Светильник шахтный головной Российский патент 2019 года по МПК F21L4/02 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области индивидуального осветительного оборудования, используемого преимущественно для освещения тоннелей, шахт, горных выработок.

Уровень техники

Известен шахтный головной светильник, содержащий закрепляемую на каске фару, связанную посредством кабеля с аккумуляторной батареей (патент CN 2886303, МПК: F21L4/02, опубл. 04.04.2007). В корпусе фары размещены печатная плата с источником света, включающим основной и несколько вспомогательных светодиодов, размещенных в общем отражателе. Светодиоды, по сравнению с другими источниками света, устойчивы к механическим воздействиям, меньше нагреваются, отличаются высокой светоотдачей и создают значительно более равномерный по спектру свет.

Недостатком упомянутого светильника является то, что размещенные в едином параболическом отражателе источники света, при любых режимах работы, создают однонаправленное освещение с концентрацией светового потока вдоль оси отражателя (фары), в результате чего поверхность под ногами шахтеров практически неосвещена и затруднено проведение работ в ближнем пространстве из-за избыточной яркости объектов.

Известен шахтный головной светильник, содержащий герметичный корпус, закрытый спереди прозрачной крышкой, в котором размещены аккумуляторная батарея и два источника света, основной из которых выполнен в виде светодиода повышенной яркости, установленного в фокусе параболического отражателя (заявка CN 101050845, МПК: F21L4/00, оп. 10.10.2007). Отражатель установлен в корпусе с наклоном 20-45° книзу от оси корпуса, благодаря чему улучшена освещенность поверхности под ногами шахтера, однако упомянутое улучшение сопровождается снижением дальности и яркости удаленного освещения.

Известен двунаправленный головной светильник, содержащий фару основного освещения и фару вспомогательного освещения, закрепленную на фаре основного освещения под углом 45° к ее оси (патент CN 201078585, МПК:F21L4/02, оп. 25.06.2008). К недостаткам упомянутой конструкции следует отнести пониженную надежность, вследствие механического соединения фар основного и вспомогательного освещения, а также то, что фары относительно чутко реагируют на любые вибрации и небольшие движения головы, что при узкой направленности лучей приводит к беспокойному лучу света и, так называемому, мерцающему освещению.

Известен мобильный светильник, содержащий закрепляемый на каске шахтера (или велосипедиста) корпус, в котором размещены светоизлучающие диоды, часть которых служит для формирования прямого луча, направленного вдоль оси корпуса, и как минимум, один светодиод, обеспечивающий формирование светового луча, отклоненного вниз на угол 5-85° (патент DE 20221972, МПК: F21L4/02, оп. 29.04.2010). Конкретное значение угла задается исполнением корпуса светильника и посадочных мест для светодиодов, при этом на выходе каждого светодиода установлена собирающая линза.

Существенным недостатком упомянутого светильника является сложность расчета оптимальных параметров корпуса и мест расположения светодиодов, которые бы позволили обеспечить оптимальное распределение светового потока в нужном направлении. Другим недостатком является использование линз для формирования световых потоков. Получаемые в этом случае световые пучки узкие и зависят от положения головы, что ведет к появлению проблемы «беспокойного луча».

Известны технические решения головных светильников, в которых предприняты попытки автоматического регулирования силы светового потока и его направленности за счет использования микропроцессорной техники и набора датчиков, отслеживающих изменение угла поворота головы (см. например, патент WO 2016201597, МПК: F21L4/02, опубл. 12.12.2016). Однако подобные конструкции не нашли широкого применения, вследствие высокой стоимости светильника и его пониженной надежности.

В качестве наиболее близкого аналога для заявляемого головного светильника принят шахтный головной светильник, содержащий закрепляемый на каске корпус, в котором размещены блок управляющей электроники и светодиодные источники света, один из которых выполнен в виде мощного светодиода, установленного в фокусе параболического отражателя (патент RU 67227, МПК: F21L4/02, опубл. 10.10.2007г). Второй источник света выполнен в виде вспомогательных светодиодов аварийного освещения. На внешнюю поверхность корпуса выведены органы управления источниками света. Светильник имеет простую и надежную конструкцию.

Его существенным недостатком является то, что световые потоки от обоих источников света, размещенных в параболических отражателях, направлены вдоль оси фары, вследствие чего невозможно добиться одновременного освещения удаленных объектов и поверхности под ногами, что затрудняет проведение работ в ближнем пространстве.

Техническая проблема, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является разработка простого и надежного светильника, обеспечивающего хорошее освещение и удаленных объектов, и ближнего пространства, и при этом малочувствительного к мелким вибрациям.

Раскрытие сущности изобретения

Упомянутая проблема решена благодаря тому, что в шахтном головном светильнике с питанием от аккумуляторной батареи, содержащем корпус с размещенными в нем светодиодными источниками света, из которых один установлен в фокусе параболического отражателя, блок управляющей электроники и орган управления источниками света, выведенный на внешнюю поверхность корпуса, согласно заявляемому изобретению, второй источник света установлен в собственном отражателе с рассеивающей структурой поверхности и формой, обеспечивающей направление светового потока под углом 30-60° вниз относительно оси параболического отражателя.

