СВЕТОДИОДНАЯ ЛАМПА С ЦИЛИНДРИЧЕСКИМ СВЕТОВОДОМ
LED LAMP WITH CYLINDRICAL LIGHT GUIDE

Область техники
Техническое решение относится к светотехнике, а именно к осветительным устройствам на основе световода с торцевой подсветкой светодиодами, которые могут быть использованы для внутреннего и наружного освещения.
Известный уровень
При освещении на улицах и открытых участках необходимо осуществлять освещение таким образом, чтобы свет не распространялся вверх (это недопустимо во многих странах). В то же время, поскольку лампы излучают свет во все стороны необходимо устраивать отражатель сверху осветителя, который возвращает часть света направленного вверх на освещение земли под фонарем. Часть света при этом теряется и эффективность осветителя уменьшается. Кроме этого, особенно при применении светодиодного осветителя с малой излучающей поверхностью, прямой свет оказывает слепящее действие. Также при повышении мощности цокольных ламп затруднение вызывает охлаждение светодиодов, поскольку радиаторы охлаждающие светодиоды не обладают достаточной площадью, или лампа получается очень большой.
Известен эффект «EdgeLighting» (торцевой свет), когда светодиоды излучают в торец прозрачного листового световода, выполненного из стекла, поликарбоната, акрилата или других оптически прозрачных материалов. Свет при этом распределяется по световоду, многократно отражаясь от его стенок и выходя наружу, если угол падения света на поверхность больше критического. Если на поверхность световода нанести точки оптической неоднородности, то попадая на них, свет рассеивается, и часть излучения выходит наружу через поверхности световода.
Известны светодиодные лампы, содержащие корпус-радиатор; средство соединения с электросетью, в виде цоколя Эдисона, закрепленного на корпусе лампы; светопроводящую структуру (световод), светоизлучающая поверхность которой образована вращением кривой второго порядка, снабженную торцевой поверхностью; кольцеобразную плату со светодиодами, установленную с возможностью освещения светодиодами торцевой поверхности световода, при этом световое излучение светодиодов направлено продольно оси лампы, и сквозные вентиляционные каналы (ЕР 2796784, МПК F21V 29/00, опубликовано 29.10.2014).
Другим известным аналогом является осветительное устройство, содержащее корпус со средством соединения с электросетью, световод, имеющий торцевую поверхность и поверхность снабженную элементами оптической неоднородности, печатную плату,
установленную на радиаторе и выполненную с виде кольца, на которой смонтированы светодиоды с возможностью облучения торцевой поверхности световода (ЕР 3190336, МПК F21V 8/00, 12.07.2017).
Наиболее близким является аналог, содержащий наибольшее число совпадающих признаков и раскрытый в US 2011/0309735, МПК H01J 7/24, опубликован 22.12.2011, имеющий корпус-радиатор со сквозными вентиляционными отверстиями; средство соединения с электросетью в виде цоколя Эдисона, закрепленного на корпусе лампы; полый цилиндрический световод, имеющий две торцевые поверхности и снабженный элементами оптической неоднородности на боковой поверхности; плату в виде кольца со светодиодами, установленную с возможностью освещения одной или обеих торцевых поверхностей световода; крышку световода, на которой имеются сквозные вентиляционные отверстия.
Указанные аналоги создают рассеянное световое излучение в телесный угол до 270 стерадиан и не предполагают создание лампы высокой мощности, т.к. имеют недостаточную поверхность теплообмена для охлаждения светодиодов.
/
Известна светодиодная лампа, содержащая корпус, световой рассеиватель в виде полусферы полый цилиндрический теплоотвод, закрепленный в корпусе и снабженный кольцевым выступом на боковой поверхности, кольцеобразную плату светодиодов, установленную на выступе цилиндрического теплоотвода с возможностью в излучения в полусферу светового рассеивателя (ЕР 2792944, МПК F21V 29/00, опубликован 13.09.2017). Недостатком указанного аналога является ограниченность светораспределения, обусловленная расположением источников света и формой светорассеивателя.
Техническим результатом является улучшение теплоотвода, позволяющее использовать мощные светодиоды, увеличить световую мощность и расширить арсенал светодиодных ламп, обладающих большой светоизлучающей поверхностью.
