СВЕРХМОЩНЫЙ СВЕТОДИОДНЫЙ ПРОЖЕКТОР

Полезная модель относится к осветительным прожекторам и может использоваться в разных областях, в том числе в качестве прожектора для железнодорожных локомотивов.
Известны прожекторы локомотива, где используются лампы накаливания типа ПЖ 50-500, КГМ 75-600, КГМ 110-600, размещенные в фокусе отражателя прожектора. Такие прожекторы характеризуются низкой надежностью. Лампы часто выходят из строя, что в свою очередь сказывается на безопасности движения. Низкая надежность таких прожекторов обусловила требования ГОСТ 12.2.056-81 о необходимости предусмотреть возможность осуществления замены электролампы прожектора из кабины машиниста, что создает дополнительные трудности для машиниста.
Для повышения надежности работы осветительных прожекторов желательно использовать в качестве источников света светодиоды, обладающие повышенной надежностью и увеличенным ресурсом работы.
Известен светодиодный прожектор (Патент RU 2274801), содержащий корпус с ребрами охлаждения и прозрачный защитный элемент, средства токопровода с внутренним размещением пластин-держателей с лампами и диодными излучателями в виде ИК-диодов, белых и цветных светодиодов, часть которых помещена в фокусы плоских линз Френеля, изготовленных в шахматном порядке на прозрачной пластмассовой пластине, установленной около выходного отверстия прожектора-фары. На каждом участке прозрачной пластмассовой пластины между четырьмя плоскими линзами Френеля в ее середине и между двумя линзами Френеля на ее краях установлены дополнительные излучатели. Однако и этот световой прибор не позволяет сформировать узконаправленный световой луч высокой интенсивности, поскольку не предназначен для работы с мощными светодиодными системами.
5
5
Технические параметры указанного светодиодного прожектора не соответствуют по световой мощности излучения Межгосударственному стандарту ГОСТ 12.2.056-81 "Система стандартов безопасности труда. Электровозы и тепловозы колеи 1520 мм. Требования безопасности" (утв. постановлением Госстандарта СССР от 27 мая 1981 г. N2663), где указано, что номинальная осевая сила света должна быть (6,4-9,6)×10 кд, а схема включения прожектора должна предусматривать возможность включения яркого света, обеспечивающего номинальную осевую силу света, и тусклого света, обеспечивающего силу света в пределах (0,7-1,2)×10 кд. При этом угол рассеяния луча в вертикальной и горизонтальной плоскостях должен составлять ~3°.
Известен сверхмощный светоизлучающий прожектор (Патент RU 99592), удовлетворяющий указанным стандартам и содержащий корпус с прозрачным колпаком, внутри которого размещены элементы схемы электрического питания, светоизлучающие диоды, установленные на плате, оптическую систему и радиатор, плата выполнена в виде многослойной структуры, которая содержит последовательно расположенные слои диэлектрического материала и металла, на которых выполнена топология печатной платы, и которая расположена на теплоотводящей основе, размещенной на радиаторе.
При этом элементы схемы электрического питания светоизлучающих элементов, в данном случае светодиодов, установлены непосредственно на печатной плате. Корпус прожектора имеет воздушные каналы для обеспечения охлаждения теплоотводящих элементов. Корпус прожектора имеет встроенную систему дополнительного принудительного охлаждения. Прозрачный колпак имеет просветляющее покрытие, нанесенное на внутренней поверхности колпака.
Недостатком известного сверхмощного светодиодного прожектора является недостаточная надежность работы, связанная с затрудненной теплоотдачей и размещением светодиодных элементов и источников их электропитания внутри корпуса прожектора. При этом временной ресурс работы светодиодного прожектора определяется ресурсом элементов электропитания, а не ресурсом работы светодиодных элементов.
Для повышения теплоотдачи желательно вынести элементы электропитания, обладающие повышенной теплоотдачей, за пределы корпуса прожектора или одновременно убрать корпус прожектора, ограничивающий теплоотдачу нагревных элементов прожектора.
Таких технических решений в светодиодных прожекторах в известном уровне техники не обнаружено.
Задачей и техническим результатом полезной модели является повышение надежности работы сверхмощного светодиодного прожектора.
Решение поставленной задачи и достижение заявленного технического результата обеспечивается тем, что сверхмощный светодиодный прожектор выполнен бескорпусным и содержит раму прямоугольной, круглой или эллипсоидальной формы, в проеме которой установлена светоизлучающая матрица с охлаждающим радиатором, причем светоизлучающая матрица содержит светоизлучающие элементы белого свечения, накрытые асферическими линзами.
При этом светоизлучающая матрица содержит не менее одной фольгированной матрицы на алюминиевой основе, снабженных электрическими выводами для соединения светоизлучающих элементов матриц с внешним источником электропитания через переключатель осевой силы света прожектора «ЯРКО»-1080000 cd и «ТУСКЛО»-100000 cd. Светоизлучающие элементы белого свечения выполнены в виде светодиодов и/или полупроводниковых кристаллов. Светодиоды белого свечения содержат полупроводниковые кристаллы с длиной волны 405…460 нм, покрытые силикон-люминофорной композицией. В качестве связующего материала покрытия используется оптически чистый силикон с показателем преломления Ri>1,53. Связующий люминофор нанесен на поверхности кристаллов тонким слоем за счет осаждения люминофора в силиконе, причем форма силикон-люминофорной композиции сферическая. Асферические линзы закреплены на светоизлучающей матрице саморезами. В основании каждой асферической линзы выполнено сферическое углубление с поперечными размерами, не меньшими поперечного размера белого светодиода или полупроводникового кристалла, покрытого силикон-люминофорной композицией. Полости в сферическом углублении между вогнутой стороной углубления и с расположенными в них светодиодами или полупроводниковыми кристаллами с силикон-люминофорной композицией, заполнены оптически прозрачным гелем с показателем преломления Ri>1,4.
