СВЕТОДИОДНЫЙ ФОНАРЬ ДЛЯ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
AUTOMOTIVE LED LAMP

Изобретение относится к светотехнике и может быть использовано для изготовления фары дальнего или ближнего света автомобиля или светосигнального фонаря.
Известен фонарь для транспортных средств, в котором использованы вогнутый отражатель, источник света и рассеиватель (См., например, патент РФ №2115060, МПК F21S 8/12 "Фара для транспортных средств", опубл. 10.07.1998, в БИ №19).
Недостаток известного фонаря заключается в том, что он не предназначен для установки в нем наиболее перспективных источников света - светодиодов. Кроме того, этот фонарь имеет сложную оптическую систему.
Более близким по технической сущности и принятым за прототип является фонарь прожекторного типа для транспортного средства, содержащий отражатель, рассеиватель и источник света, размещенный в фокальной области отражателя (См., например, патент РФ №11600459, МПК F21S 8/10 "Фара транспортного средства", опубл. 27.02.1995, в БИ №6).
Известный фонарь выполнен по традиционному принципу и рассчитан на установку в нем источника света с телом накала. Он более прост по конструкции, чем аналог.
Недостатком известного фонаря является наличие отражателя, имеющего сложную форму. Он не рассчитан на применение в нем светодиодов, угол распределения светового потока которых ограничен. Между тем, в последнее время получили широкое развитие светоизлучающие твердотельные источники света - светодиоды, достоинством которых является высокая световая отдача, небольшие размеры и невысокие температуры корпуса. На их основе можно формировать фонари по новому принципу, способствующему упрощению конструкции, в частности фар, снижению их веса и размеров.
Задачей изобретения является создание простых по конструкции, надежных и малогабаритных фонарей, в частности фар, для транспортных средств, приспособленных для установки в них светодиодов.
Указанная задача решается за счет того, что в известном фонаре для транспортного средства, содержащем отражатель, рассеиватель, источник света, размещенный в фокальной области отражателя, и источник электропитания, согласно изобретению отражатель выполнен в виде части параболического цилиндра, содержащего гребень и фокальную линию и ограниченного с двух сторон боковыми поверхностями, источник света выполнен на светодиодах, установленных в ряд на поверхности рассеивателя в области фокальной линии упомянутого цилиндра, причем оси симметрии световых потоков светодиодов направлены в сторону отражающей поверхности.
В варианте технического решения оси симметрии световых потоков светодиодов расположены в плоскости, соединяющей фокальную линию параболического цилиндра с линией, проходящей по его гребню.
В варианте технического решения оси симметрии световых потоков светодиодов расположены ниже плоскости, соединяющей фокальную линию параболического цилиндра с линией, проходящей по его гребню.
В варианте технического решения оси симметрии световых потоков светодиодов расположены выше плоскости, соединяющей фокальную линию параболического цилиндра с линией, проходящей по его гребню.
В варианте технического решения оси симметрии световых потоков светодиодов направлены под углом к плоскости, соединяющей фокальную линию параболического цилиндра с линией, проходящей по его гребню.
В варианте технического решения отражатель содержит полки, объединенные с его боковыми поверхностями, расположенные на верхней и нижней кромках параболоидного цилиндра, причем рассеиватель со светодиодами установлен в плоскости, проходящей по внешним краям этих полок.
В варианте технического решения полки, проходящие по верхней и нижней кромкам параболоидного отражателя, расположены под углом к плоскости, соединяющей фокальную линию цилиндра и его гребень.
В варианте технического решения боковые поверхности фонаря выполнены в виде части параболоид, вогнутые поверхности которых обращены в сторону рассеивателя, причем во фронтальной проекции фонарь выполнен в виде прямоугольника.
В варианте технического решения боковые поверхности выполнены в виде параболоидных элементов, причем во фронтальной проекции фонарь выполнен в виде прямоугольника, обрамленного с двух сторон полуовалами, выпуклые поверхности которых обращены наружу.
