Универсальная светодиодная лампа - RU2267053C2

Чертежи

Показать все 16 чертежа(ей)

Описание

Заявленное изобретение относится к светосигнальному оборудованию и может найти применение в качестве световой сигнализации, в заградительном огне, опознавательном знаке или огне преимущественного проезда транспортного средства, в бакене, маяке и т.д. Предлагаемая лампа также может быть использована и как осветительное средство.

Известна светодиодная лампа, применяемая в качестве заградительного огня, содержащая корпус с защитным колпаком и установленные в нем светодиоды на держателях в виде нескольких усеченных пирамид. См., например, патент РФ N 2153623, МПК F 21 V 5/02 "Светосигнальный огонь кругового обзора", опубл. 27.07.2000 г. в Б.И. N 21.

Известная светодиодная лампа имеет недостатки, определяемые использованием держателя сложной конструкции. Это ведет к повышению стоимости устройства. Функциональные возможности лампы ограничены, т.к. она может быть применена только в качестве заградительного огня.

Более близким по технической сущности и принятым за прототип является светодиодная лампа, описанная в американском патенте N 5224773, МПК F 21 V 5/02 (НПК 362/227) "Lantern and lens for the same" (Сигнальный огонь для маяка), опубл. 06.07.1993 г. Известное устройство содержит корпус с защитным колпаком, платы со светодиодами, электрический коммутатор, преобразователь напряжения и контактные элементы.

Недостаток известной светодиодной лампы заключается в том, что она, так же как и прототип, имеет сложную конструкцию, относительно высокую стоимость. Оба известных устройства имеют ограниченное функциональное применение, т.к. предназначены для конкретных целей. Они несовместимы с применяемыми до настоящего времени источниками света в виде ламп накаливания, поскольку для их установки требуется специальный контактный разъем.

Целью данного изобретения является повышение функциональных возможностей устройства, снижение его стоимости, упрощение конструкции и обеспечение взаимозаменяемости предлагаемого и применяемых в настоящее время источников света.

Обеспечиваемый изобретением технический результат достигается за счет того, что в светодиодной лампе, содержащей корпус с защитным колпаком, платы со светодиодами, электрический коммутатор, преобразователь напряжения и контактные элементы, согласно предложению корпус выполнен в виде короба, на стенках которого имеются бортики, к которым крепится плата со светодиодами, электрическим коммутатором и преобразователем напряжения, поверхность платы со светодиодами разделена на зоны, зоны охвачены отражателями, образующие поверхностей отражателей описываются уравнениями второго порядка, кромки в основании отражателей прикреплены к плате по границам указанных зон.

В варианте технического решения зоны представляют собой поверхности, охватывающие выбранную точку платы в виде поясов, каждая внешняя граница внутреннего пояса является внутренней границей внешнего пояса.

В варианте технического решения внутренняя зона не содержит светодиодов.

В варианте технического решения плата выполнена симметричной, а периметры зон представляют собой концентрические круговые кольца.

В варианте технического решения отражатели с обеих сторон покрыты светоотражающим слоем.

В варианте технического решения отражатели выполнены из прозрачного материала и не имеют светоотражающего покрытия.

В варианте технического решения отражатели выполнены в виде осесимметричных усеченных пирамид, а оси симметрии зон совпадают с осями симметрии пирамид.

В варианте технического решения отражатели выполнены в виде усеченных осесимметричных конусов.

В варианте технического решения отражатели выполнены в виде одной детали, содержащей также подложку с отверстиями для светодиодов.

В варианте технического решения отражатели выполнены двухслойными из пружинящего материала, каждый слой состоит из лепестков, полученных путем разреза отражателей по образующим до высоты, совпадающей с высотой светодиодов. Разрезы одного слоя приходятся на центры лепестков другого слоя. Защитный колпак и корпус имеют резьбовое сочленение, причем корпус - короб выполнен в виде диска.

В варианте технического решения плата со светодиодами разделена на секторы и светодиоды каждого сектора снабжены своим выключателем, а электрический коммутатор выполнен в виде распределителя импульсов, связанного с соответствующим выключателем.

В варианте технического решения контактный элемент выполнен в виде цоколя традиционной лампы накаливания.

