Светодиодный модуль для круговых сигнальных огней

Предлагаемая полезная модель относится к области светотехники, и может быть использована как конструкция полупроводникового излучателя для круговых сигнальных огней.
Известен полупроводниковый излучатель для круговых и секторных навигационных огней (патент №22654 от 20.04.2002 г.), содержащий несущее основание и ряд светодиодных ячеек, установленных на нем с одинаковыми угловыми интервалами в плоскости горизонта, отличающийся тем, что несущее основание выполнено в виде пустотелой многогранной стойки с одинаковыми угловыми интервалами граней, с двумя ограждающими дисками и цилиндрическим хвостовиком, а светодиодные ячейки выполнены на печатной плате, на которой расположен излучающий кристалл с отражателем бокового излучения и полусферической полимерной линзой и токоограничивающий чип-резистор.
Существенным недостатком данных излучателей является сложность конструкции, обусловленная наличием ряда светодиодных ячеек, каждая из которых должна быть размещена и закреплена под разными углами в плоскости горизонта, затруднения теплоотвода и монтажа, что приводит к удорожанию и снижению надежности работы конструкции.
Известен также энергосберегающий светодиодный излучатель для круговых сигнальных огней (патент №100303 от 24.08.2010 г.), состоящий из одиночного светодиодного кристалла, специализированного полимерного корпуса, содержащего нижнюю часть в виде поверхности от кругового вращения эллипса вокруг центра корпуса с центральным цилиндрическим вырезом с выпуклым сферическим дном и верхнюю часть в виде цилиндра с встроенным коническим отражателем.
Недостатком данного устройства является возможность использования всего лишь одного светодиодного кристалла, что накладывает ограничение на потребляемую мощность устройства - не более 1-2 Вт, дальность видимости огней 4-5 км. Кроме того, невозможно реализовать резервный режим работы с использованием двух независимых излучателей по аналогии с двухнитевой лампой накаливания.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению (прототип) является конструкция оптической системы сигнального светового прибора на основе светодиодных источников света (патент №164399 от 04.03.2015 г.). Сущность заявляемого технического решения состоит в том, что вместо линзы Френеля используется отражатель, имеющий форму тела вращения с образующей в форме параболы, директриса которой параллельна оси тела вращения отражателя, а в качестве источников света использованы светодиоды, ориентированные в одном направлении (в сторону отражателя), смонтированные на одной печатной плате и расположенные по окружности.
Недостатками известного сигнального светового прибора являются его недостаточная надежность и долговечность, так как неэффективное формирование распределения силы света в вертикальной плоскости приводит к необходимости значительно повышать потребляемую мощность светодиодного модуля, что ведет к его перегреву и быстрому выходу из строя.
Технической задачей изобретения является создание простого, эффективного, надежного светодиодного модуля, предназначенного для работы в качестве источника излучения в круговых сигнальных огнях без применения дополнительных оптических элементов, обладающего возможностью резервирования источника излучения.
Поставленная задача решена следующим образом. В качестве источников света используются светодиоды (или светодиодные кристаллы), смонтированные на одной печатной плате, расположенные по окружности и направленные в сторону отражателя, имеющего форму тела вращения. При этом образующая тела вращения представляет собой кривую в виде составной формы из нескольких парабол, имеющих одну общую фокусную точку, в которой размещены светодиоды. Значения фокального параметра парабол на разных участках образующей кривой уменьшаются по направлению от оси тела вращения, а директрисы парабол направлены под разными углами к этой оси. За счет этого удается «размазать» световой пучок, достичь более эффективного широкого равномерного распределения силы света в вертикальной плоскости, удовлетворяющего необходимым требованиям, при этом нивелируется эффект экранирования лучей печатной платой, направленных ниже плоскости горизонта. Благодаря этому, необходимая мощность, габаритные размеры и масса такого модуля имеют значения меньше чем у прототипа, что предопределяет его более высокую надежность, эффективность и достижение поставленных целей.
