СВЕТОДИОДНАЯ ПЛАНКА
LED STRIP

Светодиодная планка относится к светодиодным источникам света, используемым в конструкциях светосигнальных приборов, в частности указателей истинного горизонта, предназначенных для обеспечения взлета и посадки вертолетов на корабельные взлетно-посадочные площадки.
Известен светодиодный задний фонарь транспортного средства, содержащий корпус с отверстием и обогреватель [Патент №2842369, Канада, Led tail light heater / Keller Keith G., опубл. 10.08.2015].
В известном устройстве в качестве источника света используется большое количество маломощных светодиодов, закрепленных на одной плате в виде плоского круга. В качестве обогревателя используется плоское кольцо, у которого диаметр внутреннего отверстия больше наружного диаметра платы светодиодов. От воздействия неблагоприятных факторов внешней среды плата светодиодов и обогреватель закрыты прозрачной крышкой, закрепленной на корпусе фонаря.
Недостатком известного устройства является его низкая эффективность, вызванная тем, что кольцо обогревателя установлено с зазором относительно крышки фонаря. Это затрудняет передачу тепла от обогревателя к крышке. Поэтому, во-первых, для нагрева крышки фонаря необходим обогреватель большой мощности, расходующий большое количество электроэнергии, а, во-вторых, необходимо большое количество времени для растаивания льда и снега на крышке фонаря.
Кроме того, в известном устройстве плата светодиодов и кольцо обогревателя установлены в одной полости, образованной прозрачной крышкой и корпусом фонаря. Вследствие этого, при включении обогревателя нагреваться будет не только крышка фонаря, но и светодиоды, что может привести к их перегреву и преждевременному выходу из строя.
Известен светодиодный световой прибор, содержащий корпус, колпак и блок подогрева [Патент №65616, РФ. Ударопрочный световой прибор на светодиодах / Буруля А.Г. и др., опубл. 10.08.2007].
В известном устройстве колпак имеет участок с цилиндрической поверхностью, посредством которого колпак закреплен в корпусе, и участок со сферической поверхностью. В качестве источника света используется большое количество маломощных светодиодов, закрепленных на одной плате, установленной во внутренней полости колпака. Блок подогрева содержит резисторы, установленные во внутренней полости колпака.
Недостатком известного устройства является его низкая эффективность, вызванная тем, что резисторы блока подогрева установлены с зазором относительно крышки фонаря. Это затрудняет передачу тепла от блока подогрева к колпаку. Поэтому, во-первых, для нагрева колпака необходимы резисторы большой мощности, что приводит к расходованию большого количества электроэнергии, а, во-вторых, требуется много времени для растаивания льда и снега на колпаке после включения резисторов блока подогрева.
Кроме того, в известном устройстве плата светодиодов и резисторы блока подогрева установлены в одной полости, образованной колпаком и корпусом. Вследствие этого, при включении резисторов блока подогрева нагреваться будет не только колпак, но и светодиоды, что может привести к их перегреву и преждевременному выходу из строя.
Известен светодиодный оптический блок светофора, содержащий корпус, линзу и обогреватель [Патент №100805171, Республика Корея, Led signal lamp / Sim Sang In, опубл. 28.02.2008].
В известном устройстве линза имеет участок с цилиндрической поверхностью, посредством которого линза закреплена в корпусе, и участок со сферической поверхностью. В качестве источника света используется большое количество маломощных светодиодов, закрепленных на одной плате, выполненной в виде плоского круга и сопряженной своей цилиндрической поверхностью с внутренней поверхностью цилиндрического участка линзы. В качестве обогревателя используется кольцо, примыкающее к внутренней поверхности линзы в месте перехода ее цилиндрического участка в сферический.
Недостатком известного устройства является то, что кольцо обогревателя расположено на значительном расстоянии от центральной части линзы. Поэтому для того, чтобы растаять лед и снег в центре линзы, необходимо потратить значительное количество времени, пока тепло от обогревателя дойдет до центральной части линзы.
