СВЕТОДИОДНОЕ ОСВЕТИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО

Полезная модель относится к светотехнике, в частности к осветительному оборудованию со светоизлучающими диодами для наружного освещения улиц, дорог и т.п.
Светоизлучающие диоды имеют повышенную светоотдачу и в настоящее время все шире применяются в различном осветительном оборудовании, в частности, в устройствах уличного освещения.
Осветительные устройства, применяемые для освещения улиц, дорог и т.п., должны удовлетворять ряду требований, в т.ч. обеспечивать необходимые параметры освещенности в широком пространственном направлении, включая максимально достижимую степень равномерности освещаемой области при максимально возможной протяженности данной области (достаточной, в частности, для перекрытия расстояния между соседними опорами освещения).
Известно светодиодное осветительное устройство, содержащее светодиодный модуль со светодиодами, и оптические линзы светораспределения по количеству светодиодов, установленные над каждым светодиодом [патент РФ №88769, МПК 8 F21S 13/10, 2009 г.]. Недостатком данного осветительного устройства является недостаточная интенсивность освещения заданной зоны пространства, обусловленная наличием значительных оптических потерь, возникающих при прохождении излучения светодиодов через линзы (по оценке заявителя эти потери могут составлять до 15%).
Известны светодиодные осветительные устройства, в которых для обеспечения высокой степени равномерности освещаемой области при одновременной максимальной протяженности указанной области в качестве оптических элементов, осуществляющих формирование несимметричной диаграммы направленности излучения совокупности светодиодов, применяются оптические элементы сложного профиля [патент ЕПВ №2039985, МПК 8 F21S 8/08, 2009 г.; заявка РСТ №2009/092400, МПК 8 F21S 8/00, 2009 г.]. Общим недостатком этих устройств является их сложность, большие затраты, связанные с изготовлением высококачественных оптических элементов, применяемых для коллимирования и рефракции излучения светодиодов, наличие значительных оптических потерь, возникающих при прохождении излучения светодиодов через упомянутые оптические элементы, и сильная зависимость равномерности излучения в пределах диаграммы направленности от качества изготовления оптических элементов.
Известно светодиодное осветительное устройство, предназначенное для освещения улиц и дорог, в котором каждый светоизлучающий диод снабжен индивидуальным рефлектором, форма которого близка к форме неравносторонней полой усеченной пирамиды [заявка США №20100165641, МПК 9 F21V 7/00, 2010 г.]. В указанном осветительном устройстве все рефлекторы с целью повышения степени равномерности освещения в заданной области пространства скомпонованы в две группы: рефлекторы первой группы формируют излучение, направляемое на поверхность дороги в зоне от 0° до некоторого угла - β° (по отношению к перпендикуляру, проведенному от осветительного устройства к поверхности дороги), а рефлекторы второй группы формируют излучение, направляемое на поверхность дороги в зоне от 0° до некоторого угла +β°. Иначе говоря, общую диаграмму направленности излучения, формируемую с помощью указанного осветительного устройства, можно описать как состоящую из двух лепестков, индикатрисы которых ориентированы симметрично, но в противоположном направлении относительно упомянутого перпендикуляра.
Недостатком указанного осветительного устройства является его низкая технологичность, обусловленная сложностью изготовления рефлектора, из четырех, вертикально ориентированных граней которого две являются плоскими, третья грань имеет цилиндрическую форму, а четвертая - форму параболоида, и значительные потери излучения, обусловленные характером отражения излучения светодиодов от грани рефлектора, имеющей форму параболоида.
В качестве ближайшего аналога заявляемого технического решения выбрано светодиодное осветительное устройство, содержащее плату со светодиодами, размещенную на радиаторе, и рефлекторный модуль, расположенный поверх платы со светодиодами. Рефлекторный модуль выполнен в виде совокупности ячеек, число которых равно числу светодиодов. Каждая ячейка рефлекторного модуля выполнена в виде полого усеченного многогранника, при этом светодиоды располагаются со стороны меньшего основания многогранника, а вывод излучения осуществляется со стороны большего основания многогранника. На грани ячеек рефлекторного модуля нанесено светоотражающее покрытие [патент РФ №91474, МПК 9 F21V 7/00, 2010 г.].
