СВЕТОДИОДНАЯ ЛАМПА

Полезная модель относится к осветительным устройствам, а именно к светодиодным лампам для освещения в промышленных, офисных, бытовых помещениях, в частности на складах, стадионах, шахтах и др. помещениях большой площади.
Известна светодиодная лампа (патент RU патент RU 128432, 20.05.2013), содержащая корпус цилиндрической формы, торцевую крышку, теплоотводное устройство, светодиодные модули и источник питания, размещенные в корпусе, и цоколь, при этом теплоотводное устройство выполнено объемно-пространственной структуры, снабжено полыми теплоотводными элементами, расположенными симметрично по всему круговому контуру, имеет ромашкообразную форму и установлено на корпусе между двумя фиксирующими выступами, выполненными на наружной поверхности по его периметру в верхней и нижней частях, и внутри корпуса на перегородке размещен один светодиодный модуль и соосно с корпусом перпендикулярно теплоотводному устройству установлен цоколь, при этом теплоотводные элементы выполнены из алюминиевой ленты.
Известна светодиодная лампа (патент RU 2418345 C1, 10.05.2011), содержащая корпус-радиатор с наружными радиально-продольными ребрами, образующими контур лампы, с установленными на нем с одного торца - светодиодными модулями и с другого торца - блоком питания, при этом корпус-радиатор образован полым телом вращения и снабжен внутренними радиально-продольными ребрами с окнами между ними в его верхней части и кольцевой площадкой на торце наружных радиально-продольных ребер в его нижней части, на которой установлены с натягом светодиодные модули. Крышка выполнена перфорированной как с торцевой, так и с боковых сторон для беспрепятственного прохождения тепловых конвекционных потоков.
К недостаткам описанных выше конструкций ламп относится недостаточно эффективный теплоотвод от платы со светодиодами, который обеспечивается за счет конвективной теплопередачи в окружающую воздушную среду. Такое выполнение ламп не позволяет использовать светодиоды большой мощности.
Как правило, лампа, в которой в качестве источников света используют мощные светодиоды, содержит светодиоды, вторичную оптику, теплоотводящий корпус и блок питания. Известно, что основным показателем эффективности лампы является ее светоотдача (световой поток на единицу потребляемой электрической мощности). Высокая рабочая температура светодиода при недостаточном отводе тепла со временем приводит к изменению цветопередачи, уменьшению светового потока и к снижению срока службы светодиодной лампы.
Из изложенного следует, что повышение светоотдачи можно обеспечить, уменьшив температуру светодиодов, что, в свою очередь, можно получить, повысив эффективность охлаждения световыделяющих элементов светодиодов.
Для решения данной задачи в конструкциях светодиодных ламп стали использовать принудительный обдув светодиодов посредством вентилятора, установленного в корпусе светодиодной лампы. Из уровня техники известны различные конструкции светодиодных ламп с вентиляторами - CN 101509653 A, CN 102519026 A, UA 2013242575, US 2013271996.
Кроме того, известна конструкция лампы (TW M452306 U, 01.05.2013), которая включает в себя корпус лампы, вентилятор, охлаждающее устройство, осветительные приборы и рассеиватель (защитное стекло). Корпус лампы имеет соединительный элемент, наружную часть и внутреннюю часть. Наружная часть корпуса соединена посредством соединительного элемента с внутренней частью, которая расположена внутри наружной части. Наружная часть имеет первое и второе отверстия для прохода воздуха, примыкающие к открытому концу наружной части и к соединительному элементу соответственно. Первое и второе отверстия для прохода воздуха разделены внутренней частью. Вентилятор находится в пределах внутренней части. Охлаждающее устройство (радиатор) расположено на открытом конце внутренней части и выполнено с пластинами, на которых расположены осветительные устройства. Рассеиватель установлен на открытом конце наружной части и охватывает охлаждающее устройство и устройство освещения. Через эти элементы воздух, всасываемый внутрь конструкции лампы, может вынести достаточное количество нагретого воздуха изнутри конструкции лампы.
В полезной модели КНР (CN 203010454 U, 19.06.2013) описана светодиодная лампа большой мощности, состоящая из корпуса, радиатора, отводящего тепло, и светодиодной платы. Внутри корпуса расположен источник электропитания, радиатор плотно контактирует с нижней поверхностью светодиодной платы, нижняя часть радиатора соединена с устройством электропитания, вентилятор расположен между радиатором и устройством электропитания. Тепло от светодиодных ламп непосредственно передается на радиатор через светодиодную плату, а вентилятор направляет нагретый радиатором воздух в периферийную зону. Вентилятор ускоряет теплообмен, вследствие чего размеры радиатора можно уменьшить, что обеспечивает уменьшение габаритов светодиодной лампы большой мощности.