В варианте технического решения корпус - короб снабжен дополнительной платой со светодиодами, дополнительная плата прикреплена к основанию короба, причем светодиоды дополнительной платы также распределены на зоны и снабжены отражателями.

В варианте технического решения корпус - короб снабжен отражателем, выполненным в виде усеченного конуса с вогнутыми поверхностями. Основанием отражатель прикреплен к бортикам короба, на вершине конуса установлена плата, с обеих сторон которой расположены светодиоды.

В варианте технического решения светодиоды каждого сектора имеют различную цветность излучения.

В варианте технического решения в лампе установлены светодиоды с инфракрасным спектром излучения.

В варианте технического решения защитный колпак снабжен линзами.

В варианте технического решения поверхность защитного колпака снабжена диффузно рассеивающим слоем, например, изготовлена из оптически прозрачного неокрашенного или окрашенного в соответствующий цвет диффузно-рассеивающего материала.

Использование корпуса универсальной светодиодной лампы в виде короба позволяет упростить конструкцию и монтаж световых приборов. При этом распределение светового потока в пространстве может быть несимметричным, в зависимости от предлагаемой системы отражателей и величины зон.

Использование отражателей с различной конфигурацией поверхностей, дает возможность распределять световой поток в пространстве в различных пропорциях, в зависимости от необходимости.

Отсутствие светодиодов во внутренней зоне позволяет частично перераспределить световой поток из верхней полусферы в стороны.

В варианте технического решения, когда отражатели с обеих сторон покрыты светоотражающим слоем, световой поток распределен в пространстве в зависимости от конфигурации отражателей и силы света светодиодов, расположенных в соответствующих зонах.

Если отражатели выполнены из прозрачного материала и не имеют светоотражающего покрытия, то характер распределения светового потока зависит от материала из которого выполнены отражатели. Материал и форма поверхности отражателей определяет коэффициент преломления, отражения и пропускания светового потока. Такая лампа может иметь самые различные характеристики светораспределения.

В варианте, когда отражатели выполнены в виде усеченных пирамид световой поток распределяется в стороны неравномерно, что может быть использовано для декоративных целей.

В варианте, когда отражатели выполнены в виде усеченных конусов, световой поток распределяется по окружности равномерно, что важно для использования лампы в качестве осветительного средства.

Конструктивное исполнение, когда отражатели выполнены в виде одной детали с подложкой, в которой имеются отверстия для светодиодов, упрощает технологию изготовления предлагаемой универсальной лампы.

В варианте, когда отражатели выполнены двухслойными из пружинящего материала и каждый слой состоит из лепестков, полученных путем разреза отражателей по образующим, а разрезы одного слоя приходятся на центры лепестков другого слоя, удается обеспечить регулирование распределения светового потока за счет изменения положения колпака по отношению к корпусу.

Распределение светодиодов платы на секторы, в которых светодиоды снабжены своим выключателем, позволяет включать источники света в определенной последовательности. Такое решение может быть полезным при использовании светосигнального устройства в качестве, например, опознавательного огня транспортного средства.

Применение контактных элементов в предлагаемой лампе в виде цоколя традиционной лампы накаливания, упрощает замену традиционных ламп.

Наличие дополнительных светодиодов с отражателями, установленными с противоположной поверхности корпуса, дает возможность распределять световой поток и в нижнюю полусферу.

Установка дополнительного отражателя в виде усеченного конуса позволит направить световой поток в одну полусферу, увеличив его за счет дополнительных светодиодов, расположенных на нижней плате. Такое исполнение удобно для применения в заградительных огнях, бакенах и т.д.

Коробчатая конструкция корпуса дает возможность разместить в его полости всю требуемую систему управления и преобразования напряжения.

Применение светодиодов каждого сектора с различной цветностью излучения расширяет возможности применения лампы.

Наличие в лампе светодиодов с инфракрасным спектром излучения позволяет использовать ее в качестве маркера, заметного только для наблюдателей, имеющих специальные средства видения.

Наличие линз в защитном колпаке позволяет перераспределять световой поток лампы.

Диффузно рассеивающий слой на поверхности защитного колпака дает возможность обеспечить равномерность распределения светового потока в пространстве.

Предлагаемая универсальная светодиодная лампа иллюстрируется 17-ю фигурами.

