Система для передачи тепла между двумя соединяемыми элементами - RU2524400C2

Чертежи

Описание

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Изобретение относится к системе для разъемного соединения первого элемента со вторым элементом, причем первый и второй элемент содержатся в упомянутой системе, причем первый элемент содержит часть, которая окружена частью второго элемента, когда оба элемента соединены друг с другом, причем упомянутые части содержат поверхности из теплопроводного материала для осуществления контакта друг с другом, чтобы передавать тепло между двумя элементами, причем коэффициент теплового расширения материала окруженной части первого элемента больше чем коэффициент теплового расширения материала окружающей части второго элемента, так что металлические поверхности прижимаются друг к другу, когда упомянутые части нагреваются.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Система может быть использована для любого разъемного соединения, в котором тепло должно передаваться между двумя соединенными друг с другом элементами, и в частности такая система может быть использована для разъемного соединения светодиодной лампы с патроном для светодиодной лампы. Термин «светодиодная лампа» используется в данном описании для лампы, содержащей один или более светодиодов и нижнюю часть или цоколь, причем нижняя часть может быть соединена с патроном для удерживания светодиодной лампы.

Такая система раскрыта в US-A-2006/0050514. Данная публикация описывает светодиодную лампу, выполненную в форме обычной лампы накаливания. Данная лампа содержит грушевидную колбу, заключающую в себе светодиод. Нижняя часть лампы содержит металлическую внешнюю поверхность, которая снабжена винтовой резьбой. Нижняя часть может быть ввинчена в соответствующий патрон, являющийся держателем лампы, который содержит металлическую внутреннюю поверхность, снабженную внутренней резьбой. Тепло, генерируемое светодиодом и схемой его возбуждения, передается через нижнюю часть лампы в металлическую внутреннюю поверхность патрона.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Светодиоды часто прикреплены к печатной плате посредством пайки, так что металлическая поверхность нижней части светодиода контактирует с участком печатной платы, который способен поглощать тепло, генерируемое светодиодом. Однако существует необходимость в разъемном соединении светодиодной лампы с печатной платой или другим носителем светодиодной лампы, для того чтобы светодиодную лампу можно было заменить, например, на светодиодную лампу с другим цветом или светодиодную лампу с другой интенсивностью света. В частности, в случае светодиода с ярким светом, теплопроводность должна быть относительно высокой, требующей относительно большой площади контакта или прочного контакта между нижней частью светодиодной лампы и патроном, с которым соединена светодиодная лампа.

Целью изобретения является создание системы для разъемного соединения первого элемента со вторым элементом, причем первый элемент содержит часть, которая окружена частью второго элемента, когда оба элемента соединены друг с другом, причем упомянутые части содержат металлические поверхности для осуществления контакта друг с другом с очень высокой теплопроводностью, чтобы передавать тепло между двумя элементами.

Другой целью изобретения является создание системы для разъемного соединения светодиодной лампы с патроном таким образом, чтобы металлическая поверхность нижней части светодиодной лампы образовывала контакт с очень высокой теплопроводностью с соответствующей металлической поверхностью патрона.

