具有散热器和主动冷却装置的灯.pdf

在本发明的实施例的一方面提供一种包括光源的灯(1000)，所述光源包括至少一个固态发射器。所述灯(1000)包括与所述光源热连通的散热器主体(1003)。所述灯(1000)中存在至少一个气流喷嘴(1006)以引导气流流过所述散热器主体(1003)的至少一部分。所述灯(1000)进一步包括主动冷却装置(1011)，其中所述主动冷却装置(1011)与所述至少一个气流喷嘴(1006)流体连通并且配置用于向所述至少一个气流喷嘴(1006)提供气流。所述灯(1000)进一步包括配置用于为所述光源和所述主动冷却装置(1011)中的每一个供电的驱动器电子器件，其中所述驱动器电子器件远离所述主动冷却装置(1011)。

权利要求书
1.  一种灯，所述灯包括：
光源，所述光源包括至少一个固态发射器；
散热器主体，所述散热器主体与所述光源热连通；
至少一个气流喷嘴，所述至少一个气流喷嘴引导气流流过所述散热器主体的至少一部分；
主动冷却装置，其中所述主动冷却装置与所述至少一个气流喷嘴流体连通并且配置用于向所述至少一个气流喷嘴提供气流；以及
驱动器电子器件，所述驱动器电子器件配置用于为所述光源和所述主动冷却装置中的每一个供电，并且远离所述主动冷却装置。

2.  根据权利要求1所述的灯，其中所述至少一个主动冷却装置包括合成喷口、风扇或压电喷口中的至少一个。

3.  根据前述权利要求中任一项所述的灯，其中所述灯进一步包括用于分布光的一个或多个光学元件，其中所述一个或多个光学元件配置用于当所述灯在操作时从所述灯提供大体均匀的全方向光分布。

4.  根据前述权利要求中任一项所述的灯，其中所述灯包括大体上符合ANSI A19体积外形的几何配置。

5.  根据前述权利要求中任一项所述的灯，其中所述灯配置用于在大于15W输入功率的功率水平上操作，并且拥有当所述灯在操作时效率为至少60LPW的足够的冷却能力。

6.  根据权利要求1所述的灯，其中所述散热器主体包括空腔，并且所述主动冷却装置至少部分地设置在所述空腔内，并且其中所述驱动器电子器件不是至少部分地设置在所述空腔内。

7.  根据权利要求1所述的灯，其中所述至少一个气流喷嘴作为孔口形成在所述散热器主体中，或与所述散热器主体形成整体。

8.  根据权利要求1所述的灯，其中所述散热器主体进一步包括多个翼片，其中所述多个翼片包括具有相对较大轴向长度的第一组翼片 和具有相对较小轴向长度的第二组翼片。

9.  根据权利要求8所述的灯，其中至少所述第二组翼片不阻挡从所述灯发射的光，或者处于所述灯的阴影中。

10.  根据权利要求1所述的灯，其中所述至少一个气流喷嘴包括位于所述喷嘴内部的气流分配器。

11.  根据权利要求10所述的灯，其中所述气流分配器包括叶片边沿或船体形状。

12.  根据权利要求1所述的灯，其中流向所述至少一个喷嘴的气流被使得改向90°或更大角度，并且其中被使得改向的所述气流越过倒圆表面。

13.  根据权利要求1所述的灯，其中当所述灯在工作时，来自所述至少一个喷嘴的气流具有约50至约800的Re(d)值。

14.  根据权利要求1所述的灯，其中所述散热器包括多个翼片，其中所述至少一个气流喷嘴邻近选定翼片，并且
其中，当所述灯在工作时，沿所述选定翼片的所述气流具有约500至约13000的Re(FL)值。

15.  根据权利要求1所述的灯，其中所述灯在操作时拥有效率为至少60LPW的足够的冷却能力，和/或所述灯拥有至少约25000小时的L70寿命。

16.  一种灯，所述灯包括：
光源，所述光源包括至少一个固态发射器；
散热器主体，所述散热器主体与所述光源热连通；
至少一个气流喷嘴，所述至少一个气流喷嘴引导气流流过所述散热器主体的至少一部分，其中所述至少一个气流喷嘴作为孔口形成在所述散热器主体中；
主动冷却装置，其中所述主动冷却装置与所述至少一个气流喷嘴流体连通并且配置用于向所述至少一个气流喷嘴提供气流；以及
驱动器电子器件，所述驱动器电子器件配置用于为所述光源和所述 主动冷却装置中的每一个供电，并且视需要远离所述主动冷却装置。

17.  一种灯，所述灯包括：
光源，所述光源包括至少一个固态发射器；
散热器主体，所述散热器主体与所述光源热连通，所述散热器主体进一步包括多个翼片，其中所述多个翼片包括具有相对较大轴向长度的第一组翼片和具有相对较小轴向长度的第二组翼片；
至少一个气流喷嘴，所述至少一个气流喷嘴引导气流流过所述散热器主体的至少一部分；
主动冷却装置，其中所述主动冷却装置与所述至少一个气流喷嘴流体连通并且配置用于向所述至少一个气流喷嘴提供气流；以及
驱动器电子器件，所述驱动器电子器件配置用于为所述光源和所述主动冷却装置中的每一个供电，并且视需要远离所述主动冷却装置。

18.  一种灯，所述灯包括：
光源，所述光源包括至少一个固态发射器；
散热器主体，所述散热器主体与所述光源热连通，所述散热器主体进一步包括多个翼片，其中所述多个翼片中的大多数处于所述灯的阴影区域中；
至少一个气流喷嘴，所述至少一个气流喷嘴引导气流流过所述散热器主体的至少一部分；
主动冷却装置，其中所述主动冷却装置与所述至少一个气流喷嘴流体连通并且配置用于向所述至少一个气流喷嘴提供气流；以及
驱动器电子器件，所述驱动器电子器件配置用于为所述光源和所述主动冷却装置中的每一个供电，并且视需要远离所述主动冷却装置。

19.  一种灯，所述灯包括：
光源，所述光源包括至少一个固态发射器；
散热器主体，所述散热器主体与所述光源热连通；
至少一个气流喷嘴，所述至少一个气流喷嘴引导气流流过所述散热器主体的至少一部分；
主动冷却装置，其中所述主动冷却装置与所述至少一个气流喷嘴流体连通并且配置用于向所述至少一个气流喷嘴提供气流；
壳体，其中所述壳体的表面和所述散热器主体的表面形成所述至少一个气流喷嘴；以及
驱动器电子器件，所述驱动器电子器件配置用于为所述光源和所述主动冷却装置中的每一个供电，并且视需要远离所述主动冷却装置。

20.  根据权利要求19所述的灯，其中所述至少一个喷嘴的边界由所述壳体的表面和散热器的表面两者限定。

21.  一种灯，所述灯包括：
光源，所述光源包括至少一个固态发射器；
散热器主体，所述散热器主体与所述光源热连通，所述散热器主体进一步包括具有两个侧部的至少一个翼片；
至少一个气流喷嘴，所述至少一个气流喷嘴引导气流流过所述散热器主体的至少一部分；
主动冷却装置，其中所述主动冷却装置与所述至少一个气流喷嘴流体连通，并且所述主动冷却装置配置用于向所述至少一个气流喷嘴提供气流；其中空气在所述至少一个翼片的两个侧部附近被轴向地引导；以及
驱动器电子器件，所述驱动器电子器件配置用于为所述光源和所述主动冷却装置中的每一个供电，并且视需要远离所述主动冷却装置。

