СВЕТОДИОДНАЯ ЛАМПА "ЯРИЛКО" И СПОСОБ ЕЕ СБОРКИ Российский патент 2014 года по МПК H01L33/00 F21V7/20 

Изобретение относится к области светотехники и касается способов проектирования ламп с шарообразной формой излучения при использовании мощных светодиодов.

В настоящее время выпускается большое количество видов мощных светодиодов с различными несъемными и съемными оптическими системами, имеющими узкую или широкую диаграмму направленности излучения до 120-140 градусов. До появления мощных светодиодов и в настоящее время пока в различных светильниках и люстрах властвуют лампочки накаливания, имеющие шарообразную диаграмму направленности излучения. Задачей данного изобретения является при сохранении основных размеров ламп накаливания полная замена их светодиодными источниками света, по сути являющиеся точечными источниками света, ограниченные плоскостью подложки и корпуса излучателя. Предлагаемая лампа и способ ее сборки позволяют преодолеть этот принципиальный недостаток светодиодов. Это возможно с помощью применения шаровых формирователей светового потока с диаграммой направленности излучения более 240 градусов в лампах «ярилко», по-старославянски - солнышко, при использовании известных дополнительных оптических насадок или специальных оптических насадок к формирователям «ярилко» к выпускаемым промышленностью светодиодным или другим видам мощных точечных источников света.

В известных существующих моделях светодиодных ламп найдена только одна успешная попытка осуществить шаровидную диаграмму излучения лампы. Близким решением к этой задаче является способ, примененный в устройстве RU 2447542 от 11.01.2011, «Лампа светодиодная», по которому на шарообразном, но непрозрачном теле, на его поверхности размещают множество светодиодов, снабженных зеркальными световыми отражателями.

Недостатками способа, реализованного в данном устройстве, являются применение множества светоизлучающих элементов и связанное с этим уменьшение надежности изделия из-за сложности их соединения и сборки всего устройства.

Но по количеству совпадающих признаков для реализации для предлагаемой светодиодной лампы с шаровидной формой диаграммы направленности излучения подходит светодиодная лампа в полезной модели RU 119166 U1 от 18.04.2012 «Светодиодная лампа». Светодиодная лампа содержит: светодиодный модуль, выполненный в виде основания с закрепленными на нем светодиодами. Рассеиватель, имеющий форму части сферического тела. Корпус, имеющий форму тела вращения с размещенным внутри него радиатором с продольными ребрами. Блок питания, соединенный со светодиодным модулем. Цоколь для контакта с электрической сетью.

Поставленная задача решается так, что в предлагаемую лампу, содержащую цоколь, источник питания светодиода, мощный светодиод, радиатор, в качестве корпуса дополнительно вводят: изолирующее керамическое кольцо. Фланец, имеющий посадочные углубления для установки мощного светодиода, зажимы, приваренные с обратной стороны, для крепления изолирующего кольца и резьбу по его краю для навинчивания радиатора. Вводят навинчиваемый на радиатор формирователь шарового излучения с помещаемыми во внутрь радиатора или оптическую насадку или уплотнитель светового потока. Применение теплопроводящего наполнителя в соединениях лампы позволяет улучшить теплоотдачу мощного светодиода и стопорить незапланированное вывинчивание деталей лампы при ее эксплуатации.