Для достижения обеих данных целей, система типа, описанного во вводном параграфе, отличается тем, что один из упомянутых элементов представляет собой светодиодную лампу. Даже в случае относительно небольшой разности коэффициентов теплового расширения, будет существовать контакт с усиленным проведением тепла между двумя металлическими поверхностями, как только упомянутые части элементов нагреваются. Поэтому нижняя часть светодиодной лампы и патрон, с которым соединена данная нижняя часть, могут быть относительно малыми. Например, окруженная часть может быть изготовлена из сплава, содержащего преимущественно медь и алюминий, а окружающая часть может быть изготовлена из сплава, содержащего преимущественно медь, так что достигается соответствующая разность в коэффициентах теплового расширения. Таким образом, проведение тепла между двумя элементами значительно увеличивается. Частью взаимно контактирующих поверхностей могут быть упомянутые металлические поверхности, но предпочтительно, все проводящие поверхности обеих упомянутых частей выполнены из металла. Предпочтительно, обе поверхности имеют участок взаимного контакта, который является по возможности большим, что обеспечивается посредством изготовления контактных поверхностей первого и второй элемента взаимно соответствующими и плотно прилегающими. Поверхности, например, могут иметь форму прямоугольника, квадрата, кругового цилиндрического тела или тела вращения ветви параболы. Появление промежутков/полостей между двумя элементами должно быть предотвращено, насколько это возможно, например, тем, что поверхности являются ровными или, например, тем, что поверхности выполнены из мягкого материала и, следовательно, в высшей степени приспособлены для совмещения с неровными поверхностями. Таким мягким материалом является, например, теплопроводная фольга серии 6003, выпускаемая компанией MAJR с твердостью по Шору 10±2, толщиной в пределах 0,13-15 мм и теплопроводностью 2,2 Вт/мК, которая может применяться при температурах в пределах от -50°С до +220°С. Мягкими металлическими материалами являются сплав Вуда с температурой плавления примерно 70°С, сплав InCuBi с температурой плавления 58°С, галлий, индий, Indalloy 1Е, Indalloy 117. Данные соединения металлов все имеют температуры плавления в пределах от 30°С до 200°С и, благодаря их мягкости, приспособлены к заданной структуре поверхности и, следовательно, обеспечивают хороший термический контакт.

Материалами двух элементов могут, например, быть любой металл или металлический сплав, металлическая паста или паста металлического сплава типа галистана, включающая в себя композиционный материал с металлической матрицей, который имеет соответствующий коэффициент теплового расширения. Например, материалом окруженной части первого элемента является алюминий, имеющий коэффициент линейного теплового расширения примерно 23×10^-6 на градус К при 20°С, а материалом окружающей части второго элемента является медь, имеющая коэффициент линейного расширения примерно 17×10^-6 на градус К при 20°С. Предпочтительно, разность в коэффициенте линейного расширения двух металлов больше 3×10^-6 на градус К при 20°С, более предпочтительно, больше 6×10^-6 на градус К при 20°С, чтобы дополнительно обеспечить плотный контакт между первым элементом и вторым элементом. Поверхности, предпочтительно, выполнены из металла, поскольку металлы являются сравнительно простыми в обработке, доступными и одновременно позволяют осуществлять электрический контакт между двумя элементами.

Как вариант, в качестве теплопроводного материала могут быть использованы неметаллические материалы, такие как силиконовый каучук, Coolpoly ®, карбид кремния, пропитанный кремнием, или этилен-пропилен-диен-терполимер (ethylene-propylene-diene terpolymer - EPDM), наполненный SiC, Al2O3 или BN.

Все теплопроводные материалы, предпочтительно, имеют теплопроводность, равную, по меньшей мере, 1 Вт/мК, чтобы обеспечить легкое охлаждение, более предпочтительно, теплопроводность в пределах от, по меньшей мере, 2,5 Вт/мК до 10 Вт/мК или даже выше, чтобы сделать их максимально пригодными для применений высокой мощности, в которых генерируется относительно много тепла.

В предпочтительном варианте осуществления, упомянутая окруженная часть первого элемента содержит сужающуюся внешнюю поверхность, а упомянутая окружающая часть второго элемента содержит соответствующую сужающуюся внутреннюю поверхность, причем эти поверхности контактируют друг с другом, когда элементы соединены вместе. Сужение означает, что размер поперечного сечения окруженной части первого элемента и окружающей части второго элемента уменьшается в направлении, в котором окруженную часть вставляют в окружающую часть.