22.  根据权利要求21所述的灯，其中至少两个气流喷嘴定位在所述至少一个翼片的一端附近，以便在所述至少一个翼片的两个侧部附近在轴向方向上引导空气。

23.  根据权利要求21所述的灯，其中所述至少一个气流喷嘴包括位于所述喷嘴内部的气流分配器。

说明书具有散热器和主动冷却装置的灯
相关申请案的交叉引用
本申请要求2012年5月4日提交的临时专利申请序列号61/643,056的优先权和权益，所述申请的公开内容以引用的方式整体并入本说明书。
技术领域
本发明的主题总体涉及一种具有主动冷却装置的灯，所述主动冷却装置在散热器上提供气流以冷却灯。
背景技术
出于装置性能和可靠性原因，基于固态发光源的灯如基于发光二级管(LED)的灯通常要求在相对低的温度下操作。例如，典型LED装置的结温应低于150℃，并且在一些LED装置中应低于100℃或甚至更低。在这些低操作温度下，到周围环境的辐射传热路径与常规光源相比较弱。在LED光源中，来自灯或灯具的外表面区域的对流和辐射传热均可通过添加散热器来增强。散热器是为通过辐射和对流将热量从LED装置带走提供大表面的部件。在典型设计中，散热器是具有大工程化表面积(例如通过在散热器外表面上具有翼片或其他散热结构)的相对较重的金属元件。具有大质量的散热器有效地将热量从LED装置传导至散热片，并且具有大表面积的散热片使通过辐射和对流有效地进行排热。对于基于高功率LED的灯而言，还已知可采用使用风扇或热管或热电冷却器或泵送的冷却流体来增强热排除的主动冷却。
然而，为获得高效率，仍然需要设计用于有效地将热量从基于高功率LED的灯去除的系统。
发明内容
在本发明的实施例的一方面，提供一种包括光源的灯，所述光源包括至少一个固态发射器。灯包括与所述光源热连通的散热器主体。灯中存在引导气流流过散热器主体的至少一部分的至少一个气流喷嘴。灯进一步包括主动冷却装置，其中主动冷却装置与至少一个气流喷嘴流体连通并且配置用于向至少一个气流喷嘴提供气流。灯进一步包括配置用于为光源和所主动冷却装置中的每一个供电的驱动器电子器件，其中驱动器电子器件远离主动冷却装置。
在本发明的实施例的另一方面，提供一种灯，所述灯包括：光源，所述光源包括至少一个固态发射器；以及散热器主体，所述散热器主体与光源热连通，并且具有引导气流流过散热器主体的至少一部分的至少一个气流喷嘴。至少一个气流喷嘴作为孔口形成在散热器主体中。灯进一步包括主动冷却装置，其中主动冷却装置与至少一个气流喷嘴流体连通并且配置用于向至少一个气流喷嘴提供气流。灯进一步包括配置用于为光源和主动冷却装置中的每一个供电的驱动器电子器件，所述驱动器电子器件可远离主动冷却装置。
在本发明的实施例的另一方面，提供一种灯，所述灯包括包含至少一个固态发射器的光源以及与光源热连通的散热器主体。散热器主体进一步包括多个翼片，其中多个翼片包括具有相对较大轴向长度的第一组翼片和具有相对较小轴向长度的第二组翼片，其中轴可与灯的纵轴大体平行。灯进一步包括引导气流流过散热器主体的至少一部分的至少一个气流喷嘴以及主动冷却装置，其中主动冷却装置与至少一个气流喷嘴流体连通并且配置用于向至少一个气流喷嘴提供气流。灯进一步包括配置用于为光源和主动冷却装置中的每一个供电的驱动器电子器件，并且驱动器电子器件可远离主动冷却装置。
在本发明的实施例的另一方面，提供一种灯，所述灯包括包含至少一个固态发射器的光源以及与光源热连通的散热器主体。散热器主体进一步包括多个翼片，其中多个翼片中的大多数处于灯的阴影区域 中。灯包括引导气流流过散热器主体的至少一部分的至少一个气流喷嘴以及主动冷却装置，其中主动冷却装置与至少一个气流喷嘴流体连通并且配置用于向至少一个气流喷嘴提供气流。灯进一步包括配置用于为光源和主动冷却装置中的每一个供电的驱动器电子器件，所述驱动器电子器件可远离主动冷却装置。
在本发明的实施例的另一方面，提供一种灯，所述灯包括包含至少一个固态发射器的光源以及散热器主体，所述散热器主体与光源热连通。灯进一步包括配置用于引导气流流过散热器主体的至少一部分的至少一个气流喷嘴以及与至少一个气流喷嘴流体连通的主动冷却装置，所述冷却装置配置用于向至少一个气流喷嘴提供气流。灯进一步包括壳体。壳体的表面和散热器主体的表面形成所述至少一个气流喷嘴。灯进一步包括配置用于为光源和主动冷却装置中的每一个供电的驱动器电子器件，所述驱动器电子器件可远离主动冷却装置。
在本发明的实施例的另一方面，提供一种灯，所述灯包括包含至少一个固态发射器的光源以及与光源热连通的散热器主体。散热器主体进一步包括具有两个侧部的至少一个翼片。灯包括引导气流流过散热器主体的至少一部分的至少一个气流喷嘴以及与至少一个气流喷嘴流体连通的主动冷却装置。主动冷却装置配置用于向至少一个气流喷嘴提供气流。在灯的操作中，空气在至少一个翼片的两个侧部附近被轴向引导。灯进一步包括配置用于为光源和主动冷却装置中的每一个供电的驱动器电子器件，所述驱动器电子器件可远离主动冷却装置。
附图说明
本说明书参考附图，针对所属领域的一般技术人员，完整且可实现地公开了本发明，包括其最佳模式，其中：
图1是第一特定实施例的灯的透视图。
图2是第一特定实施例的灯的前视图。
图3是第一特定实施例的灯的俯视图。
图4是第一特定实施例的灯的截面图。
图5是第一特定实施例的散热器和主动冷却装置的截面图。
图6是第一特定实施例的散热器的截面图。
图7是根据第一特定实施例示出冷却气流的截面图。
图8是根据第一特定实施例示出冷却气流的另一个截面图。
图9是第二特定实施例的灯的透视图。
图10是第二特定实施例的灯的部件的剖面图。
图11是第二特定实施例的灯的部件的另一个剖面图。
图12是第二特定实施例的灯的部件的透视截面图。
图13是第三特定实施例的灯的透视图。
图14是第三特定实施例的灯的截面图。
图15根据第三特定实施例示出穿过散热器的气流。
图16是根据第四特定实施例的灯的前视图。
图17是根据第四特定实施例的灯的截面图。
图18是根据第五特定实施例的灯的前视图。
图19是根据第五特定实施例的灯的前视剖面图。
图20是根据第五特定实施例的灯的俯视透视图。
图21是根据第五特定实施例的灯的翼片和喷嘴的协作的特写侧视图。
图22是示出分流器的喷嘴的内部的图。
图23是示出来自根据第五特定实施例的灯的喷嘴的气流的截面图。
图24是根据第五特定实施例的灯的分解图。
图25是根据第六特定实施例的灯的侧视图。
图26是根据第六特定实施例的灯的侧视透视图，其中暴露出主动冷却器。
图27是根据第六特定实施例的灯中所采用的散热器的侧视图。
图28是根据第六特定实施例的灯中所采用的散热器的透视图。
具体实施方式
如上所述，本发明的实施例提供一种灯，所述灯包括包含至少一个固态发射器的光源以及与光源热连通的散热器主体。灯包括引导气流流过所述散热器主体的至少一部分的至少一个气流喷嘴以及主动冷却装置，其中主动冷却装置与至少一个气流喷嘴流体连通并且配置用于向至少一个气流喷嘴提供气流。灯进一步包括配置用于为光源和主动冷却装置中的每一个供电的驱动器电子器件，并且驱动器电子器件可远离主动冷却装置。
如本说明书所使用，术语“灯”可视作大体等同于以下替代措辞中的任一个：“照明装置”、“照明设备”、“发光设备”、“照射装置”。“包括至少一个固态发射器的光源”通常可包括基于LED的光引擎，如LED芯片或管芯阵列；“灯”包括除了这个光源之外的另外的部件，如用于分布所发射的光的光学元件、用于热管理的散热器主体和用于产生冷却流体(如空气)流的主动冷却装置。应理解，“空气”可用适合于散热的任何流体来替换。
