СВЕТОДИОДНЫЙ СВЕТИЛЬНИК
LIGHT-EMITTING DIODE LIGHTING FIXTURE

Изобретение относится к области светотехники, а именно к светодиодным светильникам, и может быть использовано в качестве источника света на улице (в частности, быть освещающим элементом фонарного столба) и внутри помещения.
Современные светодиодные светильники являются эффективным источником света, потребляют мало электроэнергии и имеют большой срок службы. Обычно в конструкции светодиодного светильника высокой мощности имеется радиатор отвода тепла от светодиодов и источника питания. Зачастую роль этого радиатора выполняет корпус светодиодного светильника, если он выполнен из теплопроводного материала. При этом температура внутри корпуса является одинаковой для светодиодов и источника питания, что зачастую неприемлемо, так как светодиоды могут хорошо работать и при температурах корпуса 85-90 градусов Цельсия, а для источника питания такая температура является губительной. Кроме того, срок службы светодиодов на сегодняшний день может быть более 100 тысяч часов, тогда как долговечность источников питания не превышает 30-40 тысяч часов. Это свидетельствует о том, что за период 10-15 лет необходимо хотя бы один раз заменить источник питания в светодиодном светильнике, установленном на фонарном столбе или другом труднодоступном внешнем элементе, находящимся, как правило, на большой высоте. При этом замену источника питания необходимо осуществить быстро и легко, не снимая светодиодный светильник с места его установки. Кроме того, поскольку уличные и туннельные светодиодные светильники работают в условиях низких и высоких температур, а также высокой влажности, необходимо, чтобы они были устойчивы к таким внешним воздействиям в течение 10-15 лет эксплуатации.
Наиболее близким к заявленному изобретению является светодиодный светильник, описанный в заявке WO 2013063898, который содержит корпус с прикрепленными к нему без теплоизолирующего зазора оптическими блоками со светодиодами, источником питания и торцевыми заглушками, не имеющими сквозных вентиляционных отверстий. Данный светодиодный светильник выбран в качестве прототипа заявленного изобретения.
Недостатком светодиодного светильника прототипа является недостаточное охлаждение корпуса и прикрепленных к нему оптических блоков со светодиодами и источника питания вследствие того, что оптические блоки со светодиодами и источник питания установлены без теплового зазора на корпусе, который закрыт торцевыми заглушками, не имеющими вентиляционных отверстий, что не позволяет конвекционным потокам воздуха проходить через внутреннюю полость корпуса при этом охлаждать его. Кроме того, недостатком прототипа является сложность замены источника питания, ввиду отсутствия легкосъемной конструкции, к которой может быть прикреплен источник питания.
Задачей заявленного изобретения является создание влагозащищенного светодиодного светильника с лучшим охлаждением оптических блоков со светодиодами и источника питания за счет того, что оптические блоки со светодиодами прикреплены с образованием теплового контакта к корпусу, а источник питания прикреплен с образованием теплового контакта к крышке в ее полости, при этом корпус и крышка соединены между собой с образованием воздушных зазоров между ними через теплоизолирующие торцевые заглушки, имеющие сквозные вентиляционные отверстия, причем воздушные зазоры сообщаются с полостью крышки, а сквозные вентиляционные отверстия сообщаются с полостью корпуса и с полостью крышки и выполнены с возможностью пропускания конвекционных потоков воздуха в полость корпуса и полость крышки, обеспечивая более эффективное охлаждение корпуса и крышки, а теплоотражающий экран, выполненный из теплоизолирующего материала, закреплен горизонтально на боковых стенках крышки изнутри и выполнен с возможностью теплоизоляции полости крышки со стороны корпуса, при этом источник питания и оптические блоки со светодиодами выполнены герметичными и герметично соединены между собой; а также с более надежным и удобным для замены расположением источника питания под крышкой (источник питания прикреплен к крышке изнутри в полости крышки), которая соединена с торцевыми заглушками с помощью разъемных соединений, позволяющих легко и быстро отсоединить крышку для замены источника питания.