На фиг.1 показана плата со светодиодами (вид сверху).

На фиг.2 изображена конструкция лампы (вид сбоку).

На фиг.3 представлена прямоугольная плата со светодиодами (вид сверху).

На фиг.4 изображена прямоугольная плата (вид сверху) с примыкающими друг к другу зонами.

На фиг.5 представлена плата с отличным от фиг.4 расположением зон со светодиодами.

На фиг.6 представлен вид платы, в которой имеется пять примыкающих друг к другу зон.

На фиг.7 дан вид лампы с круглой платой и симметричным расположением групп светодиодов и отражателей относительно оси симметрии.

На фиг.8 показано расположение одного из отражателей, выполненного в виде усеченного конуса, разрезанного по образующим, при поднятом вверх защитном колпаке (вид сверху).

На фиг.9 представлена конструкция лампы с опущенным вниз защитным колпаком (вид сбоку).

На фиг.10 имеется вид одного из отражателей прижатого защитным колпаком (вид сверху).

На фиг.11 дан вид одного из отражателей, выполненных в виде усеченных пирамид (вид сбоку).

На фиг.12 показана вторая проекция пирамидного отражателя.

На фиг.13 дана конструкция отражателей, выполненных в виде единой детали с подложкой.

На фиг.14 изображен защитный колпак с осесимметричными линзами на его поверхности.

На фиг.15 представлена лампа, на которой светодиоды расположены с двух сторон корпуса.

На фиг.16 представлена лампа с дополнительным отражателем.

На фиг.17 имеется принципиальная электрическая схема включения светодиодов.

Общие для всех фигур элементы обозначены одинаково.

Универсальная светодиодная лампа устроена следующим образом. На плате 1 установлены светодиоды 2 (фиг.1). Поверхность платы со светодиодами распределена на зоны 2а, 2б, 2в и 2г, различные по периметрам (на фиг. не обозначены), охватывающие выбранную точку 2д. Зоны выполнены в виде поясов. Внешняя граница каждой внутренней зоны, т.е. зоны с меньшим периметром, является внутренней границей охватывающей ее зоны, т.е. зоны с большим периметром. Так, зона 2г находится внутри зоны 2в, зона 2в, в свою очередь, находится внутри зон 2б, а зона 2б оказывается внутри зоны 2а. Зона 2г не имеет светодиодов. Границы зон определяются кромками, лежащими в основании (нижние кромки) отражателей 3, 4, 5 (фиг.1, 2, 3). Плата 1, в свою очередь, прикреплена, например, с помощью клея к корпусу 6, выполненному в виде короба. Корпус - короб 6 состоит из стенок 7 основания 8 и монтажных бортиков 9, на которые и опирается плата 1. Поверхность короба 6, так же как и платы, может иметь различные формы, например быть овальной, как на фиг.1, прямоугольной (фиг.3) или любой другой. Материалом короба может служить пластмасса или металл. Зоны со светодиодами охвачены отражателями 3, 4, 5 с поверхностями, с двух сторон покрытыми светоотражающим слоем (на фиг. не обозначено). Образующие поверхностей отражателей описываются уравнениями второго порядка.

Отражатель 5 охватывает зону 2а. Отражатель 4 охватывает зону 2б, отражатель 3 охватывает зону 2в. При этом отражатель 5 охватывает отражатель 4, а отражатель 3 охвачен отражателем 4. Иными словами, отражатели зон, имеющих больший периметр, охватывают отражатели зон с меньшим периметром. Форма поверхностей отражателей зависит от требуемого характера светораспределения и задается экспериментально или рассчитывается на компьютере. Вся конструкция покрыта прозрачным защитным колпаком 10, при этом внешние (верхние) кромки отражателей 3-5 располагаются вблизи внутренней поверхности защитного колпака 10. На внутренней поверхности платы установлены коммутаторы 11, распределитель импульсов 12 и блок преобразования напряжения 13. Указанные элементы оказываются помещенными внутри коробчатого корпуса 6. Корпус - короб снабжен также монтажными буртиками 14 с отверстиями 15 для крепежа к несущей поверхности.

