ШАХТНЫЙ СВЕТИЛЬНИК ИНДИВИДУАЛЬНОГО ПОЛЬЗОВАНИЯ Российский патент 2004 года по МПК F21L4/00 

Изобретение относится к осветительному горно-шахтному оборудованию индивидуального пользования.

Известны шахтный светильник индивидуального пользования, состоящий из фары, в которой установлены матрица светодиодов, излучающих белый свет, и прозрачное окно с линзами, приспособления для крепления фары на каске шахтера, соединительного шнура, корпуса с аккумуляторными батареями и средств герметизации, по патенту 2187039, М. Кл. 6 F 21 L 4/00, публ. 10.08.2002 и каска шахтера по ГОСТ 12.4.091-80.

Недостатками известного светильника, выбранного в качестве прототипа по патенту 2187039, М. Кл. 6 F 21 L 4/00, публ. 10.08.2002, являются большая масса и габариты аккумуляторной батареи, носимой на поясе шахтера, наличие длинного шнура, соединяющего аккумуляторную батарею и фару, который может являться источником помех движениям шахтера. Кроме того, напряжение питания светильника, обеспечиваемое аккумуляторной батареей, требует подбора светодиодов с наименьшим прямым напряжением падения на светодиоде при номинальном токе, протекающем через светодиод.

Техническим результатом изобретения является исключение указанных недостатков, а именно снижение массы шахтного светильника, а также повышение его надежности.

Технический результат достигается тем, что в шахтном светильнике индивидуального пользования, содержащем фару, в которой установлена матрица светодиодов, включенных последовательно с резисторами по одному для каждого светодиода, приспособление для крепления фары на каске шахтера, корпус с аккумуляторными батареями и соединительный шнур, согласно изобретению, аккумуляторная батарея выполнена в виде двух независимых идентичных блоков, расположенных на наружной стороне каски симметрично относительно плоскости симметрии каски в положении, уравновешивающем фару относительно центра тяжести каски, причем каждый блок выполнен из нескольких малогабаритных аккумуляторов, предохранителя и схемы контроля заряда, расположенных в герметичном корпусе, снабженном приспособлением для крепления на каске с возможностью съема, при этом отрицательные электроды каждого блока соединены с отрицательным наружным контактом фары и первым контактом выключателя, второй контакт выключателя соединен с катодами всех светодиодов, положительные электроды каждого блока соединены через предохранитель с резисторами и через схему контроля заряда с положительным внутренним контактом фары.

В качестве малогабаритных аккумуляторов в аккумуляторной батарее использованы пальчиковые никель-металлгидридные аккумуляторы.

Шахтный светильник поясняется чертежами, где на фиг.1 показан вид светильника сбоку; на фиг.2 - поперечный разрез каски на уровне плоскости, содержащей центры тяжести фары, каски и блоков аккумуляторов; на фиг.3 - продольный разрез блока аккумуляторов; на фиг.4 - электрическая схема светильника.

На чертежах обозначены следующие элементы светильника: 1 - каска; 2 - фара; 3 - блок аккумуляторов; 4 - аккумулятор; 5 - корпус блока аккумуляторов; 6 - центр тяжести фары; 7 - окно фары; 8 - приспособление для крепления фары на каске шахтера; 9 - центр тяжести каски; 10 - центр тяжести блока аккумуляторов; 11 - предохранитель; 12 - схема контроля заряда; 13 - фародержатель; 14 - приспособление для крепления блоков аккумуляторов на каске; 15 - держатель блока аккумуляторов; 16 - соединительный шнур; 17 - выключатель; 18 - отрицательный внешний контакт; 19 - положительный внутренний контакт.

Сущность предложенного решения заключается в следующем. Устойчивое положение каски 1 со светильником на голове шахтера обеспечивается, если батарея аккумуляторов будет уравновешивать фару 2 относительно центра тяжести каски. При этом центры тяжести фары, батареи аккумуляторов и каски должны располагаться на одной прямой, лежащей в плоскости симметрии каски параллельно основанию каски. Так как масса батареи аккумуляторов будет больше массы фары, то необходимо добиться, чтобы центр тяжести батареи аккумуляторов был ближе к центру тяжести каски, чем центр тяжести фары. Это возможно, если батарея аккумуляторов будет выполнена из двух идентичных блоков 3 аккумуляторов 4, помещенных в герметичные корпуса 5. При этом блоки 3 размещаются на внешней стороне каски симметрично относительно плоскости симметрии каски. В этом случае расстояние от центра тяжести каски до прямой, соединяющей центры тяжести блоков аккумуляторов, дается формулой

где m_ф - масса фары, m_б - масса каждого блока аккумуляторов, l_ф - расстояние от центра тяжести фары до центра тяжести каски. Кроме того, при применении двух блоков аккумуляторов обеспечивается более равномерное распределение нагрузки по каске, а также уменьшаются габариты выступающих элементов светильника.

С практической точки зрения можно считать, что центр тяжести 6 фары 2 расположен на середине отрезка оси окна 7 фары 2, концы которого лежат на внешней поверхности окна 7 и внешней стороне приспособления 8 для крепления фары 2 на каске 1, а центр тяжести 9 каски 1 расположен на середине отрезка, определяющего внешний размер каски 1 и лежащего на прямой, проходящей через центр тяжести 6 фары 4 в плоскости симметрии каски 1 параллельно основанию каски 1. Положение центра тяжести 10 каждого блока 3 аккумуляторов 4 определяется, исходя из его конструкции.