Поставленная задача решена путем создания светодиодного светильника, содержащего корпус, крышку, торцевые заглушки, источник питания, по меньшей мере одно крепежное средство и по меньшей мере один оптический блок со светодиодами, который соединен с внешней поверхностью нижней части корпуса с образованием теплового контакта и выполнен герметичным; причем корпус и крышка выполнены из теплопроводного материала и соединены между собой через переднюю и заднюю торцевые заглушки, выполненные из теплоизолирующего материала и имеющие сквозные вентиляционные отверстия; герметичный источник питания электрически и герметично соединен с оптическими блоками со светодиодами, при этом выполнен с возможностью адаптации внешнего электропитания к параметрам электропитания светодиодов и прикреплен к крышке изнутри в полости крышки с образованием теплового контакта; крепежное средство соединено с корпусом и выполнено с возможностью крепления светодиодного светильника к внешнему элементу; корпус выполнен в виде полого профиля с открытыми торцевыми частями; крышка выполнена в виде профиля, который имеет открытые торцевые части и открытую нижнюю часть, обращенную в сторону верхней части корпуса, при этом стенки крышки и верхняя часть корпуса образуют сквозной вентиляционный канал, выполненный с возможностью пропускания конвекционных потоков воздуха, охлаждающих крышку, источник питания и верхнюю часть корпуса, а вентиляционные отверстия торцевых заглушек сообщаются с полостью крышки и выполнены с возможностью пропускания конвекционных потоков воздуха в полость крышки; причем вентиляционные отверстия торцевых заглушек также сообщаются с полостью корпуса и выполнены с возможностью пропускания конвекционных потоков воздуха в полость корпуса; а крышка соединена с торцевыми заглушками с одной стороны с помощью двух подвижных соединений, а с другой стороны с помощью по меньшей мере двух разъемных соединений, при этом крышка выполнена с возможностью открывания для замены источника питания путем поворота в подвижных соединениях при рассоединенных разъемных соединениях; а теплоотражающий экран, выполненный из теплоизолирующего материала, закреплен на боковых стенках крышки изнутри и выполнен с возможностью отражения тепла, исходящего от корпуса.
В предпочтительном варианте осуществления светодиодного светильника разъемное соединение выполнено в виде резьбового соединения, которое состоит из резьбового отверстия в крышке и невыпадающего винта, вкрученного в резьбовое отверстие в крышке и проходящего через сквозное отверстие в торцевой заглушке; а подвижное соединение выполнено в виде шарнирного соединения, которое состоит из резьбового отверстия в крышке, сквозного отверстия в торцевой заглушке и невыпадающего винта, выполняющего функцию оси, при этом вставленного в сквозное отверстие в торцевой заглушке и вкрученного в резьбовое отверстие в крышке.
В предпочтительном варианте осуществления светодиодного светильника корпус соединен с торцевыми заглушками с помощью четырех резьбовых соединений, каждое из которых состоит из резьбовых отверстий в торцевой части корпуса, сквозных отверстий в торцевых заглушках и саморезов, вкрученных в резьбовые отверстия и проходящих через сквозные отверстия в торцевых заглушках.
В предпочтительном варианте осуществления светодиодного светильника корпус имеет внутренние стенки, которые разделяют полость корпуса на сквозные вентиляционные каналы, имеющие входы и выходы на торцевых частях корпуса и выполненные с возможностью пропускания конвекционных потоков воздуха, охлаждающих корпус.
В предпочтительном варианте осуществления светодиодного светильника корпус имеет две внутренние вертикальные стенки, которые разделяют полость корпуса на три сквозных вентиляционных канала.
В предпочтительном варианте осуществления светодиодного светильника корпус и крышка выполнены в виде алюминиевого экструдированного профиля.
В предпочтительном варианте осуществления светодиодного светильника профиль крышки имеет П-образное поперечное сечение, а профиль корпуса имеет трапециевидное поперечное сечение.
В предпочтительном варианте осуществления светодиодного светильника внешняя поверхность крышки и внутренняя поверхность корпуса имеют охлаждающие выступы.
В предпочтительном варианте осуществления светодиодного светильника оптический блок со светодиодами состоит из монтажной платы, на одной стороне которой расположены светодиоды, и линзовой пластины, которая закрывает светодиоды и герметично соединена с монтажной платой, при этом оптический блок со светодиодами соединен с внешней поверхностью нижней стенки корпуса с помощью соединения, которое состоит из соединительных выступов, расположенных на внешней поверхности нижней стенки корпуса, и зацепов, вставленных в соединительные выступы, при этом зацепы выполнены в виде эластичных упругих молдингов.