Выполнение сверхмощного светодиодного прожектора бескорпусным и содержащим раму прямоугольной, круглой или эллипсоидальной формы, в проеме которой установлена светоизлучающая матрица с охлаждающим радиатором, причем светоизлучающая матрица содержит светоизлучающие элементы белого свечения, накрытые асферическими линзами, позволяет улучшить теплоотдачу нагревных элементов прожектора, повысить надежность его работы и приблизить его временной ресурс работы к долговечности светодиодных элементов.
Рациональный выбор параметров прожектора на основе известной элементной базе дополнительно позволяют повысить реализуемость заявленного прожектора с одновременным увеличением надежности его работы.
На фиг. 1 представлен вариант внешнего вида прожектора в профиль и с боковой стороны, содержащий две светоизлучающие матрицы; на фиг. 2 - конструкция светоизлучающего элемента, содержащего светодиод белого свечения с асферической линзой; на фиг. 3 - конструкция светоизлучающего элемента, содержащего полупроводниковый кристалла синего свечения с люминофорным покрытием и с асферической линзой; на фиг 4 - угловое распределение силы света экспериментального образца сверхмощного светодиодного прожектора заявителя.
Сверхмощный светодиодный прожектор, представленный на фиг. 1, выполнен бескорпусным, и содержит раму 1 прямоугольной, круглой или эллипсоидальной формы, в проеме которой установлена светоизлучающая матрица, выполненная цельной или модульной конструкции. Для описываемого примера (фиг. 1) осуществления она содержит две светоизлучающие матрицы 2 и 3, с охлаждающим радиатором 4. Каждая матрица 2, 3 снабжена электрическими выводами для соединения ее светоизлучающих элементов с внешним источником 5 электропитания через переключатель осевой силы света прожектора «ЯРКО»-1080000 cd и «ТУСКЛО» - 100000 cd (на фигурах не показано) На фольгированных матрицах установлены светоизлучающие элементы белого свечения, накрытые асферическими линзами 6.
При этом светоизлучающие элементы белого свечения выполнены в виде светодиодов 7 (фиг. 2), и/или полупроводниковых кристаллов 8 (фиг. 3). установленных в сферической выемке 8 линзы 6. Светодиоды 7 белого свечения содержат полупроводниковые кристаллы 9 с длиной волны 405…460 нм, покрытые силикон люминофорной композицией 10, 11 (фиг. 3). В качестве связующего материала использован оптически чистый силикон с показателем преломления Ri>1,53. Люминофор 10 нанесен на поверхность кристалла 9 тонким слоем путем осаждения люминофора в связующем силиконе. Асферические линзы 6 закреплены на светоизлучающих матрицах 2 и 3 саморезами 12. В основании каждой асферической линзы 6 выполнено сферическое углубление 13 с поперечными размерами, не меньшими поперечного размера светодиода 7 белого свечения или полупроводникового кристалла 9, покрытого силикон-люминофорной композицией 10-11. Для уменьшения оптических искажений и расходимости излучения прожектора полости, вызванные инструментальными погрешностями при отливке линз 6 со сферическими углублениями 13, заливаются (в процессе установки светоизлучающих элементов 7 и 9 в линзу 6) оптически прозрачным гелем с показателем преломления Ri>1,4. Более подробная конструкция и параметры светоизлучающих элементов белого свечения 7 и 9 пригодные для использования в заявленном прожекторе описаны в патентах заявителя RU 118934, RU 124366.
Сверхмощный светодиодный прожектор работает следующим образом. Напряжение от источника питания 14 через переключатель осевой силы света прожектора «ЯРКО»-1080000 cd и «ТУСКЛО»-100000 cd и питающий кабель (на фигурах не показано) подается на светоизлучающие матрицы 2 и 3 одновременно. При этом светоизлучающие элементы 7 и 9 преобразуют электрическую энергию в световую. Оптическое излучение каждого светоизлучающего элемента 7 или 9 матриц 2 и 3 собирается собственной линзой 6 в узком телесном угле (фиг. 4), обеспечивая формирование требуемого светораспределения на излучающей апертуре прожектора с заданной кривой силы света (КСС).
При этом за счет бескорпусного исполнения прожектора отпадает необходимость искусственной вентиляции и обдува его нагревных элементов. Бескорпусное исполнение и, как следствие вынос блока 14 электропитания за пределы кожуха известного прожектора дополнительно решает проблемы теплообмена прожектора с окружающей средой, увеличивает надежность его работы.
Полезная модель разработана на уровне опытного образца сверхмощного светодиодного прожектора с размерами 490×300×300 мм и весом до 17 кг. Проведены его светотехнические и электротехнические испытания. Результаты светотехнических испытаний экспериментального образца прожектора представлены на фиг. 4, а электротехнических испытаний - в виде следующих экспериментальных значений параметров:
Класс защиты:
IP63
Питание:
50/110 V
Потребляемая мощность:
150 W
Световая эффективность используемых
светодиодов не менее:
100 Lm/W
Осевая сила света
режим «ЯРКО»
1080000 cd
режим «ТУСКЛО»
100000 cd
Срок службы:
60000 часов
Световой поток, не менее:
15000 lm
Цветовая температура:
5500-6000 К
Индекс Ra не менее:
80