СВЕТОДИОДНЫЙ ОГОНЬ Российский патент 2004 года по МПК F21S8/10 F21W101/06 F21W101/12 F21W111/06 

Изобретение относится к светотехнике, в частности к светодиодным огням с заданным пространственным распределением света, применяемым в аэродромных светосигнальных огнях (кругового обзора, линзовых и др.), для светоограждения высотных и протяженных объектов. Огни также устанавливают на высотных зданиях, промышленных трубах, мачтах и многих других высотных образованиях.

Огни красного, желтого, зеленого и синего цветов могут быть использованы на железных дорогах, водных путях, на разных типах транспортных средств. Режим работы огней может быть импульсным или непрерывным.

Известно светосигнальное устройство [1], состоящее из корпуса и цилиндрической линзы Френеля, внутри которой находится полая пластмассовая правильная восьмиугольная призма. На середине каждой грани призмы размещен светодиод. Восемь светодиодов составляют окружность для создания более равномерного распределения излучения в горизонтальной плоскости. Линза Френеля еще более концентрирует поток светодиодов в узкой области.

Недостатками устройства являются малая сила света, обусловленная всего одним рядом светодиодов, отсутствие излучения в верхней полусфере, которое требуется для многих светосигнальных приборов, и слабый теплоотвод от светодиодов, так как они смонтированы на пластмассовой призме.

Известен выбранный в качестве прототипа светосигнальный огонь [2], содержащий металлический корпус с оправкой и защитным колпаком, светодиоды, подключенные к средствам электропитания и установленные на гранях одного, двух и большего числа полых многогранников в виде усеченных пирамид, сопрягаемых между собой основаниями. Для улучшения теплоотвода от светодиодов внутри пирамид установлен их держатель в виде массивного центральногостержня-радиатора, находящегося в тепловом контакте с корпусом и пирамидами.

Недостатки прототипа связаны с тем, что установленные на гранях полых пирамид светодиоды не обеспечивают мощности излучения в некоторых направлениях пространства и, в частности, в зенит и близкие к нему утлы, а также в нижнюю полусферу, поскольку грани пирамид не могут быть параллельны вертикальной или горизонтальной плоскостям. Их наклон в вертикальной оси пирамид имеет значение более нуля и менее 90°. Кроме того, расчет заданного светораспределения довольно сложен, так как наклон граней разных усеченных пирамид отличается друг от друга, и может иметь любые значения.

Целью изобретения является улучшение световых и пространственных характеристик, создание мощного излучения в нужных направлениях и упрощение конструкции светодиодного огня.

Поставленная цель достигается тем, что в светодиодном огне, содержащем корпус с оправкой и прозрачным защитным или линзовым элементом, держатель светодиодов, размещенных на гранях части внешней поверхности и основаниях выпуклого полого многогранника, средства теплоотвода от светодиодов и устройство их электропитания, держатель светодиодов выполнен из совместной сборки правильных полых призм, правильных полых усеченных пирамид и таких же пирамид, перевернутых на 180°, с общей осевой линией, а точки пересечения ребер по крайней мере у одного основания каждого элемента сборки расположены в пространстве на части воображаемой поверхности второго порядка, образующей геометрические тела, выбранные, например, из группы: эллипсоид вращения, однополостный гиперболоид, бочка с образующей в виде дуги параболы и/или дуги окружности.

Цель достигается и тем, что в светодиодном огне точки пересечения ребер полых призм и полых усеченных пирамид держателя светодиодов расположены в пространстве на части воображаемых поверхностей второго порядка одновременно двух, трех и более тел, выбранных из группы, перечисленных выше, а также цилиндра и сферы.

Достижению поставленной цели способствует и то, что общая осевая линия сборки полых призм и усеченных пирамид наклонена к горизонтальной плоскости под углом в диапазоне от нуля до 90°.

Технический результат достигается и тем, что поверхность многогранника, не занятая светодиодами, снабжена отверстиями, соединяющими внутренний объем с внешним для многогранника пространством внутри прозрачного защитного элемента.

Кроме того, поставленная цель достигается и тем, что держатель светодиодов выполнен из кругового набора фигурных металлических полос или обечаек, изогнутых по поперечным линиям, концы которых закреплены на основаниях выпуклого полого многогранника таким образом, что образуют совместную сборку правильных полых приз и правильных полых усеченных пирамид.