Краткое описание
Техническое решение характеризуется следующей совокупностью признаков:
светодиодная лампа с цилиндрическим световодом, содержащая:
полый корпус из теплопроводящего материала, имеющий удаленную часть для закрепления средства для соединения с электросетью;
полый цилиндрический световод, имеющий боковую светоизлучающую поверхность, снабженный элементами оптической неоднородности и торцевые поверхности на концах световода, один из которых размещен в полости корпуса;
печатную плату в виде кольца со светодиодами, установленными с возможностью освещения торцевой поверхности световода;
фиксирующую крышку, закрепленную на втором конце цилиндрического световода; вентиляционный канал, включающий полость световода и сквозные отверстия в корпусе и в фиксирующей крышке;
средство для соединения с электросетью, смонтированное на удаленной части корпуса; полый цилиндрический теплоотвод, поверхность которого разделена на две части кольцевым выступом, на котором установлена кольцевая плата с возможностью освещения торцевой поверхности световода, при этом первая часть теплоотвода закреплена в корпусе, а вторая часть теплоотвода размещена в полости световода так, что между теплоотводом и световодом сформирован вентиляционный зазор, образующий с элементами вентиляционного канала единое конвекционное пространство, а фиксирующая крышка соединена с цилиндрическим теплоотводом упругими фиксаторами,
В полости цилиндрического теплоотвода для установки источника питания светодиодов выполнен электрически изолированный отсек, стенка которого образует полость со стенкой цилиндрического теплоотвода;
Полый цилиндрический теплоотвод, выполнен из алюминия или другого материала, имеющего хорошую теплопроводность, что позволяет эффективно отводить тепло от светодиодов.
Для повышения эффективности теплообмена, в стенке цилиндрического теплоотвода могут быть выполнены отверстия, например, в виде продольных вырезов, которые совместно с другими элементами, образующими вентиляционный канал, обеспечивают создание устойчивого конвекционного потока. Кроме того, наличие вырезов позволяет легко проложить проводники для соединения источника питания с платой светодиодов.
Круговые выступы на цилиндрическом теплоотводе могут быть сформированы методом пластической деформации стенки теплоотвода.
Другим вариантом создания кругового выступа может быть выполнение цилиндрического теплоотвода из трубок разного диаметра, вставленных одна в другую. В этом случае ширина выступа будет равна толщине стенки трубки большего диаметра.
Эквивалентным предыдущему является вариант выполнения кругового выступа в виде теплопроводного кольца, который размещен на внешней поверхности цилиндрического теплоотвода, при этом ширина уступа выбирается с учетом ширины кольцевой платы.
Между торцевой поверхностью световода и платой светодиодов установлен кольцевой ограничитель, функция которого заключается в обеспечении минимально возможного расстояния между торцом световода и корпусом светодиода, прижима платы светодиодов к поверхности выступа на цилиндрическом теплоотводе для улучшения между ними теплообмена и центрировании световода относительно корпуса и цилиндрического теплоотвода. Для выполнения этой функций кольцевой ограничитель имеет внешний выступ, расположенный между поверхностью платы светодиодов и торцевой поверхностью световода, препятствующий механическому контакту световода со светодиодами и обеспечивающий прижим платы к поверхности выступа на теплоотводе. Усилие прижима платы к выступу на теплоотводе создается при закреплении фиксирующей крышки, за счет наличия упругой кольцевой прокладки между фиксирующей крышкой, с одной стороны, и торцами световода и теплоотвода, с другой стороны.
В варианте выполнения заявленного устройства с теплоотводом, имеющем закрепленную в корпусе часть с одним кольцевым выступом, на противоположной части теплоотвода закреплена фиксирующая крышка, имеющая сквозные вентиляционные отверстия, являющиеся частью вентиляционного канала.
Элементы оптической неоднородности могут быть расположены, как на поверхности цилиндрического световода, так и в теле световода. Причем последний вариант обладает тем преимуществом, что не подвержен загрязнению в процессе эксплуатации лампы.
В другом варианте для создания мощных светодиодных ламп, световод имеет протяженную поверхность, а лампа снабжена двумя корпусами, в каждом из которых закреплен цилиндрический теплоотвод, позиционированный в полости световода подобно тому, как выше описано для случая с одним корпусом. При этом вентиляционный канал включает отверстия в корпусах, полость теплоотводов и полость световода. При этом на кольцевых выступах каждого теплоотвода установлена кольцевая плата со светодиодами, установленными с возможностью освещения соответствующих торцов поверхности световода.
В качестве средства для соединения с электросетью для ламп с одним корпусом могут быть использованы винтовой цоколь или цоколи иной конструкции, позволяющий осуществить подключение к электросети. Для ламп с двумя корпусами винтовой цоколь использовать неудобно.
На печатных платах могут устанавливаться белые, красные, и др. типы светодиодов, обеспечивающие разный спектр излучения света.