Недостаток светодиодного осветительного устройства, принятого в качестве ближайшего аналога, заключается в недостаточной протяженности (в продольном направлении - в направлении улицы, дороги) освещаемой устройством области окружающего пространства, и недостаточной равномерности излучения в пределах освещаемой области. В то же время желательно получение максимальной протяженности освещаемой зоны окружающего пространства с обеспечением в пределах данной зоны требуемой степени равномерности освещения, так как это позволяет уменьшить количество осветительных устройств, располагаемых вдоль данного участка улицы, дороги, и, тем самым, повысить экономическую эффективность использования светодиодных осветительных устройств.
Задачей настоящей полезной модели является разработка светодиодного осветительного устройства, обеспечивающего получение максимальной протяженности освещаемой области окружающего пространства (улицы, дороги) и высокой степени равномерности освещения в пределах освещаемой области.
Поставленная задача решается тем, что в светодиодном осветительном устройстве, содержащем плату со светодиодами, размещенную на радиаторе, и рефлекторный модуль, расположенный поверх платы со светодиодами, при этом рефлекторный модуль выполнен в виде совокупности ячеек, число которых равно числу светодиодов; каждая ячейка рефлекторного модуля выполнена в виде полого усеченного многогранника с выводом излучения со стороны его большего основания; светодиоды расположены со стороны меньшего основания многогранника, а грани ячеек рефлекторного модуля имеют светоотражающее покрытие, в ячейках рефлекторного модуля размещены рассекатели, выполненные в виде усеченной треугольной V-образной призмы, вершина которой обращена к светодиоду, а основание обращено в сторону большего основания многогранника, при этом рассекатели размещены в ячейках рефлекторного модуля с образованием зазоров между боковыми поверхностями рассекателя, на которые нанесено светоотражающее покрытие, и гранями ячеек, а число ячеек рефлекторного модуля, в которых размещены рассекатели, составляет (50-70)% от общего числа ячеек рефлекторного модуля.
При этом многогранник выполнен четырехгранным.
Кроме того, большему основанию многогранника придана форма прямоугольника.
Предпочтительно углы наклона одной пары противоположных граней многогранника относительно перпендикуляра к плоскости меньшего основания многогранника выбираются равными по величине, но противоположными по знаку и находятся в диапазоне ±(60-80) град., а углы наклона другой пары противоположных граней многогранника относительно перпендикуляра к плоскости меньшего основания многогранника выбираются равными по величине, но противоположными по знаку и находятся в диапазоне ±(35-45) град.
При этом рассекатель закреплен своими торцами на широких гранях ячеек рефлекторного модуля.
Предпочтительно угол при вершине рассекателя выбирается в диапазоне (55-75) град.
Кроме того расстояние между вершиной рассекателя и светодиодами выбирается не более 1 мм.
Полезная модель иллюстрируется чертежами. На фиг.1 схематически представлено заявляемое светодиодное осветительное устройство (одна ячейка рефлекторного модуля содержит рассекатель, в другой ячейке рассекатель отсутствует), на фиг.2 показан вид А фиг.1, на фиг.3 иллюстрируется выполнение рассекателя.
Светодиодное осветительное устройство включает радиатор 1, на котором расположена плата 2 со светодиодами 3 и рефлекторный модуль 4. Рефлекторный модуль 4 образован совокупностью ячеек 5, число которых равно числу светодиодов 3. Каждая ячейка 5 модуля 4 выполнена в виде полого усеченного четырехгранника, большее основание 6 которого имеет форму прямоугольника, а меньшее основание 7 - форму прямоугольника или круга (в зависимости от конфигурации применяемых светодиодов). Углы наклона пары противоположных граней 8 многогранника относительно перпендикуляра к плоскости меньшего основания многогранника выбираются равными по величине, но противоположными по знаку и находятся в диапазоне ±(60-80) град., а углы наклона пары противоположных граней 9 многогранника относительно перпендикуляра к плоскости меньшего основания многогранника выбираются равными по величине, но противоположными по знаку и находятся в диапазоне ±(35-45) град. На внутренние поверхности граней 8 и 9 нанесено светоотражающее покрытие, например, тонкая пленка алюминия. Светодиоды 3 расположены со стороны меньшего основания 7 многогранника, а вывод излучения осуществляется со стороны большего основания 6 многогранника.
