ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЛАМПА
ELECTRIC LAMP

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к электрической лампе, содержащей:
- колбу, установленную на цоколь,
- средства охлаждения для охлаждения лампы в процессе работы,
- полупроводниковый источник света, расположенный внутри колбы,
- ось лампы, проходящую через центральный конец цоколя и центральную оконечность колбы,
причем колба имеет внешнюю поверхность, содержащую пропускающую свет поверхность для пропускания света, возникающего из источника света в процессе работы лампы.
Уровень техники изобретения
Такая лампа известна из US-5806965. В известной лампе по существу всенаправленный кластер отдельных СИД электрически установлен на печатных платах (ПП). Та же интенсивность света, как и у стандартных ламп накаливания (GLS) может генерироваться указанным кластером СИД при части потребления энергии стандартной GLS. Для того чтобы предоставить известную лампу безопасной потребителям, она обеспечивается защитной колбой, т.е. колпаком, чтобы защитить потребителя от воздействия электрических схем внутри указанного колпака. В результате, известная лампа имеет недостаток в том, что желаемое распространение света во всех направлениях ограничивается пластинкой основания (нижней стенкой), на которую крепится колпак. Более того, обеспечение защитного колпака над ПП и СИД приводит к тому, что известная лампа имеет недостаток в уменьшенной/недостаточной эффективности охлаждения.
Сущность изобретения
Целью изобретения является предоставление СИД лампы колбного типа, относящейся к типу, описанному во вступительном абзаце, в которой устраняется, по меньшей мере, один из недостатков. Чтобы этого добиться, эта лампа отличается тем, что как средства охлаждения, так и пропускающая свет поверхность распределены по внешней поверхности колбы таким образом, что для воображаемого набора из двух плоскостей, из которых первая плоскость проходит параллельно оси, а вторая плоскость проходит перпендикулярно оси, может быть найдено положение указанных плоскостей, при котором, по меньшей мере, одна из указанных двух плоскостей пересекает, по меньшей мере, два раза границу между средствами охлаждения и пропускающей свет поверхностью. Нужно понимать, что термин «колба» при этом включает в себя множество форм, например, форму скругленной сферы, трубчатую форму, форму многогранника, например, двадцатигранника, шестиугольника или восьмигранника. Следует понимать, что полупроводниковый источник света включает в себя ОСИД, СИД, оптоэлектронные устройства. Воображаемые плоскости, пересекающие, по крайней мере, дважды границу между средствами охлаждения и пропускающей свет поверхностью, указывают на то, что указанные средства охлаждения и пропускающая свет поверхность составлены из частей. Для того чтобы эффективно охлаждать лампу, т.е. чтобы иметь достаточную охлаждающую способность и достаточное излучение света, изобретатели поняли, что, как охлаждающие средства, так и пропускающая свет поверхность должны формировать внешнюю поверхность колбы и должны быть распределены, например, частями по внешней поверхности колбы. Распределение средств охлаждения по внешней поверхности колбы увеличивает площадь поверхности средств охлаждения, подверженной воздействию внешней атмосферы, и, таким образом, увеличивает/улучшает охлаждающую способность лампы, при этом, без какого-либо или с малым увеличением размера лампы. В известной лампе увеличение средств охлаждения привело бы к большой, объемистой лампе. Распределение пропускающей свет поверхности по внешней поверхности колбы приводит к улучшенному распространению света по всем направлениям по сравнению с известной лампой. В известной лампе желаемое распространение света по всем направлениям ограничено пластинкой основания (нижней стенкой), на которой установлен колпак. Это явление устраняется в лампе по изобретению.
