ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ Российский патент 2025 года по МПК H05K5/02 H05B45/00 

Изобретение относится к области электротехники, а именно к светотехнике - источникам питания светодиодных осветительных приборов, используемых для освещения, и предназначено для эксплуатации в составе светильника в зданиях и сооружениях метрополитена и железнодорожной инфраструктуры.

Общеизвестным является факт применения в составе светодиодных осветительных приборов источников питания (вторичных источников питания), которые преобразуют напряжение питающей сети и стабилизирует выходной ток для корректной и долговечной работы светодиодных осветительных приборов.

Анализ запатентованных технических решений источников питания осветительных приборов показал, что в основе их конструкции лежит корпус с печатной платой внутри с электронными компонентами электрической схемы преобразования напряжения питающей сети и стабилизации выходного тока (российский патент на полезную модель №222165, иностранные патенты на изобретения №№ KR20090104724A, CN209569690U, US10389171B2). Иногда применяется полимерная смола (компаунд), которой заливается печатная плата с её электронными компонентами для целей их герметизации и электроизоляции (иностранный патент на изобретение № JP2015230848A).

В качестве прототипа по совокупности существенных признаков (конструкции источника питания) было выбрано техническое решение по российскому патенту на полезную модель №222165 «ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ СВЕТОДИОДНЫХ СВЕТИЛЬНИКОВ» (дата приоритета 04.05.2023, патентная база ФИПС). Источник питания характеризуется наличием корпуса с монтажными прорезями, внутри которого находится электронная схема для преобразования тока, управления и питания светодиодных светильников, имеющая две электроколодки, одна из которых имеет три независимых контакта и является входом, а другая - два независимых контакта и является выходом, предохранительного узла, выполненного в виде печатной платы с корпусом и распаянными на ней варистором, резистором и основным трехконтактным штыревым разъемом.

Недостатками конструкции источника питания прототипа, как и конструкции других источников питания из перечисленных примеров, являются ненадёжность, недолговечность, низкая эффективность эксплуатации источников питания данных конструкций в жёстких условиях с интенсивным и длительным механическим и вибрационным воздействием, агрессивным воздействием низких и высоких температур, воды, пыли и грязи. Например, в прототипе отсутствует заливка внутреннего пространства корпуса компаундом, что не позволяет обеспечить должную гидро- и электроизоляцию элементов печатной платы. Электроколодки с контактами, предохранительный узел расположены не внутри корпуса, и не раскрывается, чем обеспечивается герметичность самого корпуса изделия - в корпусе очевидно имеются отверстия в местах стыковки печатной платы или проводов, к которым подключены выведенные вовне корпуса электроколодки с контактами, предохранительный узел. При попадании воды на открытые контакты колодок или внутрь корпуса неизбежно выведение всего источник из строя вместе со светодиодным светильником.

Целью заявленного изобретения является устранение вышеуказанных недостатков, а именно обеспечение высокой степени надёжности, долговечности, эффективности эксплуатации источника питания в жёстких условиях с интенсивным и длительным механическим и вибрационным воздействием, агрессивным воздействием низких и высоких температур, воды, пыли и грязи в составе светильников в кузовах и под кузовами электровозов, тепловозов, дизель-поездов, мотор-вагонов, вагонов железнодорожного транспорта (в том числе промышленного), на железнодорожных платформах.

Цель достигается тем, что конструкция предложенного источника питания содержит основание корпуса со специальными отверстиями и пазами, фланцы сложной формы с замками для фиксации их с основанием корпуса и узлом печатным в сборе и плотного прилегания к основанию корпуса, печатную плату специальной формы с отверстиями, зафиксированные с помощью втулок в отверстиях во фланцах и стяжек на печатной плате кабели, а также фиксаторы в отверстиях на фланцах.

