ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЛАМПА
ELECTRIC LAMP

Область изобретения
Изобретение относится к электрической лампе, содержащей:
- цоколь для установки лампы вдоль направления вставки в патрон лампы;
- колбу лампы, установленную на цоколе, в которой расположен по меньшей мере один полупроводниковый источник света,
- средства охлаждения для охлаждения лампы во время работы, причем средства охлаждения содержат по меньшей мере два обращенных друг к другу ребра охлаждения, которые разделены по меньшей мере одним промежутком.
Предпосылки изобретения
Подобная электрическая лампа известна из WO2008154172. В известной лампе полупроводниковый источник света, т.е. множество светоизлучающих диодов (СИД), устанавливается на одном из ребер охлаждения. Как источник света, так и ребра охлаждения расположены в колбе лампы, причем колба лампы имеет оболочку лампы с формой, соответствующей колбе лампы простого обычного источника света (ОИС) на основе накаливания. Известная лампа имеет недостаток в том, что охлаждение СИД неэффективно, так как ребра охлаждения расположены в полностью замкнутой оболочке лампы. Когда наполнитель лампы нагрелся теплом, генерируемым СИД внутри лампы, перенос тепла изнутри лампы наружу должен был происходить через оболочку лампы, причем упомянутая оболочка обычно не является хорошим проводником тепла. В известной лампе для усиления теплового потока от СИД в окружающую атмосферу, лампа снабжена проводником тепла внутри оболочки, что служит причиной того, что лампа имеет относительно сложную конструкцию. В известной лампе оболочка заполнена жидкостью или гелем, чтобы нейтрализовать вредное влияние оболочки на теплопроводность, но это приводит к тому, что лампа имеет дополнительный недостаток в том, что она относительно тяжелая. Более того, так как тепло все еще должно быть передано через относительно плохо проводящую тепло стенку оболочки, известная лампа все еще имеет относительно высокую температуру внутри колбы, что служит причиной того, что лампа имеет относительно низкую эффективность, так как работа СИД при более высоких температурах относительно неэффективна.
Сущность изобретения
Задачей изобретения является нейтрализация по меньшей мере одного из недостатков известной электрической лампы. Чтобы этого достичь, электрическая лампа, как описано во вступительном абзаце, имеет дополнительные признаки:
упомянутый промежуток является открытым, причем промежуток разделяет колбу лампы на по меньшей мере две различимые части колбы,
ось лампы проходит вдоль направления вставки через центральный конец цоколя, через упомянутый промежуток и через (воображаемую) центральную верхушку колбы, наиболее удаленную от цоколя,
причем лампа содержит перераспределяющую свет светопропускающую стенку для перераспределения света, исходящего от источника света, так чтобы получать желаемое распределение света во время работы лампы.
Термин «открытый промежуток» здесь означает, что промежуток открыт окружающей среде для обеспечения возможности обмена окружающего воздуха с конвекционным/свободно проходящим воздухом, присутствующим в промежутке, в результате тепла, сгенерированного источником(ами) света во время работы. Особенность оси лампы, проходящей через открытый промежуток, служит причиной того, что открытый промежуток имеет относительно большой размер и, таким образом, проходит через относительно большую долю колбы лампы. Следовательно, охлаждающая способность ребер охлаждения улучшается. Термин «различимый отсек колбы» здесь означает, что колба лампы разделена на части колбы, причем части колбы могут быть взаимно разделенными закрытыми отсеками или взаимно разделенными отсеками, которые открыты наружу, или взаимно разделенными отсеками, которые взаимно соединены посредством каналов. Из-за промежутка изменяется распределение света (характеристики пучка) лампы. Перераспределяющая свет светопропускающая стенка для перераспределения света, имеющего начальное распределение света и исходящего от источника света, так чтобы получать желаемое распределение света во время работы лампы, может исправить этот эффект. Упомянутая перераспределяющая свет светопропускающая стенка может различаться для каждого соответствующего различимого отсека, таким образом, служит причиной того, что лампа является относительно гибкой при реализации желаемого распределения света. Перераспределяющая светопропускающая стенка способна модифицировать начальное распределение света в различные другие распределения света, например, в два раза более узкий пучок или по существу однородное, практически всенаправленное распределение света. Распределение света с в два раза более узким пучком является примером распределения света точечного светильника, например, с двумя относительно узкими круглыми пучками, излучаемыми в двух противоположных направлениях, например, под углом 160-200 градусов относительно друг друга, причем каждый имеет ширину пучка с углом при вершине примерно 30 градусов. Однородное всенаправленное распределение света означает, что в дальней зоне, т.е. на относительно больших расстояниях от электрической лампы, например, по меньшей мере 50 см, измеренная интенсивность света является практически однородной. Например, максимальная и минимальная измеренная интенсивность света различается самое большее на 35% в пределах пространственного угла в примерно 300 градусов вокруг колбы лампы, таким образом, являясь примерно тем же, что и распределение света, генерируемое стандартным ОИС. Предусмотрены другие распределения света, например, два противоположно направленных вытянутых пучка, или распределение света в соответствии с простым прожекторным светом, т.е. однородное распределение света в пределах пространственного угла от примерно 160 до 180 градусов. Ребра охлаждения, обращенные друг к другу, включают в себя ребра охлаждения, которые могут быть расположены в слегка смещенном и/или наклоненном положении относительно друг друга.