Ближайшим аналогом заявленной полезной модели является полезная модель КНР (CN 202302899 U, 04.07.2012), в которой описана светодиодная лампа большой мощности, которая содержит, по меньшей мере, один светодиод, плату для установки светодиода, корпус лампы и цоколь лампы. Средство для охлаждения платы содержит радиатор, жестко соединенный с нижней частью платы посредством первой опоры. Кроме того, средство для охлаждения платы дополнительно содержит, по меньшей мере, один вентилятор. Преимуществом светодиодной лампы большой мощности является то, что в процессе охлаждения платы пластины радиатора со светодиодами, контактирующие с воздухом, обдуваются воздухом от вентилятора, который улучшает циркуляцию воздуха по периферии пластин радиатора. Благодаря двойному охлаждению (радиатор и вентилятор) обеспечивается возможность изготовления лампы с уменьшенным объемом, небольшим весом и хорошей излучающей способностью светодиодных ламп.
Приведенные выше аналоги, в том числе ближайший аналог, вследствие расположения радиатора внутри корпуса не обеспечивают оптимального теплового режима работы светодиодов, так как радиатор охлаждается только за счет принудительного обдува пластин радиатора потоком воздуха от вентилятора.
Задачей, решаемой полезной моделью, является обеспечение максимальной светоотдачи, надежности и долговечности светодиодной лампы путем создания оптимального теплового режима работы световыделяющей части светодиода. Поскольку типоразмер светодиодных ламп должен соответствовать типоразмерам ламп накаливания, это ограничивает геометрические размеры, которые может иметь корпус светодиодной лампы, соответственно, для решения указанной выше задачи (создание оптимального теплового режима работы светодиода) важным является получение возможно меньших размеров теплоотводящей системы, определяющей размер корпуса светодиодной лампы, при обеспечении высокой эффективности теплоотвода.
Поставленная задача решается за счет того, что, как и ближайший аналог, светодиодная лампа состоит из полого корпуса, на котором закреплены светопроницаемая или светорассеивающая колба, обеспечивающая равномерную диаграмму направленности светового потока и защищающая светодиоды от внешних воздействий, а также цоколь, причем внутри корпуса расположены средство для теплоотвода с оребрением, вентилятор, плата источника питания и плата с источником света, в качестве которого использован, по меньшей мере, один светодиод.
Отличием заявленной полезной модели является то, что
- корпус выполнен состоящим из двух соединенных между собой частей - металлической, выполняющей функцию средства теплоотвода (радиатора), и пластиковой, расположенной в менее нагретой части лампы:
- металлическая часть выполнена с оребрением, ребра которого обращены внутрь полости корпуса,
- пластиковая часть корпуса соединена с цоколем, а металлическая часть корпуса со светопроницаемой или светорассеивающей колбой,
- стенки металлической и пластиковой частей корпуса спрофилированы с выступами, обращенными наружу и совместно образующими внутри корпуса общие сквозные каналы, открытые в полость корпуса и сообщенные с внешней средой отверстиями, входными и выходными, с обоих концов каналов, обеспечивающими сквозное протекание воздушного потока через корпус и обтекание воздушным потоком пластин оребрения корпуса,
- входные отверстия каналов расположены со стороны торца металлической части корпуса под ребрами, а выходные - на противоположном торце корпуса лампы в пластиковой части корпуса,
- на внешней плоской стороне металлической части корпуса установлена и жестко закреплена плата, по меньшей мере, с одним светодиодом, вентилятор закреплен внутри металлической части корпуса и расположен между платой со светодиодом (или светодиодами) и платой источника питания, которая, в свою очередь, закреплена в пластиковой части корпуса.
Кроме того колба, предпочтительно, изготовлена из ударопрочного поликарбоната, металлическая часть корпуса предпочтительно выполнена из алюминия или легких алюминиевых сплавов, вентилятор установлен в рамке, прикрепленной резьбовыми элементами к металлической части корпуса. По меньшей мере, часть ребер металлической части корпуса, направленных внутрь полости корпуса, ориентирована радиально, т.е. расположена в плоскости, проходящей через ось корпуса. Одно или несколько ребер металлической части корпуса, направленных внутрь полости корпуса, могут располагаться наклонно к плоскости, проходящей через ось корпуса.