В варианте технического решения поверхность рассеивателя выполнена в виде двух плоскостей наподобие двухскатной крыши, выступающих наружу и сопряженных с параболическим цилиндром, причем светодиоды установлены по линии пересечения указанных плоскостей.
В варианте технического решения рассеиватель выполнен в виде выступающей наружу части цилиндра, сопряженного с внешними краями боковых поверхностей.
В варианте технического решения рассеиватель выполнен в виде части поверхности цилиндра, сопряженного с внешними краями полок и боковых поверхностей и обращенного выпуклостью внутрь.
В варианте технического решения рассеиватель выполнен из теплопроводящего материала.
В варианте технического решения в фонаре применены светодиоды с овальной диаграммой направленности светового потока, большая ось которого перпендикулярна фокальной линии.
В варианте технического решения в фонаре применены светодиоды с инфракрасным спектром излучения.
В варианте технического решения в цепь электропитания светодиодов включен частотный модулятор с фиксатором выбранной частоты.
Выполнение отражателя в виде параболического цилиндра в сочетании со светодиодами, установленными в ряд на поверхности рассеивателя в области фокальной линии цилиндра так, что оси симметрии их световых потоков направлены в сторону отражающей поверхности, позволяет создавать практически любой фонарь для транспортного средства, от фары дальнего и ближнего света до светосигнальных фонарей, например фонаря заднего хода, противотуманной фары, габаритного фонаря и т.д. Кроме того, сокращаются габаритные размеры фонаря, повышаются его светотехнические характеристики. В частности, можно в широком диапазоне формировать светораспределение фонаря.
Расположение оси симметрии световых потоков светодиодов ниже плоскости, соединяющей фокальную линию параболического цилиндра с линией, проходящей по его гребню, удобно для формирования, например, противотуманной фары.
Расположение оси симметрии световых потоков светодиодов выше плоскости, соединяющей фокальную линию параболического цилиндра с линией, проходящей по его гребню, позволит изменить форму светораспределения, направляя большую часть светового потока в верхнюю полусферу. Это может быть полезно для сигналов торможения.
Направление осей симметрии световых потоков светодиодов под углом к плоскости, соединяющей фокальную линию параболического цилиндра с линией, проходящей по его гребню, позволяет перераспределять световой поток фонаря в пространстве вверх или вниз.
Наличие полок, расположенных на верхней и нижней кромках параболоидного отражателя так, что их поверхности параллельны плоскости, соединяющей фокальную линию цилиндра и его гребень, упрощает расположение светодиодов на фокальной линии. Кроме того, указанные плоскости дают возможность ограничить распределение светового потока в определенной области.
Расположение полок, проходящих по верхней и нижней кромкам параболоидного отражателя и расположенных под углом к плоскости, соединяющей фокальную линию цилиндра и его гребень, позволяет формировать строго определенное распределение светового потока, что удобно для конструирования фар ближнего света.
Дополнение отражающей поверхности фонаря боковыми поверхностями в виде параболоид повышает коэффициент перераспределения светового потока во фронтальном направлении.
Выполнение поверхности рассеивателя в виде двух плоскостей наподобие двухскатной крыши, выступающих наружу и сопряженных с параболическим цилиндром, на котором светодиоды установлены по линии пересечения указанных плоскостей, позволяет повысить обтекаемость фонаря, снизить его габаритные размеры и снизить нагрев корпуса светодиодов.
Выполнение поверхности рассеивателя в виде выступающей наружу части цилиндра также способствует повышению обтекаемости фонаря.
Выполнение поверхности рассеивателя в виде части поверхности цилиндра, обращенного выпуклостью внутрь, позволяет при необходимости перераспределять световой поток фонаря.
Выполнение рассеивателя из теплопроводящего материала улучшает теплообменные процессы при работе светодиодов.