Технический результат достигается тем, что предлагаемая лампа дополнительно содержит керамическое изолирующее кольцо, металлический теплопроводящий фланец с резьбой на его крае, цилиндрический пластинчатый радиатор с резьбой под упомянутый фланец и с резьбой для формирователя шарового излучения, формирователь шарового излучения с резьбой для радиатора и оптическую насадку для мощного светодиода или уплотнитель светового потока светодиода, совмещенный с упомянутым формирователем шарового излучения, к фланцу, прикрепленными к нему зажимами, в заранее приготовленные в керамическом изолирующем кольце внутренние выемки, соответствующем приспособлением присоединяют керамическое изолирующее кольцо, в цоколе частично, оставляя свободным центральное отверстие, заполняют теплопроводящим наполнителем дно цоколя, вставляют центральный сетевой вывод источника питания в центральное отверстие винтового цоколя, второй сетевой вывод источника питания помещают на внешнее углубление в изолирующем кольце, вставляют в цоколь источник питания, дополняют в цоколе теплопроводящий наполнитель под изолирующее кольцо, продевают проводники источника питания светодиода сквозь отверстия в фланце, вставляют напротив технологических меток узел изолирующее кольцо-фланец, в керамическое изолирующее кольцо в приготовленные в нем наружные углубления соответствующим устройством вдавливают края винтового цоколя, в образовавшемся узле цоколь-кольцо-фланец на полированную выемку в металлического фланца на теплопроводящую пасту помещают корпус мощного светодиода, соединяют выводы источника питания с выводами светодиода, затем на края диска навинчивают радиатор, в который или вставляют оптическую насадку для мощного светодиода и навинчивают формирователь шарового излучения, или сразу навинчивают формирователь шарового излучения в случае применения формирователя шарового излучения, совмещенного с уплотнителем светового потока светодиода, и потом производят проверку функционирования собранной лампы «Ярилко».

На фиг.1 в сравнении показаны лампа накаливания типа «груша» и светодиодная лампа «Ярилко».

Лампа «Ярилко» содержит следующие детали, показанные на фигурах:

1. На фиг.2 показан стандартный цоколь Е27 для ламп накаливания.

2. На фиг.3 показан малогабаритный сетевой импульсный источник питания, предназначенный для питания применяемого мощного светодиода. На данный момент известный технический уровень позволяет изготовить его без особых затруднений. Для получения соответствующих параметров он должен работать на частотах не ниже 100 кГц. Во избежание возникновения различных повреждений его детали желательно залить достаточно теплопроводящей пластмассой в цилиндрической форме под упомянутый цоколь.

3. На фиг.4 показано керамическое изолирующее кольцо, которое должно быть прочным, и предназначено для электрического разделения первичных и вторичных цепей упомянутого источника питания. В нем должны быть предусмотрены углубления для крепления к нему цоколя и соединительного фланца.

4. На фиг.5 показан соединительный фланец - теплопроводящий диск с посадочным углублением под применяемый мощный светодиод, резьбой на краях диска и присоединенные с обратной стороны, предпочтительно точечной сваркой, зажимы для крепления керамического кольца. Два отверстия для соединения выводов светодиода с выводами источника питания, кроме того, служат для заполнения излишками теплопроводящей пасты при монтаже лампы. На поверхность диска под выводами светодиода должно быть нанесено изолирующее вещество, предохраняющее светодиод от замыкания при монтаже всей лампы.

5. На фиг.6 показан выпускаемый промышленностью, например, десятиваттный светодиод, который может использоваться в лампе с шаровыми формирователями светового потока, однако, он не очень удовлетворяет из-за формирования слишком большой по площади точки излучения. Поэтому далее показаны желаемые варианты их производителям, которым желательно находить технологии, позволяющие уменьшать площадь излучающей точки светодиода, например, как в серии российских патентов RU 2426200, RU 2474920, RU 2465683, RU 2492550.

6. На фиг.7 показан простой вариант решения этой задачи - это совместить раздельные светодиодные матрицы в одну.

7. На фиг.8 показан вариант, например, выполненный по рекомендациям одного из патентов RU 2474920, RU 2465683, RU 2492550.

8. На фиг.9 показан вариант, например, выполненный по рекомендациям патента RU 2426200, позволяющего сформировать концентрическое излучение без неравномерных краев в диаграмме направленности излучения формирователя шарового излучения.

9. На фиг.10 показана соответствующая оптическая насадка, выпускаемая на данный момент промышленностью, которая может быть применена в лампе «Ярилко-1» для формирователя шарового излучения, который предназначен под ее соответствующий угол излучения. Из-за ограничений заданных размеров лампы «Ярилко-1» желательно, чтобы угол раскрыва излучения из оптической насадки не превышал 30°.