Для дальнейшего улучшения охлаждающей способности лампы вариант осуществления электрической лампы отличается тем, что средства охлаждения проходят от внутренности колбы во внешнюю поверхность колбы, тем самым формируя часть внешней поверхности колбы. Таким образом, внешняя поверхность колбы не должна являться замкнутой поверхностью, но может быть сформирована из различных частей, которые, например, выровнены заподлицо на внешней поверхности колбы. Опционно, внешняя поверхность колбы может быть обеспечена покрытием, например, в декоративных целях, чтобы улучшить излучающие свойства средств охлаждения, или чтобы сгладить внешнюю поверхность колбы. Источник света может содержать кластер СИД, причем этот кластер СИД может быть распределен на подгруппы СИД средствами охлаждения в лампе по изобретению. Технические мероприятия содержат улучшение охлаждающей способности лампы, так как средства охлаждения имеют существенно увеличенную поверхность охлаждения, и поверхность охлаждения непосредственно подвергается воздействию окружающей атмосферы без (термически изолирующего) защитного покрытия, тем самым позволяя свободно текущему воздуху протекать вдоль областей охлаждения, например, из-за конвекции. Предпочтительно, средства охлаждения равномерно распределены по всей внешней поверхности колбы, что приводит к независимости тепловых характеристик от ориентации лампы в процессе работы. Чтобы способствовать охлаждению лампы, средства охлаждения, предпочтительно, имеют коэффициент теплопроводности, по меньшей мере, 1 Вт/мК, более предпочтительно, 10 Вт/мК, или еще более предпочтительно, 20 Вт/мК или более, вплоть до 100 или 500 Вт/мК. Подходящими материалами для средств охлаждения являются металлы, такие как алюминий, медь, их сплавы, или теплопроводные пластмассы например, доступные через Coolpoly, например, белая/черная Coolpoly D3606, имеющая теплопроводность, равную 1,5 Вт/мК, или белая Coolpoly D1202, имеющая теплопроводность, равную 5 Вт/мК.
В варианте осуществления электрическая лампа отличается тем, что пропускающая свет поверхность разделена на подобласти средствами охлаждения. В результате лампа имеет преимущество в том, что распространение света может настраиваться, например, путем задания ориентации подобластей и связанных подгрупп СИД из кластера СИД. В альтернативном варианте осуществления распространением света можно управлять путем управления интенсивностью подгрупп СИД, и/или, возможно даже внутри подгрупп интенсивностью отдельных СИД можно управлять. Путем задания ориентации и/или интенсивности подобластей становится возможным то, что лампа обеспечивает одинаковую интенсивность (силу) света обозревателю в пространственном угле 300°, т.е. одинаковая интенсивность света наблюдается со всех направлений, кроме направлений в пределах конуса вокруг цоколя, имеющего верхнюю точку на оси внутри колбы, причем конус имеет угол при вершине 60°. «Одинаковая интенсивность света» в этом отношении означает среднюю интенсивность света с изменением плюс минус 15%.
В другом варианте осуществления электрическая лампа отличается тем, что подобласти имеют одинаковую форму и/или размер. В результате лампа имеет преимущество в том, что ее относительно просто производить, так как уменьшается количество различных частей лампы.
В еще одном варианте осуществления электрическая лампа отличается тем, что подобласти формируют интегральную пропускающую свет поверхность, и подобласти и средства охлаждения выполнены в встречногребенчатой/вильчатой/чередующейся конфигурации. Это приводит к тому, что лампа имеет преимущество в том, что пропускающая свет поверхность и/или средства охлаждения каждое формируют только одну интегральную часть лампы, и что количество частей лампы, таким образом, значительно уменьшается.
В другом варианте осуществления электрическая лампа отличается тем, что каждая подобласть окружена соответствующей частью средств охлаждения. В результате, лампа имеет преимущество в том, что достигается относительно очень эффективное охлаждение; например, в случае, когда источник света содержит подгруппы СИД, каждая подгруппа СИД находится непосредственно вблизи со связанными с ней средствами охлаждения. Предпочтительными вариантами осуществления являются электрические лампы, в которых подобласти разделены, по меньшей мере, двумя проходящими в осевом направлении охлаждающими дугами, например, 2, 3, 4, 5, 6 или 8 дугами. В частности, в случае, когда охлаждающие дуги равномерно распределены по окружности внешней поверхности колбы, и пропускающие свет подобласти имеют одинаковую форму, получается симметричная при вращении колба, например, с четырехкратной или из семикратной симметрией по оси вращения. Альтернативными вариантами осуществления являются электрические лампы, в которых подобласти разделены, по меньшей мере, одними кольцевыми или кольцеобразными средствами охлаждения вокруг оси, например, с 2, 3 или 4 кольцами. Колба тогда имеет предпочтительную симметрию при вращении, например, с двукратной, трехкратной или четырехкратной осью вращения. В указанных выше вариантах осуществления количество подобластей находится в диапазоне от 2 до 8, но указанное количество легко может быть выбрано другим, например, более 8 и вплоть до 36 или 144 подобластей, или большее количество подобластей.
