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CN106814526B - 色轮装置 - Google Patents

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CN106814526B
CN106814526B CN201610398000.0A CN201610398000A CN106814526B CN 106814526 B CN106814526 B CN 106814526B CN 201610398000 A CN201610398000 A CN 201610398000A CN 106814526 B CN106814526 B CN 106814526B
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胡飞
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Appotronics Corp Ltd
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Abstract

本申请公开了一种色轮装置，其包括波长转换层、密封壳体、色轮模块和换热器。色轮模块用于提供气流从色轮腔体的进风口进入并从出风口排出的动力，从而形成气流从色轮腔体的进风口经出风口、热交换进口和热交换出口，再到进风口的循环风道。实施本发明的技术方案，色轮装置中形成了一个完整的散热用的循环风道，且该循环风道的驱动力是直接通过色轮腔体内的色轮模块来实现的，使得该色轮装置中的色轮模块能够与循环风道中的气流进行充分的热交换，从而能够及时的带走色轮模块工作时产生的热量，提高了色轮模块的工作效率，延长了色轮装置的使用寿命。

Description

色轮装置
技术领域
本申请涉及色轮装置，尤其是涉及一种大功率荧光色轮装置。
背景技术
色轮装置在激光光源照明、投影、光学照排以及光存储等领域中应用广泛。例如，在3DLP(Digital Light Procession)激光投影装置中，使用激光光源产生的激光激发荧光色轮来生成白光。随着光源输出光功率的提高，荧光色轮上的热功耗也随之上升。荧光粉受激发光的效率随温度升高而下降，当温度超过某临界点时，效率则快速下降。因此若色轮散热问题不能很好的解决，会影响投影装置的正常使用。
常见的3DLP激光投影装置的荧光色轮的散热装置如图1所示：该散热装置包括多个结构件组装而成的密封腔体101，密封腔体内形成有内风道，风向如106箭头所示或者相反亦可。色轮103安装在马达102上，马达102固定在腔体101内壁面。马达102驱动轴A1旋转，从而带动色轮103旋转，使得色轮腔体107内空气产生流动，从而与外界进行热交换。被加热的空气在风扇104的驱动下进入换热器腔体108，在换热器105内被冷却后沿风道返回色轮腔体107，完成一个吸热、放热循环。因此，常见的3DLP激光投影装置的荧光色轮的散热用的循环风道的风阻较大，必须使用大风量、高背压的风扇来驱动气流循环，且风扇设置在色轮腔体的外部，不能够及时的带走色轮工作时产生的热量，影响色轮的工作效率。
发明内容
本申请提供一种改进的色轮装置。
根据本申请的第一方面，本申请提供一种色轮装置，其包括：
波长转换层，用于经激发光照射并产生受激光；
密封壳体，所述密封壳体内形成有用于容纳所述波长转换层的色轮腔体，所述色轮腔体包括进风口和出风口，所述进风口位于色轮腔体的第一位置，所述第一位置与所述波长转换层相对，所述出风口位于色轮腔体的第二位置，所述第二位置与所述进风口的进风方向平行；
换热器，设置在所述密封壳体内并位于所述色轮腔体外，所述换热器包括热交换进口和热交换出口；
色轮模块，设置在所述色轮腔体内并承载所述波长转换层，用于提供气流从色轮腔体的进风口进入并从出风口排出的动力，从而形成气流从色轮腔体的进风口经出风口、热交换进口和热交换出口，再到进风口的循环风道。