10. На фиг.11 показан навинчиваемый на соединительный фланец пластинчатый, с продольными ребрами, радиатор, который совместно с цоколем, заполненным источником питания и теплопроводящей пастой, должен не только отводить тепло светодиода, но и достаточно прочно удерживать цоколь с источником питания и навинчиваемый на него формирователь шарового излучения. Для увеличения теплоотдачи радиатор имеет 32 пластины, помещенные на цилиндр VI-VI-образном порядке, позволяющем разместить эти пластины с допустимым зазором. Изготовление радиатора лучше всего производить литьем, хотя можно производить привариванием пластин, но это для массового производства дороже. Внутренний диаметр цилиндра радиатора, предназначенный для помещения в него оптической насадки для светодиода или уплотнителя светового потока, желательно должен быть стандартизован под них или, наоборот, их вставляемые диаметры стандартизованы под внутренний диаметр цилиндра радиатора. Совместные размеры должны быть согласованы таким образом, чтобы оптическую насадку для светодиода или уплотнитель светового потока при навинчивании надежно прижимало к оптическому окну светодиода. На поверхность радиатора, соединяющую внутренний цилиндр с цилиндром большего диаметра под выводы светодиода, должно быть нанесено изолирующее вещество, предохраняющее светодиод от замыкания при монтаже всей лампы. Верхние части пластин радиатора не должны входить в пределы заданного поля излучения формирователя шарового излучения.

11. На фиг.12 показан выполненный из прозрачного тела, внутри которого помещены зеркальные покрытия, формирователь шарового излучения для соответствующей оптической насадки в лампе «Ярилко-1». Формирователь в данном случае ограничен заданными суммарными размерами лампы «Ярилко-1», не превышающими длину лампы накаливания типа «груша», и имеет высоту порядка половины ее размера. Формирователь включает в себя матовую шаровидную оболочку, внутри прозрачное тело, в котором размещены зеркальные покрытия, направляющие входящий свет на поверхность шаровидной оболочки, и резьбу для крепления формирователя к радиатору лампы. Известные оптические насадки для мощных светодиодов не дают равномерную диаграмму направленности излучения с резкими границами на краях излучения. Поэтому количество зеркальных секций в прозрачном теле формирователя определяет количество возможных вариантов формирования диаграмм направленности для ламп типа «Ярилко-1» и следует в названии лампы добавить еще цифру, например, «Ярилко-1-5». В двоичном выражении, если секция на шаровой оболочке излучает неинвертированное, т.е. прямое, входящее изображение, то это - 0, инвертированное, то - 1. Комбинация для диаграммы направленности, например, 11110, в десятичном выражении - 30, дает диаграмму направленности излучения бокового вида, а, 01010 - это 10, практически равномерную диаграмму направленности излучения независимо от раскрыва излучения оптической насадки. Название лампы с дополнительными цифрами, например, «Ярилко-1-5-10», практически полностью будет характеризовать лампу.

12. На фиг.13 показан формирователь шарового излучения «Ярилко-2», по внешней форме излучателя аналогичный формирователю «Ярилко-1», который следует выполнять совместно с уплотнителем светового потока, так как он обеспечивает равномерный световой поток на все входы секций формирователя шарового излучения, однако, чувствителен к отклонениям взаимных размеров. Формирователь шарового излучения «Ярилко-2» позволяет применять минимальное количество зеркальных секций, равное трем, и минимизировать объем прозрачного тела. В этом случае следует читать «Ярилко-2-3». Для усиления прочности материал формирователя для резьбы крепления к радиатору может отличаться от материала прозрачного тела формирователя.

13. На фиг.14 показана в разрезе лампа «Ярилко-1» с раздельно вставляемой в радиатор оптической насадкой и навинчиваемый на него формирователь шарового излучения.

14. На фиг.15 показана в разрезе лампа «Ярилко-2» с объединенными в один узел вставляемым в радиатор уплотнителем светового потока и навинчиваемым на этот радиатор формирователем шарового излучения.

15. На фиг.16 показана схема сборки ламп «Ярилко-1» или «Ярилко-2».