Графические материалы
Техническое решение поясняется следующими графическими материалами:
Фиг. 1 - внешний вид светодиодной лампы,
фиг. 2 - осевое сечение варианта светодиодной лампы, с выступом на цилиндрическом теплоотводе, сформированным методом пластической деформацией стенки теплоотвода,
фиг. 3 - увеличенное изображение фрагмента С осевого сечения, указанного на фиг. 2,
фиг. 4 - объемное изображение варианта светодиодной лампы, показанной на фиг. 2, в разборе,
фиг. 5 - внешний вид двухцокольной светодиодной лампы,
фиг. 6 - сечение двухцокольной светодиодной лампы, показанной на фиг. 5
На чертежах элементы светодиодной лампы показаны следующими обозначениями:
1 - цилиндрический теплоотвод,
1.1, 1.2 - первая и вторая части цилиндрического теплоотвода,
2 - теплопроводный корпус,
2.1, 2.2, 2.3 - первая, вторая и третья часть теплопроводного корпуса,
3 - полый цилиндрический световод,
3.1, 3.2 - первый и второй конец цилиндрического световода,
4 - кольцеобразная плата со светодиодами,
5 - кольцевой выступ на цилиндрическом теплоотвод,
6 - фиксирующая крышка,
8 - вентиляционное отверстие в корпусе,
9 - средство для соединения с электросетью (цоколь),
10 - продольный вырез на цилиндрическом теплоотводе,
11 - вентиляционное отверстие в фиксирующей крышке,
12 - отсек для источника питания,
13 - вентиляционная полость между световодом и цилиндрическим теплоотводом,
14 - вентиляционная полость в цилиндрическом теплоотводе,
15 - вентиляционная полость между отсеком источника питания и стенкой корпуса,
16 - кольцевой ограничитель,
17 - цанговая заклепка для крепления теплоотвода к корпусу,
18 - торцевая поверхность световода,
19 - отражатель,
20 - стенка отсека для источника питания,
21 - упругая кольцевая прокладка.
Цокольная светодиодная лампа содержит полый пластмассовый корпус 2, закрепленное на нем средство для соединения с электросетью, например, цоколь 9, световод 3, выполненный в виде полого цилиндра, первый и второй конец которого имеют торцевую поверхность. При этом световод снабжен элементами оптической неоднородности (на чертеже не показаны), обеспечивающими рассеивание излучения и его выход за пределы световода. Следует отметить, что элементы оптической неоднородности могут быть сформированы на цилиндрической поверхности световода с наружной или внутренней стороны.
Для повышения эффективности использования светового потока внутренняя поверхность световода может быть снабжена отражателем 19, выполненным в виде цилиндрической вставки или пленки, поверхность которых имеет отражающие свойства.
В варианте лампы с одним цоколем полый цилиндрический теплоотвод 1 изготовлен из высокотеплопроводного материала, например, алюминия, или его сплавов. Поверхность теплоотвода 1 разделена на две части кольцевым выступом 5, при этом первая часть 1.1 теплоотвода 1 закреплена в полости корпуса 2, а вторая часть 1.2 размещена в полости световода 3 так, что между теплоотводом 1 и световодом 3 сформирован вентиляционный зазор 13, соответствующий ширине кольцевого ограничителя 16.
В варианте лампы с двумя цоколями 2, в каждом из них закреплен цилиндрический теплоотвод 1, подобный показанному на фиг. 4, а световод 3 установлен между выступами 5 теплоотводов.
Светодиоды смонтированы на плате 4, выполненной в виде кольца, размещенного на круговом выступе 5 цилиндрического теплоотвода 1. При этом светодиоды смонтированы с возможностью облучения торцевой поверхности 18 световода 3.
Между торцевой поверхностью световода 3 и платой 4 светодиодов установлен кольцевой ограничитель 16, препятствующий механическому контакту торца световода 3 со светодиодами и обеспечивающий прижим платы 4 к поверхности выступа 5 на теплоотводе 1. Усилие прижима платы 4 к выступу 5 создается при закреплении фиксирующей крышки 6, за счет наличия упругой кольцевой прокладки 21 между фиксирующей крышкой 5, с одной стороны, и торцами световода 3 и теплоотвода 1, с другой стороны.
Эффективность охлаждения достигается, в частности, за счет создания конвекционного потока, образующегося во время работы лампы в вентиляционном канале, включающем вентиляционную полость 14 в цилиндрическом теплоотводе 1, вентиляционную полость 13 между стенкой теплоотвода 1 и световодом 3, сообщающуюся с полостью 13 через прорези 10, вентиляционную полость 15 между стенкой 20 отсека 12 для размещения источника питания и теплоотводом 1, сквозные отверстия 8 в корпусе 2 и сквозные отверстия 11 в фиксирующей крышке 6.
Для уплотнения и компенсации теплового расширения, между фиксирующей крышкой 6 и торцами световода 3 и теплоотвода 1, установлена упругая кольцевая прокладка 21 белого цвета, являющаяся также отражателем светового потока.
Фиксирующая крышка 6 закреплена в отверстиях на теплоотводе 1 при помощи фиксирующих упругих выступов.
В варианте с двумя цоколями, частью вентиляционного канала являются отверстия 8 в корпусах 2, полости 13, 14 тепловода 1 и световода 3. Средства 9 для соединения с электросетью имеют, преимущественно, цилиндрическую поверхность.
Использование винтовой поверхности усложняет соединение с сетью электропитания.
Преимуществом заявленного технического решения является эффективный отвод тепла от светодиодов и его рассеивание со всей поверхности цилиндрического теплоотвода, за счет хорошего конвекционного потока, захватывающего нагретый воздух из всех полостей лампы.