СВЕТОДИОДНЫЙ СВЕТИЛЬНИК (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относится к осветительной технике, а именно к светодиодным светильникам, предназначенным для уличного, промышленного, бытового и архитектурно-дизайнерского освещения.
В настоящее время в качестве источников света все более широкое применение находят светодиоды, имеющие ряд преимуществ перед люминесцентными лампами и лампами накаливания.
В результате применения светодиодов в осветительной технике возникают трудности, связанные с правильным распределением света от светодиодов в нужном направлении. В современных светильниках для получения нужной кривой силы света либо применяют в конструкции светильников вторичные оптические линзы, меняющие направление светового потока, либо располагают светодиоды на криволинейной поверхности, рассчитанной с учетом светотехнических характеристик светодиодов.
Для распределения светового потока от светодиодов в нужном направлении в светодиодных светильниках используют концентрическую или рассеивающую оптическую линзу. Оптические линзы с различной диаграммой направленности коллимируют, рассеивают, сосредотачивают свет от светодиодов. Такие светильники с оптическими линзами характеризуются высокой себестоимостью, обусловленной значительной стоимостью оптических линз, и трудоемкостью изготовления, вызванной необходимостью подбора соответствующей линзы для получения требуемой кривой силы света светодиодов. К тому же применение оптических линз ведет к снижению излучающегося светового потока.
Известно осветительное модульное устройство (патента РФ №84943, кл. F21S 13/00, опубл. 20.07.2009 г.) содержащее, по меньшей мере, два светоизлучающих модуля, выполненных в виде протяженных коробчатых тел. Корпус коробчатых тел имеет металлическое основание с теплоотводящими ребрами и крышку, выполненную из полимерного материала с конусообразными углублениями-рефлекторами, в которых помещены светодиоды. Светоизлучающие модули установлены на стержневых держателях опорного рамного элемента в виде дугообразной планки с возможностью поворота относительно их продольной оси.
Осветительное модульное устройство имеет достаточно сложную громоздкую конструкцию. Наличие значительного числа комплектующих элементов при эксплуатации светильника в условиях окружающей среды (осадки в виде дождя, мокрого снега) приводит к заклиниванию, затруднению вращения коробчатых тел, что в свою очередь обуславливает сложность в подборе угла размещения коробчатых тел светильника для формирования требуемой кривой силы света, к тому же для данного типа работ необходимо наличие квалифицированного персонала.
В осветительном модульном устройстве светодиоды установлены в углублениях полимерного корпуса крышки с отсутствующим защитным покрытием, что не обеспечивает защиту светодиодов от вандализма и воздействии внешней окружающей среды.
В качестве прототипа принят фонарь освещения на светоизлучающих диодах (патент РФ №62445, кл. F21S 13/00, опубл. 10.04.2007 г.) представляющий собой металлический корпус, в одном отсеке которого установлена пластина-радиатор с размещенным на ее лицевой поверхности комплектом светоизлучающих диодов с линзами мощностью от 5 до 20 Вт, а на тыльной поверхности - чередующие выступы и углубления. Лицевая поверхность пластины-радиатора выполнена выпуклой формы, например, граненной. Светоизлучающие диоды расположены симметрично по окружности. В отдельном закрытом отсеке корпуса установлен независимый блок питания. Отсек корпуса со светоизлучающими диодами может быть закрыт защитным стеклом.
Недостатком фонаря освещения является размещение светодиодов по окружности, что не обеспечивает равномерного светового потока со всей рабочей поверхности светильника, ограничивая его потребительские свойства. Кроме того, выполнение лицевой поверхности пластины-радиатора выпуклой формы характеризует рассеивающую диаграмму направленности светового потока, поэтому, в случае, если требуется получение узконаправленного светового потока, применение данного светильника недопустимо.
Задача, решаемая в настоящей полезной модели, заключается в упрощении процесса задания требуемого пространственного положения светодиодов, выполнением светодиодных светильников с различными диаграммами направленности светового потока от светодиодов, повышении светотехнических параметров.
В зависимости от требований, предъявляемых к освещению рабочих зон, применяют источники света с различной диаграммой направленности светового потока, поэтому целесообразно применять светодиодные светильники, имеющие точную пространственную ориентацию светодиодов, заданную при проектировании и изготовлении светильников.