Сборку, фиг.16, светодиодной лампы «Ярилко» 1, по размеру соответствующей лампе накаливания 2 типа «груша», (фиг.1), осуществляют следующим образом. В стандартный цоколь 3 Е27, (фиг.16, фиг.2), по внутренним нижним краям цоколя 3 наносят некоторое количество теплопроводящего наполнителя 4, например, теплопроводящей пасты так, чтобы не замазать центральное отверстие 5, (фиг.2), цоколя 3. Затем центральным сетевым проводником 6, (фиг.3), в центральное отверстие 5 цоколя 3, (фиг.2), почти до упора, (фиг.16), вставляют цилиндрический импульсный источник 7 питания, (фиг.3), светодиода 8, (фиг.6-9), запаивают центральный проводник в цоколе 3. Далее, берут изолирующее кольцо 9, (фиг.4), и вставляют в него зажимами 10, (фиг.5), напротив внутренних выемок 11 кольца 9, (фиг.4), фланец 12, (фиг.5), (фиг.16), соответствующим приспособлением изгибают зажимы 10, (фиг.5), во внутренние выемки 11 изолирующего кольца 9, (фиг.4), превращая узел 13, (фиг.16), в единое целое. После этого протягивают питающие светодиод 8 выводы 17, 18 источника питания 7 сквозь предназначенные для этого сквозные отверстия 14, (фиг.5), фланца 12 и заполняют в цоколе 3 оставшееся свободное пространство, (фиг.16), теплопроводящей пастой 4, оставляя свободную область 15, (фиг.2), под второй сетевой провод 16, (фиг.3), источника питания 7. Затем, натягивая концы проводников 17 и 18, вставляют изолирующее кольцо 9 с прикрепленным к нему фланцем 12 напротив технологических меток 20 на изолирующем кольце 9, (фиг.4), и 21 на цоколе 3, (фиг.2). Излишек теплопроводящей пасты 4 должен выходить через отверстия 14, (фиг.5), предназначенные для выводов 17 и 18 источника питания 7. После этого специальным приспособлением 19, (фиг.16), напротив меток 20, 21 продавливают металл цоколя 3 во внешние углубления 22, (фиг.4), изолирующего кольца 9, превращая эти детали в единый узел 23, (фиг.16), и обеспечивая надежный контакт сетевого вывода 16 источника питания 7 с металлом цоколя 3, (фиг.14-16). Далее, в углубление 24, (фиг.5), фланца 12 наносят слой 25, (фиг.16), теплопроводящей пасты 4, вдавливают в него корпус 26 светодиода 8, протягивают проводники 17 и 18 сквозь отверстия 27, (фиг.6-9), в выводах светодиода 8 и производят их пайку. Затем, предварительно смазав резьбу 28, (фиг.5), фланца 12 теплопроводящей пастой 4, с натягом закручивают на него радиатор 29, (фиг.11). Если собирается лампа 1 типа «Ярилко-1», то внутрь радиатора 29 предварительно вставляют оптическую насадку 30, (фиг.10). Смазывают верхнюю резьбу 31, (фиг.11), радиатора 29 резьбовым фиксатором со слабой степенью фиксации и накручивают с натягом выбранный, (фиг.16), формирователь 32 «Ярилко-1», (фиг.12), или 33 «Ярилко-2», (фиг.13), совмещенный с уплотнителем 34 светового потока. Лампа 1, (фиг.1), (фиг.16), собрана и далее проверяют ее работоспособность.

Если потребуется разборка лампы 1 и замена каких-либо узлов лампы 1 для нового функционирования, то потребуется лишь некоторое преодоление заданной фиксации с новой последующей фиксацией.

Лампа 1 работает следующим образом. При вворачивании лампы 1 в патрон, подключенный к электрической сети, сетевое напряжение через цоколь 3 лампы подается на импульсный источник 7 питания, который преобразует его в требуемый для светодиода 8 ток. Светодиод 8 излучает свет, который или через оптическую насадку 30 для данного светодиода 8 или уплотнитель 34 светового потока поступает на соответствующий формирователь 32 или 33 шарового излучения.