根据本发明的实施例，散热器主体(和任何附属散热表面积增大结构，例如翼片)可包含一种或多种高热传导材料。高传导系数材料将允许更多热量从热负载移至周围环境并且使得热负载的温度上升减小。示例性材料可包括金属材料如合金钢、铸铝、挤出铝和铜等。其他材料可包括工程复合材料如导热性聚合物，以及塑料、塑料复合材料、陶瓷、陶瓷复合材料、纳米材料如碳纳米管(CNT)或CNT复合材料。其他配置可包括塑料散热器主体，所述塑料散热器主体包括设置在其上的导热(例如，铜)层，诸如以引用的方式并入本说明书的美国专利公开2011-0242816中所公开。示例性材料可展现出分别为约50W/m-K，约80W/m-K至约100W/m-K、170W/m-K、390W/m-K，以及约1W/m-K至约50W/m-K的导热系数。为了使光输出最大化，散热器主体和/或翼片可包括反射层，如对可视光具有大于约 90％的反射率的反射层。可采用的反射散热器是以引用的方式并入本说明书的美国专利公开2012-0080699中描述和实现的那些反射散热器。
根据本发明的实施例，任何散热器主体和/或散热器翼片和/或散热器小翼片可单独地包含金属材料，或通常包含具有有效导热系数的任何材料。例如，散热器可包括具有不同导热系数的区域。例如，可能有吸引力的是将LED芯片阵列安设在板上包含铜金属(因为铜金属的非常高的导热系数)的区域(例如，铜嵌片)上，并且包含铜金属的区域附连至铝散热器(因为铝散热器的可接受的导热系数和可接受的成本)。
根据本发明的实施例的灯的散热器主体将与至少所述光源热连通。这是出于以下目的：在灯的操作期间将热能从光源传递至散热器主体，以使得LED可有效地操作。短语“热连通”通常是指在处于热连通的两个(或更多个)物品之间(或当中)发生的热传递，与热量在物品之间或当中传递的方式(例如，直接的或间接的传导、对流、辐射或其任何组合)无关。在一些情况/实施例中，从固态光发射器传递的大部分热量通过传导传递至散热器主体；在其他情况/实施例中，大部分热量可通过对流、或传导和对流的组合来传递。
根据本发明的实施例，至少一个主动冷却装置可包括合成喷口、风扇或压电喷口等中的至少一个。如所属领域的技术人员通常将理解，合成喷口通常提供振荡气流，振荡气流可高效地且有效地引导来自周围环境的相对较冷的空气朝向散热器主体和/或翼片的附近，以便将热量从灯带走。可采用2012年5月4日提交的临时专利申请序列号61/643,056(所述申请的公开内容以引用的方式整体并入本说明书)中描述的许多合成喷流致动器/主动冷却装置。
一般来说，本发明的任何主动冷却装置(如合成喷口或合成喷流致动器)的特征可在于其表达为在对冷却装置的每瓦特功率输入下来自冷却装置的空气的流速的效率。空气的流速是每单位时间内，通过 冷却装置的隔膜的运动所排出的空气体积(但此处的空气体积通常不包括任何夹带空气的体积)。根据一些实施例，冷却装置包括在每瓦特小于约六立方英尺/分钟(CFM)下操作的合成喷口。为此，“输入功率的瓦特数”仅是指冷却装置自身的功率消耗而不必是操作整个灯所需的功率。在其他更局限的实施例中，本发明的冷却装置的特征可在于小于约4CFM/W(例如，1CFM/W至4CFM/W)，或小于约2CFM/W，或约1CFM/W的效率。通过针对这类效率值配置冷却装置，人们可通过使用更少和/或便宜的永磁体来实现较低成本。
喷嘴通常允许空气由合成喷口交替吸入，并且之后从合成喷口中被推出，这取决于这种类型的主动冷却装置正在运行“呼吸”操作模式中的哪个循环。在一些实施例中，至少一个气流喷嘴作为孔口形成在散热器主体中，或与散热器主体形成整体。在一些实施例中，至少一个气流喷嘴包括位于喷嘴内部的气流分配器。这种气流分配器可包括壁，所述壁有效地分配气流，而通常不会在空气流过分配器时产生显著的噪声。在某些实施例中，这种气流分配器包括叶片边沿或船体形状。
在某些实施例中，散热器主体可进一步包括多个散热表面积增大结构，如翼片(例如，散热片)。这些散热表面积增大结构可由与散热器主体相同或不同的材料制成。在本发明的一些实施例中，多个散热表面积增大结构包括具有相对较大轴向长度的第一组翼片和具有相对较小轴向长度的第二组翼片。也就是说，如果灯限定大体纵向外形，那么对于灯将存在几何轴，并且相应的两组翼片设置成与所述轴大体平行。如上，两组翼片沿轴向方向测量的相应长度可以是不同的。在采用这种第二组翼片时，翼片通常设置成使得它们不阻挡从灯发射的光，或使得它们处于灯的阴影中。也就是说，这些较短的“小翼片”可增强灯的散热，同时使对所发射的光的阻碍最小化。作为一般设计原则，灯中翼片的数量、大小和形状以及几何配置被选择成在灯在操作时优化高对流热传递而对光具有小的阻碍。
在一些实施例中，并且与小翼片的存在无关，多个散热表面积增大结构中的至少一些或大部分不阻挡从灯发射的光，或处于灯的阴影中。
关于本说明书描述的主动冷却灯的许多实施例中采用的气流，所述气流通常应包括雷诺数(如下文所定义)，雷诺数被选择成优化高/最大对流冷却而具有来自气流的低/最小噪音。气流可被选择成是紊流、层流或其组合。
在选定实施例中，来自至少一个喷嘴的气流(当灯在操作时)包括峰值气流速度下的雷诺数Re，所述雷诺数Re被选择成优化高/最大对流冷却而具有来自气流的低/最小噪音。例如，来自至少一个喷嘴的气流的特征可在于约50至约800、或范围更窄地约100至约350的Re(d)值(下文所定义)。
本说明书发明人已发现流自主动冷却灯中的喷嘴的空气的特定流动参数(如Re)可具有重要的技术作用。来自喷嘴所具有的Re值过高的气流通常将导致不可接受的噪声水平，而Re值过低常常会导致主动冷却灯的不充分冷却。因此，经本发明人研究已确定优选参数，如下文所描述。
如所属领域的普通技术人员将理解，空气的雷诺数可通过流体速度(U)、特征长度(Lchar)以及流体运动粘度(ν)的倒数的乘积来计算：
Re＝(U*Lchar)/v。
对于具有主动冷却装置(例如，合成喷口)的主动冷却灯而言，有时可能方便的是将流体速度U确定为来自合成喷口的空气的体积流速Q与喷嘴数量乘以喷嘴开口的总面积之比。
应注意，对于作为冷却流体的空气，已知许多相关参数(例如，粘度)。因此，测量获得Re值合理地所需要的只是特征长度和流体速度(U)。通常在相关喷嘴的出口处测量速度。然而，由于从给定喷嘴喷出的空气的速度可能连续不断地变化(例如，因合成喷口的循 环行为而以正弦曲线方式)，本发明将会将峰值速度(相对于空间并且相对于时间而言的最大速度)定义为相关流体速度U。可通过如普通技术人员将理解的包括许多已知手段(如热线风速仪)的任何有效手段或通过计算来测量峰值速度。
特征长度(Lchar)被定义为给定喷嘴的水力直径(d)；或可替代地，Lchar是从喷嘴出口到邻近散热结构的最远处的距离(FL)，空气在离开喷嘴之后沿着邻近散热结构流动。在一个实例中，散热结构是喷嘴附近的翼片，并且因此，FL将被测量为从喷嘴到翼片距离喷嘴最远的一点(例如，翼片的远顶端)的距离。在其他实例中，散热结构可具有其他配置，例如，管、销、壁、叉等。无论如何，FL是从喷嘴开口到散热结构相对于喷嘴的最远点的距离。
应注意，FL不一定是散热结构自身的长度；如果散热结构与喷嘴间隔开，那么FL将是散热结构的长度与散热结构离喷嘴的距离之和。在任一种情况下，FL是与气流从喷嘴喷出时沿散热结构行进的距离有关的特征长度。由于存在两种不同类型的特征长度，存在与本发明相关的两种不同的雷诺数：Re(d)和Re(FL)。Re(d)值是将给定喷嘴的水力直径(d)用作特征长度的雷诺数；并且Re(FL)值是将FL用作特征长度的雷诺数。
应注意，已定义两种不同类型的雷诺数(即，Re(d)和Re(FL))，现将描述具有选定Re(FL)值的一些灯实施例。Re(FL)取决于散热表面积增大结构如翼片的使用。因此，在一些实施例中，散热器主体包括多个散热表面积增大结构，其中至少一个气流喷嘴在选定散热表面积增大结构附近。在这类实施例(当灯在操作时)中，沿选定散热结构的气流的特征在于约500至约13000、或范围更窄地约1200至约6400的Re(FL)值。在这类实施例中，灯可进一步展现出约50至约800的Re(d)值(当在操作时)。