本发明的色轮装置中，所述色轮模块包括：
散热板，所述波长转换层设置于所述散热板的受光面的端面上；
多个扇叶，设置于所述散热板背离受光面的端面上；
驱动装置，固定在所述密封壳体上，所述驱动装置的转轴与所述散热板相连并带动所述散热板及多个扇叶同步旋转。
本发明的色轮装置中，所述波长转换层与所述散热板之间还设置有基板，所述基板背离受光面的端面与所述散热板粘接或焊接，所述波长转换层设置于所述基板的受光面的端面上。
本发明的色轮装置中，所述多个扇叶沿所述散热板的径向延伸，所述多个扇叶呈环形均布。
本发明的色轮装置中，所述多个扇叶与所述散热板一体成型。
本发明的色轮装置中，所述散热板采用金属材质。
本发明的色轮装置中，所述散热板采用陶瓷材质制备，所述波长转换层通过烧结固定设置于所述散热板表面。
本发明的色轮装置中，所述色轮模块还包括盖体，所述盖体中部具有第一开口，边缘具有一个或多个第二开口，所述盖体位于所述波长转换层与所述换热器之间，并和密封壳体一起形成色轮腔体，所述第一开口对向所述散热板的中心轴部位，形成进风口，第二开口形成出风口。
本发明的色轮装置中，所述换热器表面还设有散热鳍片，所述散热鳍片延伸穿过所述密封壳体向外侧延伸。
本发明的色轮装置中，所述第一开口为圆形，所述散热板为圆形，所述第一开口直径小于所述散热板直径。
本发明的色轮装置中，所述换热器固定在密封壳体的内壁上或盖体上，所述换热器的热交换出口和热交换进口分别设置在所述换热器正对的两个外侧面上，且热交换出口紧临所述进风口。
本发明的色轮装置中，所述热交换进口和所述热交换出口限定的方向沿所述散热板的轴向一致，且所述热交换出口紧贴所述进风口。
本发明的色轮装置中，所述换热器有两个，两个换热器相互隔离地分别设置在所述进风口的两侧，且两个换热器的热交换进口相对设置。
本申请的有益效果是：气流从进风口处被吸入色轮腔体内，在色轮腔体内充分吸热后从出风口处甩出，甩出的气流至换热器中进行充分冷却后再次被吸入色轮腔体，即该色轮装置中形成了一个完整的散热用的循环风道，且该循环风道的驱动力是直接通过色轮腔体内的色轮模块来实现的，使得该色轮装置中的色轮模块能够与循环风道中的气流进行充分的热交换，从而能够及时的带走色轮模块工作时产生的热量，提高了色轮模块的工作效率，延长了色轮装置的使用寿命。
附图说明
图1为常见的3DLP激光投影装置的荧光色轮的散热装置的结构示意图；
图2为本申请一种实施例中的色轮装置的结构示意图；
图3为图2中的色轮模块的结构示意图；
图4A为图1中的色轮腔体的组装示意图；
图4B为图1中的色轮腔体的分解示意图；
图5为本申请另一种实施例中的色轮装置的结构示意图；
图6为图5中的色轮腔体的组装示意图；
图7为本申请又一种实施例中的色轮装置的结构示意图；
图8为图7中的换热器的结构示意图；其中，20、波长转换层；
21、密封壳体；
22、色轮腔体；221、进风口；222、出风口；
23、循环风道；231、第一风道；232、第二风道；
24、色轮模块；241、散热板；242、扇叶；243、驱动装置；244、基板；245、盖体；
25、换热器；251、热交换进口；252、热交换出口。
具体实施方式
下面通过具体实施方式结合附图对本申请作进一步详细说明。
图1至图8示出了本发明中的一种色轮装置，该色轮装置主要用于3DLP激光投影装置中，可以理解地，该色轮装置还可以用于其他常见的照明系统或者投影系统的发光装置中。
实施例一：
请参阅图2和图3，该色轮装置包括波长转换层20、密封壳体21、色轮模块24和换热器25。
该波长转换层20主要用于吸收激发光并产生受激光，波长转换层20包括波长转换材料。最常用的波长转换材料是荧光粉，例如钇铝石榴石(YAG)荧光粉，它可以吸收蓝光并受激产生黄色的受激光。波长转换材料还可能是量子点、荧光染料等具有波长转换能力的材料，并不限于荧光粉。在很多情况下，波长转换材料往往是粉末状或颗粒状的，难以直接形成波长转换材料层，此时就需要使用一种粘接剂把各个波长转换材料颗粒固定在一起，并形成特定的形状，如片层状。
