СВЕТОДИОДНАЯ ЛАМПА ОБЩЕГО НАЗНАЧЕНИЯ Российский патент 2019 года по МПК F21S2/00 

Область техники

Изобретение относится к светотехнике, а именно к светодиодным лампам, имеющим печатную плату и резьбовой цоколь (цоколь Эдисона) для соединения с сетью электрического питания.

Уровень техники

Во многих типах светодиодных ламп используются печатная плата, на которой путем печатного или объемного монтажа размещены радиоэлектронные элементы, например, элементы электронного преобразователя, необходимые для обеспечения работы светодиодной лампы.

До настоящего времени традиционным способом соединения выводов печатной платы с контактами резьбового цоколя является пайка монтажных проводов.

Достаточно редко предлагаются решения, позволяющие без пайки соединять печатную плату и цоколь. Однако это влечет усложнение конструкции соединительных элементов, что отрицательно сказывается на технологичности светодиодной лампы и ее цене.

Известна светодиодная лампа по патенту CN 203477931, (МКИ F21S 2/00, опубликован 12.03.2014), содержащая корпус, имеющий сквозную продольную полость, с одной стороны которого закреплен цоколь, а с другой стороны оптически прозрачный рассеиватель с трехмерной поверхностью; цилиндрический радиатор, радиальные ребра охлаждения которого базируются на внутренней поверхности корпуса; круглую печатную плату со светодиодами и компонентами схемы источника питания, установленную на торцевой поверхности радиатора.

Недостатком аналога является плохой теплообмен радиатора с корпусом, вследствие малой поверхности теплового контакта и наличие нескольких сборочных узлов, влияющих на технологичность конструкции и стоимость лампы.

В развитие указанного аналога, в международной публикации WO 2017/026911 (МПК F21Y 115/10, опубликована 16.02.2017) раскрыта светодиодная лампа, содержащая корпус из теплопроводящего диэлектрического пластика, имеющий сквозную продольную полость, окруженную стенкой и удаленную цилиндрическую часть; цоколь, закрепленный на удаленной цилиндрической части корпуса; первую круговую плату со светодиодами, установленную поперечно оси лампы и поверхность которой имеет тепловой контакт с корпусом; вторую удлиненную прямоугольную плату с источником питания, установленную продольно оси лампы. Первая и вторая платы соединены с помощью электромеханического контакта. Для создания этого, вторая плата по краю удаленного конца имеет перфорацию, выполненную с возможностью образования винтового соединения с резьбовым цоколем, в процессе выполнения которого формируется надежный электромеханический контакт с первой платой. Специальных средств, для отвода тепла из полости лампы, не предусмотрено, поскольку при навинчивании цоколя вторая плата перемешается к цоколю, прижимая контакт к первой плате, одновременно прижимая первую плату к теплоотводу.

Использование платы с перфорацией для создания беспроводного соединения с цоколем раскрыто автором 28.04.2016 в публикации международной заявки WO 2016064295, МПК F21V/1900.

Недостатком аналога по WO 2017/026911 является наличие двух плат, а также наличие в корпусе замкнутой под поперечной платой воздушной среды, которая нагревается теплом от светодиодов и от компонентов источника питания, собранного на продольной плате. Отсутствие эффективного теплоотвода приводит к перегреву компонентов источника питания и повышенной тепловой нагрузке на светодиоды, приводящей к их деградации.

В публикации WO 2015/171014 описана конструкция светодиодной лампы, которая имеет корпус из теплопроводного диэлектрического материала, снабженный цоколем, световой рассеиватель, поперечную плату светодиодов, источник питания, смонтированный на продольной прямоугольной плате из стеклотекстолита FR-4, соединенной с одного конца с поперечной платой, а с другого конца, имеющего перфорированный край, соединенной с цоколем. Лампа снабжена теплоотводом, выполненным в виде изогнутой металлической полосы, на поверхности которой закреплена плата светодиодов, и которая установлена с возможностью теплообмена с продольной платой, а остальная поверхность полосы покрыта теплопроводным диэлектрическим материалом корпуса (WO 2015171014, МПК F1V 19/00, опубликовано 12.11.2015).

Недостатком аналога является недостаточная технологичность лампы, связанная с наличием двух плат, формообразующих операций, нескольких сборочных узлов, трудоемкостью сборочных операций, влияющих на стоимость лампы, плохой теплоотвод от элементов питания расположенных на плате из FR4.