Положительный эффект применения аккумуляторной батареи в виде двух идентичных блоков 3 аккумуляторов 4 можно усилить, если использовать независимое подключение блоков 3 в электрическую цепь светильника. Для этого необходимо каждый блок 3 аккумуляторов 4 снабдить предохранителем 11 и схемой контроля заряда 12. Схема контроля заряда 12 обеспечивает отключение зарядной цепи при достижении заданного напряжения на аккумуляторах 4, а в случае применения никель-металлгидридных аккумуляторов и при превышении заданного порога температуры аккумуляторов. Предохранитель 11 защищает аккумуляторы 4 от разрушения при возникновении короткого замыкания во внешней по отношению к блоку 3 аккумуляторов 4 электрической цепи. При этом подключение светодиодов через резисторы должно обеспечивать одинаковые токи, потребляемые от каждого блока 3 аккумуляторов 4. В этом случае номинальная электрическая емкость каждого аккумулятора 4 определяется по формуле

где I_H - номинальный ток, потребляемый всеми светодиодами; t - необходимое время непрерывной работы светильника.

Принцип действия светильника заключается в следующем. Фара 2 при помощи приспособления 8 для крепления фары 2 на каске 1 вставляется до упора в фародержатель 13. Блоки 3 аккумуляторов 4 при помощи приспособления 14 для крепления блоков 3 аккумуляторов 4 на каске 1 также вставляются до упора в держатели 15 блоков 3 аккумуляторов 4. Электропитание фары 2 осуществляется через соединительные шнуры 16 от блоков 3 аккумуляторов 4 с помощью выключателя 17. Зарядка блоков 3 аккумуляторов 4 производится через отрицательный внешний контакт 18 фары 2 и положительный внутренний контакт 19 фары 2.

Например, для светильника, описанного в прототипе, для 19 светодиодов с прямым напряжением падения 3,6 В (типовое значение) при номинальном токе через светодиод 20 мА и t=10 ч получаем Q_H=1,9 А·ч. Такую электрическую емкость и необходимое напряжение при оптимальных показателях цены и массы обеспечивают по 4 пальчиковых никель-металлгидридных аккумулятора типа размера АА в каждом блоке аккумуляторов. При этом общая масса фары, блоков аккумуляторов, соединительных проводов и каски не превышает 0,9 кг.

Положительный эффект заключается в том, что значительно снижается масса элементов электропитания светильника, что позволяет разместить их на каске шахтера, обеспечивая устойчивое закрепление каски на голове шахтера, а также повышается надежность светильника.

Использование: в осветительном горно-шахтном оборудовании индивидуального пользования. Сущность изобретения: светильник содержит фару с матрицей светодиодов, включенных последовательно с резисторами, приспособление для крепления фары на каске шахтера, корпус с аккумуляторными батареями и соединительный шнур. Аккумуляторная батарея выполнена в виде двух независимых идентичных блоков, расположенных на наружной стороне каски симметрично относительно плоскости симметрии каски в положении, уравновешивающем фару относительно центра тяжести каски. Каждый блок выполнен из нескольких малогабаритных аккумуляторов, предохранителя и схемы контроля заряда, расположенных в герметичном корпусе, снабженном приспособлением для крепления на каске с возможностью съема. Отрицательные электроды каждого блока соединены с отрицательным наружным контактом фары и первым контактом выключателя. Второй контакт выключателя соединен с катодами всех светодиодов. Положительные электроды каждого блока соединены через предохранитель с резисторами и через схему контроля заряда с положительным внутренним контактом фары. В качестве малогабаритных аккумуляторов в аккумуляторной батарее могут быть использованы пальчиковые никель–металлгидридные аккумуляторы. Техническим результатом изобретения является значительное снижение массы элементов электропитания светильника, размещение их на каске шахтера и повышение надежности светильника. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Шахтный светильник индивидуального пользования, содержащий фару, в которой установлена матрица светодиодов, включенных последовательно с резисторами по одному для каждого светодиода, приспособление для крепления фары на каске шахтера, корпус с аккумуляторными батареями и соединительный шнур, отличающийся тем, что аккумуляторная батарея выполнена в виде двух независимых идентичных блоков, расположенных на наружной стороне каски симметрично относительно плоскости симметрии каски в положении, уравновешивающем фару относительно центра тяжести каски, причем каждый блок выполнен из нескольких малогабаритных аккумуляторов, предохранителя, схемы контроля заряда, расположенных в герметичном корпусе, снабженном приспособлением для крепления на каске с возможностью съема, при этом отрицательные электроды каждого блока соединены с отрицательным наружным контактом фары и первым контактом выключателя, второй контакт выключателя соединен с катодами всех светодиодов, положительные электроды каждого блока соединены через предохранитель с резисторами и через схему контроля заряда с положительным внутренним контактом фары.2. Шахтный светильник по п.1, отличающийся тем, что в качестве малогабаритных аккумуляторов в аккумуляторной батарее использованы пальчиковые никель–металлгидридные аккумуляторы.