Предпочтительно, обе поверхности имеют соответствующую коническую форму или форму усеченного конуса, так что оба элемента могут быть соединены вместе в любом поворотном положении относительно друг друга. В предпочтительном варианте осуществления, угол раствора двух сужающихся поверхностей относительно мал, так что обе части остаются одна внутри другой благодаря трению между сужающимися поверхностями обеих частей. Для этой цели угол раствора, предпочтительно, находится в пределах от 5° до 45°, более предпочтительно, от 10° до 15°. Угол раствора представляет собой максимальный угол между двумя прямыми линиями на сужающейся поверхности.

Нижняя часть может быть зафиксирована в патроне только посредством трения контактирующих поверхностей. Однако в предпочтительном варианте осуществления, предусмотрено разъемное фиксирующее средство для удерживания первого элемента и второго элемента в соединении друг с другом. Таким фиксирующим средством может быть байонетное соединение или соединение посредством винтовой резьбы, но в предпочтительном варианте осуществления, упомянутое разъемное фиксирующее средство представляет собой так называемое защелочное соединение, содержащее упругую деталь, прикрепленную к одному из элементов, каковая упругая деталь зацепляется за соответствующую деталь другого элемента, когда оба элемента соединены вместе. Данное соединение является простым соединительным средством, позволяющим двум элементам соединяться вместе в различных поворотных положениях относительно друг друга, когда поверхности двух частей являются коническими. Это упрощает операцию взаимного соединения двух элементов.

Предпочтительно, упомянутое разъемное фиксирующее средство содержит упругую деталь, прикрепленную к одному из элементов, предпочтительно, к первому элементу, и зацепляющуюся с соответствующей деталью другого элемента.

В предпочтительном варианте осуществления, первым элементом, содержащим окруженную часть, является светодиодная лампа, а вторым элементом, содержащим окружающую часть, является патрон для светодиодной лампы. Светодиодная лампа может содержать нижнюю часть, образующую цоколь, а патрон может содержать отверстие, соответствующее цоколю, так что цоколь может быть вставлен в отверстие патрона.

Помимо теплопроводного контакта между светодиодной лампой и патроном, существует также электропроводный контакт, чтобы снабжать электроэнергией светодиодную лампу. Электрические контактные детали могут быть выполнены как одно целое с теплопроводными контактными поверхностями, как в случае системы, описанной в US-A-2006/0050514. В предпочтительном варианте осуществления изобретения, светодиодная лампа содержит две электрические контактные детали, контактирующие с двумя соответствующими электрическими контактными деталями патрона, когда светодиодная лампа и патрон соединены друг с другом.

Изобретение также относится к светодиодной лампе, содержащей нижний элемент, содержащий металлическую внешнюю поверхность для осуществления контакта с соответствующей металлической внутренней поверхностью патрона, чтобы передавать тепло из светодиодной лампы в патрон, причем металлическая внешняя поверхность имеет сужающуюся форму, и размер поперечного сечения внешней поверхности уменьшается в направлении от светодиода, содержащегося в светодиодной лампе.

Изобретение также относится к патрону, содержащему металлическую внутреннюю поверхность для осуществления контакта с соответствующей металлической внешней поверхностью нижней части светодиодной лампы, причем металлическая внутренняя поверхность имеет сужающуюся форму, и размер поперечного сечения внутренней поверхности уменьшается в направлении, в котором светодиодная лампа должна вставляться в патрон.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Ниже изобретение будет дополнительно пояснено посредством описания варианта осуществления светодиодной лампы и патрона для светодиодной лампы, в котором сделаны ссылки на схематичные чертежи, в которых:

Фиг.1 представляет собой перспективный вид светодиодной лампы в ее патроне;

Фиг.2 представляет собой вид, в котором светодиодная лампа приподнята из патрона;

Фиг.3 представляет собой вид в разрезе цоколя светодиодной лампы и патрона;

Фиг.4 изображает цоколь, немного приподнятый из патрона;

Фиг.5 представляет собой вид цоколя в разрезе; и

Фиг.6 представляет собой вид патрона в разрезе.