重要的是，在以约27W的功率驱动主动冷却灯时，本发明的实施例可能能够达到约20dBA或更小(例如，约16dBA至约20dBA， 或约16dBA至约17dBA)的噪音水平。噪音水平通常在1米的观察者距离处以声压来测量。以上所述雷诺数的选择的一个技术作用可包括这些噪声值。另一个技术作用可包括灯的增强的冷却。
在某些实施例中，以上所述Re(d)和Re(FL)的范围被视作与所具有的流明输出等于或大于1600流明并且符合ANSI A19外形的主动冷却灯相关；然而，这些范围不应解释为局限于这种类型的主动冷却灯。
根据一些实施例，可采取其他措施来降低噪声。在一个实施例中，灯可包括散热器主体，所述散热器主体包括至少一个弯曲下边沿，所述至少一个弯曲下边沿适合于允许空气在这种边沿周围流动而具有降低的气流噪音。作为一般设计原则，优选的是，气流、特别是“改向”气流大体上不在尖锐边沿周围改向；或换句话说，任何改向的气流大体上总是在倒圆边沿周围改向。因此，根据一些实施例，使得流向至少一个喷嘴的气流改向90°或更大角度，其中此改向的气流流过或越过倒圆边沿或倒圆表面。例如，被使得改向90°或更大角度的气流仅在被改向时遇到灯的倒圆表面。具体来说，散热器主体和/或壳体通常可配置成使得无论空气何时改向(例如，以>90°的任何角度)，都应使所述空气在至少一些倒圆边沿周围流动；例如，无论空气何时必须在方向上转向>90°的角度，所越过或流过的边沿大体上都不是尖锐边沿。虽然不受以下理论限制，但认为倒圆边沿通过避免漩涡的形成而有助于降低噪声。在本发明的实施例中，通常在转角周围轻缓地引导空气；相比之下，如果在尖锐边沿周围引导空气，可能形成会导致噪声的漩涡。
灯的驱动器电子器件(例如，电子驱动器和控制器如ASIC)通常致力于驱动和提供既用于一个或多个光源(如LED管芯阵列)又用于主动冷却装置的适当的电信号。驱动器电子器件通常可在单个电路板(例如，PCB)上包括发光二级管(LED)电源和合成喷口电源。主动冷却装置可进一步配置用于引导用于冷却驱动器电子器件的气流。
在许多实施例中，灯的驱动器电子器件位于远离主动冷却装置的位置。例如，如果主动冷却装置如合成喷口组件至少部分地由散热器主体封装，所述主动冷却装置的驱动器电子器件可处于分开的驱动器壳体中。换句话说，散热器主体可包括空腔如倒置杯状空腔，并且主动冷却装置可至少部分地设置在这个空腔内，但驱动器电子器件通常不是至少部分地设置在这个空腔内。一般来说，主动冷却装置通常不会使其相关联的电路系统(例如，ASIC)与所述主动冷却装置处于同一外壳中。这可具有允许使主动冷却装置微型化的技术作用。较小的主动冷却装置(例如，比迄今为止可用的那些更小的合成喷口组件)可允许灯大体配合在ANSI A19体积外形内。
在一些实施例中，灯可包括大体符合ANSI A19体积外形的几何配置，同时配置用于在大于15W输入功率的功率水平下操作，并且具有当灯在操作时效率为至少60LPW的足够的冷却能力。在许多实施例中，在操作时，本发明的灯当在大于15W(例如，大于20W)输入功率的功率水平上操作时可能能够提供1600流明或更大(例如，大于1700流明)的流明输出。这些参数是本发明的许多实施例的技术特征，如下文所描述的那些。然而，本发明的实施例及其设计和/或操作原则不限于A19灯壳。相反地，它们总体地适用于所有合适的灯外形。示例性地，这类灯壳可包括：A系列(例如，A19)、B系列、C-7/F系列、G系列、P-25/PS-35系列、BR系列、R系列、RP-11/S系列、PAR系列、T系列和MR-n系列。
如所属领域的技术人员将理解，基于固态发光源的灯通常具有测量为“L70”的寿命，“L70”寿命是指灯的光输出衰减未超过30％的操作小时数。因此，本发明的实施例可提供至少约25000小时，优选地长达约50000小时的预期L70寿命。
通常来说，灯可包括能够由例如塑料材料构成的驱动器壳体，塑料材料便于特征如气流喷嘴(如果存在于这个驱动器壳体中)的制造。驱动器壳体可与底座(例如，爱迪生底座)连接，底座可包括用于连 接到常规插座中以便提供电力来操作灯的螺纹。同样可采用其他构造来将灯与电源连接在一起。
在许多实施例中，灯可进一步包括用于分布光的一个或多个光学元件。如本说明书所使用，术语“光学元件”通常可指代漫射器(diffuser)、任何反射器和任何相关联的光管理设施(例如，透镜)的组合。在许多实施例中，光学元件可包括漫射器和/或反射器。本说明书所描述的任何漫射器(不管形状或构造如何)可在灯不操作时展现出白色外观。
通常来说，一个或多个光学元件配置用于当灯在操作时从灯提供大体均匀的全方向光分布。例如，这种大体均匀的全方向光分布在0°至135°的纬度跨度上提供强度在约+/-20％内均匀的照明。
关于光分布的术语“全方向”可根据同时期能源之星准则(contemporaneous Energy Star guidelines)来描述或定义，或者例如，所述术语是指强度从灯的顶点取得的任何点到设置成与顶点成约135°角度的一点的变化值不超过+/-约20％的光分布。可采用2012年5月4日提交的临时专利申请序列号61/643,056(所述申请的公开内容以引用的方式整体并入本说明书)中描述的许多光学元件。其他可能的光学元件可以是以下共同拥有的美国专利申请中公开的那些中的任一个，所述专利申请中的每一个都以引用的方式整体并入本说明书：2011年7月22日提交的美国专利申请序列号13/189052(GE档案号254037)；2012年2月6日提交的美国专利申请序列号13/366767(GE档案号256707)；2012年4月5日公布的美国专利公开2012-0080699(GE档案号245224)；2011年7月14日公布的美国专利公开2011-0169394(GE档案号241019)；2011年4月7日公布的美国专利公开2011-0080740(GE档案号240966)。
现参考图1和图2，这些图是指根据本发明的主动冷却灯1000的第一实施例。图1是这种灯1000的外部的透视线图，下文针对顶端T至底端B进行描述。应注意，顶端T和底端B仅出于方便目的而使用， 因为灯1000可在任何定向上使用。图2是这种灯1000的等距侧视图。可看到灯1000包括具有大体曲线轮廓线的漫射器1001(此处示为大体卵形形状并且具有与灯1000的轴线平行和/或重合的旋转对称轴；参见图1中的线A--A)，漫射器1001用于漫射和分布从一个或多个固态光源(未具体示出)如LED管芯阵列发射的光。通常来说，LED装置或芯片可安装在电路板上，所述电路板视需要为金属芯印刷电路板(MCPCB)。在许多实施例中，所有固态发光源都可以是无机发光二级管，但在一些实施例中，有可能用其他固态发光源如固态激光器或有机电致发光装置(OLED)来替换这些无机发光二级管中的一些或全部。
多个发光二级管(LED)装置通常被选择成提供看起来呈白色的光。也就是说，可选择具有相应光谱和强度的一个或多个LED芯片，所述一个或多个LED芯片能够混合以产生具有所需色温和显色能力的白光。例如，一个或多个LED可发射大体红色的光，而一个或多个其他LED可发射大体绿色的光，而一个或多个另外的LED可发射大体蓝色的光。所属领域的技术人员将容易清楚明白，存在实现白光的众多其他LED配置，如在至少一个LED附近采用磷光涂层和/或远离至少一个LED采用磷光涂层的配置。例如，灯可采用具有YAG磷光体的至少一个蓝色LED，或者灯中的所有LED可以是具有YAG磷光体的蓝色LED。
在本发明的其他地方，一个漫射器与多个固态光源的组合可称为“光学元件”，并且应理解，此处示为漫射器1001的内容仅是光学元件的外部。如同样在本发明的其他地方所描述，漫射器1001内还可能容纳众多其他设施(此处未示出)，如反射器、波导、透镜和/或用于操纵光的其他设施。