Конструктивно зоны со светодиодами на плате могут примыкать друг к другу и охватывать разные по площади поверхности, как это показано на фиг.4, 5, где зона 2а соседствует с зонами 2б и 2в, а зона 2г имеет общие границы с зонами 2б и 2в. В то же время зона 2а и зона 2г частично также имеют общую границу. По границам зон расположены нижние кромки отражателей 16, 17, 18 и 19. Верхние кромки отражателей проходят также вблизи внутренних стенок колпака, либо в области его крышки. Как видно из фиг.4, 5, отражатель 16 охватывает зону 2а, отражатель 17 охватывает зону 2б, отражатель 18 охватывает зону 2в и отражатель 19 охватывает зону 2г.

В частности, плата может иметь внутреннюю зону 20, которая находится в окружении охватывающих ее зон 2а, 2б, 2в и 2г (фиг.6) и может иметь или не иметь светодиоды. Нижние кромки отражателей 16, 17, 18 и 19 также проходят по границам зон. Верхние кромки отражателей также проходят вблизи внутренней поверхности защитного колпака 10.

В варианте технического решения поверхности отражателей не имеют светоотражающего слоя и выполнены из прозрачного материала.

В варианте технического решения плата 1 выполнена в виде круглой осесимметричной пластины (фиг.7), корпус - короб 6 выполнен в виде плоского диска. Границы зон представляют собой концентрические окружности, а отражатели 3, 4, 5 и 21 выполнены в виде усеченных конусов с вогнутыми поверхностями. В этой фигуре также добавлен отражатель 21, который, являясь периферийным, охватывает отражатель 5. Форма поверхности отражателей зависит от требуемого характера светораспределения. Колпак 10 соединен с корпусом 6 с помощью резьбового сочленения 22. Внешние кромки отражателей 3-5 и 21 соприкасаются с внутренней поверхностью колпака 10. Внутренние кромки отражателей прикреплены к плате 1. Основание 8 корпуса 6 содержит контактные элементы 23, выполненные в виде цоколя лампы накаливания. В варианте технического решения отражатель 3 отсутствует. В варианте технического решения все отражатели 4, 5 и 21, а также отражатель 3 (если он имеется) выполнены двухслойными, т.е. состоящими из слоев соответственно 3 и 3а, 4 и 4а, 5 и 5а, 21 и 21а (фиг.7) из пружинящего материала. Каждый слой состоит из лепестков (на фиг. не обозначены), полученных путем разреза отражателя по образующим от внешней кромки до высоты, совпадающей с высотой светодиодов. Разрезы одного слоя отражателей приходятся на центры лепестков другого слоя. При этом положение лепестков отражателей зависит от положения защитного колпака 10, который, соприкасаясь с внешними их кромками, прижимает отражатели. Так, на фиг.8 показано состояние лепестков на примере отражателя 4, 4а при поднятом вверх (отвинченном) колпаке 10. Фиг.9 и 10 дают представление о положении отражателей и их лепестков также на примере отражателя 4, 4а, при завинченном колпаке 10 (соответственно вид сбоку и сверху). Аналогично фиг.9 и 10 будут выглядеть и остальные отражатели при соответствующем положении колпака.

В варианте технического решения отражатели 3-5 и 21 выполнены в виде пирамид с вогнутыми гранями (фиг.11, 12). Пирамидоидальные отражатели также могут быть выполнены двухслойными. При этом разрезы на лепестки проходят по ребрам пирамид, и разрезы одного слоя совпадают с гранями другого слоя. Для определенных условий светораспределения грани пирамид могут быть выполнены выгнутыми или быть плоскими.

В варианте технического решения отражатели 3, 4, 5 и 21 выполнены в виде одной детали (фиг.13), содержащей также подложку 24 с отверстиями 25 для светодиодов. Форма отражателей, так же как и форма детали, зависит от требований к светораспределению лампы и определяется конструкцией платы и расположением зон на ней.

В варианте технического решения защитный колпак 10 снабжен осесимметричными линзами 26 (фиг.14), опоясывающими внешнюю поверхность колпака.