Технические результаты, достигаемые благодаря вышеупомянутой совокупности существенных признаков, заключаются в следующем:

- обеспечение хорошей освещенности и удаленных объектов, и ближнего пространства;

- возможность одновременного дальнего и ближнего освещения;

- широкий угол освещения ближнего пространства, что снижает до минимума зависимость освещенности от положения головы и позволяет исключить проблему «беспокойного луча».

При этом предлагаемый светильник характеризуется простотой конструкции и высокой надежностью эксплуатации.

В отличие от ближайшего аналога, где второй источник света выполняет функции аварийного освещения, в предлагаемом светильнике оба источника света выполнены в виде мощных светоизлучающих диодов с номинальной мощностью, предпочтительно от 1 Вт и более, что удобно при смене характера работ.

Первый источник света, установленный в фокусе параболического отражателя с зеркальной поверхностью, аналогично ближайшему и другим аналогам, обеспечивает формирование прямого луча для освещения удаленных объектов. Параболический отражатель, имеющий симметричную форму отражающей поверхности, концентрирует излучаемый светодиодом поток вдоль главной оптической оси отражателя, совпадающей с осью светильника в целом.

Второй источник света имеет собственный отражатель, выполненный с рассеивающей структурой поверхности и неправильной ассиметричной формой, которая позволяет перенаправить основную массу светового потока, излучаемого вторым источником света, в нижнюю полуплоскость, обеспечив тем самым освещение близлежащего пространства и поверхности под ногами шахтера или другого пользователя светильника. При этом отражатель обеспечивает получение широкого светового луча.

Максимальная сила светового потока от второго источника света направлена вниз под углом 30-60° относительно оси параболического отражателя, т.е. относительно прямого луча, создаваемого первым источником света.

Использование отражателя позволяет рассчитать оптимальное распределение светового потока в нужном направлении и обеспечить достаточно широкий асимметричный угол освещения ближнего пространства.

Форма отражателя, обеспечивающая наиболее оптимальное распределение светового потока в вертикальной и горизонтальной плоскостях, может быть достаточно просто и точно рассчитана, исходя из требуемой кривой силы света. Для расчета и проектирования формы отражателя могут быть использованы различные компьютерные средства, например, программы автоматизированного проектирования.

Выполнение отражателя с рассеивающей структурой поверхности позволяет добиться равномерности распределения светового потока по всей ширине светового луча, в результате сведена к минимуму зависимость освещения от мелких вибраций и движений головы, что позволяет исключить проблему «бегающего луча» и «мерцания света».

Предлагаемый светильник характеризуется простотой конструкции и высокой надежностью эксплуатации.

Для возможности контроля уровня заряда аккумуляторной батареи в процессе работы светильник снабжен блоком индикаторов, который может быть выполнен, например, в виде линейки маломощных красных и зеленых светодиодов.

Орган управления источниками света выполнен в виде единой кнопки, выведенной на внешнюю поверхность корпуса и обеспечивающей многофункциональное управление, а именно: поочередное и одновременное включение источников света, их выключение и регулирование мощности световых потоков. При этом диапазон регулирования и величина коэффициента изменения светового потока одного источника не зависят от диапазона и величины коэффициента изменения светового потока другого источника. В результате, при работе, световой поток от каждого источника можно отрегулировать до нужной освещенности.

Отражатели могут быть сгруппированы (объединены) между собой в единую деталь, так называемый групповой отражатель.

Корпус светильника может иметь места для установки дополнительного оборудования, расширяющего возможности использования светильника. В качестве дополнительного оборудования могут выступать различные датчики, газоанализаторы, устройства связи.

Краткое описание чертежей

Суть заявляемого технического решения поясняется примером конкретного осуществления и чертежами, на которых изображены:

на фиг. 1 – светильник шахтный головной, вид спереди;

на фиг. 2 – светильник, вид сбоку в разрезе (сечение А-А на фиг.1);

на фиг. 3 – светильник, вид сзади (вид В на фиг.2);

на фиг. 4 – показана деталь, объединяющая в себе оба отражателя;

на фиг. 5 – сечение В-В на фиг. 4;

на фиг. 6 и 7 - показано распределение формируемых отражателями световых потоков в вертикальной и горизонтальной плоскостях.

Осуществление изобретения

Светильник шахтный головной с питанием от аккумуляторной батареи содержит закрепляемую на каске фару (см. фиг. 1, 2), в корпусе 1 которой размещены два светодиодных источника света в виде мощных светоизлучающих диодов 2 и 3 (далее светодиод или СД), каждый из которых имеет свой отражатель 4 и 5 соответственно, блок 6 управляющей электроники и блок индикаторов 7 для контроля уровня заряда аккумуляторной батареи, который может быть выполнен в виде линейки красных и зеленых светодиодов.

Спереди корпус 1 закрыт оптически прозрачным элементом 8 из закаленного стекла. Для управления источниками света служит кнопка 9 (см. фиг. 3), выведенная на внешнюю поверхность корпуса 1. Для закрепления светильника на каске шахтера или рабочего служит клипса 10.