Решение поставленной задачи в светодиодном светильнике по первому варианту, содержащем корпус из теплопроводного материала, закрытого панелью из светопрозрачного материала, в котором установлена печатная плата со светодиодами и блок управления, при этом внутренняя поверхность основания корпуса, на которой размещена печатная плата со светодиодами, выполнена выпуклой формы, наружная поверхность корпуса выполнена оребренной, достигается объединением светодиодов в, по крайней мере, две ветви последовательно соединенных светодиодов, распределенных по внутренней поверхности основания корпуса в шахматном порядке.
Решение поставленной задачи в светодиодном светильнике по второму варианту, содержащем корпус из теплопроводного материала, закрытого панелью из светопрозрачного материала, в котором установлена печатная плата со светодиодами и блок управления, при этом внутренняя поверхность основания корпуса, на которой размещена печатная плата со светодиодами, выполнена выпуклой формы, наружная поверхность корпуса выполнена оребренной, достигается объединением светодиодов в, по крайней мере, две ветви последовательно соединенных светодиодов, распределенных по внутренней поверхности основания корпуса в шахматном порядке, выполнением основания корпуса пустотелым, размещением в полости корпуса блока управления.
Решение поставленной задачи в светодиодном светильнике по третьему варианту, содержащем корпус из теплопроводного материала, закрытого панелью из светопрозрачного материала, в котором установлена печатная плата со светодиодами и блок управления, наружная поверхность корпуса выполнена оребренной, достигается выполнением внутренней поверхности основания корпуса, на которой размещена печатная плата со светодиодами вогнутой формы, объединением светодиодов в, по крайней мере, две ветви последовательно соединенных светодиодов, распределенных по внутренней поверхности основания корпуса в шахматном порядке.
Решение поставленной задачи в светодиодном светильнике по четвертому варианту, содержащем корпус из теплопроводного материала, закрытого панелью из светопрозрачного материала, в котором установлена печатная плата со светодиодами и блок управления, наружная поверхность корпуса выполнена оребренной, достигается тем, что внутренняя поверхность основания корпуса, на которой размещена печатная плата со светодиодами, снабжена, по крайней мере, одним клинообразным выступом, вытянутым в продольном направлении, объединением светодиодов в, по крайней мере, две ветви последовательно соединенных светодиодов, распределенных по внутренней поверхности корпуса в шахматном порядке.
При этом, по крайней мере, один клинообразный выступ перекрывает часть или всю внутреннюю поверхность основания корпуса.
Кроме того для всех вариантов выполняется:
Корпус выполнен из прямоугольного или трапецеидального профиля с боковыми крышками.
Корпус выполнен из алюминия или его сплавов.
Корпус снабжен элементами крепления светильника к опоре.
В качестве светопрозрачного материала панели использован монолитный поликарбонат.
Панель из светопрозрачного материала и корпус соединены герметично посредством установки силиконового шнура в пазы для крепления панели в корпусе.
Светильник содержит, по крайней мере, два термодатчика, установленных на внутренней поверхности корпуса.
Использованы светодиоды одинакового или различного цвета свечения.
Использованы светодиоды различной мощности.
Светодиоды выполнены с различной диаграммой направленности излучения.
Светодиоды выполнены с одинаковой диаграммой направленности излучения.
Предложенное устройство светодиодного светильника с распределенными равномерно или неравномерно (определяется заданием требуемой кривой силы света), в шахматном порядке на внутренней поверхности основания корпуса светодиодами увеличивает поверхность излучения, повышает равномерность светового потока и обеспечивает его значительную величину. Выполнение внутренней поверхности основания корпуса, на которой размещена печатная плата со светодиодами, выпуклой, вогнутой формы или содержащей, по крайней мере, один клинообразный выступ -  обеспечивает возможность изменения пространственного положения светодиодов, таким образом, реализуется возможность изменения диаграммы направленности светового излучения с требуемым углом освещения, в результате световые характеристики вариантов предложенного устройства соответствуют конкретным требованиям по освещенности в зоне установки.
Объединение светодиодов в, по крайней мере, две ветви последовательно соединенных светодиодов, подключенных параллельно к блоку управления, размещенных в корпусе в шахматном порядке, позволяет получить равномерный световой поток с рабочей поверхности светильника, обеспечить надежную работу светодиодов и эффективный отвод тепла, выделяемый светодиодами в процессе работы.
