ОСВЕТИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО И ПАТРОН
LIGHTING DEVICE AND CARTRIDGE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к осветительному устройству и к патрону для приема осветительного устройства.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Светодиоды, LED, имеют широкий диапазон применения в области освещения. Поскольку светодиоды обладают преимуществом в том, что они обеспечивают яркий свет, являются относительно недорогими и потребляют очень мало энергии, становится все более популярным использование светодиодов в качестве альтернативы традиционным лампам накаливания. Более того, светодиоды обладают продолжительным сроком службы. В виде примера светодиодные лампы могут работать на протяжении 100000 часов, что в 20 раз больше срока службы лампы накаливания.
Однако даже несмотря на то, что светодиоды обладают продолжительным сроком службы, отдельные устройства могут не срабатывать или требовать ранней замены, или светодиодные лампы могут быть замещены по причинам, таким как модернизация или чередование разных светодиодных ламп.
Поэтому на рынок выпускаются удобные в обслуживании и интегрированные светодиодные модули с соответствующими патронами для целей общего освещения, что позволяет легко модернизировать и заменить светодиодные модули. Дополнительно модульная система для светодиодных устройств обеспечивает возможность использования светодиодных модулей от разных производителей.
В документе US 7703951 описан осветительный прибор, включающий в себя корпус, имеющий такую конфигурацию, чтобы быть углубленным в архитектурную поверхность, такую как потолок, стенка или софит, в новых или существующих сценариях конструирования, или иным образом располагаться за ними. Корпус прибора включает в себя патрон, предназначенный для облегчения одного или более из механического, электрического и термического соединения светоизлучающего модуля с корпусом прибора. Способность легко соединять и разъединять светоизлучающий модуль на основе светодиода с патроном, без удаления самого корпуса прибора, позволяет сразу сменить светодиодный модуль после поломки или заменить его на другой модуль, обладающий другими светоизлучающими характеристиками. Например, светодиодные модули могут быть замещены и модернизированы в конце своего срока службы, например, если потребуется другая цветовая температура, без необходимости в удалении отражателя или вскрытии потолка.
В документе ЕР 2284440 А1 описан соединитель для соединения компонентов, подобных, например, осветительному модулю, с радиатором. Это может быть осуществлено при помощи штыкового типа соединения. Соединитель расположен так, чтобы обеспечивать непосредственный термический контакт между компонентом и радиатором.
Могут быть интересны альтернативные конструкции светодиодных систем, содержащих патрон и светодиодный модуль, например такие, в которых обеспечивается более компактная светодиодная система. В более компактной светодиодной системе или в системе, где светодиодные устройства плотно упакованы, могут существовать высокие требования к свойствам рассеивания теплоты в системе, поскольку теплота, вырабатываемая светодиодом, должна эффективно рассеиваться для сохранения требуемых рабочих свойств светодиода. Соответственно может возникнуть необходимость в улучшенных светодиодных модулях и соответствующих патронах для обеспечения более компактных устройств и/или для улучшения рабочих характеристик.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задачей настоящего изобретения является обеспечение улучшенного осветительного устройства и патрона для разъемного соединения осветительного устройства с патроном надежным образом.
В соответствии с первым аспектом изобретения, эта и прочие задачи достигаются при помощи осветительного устройства, выполненного с возможностью механически и электрически присоединяться к патрону, при этом осветительное устройство содержит осветительный модуль, содержащий источник света, средство электрического контакта, электрически соединенное с источником света, и теплоотвод в тепловом контакте с источником света; и соединитель, вращающийся относительно осветительного модуля и содержащий средство фиксации соединителя для фиксации осветительного устройства в патроне при помощи взаимодействия с принимающим средством фиксации, содержащимся в патроне, когда осветительный модуль по оси вводится в патрон, и соединитель поворачивается относительно осветительного модуля и патрона, тем самым приводя средство электрического контакта в контакт с соответствующим принимающим контактным средством, содержащимся в патроне.
Под термином «вводится по оси» в настоящем контексте понимается в осевом направлении осветительного устройства и/или патрона. Осевое направление в данном контексте определяется как направление, по существу перпендикулярное радиусу по существу круглого поперечного сечения соединителя и/или патрона. В случае по существу цилиндрического осветительного устройства и/или патрона осевое направление соответствует нормали к плоскости кругового поперечного сечения осветительного устройства и/или патрона.