Общим техническим результатом источника питания предложенной конструкции является обеспечение стойкости источника к механическим внешним воздействующим факторам и увеличения эффективности процесса сборки и эксплуатации источника питания в самых жёстких условиях с интенсивным и длительным вибрационным воздействием, агрессивным воздействием низких и высоких температур, воды, пыли и грязи в составе светильников в кузовах и под кузовами электровозов, тепловозов, дизель-поездов, мотор-вагонов, вагонов железнодорожного транспорта (в том числе промышленного), на железнодорожных платформах. Данный общий технический результат реализуется за счёт обеспечения дополнительной жёсткости самой конструкции источника питания, жесткости его фиксации внутри корпуса светильника в специальном алюминиевом профиле, обеспечения удобства заливки компаунда внутрь собранного источника и эффективности данной заливки, и повышения герметичности мест соединения конструктивных элементов источника, что предотвращает вытекание компаунда при заливке, уменьшает технологические потери в процессе заливки компаундом, предотвращает попадание внутрь источника воды, пыли и грязи в местах соединения кабелей и фланцев, основания корпуса и фланцев.

Технический результат достигается тем, что источник питания содержит корпус с заполненным компаундом пространством внутри корпуса и печатный узел в сборе внутри корпуса, состоящий из печатной платы с установленными на ней электронными компонентами, трансформатором, отличающийся тем, что корпус состоит из:

основания корпуса с тремя прямоугольными технологическими вырезами одинакового размера в одной из стенок и четырьмя пазами с каждого края основания по одному пазу на стенку,

двух фланцев по краям основания корпуса с переменной толщиной боковых поверхностей, каждый из которых содержит гибкий замок внутри фланца, спрофилированный в виде зацепа, для фиксации в пазах печатной платы, четыре замка в форме выступов по одному на внешнюю сторону боковой поверхности для фиксации в пазах основания корпуса, а также отверстие для кабеля и паз для фиксатора,

двух втулок по одному в отверстиях фланцев для кабелей,

двух фиксаторов с защёлками в пазах фланцев,

печатный узел в сборе содержит два припаянных к печатной плате и зафиксированных на ней стяжками кабеля, один из которых является трехжильным – «Вход L, N, PE», а другой двухжильным – «Выход LED+, LED-»,

печатная плата содержит два паза по краям, а также технологические отверстия и вырезы по контуру печатной платы.

Также габаритные размеры основания корпуса могут составлять 27,7 х 21,5 х 365,5 мм.

Также основание корпуса и фланцы могут быть выполнены из АБС-пластика.

Также втулки могут быть выполнены резиновыми.

Также фиксаторы могут быть выполнены нейлоновыми.

Также диаметр технологических отверстий на печатной плате может составлять 2-3 мм.

Также стяжки могу быть выполнены нейлоновыми.

Также в качестве компаунда может выступать двухкомпонентный заливочный силиконовый компаунд.

Заявляемое техническое решение поясняется схематическими изображениями источника питания в сборе (фиг. 1), в виде взрыв-схемы (фиг. 2), отдельно основания корпуса (фиг. 3), фланцев с указанием на особенности их конструкции и в соединении с печатной платой и фиксаторами (фиг. 4 - 7), втулки отдельно и в отверстии фланца с кабелем (фиг. 8), фиксатора отдельно и в пазе фланца (фиг. 9), печатного узла в сборе в целом (фиг. 10), печатной платы отдельно (фиг. 11) и края печатной платы с пазом под гибкий замок (фиг. 12), кабелей трехжильного - «Вход» L, N, PE» и двухжильного - «Выход LED+, LED-» (фиг. 13), стяжки отдельно и на печатной плате, фиксирующей кабели (фиг. 14), источника питания, соединённого с алюминиевым профилем светильника с помощью фиксатора (фиг. 15), где 1 - основание корпуса, 2 - фланцы, 3 - втулки, 4 - фиксаторы, 5 - прямоугольные технологические вырезы в основании корпуса, 6 - печатный узел в сборе, 7 - кабель «Вход L, N, PE», 8 - кабель «Выход LED+, LED-», 9 - пазы на краях основания корпуса, 10 - выступы, образующиеся на боковых поверхностях фланцев переменной толщины, 11 - замки в форме выступов на внешних боковых поверхностях фланцев, 12 - гибкий замок внутри фланца, спрофилированный в виде зацепа, 13 - отверстие фланца для кабеля, 14 - паз фланца для фиксатора, 15 - печатная плата, 16 - защёлка фиксатора, 17 - паз печатной платы, 18 - технологические отверстия печатной платы, 19 - вырезы по контуру печатной платы, 20 - стяжка кабеля, 21 - электронные компоненты печатного узла в сборе, 22 - трансформатор печатного узла в сборе, 23 - алюминиевый профиль светильника.