Варианты исполнения устройства, которые наиболее точно характеризуют существо предлагаемого изобретения, показаны на чертежах, где на фиг. 1 - светодиодный огонь с держателем светодиодов из сборки призм и пирамид, вписанных в сплющенной эллипсоид вращения; на фиг. 2 - светодиодный огонь с держателем светодиодов из сборки призм и пирамид, вписанных в однополостный гиперболоид и эллипсоид вращения; на фиг. 3 - светодиодный огонь с держателем светодиодов из сборки призм и пирамид, осевая линия которых расположена горизонтально; на фиг. 4 - светодиодный огонь с держателем светодиодов из сборки призм и пирамид, точки пересечения ребер одного из оснований которых лежат на сферической поверхности, переходящей в цилиндрическую; на фиг. 5 - металлическая полоса, изогнутая по поперечным линиям; на фиг. 6 - поперечное сечение сборки со светодиодами правильных полых призм и полых усеченных пирамид, образованных металлическими полосами, изогнутыми по поперечным линиям, с электрическим соединением светодиодов; на фиг. 7 - поперечное сечение сборки со светодиодами правильных полых призм и полых усеченных пирамид, образованных фигурными изогнутыми по поперечным направлениям металлическими полосами, размещенными друг относительно друга под прямым углом; на фиг. 8 - вид сверху сборки со светодиодами, показанной на фиг. 7; на фиг. 9 - съемная цилиндрическая обечайка с распаянными концами электрических выводов светодиодов.

На фиг. 1-3 показан светодиодный огонь кругового обзора, содержащий корпус 1, изготовленный из алюминиевого сплава или пластмассы с оптически прозрачным колпаком 2, установленном в оправке 3 через уплотнительную герметизирующую прокладку 4 с удерживаемым на оправке кольцевым элементам 5.

Через уплотнение 6 при помощи шарнира и стягивающих болтов оправка 3 с колпаком 2 и кольцевым элементом 5 закреплена и герметизирована на корпусе 1. Внутри прозрачного колпака 2 на кольцевом элементе 5 собрана арматура съемных держателей 7 и 12 со светодиодами 8, 9, 10 и 11 на усеченных пирамидах 14, 15 и 17 и призме 16. Все они имеют общую вертикальную осевую линию ZZ’ (19). пирамида 15 перевернута на 180° по отношению к пирамидам 14 и 17. На фиг. 1 точки пересечения ребер призмы 16 и усеченных пирамид 15 и 17 находятся в пространстве на части воображаемой поверхности второго порядка, образующей однополостный гиперболоид, а пирамиды 14 и 15 - сплющенный эллипсоид вращения. Цифрой 13 обозначен фигурный фланец. Светодиоды расположены в пространстве одновременно на воображаемых поверхностях второго порядка двух тел: однополостного гиперболоида и эллипсоида вращения.

Общая осевая линия 19 ZZ’ сборки полых призм и усеченных пирамид наклонена к горизонтальной плоскости под углом в 90° (фиг. 1, 2, 4). Благодаря прокладкам 18, расположенным между элементами сборки, имеются отверстия, соединяющие их внутренний объем с внешним для многогранников пространством внутри прозрачного колпака 2.

На фиг. 3 показана конструкция светодиодного огня, у которого осевая линия 21 сборки полых призм и усеченных пирамид, лежащих на подставке 20, расположена горизонтально относительно оси прибора. Точки пересечения ребер оснований призм и усеченных пирамид лежат на воображаемой поверхности бочки с образующей в виде дуги параболы (и/или дуги окружности).

Отличительным признаком светодиодного огня, показанного на фиг. 4, является то, что точки пересечения ребер только одного основания усеченных пирамид лежат на воображаемой сферической поверхности, переходящей в цилиндрическую. Это позволяет значительно больше варьировать конструктивными особенностями светодиодного огня при определенном ограничении объема держателя светодиодов сферической (22) и цилиндрической (16) поверхностями.

На фиг. 5 изображена металлическая достаточно узкая полоса 23, изогнутая по поперечным линиям. Из кругового набора таких изогнутых полос, на внешней стороне которых размещены светодиоды, собирается оптический блок, поперечное сечение которого показано на фиг. 6. Центральный цилиндр 24, предназначенный для охлаждения (отбора тепла от) светодиодов 25, скреплен с верхним 26 и нижним 27 металлическими основаниями посредством винтов 28. Изогнутые по поперечным линиям металлические полосы 29 и 30 скреплены с основаниями 26 и 27 винтами 31 и 32. Электрическое соединение светодиодов друг с другом осуществлено проводами 33 и 34, концы которые выведены наружу оптического блока.

На фиг. 7 и 8 изображена конструкция светодиодного огня, который может крепиться к вертикальной или металлической пластине 35. Форма металлической пластины 35, на котором размещены светодиоды 36, вписывается в часть поверхности кривой второго порядка 37 (в часть поверхности сфероида вращения или бочки с образующей в виде окружности или параболы). Она создается за счет фигурных изогнутых по поперечным направлениям металлических полос 38 и 39, размещенных друг относительно друга под прямым углом.