Электроника для управления источником света также может содержаться в осветительном модуле. Особенности регулирования могут, например, включать в себя регулирование силы света и/или цвета источника света. Регулирующая электроника и источник света могут, например, быть установлены на монтажную схему, расположенную на верхней поверхности осветительного модуля. Однако осветительное устройство может также включать в себя осветительный модуль, когда регулирующая электроника встроена в модуль. Осветительное устройство может дополнительно содержать отражатель для отражения света желаемым образом.
В данном контексте средство электрического контакта может, например, представлять собой электропроводящие соединительные шпильки для подачи энергии к источнику света. Более того, средство электрического контакта может также содержать контакты для регулирования и соединения с осветительным модулем. Однако средство электрического контакта может также содержать другие электрические контакты, такие как соединители или батарейные контакты.
Теплоотвод может представлять собой металлическую пластину, обеспечивающую хорошую теплопроводность для эффективной передачи тепла, создаваемого источником света. Однако могут быть использованы альтернативные конструкции теплоотвода и другие составы материалов, обеспечивающие достаточную теплопроводность, например металлические сплавы, теплостойкая эпоксидная смола, материалы на основе алмаза или других углеродов.
Осветительный модуль может также содержать направляющие приспособления для направления вращательного и осевого перемещения соединителя относительно осветительного модуля. Такие направляющие приспособления могут, например, представлять собой направляющие пазы, в которых могут перемещаться соответствующие штифты на соединителе.
Настоящее изобретение основано на реализации того, что путем ввода средства электрического контакта в осевом направлении во время фиксации осветительного устройства к патрону путем вращения соединителя относительно осветительного модуля и патрона пространство, требуемое для средства электрического контакта в осветительном устройстве и патроне, может быть уменьшено, поскольку в патроне не оставляется пространства для вращения средства электрического соединения. Принимающее контактное средство в патроне для приема средства электрического соединения в осевом направлении может быть меньше, чем соответствующее принимающее контактное средство для вращательного приема средства электрического соединения, таким образом обеспечивая более эффективное использование пространства в осветительном устройстве и патроне. В отличие от многих осветительных устройств предшествующего уровня техники, где как электрическое, так и механическое соединение достигалось при помощи вращательного движения осветительного устройства, осветительное устройство в соответствии с настоящим изобретением содержит соединитель, который способен вращаться относительно осветительного модуля, таким образом обеспечивая вращательную механическую фиксацию соединителя во время вертикального ввода средства электрического контакта и теплоотвода в патрон. Преимущество улучшенного использования пространства заключается в том, что больший участок площади поперечного сечения может быть занят теплоотводом, таким образом улучшая рассеивание теплоты от источника света. Альтернативно улучшенное использование пространства может быть использовано для снижения размера соединителя и патрона, в то же время поддерживая определенный уровень рассеивания теплоты. Более того, поскольку теплоотвод вертикально вводится в патрон, теплоотвод не обязательно должен иметь круговое поперечное сечение. Преимущество снятия этого ограничения заключается в том, что дополнительная гибкость появляется в конструкции теплоотвода для наилучших возможных свойств рассеивания теплоты. Дополнительно при помощи некругового теплоотвода теплоотвод и патрон могут иметь такую конструкцию, чтобы обеспечивать визуальное руководство о том, как установить осветительное устройство в патрон. Дополнительное преимущество осветительного устройства в соответствии с настоящим изобретением заключается в том, что осветительный модуль может быть легко заменен без необходимости замены всего осветительного устройства.