Оптическая насадка 30 формирует из всех входящих лучей светодиода 8 расходящийся под заданным углом пучок света. Плотность света в диаграмме направленности оптической насадки 30 от максимума излучения плавно, без резких переходов, спадает до нуля. Поэтому угол раскрыва излучения оптической насадки 30 определяют по 50-процентной от максимума амплитуде излучения. Формирователь 32 шарового излучения для оптической насадки 30 формирует на выходах секторов в матовой оболочке 35 усредненно-равное излучение. Это происходит за счет соответствующего подбора площадей входящих концентрических окон секторов формирователя 32 шарового излучения. Однако без принятия соответствующих мер диаграмма направленности излучения принимает зубчатый вид с резкими перепадами. Для формирования плавной заданного вида диаграммы направленности излучения в этом формирователе 32 применяют последовательность комбинаций зеркальных переотражений входящих лучей из входящих окон секторов в соответствующем сочетании прямых или перевернутых концентрических изображений лучей выходов секторов на матовой оболочке 35 формирователя 32 шарового излучения. В результате, для данной оптической насадки 30 может выпускаться некая серия формирователей 32 шарового излучения с заданными характеристиками диаграмм направленности излучения.

За счет соответствующей фокусировки и расфокусировки зеркалами входящих в сектора лучей уплотнитель 34 светового потока на выходах секторов формирует с резкими краями равномерную диаграмму направленности на вход соответствующего формирователя 33 шарового излучения. В результате, в формирователе 33 шарового излучения требуется меньшее количество зеркальных секторов, минимум три, соответственно, три сектора в уплотнителе 34 светового потока. Единственный недостаток этой системы - уплотнитель-формирователь, требуется точная стыковка их выходящих и входящих окон. Поэтому уплотнитель-формирователь требуется изготавливать как единое целое. Эта система формирует на выходе равномерную диаграмму направленности излучения.

Итак, в одном корпусе лампы 1 имеем два вида шаровых излучателей типа «Ярилко-1» 32 или «Ярилко-2» 33. Предлагаемая светодиодная лампа «Ярилко» по желанию потребителя для удовлетворения требуемых характеристик диаграмм направленности излучения позволяет производить возможную быструю замену различных модификаций формирователей шарового излучения без изменения основных размеров. При стандартизации элементов лампы получаем и возможность быстрой замены узлов лампы в различных ситуациях. Такими узлами могут быть встроенный в цоколь с фланцем источник питания, мощный светодиод, радиатор, оптические насадки и, собственно, формирователи шарового излучения и все как самостоятельные элементы.

Литература

1. RU 119166 от 18.04.2012, «Светодиодная лампа».

2. RU 108693 от 03.06.2011, «Светодиодная лампа».

3. RU 2447542 от 11.01.2011, « Лампа светодиодная».

4. RU 2444091 от 16.07.2010, «Светодиодный источник излучения».

5. RU 2426200 от 15.03.2010, «Способ формирования и проверки светодиодных матриц».

6. RU 2474920 от 14.11.2011, «Способ формирования светодиодных матриц».

7. RU 2465683 от 09.08.2011, «Способ формирования светодиодных матриц».

8. RU 2492550 от 22.05.2012, «Способ формирования светодиодных матриц».

9. SU 1739093 от 15.05.1990, «Средство для предохранения от самоотвинчивания».

10. SU 1760200 от 04.12.1990, «Средство для предохранения от самоотвинчивания».

11. 18.03.2011 / Журнал «Ритм», www.ritm.magazine.ru.

12. Решение о выдаче патента на изобретение от 25.02.2014, «Способ размещения и соединения светоизлучающих элементов в их гирляндах, размещаемых в монолитных светоизлучающих матрицах», заявка №2013104798/28(007168) от 05.02.2013.

Изобретение относится к светодиодным лампам для освещения бытовых, общественных, офисных и промышленных помещений. Достигаемый технический результат - создание светодиодного источника света, имеющего диаграмму направленности, близкую к шаровой при сохранении основных размеров ламп накаливания. Светодиодная лампа содержит винтовой цоколь (3), источник питания (7), керамическое изолирующее кольцо (9), металлический теплопроводящий фланец (12), мощный светодиод (8), цилиндрический пластинчатый радиатор (29), формирователь шарового излучения (32), оптическую насадку (30) или уплотнитель светового потока (34). 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 16 ил.