В другом предпочтительном варианте осуществления электрическая лампа отличается тем, что каждая подобласть является пропускающей свет частью, которая устанавливается съемным образом на средства охлаждения. Особенно удобным вариантом осуществления является электрическая лампа, в которой съемное крепление осуществляется с помощью соединения с зажимом/защелкой, что позволяет легко заменять пропускающие свет части. Благодаря признаку заменяемости лампа имеет преимущество в том, что могут быть выбраны предпочтительные свойства пропускающих свет частей, и свойства луча лампы могут регулироваться по желанию. Пропускающие свет части могут быть обеспечены, например, диффузно прозрачной или просвечивающей частью, которая опционно обеспечена отражающим рисунком, или, например, прозрасной частью, которая обеспечена выбранной смесью удаленных люминофорных материалов, чтобы задать цвет цветовой температуры лампы. Если пропускающая свет часть является оптическим элементом, с помощью которого управляют направлением лучей света, характеристики луча или распределения света относительно легко регулируются.
Средства охлаждения в электрической лампе могут быть выполнены в виде массивной, твердой, объемистой структуры, в которой теплопроводимость из внутренности колбы к внешней поверхности средств охлаждения и к внешней поверхности колбы происходит только через объем материала. Альтернативно, тем не менее, средства охлаждения могут быть сформированы в виде углублений, которые проходят внутрь, т.е. от внешней поверхности колбы в направлении оси. В этом варианте осуществления средства охлаждения имеют относительно большую внешнюю поверхность, при этом теплопроводимость имеет место только на коротком расстоянии через объем материала средств охлаждения до того, как тепло доходит до внешней поверхности средств охлаждения, где далее тепло может быть рассеяно в свободно протекающем окружающем воздухе. Таким образом, достигается эффективное охлаждение лампы.
Еще один вариант осуществления электрической лампы отличается тем, что средства охлаждения содержат как пассивные средства охлаждения, так и активные средства охлаждения. Пассивные средства охлаждения осуществляют охлаждение по существу без потребления мощности, часто посредством естественной конвекции. Активные средства охлаждения управляют рассеянием тепла путем принудительного потока переносящей тепло текучей среды, например, воздуха, масла или воды, и тем самым потребляют энергию. Тем не менее, активные средства охлаждения предоставляют преимущество, которое заключается в большем и лучше управляемом охлаждении.
Еще один вариант осуществления электрической лампы отличается тем, что лампа является лампой возбуждаемой постоянным током, и что лампа имеет центральную полость, проходящую в осевом направлении, в которой расположен возбудитель лампы, причем указанная полость является удобным местоположением для возбудителя для размещения внутри лампы, так как она примыкает к средствам охлаждения ламп. Альтернативно, лампа является лампой возбуждаемой переменным током, в этом случае возбудитель может быть исключен, и лампа может быть обеспечена стандартной соединительной частью Эдисона, что делает возможным ее пригодное использование в качестве модифицированной лампы относительно стандартных GLS ламп. Для удобства потребителя форма колбы, предпочтительно, соответствует форме традиционной GLS колбы, хотя альтернативные формы колбы также в равной степени возможны.
Краткое описание чертежей
Эти и другие аспекты изобретения будут теперь далее разъяснены с помощью схематических чертежей, где:
Фиг.1А изображает электрическую лампу в соответствии с прототипом;
Фиг.1B изображает другую лампу в соответствии с прототипом;
Фиг.1С изображает распространение света лампы прототипа с Фиг.1B;
Фиг.2А изображает вид сбоку первого варианта осуществления электрической лампы в соответствии с изобретением;
Фиг.2B изображает вид сверху лампы с фиг.2А;
Фиг.2С изображает распространение счета, получаемого от лампы с фиг.2А;
Фиг.2D изображает вид в перспективе, частично в разрезе, второго варианта осуществления лампы в соответствии с изобретением;
Фиг.3А изображает вид сбоку третьего варианта осуществления лампы в соответствии с изобретением;
Фиг.3B изображает вертикальное поперечное сечение лампы с фиг.3А;
Фиг.4 изображает четвертый вариант осуществления лампы в соответствии с изобретением;
Фиг.5 изображает пятый вариант осуществления лампы в соответствии с изобретением;
Фиг.6 изображает шестой вариант осуществления лампы в соответствии с изобретением;
Фиг.7 изображает седьмой вариант осуществления лампы в соответствии с изобретением;
Фиг.8 изображает восьмой вариант осуществления лампы в соответствии с изобретением;
Фиг.9 изображает девятый вариант осуществления лампы в соответствии с изобретением.