Кроме того, в известном устройстве плата светодиодов и кольцо обогревателя установлены в одной полости, образованной линзой и платой светодиодов. Вследствие этого, при включении обогревателя нагреваться будет не только линза, но и светодиоды, что может привести к их перегреву и преждевременному выходу из строя.
Известен светодиодный блок светофора, содержащий корпус, линзу и обогреватель [Патент №7211771, США, De-icing system for traffic signals / Smith David L., опубл. 24.05.2007].
В известном устройстве линза выполнена выпуклой формы и соединена с корпусом. В качестве источника света используется большое количество маломощных светодиодов, закрепленных на одной плате, установленной во внутренней полости, образованной линзой и корпусом. В качестве обогревателя используются либо несколько витков резистивного покрытия, нанесенного на внутреннюю поверхность линзы, либо несколько витков резистивного провода, расположенного на внутренней поверхности линзы, либо несколько резисторов, закрепленных по краю печатной платы светодиодов.
Недостатком известного устройства является то, что при любом варианте изготовления обогревателя, плата светодиодов и обогреватель устанавливаются в одной полости, образованной линзой и корпусом. Вследствие этого, при включении обогревателя нагреваться будут не только линза, но и светодиоды, что может привести к их перегреву и преждевременному выходу из строя.
Наибольший нагрев светодиодов будет наблюдаться в случае использования в качестве обогревателя резисторов, закрепленных по краю печатной платы светодиодов. В случае использования в качестве обогревателя резистивного покрытия, нанесенного на внутреннюю поверхность линзы, или резистивного провода, расположенного на внутренней поверхности линзы, нагрев светодиодов будет происходить в меньшей степени, однако таким обогревателям присущ другой недостаток. Количество выделяемого ими тепла зависит от поперечного сечения и длины резистивного покрытия или резистивного провода. Для того, чтобы при помощи такого обогревателя растопить лед, образовавшийся на поверхности линзы, резистивное покрытие должно иметь достаточную площадь, а резистивные провода - достаточные поперечное сечение и длину. В этом случае и резистивное покрытие и резистивные провода будут перекрывать часть светового потока, излучаемого светодиодами, что снижает яркость устройства. Кроме того, такие обогреватели проблематично использовать для светодиодных ламп небольших размеров, ибо в этом случае тепла, выделяемого резистивным покрытием или резистивным проводом, может быть недостаточно для того, чтобы растопить лед.
Известна светодиодная планка, содержащая корпус коробчатой формы и обогреватели, при этом в одной из стенок корпуса выполнены, по меньшей мере, два отверстия, в каждом из которых установлен светоизлучающий модуль, при этом каждый светоизлучающий модуль содержит один мощный светодиод, закрепленный таким образом, что его оптическая ось совпадает с осью отверстия в корпусе [Заявка №202868433, КНР, Antifreeze type light-emitting diode (LED) light / Li Weitong и др., опубл. 10.04.2013] - прототип.
В известном устройстве каждый светоизлучающий модуль содержит плосковыпуклую линзу, закрепленную в отверстии корпуса и выступающую за габариты корпуса. Недостатком известного устройства является то, что его обогреватели установлены во внутренней полости корпуса. Поэтому они в первую очередь и в большей степени нагревают корпус, а не линзы. В сочетании с низким коэффициентом теплопроводности материала линз, это приводит к расходованию большого количества электроэнергии для растаивания льда и снега, образовавшихся на поверхности линз. Кроме того, это приводит к большим затратам времени на нагрев линз, что увеличивает время приведения светодиодной планки в состояние готовности.
Недостатком известного устройства является также то, что его светодиоды установлены в одной полости с обогревателями, а именно в полости корпуса. Вследствие этого, при включении обогревателей нагреваться будут не только корпус и линзы, но и светодиоды, что может привести к их перегреву и преждевременному выходу из строя.
Задача, решаемая предлагаемым изобретением, - повышение эффективности светодиодной планки за счет снижения электроэнергии, расходуемой на растаивание льда и снега на наружной поверхности ее светоизлучающих модулей, а также сокращение времени приведения светодиодной планки в состояние готовности и увеличение срока службы светодиодов.