1. Светодиодная лампа, содержащая винтовой цоколь, цилиндрический пластинчатый радиатор, мощный светодиод и источник питания, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит керамическое изолирующее кольцо, металлический теплопроводящий фланец с резьбой на его крае, цилиндрический пластинчатый радиатор с резьбой под упомянутый фланец и с резьбой для формирователя шарового излучения, формирователь шарового излучения с резьбой для радиатора и оптическую насадку для мощного светодиода или уплотнитель светового потока светодиода, совмещенный с упомянутым формирователем шарового излучения, в которой источник питания помещен в винтовой цоколь, цоколь соединен с керамическим изолирующим кольцом, изолирующее керамическое кольцо соединено с металлическим теплопроводящим фланцем, в углубление которого помещен мощный светодиод, а через резьбу на краях фланца, фланец соединен с пластинчатым радиатором, в котором помещены или оптическая насадка или уплотнитель светового потока светодиода, накрученный второй резьбой на радиаторе формирователь шарового потока прижимает через оптическую насадку или уплотнитель светового потока мощный светодиод, установленный на теплопроводящем фланце.

2. Светодиодная лампа по п.1, отличающаяся тем, что цоколь, заполненный источником питания и теплопроводящей пастой, дополнительно предназначен для отвода тепла светодиода.

3. Светодиодная лампа п.1, отличающаяся тем, что радиатор имеет 32 пластины в VIVI-образном порядке, позволяющем разместить эти пластины с допустимым зазором.

4. Светодиодная лампа п.1, отличающаяся тем, что формирователь шарового излучения совместно с уплотнителем светового потока, как единое целое.

5. Светодиодная лампа п.1, отличающаяся тем, что для усиления прочности материал формирователя для резьбы крепления к радиатору выполнен отличающимся от материала прозрачного тела формирователя.

6. Способ сборки светодиодной лампы, характеризующийся тем, что заполняют дно винтового цоколя теплопроводящим наполнителем, оставляя свободным центральное отверстие, вставляют в центральное отверстие винтового цоколя центральный сетевой вывод источника питания, второй сетевой вывод источника питания помещают во внешнее углубление керамического изолирующего кольца, вставляют источник питания в винтовой цоколь, присоединяют керамическое изолирующее кольцо к металлическому теплопроводящему фланцу, продевают проводники источника питания сквозь отверстия в фланце, дополняют теплопроводящий наполнитель под керамическое изолирующее кольцо, вдавливают края винтового цоколя в наружные углубления керамического изолирующего кольца, помещают корпус мощного светодиода на полированную выемку фланца на теплопроводящую пасту, соединяют выводы источника питания с выводами мощного светодиода, навинчивают на края фланца радиатор, вставляют оптическую насадку для мощного светодиода, навинчивают формирователь шарового излучения, в случае применения формирователя шарового излучения, совмещенного с уплотнителем светового потока, оптическую насадку не устанавливают, выполняют проверку функционирования собранной лампы.

7. Способ сборки светодиодной лампы по п.6, характеризующийся тем, что отверстия в металлическом теплопроводящем фланце для выводов питания светодиода используют также для удаления избытка теплопроводящей пасты при монтаже винтового цоколя.

8. Способ сборки светодиодной лампы по п.6, характеризующийся тем, что в нем предусматривают фиксацию резьбы радиатора резьбовым фиксатором со слабой степенью фиксации для надежной эксплуатации лампы.

9. Способ сборки светодиодной лампы по п.6, характеризующийся тем, что зажимы для крепления изолирующего кольца к металлическому теплопроводящему фланцу приваривают точечной сваркой.

10. Способ сборки светодиодной лампы по п.6, характеризующийся тем, что на поверхность фланца под выводами светодиода наносят изолирующее вещество, предохраняющее светодиод от замыкания при монтаже всей лампы.

11. Способ сборки светодиодной лампы по п.6, характеризующийся тем, что на поверхность радиатора над выводами светодиода наносят изолирующее вещество, предохраняющее светодиод от замыкания при монтаже всей лампы.

12. Способ сборки светодиодной лампы по п.6, характеризующийся тем, что совместные размеры радиатора и формирователя согласуют так, чтобы оптическую насадку для светодиода или уплотнитель светового потока при навинчивании надежно прижимало к оптическому окну светодиода.