Для получения технического результата изобретение может быть осуществлено следующим предпочтительным образом, не исключающим иные способы осуществления в рамках заявленной формулы изобретения.

Использованные в настоящем описании термины и определения не ограничиваются их однозначным буквальным толкованием, например, наряду со словом кабель 7 или 8 может быть использовано слово провод. Данное обстоятельство должно быть очевидным для любого специалиста в данной области техники.

Источник питания с функцией стабилизации выходного тока (фиг. 1) предназначен для эксплуатации в составе светильника в зданиях и сооружениях метрополитена и железнодорожной инфраструктуры.

Конструкция источника состоит из основания корпуса 1, двух фланцев 2, двух втулок 3, а также двух фиксаторов 4. Внутри основания корпуса 1 с фланцами 2 зафиксирован печатный узел в сборе 6, состоящий из платы печатной 15 с установленными на ней электронными компонентами 21, трансформатором 22, а также двух припаянных к плате печатной кабелей: «Вход L, N, PE» 7 и «Выход LED+, LED-» 8. Дополнительно кабели 7, 8 фиксируются через специальные отверстия - пазы 17 в печатной плате 15 с помощью двух стяжек 20 (по одной на кабель 7 и 8). Свободное пространство внутри корпуса источника заполнено компаундом (на изображениях не показано) (фиг. 2).

Основание корпуса 1 (фиг. 3) представляет собой тонкостенную деталь прямоугольную в сечении с тремя прямоугольными технологическими отверстиями (вырезами) 5 одинакового размера в одной из стенок, предназначенными для заливки компаунда внутрь собранного источника. Материал основания корпуса - АБС-пластик. С каждого края основания корпуса 1 имеются по четыре паза 9 под замки 11 фланцев 2 - по одному пазу 9 на стенку, предназначенные для фиксации внутри основания корпуса 1 пластиковых фланцев 2.

Основание корпуса 1 необходимо для защиты внутренних компонентов от внешних воздействий, удобства использования источника и создания положительного эстетического вида устройства, а также для защиты жизни и имущества потребителя устройства.

Конструкция основания корпуса дает ряд преимуществ, таких как дополнительная жесткость всей конструкции за счет фиксации фланцев 2 с помощью четырех замков 11 в специальных пазах основания корпуса 9, а также удобство при сборке и заливке источника за счет прямоугольных вырезов 5 только с одной стороны основания 1. Габаритные размеры основания корпуса 1 составляют 27,7 х 21,5 х 365,5 мм.

Фланец (фиг. 4 - 7) представляет собой деталь переменной толщины и сложной формы, предназначенную в первую очередь для жесткой фиксации печатного узла 6 в сборе внутри основания корпуса 1 за счет гибкого замка 12 специальной формы - виде зацепа, а также фиксации источника в алюминиевом профиле 23 внутри светильника с помощью фиксаторов нейлоновых 4 с защелками 16. В детали имеются отверстия 13 для резиновых втулок 3. Материал фланца - АБС-пластик.

Также как и основание корпуса 1, фланец 2 служит для защиты внутренних компонентов источника от внешних воздействий, удобства использования источника и создания положительного эстетического вида устройства, а также для защиты жизни и имущества потребителя устройства.

Конструкция фланца 2 дает ряд преимуществ, таких как: обеспечение дополнительной жесткости конструкции источника за счет фиксации печатного узла в сборе 6 и кабелей 7, 8 с помощью специально спрофилированного гибкого замка 12 и втулок 3 (фиг. 7, 8), а также удобство при сборке и заливке источника за счет дополнительной герметизации корпуса и жесткой сцепки с основанием корпуса 1 с помощью четырех замков 11 (фиг. 5).

Конструктивное преимущество выступов 10 фланца 2, выделенные красным на фиг. 6, образованные переменной толщиной боковых поверхностей фланца 2, состоит в плотной фиксации фланца 2 внутри основания корпуса 1, что предотвращает вытекание компаунда при заливке, повышает эффективность сборки и, как следствие, уменьшает технологические потери в процессе заливки компаундом.