В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения, соединитель может дополнительно содержать пружинное средство, расположенное и выполненное с возможностью приложения механической силы к теплоотводу в осевом направлении, для того, чтобы сформировать тепловой контакт между теплоотводом и тепловым стоком (радиатором), содержащимся в патроне. Здесь соединитель является подвижным в осевом направлении относительно осветительного модуля, так что сила прикладывается в осевом направлении от соединителя к теплоотводу, в то время как соединитель вращательно крепится в патроне. Путем приложения механической силы к теплоотводу, который прижимается к радиатору, может быть улучшен термический переход, что улучшает рассеивание тепла от теплоотвода к радиатору. Более того, путем оборудования в соединителе пружинных приспособлений для того, чтобы сила прикладывалась непосредственно к теплоотводу в осевом направлении, в соединителе и патроне экономится дополнительное пространство, что обеспечивает возможность увеличить площадь поверхности теплоотвода. Пружинное средство может, например, включать в себя одну или несколько плоских пружин, соединенных с соединителем таким образом, чтобы механическая сила прикладывалась к теплоотводу в осевом направлении, когда соединитель вращается относительно осветительного модуля при фиксации осветительного устройства в патроне. Однако пружинное средство может также представлять собой, например, винтовые пружины или любые другие эластичные конструкции, осуществляющие задачу приложения силы к теплоотводу, когда осветительное устройство устанавливается в патрон. Пружинное средство предпочтительно расположено так, чтобы силы, создаваемые им, проходили короткую дистанцию через компоненты к неподвижным участкам патрона. Это значит, что оно должно быть помещено вблизи или на теплоотводе и близко к средству фиксации соединителя, которое передает силы от соединителя к патрону и далее к радиатору. Более того, пружинное средство может быть расположено между соединителем и осветительным модулем в направлении вращения так, чтобы сохранять их относительное вращательное положение в правильной начальной позиции для установки. Расположенное с возможностью вращения пружинное средство не должно прикладывать вращательную силу, большую, чем силы, удерживающие соединитель в патроне в установленном положении.
В соответствии с одним вариантом осуществления электрическое соединение между осветительным модулем и патроном может достигаться путем вращения соединителя и результирующего осевого перемещения средства электрического контакта так, чтобы электрическое соединение не создавалось, пока теплоотвод не войдет в тепловой контакт с радиатором, содержащимся в патроне. Поскольку соединитель и патрон имеют такую конфигурацию, что осветительный модуль устанавливается путем одновременного вращения и осевого перемещения, предотвращается слишком ранний электрический контакт. Если электрический контакт будет осуществлен до того, как осветительный модуль будет полностью установлен, тепловой контакт может еще не полностью сформироваться, таким образом, возникает риск ранней поломки осветительного модуля из-за плохого теплового контакта и, следовательно, малого рассеивания тепла от осветительного модуля.
В одном варианте осуществления источник света может предпочтительно представлять собой один или несколько светоизлучающих диодов (LED). Светодиоды могут предпочтительно быть выбраны среди прочих источников света, поскольку они являются экономичной альтернативой в результате низкого потребления энергии и продолжительного срока службы. Более того, поскольку светодиоды могут выполняться малогабаритными, общий размер осветительного прибора может быть уменьшен по сравнению с осветительными устройствами, в которых используются лампы накаливания в качестве источника света.
В одном варианте осуществления средство фиксации соединителя может предпочтительно представлять собой первую часть штыкового соединения. Штыковое соединение, обеспечивающее функцию «поворот и фиксация», может расцениваться как наиболее интуитивный способ фиксации осветительного устройства в патроне. Альтернативно могут быть использованы другие средства фиксации соединителя, например, винтовая резьба.
В соответствии со вторым аспектом изобретения, обеспечивается патрон для приема вышеуказанного осветительного устройства, при этом патрон содержит: кольцеобразный участок, принимающий средство фиксации, предназначенное для взаимодействия со средством фиксации соединителя для фиксации соединителя в патроне, принимающее контактное средство для приема в осевом направлении средства электрического контакта, и радиатор, предназначенный для формирования теплового контакта с теплоотводом. Принимающее контактное средство предназначено для приема средства электрического контакта осветительного модуля. Подобно осветительному модулю, принимающее контактное средство в патроне может иметь различную конфигурацию, например пазы для приема соединительных шпилек или другие соответствующие конструкции, предназначенные для формирования проводящего пути между источником света и патроном. Кольцеобразный участок может предпочтительно быть выполнен из электроизоляционного материала, такого как пластик или керамический материал.
