СВЕТОДИОДНЫЙ СВЕТИЛЬНИК

Полезная модель относится к светотехнике, в частности, к конструкциям осветительных устройств на светоизлучающих диодах, предназначенных для освещения помещений с высокими потолками различных промышленных, складских, торговых и общественных зданий.
Аналогом является светильник светодиодный, содержащий литой корпус, выполненный из сплава алюминия, блок питания, размещенный внутри корпуса, закрепленную в нижней части корпуса печатную плату круглой формы с расположенными на ней светодиодами, первичную оптическую систему и вторичную оптическую систему (мультилинзу) круглой формы с диаметром, равным диаметру печатной платы, при этом светодиоды на печатной плате образуют несколько отдельных сегментов, а вторичная оптическая система содержит сегменты мультилинз и установлена с возможностью радиального перемещения относительно оси светильника (патент RU №2509952 С2, МПК F21S 8/00, 20.03.14).
Основным недостатком аналога является его низкие эксплуатационные характеристики из-за недостаточно высокой эффективности отвода тепла от печатной платы со светодиодами в результате возможности осаждения частиц пыли и грязи на корпусе светодиодного светильника, а также из-за того, что при сегментном расположении светодиодов на плате уменьшается эффективность теплоотвода от светодиодов в силу снижения коэффициента использования площади печатной платы.
Кроме этого, используемая в аналоге оптико-механическая система имеет следующие недостатки:
1. Сложность ее конструкции, так как вторичная оптика состоит из 3 групп линз, в каждой из которой размещены по 3 сегмента мультилинз, обеспечивающих не более 3 кривых силы света (КСС).
2. Необходимость смены оптико-механической системы светильника для обеспечения большего количества, чем 3 КСС, с большим, меньшим или промежуточным значением угла излучения с требуемым шагом.
3. Сложность обеспечения высокой соосности светодиодной оптики (круглой мультилинзы) относительно светодиодов.
Прототипом является промышленный подвесной светодиодный светильник ПСС КОЛОКОЛ, содержащий корпус-радиатор, печатную плату из теплопроводящего материала, на которой размещены светодиоды, а также блок питания с электропроводкой, размещенный внутри корпуса, и защитный экран в виде круглой мультилинзы, выполненной из оптически прозрачного материала и закрепленной в корпусе при помощи прижимного кольца (http://www.ledsvet.ru/promishlennie-svetodiodnie-svetilniki-pss-kolokol-povishennpy-moshnosti/).
Светильник, в котором корпус-радиатор выполнен в Hi-tech дизайне, имеет двухконтурный теплоотвод. Светильник имеет максимальную мощность 100 Вт, оптическую систему, обеспечивающую узкоградусные концентрированные кривые силы света.
Недостатками прототипа являются необходимость смены типа мультилинзы при установлении нового угла излучения и потребность в большом наборе мультилинз для изменения его угла излучения, невысокая точность позиционирования светодиодной оптики (круглой мультилинзы) относительно светодиодов, а также относительно невысокий диапазон угла свечения (23°-60°).
Кроме этого, недостатком прототипа является его низкие эксплуатационные характеристики из-за недостаточно высокой эффективности отвода тепла от печатной платы со светодиодами, что снижает отдачу тепла в окружающую среду, приводит к повышению температуры светодиодов и, как следствие, к снижению эксплуатационной надежности светильника и сокращению срока службы светильника, из-за ограничения по количеству и мощности применяемых в конструкции светильника светодиодов (двухконтурный теплоотвод, обеспечивает максимальную мощность, равную 100 Вт), а также из-за возможности перегрева блока питания с электропроводкой, так как он расположен внутри корпуса.
Задачей полезной модели является разработка светодиодного светильника, в котором устранены указанные недостатки прототипа.
Техническим результатом является повышение эксплуатационных характеристик за счет обеспечения требуемой кривой силы света путем изменения фокусного расстояния одной круглой мультилинзы, обеспечения высокой точности позиционирования светодиодной оптики (круглой мультилинзы) относительно светодиодов, расширения диапазона угла свечения до 15°-60°.