Использование светильников в каждом случае определяется необходимостью создания в рабочей зоне соответствующей освещенности.
Светодиодный светильник по первому и второму вариантам исполнения применяют для освещения улиц, дорог, промышленных помещений, где требуется равномерное распределение светового потока, характеризующегося широкой кривой силы света.
Светильник по третьему варианту применяют для получения точно направленного светового потока, используемого для акцентированной подсветки рабочей зоны.
Светильник по четвертому варианту используют для получения двух строго направленных световых потоков, используемых для отстоящих друг от друга на некотором расстоянии объектов, например, рядов саженцев в теплицах.
Применение в совокупности светодиодов разной мощности, разного цвета, с различной диаграммой направленности светового потока позволяет выпускать светильники широкого модельного ряда с различными светотехническими характеристиками.
При необходимости получения наиболее яркого светового потока применяют светодиоды большей мощности, например, белого цвета, количество размещенных в корпусе светодиодов увеличивают, при этом посредством подбора формы внутренней поверхности корпуса (основание и профиль корпуса) добиваются максимального световыделения светильника.
Сущность заявляемого технического решения поясняется чертежами: на фиг.1 - светодиодный светильник по первому варианту (вид сверху), на фиг.2 - вид сбоку (без крышки) светильника по первому варианту (трапецеидальный профиль корпуса), на фиг.3 - вид сбоку (без крышки) светильника по четвертому варианту (прямоугольный профиль корпуса), на фиг.4 - общий вид светильника по первому варианту, на фиг.5 - общий вид светильника по третьему варианту, на фиг.6 - общий вид светильника по четвертому варианту.
Светодиодный светильник в соответствии с первым вариантом содержит теплопроводящий корпус 1 из алюминия или его сплавов, выполняющий функции радиатора охлаждения, имеющий преимущественно прямоугольную или трапецеидальную форму профиля (на фиг.2 показан трапецеидальный профиль корпуса, на фиг.3 - прямоугольный профиль корпуса). К боковым стенкам профиля корпуса 1 присоединены крышки 2 из алюминия или его сплавов, например, посредством винтового соединения. Внешняя поверхность корпуса 1 для защиты от внешних воздействий окружающей среды покрыта антикоррозионным гальваническим покрытием, выполненным, например, анодированием. Внешняя поверхность корпуса 1 оребрена, т.е. содержит продольные ребра 3, выполняющие роль радиатора охлаждения для отвода тепла от корпуса 1. Корпус 1 снабжен элементами крепления светильника на консоль, стену или потолок в виде Т-образного паза 4 (фиг.3) или «ласточкиного хвоста» 4 (фиг.2).
Корпус 1 закрыт панелью 5, выполненной из светопрозрачного стекла или из полимерного материала, например, монолитного поликарбоната, толщина которого варьируется от 1 до 5 мм. Прозрачная панель 5 защищает светильник от воздействий внешней окружающей среды и вандализма.
Для повышения прочности конструкции светильника прозрачная панель 5 может дополнительно упираться на, по меньшей мере, две фиксирующие стойки (на чертеже не показаны), перпендикулярные прозрачной панели 5 и совпадающих с установочными отверстиями на внутренней поверхности основания корпуса 1.
Часть внутренней поверхности основания корпуса 1, на которой установлена печатная плата 6 со светодиодами 7, выполнена выпуклой формы, преимущественно полукруглой. Светодиоды 7 соединены между собой последовательно в, по крайней мере, две ветви, подключенные к блоку управления 8 параллельно. Светодиоды 7 распределены по выпуклой поверхности основания корпуса 1, как правило, равномерно в шахматном порядке для получения наибольшего потока излучения светильника, их количество, как правило, 16, 32, 60 и 112 в зависимости от требований, предъявляемых к мощности излучения светильников. В отдельных случаях светодиоды 7 могут быть распределены на внутренней поверхности основания корпуса 1 неравномерно. В ветви светодиодов 7 могут быть включены светодиоды 7 как одинакового, так и различного цвета. Для формирования заданных зон освещения ветви светодиоды 7 могут быть выполнены на светодиодах 7 с одинаковой диаграммой направленности излучения или с разной диаграммой направленности излучения. В конструкции светильника могут быть применены светодиоды 7 различной мощности.