Поскольку как рабочие характеристики, так и срок службы светодиода сильно зависят от температуры работы, важно обеспечить достаточное охлаждение источника света. Эффективное охлаждение может предпочтительно обеспечиваться при помощи радиатора, предназначенного для рассеивания теплоты, создаваемой источником света и передаваемой к радиатору через теплоотвод. Поэтому важно обеспечить хороший тепловой контакт на границе раздела между теплоотводом и радиатором. В частности, термическая поверхность раздела (термический переход) может предпочтительно содержать слой материала, предназначенный для улучшения термического контакта, материал термической поверхности раздела (TIM). Материал термической поверхности раздела может предпочтительно быть обеспечен в форме пасты, позволяющей сформировать термическую поверхность раздела вокруг неровностей поверхности, таких как загрязняющие частицы. Однако материал термической поверхности раздела может также представлять собой теплопроводящую ленту или любой другой материал, обеспечивающий высокую теплопроводность и хорошую термическую поверхность раздела и улучшающий легкость замены осветительного модуля. Дополнительное преимущество осветительного устройства в соответствии с настоящим изобретением заключается в том, что существует большая свобода в выборе материалов термической поверхности раздела по сравнению с теми, что могут быть использованы в патронах светодиодов штыкового типа, где теплоотвод вращается по мере приведения в контакт с радиатором. В частности, материал термической поверхности раздела, используемый в настоящем осветительном устройстве, не требует особой гильзы или иной адаптации для выдерживания вращательного движения под давлением.
Радиатор предпочтительно изготовлен из материала, обладающего высокой теплопроводностью, например, из металла. Также он предпочтительно может иметь конструкцию с одним или несколькими ребрами или фланцами для передачи тепла окружающему воздуху. Радиатор может также являться частью действующей системы охлаждения, в которой используется, например, вентилятор для циркуляции воздуха вокруг ребер радиатора.
В соответствии с одним вариантом осуществления кольцеобразный участок может быть механически присоединен к радиатору. Кольцеобразный участок может, например, быть оборудован отверстиями для прикручивания винтами к радиатору. Альтернативно кольцеобразный участок может защелкиваться или приклеиваться к радиатору или может быть составной частью радиатора.
В одном варианте осуществления кольцеобразный участок расположен вдоль периметра патрона. Более того, электрическое принимающее средство может быть расположено в кольцеобразном участке.
В соответствии с одним вариантом осуществления принимающее средство фиксации может предпочтительно представлять собой вторую часть штыкового соединения. Однако принимающее средство фиксации может альтернативно представлять собой винтовую резьбу для приема соответствующей винтовой резьбы соединителя или любые другие средства, взаимодействующие для обеспечения механического соединения.
Вышеуказанное осветительное устройство может предпочтительно быть установлено в патрон, комбинация, таким образом, формирует светильник. Патрон может быть предпочтительно соединен с источником энергии, таким как электрическая сеть, батарея или другой подходящий источник энергии.
Следует отметить, что изобретение относится ко всем возможным комбинациям признаков, перечисленных в формуле изобретения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Эти и прочие аспекты настоящего изобретения будут описаны ниже более подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи, изображающие вариант(ы) осуществления изобретения.
Фиг. 1 схематично изображает осветительное устройство в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 2а и 2b схематично изображают осветительное устройство в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения; и
Фиг. 3 схематично изображает участок осветительного устройства в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
Настоящее изобретение будет описано далее более подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показаны иллюстративные варианты осуществления изобретения. Однако изобретение может быть осуществлено во множестве различных форм и не должно рассматриваться как ограниченное вариантами осуществления, описанными здесь; наоборот, эти варианты осуществления приведены для полноты и завершенности описания и полностью передают объем изобретения специалисту в данной области техники. Одинаковые ссылочные позиции обозначают подобные элементы во всем документе.
В следующем подробном описании иллюстративные варианты осуществления осветительного устройства в соответствии с настоящим изобретением описаны, в основном, со ссылкой на фиг. 1, на которой изображено осветительное устройство, выполненное с возможностью механически и электрически присоединяться к патрону, и патрон, выполненный с возможностью приема осветительного устройства.
Фиг. 1 схематично изображает осветительное устройство 100, содержащее осветительный модуль 102 и соединитель 104, предназначенный для соединения с патроном 150, содержащим кольцеобразный участок 120 и радиатор 140. Осветительный модуль 120 содержит светодиодный источник 106 света, средство 108 электрического контакта в форме электропроводящих соединительных шпилек 108, соединенных со светодиодом 104, и теплоотвод 110, находящийся в термическом контакте со светодиодом 106. В настоящем примере электропроводящие соединительные шпильки 108 выполнены с возможностью контактировать с источником энергии. Слой материала термической поверхности раздела (TIM) 111 расположен на теплоотводе 110 на стороне, обращенной к радиатору 140. Радиатор 140 имеет ребра для эффективной передачи тепла от радиатора 140 к окружающему воздуху.