В предпочтительном варианте осуществления светодиодного светильника линзовая пластина герметично соединена с монтажной платой с помощью герметизирующего средства, выполненного в виде силиконового герметика.
В предпочтительном варианте осуществления светодиодного светильника оптический блок со светодиодами имеет прямоугольную форму, при этом прижат зацепами к внешней поверхности нижней стенки корпуса вдоль по меньшей мере двух сторон.
В предпочтительном варианте осуществления светодиодного светильника крепежное средство содержит несущую балку и силовую трубу, причем передний конец несущей балки соединен с корпусом, а задний конец несущей балки соединен с силовой трубой, которая выполнена с возможностью соединения с внешним несущим элементом, при этом место соединения несущей балки и силовой трубы закрыто гофрированной защитной трубкой.
В предпочтительном варианте осуществления светодиодного светильника передний конец несущей балки вставлен в отверстие в задней торцевой заглушке и в центральный вентиляционный канал корпуса, а задний конец несущей балки вставлен в силовую трубу.
В предпочтительном варианте осуществления светодиодного светильника силовая труба выполнена с возможностью соединения с внешним несущим элементом, выбранным из набора несущих элементов, содержащего несущий элемент фонарного столба, потолок, стены.
В предпочтительном варианте осуществления светодиодного светильника боковые стенки корпуса имеют внешние Т-образные продольные пазы.
В предпочтительном варианте осуществления светодиодного светильника крепежным средством является Η-образный продольный соединитель, выполненный с возможностью размещения одной его части в Т-образном продольном пазе и крепления другой его части к внешнему элементу.
В предпочтительном варианте осуществления светодиодного светильника внешним элементом является соседний светодиодный светильник, который также имеет внешние Т-образные продольные пазы в боковых стенках.
В предпочтительном варианте осуществления светодиодного светильник содержит по меньшей мере два дополнительных охлаждающих элемента, имеющих Т-образный выступ, размещенный в Т-образном продольном пазе боковой стенки корпуса.
В предпочтительном варианте осуществления светодиодный светильник содержит боковой декоративный молдинг, размещенный в Т-образном продольном пазе боковой стенки корпуса.
В предпочтительном варианте осуществления светодиодный светильник содержит верхний декоративный молдинг, закрепленный продольно на внешней поверхности верхней стенки крышки и закрывающий место соединения источника питания с крышкой.
В предпочтительном варианте осуществления светодиодного светильника источник питания электрически и герметично соединен с оптическими блоками со светодиодами с помощью электрического герметичного соединения, включающего в себя герметичные электрические провода и герметичные электрические коннекторы провод-провод.
Фиг. 1. Изометрическое изображение варианта выполнения светодиодного светильника в разборе согласно изобретению.
Фиг. 2. Изометрическое изображение варианта выполнения светодиодного светильника в сборе согласно изобретению.
Фиг. 3. Изображение варианта выполнения светодиодного светильника в сборе в поперечном сечении согласно изобретению.
Элементы:
1 - корпус;
2 - крышка;
3 - передняя торцевая заглушка;
4 - задняя торцевая заглушка;
5 - источник питания;
6 - монтажная плата;
7 - линзовая пластина;
8 - проставка;
9 - зацеп;
10 - боковой декоративный молдинг;
11 - верхний декоративный молдинг;
12 - несущая балка;
13 - усилительная пластина;
14 - гофрированная защитная трубка;
15 - силовая труба;
16 - саморез;
17 - винт невыпадающий;
18 - заклепка резьбовая в потай;
19 - винт;
20 - заклепка резьбовая;
21 - болт;
22 - отверстие в торцевой заглушке;
23 - теплоотражающий экран;
24 - воздушный зазор;
25 - внутренняя стенка;
26 - охлаждающий выступ;
27 - соединительный выступ;
28 - паз;
29 - внешняя поверхность нижней стенки корпуса;
30 - центральный вентиляционный канал корпуса;
31 - резьбовое отверстие в крышке;
32 - резьбовое отверстие в корпусе.
Рассмотрим вариант выполнения заявленного светодиодного светильника, изображенный на Фиг. 1-3.