漫射器1001可能能够提供大体“全方向”光，所述大体“全方向”光例如像可根据同时期能源之星准则来描述的术语(Energy Star guidelines)；或者例如，指代强度从灯1000的顶点Z取得的任何点 到设置成与顶点Z成约135°角度的一点的变化值不超过+/-约20％的光分布。
继续参考图1和图2，漫射器1001通常被接收在热管理系统1005内，热管理系统1005可包括一个具有主体1003和多个热辐射表面积增大结构如翼片1002的散热器。虽然此处示出八个翼片1002，但这不应视为具有限制性，因为可采用更多或更少的数量，这取决于包括以下各项中的一个或多个的众多因素：需要驱散至周围环境中的热量；来自喷嘴的气流的优化(下文将描述)；和/或来自漫射器1001的光的阻挡或畅通。翼片1002通常设置为主体1003的突出部并且相对于漫射器1001放置成处于圆周设置。在本发明的许多灯实施例中，翼片被制成是大体呈平面的并且配置用于位于恒定的经度平面中。这具有使翼片对纵向光强度的均匀性的影响最小化的技术作用。在本发明的一些实施例中，任何散热表面积增大结构(例如，翼片)可与散热器主体形成整体，或者可附接(例如，通过粘合剂、焊接、螺栓、螺钉、铆钉等)至散热器主体。多个翼片可设置为一体式结构的一部分、单独结构、或一体式结构和组合结构的任何合适的组合。
一般来说，热管理系统1005可包含具有高导热系数的材料，如金属如铝和/或铜。这种系统1005的主体1003可由金属铸成，并且翼片1002可焊接至主体1003或类似地铸成一个整体或若干零件。在这个实施例中，可能还在一些或所有翼片1002之间的间隙位置中设置有“小翼片(finlets)”(即，与翼片1002相比具有更小轴向长度的翼片)。小翼片可设定大小并且定位成使得它们处于阴影区域中，即，小翼片通常不阻挡来自灯的光学元件或漫射器的光发射。
主动冷却单元或主动冷却器或冷却装置(此处未示出，因为它从灯1001的这个外部视图是不可见的)接收在主体1003内，所述主动冷却器可包括合成喷口组件。合成喷口提供振荡气流，振荡气流可高效地且有效地引导来自周围环境的相对较冷的空气朝向翼片1002的附近，以便于将热量从灯1001带走。为了促进空气的引导，在主体 1003中提供多个喷嘴1006。这些喷嘴可以是在主体1003中钻出的孔洞，或者以其他方式设置为主体1003中的通孔。喷嘴1006可设置在散热器主体1003的中段中，所述中段如从主体1003相对于顶点Z的最上部到最低部分所测量。如这个实施例所示，每个翼片1002可在每个翼片1002的底部边沿1002a附近具有一对喷嘴1006。下文将描述它们的功能和作用。
在这个实施例中，可具有大体截头圆锥形外形的驱动器壳体1007附连至热管理系统1005。壳体1007封装电气和电子驱动器、控制器和相关联的接线(此处未示出，因为它们被壳体1007遮挡)。电气和电子驱动器和控制器通常致力于驱动和提供既用于一个或多个固态光源(如LED管芯阵列)又用于主动冷却器的适当的电信号。也就是说，封装在主体1003中的主动冷却器通常不具有其相关联的电路系统(例如，ASIC)封装在主体1003中；而是主动冷却器的相关联电路系统封装在壳体1007中并且远离主体1003。最后，底座1008位于灯1001的底端B处，底座1008可以是用于拧接至插座以接收电流的典型爱迪生底座，或者可以是用于接收电流的其他底座，如销、叉、卡口底座或灯座、两脚(bi-post)、双销(bi-pin)等。
现在转到图3，描绘出第一实施例的灯1000的俯视图的线图，示出从顶点Z看的漫射器1001以及翼片1002和主体1003的凸缘的俯视图。
图4意图示出灯1000的截面图，以显现出漫射器1001的内部并且示出主动冷却单元1011的至少一部分。图4中的截面平面是与灯1000的主轴共线的一个平面。虽然漫射器1001可具有如在其他地方详细描述的许多配置以实现大体全方向光输出，但在这个实施例中，漫射器1001封装反射器1010。更具体地，这个图示出大体封装在散热器主体1003内的空腔中的主动冷却装置1011(例如，合成喷口)。
图5描绘出第一实施例的灯的部分截面图，其中除包括散热器主体1003和翼片1002的热管理系统1005以及主动冷却单元1011之外， 所有部件都已隐藏。图6的图意图更清楚地描绘出散热器主体1003本身是用于主动冷却单元1011的“壳体”的方式；也就是说，主动冷却单元(例如，合成喷口)1011自身通常不具有其自己专用的壳体。虽然此处未进行详细描述，但来自壳体1007(图1)中驱动器电子器件的有效电接线接收在主动冷却单元1011中。这类接线提供具有适当信号的电流以驱动主动冷却单元1011的致动。另外，存在来自驱动器壳体1007中驱动器的接收在主动冷却单元1011中的有效电接线，所述有效电接线之后延伸至固态光源以便为固态光源(LED芯片阵列)供电。这类导线可延伸穿过接收(或容纳)主动冷却单元1011的空腔，并且通常自身在主动冷却单元1011周围进行布线。在这个实施例中，LED芯片/管芯阵列(未示出)定位(直接地或优选间接地)在散热器主体1003的大体呈平面的上平台1012上。例如，LED芯片可放置在MCPCB(金属芯印刷电路板)上，所述MCPCB可使用热胶来附连。LED阵列因此与热管理系统和散热器主体1003热连通。除以下情况之外，图6与图5类似：主动冷却单元1011的图也是隐藏的，以便显露散热器主体1003内的空腔1013，主动冷却单元1011大体封装在空腔1013内。图6中还显露使主动冷却单元1011与壳体1007分开(并且，例如电绝缘)的隔板1014。
现在转到图7和图8，这些是灯1000的简化截面的部分描绘，示出众多翼片被去除以及主动冷却单元1011的简化版本。这后两幅图意图描绘在处于典型的正常操作模式时灯的主动冷却的一些显著特征。由于合成喷口以振荡方式起作用，在一个循环期间吸入空气，并且之后在另一个循环期间排出空气，所以任何给定喷嘴1006可以在一个时间是用于吸入空气的进气喷嘴，并且在另一个时间是用于喷出空气的排气口。图7示出循环的一部分，其中空气1020i(“i”表示进气)从周围环境被吸入到在灯1000右手侧的喷嘴1006；并且之后，冷却空气从不同位置中的另一喷嘴1006喷出或排出，以便以流1020o(字母“o”表示出气)形式大体向上流动。与1020o的箭头大体平 行的较小箭头示意性地描绘出随同排出空气1020o的流动被夹带的周围环境的空气。因此，基于喷嘴1006在翼片1002的底部边沿1002a(图1)处的定位，使得冷却空气1020o沿翼片1002的基本整个轴向长度流动，以便提供有效的散热。图8示出循环的另一部分，其中排出空气的喷嘴1006现在是空气1020i的进气口，并且先前吸入空气的喷嘴现在沿另一个翼片(未示出，为清楚起见已去除)的长度以流1020o形式排出空气。
现在参考主动冷却灯的第二实施例，图9描绘出主动冷却灯1100的外部透视图，主动冷却灯1100的特征至少部分地在于漫射器1101，在这个实施例中，漫射器1101具有轴与灯1100的主轴平行的大体环形形状。图9中的这个图出于解释目的允许看到各个固态发光元件(例如，LED芯片)1112阵列，但在实践中，漫射器将是大体上半透明的，使得各个LED芯片1112在灯通电或未通电时通常将是不可察觉的。在这个实施例中，漫射器1101至少部分地包围散热器主体1105，散热器主体1105被设置为与灯1100的主轴大体共轴的铸造金属圆筒。也就是说，散热器主体1105相对于周边漫射器1101处于中心位置中。散热器主体1105此处示为具有“雪花”截面，但应理解，散热器主体可以是任何形状，只要散热器主体包括用于冷却空气从散热器主体1105的轴向下部附近的主动冷却器(1111，图12)向主体1105的轴向上部的通道1110a流动即可。