Применение светодиодов с овальной диаграммой направленности светового потока, большая ось которого перпендикулярна фокальной линии, позволяет увеличить удельную составляющую светового потока, распределенного во фронтальном направлении.
Применение светодиодов с инфракрасным спектром излучения дает возможность водителю, не ослепляя встречный транспорт, наблюдать в ночное время за дорожной обстановкой при наличии у него соответствующего оборудования.
Включение в цепь питания светодиодов частотного модулятора с фиксатором выбранной частоты дает возможность выбирать оптимальную частоту включения фонаря и увеличивать дальность видимости при наличии в атмосфере дисперсных частиц.
Использование дополнительных светодиодов, световые потоки которых направлены во внешнюю сторону, позволяет формировать комбинированный осветитель транспортного средства, объединяющий фару дальнего и ближнего света.
Заявленное изобретение иллюстрируется фиг.1-10.
На фиг.1 представлено трехмерное изображение фонаря.
На фиг.2 показан фонарь при виде сбоку.
На фиг.3 изображен фонарь при виде сверху с боковыми параболоидными отражающими поверхностями.
Фиг.4. демонстрирует фронтальный вид фонаря с боковыми поверхностями, выполненными в виде части параболоидных цилиндров.
На фиг.5 представлена фронтальная проекция фонаря с боковыми поверхностями, выполненными в виде параболоид.
На фиг.6 нарисован фонарь, одна из полок которого наклонена внутрь.
На фиг.7 имеется вид фонаря, поверхности расссеивателя которого выступают наружу.
На фиг.8 дана боковая проекция фонаря с выпуклым рассеивателем.
На фиг.9 представлена боковая проекция фонаря с вогнутым рассеивателем.
На фиг.10 показана блок-схема электрического питания фонаря от частотного модулятора.
Фонарь содержит корпус, состоящий из отражающей поверхности 1 (фиг.1, 2), выполненной в виде симметричной части параболического цилиндра, содержащего гребень (не обозначен) и фокальную линию (не обозначена). Фокальная линия проходит по фокусам парабол, полученных сечением параболического цилиндра параллельными плоскостями, перпендикулярными его поверхности. Гребень представляет собой линию, проходящую по вершинам парабол, полученных сечением параболического цилиндра параллельными плоскостями, перпендикулярными его поверхности. Отражающая поверхность 1 с двух сторон ограничена боковыми поверхностями 2. С внутренней стороны боковые поверхности 2 могут быть покрыты светоотражающим слоем. В верхней и нижних частях фонаря на верхней и нижней кромках (не обозначены) параболоидного отражателя 1 выполнены верхняя 3 и нижняя 4 полки, объединенные с боковыми поверхностями 2. Поверхности полок 3 и 4 параллельны плоскости, соединяющей фокальную линию цилиндра и его гребень. С внутренней стороны поверхности полок также могут быть покрыты светоотражающим слоем. Источник света выполнен на светодиодах 5, установленных в ряд в области фокальной линии цилиндра 1. Рассеиватель 6 со светодиодами установлен в плоскости, проходящей по внешним краям полок 3 и 4. Светодиоды расположены на печатной плате 7, выполненной в виде полосы, прикрепленной с внутренней стороны к рассеивателю 5. Количество светодиодов, плотность их установки на плате 7 зависит от мощности приборов, требуемого светового потока и светораспределения. Оси симметрии световых потоков светодиодов 5 направлены в сторону вогнутой части отражающей поверхности 1 и находятся в плоскости, соединяющей фокальную линию цилиндра с линией, проходящей по гребню параболического цилиндра.
В варианте технического решения оси симметрии световых потоков светодиодов 5 расположены ниже плоскости, соединяющей фокальную линию параболического цилиндра 1 с линией, проходящей по его гребню.
В варианте технического решения оси симметрии световых потоков светодиодов 5 расположены выше плоскости, соединяющей фокальную линию цилиндра с линией, проходящей по гребню параболического цилиндра 1.