В корпусе 1 размещен блок управления 8, установленный в пазе со стороны выхода питающего кабеля 9, проходящего через сальник 10, закрытый дополнительной непрозрачной панелью 11, на которой могут быть нанесены технические характеристики электронагревателя и наименование изготовителя. Блок управления 8 выполнен в виде драйвера, обеспечивающего оптимальный режим работы светодиодов 7 в широком диапазоне напряжения питания: от 120 до 270 В. Блок управления 8 является стабилизатором тока, обеспечивает защиту от колебаний питающего напряжения, предохраняя светодиоды 7 и корпус 1 светильника от перегрева.
К внутренней поверхности основания корпуса 1, на которой размещена печатная плата 6 со светодиодами 7, присоединены термодатчики 12, фиксирующие температуру корпуса 1 при работе светильника.
Корпус 1 светильника выполнен герметичным, благодаря наличию силиконового шнура 13 круглого сечения, установленного в пазах крепления 14 прозрачной панели 5 в корпусе 1.
Светильник для крепления его на несущую поверхность в общем случае включает комплект консольного крепления или комплект для потолочного или настенного крепления, представляющий собой кронштейн консольный с сальником, крышкой и болтами (на чертеже не показаны).
В зависимости от исполнения светодиодные светильники могут быть длиной 320 мм, 520 мм и 720 мм.
Устройство светодиодного светильника по второму варианту аналогично конструкции светильника по первому варианту. Отличие заключается в том, основание корпуса 1 выполнено выпуклой формы пустотелым, при этом блок управления 8 работой светодиодов 7 размещен в полости корпуса 1. Изготовление выпуклой конструкции основания корпуса 1 полой обусловлено экономией материала, из которого изготовлен корпус 1. В данном случае в конструкции светильника отсутствует дополнительная непрозрачная панель 11, а светодиоды 7 размещены по всей внутренней выпуклой поверхности основания корпуса 1.
Устройство светодиодного светильника по третьему варианту аналогично конструкции светильника по первому варианту, отличием является выполнение внутренней поверхности основания корпуса 1, на которой размещена печатная плата 6 со светодиодами 7 вогнутой формы.
Устройство светодиодного светильника по четвертому варианту аналогично конструкции светильника по первому и третьему вариантам, отличием является то, что внутренняя поверхность основания корпуса 1, на которой размещена печатная плата 6 со светодиодами 7 содержит, по крайней мере, один клинообразный выступ () 15, вытянутый в продольном направлении. Наклонные грани клинообразного выступа 15 сориентированы под углом более 0° и менее 180° друг к другу. На каждой из наклонных граней клинообразного выступа 15 размещена, по крайней мере, одна ветвь светодиодов 7. Клинообразный выступ 15 перекрывает часть или всю внутреннюю поверхность основания корпуса 1.
Выпуклая, вогнутая форма, наличие клинообразных выступов на внутренней поверхности основания корпуса позволяет устанавливать светодиоды под различными углами к оптической оси светильника, изменяя светораспределение светильника, обеспечивая получение нужных кривых света.
Светодиодный светильник по каждому из вариантов работает следующим образом.
При подключении светильника к электрической сети блок управления 8 подает напряжение на ветви светодиодов 7, обеспечивая их рабочим напряжением. Светодиоды 7 начинаю излучать мощный световой поток различной направленности, обусловленной расположение светодиодов 7 в светильнике. При выходе из строя одной из ветвей светодиодов 7 работу светильника обеспечивает функционирующая цепь второй ветви светодиодов 7. В результате параллельного подключения ветвей светодиодов 7 к источнику тока (блок управления 8) одна работающая ветвь обеспечивает освещенность на уровне 0,5 от номинального значения, при этом восприятие человеком изменения уровня освещенности практически незаметно.
В процессе работы светильника светодиоды 7 выделяют тепло, которое отводится благодаря теплоотводящему материалу корпуса 1. Эффективность отвода тепла с поверхности корпуса 1 обеспечена наличием на его внешней поверхности ребер 3, это в свою очередь обеспечивает нормальное охлаждение светодиодов 7. Для предотвращения перегрева светодиодов 7, приводящего к сокращению срока их службы, при достижении температурой корпуса 1 максимально допустимого значения, отмеченного термодатчиком 12, блок управления 8 уменьшает ток, питающий светодиоды 7, что приводит к уменьшению, тепловыделения светодиодов 7 и стабилизации их работы.