Подробное описание вариантов осуществления
На фиг.1А изображена СИД лампа колбного типа в соответствии с прототипом. Лампа 1 имеет колбу 3, установленную на цоколь 5. Источник света 7, содержащий множество СИД, установленный на ПП 9, расположен внутри колбы 3. ПП 9 обеспечена вентиляционными отверстиями, которые действуют как средства охлаждения (на изображены). Часть ПП сформирована как пластинка основания 13, на которую колба 3, выполненная в виде защитного колпака, устанавливается, причем указанный колпак окружает источник света и части ПП и средства охлаждения. Колпак имеет просвечивающую внешнюю поверхность 15 для пропускания света, возникающего из источника света в процессе работы лампы. Ось лампы 11 проходит через центральный конец 17 цоколя и центральную оконечность 19 колбы.
Фиг.1В изображает вид боку другой СИД лампы колбного типа 1 в соответствии с прототипом. В этой лампе прототипа колба 3 установлена на средства охлаждения 21, которые отделены от пропускающей свет поверхности 22 внешней поверхности колбы 15. Колба 3 установлена через средства охлаждения в цоколе 5. Средства охлаждения довольно объемистые, но это требуется, чтобы достичь правильной величины охлаждающей способности. Средства охлаждения ограничивают распространение света, излучаемого источником света через пропускающую свет поверхность 22, что приводит к пространственному углу α излучения около 220°. Пространственное распространение интенсивности света лампы с фиг.1В как функция от угла β изображено на фиг.1С. На графике, изображенном на фиг.1С, угол β=0° относится к интенсивности света при измерении вдоль оси 11 в направлении от цоколя 5 к колбе 3. Как ясно показано на фиг.1С, интенсивность света находится на требуемом уровне при углах β более 70°; при меньших углах β интенсивность света слишком низка, т.е. более чем на 15% ниже среднего выхода интенсивности света. На фиг.1В, кроме того, изображено, что относительно первой плоскости P1, параллельной оси 11, и второй плоскости P2, перпендикулярной оси 11, не может быть найдена позиция, в которой, по меньшей мере, одна из указанных плоскостей P1, P2 пересекает, по меньшей мере, два раза границу 10 между средствами охлаждения и пропускающей свет поверхностью. Плоскость P1 пересекает границу 10 только один раз, в то время как плоскость P2 вообще не пересекает границу.
На фиг.2А изображен вид сбоку первого варианта осуществления лампы 1 в соответствии с изобретением. Лампа имеет цоколь 5, удобную соединительную часть Эдисона E27, в который установлена колба 3, содержащая средства охлаждения 21. Внешняя поверхность 15 колбы 3 сформирована как подобластями пропускающей свет поверхности 23, четырьмя дугами 25 (из которых изображены только две), так и примыкающей верхней частью 27 средств охлаждения, особенность которой более ясно видна на виде сверху, изображенном на фиг.2В вдоль оси 11. Средства охлаждения проходят из внутренней части колбы к внешней поверхности колбы и сформированы в виде твердых дуг. В варианте осуществления с фиг.2А поверхности взаимно выровнены друг к другу в местоположениях на внешней поверхности колбы, где указанные поверхности как средств охлаждения, так и пропускающих свет подобластей граничат друг с другом. Средства охлаждения ограничивают только в малой степени распространение света, излучаемого источником света (на изображен) через пропускающую свет поверхность 15, и в значительно меньшей степени по сравнению с лампой прототипа, изображенной на фиг.1 В. Пространственное распространение интенсивности света лампы с фиг.2А как функция от угла β изображено на фиг.2С. На графике, изображенном на фиг.2С, угол β=0° относится к интенсивности света при измерении вдоль оси 11 в направлении от цоколя 5 в сторону колбы 3. Как ясно показано на фиг.2С, интенсивность света уже находится на требуемом уровне при углах β 30°, т.е. более чем на 15% ниже средней интенсивности светового выхода, что приводит к пространственному углу излучения α около 300°; другие углы α, например, α=280° или α=310° в равной степени возможны путем выбора соответствующих пропускающих свет подобластей или путем регулирования ориентации подгрупп источника света. Угол β формирует половину угла от угла вершины 8 конуса 6 вокруг цоколя 5 (смотри фиг.2А).