Чертежи представляют собой схематичные изображения, только иллюстрирующие детали, которые способствуют пояснению описанного варианта осуществления.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТА ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

На фиг.1 и 2 показана светодиодная лампа 1 и патрон 2, являющийся держателем для светодиодной лампы 1. Светодиодная лампа 1 содержит светодиод 3 и нижнюю часть или цоколь 4. Цоколь 4 имеет коническую форму и выполнен из алюминия. Коническая внешняя поверхность цоколя 4 совмещается с соответствующей конической внутренней поверхностью 5 (см. фиг.2) патрона 2. Патрон выполнен из меди и содержит пластмассовое кольцо 6 с кольцевой канавкой 7. Коническая внешняя поверхность цоколя 4 контактирует с конической внутренней поверхностью 5 патрона 2, когда цоколь 4 вставлен в патрон 2. Когда цоколь 4 нагревается, расширение цоколя 4 больше, чем расширение патрона 2 вследствие разности коэффициентов теплового расширения материала цоколя 4 и материала патрона 2.

Светодиодная лампа 1 содержит два упругих элемента 8, которые способны взаимодействовать с канавкой 7 пластмассового кольца 6 патрона 2 таким образом, что цоколь 4 удерживается в патроне 2. На фиг.1 показана светодиодная лампа 1 в немного приподнятом положении относительно патрона 2, а на фиг.2 показана светодиодная лампа 1 в дополнительно приподнятом положении.

Фиг.3-5 представляют собой схематичные виды в разрезе цоколя 4 светодиодной лампы 1 и патрона 2. На фиг.3 показан цоколь 4, полностью вставленный в патрон 2, а на фиг.4 показано положение, в котором цоколь 4 немного приподнят из патрона 2, в соответствии с фиг.1. В верхней части цоколя 4 расположена металлическая деталь 9, содержащая два упругих элемента 8. Деталь 9 приварена к цоколю 9 и содержит на своей верхней стороне светодиода 3, который на фиг.3-5 не показан.

Контактные элементы для подачи электрического тока в LED на чертежах не показаны. Данные контактные элементы могут быть выполнены как одно целое с двумя упругими элементами 8 и с пластмассовым кольцом 6.

Патрон 2 может быть прикреплен к печатной плате посредством пайки или винтового соединения, так что нижняя металлическая поверхность патрона 2 контактирует с участком печатной платы, который способен поглощать тепло, генерируемое светодиодом. Тепло, генерируемое светодиодом, передается через цоколь 4 и материал патрона 2 в печатную плату.

Хотя изобретение проиллюстрировано на чертеже и в вышеприведенном описании, такая иллюстрация и описание должны рассматриваться как пояснительные или примерные, а не ограничивающие; при этом изобретение не ограничено раскрытым вариантом осуществления. Тот факт, что некоторые признаки указаны в разных зависимых пунктах формулы изобретения, не означает, что сочетание данных признаков не может быть эффективно использовано. Любые ссылочные позиции в формуле изобретения не должны толковаться как ограничивающие объем изобретения.

Реферат

Изобретение относится к системе для разъемного соединения. Система разъемного соединения первого элемента (1) со вторым элементом (2) включает первый элемент (1), содержащий часть (4), которая окружена частью (5) второго элемента (2). Упомянутые части (4, 5) содержат поверхности из теплопроводных материалов для осуществления контакта друг с другом, чтобы передавать тепло между двумя элементами (1, 2). Коэффициент теплового расширения материала окруженной части (4) первого элемента (1) больше, чем коэффициент теплового расширения материала окружающей части (5) второго элемента (2). Один из упомянутых элементов представляет собой светодиодную лампу, выполненную с возможностью разъемного соединения с печатной платой через другой из упомянутых элементов. Техническим результатом является создание контакта светодиодной лампы с металлической поверхностью патрона, обладающего высокой теплопроводностью. 3 н. и 8 з. п. ф-лы, 6 ил.

Формула