Светодиодный модуль (Фиг. 1) включает в себя общую печатную плату 1 с равномерно расположенными на ней по окружности несколькими светодиодами (или светодиодными кристаллами) 2. Окружность строится вращением точки фокуса образующей зеркального отражателя вокруг своей оси. Зеркальный отражатель 3, в виде формы тела вращения с образующей, представляющей собой кривую в виде составной формы из нескольких парабол, имеющих одну общую фокусную точку (в которой размещены светодиоды) с разными значениями фокального параметра, директрисы которых направлены под углом к оси тела вращения отражателя. Основание - теплоотвод 4. Защитное стекло 5 в виде трубы из оптически-прозрачного материала.
Работает светодиодный модуль следующим образом. Светодиоды 2 в количестве 5 штук являются источником света с определенными координатами цветности. (Количество светодиодов может варьироваться от 4 до 12 шт. в зависимости от конструкции самих светодиодов и требований к круговым сигнальным огням.) Они монтируются и включаются в электрическую цепь при помощи печатной платы 1. Печатная плата 1 и зеркальный отражатель 3 крепятся к основанию-теплоотводу 4, служащему для защиты от внешних воздействующих факторов и обеспечения комфортного теплового режима работы светодиодов 2. Дополнительно печатная плата 1 со светодиодами 2 и зеркальный отражатель 3 защищаются от внешних воздействий при помощи защитного стекла 5. Свет, излученный светодиодами 2 в направлении зеркального отражателя 3, попадая на него, направляется в стороны: равномерно в 360° в горизонтальной плоскости и ±7.5° в вертикальной плоскости от уровня горизонтальной плоскости. Направление и углы излучения светодиодного модуля определяются зеркальным отражателем, который имеет форму тела вращения с образующей в виде кривой составной формы из трех парабол, имеющих одну общую фокусную точку, в которой расположены светодиоды 2, различающихся значением фокального параметра (расстоянием от фокуса до директрисы), директрисы которых направлены под углом от 0 до ±10° к оси тела вращения отражателя. (Количество парабол, входящих в образующую кривую, может составлять от 3 до 20 шт. в зависимости от размеров отражателя и требований по распределению излучения). Фокальный параметр первой параболической части образующей кривой, ближней к оси вращения, является самым большим из всех частей образующей кривой и выбирается исходя из габаритных размеров корпусов светодиодов 2 и их беспрепятственного размещения при монтаже отражателя. Фокальные параметры двух следующих параболических частей образующей одинаковы и имеют минимально возможное значение. Это позволяет значительно сократить «размах» параболы и, соответственно, габаритные размеры самого модуля. На фиг. 2 представлено пропорциональное соотношение габаритных размеров предлагаемого светодиодного модуля и прототипа. За счет того, что угол наклона директрис парабол относительно оси вращения отражателя составляет + 7° для первой части кривой, ближней к оси вращения, 0° для второй части кривой и - 7° для третьей части кривой, крайней, самой дальней от оси вращения, соответственно отраженные лучи от каждой части образующей кривой направляются выше на 7°, параллельно и ниже на 7° относительно плоскости горизонта. При этом происходит перераспределение светового потока, излученного светодиодами 2, в вертикальной плоскости и достигается эффективное равномерное распределение силы света, удовлетворяющее требованиям Правил [1]. На фиг. 3 а, б представлено распределение силы света в вертикальной плоскости. Так как формирование лучей, направленных ниже плоскости горизонта, происходит за счет третьей части кривой, расположенной с внешнего края отражателя 3, над краем печатной платы 1, то эффект экранирования лучей, отраженных от отражателя 3, этой платой отсутствует.
Заявляемая конструкция оказалась более оптимизированной, технический результат - создание простой конструкции светодиодного модуля, с более эффективным распределением силы света, позволяющей при прочих равных условиях уменьшить потребляемую мощность светодиодного модуля, имеющего высокую надежность, достигнут. Использование в конструкции предлагаемого светодиодного модуля нескольких светодиодов 2 позволяет значительно наращивать потребляемую им мощность и, следовательно, дальность видимости огней до 6 и более миль, а также реализовывать резервирование источников излучения, кратно увеличивая надежность устройства.
Источники информации:
[1] Международные правила предупреждения столкновений судов в море (МППСС-72).