В варианте технического решения оси симметрии световых потоков светодиодов 5 направлены под углом к плоскости, соединяющей фокальную линию параболического цилиндра с линией, проходящей по его гребню.
В варианте технического решения боковые поверхности 2 фонаря выполнены в виде части параболоид, сопряженных с боковыми краями отражателя и рассеивателя. Вогнутые поверхности параболоид обращены в сторону рассеивателя 6 (фиг.3, 4). При этом во фронтальной проекции фонарь имеет вид прямоугольника.
В варианте технического решения боковые поверхности 2 фонаря выполнены в виде параболоидных элементов так, что во фронтальной проекции фонарь имеет вид прямоугольника, обрамленного с двух сторон полуовалами 8, выпуклые поверхности которых обращены наружу (фиг.5). Полуовалы 8 сопряжены с параболическим цилиндром 1 и боковыми краями цилиндра 1 и рассеивателем 6.
В варианте технического решения верхняя полка 3 наклонена вниз под углом к плоскости, соединяющей фокальную линию цилиндра и его гребень (фиг.6). Этот наклон может быть выполнен и в противоположную сторону. Аналогично может быть наклонена и нижняя полка 4.
В варианте технического решения поверхность рассеивателя 6 выполнена в виде двух плоскостей 6 наподобие двухскатной крыши, выступающих наружу и сопряженных с параболическим цилиндром, причем светодиоды установлены по линии пересечения указанных плоскостей (фиг.7). При виде сбоку рассеиватель выглядит как равносторонний треугольник, выступающий наружу, причем светодиоды 5 установлены в вершине треугольника на внутренней его стороне.
В варианте технического решения поверхность рассеивателя 6 выполнена в виде выступающей наружу части цилиндра 1 (фиг.8), сопряженного с кромками параболического цилиндра 1 и боковыми поверхностями 2.
В варианте технического решения поверхность рассеивателя 6 выполнена в виде части поверхности цилиндра 1, обращенного выпуклостью внутрь (фиг.9) и сопряженного с полками 3, 4 и боковыми поверхностями 2.
В варианте технического решения рассеиватель 1 выполнен из теплопроводящего материала.
В варианте технического решения в фонаре применены светодиоды 5 с овальной диаграммой направленности светового потока, большая ось которого перпендикулярна фокальной линии.
В варианте технического решения в фонаре применены светодиоды с инфракрасным спектром излучения.
В варианте технического решения в цепь электропитания (не показана) светодиодов 5 включен частотный модулятор 7 (фиг.10) с устройством 8, фиксирующим выбранную частоту. При этом в цепи питания имеется двухполюсный переключатель 9 с нормально замкнутым контактом 9' и нормально открытым контактом 9". Частота напряжения на выходе модулятора 7 плавно изменяется в пределах 50-100 Гц. Нормально открытый контакт 9" соединяет плюсовую шину электропитания с модулятором 7. Нормально замкнутый контакт 9' соединяет плюсовую шину электропитания со светодиодами.
Светодиодный фонарь для транспортного средства действует следующим образом. При включении светодиодов 5 их лучи, попадающие в сечение, перпендикулярное фокальной линии, отражаясь от поверхности 1, будут идти параллельно друг другу и перпендикулярно плоскости рассеивателя 6 (фиг.1-3). Часть лучей, находящихся вне зоны указанного сечения, будет в зависимости от наклона перераспределяться вдоль поверхности отражателя влево и вправо. Дальнейший путь этих лучей будет зависеть от формы отражающей поверхности боковых поверхностей 2 и светораспределения светодиодов. Световое пятно на поверхности, перпендикулярной сечению фотометрического тела, будет принимать форму, лежащую между эллипсом с различными соотношениями между большой и малой осью и прямоугольником.