Кроме этого, техническим результатом является повышение эксплуатационных характеристик за счет повышения мощности светильника до 180 Вт, исключения перегрева блока питания с электропроводкой, повышения эффективности отвода тепла от печатной платы со светодиодами путем обеспечения многоконтурного теплоотвода и создания эффекта вытяжной трубы.
Технический результат достигается тем, что светодиодный светильник, содержащий корпус-радиатор, печатную плату из теплопроводящего материала, на которой размещены светодиоды, а также блок питания с электропроводкой, соединенной с печатной платой, и защитный экран в виде круглой мультилинзы, выполненной из оптически прозрачного материала и закрепленной в корпусе-радиаторе при помощи прижимного кольца, согласно настоящей полезной модели, дополнительно содержит узел регулирования фокусного расстояния и точного позиционирования мультилинзы, при этом указанный узел размещен в корпусе-радиаторе и состоит из сменной подложки, выполненной в виде круга из теплопроводящего материала, и центрирующих втулок, имеющих верхнюю и нижнюю части, причем в сменной подложке и на печатной плате, размещенной на ней, выполнены центральные отверстия, в которых размещена электропроводка блока питания, а также соосные установочные отверстия, в которые установлена верхняя часть центрирующих втулок, а на круглой мультилинзе выполнены соответствующие установочные выступы, в которые установлена нижняя часть центрирующих втулок.
2
Изменение кривой силы света регулируют посредством изменения толщины сменной подложки, при этом толщину сменной подложки определяют из уравнения У=-4,4х+47,5х-68, где У - угол свечения, x - толщина сменной подложки.
Корпус-радиатор выполнен составным, содержащим массивное теплоотводящее основание и радиатор, прикрепленный к основанию, при этом массивное теплоотводящее основание имеет центральное отверстие, в котором размещена электропроводка блока питания, и выполнено в форме усеченного конуса, внешняя поверхность которого имеет ребра, а радиатор выполнен в виде внутреннего и внешнего цилиндров с открытыми верхней и нижней плоскостями, установленных коаксиально и соединенных между собой при помощи продольных радиальных ребер жесткости, установленных на соответствующие ребра массивного теплоотводящего основания, внутренний цилиндр имеет массивную стенку, внешний цилиндр выполнен тонкостенным с обволненной внешней поверхностью, между внутренним и внешним цилиндрами выполнена продольная разомкнутая полость, в которой размещен блок питания, причем радиатор имеет на наружной поверхности внутреннего цилиндра посадочные места, выполненные в виде выступов, представляющих собой продольные ребра, на которых закреплен блок питания, причем внешняя поверхность радиатора выполнена в виде анодированной поверхности или поверхности с полимерным пылеотталкивающим покрытием.
При закреплении радиатора на массивном теплоотводящем основании используют теплопроводящий клей.
На нижней плоскости массивного теплоотводящего основания выполнены посадочные места, в которых размещены мультилинза, уплотнительное кольцо, сменная подложка с печатной платой, крепежные элементы закрепления массивного теплоотводящего основания к радиатору, а на верхней плоскости массивного теплоотводящего основания, на которой установлена нижняя плоскость внутреннего цилиндра с массивной стенкой, выполнено посадочное место, в котором размещен изолятор электропроводки блока питания.
Массивное теплоотводящее основание, на котором закреплен радиатор, выполнено из литого алюминиевого сплава, при этом внешняя поверхность основания выполнена в виде анодированной поверхности или поверхности с полимерным пылеотталкивающим покрытием.
Изолятор электропроводки блока питания представляет собой теплопроводящий силиконовый двухкомпонентный компаунд.
В массивной стенке нижней части внутреннего цилиндра радиатора выполнено отверстие, в котором размещен герметичный сальник электропроводки блока питания, соединенный с изолятором.
На массивной стенке верхней плоскости внутреннего цилиндра радиатора закреплен фланец, на котором размещен рым-болт подвесного крепления светильника.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан предлагаемый светодиодный светильник (продольный разрез), на фиг. 2 изображено размещение узла регулирования фокусного расстояния и точного позиционирования мультилинзы в массивном теплоотводящем основании (местный вид В на фиг. 1), на фиг. 3 - размещение блока питания в корпусе-радиаторе (поперечный разрез А-A на фиг. 1), на фиг. 4 изображена мультилинза (вид А на фиг. 1), а на фиг. 5 изображена печатная плата со светодиодами.