В варианте технического решения корпус - короб 6 снабжен дополнительными светодиодами 27, установленными на второй плате 28. Плата 28 установлена с противоположной поверхности корпуса 6, т.е. на его основании 8 (фиг.15), так, чтобы световой поток от светодиодов 27 был направлен в сторону, противоположную корпусу, причем дополнительные светодиоды также распределены на зоны и снабжены отражателями 29 и 30, аналогичными основным светодиодам 2 и отражателям 3, 4, 5 и 21. Для подведения питания к светодиодам 26 в основании 8 корпуса - короба 6 проделаны отверстия (на фиг. не показаны).

В варианте технического решения лампа снабжена специальным отражателем 31 (фиг.16), выполненным в виде усеченного конуса с вогнутыми поверхностями, покрытыми светоотражающим слоем (на фиг. не показан). Основанием конусный отражатель 31 прикреплен к верхней поверхности корпуса - короба 6, т.е. на монтажных бортиках 9. В верхней части отражателя параллельно основанию установлена двухсторонняя плата 32, с двух сторон которой находятся светодиоды 2 и 27. Лампа также снабжена защитным колпаком 10 и контактными элементами 23, как у лампы накаливания.

В варианте технического решения отражатели во всех приведенных конструкциях ламп выполнены из прозрачного материала и не имеют светоотражающего покрытия. Материал и форма поверхности отражателей определяет коэффициент преломления, отражения и пропускания светового потока и процентную составляющую отраженного, преломленного и прошедшего сквозь слой светоотражателя светового потока.

В варианте технического решения все светодиоды распределены на секторы (на фиг. не показано) и светодиоды каждого сектора имеют одинаковую или различную цветность излучения. Центральные углы секторов могут быть неодинаковыми. Число секторов определяется функциональными особенностями применения лампы. Применительно к фиг.4, 5 и 6 эти секторы совпадают с соответствующими зонами.

В варианте технического решения в лампе установлены светодиоды с инфракрасным спектром излучения.

В варианте технического решения поверхность защитного колпака снабжена диффузно рассеивающим слоем, например, изготовлена из оптически прозрачного неокрашенного или окрашенного в соответствующий цвет диффузно-рассеивающего материала (на фиг. не показано).

Электрически светодиоды 2 и 27 каждого сектора соединены по параллельно-последовательной схеме (фиг.17) и получают питание от источника через коммутаторы соответственно 11а, 11б, 11в и 11г. Количество секторов и, соответственно, коммутаторов может быть и больше или меньше четырех. В свою очередь, коммутаторы 11а -11г получают сигналы от распределителя импульсов 12, который работает по жесткой программе от встроенного микропроцессора (на фиг. не обозначен). На входе схемы имеется блок - преобразователь 13 напряжения переменного тока в постоянный. Выходное напряжение согласовано с соответствующим напряжением питания светодиодов. В цепи питания преобразователя напряжения имеется также общий выключатель 33. Общий выключатель 34 может быть установлен в цепи постоянного тока (для вариантов, когда используется внешний преобразователь напряжения, т.е. не встроенный в лампу).

Универсальная светодиодная лампа действует следующим образом. Для установки светодиодной лампы с цоколем, выполненным наподобие лампы накаливания (фиг.7, 9, 15, 16), достаточно вывернуть обычную лампу и ввернуть в патрон предлагаемую светодиодную лампу снова. При подаче питания, в зависимости от программы, распределитель импульсов 12 (фиг.17) подает команды на соответствующие коммутаторы 11а -11г. Коммутаторы включают светодиоды того или иного сектора. При этом световой поток импульсно распределяется в различных направлениях. Такой режим работы характерен, например, для специальных светосигнальных огней, для милицейских машин, уборочных машин и т.д. Цвет излучения в различных направлениях при необходимости можно изменять установкой в секторах светодиодов с различным спектром излучения. Лампа может работать и в непрерывном режиме. В этом варианте она используется как обычный светильник. Если отражатели 4, 5 и 21 (фиг.4, 6) выполнены в виде усеченных конусов, то обеспечивается распределение светового потока в пространстве в одной полусфере, близкое к равномерному. Если световой поток по осевой линии не требуется (заградительный огонь, маяк и т.д.), то применим вариант, в котором установлен отражатель 3 (фиг.1, 2, 3, 4, 5).