На фиг.2D изображен вид в перспективе, частично в разобранном виде, второго варианта осуществления лампы 1 в соответствии с изобретением, т.е. пропускающие свет подобласти сформированы съемно зафиксированными пропускающими свет частями, две из которых сняты, причем эти пропускающие свет части снабжены элементами зажима/защелки, позволяя легкую сборку на лампу путем соединения с защелкивающимися элементами 32, обеспеченными на средствах охлаждения 21. Некоторые компоненты внутри колбы 3 видны, включая источник света 7, который сделан из множества СИД 7а, 7b, установленных на ПП 9, и средства охлаждения 21, которые проходят от ПП внутри колбы во внешнюю поверхности 15 колбы. ПП расположены вокруг оси 11. Средства охлаждения выполнены в форме углублений, проходящих от внешней поверхности колбы к оси, и покрыты на стороне 29, обращенной к СИД, отражающим покрытием 31, чтобы снизить световые потери из-за поглощения света средствами охлаждения и, таким образом, чтобы увеличить эффективность лампы. Каждая ПП и подгруппы СИД расположены вблизи к своим соответствующим средствам охлаждения, и в результате достигается относительно очень эффективное охлаждение. СИД могут содержать: сочетание красных, зеленых, синих, белых (RGBW) СИД, - RGBW-янтарные СИД, - СИД различных цветовых температур, - СИД, которые все имеют один цвет, или синие/УФ СИД в сочетании с удаленным люминофором, обеспеченными на или в пропускающих свет частях. В лампе с фиг.2D СИД имеют разную цветовую температуру, т.е. 2500К и 7000К, интенсивностью излучения которых можно управлять независимо, чтобы регулировать излучаемую цветовую температуру лампы.
Фиг.3А изображает вид сбоку третьего варианта осуществления лампы 1 в соответствии с изобретением. Лампа имеет цоколь 5, удобную соединительную часть Эдисона E27, в которой установлена колба 3, содержащая средства охлаждения 21. Внешняя поверхность 15 колбы 3 сформирована как шестью гофрированными подобластями пропускающей свет поверхности 23 одинаковой формы, шестью гофрированными дугами 25 (из которых изображены только четыре), так и примыкающей верхней частью 27 средств охлаждения. На лампе с фиг.3А каждая из пропускающих свет подобластей окружена соответствующими средствами охлаждения. Средства охлаждения не выровнены с пропускающей свет поверхностью, а они частично лежат над указанной поверхностью, таким образом, что средства охлаждения вместе с пропускающей свет поверхностью формируют волнистую внешнюю поверхность колбы. Средства охлаждения в этой лампе не проходят от внутренней части колбы в и за пределы внешней поверхности 15 колбы, а только часть внешней поверхности колбы. Фиг.3В изображает вертикальное поперечное сечение лампы 1 с фиг.3А. Так как лампа является лампой постоянного тока, электронная схема 33 возбудителя предоставлена внутри полости 35 в колбе 3, которая преобразует переменное напряжение общей сети в подходящее напряжение постоянного тока. Полость 35 имеет круговую внешнюю стенку, сформированную ПП 9 из теплопроводного материала вокруг оси 11, и, таким образом, действует как средства охлаждения, на которые ПП СИД (не изображены) (должны быть) установлены, причем шесть дуг термически соединены с указанной стенкой на внешней поверхности колбы, и электрически изолирующая стенка 36 экранирует возбудитель от ПП. Таким образом, достигается эффективное охлаждение как СИД, так и цепи возбудителя. Лампа с фиг.3 В содержит синие СИД, излучение которых преобразуется в видимый свет путем удаленного люминофорного покрытия YAG-Ce 37, которое обеспечивается на внутренней поверхности 24 пропускающих свет подобластей 23.