Конструктивное преимущество гибкого замка 12 в форме зацепа (фиг. 7) в дополнительной фиксации печатной платы 15 со всеми её элементами в корпусе, что обеспечивает устойчивость конструкции к испытаниям на виброустойчивость и вибропрочность. Форма гибкого замка 12 подобрана таким образом, чтобы в совокупности с материалом обеспечить гибкость замка 12, беспрепятственное защелкивание замка в отверстие на печатной плате 17 (фиг. 7) и невозможность отсоединения замка 12 от печатной платы 15 без применения дополнительного инструмента.

Втулки резиновые кабельные закругленные 3 (фиг. 8) служат для фиксации кабелей «Вход L, N, PE» 7 и «Выход LED+, LED-» 8 в отверстиях 13 во фланцах 2.

Конструктивное преимущество втулок 3 составит в плотной фиксации кабелей 7, 8 в отверстиях 13 фланцев 2, что предотвращает вытекание компаунда при заливке, повышает эффективность сборки и, как следствие, уменьшает технологические потери в процессе заливки компаундом. Во время эксплуатации источника втулки 3 предотвращают попадание внутрь источника воды, пыли и грязи в местах соединения кабеля 7 или 8 и фланца 2.

Печатный узел в сборе 6 состоит из печатной платы 15, электронных компонентов 21, трансформатора 22 и кабелей 7, 8, и служит для электрического и механического соединения различных электронных компонентов (фиг. 10).

На печатной плате 15 печатного узла 6 присутствуют технологические отверстия 18 диаметром 2-3 мм и вырезы по контуру печатной платы 19 (фиг. 11) для обеспечения проливаемости компаундом при заливке через все компоненты и плату 15 печатного узла 6 (выход воздуха из конструкции для отсутствия воздушных полостей внутри корпуса источника).

Также печатная плата 15 содержит по краям два специальных паза 17 под гибкий замок 12 фланца 2.

Кабели трехжильный «Вход L, N, PE» 7 (фиг. 13) служит для подключения источника к питающей сети и заземления источника. Кабель двухжильный «Выход LED+, LED-» 8 (фиг. 13) служит для подключения к источнику светодиодного модуля или модулей.

Стяжки нейлоновые 20 (фиг. 14) служат для фиксации кабелей «Вход L, N, PE» 7 и «Выход LED+, LED-» 8 в неподвижном положении на печатной плате 15.

Конструктивное преимущество использования стяжек 20 состоит в плотной фиксации кабелей 7, 8 как в отверстии 13 фланца 2, так и относительно печатной платы 15, что предотвращает отрыв (выдергивание) кабеля 7 или 8 при сборке и эксплуатации изделия.

Компаунд (на изображениях не показан) служит для заливки электронных компонентов источника питания для их герметизации, электроизоляции.

В большинстве случаев используется двухкомпонентный заливочный силиконовый компаунд. Для удобства при производстве используются виды компаундов с коэффициентом смешивания 1:1, но допускается использовать и иные пропорции.

Герметизация с помощью компаунда позволяет добиться водо- и пыленепроницаемости и обеспечить степень защиты корпуса IP54 по ГОСТ 14254 (IEC 60529:2013).

Электроизоляционные свойства позволяют добиться высоких изоляционных свойств и обеспечить безопасность при использовании внутри алюминиевого профиля 23.

Теплопроводящие свойства компаунда позволяют добиться требуемую надежность и долговечность работы источника при температурах окружающей среды +75°С и выше.

Невысокая вязкость в момент заливки компаунда при сборке источника позволяет добиться проливаемости и полного заполнения компаундом внутреннего пространства источника компаундом без наличия воздушных полостей.

Твердость компаунда после полимеризации (после застывания компаунда) по Шору А в диапазоне значений 35-65 (присутствует упругость) позволяет обеспечить стойкость компонентов и самого узла печатного в сборе к механическим воздействиям (вибрациям, ударам).