Помимо выходных отверстий каналов, расположенных на торце пластиковой части корпуса, на торце пластиковой части корпуса, ближе к ее оси (к цоколю), выполнены дополнительные выходные отверстия, равномерно расположенные по окружности торца пластиковой части корпуса. Предпочтительно дополнительные выходные отверстия имеют прямоугольное сечение. В других частных случаях исполнения дополнительные отверстия могут иметь круглое или иное сечение. Между образующими сквозные каналы выступами на поверхности металлической части корпуса и их продолжением на поверхности пластиковой части корпуса, на обеих частях корпуса образованы внешние ребра, выступающие наружу, увеличивающие площадь поверхности корпуса, контактирующую с внешней средой.
Техническим результатом от использования полезной модели является обеспечение создание оптимального теплового режима работы светодиода (светодиодов) для получения максимальной светоотдачи, обеспечения надежности и долговечности светодиодной лампы. Кроме того, вследствие обеспечения высокой эффективности теплоотвода от платы со светодиодом (светодиодами) возможно получение светодиодной лампы с уменьшенными габаритами корпуса лампы.
Заявленная конструкция светодиодной лампы позволяет снизить уменьшение светового потока (уменьшение светоотдачи) при длительной работе лампы, а именно, как показали исследования, после 10000 часов работы световой поток лампы заявленной конструкции лампы составляет свыше 90 процентов от исходного, при этом за счет эффективного теплоотвода температура поверхности светодиода на рабочих режимах составляет 55-65°C. Совокупность существенных признаков полезной модели обеспечивает оптимальный тепловой режим каждого светодиода и в целом долговечность светодиодной лампы без снижения светосилы на весь период ее жизненного цикла.
Указанный выше технический результат - обеспечение создания оптимального теплового режима работы светодиода (светодиодов) и связанного с данным результатом дополнительного эффекта в виде возможности уменьшения габаритов лампы, достигается за счет того, что металлическая часть корпуса выполняет функцию радиатора и выполнена из материала с высокой теплопроводностью, например, из алюминия или легких алюминиевых сплавов. При этом ребра, направленные внутрь корпуса, обдуваются потоками воздуха, создаваемыми вентилятором и протекающими по каналам, образованным выступами металлической и пластиковой частей корпуса. Кроме того, теплообмен осуществляется через дополнительные выходные отверстия, сообщающие полость корпуса с внешней средой. При этом окружающая лампу воздушная среда охлаждает внешнюю поверхность корпуса, и что особенно важно, его наиболее нагретую металлическую часть, где расположена плата со светодиодом (светодиодами). Внешние ребра корпуса, выступающие наружу, создают дополнительный отвод тепла за счет увеличения площади поверхности корпуса, контактирующей с внешней средой.
Таким образом, охлаждение производится, во-первых, принудительным прокачиванием воздуха через полость корпуса с охлаждением оребрения металлической части корпуса (корпус выполняет функцию радиатора). Тепло металлической части корпуса передается воздушными потоками от прикрепленной к ее торцу платы со светодиодом (светодиодами) к выходным отверстиям каналов. Во-вторых, происходит усиление теплообмена за счет переноса тепла не только по каналам, образованным выступами корпуса, в направлении выходных отверстий каналов, но и через дополнительные выходные отверстия (или перфорация) в торце пластиковой части корпуса, причем теплообмен усилен воздействием на нагретый воздух внутри корпуса воздушных струй от вентилятора - потоки воздуха от вентилятора переносят нагретый воздух в пластиковую часть корпуса, откуда он выходит через выходные отверстия, площадь которых превышает площадь входных отверстий каналов. В третьих, происходит рассеивание тепловой энергии в окружающую среду от нагретой поверхности металлической части корпуса, т.е. дополнительный теплоотвод от стенок и оребрения металлической части корпуса. Выполненные на корпусе внешние ребра и выступы, образующие сквозные каналы, усиливают этот эффект за счет увеличения площади поверхности корпуса, контактирующей с окружающей средой.
Расположение одного или нескольких ребер металлической части корпуса в радиальной плоскости, а других ребер наклонно к плоскости, проходящей через ось корпуса, позволят дополнительно закручивать (турбулизировать) поток воздуха и улучшить теплообмен между внутренним оребрением и воздушным потоком.