Ближайшим аналогом выбрана лампа, раскрытая в публикации международной заявки WO 2017/026911, совпадающий с заявленным изобретением по большинству существенных признаков.

Техническим результатом заявленного решения является улучшение теплоотвода и повышение технологичности, за счет размещения разных функциональных узлов на одном конструктивном элементе.

Раскрытие изобретения.

Изобретение характеризуется следующей совокупностью признаков:

Светодиодная лампа общего назначения, содержащая корпус из теплопроводящего диэлектрического пластика, имеющий сквозную продольную полость, окруженную стенкой и удаленную цилиндрическую часть;

полый световой рассеиватель, закрепленный на корпусе;

винтовой цоколь, закрепленный на удаленной на цилиндрической части корпуса;

печатную плату светодиодов и компонентов источника питания, удаленный край которой снабжен перфорацией, соединенной с внутренней винтовой поверхностью цоколя;

отличающаяся тем, что

внутренняя поверхность корпуса снабжена участками с плоской поверхностью, расположенными друг напротив друга;

печатная плата имеет металлическую основу и выполнена в виде полосы, плоские участки которой разделены зонами сгиба;

светодиоды смонтированы, по меньшей мере, на одном из плоских участков печатной платы, а на удаленном участке платы смонтирована, по меньшей мере, часть электронных компонентов источника питания и разъем питания, при этом каждый плоский участок платы, прилегающий к участку светодиодов, зафиксирован с возможностью теплообмена на одном из плоских участков внутренней поверхности корпуса,

монтажная и оборотная поверхность печатной платы окружены воздушной средой полостей корпуса и рассеивателя,

на удаленной цилиндрической части корпуса выполнены асимметричные сквозные продольные прорези,

при этом перфорированные края удаленного плоского участка платы размещены в сквозных прорезях, с возможностью из соединения с внутренней поверхностью цоколя, центральный контакт которого выполнен в виде штыря, соединенного с разъемом источника питания, а один из сетевых контактов соединен с металлической основой платы, по которой протекает ток.

Внутренняя поверхность корпуса может быть снабжена двумя или четырьмя плоскими поверхностями, расположенными друг напротив друга.

Два противолежащих плоских участка корпуса используются для теплообмена с платой. Для этого плоский участок печатной платы, смежный с участком размещения светодиодов, зафиксирован монтажной стороной на плоском участке внутренней поверхности корпуса с усилием, которое создано при закручивании цоколя на удаленный перфорированный край печатной платы.

Монтажная и оборотная поверхности всех участков печатной платы окружены воздушной средой общей полости корпуса и рассеивателя, что позволяет отводить тепло не только по металлической основе платы, но и посредством воздушной среды, имеющей тепловой контакт с обширной внутренней поверхностью рассеивателя и корпуса. Исключение составляют монтажные поверхности двух участков платы, имеющих прямой теплообмен с внутренней поверхностью корпуса.

В случае использования более мощных светодиодов, для интенсификации теплообмена плоский участок со светодиодами может быть оснащен дополнительным теплоотводом, выполненным в виде П-образной теплопроводной полосы, установленной поперечно с печатной платой, при этом удаленные концы П-образного теплоотвода базируются на второй паре плоских поверхностей в полости корпуса, прижим к которым обеспечивается при закручивании цоколя на перфорацию платы.

Для вариативности направления излучения, светодиоды могут быть размещены на двух смежных плоских участках печатной платы, угол между которыми выбран из математического выражения:

0≤α≤180°,

где: α - угол между смежными плоскими участками печатной платы, угловой град.

Предпочтительным вариантом является такая развертка платы, в результате сгибания которой выделенные и отогнутые фрагменты теплоотводящих участков имеют между собой механическое соединение. Для того фрагменты теплоотводящих участков платы снабжены короткими вырезами, которые приведены в зацепление путем взаимного погружения друг в друга. Такое зацепление фрагментов разных участков платы обеспечивает жесткость всей изогнутой платы, достаточную для равномерного прижатия теплоотводящих участков платы к внутренней поверхности корпуса при закручивании цоколя на перфорацию платы, гарантирующего надежный тепловой контакт между теплообменными поверхностями.