На чертежах цифрами обозначены:
1 - радиатор,
2 - массивное теплоотводящее основание, выполненное в форме усеченного конуса,
3 - сменная подложка, выполненная в виде круга из теплопроводящего материала,
4 - печатная плата, выполненная из теплопроводящего материала,
5 - светодиоды,
6 - круглая мультилинза,
7 - центрирующие втулки, имеющие верхнюю и нижнюю части,
8 - уплотнительное кольцо,
9 - крепежные элементы крепления круглой мультилинзы,
10 - прижимное кольцо,
11 - блок питания с электропроводкой,
12 - рым-болт,
13 - крепежные элементы крепления массивного теплоотводящего основания к радиатору,
14 - герметичный сальник,
15 - изолятор (теплопроводящий силиконовый двухкомпонентный компаунд),
16 - установочные отверстия в сменной подложке,
17 - установочные отверстия на печатной плате,
18 - установочные выступы на круглой мультилинзе, в которые установлена нижняя часть центрирующих втулок,
19 - ребра на массивном теплоотводящем основании,
20 - внутренний цилиндр радиатора, имеющий массивную стенку,
21 - внешний цилиндр радиатора, выполненный тонкостенным с обволненной внешней поверхностью,
22 - продольные радиальные ребра жесткости, соединяющие внутренний и внешний цилиндры,
23 - посадочные места, выполненные в виде выступов, представляющих собой продольные ребра, на которых закреплен блок питания,
24 - продольная разомкнутая полость, в которой размещен блок питания,
25 - посадочное место в котором размещена мультилинза,
26 - посадочное место, в котором размещено уплотнительное кольцо,
27 - посадочное место, в котором размещена сменная подложка с печатной платой,
28 - посадочные места, в котором размещены крепежные элементы закрепления массивного теплоотводящего основания к радиатору,
29 - верхняя плоскость массивного теплоотводящего основания, на которой установлена нижняя плоскость внутреннего цилиндра,
30 - нижняя плоскость внутреннего цилиндра с массивной стенкой,
31 - посадочное место, в котором размещен изолятор электропроводки блока питания,
32 - отверстие, в котором размещен герметичный сальник электропроводки блока питания,
33 - фланец, на котором размещен рым-болт подвесного крепления светильника,
34 - центральные отверстия в основании, сменной подложке и печатной плате, в которых размещена электропроводка блока питания.
Светодиодный светильник (фиг. 1) содержит корпус-радиатор, печатную плату 4 из теплопроводящего материала, на которой размещены светодиоды 5, а также блок 11 питания с электропроводкой, соединенной с печатной платой 4, и защитный экран в виде круглой мультилинзы 6, выполненной из оптически прозрачного материала и закрепленной крепежными элементами 9 в корпусе-радиаторе при помощи прижимного кольца 10.
Светодиодный светильник также содержит, повышающий его эксплуатационные характеристики, драйвер с гальванической развязкой, позволяющий защитить светодиоды от перегорания в случае выхода из строя блока питания (на чертеже условно не показан).
Предлагаемый светодиодный светильник отличается тем, что он дополнительно содержит узел регулирования фокусного расстояния и точного позиционирования мультилинзы 6 (фиг. 2). Узел регулирования фокусного расстояния и точного позиционирования мультилинзы 6 размещен в корпусе-радиаторе и состоит из сменной подложки 3, выполненной в виде круга из теплопроводящего материала, и центрирующих втулок 7, имеющих верхнюю и нижнюю части.
В сменной подложке 3 и на печатной плате 4, размещенной на ней, выполнены центральные отверстия 34, в которых размещена электропроводка блока 11 питания (на чертеже указанное размещение условно не показано).
В сменной подложке 3 и на печатной плате 4, размещенной на ней, выполнены соосные установочные отверстия, соответственно 16 и 17, в которые установлена верхняя часть центрирующих втулок 7, а на круглой мультилинзе 6 выполнены соответствующие установочные выступы 18, в которые установлена нижняя часть центрирующих втулок 7.