图10示出隐藏了漫射器和固态光源的灯的一部分。例如，图10将主体1105示为具有钻削或铸造的通孔1114，通孔1114允许冷却空气从散热器主体1105的轴向下部附近的主动冷却器向主体1105的轴向上部流动。
返回图9，通道1110a由可从主体1105径向延伸(相对于环形漫射器1101所限定的圆圈)的板条或翼片1110限定。这些板条或翼片1110是表面积增大散热元件。通道允许从喷嘴1106喷出的空气在散热器主体1105的大体整个轴向长度上流动。灯1100包括多个喷嘴 1106，多个喷嘴1106大体轴向向上地(相对于作为灯的“底部”的底座1108和作为“顶部”的散热器1105)被定向，以便允许空气穿过多个通道1110a并且穿过近似板条或翼片1110的长度。喷嘴1106还允许空气交替地由主动冷却器(例如，合成喷口，未具体示出)吸入并且之后从主动冷却器中被推出，这取决于主动冷却器正在操作“呼吸(breathing)”操作模式中的哪个循环。
以与上述第一实施例类似的方式，灯1100还包括驱动器壳体1107，驱动器壳体1107可封装既用于主动冷却器又用于固态光源(例如，LED芯片1112)的驱动器/控制器电子器件。
图9中描绘的LED芯片1112阵列设置在大体圆筒状散热器主体1105的侧表面上。在这个实施例中，散热器主体1105具有多边形截面，并且LED芯片1112通常间接地安装在这个具有多边形截面的散热器主体的呈平面的侧部上。例如，LED芯片可放置在MCPCB(金属芯印刷电路板)上，所述MCPCB可使用热胶来附连。安装可以任何有效的方式来实现，只要在LED芯片1112与散热器主体1105之间建立高效的热连通即可。例如，设置LED芯片的一种便利方式是提供预安装在板1113上的多个LED芯片。虽然此处未具体示出，但一个实施例包括提供上面预安装LED芯片的薄柔性板1113，薄柔性板1113可具有0.01英寸或更小的厚度，薄柔性板1113之后类似于轮子上的轮辋卷绕在散热器的圆周周边周围。这种柔性板可通过超薄环氧树脂粘合剂来粘合至散热器1105。在这个实施例中，多个LED芯片1112朝向漫射器1101的内部径向地发光，其中后一元件用于重新引导光以便从灯1100提供大体均匀的、优选“全方向”(如上文所定义)的光辐射模式。为了提供电流，提供底座1108，底座1108可以是标准爱迪生式螺纹底座，或将灯1100连接至外部电流源的任何其他有效方式(如引脚或插脚)。
现在转到图11，示出根据这个第二实施例的主动冷却灯的一部分的底部透视图，但已隐藏若干元件：漫射器、LED芯片和电路板、以 及用于主动冷却器的盖子。这个图意图示出主动冷却器(主动冷却单元、合成喷口)1111在具有纵向通道或通孔1114的圆筒状散热器主体1105之下/下方的定位。虽然这个图未准确呈现从主动冷却器1111进入到通道1114中的实际气流，但意图说明气流的来源(冷却器1111)和气流进入散热器主体中的入口(即，通道1114)的位置。
图12是根据这个第二实施例的灯1100的顶部截面透视图。在这个图中，散热器主体1105被选择为具有雪花状截面，其中1110是一个代表性板条/翼片，但主体当然可以是任何形状，优选大体圆柱对称的形状。在这个图中，合成喷口1111是可见的。多个喷嘴1106允许冷却空气交替地被推入到合成喷口中并且从合成喷口中喷出，这取决于合成喷口的操作循环所处的阶段。此处，进入一个喷嘴1106的气流示为这个示意描绘左侧的气流1116；由于合成喷口的操作，所引导的气流1117从另一个喷嘴大体向上被引导，并且之后进入这个散热器主体1105的板条1110之间的空间中，以便将热量移到周围环境。
图13至图15描绘出根据本发明的某些方面的主动冷却灯1200的第三实施例的各种图。在这个实施例中，主动冷却灯1200的特征部分地在于主动冷却器1211，主动冷却器1211与散热器1205处于间隔开的关系，以便允许更大可能地将空气夹带到从主动冷却器1211排放的空气中/随着从主动冷却器1211排放的空气夹带空气。具体地，图13是具有散热器主体1205的灯1200的顶部透视线图，散热器主体1205拥有具有大体多边形或环形截面的圆筒形状，圆筒形状具有与灯1200的主轴平行/重合的轴。散热器主体1205在其周边处大体上由大体环形漫射器1201包围，环形漫射器1201重新引导从固态发光元件如LED管芯1212发射的光；这些管芯1212在漫射器内在大体径向方向上发射光，所述光之后被混合/漫射/重新引导以给出适当的外部光发射，例如，全方向光发射模式。LED 1212可放置在包绕散热器主体1205的圆周周边的柔性板上。在这方面，这个第三实施例与第二实施例享有类似之处。然而，散热器主体1205此处不具有从散热 器主体的底部穿透到散热器的顶部的通孔或通道。相反，在这个实施例中，散热器可包括在大体向下的轴向方向上延伸或突出的板条或翼片1210。板条/翼片1210还可部分或整体地由销或销丛(pin forest)或其他散热表面积增大形状替换。
在图14的截面侧视图中更好地示出板条或翼片1210，其中多个板条1210中的成对板条限定径向通道1214。这个图还描绘出散热器主体1205定位在支柱、立柱或销1204上以便实现散热器主体1205与主动冷却器1211的间隔开关系。虽然在这个图中，主动冷却器1211示出为竖直定位的合成喷口，但它还可以是以任何有效取向定位的合成喷口，或任何其他主动冷却器如风扇或压电喷口。
虽然主动冷却器1211通常大体容纳在外壳内，但从主动冷却器1211喷出的空气通过穿过狭槽1206而被引导朝向板条1210和散热器主体1205。图15是描绘出空气1217的通路的底部剖面操作透视图。如果以振荡模式操作(如同合成喷口)，将看到主动冷却器1211通过一个狭槽1206取得流入空气1216。喷出空气1217大体同时从另一狭槽向外流出并且撞击板条/翼片1210，并且可流入到板条/翼片1210所限定的通道(图14中的1214)中。狭槽此处示为沿与通道1214大体垂直的线延伸，以便增强喷出空气的“空气改向”以及尚未从主动冷却器1211喷出的环境空气的夹带。然而，主动冷却器上方的狭槽和板条所限定的通道相对彼此可处于任何有效的角度，例如，平行。
回到图13：驱动器壳体1207可封装用于驱动/控制主动冷却器和多个LED管芯1212的电子电路系统(未示出)。可通过使接线(未示出)延伸穿过立柱1204和主体1205中的沟槽或孔洞来向LED管芯1212提供电流。底座1208可以是爱迪生底座或能够向灯1200提供市电电流的任何其他底座。
在图16的侧视图和图17的截面图中示出的这个第四实施例中，灯1300包括至少两种类型的散热表面积增大结构。在这个实施例中，这些散热表面积增大结构包括具有相对较长轴向长度的多个翼片 1302和具有相对较短轴向长度的多个小翼片1304，其中小翼片的数量大于翼片的数量。在这个实施例中，主动冷却器1311(例如，合成喷口)通过喷嘴(未示出)推出冷却空气，喷嘴包括在小翼片1304的轴向底部附近的位置处的多个位置。一般来说，这类喷嘴可形成为驱动器壳体1307中的孔洞，而非形成为散热器1303中的孔口；然而，喷嘴还有可能以散热器1303中的孔口与驱动器壳体1307中的孔口的任何组合形成。总体地，这个实施例例示一种灯，其中喷嘴可喷出冷却气流以沿至少一个散热表面积增大结构(例如，小翼片1304)的基本整个长度流动。在操作中，喷出的冷却气流可夹带环境空气以增加用于冷却灯的空气的质量流量。
光学元件1301(例如，光学管理系统，可包括至少漫射器和反射器1310)在操作中用于分布从多个固态光源(例如，LED芯片，未示出)发射的光。多个固态光源定位在散热器1303的上部外表面上，并且与散热器1303热连通。在这个实施例中，多个固态光源以大体轴向向上方式发射光。总体地，这个实施例例示一种灯，所述灯具有其大多数散热表面积增大结构(例如，翼片)定位在由光学元件分布的光的阴影中。也就是说，在这个实施例中，所有小翼片1304设定大小并且定位成使得它们不阻挡从光学元件1301发射的光，同时光学元件1301以全方向方式分布光(例如，强度从灯的顶点取得的任何点到设置成与顶点成135°角度的一点的变化值不超过+/-20％的光分布)。