该密封壳体21的主要作用是为波长转换层20及色轮模块24和换热器25等散热设备提供一个与外界隔离的密封腔，即密封壳体内形成有色轮腔体22，该色轮腔体22包括进风口221和出风口222，进风口221一般位于色轮腔体22的第一位置，该第一位置与波长转换层20相对，出风口222一般位于色轮腔体22的第二位置，该第二位置与进风口221的进风方向平行。如图2所示，本实施例中的进风口221可位于色轮腔体的中部，出风口222可位于色轮腔体的边缘。本发明实施例中，波长转换层20和色轮模块24容纳在色轮腔体22中，换热器25设置在色轮腔体22外部。该密封壳体21可以是由多个结构件拼接而成，也可以是采用注塑的工艺一体成型。
该色轮模块24设置在上述色轮腔体22内，该色轮模块24主要用于使该色轮腔体22外的气体从进风口221进入上述色轮腔体22内，再从出风口222排至上述色轮腔体22外，从而形成气流从色轮腔体22的进风口221经出风口222、热交换进口251和热交换出口252，再到进风口221的循环风道23。
具体地，参考图3，色轮模块24可包括散热板241、多个扇叶242和驱动装置243。驱动装置243一般可采用常见的微型马达或微型电机等。该多个扇叶242优选的与该散热板241一体成型。上述波长转换层20就设置于该散热板241的受光面上，而多个扇叶242设置于该散热板241背离受光面的端面上，驱动装置243固定在密封壳体21上，驱动装置243的转轴与散热板241相连并带动该散热板241及多个扇叶242同步旋转。散热板241与扇叶242都采用高导热率的材料，例如铝或铜等，还可以采用陶瓷材质，比如氮化铝，碳化硅，氧化铝等陶瓷等，工艺上可以采用散热板241与叶片242直接一体成型。将波长转换层20是直接涂敷烧结在散热板241上的。并且，激光辐照波长转换层20所产生的热量通过热传导传到散热板241及扇叶242上，从而极大地增加对流散热的换热面积。
当驱动装置243高速旋转时，色轮模块24相当于一个离心风扇，气体从进风口221被吸入色轮腔体22内，在色轮模块24的作用下加速加压，气体在色轮腔体22内与散热板241及扇叶242进行热交换被加热，再在色轮模块24的作用下从出风口222处被甩出色轮腔体22，从而带走色轮腔体22内激光辐照波长转换层20所产生的热量。
进一步地，上述波长转换层20与该散热板241之间还可以设置有基板244，该基板244背离受光面的端面与该散热板241粘接或焊接，该波长转换层20设置于该基板244的受光面上。该基板244主要用于承载上述波长转换层20并对产生的受激光进行反射。事实上，若在工艺可行的情况下，散热板241如能达到反射要求，将上述波长转换层20直接涂敷烧结在散热板241上为本实施例的优选的实施方案。即在散热板241反射率能够满足要求的前提下最好无需另设用于承载波长转换层20的基板244。
更进一步地，该多个扇叶242沿该散热板241的径向延伸，该多个扇叶242呈环形均布。通过扇叶2427可有效地增大散热板241的换热面积，将传递到散热板241上的热量更快地发散到色轮腔体22的内部的空气中，从而提高色轮腔体22的内部的热交换效率，提高散热效果，进而降低了上述波长转换层20的温度，提高色轮模块24的可靠性，延长了使用寿命。
其中，扇叶242可沿散热板241的径向呈直线延伸，但这样设置会使得散热板241在旋转时风阻增大，从而使得驱动散热板241的驱动装置243需要具有更大的驱动力。
为了降低风阻，优选的扇叶2427沿基板2443的径向里弧形延伸，进而有效地降低用于驱动基板2443旋转的驱动力。
该换热器25设置在上述密封壳体21内并位于上述色轮腔体22外，该换热器25包括热交换进口251和热交换出口252，该热交换进口251与上述出风口222相连通，该热交换出口252与上述进风口221相连通。则从色轮腔体22的出风口处被甩出的热气流会经过热交换进口251后进入换热器25内，并与换热器25中的冷媒进行热交换。冷却后的气流再次通过热交换出口252和进风口221被吸入色轮腔体22内。