Упомянутые желаемые распределения света являются получаемыми посредством различных средств, обеспеченных на или присутствующих в или на распределяющей свет стенке. Поэтому в одном варианте осуществления, предпочтительно, упомянутая стенка содержит по меньшей мере один признак, выбранный из группы, состоящей из:
- (удаленного) люминофора;
- отражающего средства;
- рассеивающего средства;
- формы, существенно отличающейся от части сферы.
Упомянутый (удаленный) люминофор придает лампе преимущество, которое заключается в том, что он является как рассеивателем, так и средством изменения спектра света, излучаемого источниками света. Люминофор, например, является поглощающим ультрафиолетовое и/или синее и излучающим впоследствии зеленое, желтое, оранжевое или красное излучения поликристаллическим порошком или стеклянным материалом. Упомянутое отражающее средство, например, является покрытием, которое, например, может быть обеспечено в виде рисунка. Предпочтительные рисунки упомянутого покрытия содержат полоску, проходящую вдоль оси лампы поперек внешней поверхности колбы, или круг, расположенный напротив источника света на внешней поверхности колбы. Распределяющая свет стенка, снабженная таким рисунком, служит причиной того, что лампа имеет практически всенаправленное распределение света, например, в случае двух СИД, обращенных друг от друга, в направлениях, перпендикулярных оси лампы. Похожий эффект применяют к рассеивающему средству, но тогда свет не отражается, а рассеивается рассеивающим средством и пропускается через рассеивающее средство. Рассеивающее средство, например, может быть рассеивающим порошковым покрытием на стенке или рассеивающей фольгой, или стенка может быть сделана из молочного стекла.
В случае, когда средство распределения света имеет форму, существенно отличающуюся от части сферы, свет перераспределяется в результате преломления. Возможно, что упомянутая светопропускающая стенка является частью колбы лампы, и/или частью внутренней колбы, расположенной внутри колбы лампы, и/или содержится как часть в источнике света. Свет от источника света, который падает на упомянутую пропускающую стенку в разных местах и под разными углами, будет преломлен по-разному в зависимости от угла падения света на упомянутую стенку. Следовательно, распределением света можно управлять посредством конструкции и/или формы стенки.
Формирование упомянутой стенки в виде одной цельной части не является необходимым условием; альтернативно, она может являться стенкой, содержащей по меньшей мере две не являющиеся одним целым/по существу раздельные части стенки, таким образом придавая лампе большую свободу конструкции и, следовательно, обеспечивая возможность применения преимущественных технических особенностей в лампе. Например, в варианте осуществления электрическая лампа характеризуется тем, что каждая печатная плата вместе с соответствующей частью колбы образует соответствующий различимый отсек колбы лампы. Таким образом, является возможным связывать часть колбы с соответствующим источником света, что делает лампу еще более гибкой при реализации желаемого распределения света. В варианте осуществления, в котором электрическая лампа в соответствии с изобретением действительно характеризуется тем, что в каждом отсеке колбы расположен по меньшей мере один соответствующий полупроводниковый источник света, причем каждая часть колбы имеет возможность генерировать свое соответствующее распределение света. Например, таким образом, возможно заставить электрическую лампу генерировать свет, с одной стороны имеющий по-видимому ламбертовское распределение света, что приводит к полусферическому, почти однородному распределению света, при том что с противоположной стороны, т.е. в противоположной полусфере, лампой генерируется распределение света, схожее с точечным светом.
