱一致的光输出，该照明光谱披露于题为“适应于昼行性鸟类和人类的光谱敏感性的光源(Light Sources Adapted to Spectral Sensitivity of Diurnal Avians and Humans)”的美国专利公开号2011/0228515，题为“用于牲畜发育的LED照明(LED Lighting for Livestock Development)”的美国专利公开号2011/0101883；题为“选择产卵点的差别照明(Differential Illumination to Select Egg Laying Sites)”的美国专利公开号2012/0186524，题为“共生的虾和藻类生长系统(Symbiotic Shrimp and Algae Growth System)”的PCT申请号PCT/US 2013/058511；题为“适应于植物光谱敏感性的光源(Light Sources Adapted to Spectral Sensitivity of Plants)”的PCT申请号PCT/US 2013/049708；题为“适应于昼行性鸟类和人类的光谱敏感性的光源(Light  Sources Adapted to Spectral Sensitivity of Diurnal Avians and Humans)”的美国专利申请号14/033,252，题为“水产养殖照明设备和方法(Aquaculture Lighting Devices and Methods)”的美国专利申请号为13/715，904；题为“操纵猪的心理和生理特点的系统和方法(System and Method for Manipulating Psychological and Physiological Characteristics of Swine)”美国申请序列号为61/861,645，所有这些专利全部是授予Grajcar的且全文结合在此。
凹槽38内填充有环氧树脂72或其他清洁防水的材料，从而保护电气部件60，同时允许LED 66发出的光照亮居所26的内部。具体地说，环氧树脂72填充该凹槽，而这些凸缘元件54和56限定该填充的顶部。一旦干燥，环氧树脂72形成防水密封件防止水在清洁操作期间与基板58接触。
为进一步地使组件10防水，提供了第一端盖74，该第一端盖的尺寸和形状可滑动地安装进本体12。端盖74包括弧形边缘76和78，这些弧形边缘与弧形侧壁34和36紧密配合并接合。开口80和82贯通其中设置，从而使得紧固件84可贯通其中设置并拧紧到第一和第二口袋46和48内，以在端盖74和本体12之间形成密封连接，再次提供防水。外模元件86从第一端盖74处延伸并具有贯通其中设置的开口88，该开口用于接纳来自居所26内的导管或其他装置的布线。然后，可注塑模制该布线以在该布线和组件10之间提供密封连接，由此再次阻止水到达该布线或基板58。虽然示出了外模元件86，可以使用任何本领域已知的防水布线连接类型而不会落在本披露范围之外。
与第一端盖74相似，第二端盖90也固定到本体12上。又一次地，该第二端盖防止水在照明组件10的冲洗过程中到达该布线和基板58。
在操作中，来自居所26的布线穿过外模元件86设置且在该布线上方注塑模制外模元件86，以在该布线和组件10之间提供防水连接。然后将 这些电线电气连接到基板58上，而将端盖74和90固定于本体12上，以形成水密外壳。然后，热传递元件18完全地且连续地抵靠接合居所26的屋顶24，并通过将紧固件穿过槽口20固定到凸缘22内而固定于其上。
一旦通过该布线供应电力(AC或DC)，基板58上的电气部件60的驱动部件62为LED 66供电，以照亮居所26。当电流流经这些电气部件时，来自部件60的热量通过该基板耗散到本体12，再到热传递元件18。然后，热传递元件18将热量传送到居所26的屋顶24。以此方式，屋顶24充当该照明组件的散热片。
在如图5至图7所示的替代性实施例中，当居所26是具有天花板112的建筑时，提供了相似的照明组件110。天花板112在一个实施例中是由混凝土制成。天花板112具有开口114，该开口可选择地具有贯通其中设置的接线盒116和布线118。照明组件110包括热传递元件120，在一个实施例中，该热传递元件通常是圆形的，具有带后表面122的低轮廓，该后表面具有协助传送热量的多个肋元件124。后表面122还具有用于将紧固件附接到安装板128上的开口126，以连接接线盒116直接到天花板112或以其他方式。
热传递元件120的前表面130具有赏心悦目的装饰性外部，且可将该外部设计成呈现为筒灯。如上文第一实施例所描述的，且如全文结合在此的授予Grajcar的题为“发光系统(Light Emitting System)”的美国专利序列号13/585,806中所完整描述的，前表面130另外具有凹槽132，该凹槽接纳含有电气部件136和LED 138的基板134。利用其中描述的基板134的结果是，LED 138是齐平的或与天花板齐平，从而使得热传递元件120可以支承该基板并提供任何外观。特别地，在一个实施例中，该装饰性外部的外面具有可拆卸的环139，其中，可改变该环的包括颜色、裁剪之类的设计，以在不移除该基板的情况下为使用者提供不同的外观。可替代地， 可将组件110安装在其他表面上，如平台、游泳池或者水道壁、居所的外壁、室外景观、内壁等等。在每个实施例中，该低轮廓提供了赏心悦目的外观，同时允许热传递到该组件安装于其上的结构。
中心开口140穿过热传递元件120设置，以便布线118贯穿其中设置从而为基板134提供电气连接。槽口142也是贯穿其中设置的，以便透镜元件146的袢扣144可以扣合到位，以覆盖LED 138并可选择地漫射光。
在操作中，当期望发光组件110时，穿过天花板112内的开口114设置的布线118被电气连接到基板138上，该基板连接到热传递元件120上。然后，或者使用安装板128或以其他方式将热传递元件120固定到接线盒116上或直接固定到天花板112上。因为热传递元件120具有低轮廓，该热传递元件能够完全覆盖开口114并可选择地覆盖接线盒116，从而使得不必完美地安装组件110，且该组件可以偏离开口114而不用改变居所26的美学外观。以此方式，方便了组件的安装。
在使用中，随后将来自LED 138和电气部件136的热量从基板138传送到热传递元件120，再或者到接线盒116，接着到天花板112或者可替代地直接到天花板112。以此方式，天花板112充当散热片，再次允许更紧凑和低轮廓的照明组件。
和白炽灯泡不同，因为LED 138可工作多年而不烧坏，可移除并替换可拆卸的环139来改变光的风格。因此，居所26可得到更新而无需替换整个照明组件110。
因此呈现了照明组件10、110，这些照明组件利用居所的诸如屋顶24或天花板112之类的结构作为散热片。以此方式，基于LED的照明组件 10或110的尺寸得以大大减小，制造成本得以最小化，并且组件10、110可以在多种应用中使用。因此至少，本发明的所阐明的所有目的已经实现。