Краткое описание чертежей

Заявленное решение иллюстрируется следующими графическими материалами:

фиг. 1 - общий вид варианта светодиодной лампы;

фиг. 2 - объемное изображение варианта лампы, показанной на фиг. 1, в разборе;

фиг. 3 - развертка варианта печатной платы, с закрепленными светодиодами и компонентами источника питания;

фиг. 4 - объемное увеличенное изображение корпуса светодиодной лампы, показанной на фиг. 2;

фиг. 5 - осевое сечение варианта светодиодной лампы, показанное на фиг. 2;

фиг. 6 - осевое сечение варианта светодиодной лампы с параллельным расположением двух плоских участков печатной платы со светодиодами;

фиг. 7 - осевое сечение варианта светодиодной лампы с наклонным расположением двух плоских участков печатной платы;

фиг. 8 - предпочтительный вариант развертки платы с отрезками на теплоотводящих участков;

фиг. 9 - объемное изображение варианта печатной платы, показанной на фиг. 8, в сборе;

фиг. 10 - осевое сечение варианта светодиодной лампы, в которой использована плата, показанная на фиг. 9.

Обозначения на фигурах:

1 - корпус.

2 - печатная плата.

3 - рассеиватель.

4 - пластина дополнительного теплоотвода, в виде полосы с зонами сгиба.

5 - винтовой цоколь.

6 - штырь центрального контакта цоколя.

7 - удаленная цилиндрическая поверхность корпуса.

8 - разъем питания для подсоединения штыря.

9 - прорези в удаленной цилиндрической поверхности корпуса.

10 - внутренние плоские теплообменные поверхности корпуса.

11 - ограничительные элементы в полости корпуса для фиксации плоских теплообменных участков платы.

12 - удаленный участок платы с компонентами источника питания (далее, участок ИП).

13 - перфорация на краях участка ИП.

14 - плоский участок платы со светодиодами (далее, участок СИД).

15 - компоненты источника питания.

16 - зона сгиба платы.

17 - теплообменный участок платы, смежный с участком СИД.

18 - теплообменный участок платы, между участком СИД и участком ИП.

19 - выделенный фрагмент участка поз. 17.

20 - выделенный фрагмент участка поз. 18, смежный с участком ИП.

21 - короткий вырез на выделенном фрагменте участка поз. 17

22 - короткий вырез на выделенном фрагменте 20, выполненный в зоне сгиба с участком ИП.

23 - точка зацепление коротких вырезов поз. 21 и поз. 22.

Примеры осуществления

Светодиодная лампа состоит из корпуса 1, выполненного из теплопроводящего пластика с высоким электрическим сопротивлением, имеющим удаленную цилиндрическую часть 7, четыре внутренние противолежащие плоские поверхности 10, к двум из которых прижаты участки 17 и 18 платы 2, имеющей алюминиевую основу, являющуюся одним из сетевых проводников, а к двум другим - поверхности дополнительного теплоотвода 4.

Полый рассеиватель 3 закреплен на корпусе 1 лампы.

Два противолежащих плоских участка 10 корпуса используются для теплообмена с платой. Для этого плоские участки 17 и 18 платы, смежные с плоским участком 14 размещения светодиодов, установлены в тепловом контакте с плоскими участками 10 внутренней поверхности корпуса 1 и позиционированы при помощи ограничительных элементов 11, выполненных в полости корпуса 1, а усилие прижатия плоских участков 17 и 18 создано на этапе сборки лампы при закручивании цоколя 5 на перфорацию 13 участка 12 источника питания печатной платы 2.

Печатная плата 2 имеет несколько плоских участков, разделенных зонами 16 сгиба и удаленный участок 12, на котором смонтирована, по меньшей мере, часть электронных компонентов 15 источника питания. Удаленный участок 12 платы 2 снабжен по краям перфорацией 13, шаг которой соответствует шагу винтовой поверхности цоколя 5.

В предпочтительном варианте развертка алюминиевой печатной платы 2, выполнена в виде полосы, в результате сгибания которой выделенные фрагменты 19 и 20 теплоотводящих участков 17 и 18 имеют между собой механическое соединение 23 (фиг. 9). Для возможности зацепления выделенные фрагменты 19 и 20 теплоотводящих участков 17 и 18 платы снабжены короткими вырезами 21 и 22 (фиг. 8), которые приведены в зацепление путем взаимного погружения друг в друга.

На участке 12 платы 2 методом автоматизированного SMT монтажа собрана, по крайней мере, часть компонентов источника питания, в том числе разъем 8 питания для соединения с винтовым цоколем 5, центральный контакт которого выполнен в виде штыря 6. При этом перфорированный край 13 участка 12 платы 2 размещен в продольных асимметричных прорезях 9 на удаленной цилиндрической части 7 корпуса 1, таким образом, что участок 12 платы не находится на оси цоколя, а смещен относительно оси для возможности соединения штыря 6 центрального контакта цоколя 5 с разъемом 8 источника питания.

