ОСВЕТИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО
LIGHTING DEVICE

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к светотехнике, конкретнее к светодиодным светильникам с круглосимметричным распределением светового потока, предназначенным для стационарного освещения, в том числе помещений ограниченной высоты и с потенциально взрывоопасной газовой средой.
Уровень техники
Известен светодиодный светильник (см. патент на полезную модель №112341, МПК F21S 8/00, опубл. 10.01.2012), содержащий корпус с ребрами охлаждения, в котором закреплена печатная плата со светоизлучающими диодами, включающими интегрированную первичную оптическую систему, вторичную оптическую систему и закрывающий корпус защитный экран из оптически прозрачного материала с рельефом на внутренней стороне, выполненным в виде совокупности линз, образующих третичную оптическую систему. К недостаткам известного решения следует отнести сложность и многоступенчатость оптической системы, обеспечивающей заданную направленность светового потока.
Известен защищенный световой прибор на мощном светодиоде (патент RU 71729, МПК P21S 8/00, A21L 4/00, опубл. 10.12.2008), содержащий корпус с размещенными в нем элементами питания и подключения, светодиодный источник света, смонтированный на теплопроводящем основании, установленном в тепловом контакте с корпусом, и защитный колпак из оптически прозрачного материала. Для получения кругового светораспределения источник света установлен в фокусе конусно-цилиндрической линзы полного внутреннего отражения с круговым светопропусканием. К недостаткам известного прибора следует отнести существование строгой зависимости между источником света и видом оптической системы, что ограничивает конструктивные возможности устройства, не позволяя осуществить замену одного источника света на другой, например, светодиодную матрицу.
Известен световой прибор на светодиодах (патент RU 2202731, МПК F21V 5/00, опубл. 20.04.203), содержащий оптический модуль со светодиодами, установленными на плоской плате. В выходном отверстии корпуса, параллельно плате со светодиодами размещена оптическая решетка, выполненная в виде совокупности линз Френеля, в фокусе которых, посредством перфорированной пластины, установлены светодиоды. Сверху выходное отверстие корпуса перекрыто защитным оптически-прозрачным элементом. К недостаткам известного прибора следует отнести сложность конструкции и ограниченные конструктивные возможности, что обусловлено наличием строгой зависимости и высокими требованиями точности расположения светодиодов относительно линз оптической решетки.
Известен светильник (см. патент на полезную модель №102749, МПК F21S 13/12, опубл. 10.03.2011), содержащий корпус, в котором размещены блок питания и источник света в виде установленных на печатной плате светодиодов, и закрывающую корпус крышку, выполненную в виде прозрачной панели с двояковыпуклыми, плосковогнутыми, плосковыпуклыми или другими линзами, соосно которым установлены светодиоды. Совмещение оптической линзовой системы с крышкой корпуса позволяет несколько упростить конструкцию светильника, однако не позволяет решить вышеупомянутые проблемы.
Известно осветительное устройство с круглосимметричным распределением светового потока - прожектор (патент RU 2300048, МПК F21S 8/00, опубл. 27.05.2007), в котором защитный элемент выполнен в виде одной общей линзы - линзы Френеля, что позволило не только упростить конструкцию, но и исключить зависимость между источником света и оптической системой.
Однако линзы Френеля имеют один существенный недостаток: наличие провалов в световом пятне, т.е. неравномерное распределение света внутри луча, что обусловлено конструкцией самой линзы, представляющей собой концентричные ступенчатые выступы. Линза Френеля способствует образованию узконаправленного пучка света, что делает преимущественным их использование в прожекторах и светофорных системах.
В качестве наиболее близкого аналога для заявляемого технического решения принято осветительное устройство, раскрытое в патенте RU 27313 U1, МПК B61L 5/18, опубл. 20.01.2003. Сходными конструктивными признаками с заявляемым техническим решением являются следующие: наличие корпуса, в котором размещены элементы питания и подключения, наличие светодиодного источника света, закрепленного на теплопроводящем основании, установленном в тепловом контакте с корпусом, и наличие защитного колпака-линзы из оптически прозрачного материала.