Источник питания собирается в следующей последовательности:

- фиксация втулок резиновых 3 во фланцах 2;

- внешняя поверхность оболочки каждого кабеля 7, 8 печатного узла в сборе 6 смазывается маслом силиконовым;

- фланец 2 со втулкой резиновой 3 надевается на трехжильный кабель 7 печатного узла в сборе 6 (трехжильный кабель толще, поэтому сборка начинается с него) и кабель 7 протягивается до момента фиксации фланца 2 на печатной плате 15 печатного узла в сборе 6 с помощью замка 12 и в основании корпуса 1 с помощью замков 11 (до щелчка);

- фланец 2 со втулкой резиновой 3 надевается на двухжильный кабель 8 печатного узла в сборе 6 и кабель 8 протягивается до момента фиксации фланца 2 на печатной плате 15 печатного узла в сборе 6 с помощью замка 12 и в основании корпуса 1 с помощью замков 11 (до щелчка);

- остатки силиконового масла удаляются с внешней поверхности оболочки каждого кабеля 7, 8 печатного узла в сборе 6 ветошью безворсовой;

- герметизируется корпус источника перед заливкой компаунда внутрь корпуса;

- переворачивается источник питания так, чтобы вырезы 5 в основании корпуса 1 были направлены вверх. Внутреннее пространство корпуса заливается компаундом до верхнего уровня основания корпуса 1;

- после полимеризации компаунда устанавливаются во отверстия 13 фланцев 2 фиксаторы 4;

- проверяется компаунд после полимеризации на соответствие техническим требованиям.

Далее собранный источник питания может быть установлен в алюминиевый профиль 23 светильника с помощью фиксаторов 4 с защёлками 16 (фиг. 15).

Таким образом, источник питания предложенной конструкции обеспечивает дополнительную жёсткость самой конструкции источника питания и жесткость его фиксации внутри корпуса светильника в специальном алюминиевом профиле 23 за счёт жесткой сцепки основания корпуса 1, фланцев 2, печатного узла в сборе 6 и кабелей 7, 8 между собой с помощью специальных замков на внешних поверхностях 11 и внутри 12 фланцев 2 для жёсткой фиксации фланцев 2 с основанием корпуса 1 и фланцев 2 с печатным узлом в сборе 6 между собой, втулок 3 и отверстий 13 во фланцах 2 для них для фиксации кабелей 7, 8 в отверстиях фланцев 13, фиксации кабелей 7, 8 на плате 15 специальными стяжками 20 на плате 15, наличия в основании корпуса 1 и на плате 15 специальных отверстий (пазов) 9, 17 под замки 11, 12 для фиксации фланцев 2 и корпуса 1, фланцев 2 и платы 15 между собой, а также наличия специальных фиксаторов 4 нейлоновых с защелками 16 с пазами 14 во фланцах 2 для них для фиксации источника внутри корпуса светильника в специальном алюминиевом профиле 23.

Жёсткость конструкции источника питания и жесткость его фиксации внутри корпуса светильника в специальном алюминиевом профиле 23 обеспечивает устойчивость всей конструкции к испытаниям на виброустойчивость и вибропрочность, предотвращает самопроизвольное отсоединение элементов конструкции, например, отрыв (выдергивание) кабеля 7 или 8 при сборке и эксплуатации изделия, отсоединение печатной платы 15 от фланцев 2, фланцев 2 от основания корпуса 1, в самых жёстких условиях эксплуатации, в том числе в составе светильников в кузовах и под кузовами электровозов, тепловозов, дизель-поездов, мотор-вагонов, вагонов железнодорожного транспорта (в том числе промышленного), на железнодорожных платформах.

Также источник питания предложенной конструкции обеспечивает оптимизацию (повышение эффективности) процесса сборки и эксплуатации источника питания за счёт наличия трёх прямоугольных технологических отверстий (вырезов) 5 одинакового размера в одной из стенок основания корпуса 1 для обеспечения удобства заливки компаунда внутрь собранного источника и эффективности данной заливки за счёт наличия на плате 15 печатного узла 6 технологических отверстий 18 и вырезов 19 по контуру печатной платы для обеспечения проливаемости компаундом при заливке через все компоненты и плату 15 печатного узла 6. Также повышается герметичность мест соединения конструктивных элементов источника питания благодаря наличию на фланцах 2 специальных выступов 10 для плотной фиксации фланца 2 внутри основания корпуса 1 и наличия втулок 3 для плотной фиксации кабелей 7, 8 в отверстиях фланцев 13, что предотвращает вытекание компаунда при заливке, уменьшает технологические потери в процессе заливки компаундом. предотвращает попадание внутрь источника воды, пыли и грязи в местах соединения кабелей 7, 8 и фланцев, основания корпуса 1 и фланцев 2.