Использование светодиодов обеспечивает значительное снижение энергопотребления в сравнении с другими типами ламп. Светодиоды способны выдерживать большие механические перегрузки и не боятся вибрации. Кроме того, они включаются практически мгновенно и не требуют специального пускового устройства, что упрощает эксплуатацию фонаря. Применение светодиодов способствует многократному повышению сроков службы системы в целом (срок службы современных светодиодов достигает 100 тысяч часов (11 лет) непрерывного свечения). Они имеют низкий нагрев корпуса, не боятся попадания влаги. Вдобавок к вышесказанному светодиоды имеют небольшие размеры и вес и обладают в несколько раз большей световой отдачей с единицы светящейся поверхности, чем, например, лампы накаливания. Их можно крепить в любом положении к любой поверхности. Светотехническая промышленность выпускает светодиоды, спектральный состав которых охватывает практически весь видимый спектр излучения (красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий или фиолетовый, белый). В настоящее время выпускаются такие приборы, потребляемая мощность которых превышает 100 Ватт, что позволяет на их основе создавать любые светотехнические устройства. Особенностью мощных светодиодов является высокий угол светораспределения, достигающий, как правило, 120°. Это обстоятельство учтено при разработке фонаря. Расстояние от печатной платы 7 со светодиодами 5 от поверхности отражателя 1 организовано так, чтобы все лучи, лежащие в пределах 120°, попадали на отражатель. За счет одностороннего распределения светового потока и выбранного расположения их на рассеивателе удается сформировать фонарь небольшого объема. Так, при ширине фонаря в 120 мм и высоте в 80 мм глубина конструкции составит менее 40 мм. Небольшая глубина фонаря упрощает его монтаж на корпусе ТС.
Применение светодиодов с красным, желтым, белым или оранжевым светом позволяет изготовить практически любой светосигнальный или осветительный прибор для транспортного средства. При этом рассеиватель может быть выполнен бесцветным, что гарантирует отсутствие фантом-эффекта. Предложенные конструктивные исполнения фонаря с различной конфигурацией боковых поверхностей 2 и наклоном верхних 3 и нижних 4 полок дают возможность организовать любое светораспределение светового потока, характерное для фары дальнего или ближнего света, противотуманной фары, сигнала торможения и т.д. Относительно небольшая температура корпуса светодиодов, достаточно отдаленных от отражающей поверхности, позволяет использовать относительно дешевые конструктивные материалы для ее изготовления. Расположение светодиодов на поверхности рассеивателя позволяет решить и задачу охлаждения мощных светодиодов, чему также способствует применение плоского теплоотвода 9 (фиг.8). Следует отметить, что, как правило, фонари транспортных средств, в частности фары дальнего и ближнего света, включают в процессе движения. Встречные потоки воздуха будут обтекать рассеиватель, обеспечивая интенсивное охлаждение светодиодов.
Применение светодиодов с овальной диаграммой направленности светового потока, большая ось которого перпендикулярна фокальной линии, позволяет увеличить удельную составляющую светового потока, распределенного во фронтальном направлении.
Применение в фонаре светодиодов с инфракрасным спектром излучения позволяет водителю при наличии у него специального прибора ночного видения наблюдать дорожную ситуацию, не ослепляя встречный транспорт.
Наличие частотного модулятора 7 с фиксатором 11 выбранной частоты дает возможность водителю регулировать частоту включения светодиодов 5. Для этого ему необходимо переключить переключатель 12 так, чтобы контакты 12' были разомкнуты, а контакты 12" замкнуты. В этом случае светодиоды 5 получают питание через модулятор 7. Частота включения светодиодов начнет плавно изменяться в широком диапазоне. Водитель имеет возможность остановить изменение частоты, зафиксировав ее на определенном уровне, при котором световой поток лучше проникает через завесу тумана или пыли. Это позволяет водителю различать препятствия при наличии дисперсных частиц в воздухе на большем расстоянии.