Колпак-линза выполнен в виде одной общей или групповой линзы Френеля, в связи с чем, устройство характеризуется вышеупомянутыми недостатками и не обеспечивает равномерности распределения светового потока. К недостаткам можно отнести и сравнительно узкую диаграмму освещенности.
Раскрытие изобретения
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является улучшение светотехнических характеристик осветительного устройства, при этом достигаемый технический результат заключается в обеспечении однородности освещения и исключении провалов в световой зоне, а также расширение диаграммы освещенности.
Упомянутая задача решена, а технические результаты достигнуты, за счет того, что в осветительном устройстве, содержащем корпус с размещенными в нем элементами питания и подключения, светодиодный источник света, смонтированный на теплопроводящем основании, установленном в тепловом контакте с корпусом, и защитный колпак-линзу, согласно заявляемому изобретению, защитный колпак-линза выполнен в форме параболоида вращения с вдавленной вершиной, наружная и внутренняя поверхности которого, образованы вращением части параболы, отсекаемой прямой, параллельной оси параболы и отстоящей на расстоянии А от нее, причем упомянутая прямая является осью вращения.
Линза - это оптическая деталь, ограниченная двумя преломляющими поверхностями, из которых хотя бы одна является поверхностью вращения.
В предлагаемом решении осветительного устройства обе преломляющие поверхности колпака-линзы и наружная, и внутренняя, представляют собой асферические поверхности вращения, каждая из которых получена путем вращения части параболы, отсекаемой некоторой прямой, параллельной оси параболы и отстоящей от этой оси на расстоянии A, вокруг этой прямой. Причем осуществляют вращение большей отсекаемой части, той, которая включает вершину параболы.
В результате упомянутого вращения формируется тело линзы, форма которой сходна с параболоидом вращения, вершина которого вдавлена с образованием в срединной части параболоида конусообразного углубления.
Для каждой формируемой поверхности используют свою параболу, а вращение частей парабол осуществляют относительно одной и той же прямой. Эта прямая является осью симметрии колпака-линзы, совмещаемой при сборке устройства с центральной оптической осью светильника.
Предлагаемая форма защитного колпака-линзы обеспечивает формирование равномерного и однородного круглосиммметричного светового потока, в котором исключены провалы света, имеющие место при использовании линз Френеля. При этом по сравнению с прототипом и другими известными осветительными устройствами, в которых используют линзы Френеля, максимально расширена диаграмма освещенности с одновременным сохранением равномерности освещенности.
Благодаря тому, что в одном элементе конструкции совмещены две функции: функция оптической системы и элемента защитной оболочки, конструкция заявляемого устройства характеризуется простотой и надежностью эксплуатации.
При этом конструкция предлагаемого осветительного устройства отличается широкими конструктивными возможностями, т.к. исключена зависимость между оптической системой и видом источника света, благодаря чему в одной и той же предлагаемой конструкции могут быть использованы различные светодиодные источники света: как отдельные мощные светодиоды, так и светодиодные матрицы различного исполнения.
Количество используемых в одном светильнике матриц, предпочтительно составляет от 1 до 4. Установка в одном приборе более четырех матриц приведет к значительному увеличению габаритов устройства.
Поверхности линзы характеризуются плавными линиями сопряжения в зоне оси вращения, т.е. переход между стенками кольцевого выступа в зоне углубления выполнен плавным, что обеспечивает однородность оптических свойств линзы в ее центральной зоне.
Колпак-линза предпочтительно изготовлен из оптического поликарбоната, например методом литья в форму.
Предлагаемый колпак-линза может быть использован как в обычных светильниках, так и в светильниках, имеющих взрывозащищенное исполнение, предназначенных для эксплуатации на открытом воздухе и в помещениях с тяжелыми условиями работы, в том числе на нефте- и газоперерабатывающих предприятиях, пороховых складах, шахтах и других участках с взрывоопасной атмосферой.
Во взрывозащищенном исполнении корпус заявляемого устройства выполнен в виде полого цилиндра, закрытого со стороны оснований крышками, на боковой цилиндрической поверхности которого сформирована площадка, поперечная основаниям цилиндра. Внутренний цилиндрический объем корпуса разделен перегородкой, параллельной основаниям, на два изолированных отсека, в одном из которых размещен блок питания, а в другом элементы подключения. Теплопроводящее основание выполнено в виде диска, наложенного на площадку корпуса и жестко соединенного с ней.