В варианте осуществления электрическая лампа характеризуется тем, что источник света установлен на соответствующей печатной плате, которая является одним целым с соответствующим ребром охлаждения. Таким образом, достигается действенное и эффективное охлаждение полупроводниковых источников света. Предпочтительно, каждый источник света и каждая соответствующая печатная плата расположены в соответствующей части колбы, что приводит к тому, что лампа имеет преимущество в том, что источники света регулируются взаимно независимо. Более предпочтительно, части колбы расположены таким образом, чтобы быть взаимно зеркально симметричными относительно плоскости P, проходящей между печатными платами. Например, вариант осуществления электрической лампы характеризуется тем, что каждая различимая часть колбы выполнена в форме поверхности половины вытянутого эллипса, имеющего два равных радиуса и один отличающийся радиус, причем промежуток проходит через два радиуса эллипса, которые равны, так что части лампы расположены зеркально относительно промежутка. Две половины вытянутого эллипса служат причиной того, что лампа имеет по существу однородное, почти всенаправленное распределение света во время работы. В альтернативном варианте осуществления электрическая лампа характеризуется тем, что каждая различимая часть колбы выполнена в форме поверхности половины сплющенного эллипса, имеющего два равных радиуса и один отличающийся радиус, причем промежуток проходит через два радиуса эллипса, которые равны. Это служит причиной того, что лампа имеет световые характеристики двойного пучка, причем пучки направлены друг от друга под углом примерно 180°.
Вариант осуществления электрической лампы характеризуется тем, что промежуток имеет ширину в интервале от 3 мм до 20 мм. Если промежуток имеет ширину менее 3 мм, эффективность охлаждения ребер охлаждения уменьшается, так как при меньшей ширине указанного промежутка естественный поток воздуха через промежуток из-за тепловой конвекции затрудняется. Уменьшенная эффективность охлаждения ребер охлаждения может привести к тому, что СИД станут относительно горячими, таким образом, уменьшая эффективность лампы. Если ширина упомянутого промежутка становится больше 20 мм, эффект нарушения распределения света по ширине становится очевидным, таким образом, уменьшая качество лампы. Взаимное соединение двух различимых отсеков колбы лампы через по меньшей мере один мостик, который перекрывает промежуток и который фактически не закрывает промежуток, т.е. благодаря конвекции поток воздуха существенно не уменьшен, существенно не влияет на эффективность охлаждения ребер охлаждения. Упомянутые мостики делают лампу более прочной и тем самым более способной выдерживать механическую нагрузку, например, механическую нагрузку, которая возникает при обращении с лампой, например, во время производства или установки.
Вариант осуществления электрической лампы в соответствии с изобретением характеризуется тем, что колба лампы имеет по существу сферическую форму. В таком случае лампа имеет форму, которая близко напоминает форму традиционных ОИС, и замена упомянутой лампы ОИС электрической лампой по изобретению в существующих светильниках/приспособлениях, сконструированных для ламп ОИС, является удобной.
Краткое описание чертежей
Это изобретение сейчас будет более подробно разъяснено посредством чертежей, на которых:
Фиг. 1А изображает первый вариант осуществления лампы в соответствии с изобретением.
Фиг. 1В изображает диаграмму относительной интенсивности свечения в кольцевом направлении вокруг оси лампы по Фиг. 1А.
Фиг. 1С изображает график в полярных координатах интенсивности свечения в дальней зоне в направлениях как вдоль, так и поперек оси лампы по Фиг. 1А.
Фиг. 2А-D изображают чертежи, аналогичные Фиг. 1А-C, для второго варианта осуществления лампы в соответствии с изобретением.
Фиг. 3А-С изображают чертежи, аналогичные Фиг. 1А-C, для третьего варианта осуществления лампы в соответствии с изобретением.
Фиг. 4А-С изображают чертежи, аналогичные Фиг. 1А-C, для четвертого варианта осуществления лампы в соответствии с изобретением.
Фиг. 5А-С изображают чертежи, аналогичные Фиг. 1А-C, для пятого варианта осуществления лампы в соответствии с изобретением.
Фиг. 6 изображает шестой вариант осуществления лампы в соответствии с изобретением.