Светодиодный светильник содержит корпус 1 и крышку 2, выполненные из теплопроводного материала и соединенные между собой с образованием воздушных зазоров 24 через переднюю и заднюю торцевые заглушки 3, 4, оптические блоки со светодиодами, состоящие из печатных плат 6 со светодиодами и линзовых пластин 7, а также герметичный источник питания 5, прикрепленный к крышке 2 изнутри в полости крышки 2, и крепежное средство. Торцевые заглушки 3, 4 выполнены из теплоизолирующего материала, имеют сквозные вентиляционные отверстия и прикреплены к корпусу 1 и крышке 2 с противоположных торцевых частей корпуса 1 и крышки 2. Крепежное средство состоит из соединенных между собой несущей балки 12 и силовой трубы 15 и выполнено с возможностью крепления светодиодного светильника к внешнему несущему элементу (например, к несущей трубе фонарного столба).
Корпус 1 выполнен в виде полого профиля с открытыми торцевыми частями. Крышка 2 выполнена в виде профиля, который имеет открытые торцевые части и открытую нижнюю часть, обращенную в сторону верхней части корпуса 1. Воздушные зазоры 24 между корпусом 1 и крышкой 2 выполнены с возможностью пропускания конвекционных потоков воздуха в полость крышки 2. Стенки крышки 2 и верхняя часть корпуса 1 образуют сквозной вентиляционный канал, выполненный с возможностью пропускания конвекционных потоков воздуха, охлаждающих крышку 2, источник питания 5 и верхнюю часть корпуса 1. Вентиляционные отверстия торцевых заглушек 3, 4 сообщаются с полостью крышки 2 и выполнены с возможностью пропускания конвекционных потоков воздуха в полость крышки 2. Вентиляционные отверстия торцевых заглушек 3, 4 также сообщаются со всей полостью корпуса 1 и выполнены с возможностью пропускания конвекционных потоков воздуха в полость корпуса 1. Оптические блоки со светодиодами соединены с внешней поверхностью 29 нижней части корпуса 1 с образованием теплового контакта и состоят из монтажных плат 6, на одной стороне которых расположены светодиоды, и линзовых пластин 7, которые герметично соединены с монтажными платами 6.
Боковые стенки крышки 2 соединены с торцевыми заглушками 3, 4 с помощью резьбовых соединений, каждое из которых состоит из резьбовых отверстий 31 в торцевой части боковой стенки крышки 2 и невыпадающих винтов 17, вкрученных в резьбовые отверстия 31 и проходящих через сквозные отверстия 22 в торцевых заглушках 3, 4. Два невыпадающих винта 17, вкрученные с противоположных торцевых сторон в общую боковую стенку крышки 2, выполнены с возможностью свободного вращения внутри сквозных отверстий 22 в торцевых заглушках 3, 4. При этом крышка 2 выполнена с возможностью открывания для замены источника питания 5 путем поворота в шарнирном соединении, образованном невыпадающими винтами 17 и сквозными отверстиями 22 в торцевых заглушках 3, 4, при выкрученных остальных двух невыпадающих винтах 17.
Корпус 1 соединен с торцевыми заглушками 3, 4 с помощью четырех резьбовых соединений, каждое из которых состоит из резьбовых отверстий 32 в торцевой части корпуса и саморезов 16, вкрученных в резьбовые отверстия 32 и проходящих через сквозные отверстия в торцевых заглушках 3, 4.
Корпус 1 имеет внутренние вертикальные стенки 25, которые разделяют полость корпуса 1 на сквозные вентиляционные каналы, имеющие входы и выходы на торцевых частях корпуса 1 и выполненные с возможностью пропускания конвекционных потоков воздуха, охлаждающих корпус 1.
Корпус 1 и крышка 2 могут быть выполнены в виде алюминиевого экструзионного профиля.
Профиль крышки 2 имеет П-образное поперечное сечение.
Профиль корпуса 1 имеет трапециидное поперечное сечение. Внешняя поверхность крышки 2 и внутренняя поверхность корпуса 1 имеют продольные охлаждающие выступы 26.
Линзовые пластины 7, монтажные платы 6 и внешняя поверхность 29 нижней стенки корпуса соединены между собой с помощью соединения, которое состоит из соединительных выступов 27 на внешней поверхности 29 нижней стенки корпуса и зацепов 9, вставленных в соединительные выступы 27, при этом линзовые пластины 7 и монтажные платы 6 прижаты зацепами 9 к внешней поверхности 29 нижней стенки корпуса 1. Зацепы 9 выполнены в виде молдингов.