Фиг. с 4 по 8, соответственно, изображают четвертый, пятый, шестой, седьмой и восьмой варианты осуществления лампы 1 в соответствии с изобретением, в которых на внешней поверхности 15 колбы 3, альтернативные устройства средств охлаждения 21 и пропускающих свет подобластей 23 изображены. Все варианты осуществления имеют отличные охлаждающие свойства. Лампа с фиг.4 имеет параллельные круговые кольца средств охлаждения; лампа с фиг.5 имеет встречногребенчатую структуру (структуру, схожую с пальцами или расческой) средств охлаждения 21 с пропускающими свет подобластями 23. Три охлаждающие области, схожие с пальцами, формируют встречногребенчатую структуру с тремя подобластями пропускающей свет поверхности. Лампа 1 с фиг.6 изображает вариант осуществления, в котором средства охлаждения 21 расположены рядом с цоколем 5 и в верхней части 27 лампы, содержащей одну интегральную пропускающую свет поверхность 22, т.е. без промежуточных подобластей. Фиг.7 и 8 изображают альтернативные варианты осуществления формы колбы, т.е. на фиг.7 колба имеет форму трубки, а на фиг.8 колба является шестисторонним многоугольником (шестиугольником) со сделанной из частей структурой, сформированной средствами охлаждения и подобластями 23 пропускающей свет поверхности 22. Более того, на каждой из указанных фиг. с 4 по 8 плоскость P1, параллельная оси 11 изображена также, как плоскость P2, перпендикулярная указанной оси. Ось 11 проходит через конец 17 цоколя 5 и оконечность 19 колбы 3. Во всех вариантах осуществления, изображенных на фиг. с 4 по 8, по меньшей мере, одна плоскость, либо плоскость P1, либо плоскость P2, либо как плоскость P1, так и плоскость P2, пересекает два или более раз границу 10 между средствами охлаждения 21 и пропускающей свет поверхностью 22 или ее подобластями 23. На фиг.4 плоскость P1 пересекает указанную границу три раза, а плоскость P2 не пересекает границу 10. На фиг.5 плоскость P1 не пересекает границу, в то время как плоскость P2 пересекает указанную границу 10 шесть раз. На фиг.6 плоскость P1 пересекает указанную границу два раза, а плоскость P2 не пересекает границу 10. На фиг.7 плоскость P1 пересекает указанную границу 10 один раз, а плоскость P2 пересекает указанную границу шесть раз. На фиг.8 как плоскость P1, так и плоскость P2 пересекают указанную границу 10 восемь раз. В лампе с фиг.7 внешняя поверхность колбы 15 имеет встречногребенчатую структуру средств охлаждения 21 и подобластей 23 пропускающей свет поверхности 22. Встречногребенчатая структура проходит в осевом направлении вдоль длины L по внешней поверхности колбы 15. Предпочтительно, длина L должна составлять, по меньшей мере, 1/4 от высоты H колбы 3 по оси.
Фиг.9 изображает вертикальное поперечное сечение девятого варианта осуществления лампы 1 в соответствии с изобретением. Лампа является как лампой с активным охлаждением, так и лампой с пассивным охлаждением. Активные средства охлаждения 41, на фигуре представляют собой двойной вентилятор, работающий в двух, поперечных направлениях, обеспечиваются внутри полости 35 в колбе 3, что улучшает охлаждающую способность и улучшает контроль за охлаждением лампы. Решетки 43 обеспечиваются для того, чтобы сделать возможными принудительные потоки воздуха, обозначенные стрелками 45, через полость. Полость 35 имеет внешнюю стенку, сформированную ПП 9 из теплопроводного материала, которые, таким образом, действуют как пассивные средства охлаждения, причем на эти ПП в качестве источника света 7 устанавливаются СИД 7а, 7b, 7c. Таким образом, достигается эффективное охлаждение обеих ламп.