需要说明的是，气流被色轮模块吸入色轮腔体冷却波长转换层之后被甩出色轮腔体22，换热器周向紧靠密封壳体和挡板，因此气流是经过出风口222和热交换进口251进入换热器25内进行换热，且换热后的气流也只能通过热交换出口252和进风口221被吸入色轮腔体22内。
参阅图4A和4B，该色轮模块24还包括盖体245，盖体245位于波长转换层20与换热器25之间，其外缘与密封壳体21固定连接。将色轮模块24与换热器25分隔开来，并与密封壳体一同形成色轮腔体22。盖体245中部具有第一开口，边缘具有一个或多个第二开口，该第一开口对向该散热板241的中心轴部位，形成进风口，第二开口形成出风口。即色轮腔体22的进风口221与散热板241的中心位置相对应，而色轮腔体22的出风口222仅设置有一个，并沿着波长转换层的径向设置，可以理解地，本实施例中的出风口222优选的垂直于散热板241所在平面设置。这样设计可以使得叶片242沿其径向甩出的气流直接径直的通过出风口222流向换热器25，使得色轮腔体22的出风口222处的风压高，形成较高的流速。
较佳的，盖体245中心处的第一开口优选的为圆形，即色轮腔体22的进风口221为圆形，并且进风口221的圆心在散热板241旋转轴线上。进风口221小于散热板241的直径。扇叶242甩出的高速气流在散热板241的边缘处会有少部分受散热板241的阻挡，向散热板241的轴向运动，形成扰流。该部分扰流受到散热板241边缘处轴向上设置的盖体245的阻挡，被大部分沿散热板241径向运动的气流裹挟由色轮腔体22的出风口222排除。这样就达到了消除扰流的效果，防止未经换热的扰流逆向流回换热器25，或对换热器25的热交换出口252流出的气流起到干扰作用，导致整个循环风道不稳定的问题。
进一步地，本实施例中，该换热器25固定在密封壳体21的内壁上或盖体上，该换热器25的热交换出口252和热交换进口251分别设置在该换热器25正对的两个外侧面上，且热交换出口252靠近该进风口221。该热交换进口251和该热交换出口252限定的方向沿该散热板241的轴向一致，且该热交换出口252紧临该进风口221。相应地，循环风道23还包括沿该密封壳体21的宽度方向延伸的第一风道231，以及沿该密封壳体21的高度方向延伸的第二风道232。
本实施例中，换热器25主要为空气-液体型换热器，在本申请其他实施例中，还可以采用空气-空气型换热器。即在换热器25的表面设置散热鳍片，散热鳍片端部穿过密封壳体21向外部伸展，再通过外部的强制对流设备将散热鳍片表面的热量带走，从而起到降温的效果。
实施例二：
请参阅图5和图6，本实施例中提供的色轮装置，其与实施例一提供的色轮装置相比，其大体结构和基本功能相同或类似，在此不再赘述。下面仅以二者的不同之处加以描述。
本实施例中，色轮腔体22的进风口221同样的与散热板241的中心位置相正对，而色轮腔体22的出风口222设置有多个，一般情况下，本实施例中的出风口222可沿该散热板241的外圆周方向均匀分布。这样设计的好处在于色轮腔体22的出风口222处的面积大，风量较大。
进一步地，本实施例中，换热器25的热交换进口251同样设置在该换热器25远离进风口221的外侧面上，换热器25的热交换出口252同样设置在该换热器25靠近进风口221的外侧面上。相应地，循环风道23包括沿该密封壳体21的宽度方向延伸的第一风道231，以及沿该密封壳体21的高度方向延伸的第二风道232。但实施例一中，循环风道23包括至少一条第一风道231，而本实施例中，循环风道23包括至少两条第一风道231。
实施例三：
请参阅图7和图8，本实施例中提供的色轮装置，其与实施例二提供的色轮装置相比，其大体结构和基本功能相同或类似，在此不再赘述。下面仅以二者的不同之处加以描述。
本实施例中，换热器25的结构发生了变化，该换热器25可以是中空矩形，也可以是如图8所示环状换热器25。即换热器25的中部可设置有环形开口，则换热器25的热交换进口251和热交换出口252的设置就发生了变化，具体如下：