Фиг. 7 изображает седьмой вариант осуществления лампы в соответствии с изобретением.
Подробное описание вариантов осуществления
Для ориентации координатных осей символ координат с осями x, y, z добавлен к чертежам.
Фиг. 1А изображает электрическую лампу 1, содержащую цоколь 2 для установки лампы вдоль направления 3 вставки в патрон лампы. На цоколь установлена колба 4 лампы, причем в колбе 4 расположен по меньшей мере один полупроводниковый источник 5 света; в случае с Фиг. 1А две пары СИД расположены в колбе. На Фиг. 1А колба лампы сделана из поликарбоната, но, альтернативно, она может быть сделана из стекла или из любого другого светопропускающего твердого материала, например, полиметилметакрилата (ПММА). Обеспечиваются средства 6 охлаждения для охлаждения лампы во время работы, причем средства охлаждения содержат по меньшей мере два обращенных друг к другу ребра 7, 8 охлаждения, которые разделены промежутком 9, причем промежуток равен 8 мм. Упомянутый промежуток находится в свободном сообщении с внешней окружающей лампу средой. Источник света установлен на печатной плате, которая одновременно выступает в роли ребра охлаждения. Ось 10 лампы проходит вдоль направления вставки через центральный конец 11 цоколя, через упомянутый промежуток и через (воображаемую) верхушку 12 колбы, которая наиболее удалена от цоколя. Лампа содержит перераспределяющую свет светопропускающую стенку 13, содержащую две половины 14, 15 для перераспределения света, исходящего от источника света, т.е. СИД в каждой из двух половин 18, 19 колбы 4 лампы, так чтобы получать желаемое распределение света во время работы лампы.
Фиг. 1В изображает диаграмму относительной интенсивности свечения в кольцевом направлении вокруг оси 13 лампы, т.е. в направлении оси z лампы по Фиг. 1А. Относительная интенсивность свечения демонстрирует большой разброс с минимумами интенсивности при 90° и 270°, т.е. в направлении x, перпендикулярном плоскости чертежа, и с максимумами при 0° и 180°, т.е. в направлении оси y в плоскости чертежа.
Фиг. 1С изображает то же распределение интенсивности свечения, но представленное здесь в виде графика в полярных координатах интенсивности свечения в дальней зоне в плоскости x, y.
r
r
r
r
r
r
r
Фиг. 2А-D изображают чертежи, аналогичные Фиг. 1А-С, для второго варианта осуществления лампы в соответствии с изобретением. На Фиг. 2А и 2В светопропускающая стенка 13 лампы 1 имеет форму эллипса, т.е. состоит из двух половин 14, 15 вытянутого эллипса, имеющего два равных радиуса x и z в направлении оси x и в направлении оси z соответственно, и один отличающийся радиус y, который в 1,5 раза больше xи z. Промежуток 9, равный 18 мм в ширину, проходит через два равных радиуса x и z эллипса. Как изображено на Фиг. 2С и 2D, распределение интенсивности свечения, полученное посредством лампы по Фиг. 2А, подвержено существенному влиянию формы пропускающей перераспределяющей свет стенки. В связи с формой упомянутой стенки круговое распределение интенсивности свечения и распределение интенсивности свечения в дальней зоне демонстрируют только очень ограниченный разброс интенсивности, составляющее меньше 10%.
Фиг. 3А-С изображают чертежи, аналогичные Фиг. 1А-С, для третьего варианта осуществления лампы 1 в соответствии с изобретением. На Фиг. 3А диффузно отражающий слой 16 обеспечен на каждой из двух половин 14, 15 пропускающей перераспределяющей свет стенки лампы в виде круговой структуры вокруг направления оси y. Вся колба лампы является по существу круглой сферой, т.е. имеет ту же форму колбы, что и колба лампы по Фиг. 1А. Влияние рисунка 16 отражающего слоя на круговое распределение интенсивности свечения и распределение интенсивности свечения в дальней зоне изображен на Фиг. 3В и 3С, т.е. интенсивность свечения демонстрирует относительно малый разброс, т.е. примерно 20%, по сравнению с распределением интенсивности свечения, полученным посредством лампы по Фиг. 1А.