Для решения этой задачи в светодиодной планке, содержащей корпус коробчатой формы и обогреватели, при этом в одной из стенок корпуса выполнены, по меньшей мере, два отверстия, в каждом из которых установлен светоизлучающий модуль, при этом каждый светоизлучающий модуль содержит один мощный светодиод, закрепленный таким образом, что его оптическая ось совпадает с осью отверстия в корпусе, согласно изобретения, каждый светоизлучающий модуль снабжен колбой, закрепленной в отверстии корпуса, и теплоизолирующей перегородкой, при этом в каждой колбе установлен обогреватель, выполненный в виде втулки, на наружной поверхности которой навита проволока с высоким удельным электрическим сопротивлением, а теплоизолирующая перегородка установлена между обогревателем и мощным светодиодом.
Колба каждого светоизлучающего модуля выполнена в виде тела вращения, ось которого совпадает с осью отверстия, имеет цилиндрический участок, посредством которого колба закреплена в отверстии корпуса, и выпуклый участок, выступающий за габариты корпуса, а втулка обогревателя выполнена из материала с высокой теплопроводностью и установлена в колбе таким образом, что ее ось вращения совпадает с осью колбы, и одной своей торцовой поверхностью втулка обогревателя соприкасается с внутренней поверхностью выпуклого участка колбы.
В каждом светоизлучающем модуле торцовая поверхность втулки обогревателя, посредством которой втулка обогревателя соприкасается с внутренней поверхностью выпуклого участка колбы, выполнена по форме, сопрягаемой с внутренней поверхностью выпуклого участка колбы.
При этом выпуклый участок колбы каждого светоизлучающего модуля выполнен в виде полусферы.
Теплоизолирующая перегородка каждого светоизлучающего модуля выполнена в виде толстостенной втулки, сделанной из тепло- и электроизоляционного материала, и установленной в колбе таким образом, что ее ось совпадает с осью колбы, а ее наружная цилиндрическая поверхность сопряжена с внутренней поверхностью цилиндрического участка колбы, при этом с одного ее торца, направленного в сторону выпуклого участка колбы, в толстостенной втулке выполнена глухая цилиндрическая выемка, ось которой совпадает с осью втулки, а обогреватель установлен в указанной выемке.
Кроме того, в центральном отверстии толстостенной втулки каждого светоизлучающего модуля установлен световод, выполненный в виде стержня из светопроводящего материала. При этом конец световода, обращенный к светодиоду, выполнен в виде усеченного конуса, расширяющегося в сторону светодиода, а противоположный конец световода выполнен в виде плосковыпуклой линзы.
Дополнительно светодиодная планка снабжена закрепленной в корпусе теплоотводящей пластиной, а мощные светодиоды всех светоизлучающих модулей закреплены на единой плате, прикрепленной к теплоотводящей пластине. При этом плата светодиодов выполнена из металла.
В том случае, если втулка обогревателя выполнена из металла, то между проволокой с высоким удельным электрическим сопротивлением и наружной поверхностью втулки обогревателя располагают слой электроизоляционного материала.
Центры отверстий в корпусе светодиодной планки расположены на одной прямой линии.
Технический результат, обеспечиваемый предлагаемым изобретением, заключается в максимально возможном приближении обогревателя к поверхности, на которой образуются лед и снег, а также в изолировании светодиодов от тепла, выделяемого обогревателями. Небольшие размеры обогревателя в поперечном направлении обеспечивают возможность растаивания льда и снега на колбах светодиодных ламп небольших размеров.
Изобретение поясняется чертежами. На фиг. 1 изображена светодиодная планка, вид спереди; на фиг. 2 - разрез А-А по фиг. 1.
Светодиодная планка содержит корпус 1 коробчатой формы, плату 2 светодиодов, теплоотводящую пластину 3, печатную плату 4, источник питания 5. Теплоотводящая пластина 3 закреплена внутри корпуса 1 и контактирует со стенками корпуса. Плата 2 светодиодов выполнена из металла и прикреплена к теплоотводящей пластине 3. Печатная плата 4 выполнена из текстолита и закреплена на теплоотводящей пластине 3. На печатной плате 4 закреплен источник питания 5.