换热器25的热交换出口252设置在环形开口靠近进风口221的外侧面上。如环形开口的设置在该换热器25的中部，则换热器25的热交换出口252的设置位置可与实施例二中的热交换出口252的设置位置保持一致。即该热交换出口252与该环形开口轴向相对应，该热交换出口252设置在该换热器25靠近该进风口221的外侧面上。而换热器25的热交换进口251可设置有多个，一般情况下，该热交换进口251可沿该环形开口的外圆周方向均匀分布。当换热器25为环状换热器25时，该热交换进口251可沿该环状换热器25的外圆周方向均匀分布。
另外，因该热交换进口251沿该环状换热器25的外圆周方向均匀分布，则该换热器25的一端可与密封壳体21的内侧壁贴合，使得循环风道23只包括沿该密封壳体21的宽度方向延伸的第一风道231。这样设计的好处在于使得该色轮装置宽度方向的尺寸更小，从而本实施例中的色轮装置的整体尺寸变小。
进一步地，该换热器25可有两个，两个换热器25相互隔离地分别设置在该进风口221的两侧，且两个换热器25的热交换进口251相对设置。
以上内容是结合具体的实施方式对本申请所作的进一步详细说明，不能认定本申请的具体实施只局限于这些说明。对于本申请所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。

Claims (8)

1.一种色轮装置，其特征在于，包括波长转换层、密封壳体、换热器以及色轮模块，其中：
所述色轮模块包括：散热板，所述波长转换层设置于所述散热板的受光面的端面上；多个扇叶，设置于所述散热板背离受光面的端面上，其中，所述多个扇叶与所述散热板一体成型；驱动装置，固定在所述密封壳体上，所述驱动装置的转轴与所述散热板相连并带动所述散热板及波长转换层和多个扇叶同步旋转；
所述密封壳体内通过设置盖体形成有用于容纳所述色轮模块的色轮腔体，所述色轮模块承载所述波长转换层，其中波长转换层用于经激发光照射并产生受激光，所述色轮腔体包括进风口和出风口；
换热器，固定在所述盖体上，所述换热器和所述色轮模块分别位于所述盖体两侧；所述盖体中部具有第一开口，所述盖体边缘与所述密封壳体固定连接形成周向分布的多个第二开口，所述第一开口构成所述色轮腔体的进风口，所述第二开口构成所述色轮腔体的出风口；
热交换进口和热交换出口分别设在所述换热器正对的两个端面，所述热交换出口紧邻所述第一开口，所述换热器和所述密封壳体之间形成风道，所述风道使所述热交换进口与多个所述第二开口相连；
所述换热器内部设有与所述热交换进口及所述热交换出口分别对应的进风通道及出风通道，所述进风通道与所述出风通道之间相互分隔设置；
所述色轮模块的旋转提供气流从第一开口进入，从多个所述第二开口排出的动力，从而形成气流从第一开口进色轮模块对色轮模块中的波长转换层进行散热，而后从多个第二开口排出，并通过所述风道流入热交换进口进行换热，然后从所述热交换出口进入第一开口。
2.根据权利要求1所述的色轮装置，其特征在于，所述波长转换层与所述散热板之间还设置有基板，所述基板背离受光面的端面与所述散热板粘接或焊接，所述波长转换层设置于所述基板的受光面的端面上。
3.根据权利要求1所述的色轮装置，其特征在于，所述多个扇叶沿所述散热板的径向延伸，所述多个扇叶呈环形均布。
4.根据权利要求1至3任一项所述的色轮装置，其特征在于，所述散热板采用金属材质。
5.根据权利要求1至3任一项所述的色轮装置，其特征在于，所述散热板采用陶瓷材质制备，所述波长转换层通过烧结固定设置于所述散热板表面。
6.根据权利要求1至3任一项所述的色轮装置，其特征在于，所述换热器表面还设有散热鳍片，所述散热鳍片延伸穿过所述密封壳体向外侧延伸。
7.根据权利要求1所述的色轮装置，其特征在于，所述第一开口为圆形，所述散热板为圆形，所述第一开口直径小于所述散热板直径。
8.根据权利要求1所述的色轮装置，其特征在于，所述换热器有两个，两个换热器相互隔离地分别设置在所述进风口的两侧，且两个换热器的热交换进口相对设置。
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