Линзовые пластины 7 герметично соединены с монтажными платами 6 с помощью герметизирующего средства, выполненного в виде силиконового герметика.
Линзовые пластины 7 и монтажные платы 6 имеют прямоугольную форму, при этом линзовые пластины 7 и монтажные платы 6 прижаты зацепами 9 к внешней поверхности нижней стенки корпуса 1 вдоль двух сторон. По бокам от линзовых пластин к монтажным платам могут быть прикреплены проставки 8.
Внутренние вертикальные стенки 25 разделяют полость корпуса 1 на три сквозных вентиляционных канала.
Крепежное средство содержит несущую балку 12 и силовую трубу 15. Передний конец несущей балки 12 соединен с корпусом 1, а задний конец с силовой трубой 15, которая выполнена с возможностью соединения с внешним несущим элементом (например, с фонарным столбом). Место соединения несущей балки 12 и силовой трубы 15 покрыто гофрированной защитной трубкой 14.
Передний конец несущей балки 12 вставлен в отверстие в задней торцевой заглушке 4 и в центральный вентиляционный канал корпуса 1 и соединен с корпусом 1 с помощью винтового соединения, состоящего из заклепок 18 резьбовых в потай, закрепленных в несущей балке 12, и винтов 19, вкрученных в заклепки резьбовые и проходящих через сквозные отверстия в корпусе 1.
Задний конец несущей балки 12 вставлен в силовую трубу 15 и соединен с ней с помощью резьбового соединения, состоящего из заклепок 20 резьбовых, закрепленных в несущей балке 12, и болтов 21, вкрученных в заклепки 20 резьбовые и проходящих через сквозные отверстия в силовой трубе 15 и в усилительной пластине 13, расположенной над несущей балкой 12.
Силовая труба 15 выполнена с возможностью соединения с внешним несущим элементом с помощью резьбового соединения, состоящего из сквозных резьбовых отверстий в силовой трубе 15 и болтов 21, выполненных с возможностью вкручивания в резьбовые отверстия и фиксации внешнего несущего элемента, вставленного в силовую трубу 15.
Светодиодный светильник содержит молдинг 11 верхний, закрепленный продольно на внешней поверхности верхней стенки крышки 2.
Теплоотражающий экран 23 закреплен на боковых стенках крышки 2 изнутри и выполнен с возможностью теплоизоляции полости крышки 2 со стороны корпуса 1.
Светодиодный светильник содержит крепежное средство в виде Т-образных продольных пазов 28 в боковых стенках корпуса 1, выполненных с возможностью крепления светодиодного светильника к внешним несущим элементам, с возможностью крепления дополнительных охлаждающих элементов, а также с возможностью соединения светодиодных светильников между собой с помощью Н-образного продольного соединителя, выполненного с возможностью вставления в Т-образные продольные пазы 28.
Декоративные молдинги 10 вставлены в Т-образные продольные пазы 28.
Внешними несущими элементами могут быть крепежный элемент фонарного столба, светодиодный светильник, потолок, стены.
Источник питания 5 прикреплен к крышке 2 с помощью резьбовых соединений (не показаны), каждое из которых состоит из резьбовых отверстий в герметичном блоке и винтов, вкрученных в резьбовые отверстия и проходящих через сквозные отверстия в крышке. Верхний декоративный молдинг 11 закреплен продольно на внешней поверхности верхней стенки крышки 2 и закрывает шляпки винтов соединения источника питания 5 и крышки 2.
Источник питания 5 электрически и герметично соединен с оптическими блоками со светодиодами с помощью электрического герметичного соединения (не показано), включающего в себя герметичные электрические провода и герметичные электрические коннекторы провод-провод.
С целью улучшения охлаждения заявленного светодиодного светильника, а именно обеспечения возможности работы источника питания и светодиодов при различных независимых друг от друга температурах, в конструкции заявленного светодиодного светильника профиль корпуса 1 и профиль крышки 2 выполнены из экструдированного алюминия и не имеют температурного контакта ввиду соединения профилей друг с другом через непроводящие тепло торцевые заглушки 3, 4.