2
Изменение кривой силы света регулируют посредством изменения толщины сменной подложки 3, при этом толщину сменной подложки 3 определяют из уравнения У=-4,4х+47,5х-68, где У - угол свечения, x - толщина сменной подложки.
Корпус-радиатор выполнен составным, содержащим массивное теплоотводящее основание 2 и радиатор 1, прикрепленный к основанию 2 (фиг. 1). Массивное теплоотводящее основание 2 имеет центральное отверстие 34, в котором размещена электропроводка блока питания (на чертеже указанное размещение условно не показано). Массивное теплоотводящее основание 2 выполнено в форме усеченного конуса, внешняя поверхность которого имеет ребра 19.
Радиатор 1 выполнен в виде внутреннего 20 и внешнего 21 цилиндров с открытыми верхней и нижней плоскостями, установленных коаксиально и соединенных между собой при помощи продольных радиальных ребер 22 жесткости. Продольные радиальные ребра 22 жесткости установлены на соответствующие ребра 19 массивного теплоотводящего основания 2. Внутренний цилиндр 20 имеет массивную стенку, а внешний цилиндр 21 выполнен тонкостенным с обволненной внешней поверхностью (фиг. 3).
Между внутренним 19 и внешним 20 цилиндрами выполнена продольная разомкнутая полость 24, в которой размещен блок 11 питания. Радиатор 1 имеет на наружной поверхности внутреннего цилиндра 20 посадочные места 23, выполненные в виде выступов, представляющие собой продольные ребра, на которых закреплен блок 11 питания.
При закреплении радиатора 1 на массивном теплоотводящем основании 2 используют теплопроводящий клей.
На нижней плоскости массивного теплоотводящего основания 2 выполнены посадочные места 25, 26, 27, 28 в которых размещены, соответственно мультилинза 6, уплотнительное кольцо 8, сменная подложка 3 с печатной платой 4, крепежные элементы 13 закрепления массивного теплоотводящего основания 2 к радиатору 1.
На верхней плоскости 29 массивного теплоотводящего основания 2, на которой установлена нижняя плоскость 30 внутреннего цилиндра с массивной стенкой, выполнено посадочное место 31, в котором размещен изолятор 15 электропроводки блока 11 питания (фиг. 1).
Массивное теплоотводящее основание 2, на котором закреплен радиатор 1, выполнено из литого алюминиевого сплава.
Изолятор 15 электропроводки блока 11 питания, обеспечивающий водонепроницаемость и защищенность соединения электропроводки блока 11 питания, представляет собой теплопроводящий силиконовый двухкомпонентный компаунд.
В массивной стенке нижней части внутреннего цилиндра 20 радиатора 1 выполнено отверстие 32, в котором размещен герметичный сальник 14 электропроводки блока 11 питания, соединенный с изолятором 15.
На массивной стенке верхней плоскости внутреннего цилиндра 20 радиатора закреплен фланец 33, на котором размещен рым-болт 12 подвесного крепления светильника.
Светодиодный светильник работает следующим образом.
При подключении светодиодного светильника к питающей сети через блок 11 питания к светодиодам 5 подается постоянный стабилизированный ток, обеспечивая их свечение, при этом происходит выделение тепла, которое рассеивается за счет радиатора 1 и массивного теплоотводящего основания 2. При этом эффективность теплоотвода повышается за счет эффекта многоконтурного отвода тепла. Первоначальный отвод тепла от светодиодов 5 осуществляется печатной платой 4, а сменная подложка 3, массивное теплоотводящее основание 2, внутренний цилиндр 20, имеющий массивную стенку, продольные радиальные ребра 22 жесткости, боковая поверхность внешнего цилиндра 21 с продольными ребрами 23, производят многоконтурное рассеивание тепла от печатной платы 4 со светодиодами 5. Закрепление радиатора 1 на массивном теплоотводящем основании 2 с использованием теплопроводящего клея также позволяет повысить эффективность теплоотвода. Такая многоконтурная схема теплоотвода предотвращает перегрев комплектующих элементов, повышает надежность светодиодного светильника и долговечность его работы, обеспечивает пожаробезопасность, и кроме того, позволяет использовать в конструкции большое количество светодиодов и применять светодиоды высокой мощности. Для оптимизации теплового режима работы блока 11 питания светодиодного светильника его размещают в продольной разомкнутой полости 24 и закрепляют на выступах (посадочных местах 23), исключающих тепловой контакт с радиатором 1 и обеспечивающих оптимальное охлаждение блока 11 питания, и, следовательно, увеличение его срока службы.