В ячейках 5 размещены рассекатели 10, выполненные в виде усеченной с торцов треугольной V-образной призмы, вершина которой обращена к светодиодам 3, а основание - в сторону большего основания 6 многогранника. Рассекатели 10 опираются своими скошенными торцами 11 на широкие грани 9 ячеек 5, плотно прилегая к ним и образуя зазоры 12 между боковыми поверхностями 13 рассекателя 10 и гранями ячеек 5, при этом широкие грани 9 ячеек 5 соответствуют длинным сторонам большего основания 6. Угол при вершине рассекателя 10 выбирается в диапазоне (55-75) град., например, равным (60-65) град., а расстояние между вершиной рассекателя 10 и светодиодами 3 выбирается не более 1 мм. На боковые поверхности 13 рассекателя 10 нанесено светоотражающее покрытие. Крепление рассекателя 10 к граням ячеек 5 осуществляется, например, при помощи клея.
Следует отметить, что в заявляемом осветительном устройстве рассекатели 10 размещаются не во всех ячейках 5 рефлекторного модуля 4. Оптимальное число ячеек 5, в которых размещены рассекатели 10, составляет (50-70)% от общего числа ячеек 5, причем ячейки, содержащие рассекатели, могут быть расположены в рефлекторном модуле произвольным образом.
Светодиодное осветительное устройство работает следующим образом. К светодиодам 3 через электрические вводы (на фиг. не показаны) прикладывается напряжение, обеспечивающее излучение светодиодов 3. Вывод излучения в ячейках 5 с размещенными в них рассекателями 10 происходит через зазоры 12. Одна часть излучения выходит из зазоров 12 без отражения на гранях ячеек 5 и боковых поверхностях 13 рассекателя 10, другая часть излучения выводится из зазоров 12 в результате отражения от граней ячеек 5. Рассекатель 10 обеспечивает перераспределение светового потока из центральной области, расположенной непосредственно вблизи светодиода 3, с его последующим выводом из зазоров 12 вследствие отражения от граней ячеек 5 и боковых поверхностей 13 рассекателя 10.
В ячейках 5, где рассекатели 10 отсутствуют, вывод излучения светодиодов 3 происходит через большее основание 6 как непосредственно, без отражения от граней ячеек 5, так и в результате отражения от граней ячеек 5.
В результате на поверхности дороги формируется результирующая область освещения с полуширокой диаграммой направленности излучения и большой протяженностью освещаемой зоны в продольном направлении (вдоль дороги) - что обеспечивается использованием рефлекторного модуля, ячейки которого имеют описанную выше конфигурацию, и высокой степенью равномерности (благодаря размещению в оптимальном количестве ячеек рефлекторного модуля рассекателей светового излучения).
Испытания заявляемого устройства показали, что оно обеспечивает требуемые параметры наружной освещенности дорог, в том числе широко распространенных в стране дорог с расстоянием между соседними опорами для размещения осветительных устройств порядка (30-40) м и шириной дорожного покрытия в пределах 12-25 м., причем наилучшие результаты - как установлено заявителем - достигаются в том случае, когда число ячеек рефлекторного модуля, в которых размещены рассекатели, составляет (50-70)% от общего числа ячеек рефлекторного модуля.
По оценкам заявителя, суммарные потери излучения при использовании заявляемого осветительного устройства вследствие отражения на гранях ячеек 5 и боковых поверхностях рассекателя незначительны и не превышают (3-5)%.