Крепление заявленного светодиодного светильника к фонарному столбу или другому внешнему несущему элементу осуществляется через несущую балку 12, прикрепленную к корпусу 1, на котором установлены светодиоды, что улучшает отвод тепла от корпуса 1.
Защита от влаги заявленного светодиодного светильника обеспечивается герметизацией источника питания 5 и светодиодных оптических блоков, при этом соединения всех остальных элементов конструкции заявленного светодиодного светильника могут быть негерметичными.
С целью быстрой замены источника питания 5 заявленного светодиодного светильника предусмотрено отсоединение крышки 2 вместе с источником питания 5 от торцевых заглушек 3, 4 с одной стороны крышки 2 после выкручивания винтов 17, соединяющих крышку 2 с торцевыми заглушками 3, 4, без демонтажа других элементов заявленного светодиодного светильника.
С целью достижения высокой степени герметизации заявленного светодиодного светильника при перепадах температуры светодиодные оптические блоки соединены с корпусом 1 с помощью молдингов 9. Такое соединение обеспечивает «плавающее» состояние оптических блоков на профиле корпуса 1 (нерезьбовое соединение). Оптические блоки состоят из алюминиевой печатной монтажной платы 6, которая соединена с внешней поверхностью 29 нижней стенки корпуса 1 и с линзовыми пластинами 7, при этом соединение герметизировано силиконом высокой степени вязкости, компенсирующей разность коэффициентов расширения алюминия, из которого изготовлен корпус 1, и линзовых пластин 7. Изменение типа линзовых пластин 7 приводит к изменению типа источника света без изменения остальных элементов конструкции заявленного светодиодного светильника.
Увеличение или уменьшение мощности заявленного светодиодного светильника производят с помощью увеличения или уменьшения длины профилей корпуса 1 и крышки 2 и, соответственно, изменения количества светодиодов и линз в линзовых пластинах 7 в оптических блоках и замены источника питания 5 на более мощный без изменения остальных элементов конструкции заявленного светодиодного светильника.
При необходимости снижения температуры нагрева светодиодов при увеличении мощности светодиодов в заявленном светодиодном светильнике имеется возможность наращивания площади охлаждения путем присоединения к профилю корпуса 1 дополнительных охлаждающих элементов («крыльев»), вставляемых в Т-образные продольные пазы 28.
Кроме того, возможно симметричное наращивание мощности освещения путем соединения нескольких светодиодных светильников между собой с помощью Н-образного продольного соединителя, выполненного с возможностью вставления в Т-образные продольные пазы 28, при этом легко достигается мощность более 500 Вт, что соответствует ~60000 LM светового потока.
Конструкция заявленного светодиодного светильника обладает следующими преимуществами:
- минимальная стоимость и трудоемкость изготовления;
- соответствием требованиям ΙΡ67 по климатическим условиям эксплуатации;
- обеспечение возможности работы светодиодов и источника питания при разных и независимых друг от друга температурах;
- быстрая и легкая процедура замены источника питания;
- применение в различных условиях: дорожных, уличных, промышленных, на опасных предприятиях (с присутствием газа, нефти, бензина, химии и др.).
В конструкции заявленного светодиодного светильника отсутствуют герметичные зоны (объемы) кроме источника питания, оптических блоков со светодиодами и соединяющих их герметичных электрических проводов с герметичными коннекторами провод-провод (коннекторы провод-провод имеют степень защиты ΙΡ67 или ΙΡ68). Таким образом, вся конструкция заявленного светодиодного светильника открыта для внешних воздушных потоков.
Корпус и крышка соединены между собой с образованием воздушного зазора с помощью торцевых заглушек, выполненных из теплоизолирующего материала. Такое соединение обеспечивает тепловую развязку между корпусом и крышкой и обеспечивает вентиляцию между профилями во всех направлениях горизонтальной плоскости за счет проникновения охлаждающих потоков воздуха через воздушные зазоры между корпусом и крышкой. При этом корпус и крышка одновременно являются декоративными деталями конструкции и не требуют кожуха.
Хотя описанные выше варианты выполнения заявленного изобретения были изложены с целью иллюстрации предложенного изобретения, специалистам ясно, что возможны разные модификации, добавления и замены, не выходящие из объема и смысла заявленного изобретения, раскрытого в прилагаемой формуле изобретения.