Фиг. 4А-С изображают чертежи, аналогичные Фиг. 1А-С, для четвертого варианта осуществления лампы 1 в соответствии с изобретением. На Фиг. 4А белый отражатель 17 в форме рупора обеспечен в каждой из двух половин 18, 19 колбы 4 лампы. Отражатель в форме рупора имеет воображаемое кольцевое круглое отверстие вокруг направления оси y, причем источник 5 света расположен на оси y. Вся колба лампы является по существу круглой сферой, т.е. имеет такую же форму колбы, что и колба лампы по Фиг. 1А. Влияние отражающего отражателя 17 в форме рупора на круговое распределение интенсивности свечения и распределение интенсивности свечения в дальней зоне изображено на Фиг. 4В и 4С, т.е. интенсивность свечения демонстрирует относительно малый разброс, т.е. примерно 20%, по сравнению с распределением интенсивности свечения, полученным посредством лампы по Фиг. 1А.
r
r
r
r
r
r
r
Фиг. 5А-С изображают чертежи, аналогичные Фиг. 1А-С, для пятого варианта осуществления лампы в соответствии с изобретением. На Фиг. 5А в каждой из двух половин 18, 19 колбы 4 лампы обеспечена внутренняя половина 20, 21 колбы в виде вытянутого эллипса. Эти две внутренние половины 20, 21 колбы в виде вытянутого эллипса имеют два равных радиуса x и z в направлении оси x и в направлении оси z, соответственно, и один отличающийся радиус y, который в 1,5 раза больше xи z. Источник 5 света, который представляет собой по одному СИД в каждой из внутренних половин колбы, расположен на оси y. Промежуток 9 проходит через два радиуса x и z эллипса, которые равны. Вся колба лампы является по существу круглой сферой, т.е. имеет ту же форму колбы, что и колба лампы по Фиг. 1А. В этой лампе колба 4 лампы усилена за счет того, что обеспечены мостики 22, которые взаимно соединяют две половины 18, 19 колбы, перекрывая промежуток 9. Влияние двух внутренних половин 20, 21 колбы в виде эллипса на круговое распределение интенсивности свечения и распределение интенсивности свечения в дальней зоне изображено на Фиг. 5В и 5С, т.е. интенсивность свечения демонстрирует относительно малый разброс, т.е. примерно 15%, по сравнению с распределением интенсивности свечения, полученным посредством лампы по Фиг. 1А.
Фиг. 6 изображает шестой вариант осуществления лампы 1 в соответствии с изобретением. На Фиг. 6 оптическое открытое окно 23 обеспечено на каждой из двух половин 14, 15 пропускающей перераспределяющей свет стенки 4 лампы 1 в виде круговой структуры вокруг направления оси y. Оставшаяся часть стенки покрыта диффузно отражающим слоем. Вся колба лампы является по существу круглой сферой, соответствующей форме обычной колбы ОИС и имеющей ту же форму колбы, что и колба лампы по Фиг. 1А. Оптическое открытое окно 23 служит причиной того, что лампа имеет структуру распределения света в виде двойного пучка в круговом направлении вокруг оси z и для распределения интенсивности свечения в дальней зоне.
Вариант осуществления, изображенный на Фиг. 7, имеет промежуток 9, проходящий поперек оси 10 лампы. Каждая из двух различимых частей 18, 19 колбы образует половину колбы 4 лампы, и они взаимно соединены с помощью трех каналов в мостиках 22 (только два мостика изображены). Мостики равномерно распределены по промежутку. В одной части 18 колбы обеспечена внутренняя колба 20 в виде вытянутого эллипса, перераспределяющая свет, исходящий от четырех СИД 5 внутри упомянутой внутренней колбы 20, причем эти СИД обеспечены на печатной плате 7. В другой части 19 колбы присутствуют четыре СИД 5, которые установлены на печатной плате 8, вместе с отражателем 17 в форме рупора. Печатные платы 7 и 8 одновременно действуют в качестве охлаждающих ребер. Отражатель 17 в форме рупора имеет максимальное поперечное сечение, перпендикулярное оси 10, которое имеет примерно те же размеры, что и поперечное сечение, перпендикулярное оси цоколя 2. Упомянутый отражатель в форме рупора, таким образом, не только эффективно экранирует цоколь 2 от светового излучения, исходящего от СИД 5, для противодействия потерям света во время работы лампы, но и перераспределяет упомянутый свет в желаемый пучок.