在根据本发明的灯的第五实施例中，在图18的侧视图中描绘出灯1400。在这个示意性实施例中，灯1400设定大小和形状以大体上符合所提供的A19外形的形状因子，但应理解，这个实施例的特征以及本发明中所描述的其他实施例的特征可独立地适用于各种各样的灯外形。光学元件1401意图包涵管理由多个固态发光源(例如，LED芯片，这个图中未示出)发射的光的多个部件。这种光学元件可包括有效分散从LED芯片发射的光的任何配置，包括许多已知配置。在一 个实施例中，光学元件适合于提供大体“全方向”的光分布，如所述术语在其他地方所定义和所描述。元件1401通常包括半球形漫射器1401a。虽然从外部有利位置观察时是肉眼大体上无法看到的(因为漫射器1401a可以是半透明或不透明的)，但这个示意图中已示出反射器1410。反射器1410可用于重新引导初始在轴向向上方向上发射的光朝向相对于灯的顶部呈钝角的方向。为方便起见，灯的“顶部”在图18中示为T，但应理解，可从任何位置操作或观察灯。
灯1400的固态发光源(例如，LED芯片或LED阵列，此处未示出)是必须驱散至周围环境的热量的主要来源，并且因此这类固态发光源以与散热器1403热连通的方式来安装(通常呈大体平面的配置)，优选安装在散热器1403的实质顶点处并且设置在反射器1410的轴下方。包括瘦弧形形状的多个翼片1402(例如，散热片或散热表面积增大结构)从散热器1403延伸出来。翼片1402可描述为沿散热器1403的圆周方向彼此间隔开。如还在其他地方所描述，翼片配置用于促进将热量从散热器传导至周围环境。虽然可从这个实施例的这个图和其他图推导出翼片的给定数量，但应注意，并不严格限制翼片的数量。
多个(任选的)小翼片1404也从散热器1403突出出来，所述小翼片1404可定义为类似于翼片、但具有比翼片1402更小的轴向长度尺寸的散热表面积增大结构。也就是说，可将图18中示出的模式描述为具有多个相对长的翼片和多个相对短的翼片(即，这些为小翼片)。在这个实施例中，可看到小翼片1404与翼片1402周向地交替，但它们可以任何模式共存或者不存在。翼片1402的轴向尺寸通常足以从散热器1403的底部延伸至漫射器1401a附近的区域。
虽然在图18的图中无法看到，但主动冷却装置(例如，合成喷口)接收在散热器1405的内部所限定的空腔内。主动冷却器可以是任何已知的主动冷却器，如风扇，但更通常是合成喷口。灯1400(在操作中)的主动冷却器产生气流，所述气流(在适当分流之后)被推出以便(至少部分地)在轴向方向上从散热器1403的底部唇缘沿至少 一个翼片1402的大体整个长度流动(如下文将参考图21至图23更详细地描述)。优选地，气流被推出以便(至少部分地)在轴向方向上从散热器1403的底部唇缘沿散热器的大体整个轴向长度流动。
可至少部分地由塑料或聚合物材料制成的壳体(例如，驱动器壳体)1407定位在散热器下方，并且存在用于封装和保护用于驱动和控制固态光源(例如，LED芯片)和主动冷却器的驱动器和电子控制器电路系统(未示出)。壳体1407通常具有倒置截头圆锥形状，其中壳体1407的环形基部靠近散热器。
重要的是，在这个实施例中，可从中喷出空气的喷嘴或孔口通常不是全部形成为散热器1403或壳体1407中的孔洞。相反，喷嘴可形成为在壳体1407与散热器1403配合、接合或附连之后产生的间隙。间隙从图20的俯视图中被更好地看作为元件1405a。为了促进间隙的形成，壳体1407可在壳体1407靠近散热器1403的底部的区域中包括至少一个槽口1406，每个槽口1406在轴向上处于小翼片1404之下。壳体1407中的槽口1406与壳体1407的正常部分1405交替；也就是说，槽口1406是偏离壳体1407的倒置截头圆锥外形的规则部的非正常内向偏离部，而正常部分仅是壳体中维持这个外形的剩余部分1405。在这个实施例中，每个正常部分1405在轴向上处于翼片1402之下。虽然在这个图中无法看到，但冷却空气可沿正常部分1405的内表面轴向流动。底座1408向灯1401提供市电电流，底座1408此处示为爱迪生底座，但它并不限于这种类型的底座。
图19是灯1400的侧视图，其中已从图中去除壳体1407，以便显露主动冷却器1411的下部。虽然主动冷却器1411沿轴向长度尺寸的大部分可由散热器1403封装，但主动冷却器的小部分可延伸到壳体1407的内部中。这个图中还显露沿散热器1403的底部边缘或唇缘的凹形孔口1412，凹形孔口1412用于接收从壳体1407的内表面突出的合适的凸形突出部。也就是说，在这个实施例中，壳体1407与散热器1403大体上配合(例如，卡扣配合，例如，单向卡扣配合)，并且 孔口1412促进这种配合。当然，本发明不限于这种将壳体1407附连至散热器1403的特定方式，因为可预期其他附连方式，包括采用凹槽、槽口、摩擦配合、螺纹、螺钉、螺栓、粘合剂或任何适当连接手段的那些。最后，1413是驱动器/控制器腔室的示意描绘。
图20是灯1400的俯视图，但已去除光学元件1401(即，包括1401a、1410)。这个图显露上面可安装多个固态光发射器(例如，LED芯片；未具体示出)的安装区域1414，固态光发射器通常设置用于朝向顶部T(图18)轴向向上地辐射光。在散热器1403的顶点处自身可以是平面搁架的安装区域1414与散热器1403热连通，使得散热器1403用作传导热量离开多个固态光发射器的主要预期管路。从轴向截面看，还可在俯视图20中看到多个翼片1402和小翼片1404。每个翼片1402平分或横穿由壳体1407的正常部分1405的内表面限定的间隙1405a。在灯的操作中，冷却空气(未示出)通过间隙1405a被喷出(或可替代地，被吸入到间隙1405a中并且通过同一间隙1405a被喷出，如果主动冷却器是合成喷口)。
图21是位于散热器1403和壳体1407的结合处的灯1400的特写透视图，所述特写透视图更详细地示出通过散热器1403的底部边沿和壳体1407的正常部分之间的协作形成间隙1405a的方式。应注意，气流示出为轴向箭头，在大体向上方向上射出以便(至少部分地)在翼片1402一侧附近的路径中流动。最终，使得空气沿翼片1402的基本整个轴向长度流动。在这个实施例中，空气在翼片1402的两侧从每个间隙1405a大体向上流动。也就是说，当间隙1405a用作喷出空气的喷嘴时，间隙1405a可定位成允许空气在翼片1402的两个侧部附近的轴向向上的路径中流动。
图22描绘出壳体1407在倒置截头圆锥形状壳体的环形“底部”附近位置处的内部轮廓的图。所述图是正常部分1405(从图18和图21的外部可见)的内表面以及槽口1406的内表面的一部分的放大图。重要的是，间隙1405a在其内部由分流器1415分成两个区域，分流器 1415可包括叶片边沿1416。叶片型分流器1415(在操作中)用于在气流撞击叶片边沿1416时将从主动冷却器推出的气流分成两个单独的流；图22中通过单个向上箭头和两个弯曲箭头示意性地描绘出气流的分流。通过提供叶片型气流分流器实现的一个可能的技术作用是显著降低空气流经和流出间隙1405a时的噪声。实际上，出于相同目的，可在本发明的任何实施例中的喷嘴内采用这种或类似的叶片型气流分流器。叶片型气流分流器可包含塑料和/或金属。