Закрепление вентилятора внутри металлической части корпуса между платой со светодиодом (или светодиодами) и платой источника питания позволяет наряду с охлаждением платы со светодиодами, также исключить перегрев платы источника питания (драйвера светодиодов), что также важно для обеспечения длительной надежной работы светодиодной лампы.
Полезная модель поясняется чертежами, на которых изображено:
На фиг. 1 - общий вид светодиодной лампы.
На фиг. 2 - светодиодная лампа, вид сбоку.
На фиг. 3 - основные части светодиодной лампы.
На фиг. 4 - металлическая часть корпуса с внутренним оребрением и вентилятором.
На фиг. 5 - пластиковая часть корпуса.
На фиг. 6 - светодиодная лампа в разрезе, вид сбоку.
На фиг. 7 - сечение A-A' с фиг. 6.
На фиг. 8 - сечение B-B' с фиг. 6.
На фиг. 9 - схема протекания воздушных потоков через полость корпуса светодиодной лампы.
На фиг. 10 - схема вентилятора.
На чертежах позициями обозначено:
1 - колба из прозрачного или матового поликарбоната.
2 - поверхность колбы из поликарбоната.
3 - источник света - светодиод.
4 - алюминиевая плата светодиодов.
5 - поверхность металлической (алюминиевой) части корпуса.
6 - входное отверстие для воздуха.
7 - вентилятор.
8 - рамка вентилятора.
9 - корпус алюминиевый.
10 - плата источника питания.
11 - поверхность пластиковой части.
12 - пластиковый корпус.
13 - выходное отверстие для воздуха.
14 - цоколь.
15 - температурный предохранитель.
16 - дополнительные выходные отверстия.
17 - выступы металлической и пластиковой частей корпуса, обращенные наружу корпуса.
18 - ребра внутреннего оребрения корпуса.
19 - внешние ребра на пластиковой части и на металлической части корпуса.
20 - каналы, образованные выступы металлической и пластиковой частей корпуса.
21 - перегородка канала, образованного выступом металлической и пластиковой частей корпуса.
22 - ротор вентилятора.
23 - статор вентилятора.
24 - мотор вентилятора.
25 - лопасти вентилятора.
26 - ось вентилятора.
27 - оболочка магнита вентилятора.
28 - магнит вентилятора.
29 - пружина вентилятора.
30 - подшипник вентилятора.
31 - верхняя крышка вентилятора.
32 - стальная пластина вентилятора.
33 - нижняя крышка вентилятора.
34 - плата вентилятора.
35 - подшипник вентилятора.
36 - кольцо (ускоритель)
Светодиодная лампа состоит из полого корпуса, выполненного разъемным и состоящим из двух частей - металлической части 9 и пластиковой части 12, соединенных между собой по фланцам с использованием резьбовых элементов. Металлическая часть 9 корпуса выполняет функцию радиатора
Во внутренней полости корпуса, в его пластиковой части 12 установлена плата источника питания 10, соединенная проводами с платой светодиодов и контактными элементами цоколя 14.
Светодиоды устанавливаются на плате 4 светодиодов, которая плотно и жестко соединена с кольцевой плоской площадкой торца металлической (алюминиевой) части корпуса 9.
Корпус соединен пластиковой частью 12 с цоколем 14, обеспечивающим установку лампы в патроне и ее питание посредством токопроводящих контактов, а металлической частью 9 корпус соединен со светопроницаемой (светорассеивающей) колбой 1. Колба 1 обеспечивает равномерную диаграмму направленности светового потока, защищает светодиоды от внешних воздействий и изготавливается, как правило, из ударопрочного пластика, близкого по оптическим характеристикам к стеклу, например, из прозрачного или матового поликарбоната.
Металлическая часть корпуса 9, соединенная с колбой 1, должна обладать высокой теплопроводностью, для чего она выполнена, предпочтительно, из алюминия или легких алюминиевых сплавов.
С внешней стороны металлической части 9 корпуса, выполняющей функцию радиатора, внутри светопроницаемой (светорассеивающей) колбы 1 установлена плата 4 с размещенными на ней источниками света -светодиодами 3. Источников света (светодиодов) может быть один или более.
Плата 4 со светодиодами жестко соединена с плоским внешним торцом металлической части корпуса 9, имеющим центральное отверстие и входные отверстия 6 для прохода воздуха. Вблизи торца металлической части корпуса 9 или по его торцу расположены средства для крепления светопроницаемой (светорассеивающей) колбы 1.