Осветительный модуль 102 дополнительно оборудован электроникой 112 для регулирования светодиода 104. Соединитель 104 имеет форму по существу цилиндрического корпуса, окружающего осветительный модуль 102. Направляющие шпильки 114 расположены снаружи по существу цилиндрического участка осветительного модуля 102 и предназначены для помещения в соответствующие направляющие пазы 116, расположенные на внутренней стороне соединителя 104. Альтернативно направляющие шпильки могут быть расположены на соединителе, в этом случае направляющие пазы выполнены на осветительном модуле. Направляющие шпильки 114 и направляющие пазы 116 поддерживают осветительный модуль и соединитель вместе, а также позволяют соединителю 104 вращаться и перемещаться в осевом направлении относительно осветительного модуля 102. Допускается лишь такая степень вращения и осевого перемещения, которая необходима для установки осветительного устройства 100 в патрон 150. Направляющие пазы 116 могут также иметь ребро для удержания направляющих шпилек 114 и, таким образом, соединителя 104 в правильном положении для установки в патрон 150. Более того, пружинное средство, здесь в форме плоских пружин 118, расположено на нижнем участке соединителя. Соединитель также оборудован крепежными шпильками 119, формирующими охватываемый участок штыкового соединения, для крепления осветительного устройства 100 к патрону 150.
Более того, кольцеобразный участок 120 патрона 150 оборудован принимающим контактным средством 122 в форме отверстий для осевого приема шпилек 108 соединителя. Патрон также имеет L-образные пазы 124, формирующие охватывающую часть штыкового соединения для крепления осветительного устройства 100 к патрону 150. Патрон 150 также обладает особенностями в форме отверстий 126 для привинчивания кольцеобразного участка 120 патрона 150 к радиатору 140.
Фиг. 2а и 2b изображают установку осветительного устройства 100 в патрон 150. Сначала осветительное устройство 100 по оси вводится в патрон 150. Форма отверстий в участке 120 в форме буртика патрона 150 соответствует форме теплоотвода 110, и соединительные шпильки 108, таким образом, правильно выровнены для осевого помещения в приемные контактные приспособления 122. Одновременно крепежные шпильки 119 помещаются по оси в L-образные пазы 124, совместно формируя штыковое соединение.
Затем вращательное движение соединителя 104 относительно патрона 150 и относительно осветительного модуля 102 замыкает штыковое соединение, одновременно перемещая соединитель 104 в осевом направлении относительно патрона 150 и осветительного модуля по направлению к радиатору 140. Когда соединитель 104 перемещается к радиатору 140, плоские пружины 118 в соединителе 104 прикладывают силу к теплоотводу 110 в осевом направлении, таким образом прижимая теплоотвод 110 к радиатору 140, формируя хороший термический контакт. Поскольку теплоотвод 110 присоединен к осветительному модулю 102, осветительный модуль также перемещается в осевом направлении относительно соединителя, это совмещенное вращение и осевое перемещение осветительного модуля относительно соединителя контролируется направляющими пазами 116 в соединителе и соответствующими направляющими шпильками 114 в осветительном модуле.
Фиг. 3 схематично изображает осветительный модуль 102, установленный в патрон, в котором пружинное средство 118 прикладывает силу в вертикальном направлении к теплоотводу 110, прижимая теплоотвод 110 к радиатору 140, таким образом формируя хороший термический контакт между теплоотводом 110 и радиатором 140.
Специалисту в данной области техники понятно, что настоящее изобретение ни в коей мере не ограничивается предпочтительными вариантами осуществления, описанными выше. Напротив, многие изменения, модификации и варианты допустимы в пределах прилагаемой формулы изобретения. Например, могут быть использованы другие твердотельные источники света, а не светодиоды, например, лазеры или лазерные диоды. Более того, соединитель может быть использован для любого электрического интерфейса, сети переменного тока, переменного тока низкого напряжения или постоянного тока. Дополнительно механическое соединение может быть осуществлено другими способами, например при помощи винтовой резьбы.
Дополнительно вариации описанных вариантов осуществлений понятны и могут быть выполнены специалистами в данной области техники при осуществлении на практике заявляемого изобретения, на основании чертежей, описания и прилагаемой формулы изобретения. В формуле изобретения термин «содержит» не исключает других элементов или этапов, и единственное число не исключает множества. Тот факт, что некоторые признаки перечислены в различных зависимых пунктах, не указывает на то, что комбинация этих признаков не может быть использована с выгодой.