В вариантах, когда корпус 6 и защитный колпак 10 выполнены с резьбовым сочленением (фиг.7-10), возможно оперативное регулирование распределения светового потока в пространстве путем изменения положения защитного колпака 10. При завинчивании колпака 10 лепестки отражателей 3-5 и 21 деформируются и изменяют направления световых потоков.

Если (фиг.1, 2, 3) зоны 2а, 2б, 2в и 2г смещены относительно оси симметрии платы, то световой поток распределен в стороны неравномерно, что может быть полезным в некоторых светильниках, например настенных.

В вариантах согласно фиг.4, 5, 6 распределение светового потока в стороны зависит от числа светодиодов в зоне (секторе), конфигурации отражателей и поверхности соответствующих зон.

При использовании отражателей в виде усеченных пирамид (фиг.11, 12) создается световой поток, распределенный неравномерно, что может быть использовано в некоторых типах светильников и в рекламе. При этом характер распределения светового потока зависит также и от того, как выполнены грани пирамидоидальных отражателей: вогнутые они, выпуклые или плоские.

Технология изготовления лампы значительно упрощается, если использован комплект отражателей, выполненных в виде единой детали (фиг.13). Сборка лампы, замена типа отражателей включает в себя всего несколько простых операций - снятие колпака, установка отражателя и установка колпака. Упрощается и замена одного типа отражателей на другой.

Если применен защитный колпак с осесимметричными линзами 26 (фиг.14), то световой поток будет распределяться в пространстве неравномерно, в соответствии с установленными линзами. Такая лампа может быть применена, например, в бакенах, заградительных огнях и т.д.

Лампа согласно фиг.15 с распределением светового потока, близкого к круглосимметричному, может быть предложена взамен обычной лампы накаливания.

Лампа согласно фиг.16 также может найти применение в качестве заградительного огня, для бакенов и т.д. Световой поток в ней направлен в одну полусферу, причем сила света увеличивается за счет специального отражателя 31 и светодиодов 27.

Наличие колпака 10, выполняющего функции рассеивателя, с диффузно-рассеивающим слоем, создает результирующий световой поток, распространенный в пространстве относительно равномерно.

Применение светодиодов с инфракрасным спектром излучения полезно для скрытного освещения и маркировки объектов (видимого при наличии соответствующих приборов ночного виденья).

Световой поток зависит от числа светодиодов и силы света, создаваемой каждым из них. При необходимости световой поток в разных полусферах может изменяться по желанию потребителя за счет соответствующего подбора светодиодов и изменением положения зон на платах.

Таким образом, предлагаемая универсальная светодиодная лампа может найти применение в различных областях светотехники. Конструкция формируется из стандартных деталей, что определяет простоту изготовления и небольшую стоимость. Конструкция рассчитана на резкие колебания температуры внешней среды. Наличие цоколя, аналогичного применяемым лампам накаливания, способствует простому переходу на новый тип ламп.

Если отражатели выполнены из прозрачного материала и не имеют светоотражающего покрытия, то характер распределения светового потока зависит от материала, из которого выполнены отражатели. Такая лампа может иметь самые различные характеристики светораспределения и также может найти широкое применение в тех или иных осветительных приборах.

Технические достоинства изобретения:

1. Снижена стоимость светодиодной лампы.

2. Повышены функциональные возможности лампы.

3. Повышена надежность при колебаниях внешней температуры.

4. Обеспечена взаимозаменяемость источников света.

Реферат

Изобретение относится к осветительному и светосигнальному оборудованию и может найти применение в качестве средства освещения, пространственной световой сигнализации в заградительном огне, в бакене, маяке и т.д. Универсальная светодиодная лампа содержит корпус с защитным колпаком, плату со светодиодами, электрический коммутатор, преобразователь напряжения и контактные элементы. Корпус состоит из стенок, основания и монтажных бортиков. К монтажным бортикам крепится плата со светодиодами, электрическим коммутатором и преобразователем напряжения. Поверхность платы со светодиодами разделена на зоны, различные по периметрам, зоны охвачены отражателями, образующие поверхностей отражателей описываются уравнениями второго порядка, и кромки в основании отражателей прикреплены к плате по границам указанных зон. Технический результат - повышение надежности работы лампы при колебаниях температуры и ремонтопригодности. 17 з.п. ф-лы, 17 ил.

Формула