На фиг. 9 показана съемная цилиндрическая обечайка 40 с распаянными концами электрических выводов 41 светодиодов 42. Обечайка характеризуется гибкостью и может крепиться на центральном стержне любыми известными способами. Обечайка может также иметь коническую форму.

Работа указанных вариантов конструкции светодиодного огня осуществляется следующим образом. После включения прибора в сеть переменного или постоянного тока загораются светодиоды, которые обеспечивают излучение в заданной области пространства. Поскольку диаграмма распределения силы света каждого светодиода известна, легко подсчитать суммарное излучение сборки таких светодиодов и создать конструкцию, отвечающую заданным требованиям.

Источники информации

1. Коган. Л. Дальнейшее развитие оптоэлектронных приборов//Новые компоненты. 1998. №4 (7). С. 55-58. Приложение к журналу "Электронные компоненты". Коган Л.М., Шмерлинг И.Е. Полупроводниковые светодиодные излучатели для светосигнальных приборов навигационных знаков водных путей //Светотехника. 1998. №2. C. 19-22; Laser News 1997. №4. Р. 22-26.

2. Середа Н.И., Сысун В.В. Светосигнальный огонь кругового обзора. Патент РФ №2153623. Кл. 7 F 21 S 2/00. Опубл. 27.07.2000. Бюлл. №21. Басов Ю.Г., Сысун В.В. Светосигнальный огонь на светодиодах. Заявка на патент РФ №2000107184/09 от 24.03.2000, кл. F 21 V 5/02.

Изобретение предназначено для применения в качестве сигнального огня в авиации, железнодорожном и автомобильном транспорте, водных путях. Техническим эффектом является улучшение световых пространственных характеристик огня, создание излучения требуемой мощности в нужных направлениях и упрощение его конструкции. В устройстве, содержащем корпус, прозрачный защитный или линзовый элемент, светодиоды, держатель светодиодов выполнен из совместной сборки правильных полых призм, правильных полых усеченных пирамид и таких же пирамид, перевернутых на 180°. Они имеют осевую линию, а точки пересечения ребер, по крайней мере, у одного основания каждого элемента сборки расположены в пространстве на части воображаемой поверхности второго порядка, образующей геометрические тела, выбранные из группы: эллипсоид вращения, однополостный гиперболоид, бочка с образующей в виде дуги параболы и/или дуги окружности, либо одновременно на части двух, трех и более тел, перечисленных выше, а также цилиндра и сферы. Осевая линия сборки может быть наклонена к горизонтальной плоскости под углом в диапазоне от нуля до 90°. Поверхность многогранника, не занятая светодиодами, может быть снабжена отверстиями для теплообмена внутреннего и внешнего пространства. Держатель светодиода выполнен из кругового набора фигурных металлических полос или обечаек, изогнутых по поперечным линиям, концы которых закреплены на основаниях выпускного полого многогранника так, что образуют совместимую сборку правильных полых призм и правильных усеченных пирамид. 4 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Светодиодный огонь, содержащий корпус с оправкой и прозрачным защитным или линзовым элементом, держатель светодиодов, размещенных на гранях части внешней поверхности и основаниях выпуклого полого многогранника, средства теплоотвода от светодиодов и устройство их электропитания, отличающийся тем, что держатель светодиодов выполнен из совместной сборки правильных полых призм, правильных полых усеченных пирамид и таких же пирамид, перевернутых на 180°, с общей осевой линией, а точки пересечения ребер, по крайней мере у одного основания каждого элемента сборки, расположены в пространстве на части воображаемой поверхности второго порядка, образующей геометрические тела, выбранные, например, из группы: эллипсоид вращения, однополостный гиперболоид, бочка с образующей в виде дуги параболы и/или дуги окружности.2. Светодиодный огонь по п.1, отличающийся тем, что точки пересечения ребер полых призм и полых усеченных пирамид держателя светодиодов расположены в пространстве на части воображаемых поверхностей второго порядка одновременно двух, трех и более тел, выбранных из группы, перечисленной в п.1, а также цилиндра и сферы.3. Светодиодный огонь по п.1 или 2, отличающийся тем, что общая осевая линия сборки полых призм и усеченных пирамид наклонена к горизонтальной плоскости под углом в диапазоне от нуля до 90°.4. Светодиодный огонь по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что поверхность многогранника, не занятая светодиодами, снабжена отверстиями, соединяющими внутренний объем с внешним для многогранника пространством внутри прозрачного защитного элемента.5. Светодиодный огонь по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что держатель светодиодов выполнен из кругового набора фигурных металлических полос или обечаек, изогнутых по поперечным линиям, концы которых закреплены на основаниях выпуклого полого многогранника таким образом, что образуют совместную сборку правильных полых призм и правильных усеченных пирамид.