Такое исполнение корпуса обеспечивает высокую взрывозащищенность устройства, т.к. все основные блоки устройства изолированы друг от друга, причем не только оптический блок изолирован от источника питания, но и элементы подключения размещены отдельно.
При этом обеспечено удобство и технологическая простота сборки устройства и его обслуживания в процессе эксплуатации, за счет возможности независимого доступа в каждый отсек корпуса, закрытый своей крышкой.
Для более эффективного теплоотвода на крышках корпуса выполнено оребрение, предпочтительно, лежащее в проекции диска теплопроводящего основания, что обеспечивает компактность светильника.
Краткое описание чертежей
Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежами, где:
на фиг.1 - изображено заявляемое устройство, общий вид с частичным разрезом;
на фиг.2 - изображен колпак-линза, вид сверху;
на фиг.3 - тоже, сечение В-В с фиг.2;
на фиг.4 - сечение А-А с фиг.1;
на фиг.5 - приведены некоторые возможные примеры использования одной линзы с разными источниками света.
Осуществление изобретения
Предлагаемое осветительное устройство (см. фиг.1) содержит корпус 1, источник света 2 в виде светодиодной матрицы, смонтированной на теплопроводящем основании 3, и защитный колпак-линзу 4 (далее просто - линза) в форме параболоида вращения с вдавленной вершиной.
Линза 4 имеет (см. фиг.2-3) две преломляющие поверхности: наружную 5 и внутреннюю 6, каждая из которых образована путем вращения части параболы, отсекаемой прямой, параллельной оси параболы и отстоящей от нее на расстоянии A, вокруг этой прямой.
Для каждой формируемой поверхности используют свою параболу, а вращение частей парабол осуществляют относительно одной и той же прямой. Y.
н
н
вн
вн
O - ось параболы, являющейся образующей для наружной поверхности 5. Прямая Y отстоит от нее на расстоянии A. O - ось параболы, которая является исходной для формирования внутренней поверхности 6. Прямая Y отстоит от нее на расстоянии A.
Кольцеобразные выступы каждой поверхности, образующиеся вокруг оси Y вращения, плавно сопряжены между собой в зоне этой оси.
Линза 4 сформирована методом литья из оптического поликарбоната. По периметру линзы выполнен фланец 7, обеспечивающий возможность ее закрепления на основании 3, для чего по периметру фланца 7 сформированы отверстия 8.
Корпус 1 выполнен (см. фиг.4) в виде полого цилиндра, закрытого со стороны оснований крышками 9. Снаружи на боковой цилиндрической поверхности корпуса сформирована (жестко закреплена или выполнена заедино при формовании) площадка 10 (см. фиг.1), поперечная основаниям цилиндра. Внутренний цилиндрический объем корпуса 1 разделен перегородкой 11, параллельной основаниям цилиндра, на два изолированных отсека 12 и 13, в одном из которых размещен блок питания, а в другом элементы подключения. Теплопроводящее основание 3 выполнено в виде монолитного диска, наложенного на площадку 10 и жестко соединенного с ней. Наружная поверхность крышек 9 выполнена с оребрением, так, что проекция ребер 14 не выходит за пределы проекции диска 3 теплопроводящего основания.
Отверстия для проводов, соединяющих источник света с расположенными в корпусе элементами питания, выполненные в диске 3 и корпусе 1, залиты компаундом.
Со стороны, противолежащей площадке 10 на корпусе 1 размещено устройство 15 кабельного ввода, совмещенное с элементами закрепления устройства на опоре.
В качестве источника света 2 может быть использована одна светодиодная матрица (см. фиг.5а), или несколько матриц, например три или четыре, как показано на фигуре 5 (б, в), при этом желательно их симметричное размещение относительно центральной оптической оси светильника. Конструкция устройства позволяет использовать в качестве источника света 2 и отдельные светодиоды (см. фиг.5 г).
Изменение вида или количества источников света не ведет к изменению конструкции устройства, во всех приведенных случаях с разными источниками света используют одну и ту же линзу.