图23是操作中组装灯1400的示意图，所述示意图示出冷却气流从主动冷却器1411被喷出以通过间隙1405a逸出的区域。在主动冷却器1411包括合成喷口的情况下，隔膜的运动可使空气环绕散热器1403的倒圆凸角的一端流动、撞击分流器1415并且流出间隙1405a。此处仅示出一种尺寸的分流间隙1405a。散热器1403的凸角的倒圆端还可有助于降低空气在这种末端周围流动时的噪声。重要的是，在这个实施例中，从合成喷口1411射出的气流中的至少一些必须转变方向。因此，散热器和壳体通常可配置来使得无论空气何时改向(例如，以>90°的任何角度)，都应使所述空气在至少一些倒圆边沿周围流动；例如，无论空气何时必须在方向上转向>90°的角度，所越过或流过的边沿大体上都不是尖锐边沿。虽然不受以下理论限制，但认为散热器1403的凸角的倒圆端和其他倒圆边沿通过避免漩涡的形成而有助于降低噪声。在本发明的实施例中，通常在转角周围轻缓地引导空气；相比之下，如果在尖锐边沿周围引导空气，可能形成会导致噪声的漩涡。
图24中所示的分解图允许人们描述其中可组装灯1400的一个实施例。虽然本说明书已描述特定排序，但应理解，本发明的主动冷却灯的这个实施例和其他实施例中可采用任何有效的组装顺序。一般来说，将LED芯片的安装组件1422(例如，在印刷电路板上)放置成与散热器1403的大体呈平面的搁架1414热连通，并且组件1422之后由安装件1423固定，安装件1423按下或以其他方式将组件1422 紧固至搁架1414。安装件通常可包含热塑性材料，并且可以可替代地通过部分地熔化安装件的一部分的热处理来附接至散热器或搁架。可替代地，安装件可包括穿过散热器中的孔洞的突出部，并且穿过孔洞的部分至少部分地被熔化以将安装件和LED芯片组件固定至散热器，而无需使用螺钉。
在某些实施例中，用于形成大体呈平面的搁架1414、LED芯片的安装组件1422和/或安装件1423的任何塑料材料被选择成是部分或完全镜面反射的。
光学元件1401可包括：半球形漫射器盖(例如，漫射器半球1401a)，半球形漫射器盖在上述若干图中的其他图中是可见的；反射器1410；具有底部孔口的互补半球形漫射器部件1401c，底部孔口设定大小并且配置用于包围安装件1423。因此，将互补半球形漫射器部件1401c放置在安装件1423上方，使得LED芯片的安装组件1422在操作中可通过互补半球形漫射器部件1401c的底部孔口轴向向上地发射光；之后将反射器1410的圆周边缘安设在互补半球形漫射器部件1401c的上边缘上，并且将漫射器半球1401a附连至反射器1410和部件1401c。LED芯片可在漫射器的壳内，或者可与漫射器的壳间隔开。
在组装合成喷口1411(此处未详细描述)之后，将大体整个合成喷口1411放置到散热器1403的大体圆柱形内腔(未示出)中。在灯1400中，通常存在用于将合成喷口1411与将由壳体1407封装的电子驱动器/控制器(未示出)分开的隔板1420。这个隔板1420在合成喷口1411放置到散热器1403中之后放置在合成喷口1411的底端上。这种分隔器可避免不必要地将空气吹入壳体的内部中的可能性，并且可有助于防止电短路。虽然未具体示出，但壳体1407将封装电子驱动器/控制器；壳体1407将以卡扣配合方式或以其他方式牢固地紧固至散热器1403。物品1421是将灯1400紧固到爱迪生插座中所需的螺纹。
在主动冷却灯的第六实施例中，图25和图26描绘出灯1500的示意性侧视图，灯1500包括：漫射器1501、包括散热表面积增大结构1502的散热器1503、用于主动冷却器(如合成喷口1511)的隔室1506、和驱动器壳体1507。在图26中，出于观察目的，使得漫射器1501是透明的。散热器1503包括具有大体螺栓形状的上部1504和包括向下突出的平行板条1502的下部。图27至图28的前视图和透视图中分别更清楚地示出灯1500的实施例中使用的散热器1503。上部1504的外侧表面支撑多个固态发光源(例如，LED芯片，未示出)。漫射器1501包括大体环形形状，其中其凹形内表面大体上是中空的。来自多个固态发光源的光径向地(例如，大体垂直于灯1500的主轴)发射光以撞击在漫射器1501的周向内表面上，并且由此重新引导光。隔室1506是大体截短的圆柱体，在顶部处具有用于安设散热器1503的封闭体，以及用于接收主动冷却器1511的开放底部和空腔。在图26中，使得隔室1506看起来是透明的，以暴露主动冷却器1511。驱动器壳体1507包括既用于主动冷却器1511又用于多个固态发光源的驱动器电子器件和控制器。
本发明的实施例所描述或建议的任何主动冷却灯可设计为通过以下各项与灯插座配合的直接“插入式”部件：爱迪生螺纹底座连接器(在白炽灯灯泡背景下有时称为“爱迪生底座”)；卡口型底座连接器(即，在白炽灯灯泡情况下为卡口底座)，或接收标准电源的其他标准底座连接器(例如，美国的110V A.C.，60Hz；或欧洲的220VA.C.，50Hz；或12或24或其他d.c.电压)。由于本发明的许多主动冷却灯不是主要依赖于通过底座将热量传导到灯插座中，本发明的主动冷却灯可用于任何标准螺纹电灯插座，而不必担心插座或相邻硬件的热负载。
根据本发明的实施例的主动冷却灯可能特别适合于改装较高瓦数白炽灯泡，如在60W至100W或更高范围内的白炽灯泡。在本发明的一些方面，提供主动冷却灯，所述主动冷却灯可提供至少600流 明的流明输出，并且在一些实施例中至少800流明，至少950流明，至少1300流明，至少1500流明，至少1700流明，至少1800流明或在一些情况下甚至更高的流明输出。例如，根据本发明的某些主动冷却灯可输出与标准100瓦钨丝白炽灯大体上相同的流明，但却是在几分之一的功率输入下(例如，在以近似27W来驱动时)进行。
一般来说，本发明的实施例的主动冷却灯实施例在操作时能够同时实现所有以下参数：(1)1600流明或更大(例如，大于1700流明)的流明输出；(2)发射光的全方向分布(例如，在从0°至135°的纬度跨度上提供强度在约+/-20％内均匀的照明)；(3)配合在A19壳内(或符合ANSI A19体积外形)的几何配置；以及(4)拥有效率为至少60LPW(例如，>65流明/瓦)的足够的冷却能力和/或至少约25000小时的L70寿命。视需要，本发明的实施例的主动冷却灯还可进一步同时展现出从光学元件发射的光的2700K至3000K的相关色温。视需要，本发明的实施例的主动冷却灯还可进一步同时展现出从光学元件发射的光的大于约80的显色指数。
任何短语“固态发射器”的出现可视为意指与“固态发光源”相同的事物，并且反之亦然。无需多说，任何“合成喷口”的出现可视为意指与“合成喷流致动器”相同的事物，并且反之亦然。任何“主动冷却装置”的出现可视为意指与“主动冷却器”相同的事物，并且反之亦然。另外，应理解，“空气”可用适合于散热的任何流体来替换。
如本说明书所使用，近似语言可用于修饰任何定量表示，这些定量表示可变化而不导致与其相关的基本功能的变化。因此，在一些情况下，由一个或多个术语如“约”和“大体上”修饰的值可不限于所指出的精确值。关于数量的限定词“约”包括所提出的值，并且具有上下文所指示的意义(例如，包括与测量特定数量关联的误差度)。“任选的”或“视需要”意指随后所描述的事件或情况可能发生或可能不发生，或者随后识别的材料可存在或可不存在，并且本说明书包 括以下情况：发生事件或情况或材料存在，以及事件或情况未发生或材料不存在。除非上下文另外明确规定，否则单数形式“一个(种)”和“所述”包括复数个参考物。本说明书所公开的所有范围包括所陈述端点并且是独立地可组合的。在前文描述中，当给出优选范围如5至25(或5-25)时，这意指优选地至少为5，并且分别地和独立地，优选地不超过25。
尽管仅结合有限数量的实施例来详细描述本发明，但应理解，本发明并不限于所公开的此类实施例。相反，本发明可被修改以涵盖之前并未描述、但与本发明的精神和范围相符合的任意数量的变化、更改、替换或等效布置。此外，尽管已描述本发明的各种实施例，但应理解，本发明的各方面可仅包括所描述的实施例中的一些实施例。因此，本发明不应视为受前述说明限制，而是仅受所附权利要求书的范围限制。