Выполнение внешней поверхности радиатора 1 и основания 2 в виде анодированной поверхности или поверхности с полимерным пылеотталкивающим покрытием не допускает накапливания пыли и также обеспечивает стабильный отвод тепла от печатной платы 4 со светодиодами 5 и блока 11 питания.
Предлагаемый светодиодный светильник имеет улучшенные тепловые характеристики также и за счет повышения эффективности конвективного теплообмена.
Так как радиатор 1 выполнен в виде внутреннего 20 и внешнего 21 цилиндров с открытыми верхней и нижней плоскостями, установленных коаксиально и соединенных между собой при помощи продольных радиальных ребер 22 жесткости, то полости между продольными радиальными ребрами 22 жесткости радиатора 1 образуют каналы для воздушного потока, который возникает в результате разницы температур и, соответственно, давлений на нижней и верхней плоскостях внешнего цилиндра 21, из-за чего образуется тяга воздуха и создается эффект вытяжной трубы, что обеспечивает естественный эффективный конвективный теплообмен.
Кроме этого, воздушный поток, обдувающий внешнюю боковую поверхность радиатора 1 и поверхность блока питания 11, предотвращает накапливание на них пыли и грязи, что также обеспечивает улучшенные тепловые характеристики.
Таким образом, конструкция предлагаемого светодиодного светильника позволяет обеспечить эффективный отвод тепла от печатной платы 4 со светодиодами 5 и блока 11 питания, при этом масса светильника не превышает 7 кг при потребляемой мощности 180 Вт.
Температура светодиодного светильника при потребляемой мощности 180 Вт и температуре окружающей среды 25°C не превышает 45°C.
Отсутствие перегрева светодиодов не допускает деградации кристаллов, тем самым обеспечивает продолжительный срок эксплуатации светодиодного светильника (ресурс работы светильника не менее 100 тыс.часов) без значительного уменьшения светового потока.
2
При изменении высоты подвеса светодиодного светильника необходимо изменить осевую освещенность рабочей поверхности в соответствии с требуемым ее уровнем, используя для этого светодиодные светильники, имеющие разные углы свечения. Наличие в предлагаемом светодиодном светильнике узла регулирования фокусного расстояния и точного позиционирования мультилинзы 6 позволяет изменение кривой силы света регулировать посредством изменения толщины сменной подложки 3, при этом толщину сменной подложки 3 определяют из уравнения У=-4,4х+47,5х-68, где У - угол свечения, x - толщина сменной подложки. Например, для углов свечения, равных 15°, 40°, 60°, толщина сменной подложки должна быть равна, соответственно 2 мм, 4 мм, 5 мм. Точное позиционирование мультилинзы 6 за счет наличия центрирующих втулок 7, имеющих верхнюю и нижнюю части, обеспечивает высокую соосность светодиодной оптики относительно светодиодов.
Использование предлагаемой полезной модели, по сравнению с аналогом и прототипом, позволит повысить эксплуатационные характеристики светодиодного светильника за счет обеспечения требуемой кривой силы света путем изменения фокусного расстояния одной круглой мультилинзы, обеспечения высокой точности позиционирования светодиодной оптики (круглой мультилинзы) относительно светодиодов, расширения диапазона угла свечения до 15°-60°, повышения мощности светильника до 180 Вт, исключения перегрева блока питания с электропроводкой путем его размещения не внутри радиатора, а в его продольной разомкнутой полости, и закрепления на выступах, исключающих тепловой контакт с радиатором, а также за счет повышения эффективности отвода тепла от печатной платы со светодиодами путем обеспечения многоконтурного теплоотвода и создания эффекта вытяжной трубы.