Внутри полости корпуса над платой 4 со светодиодами 3 в металлической части корпуса 9 установлен вентилятор 7, расположенный в рамке 8, прикрепленной к металлической части корпуса 9 резьбовыми элементами.
Вентилятор 7 и плата 4 со светодиодами 3 электрически связаны с платой 10 источника питания (драйвера светодиодов), установленной в пластиковой части 12 корпуса, и, в свою очередь электрически соединенной с цоколем 14 лампы.
Металлическая часть 9 корпуса, в которой расположена плата 4 со светодиодами 3, выполнена оребренной с направленными внутрь полости корпуса ребрами 18, которые или часть которых ориентированы вдоль оси корпуса - лежат в плоскости, проходящей через продольную ось лампы. Часть ребер 18 может быть ориентирована наклонно к указанной плоскости.
Стенки металлической 9 и пластиковой 12 частей корпуса выполнены с П-образными выступами 17, обращенными наружу, при этом каждый выступ пластиковой части 12 является продолжением соответствующего выступа металлической части 9, вместе выступы 17 образуют внутри корпуса сквозные каналы 20, открытые с обеих сторон (со стороны торцов корпуса) во внешнюю среду для засасывания воздуха снаружи, протекания воздушного потока по каналам внутри корпуса с охлаждением ребер внутреннего оребрения металлической части корпуса и выхода нагретого воздуха наружу. Канал 20 могут быть разделен перегородкой 21 на две части.
Входными отверстиями 6 для воздуха являются входы в сквозные каналы, образованные выступами на стенке корпуса. Входные отверстия 6 расположены со стороны торца металлической части 9 корпуса. Выходные отверстия сквозных каналов 13 расположены на противоположном торце лампы, на пластиковой части 12 корпуса. Кроме того, пластиковая часть 12 корпуса, на которой закреплен цоколь 14, выполнена с равномерно расположенными дополнительными выходными отверстиями 16 прямоугольного, круглого или сечения иной формы.
Дополнительные выходные отверстия 16 расположены с торцевой стороны корпуса, ближе к цоколю, чем выходные отверстия 13, и обеспечивают прохождение наружу потоков нагретого воздуха, нагнетаемого в пластиковую часть 12 корпуса из части 9 корпуса.
Между выступами на поверхности 5 металлической части корпуса и их продолжением на поверхности 11 пластиковой части 12 корпуса и на поверхности 5 металлической части 9 корпуса образованы внешние ребра 19, преимущественно П-образного сечения, выступающие наружу корпуса и обеспечивающие дополнительный отвод тепла за счет увеличения площади поверхности 5 металлической части 9 корпуса.
К плате источника питания подсоединен температурный предохранитель 15, чувствительных элемент которого закреплен на ребре внутреннего оребрения металлической части 9 корпуса.
Работа светодиодной лампы осуществляется следующим образом.
При включении светодиодной лампы в сеть переменное напряжение подается через цоколь на плату источника питания, где преобразуется в стабилизированное постоянное напряжение, которое подается на светодиоды 3, размещенные на плате 4. Световой поток от светодиодов 3, проходит через прозрачную или матовую колбу 1, вследствие чего обеспечивается равномерная диаграмма направленности.
В процессе работы происходит нагрев светодиодов 3, тепло от которых передается через плату 4 светодиодов 3 и слой теплопроводящей пасты на плоский торец металлической части 9 корпуса, при этом происходит нагрев внутреннего оребрения, наружных ребер, а также поверхности 5 металлической части 9 корпуса. Нагретый воздух, обтекающий внутреннее оребрение, выносится в окружающую среду из полости металлической части 9 корпуса за счет прокачки воздуха вентилятором. Воздушные потоки от вентилятора проходят по сквозному каналу внутри корпуса между входным 6 и выходным 13 отверстиями. Кроме того, нагретый воздух выходит через дополнительные отверстия 16 под воздействием вентилятора и/или за счет конвекции.
Заявленная полезная модель светодиодной лампы обеспечивает увеличение мощности и надежности работы светодиодной лампы, а также обеспечивает эффективность освещения за счет формирования равномерной диаграммы направленности.
Металлическая часть корпуса 9, выполненная с внутренним оребрением, изготавливается методом литья под давлением из алюминия или алюминиевого сплава. Количество, толщина и площадь поверхности теплоотводящих внутренних ребер зависят от мощности используемых светодиодов 3. Размеры корпуса зависят от типоразмера светодиодной лампы.
Возможность изготовления остальных элементов лампы не требует пояснения, так как известна специалистам в данной области техники.