В случае необходимости для установки некоторых компонентов может быть использована поверхность фрагментов 19 и 20 участков теплообмена 17 и 18.

Для интенсификации теплоотвода, под плоским участком 14 платы может быть установлен дополнительный теплоотвод 4, выполненный в виде П-образной пластины, размещенной поперечно с печатной платой 2, при этом удаленные концы П-образного теплоотвода 4 базируются на второй противолежащей паре плоских поверхностей 10 в полости корпуса 1 и позиционированы с помощью ограничительных элементов 11.

В других вариантах лампы светодиоды размещены на двух смежных плоских участках платы, разделенных зоной сгиба (фиг. 6 и фиг. 7), которые могут быть расположены под углом друг к другу, интервал значений которого выбран из выражения:

0≤α≤180°, где:

α - угол между смежными плоскими участками печатной платы, угловой град.

Для облегчения сгиба платы во всех вариантах ее выполнения зоны сгиба могут быть отмечены рядом сквозных отверстий, расположенных поперек прямоугольной платы.

Возможность промышленного применения

Технология изготовление элементов светодиодной лампы широко известны, хорошо освоены и обеспечены высокопроизводительными машинами, разной степени автоматизации.

Изобретение относится к светотехнике, а именно к светодиодным лампам общего назначения. Техническим результатом является упрощение конструкции и улучшение теплоотвода, за счет размещения разных функциональных узлов на одной плате с металлической основой, которая размещена в общей полости, образованной корпусом и рассеивателем. На плате смонтированы светодиоды, источник питания и закреплен резьбовой цоколь. Металлическая основа платы использована как проводник тока. Теплообмен с окружающей средой осуществляется со всей поверхности корпуса и рассеивателя. 5 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Светодиодная лампа общего назначения, содержащая:

корпус из теплопроводящего диэлектрического пластика, имеющий сквозную продольную полость, окруженную стенкой, и удаленную цилиндрическую часть;

полый световой рассеиватель, закрепленный на корпусе;

винтовой цоколь, закрепленный на удаленной цилиндрической части корпуса;

печатную плату со светодиодами и компонентами источника питания, удаленный край которой снабжен перфорацией, соединенной с внутренней винтовой поверхностью цоколя;

отличающаяся тем, что

внутренняя поверхность корпуса снабжена участками с плоской поверхностью, расположенными напротив друг друга;

печатная плата имеет металлическую основу и выполнена в виде полосы, плоские участки которой разделены зонами сгиба;

монтажная и оборотная поверхность печатной платы окружены воздушной средой полостей корпуса и рассеивателя;

светодиоды смонтированы, по меньшей мере, на одном из плоских участков печатной платы, а на удаленном участке платы собрана, по меньшей мере, часть электронных компонентов источника питания и разъем питания, при этом каждый плоский участок платы, прилегающий к участку светодиодов, размещен на одном из противолежащих плоских участков внутренней поверхности корпуса с возможностью теплообмена;

на удаленной цилиндрической части корпуса выполнены асимметричные сквозные продольные прорези, при этом перфорированные края удаленного плоского участка платы размещены в указанных прорезях с возможностью их соединения с внутренней поверхностью цоколя, центральный контакт которого выполнен в виде штыря, соединенного с разъемом питания.

2. Светодиодная лампа по п. 1, отличающаяся тем, что теплоотводящие участки платы содержат отогнутые фрагменты, снабженные короткими вырезами, механически соединенными между собой путем взаимного погружения друг в друга.

3. Светодиодная лампа по п. 1, отличающаяся тем, что участок размещения светодиодов снабжен дополнительным П-образным теплоотводом, установленным поперечно с печатной платой, при этом удаленные концы П-образного теплоотвода размещены на второй паре противолежащих плоских поверхностей в полости корпуса.

4. Светодиодная лампа по п. 1, отличающаяся тем, что светодиоды размещены на двух смежных плоских участках печатной платы, угол между которыми выбран из математического выражения:

0°≤α≤180°,

где α - угол между смежными плоскими участками печатной платы.

5. Светодиодная лампа по п. 1, отличающаяся тем, что часть компонентов источника питания собрана на поверхности фрагментов участков теплообмена.

6. Светодиодная лампа по п. 1, отличающаяся тем, что в зоне сгиба печатной платы выполнен ряд сквозных отверстий.