В одной из стенок корпуса 1 выполнены отверстия, центры которых расположены на одной прямой линии В. В каждом из отверстий корпуса установлен светоизлучающий модуль. Каждый светоизлучающий модуль содержит мощный светодиод 6, колбу 7, толстостенную втулку 8 из тепло- и электроизоляционного материала, обогреватель и световод 9.
Светодиоды 6 закреплены на плате 2 светодиодов таким образом, что оптические оси С светодиодов совпадают с осями D отверстий в корпусе.
Колба 7 каждого светоизлучающего модуля выполнена в виде тела вращения, ось Е которого совпадает с осью D отверстия, имеет цилиндрический участок 10, посредством которого колба закреплена в отверстии корпуса 1, и выпуклый участок 11, выступающий за габариты корпуса 1 и выполненный в виде полусферы.
Обогреватель выполнен в виде втулки 12, на наружной поверхности которой навита проволока 13 с высоким удельным электрическим сопротивлением. Втулка 12 выполнена из материала с высокой теплопроводностью, например металла, и установлена в колбе 7 таким образом, что ее ось вращения совпадает с осью Е колбы 7. Между проволокой 13 и наружной поверхностью втулки 12 расположен слой 14 электроизоляционного материала. Одной своей торцовой поверхностью F втулка 12 обогревателя соприкасается с внутренней поверхностью сферического участка 11 колбы 7. Эта торцовая поверхность F втулки 12 выполнена по сферической поверхности, радиус которой равен внутреннему радиусу сферического участка 11 колбы.
Толстостенная втулка 8 из тепло- и электроизоляционного материала установлена в колбе 7 таким образом, что ее ось вращения совпадает с осью Е колбы 7, а ее наружная цилиндрическая поверхность сопряжена с внутренней поверхностью цилиндрического участка 10 колбы 7. С одного торца толстостенной втулки 8, направленного в сторону сферического участка 11 колбы 7, в ней выполнена глухая цилиндрическая выемка, ось которой совпадает с осью толстостенной втулки. В этой выемке установлен обогреватель.
В центральном отверстии толстостенной втулки 8 каждого светоизлучающего модуля установлен световод 9, выполненный в виде стержня из светопроводящего материала. Конец световода 9, обращенный к светодиоду 6, выполнен в виде усеченного конуса 15, расширяющегося в сторону светодиода, а противоположный конец световода 9 выполнен в виде плосковыпуклой линзы 16.
Работает светодиодная планка следующим образом.
Напряжение от источника питания 5 подается на мощные светодиоды 6. Свет, излучаемый светодиодом 6 каждого светоизлучающего модуля, проходит по световоду 9 и при помощи плосковыпуклой линзы 16 световода собирается в узкий пучок света, видимый на большом расстоянии.
При отрицательных значениях температуры окружающего воздуха на наружные поверхности колб 7 светоизлучающих модулей может налипать снег и образовываться лед, которые значительно снижают яркость светового потока.
В этом случае с пульта управления светосигнальными приборами взлетно-посадочной площадки подается команда на растаивание снега и льда на колбах 7 светодиодных планок. Контроллер указателя истинного горизонта (не показан) выдает команду на подачу напряжения на обогреватели светоизлучающих модулей. Тепло, выделяемое проволокой 13 с высоким удельным электрическим сопротивлением, нагревает втулку 12 обогревателя. Втулка 12 за счет контакта своей торцовой поверхностью F с внутренней поверхностью сферического участка 11 колбы 7 нагревает колбу до температуры, при которой лед и снег стаивают с наружной поверхности колбы 7.
Таким образом, за счет максимального приближения обогревателя к поверхности, на которой образуются лед и снег, обеспечивается быстрое и эффективное растаивание льда и снега на этой поверхности. За счет изоляции светодиода от обогревателя, тепло, выделяемое обогревателем, не нагревает светодиод 6, что позволяет увеличить срок службы светодиодов.
С другой стороны, в жаркую погоду тепло, выделяемое светодиодами 6, через плату 2 светодиодов передается на теплоотводящую пластину 3, а с последней - на корпус 1 светодиодной планки. Это снижает вероятность перегрева светодиодов и выхода их из строя.