Таким образом, конструкция предложенного источника питания позволяет достичь заявленного общего технического результата обеспечения стойкости источника к механическим внешним воздействующим факторам, увеличения эффективности процесса сборки и эксплуатации источника питания в самых жёстких условиях с интенсивным и длительным вибрационным воздействием, агрессивным воздействием низких и высоких температур, воды, пыли и грязи в составе светильников в кузовах и под кузовами электровозов, тепловозов, дизель-поездов, мотор-вагонов, вагонов железнодорожного транспорта (в том числе промышленного), на железнодорожных платформах.

Новизна и изобретательский уровень заявленного изобретения состоит в том, что конструкция предложенного источника питания содержит основание корпуса со специальными отверстиями и пазами, фланцы сложной формы с замками для фиксации их с основанием корпуса и узлом печатным в сборе и плотного прилегания к основанию корпуса, печатную плату специальной формы с отверстиями, зафиксированные с помощью втулок в отверстиях во фланцах и стяжек на печатной плате кабели, а также фиксаторы в отверстиях на фланцах.

Заявитель в настоящее время осуществляет промышленное производство заявленного изобретения.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к светотехнике - источникам питания светодиодных осветительных приборов, используемых для освещения, и предназначено для эксплуатации в составе светильника в зданиях и сооружениях метрополитена и железнодорожной инфраструктуры. Технический результат – повышение стойкости источника питания к механическим внешним воздействующим факторам, эффективности процесса сборки и эксплуатации источника питания в самых жёстких условиях. Источник питания содержит основание корпуса с отверстиями и пазами, фланцы с замками для фиксации их с основанием корпуса и узлом печатным в сборе и плотного прилегания к основанию корпуса, печатную плату с отверстиями, зафиксированные с помощью втулок в отверстиях во фланцах и стяжек на печатной плате кабели, а также фиксаторы в отверстиях на фланцах. 7 з.п. ф-лы, 15 ил.

1. Источник питания, характеризующийся тем, что содержит корпус с заполненным компаундом пространством внутри корпуса и печатный узел в сборе внутри корпуса, состоящий из печатной платы с установленными на ней электронными компонентами, трансформатором, отличающийся тем, что корпус состоит из:

основания корпуса с тремя прямоугольными технологическими вырезами одинакового размера в одной из стенок и четырьмя пазами с каждого края основания по одному пазу на стенку,

двух фланцев по краям основания корпуса с переменной толщиной боковых поверхностей, каждый из которых содержит гибкий замок внутри фланца, спрофилированный в виде зацепа, для фиксации в пазах печатной платы, четыре замка в форме выступов по одному на внешнюю сторону боковой поверхности для фиксации в пазах основания корпуса, а также отверстие для кабеля и паз для фиксатора,

двух втулок по одному в отверстиях фланцев для кабелей,

двух фиксаторов с защёлками в пазах фланцев,

причём печатный узел в сборе содержит два припаянных к печатной плате и зафиксированных на ней стяжками кабеля, один из которых является трехжильным - «Вход L, N, PE», а другой двухжильным – «Выход LED+, LED-»,

а печатная плата содержит два паза по краям, а также технологические отверстия и вырезы по контуру печатной платы.

2. Источник питания по п. 1, отличающийся тем, что габаритные размеры основания корпуса составляют 27,7 × 21,5 × 365,5 мм.

3. Источник питания по п. 1, отличающийся тем, что основание корпуса и фланцы выполнены из АБС-пластика.

4. Источник питания по п. 1, отличающийся тем, что втулки выполнены резиновыми.

5. Источник питания по п. 1, отличающийся тем, что фиксаторы выполнены нейлоновыми.

6. Источник питания по п. 1, отличающийся тем, что диаметр технологических отверстий на печатной плате составляет 2-3 мм.

7. Источник питания по п. 1, отличающийся тем, что стяжки выполнены нейлоновыми.

8. Источник питания по п. 1, отличающийся тем, что в качестве компаунда выступает двухкомпонентный заливочный силиконовый компаунд.