В качестве светоизлучающих диодов 2 и 3 предпочтительно использование СД с номинальной мощностью не менее 1 Вт каждый.

В корпусе 1 могут быть выполнены места для установки дополнительного оборудования, к примеру, газоанализатора или датчика метана, устройства связи и проч.

Отражатели 4 и 5 могут быть объединены между собой и выполнены в виде единой детали 11 (см. фиг. 4), изготовленной, например методом литья или формования. Такое конструктивное решение существенно упрощает процесс сборки светильника и обеспечивает точность расположения отражателей друг относительно друга.

Параболический отражатель 4 выполнен с зеркальной поверхностью, а его оптическая ось О расположена параллельно оси корпуса 1 светильника.

Отражатель 5 имеет ассиметричную форму и рассеивающую структуру отражающей поверхности (см. фиг. 4, 5), которая может быть получена, например, при литье.

Световой поток, излучаемый светодиодом 2, установленным в фокусе параболического отражателя 4, концентрируется вдоль его оси О (см. фиг. 6). Формируемый при этом узконаправленный прямой луч обеспечивает хорошее освещение удаленных объектов.

Ассиметричная форма отражателя 5 позволяет перенаправить основную часть светового потока, излучаемого светодиодом 3, в нижнюю полуплоскость под углом 30-60° вниз относительно светового потока первого источника и относительно оси параболического отражателя 4. В результате обеспечивается освещение близлежащего пространства и поверхности под ногами шахтера (рабочего).

При этом отражатель 5 создает достаточно широкий угол освещения в горизонтальной плоскости (см. фиг.7), а благодаря тому, что поверхность отражателя 5 снабжена светорассеивающими элементами, обеспечивается достаточная равномерность светового пятна (светового потока) по всей ширине кривой силы света (КСС). В результате сведена к минимуму зависимость освещения от мелких вибраций и движений головы, что позволяет исключить проблему «бегающего луча» и «мерцания света», имеющую место в известных аналогах.

Светильник компактный, имеет достаточно простую конструкцию, отличается простотой и высокой надежностью эксплуатации.

Источники света могут работать и поочередно, и одновременно.

Для управления источниками света служит единая кнопка 9, выведенная на поверхность корпуса 1. Кратковременным нажатием на кнопку 9 обеспечивается поочередное включение источников света, их одновременное включение и выключение. Долговременное удержание кнопки 9 в нажатом состоянии позволяет отрегулировать мощность включенного источника света.

Каждый светодиод 2 и 3 имеет собственный независимый диапазон регулирования и величину коэффициента изменения светового потока, которые задаются блоком электроники 6, что позволяет добиться требуемой освещенности и комфортных условий для работы в каждом отдельном случае.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к индивидуальному осветительному оборудования, используемому преимущественно для освещения тоннелей, шахт, горных выработок. Достигаемый технический результат заключается в обеспечении хорошей освещенности и удаленных объектов, и ближнего пространства, возможности одновременного дальнего и ближнего освещения, получении широкого угла освещения ближнего пространства, что снижает до минимума зависимость освещенности от положения головы и позволяет исключить проблему «беспокойного луча». Светильник шахтный головной с питанием от аккумуляторной батареи содержит корпус, два светодиодных источника света с отражателями, блок управляющей электроники и орган управления источниками света, выведенный на внешнюю поверхность корпуса. Первый источник света установлен в фокусе параболического отражателя. Второй источник света установлен в отражателе с рассеивающей структурой поверхности и формой, обеспечивающей направление светового потока под углом 30-60° вниз относительно оси параболического отражателя. 6 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Светильник шахтный головной с питанием от аккумуляторной батареи, содержащий корпус с размещенными в нем светодиодными источниками света, из которых один установлен в фокусе параболического отражателя, блок управляющей электроники и орган управления источниками света, выведенный на внешнюю поверхность корпуса, отличающийся тем, что второй источник света установлен в собственном отражателе с рассеивающей структурой поверхности и формой, обеспечивающей направление светового потока под углом 30-60° вниз относительно оси параболического отражателя.

2. Светильник по п. 1, отличающийся тем, что каждый источник света выполнен в виде мощного светоизлучающего диода с номинальной мощностью не менее 1Вт.

3. Светильник по п. 1, отличающийся тем, что орган управления источниками света выполнен в виде одной кнопки, обеспечивающей возможность поочередного включения источников света, их выключения и регулирования мощности источников света.

4. Светильник по п. 1, отличающийся тем, что каждый источник света имеет собственный независимый диапазон регулирования и величину коэффициента изменения светового потока.

5. Светильник по п. 1, отличающийся тем, что он снабжен блоком индикаторов для контроля уровня заряда аккумуляторной батареи.

6. Светильник по п. 1, отличающийся тем, что отражатели выполнены в виде единой детали.

7. Светильник по п. 1, отличающийся тем, что корпус имеет места для установки дополнительного оборудования, расширяющего возможности использования светильника.