Светодиодный светильник, защищённый от воздействия внешней среды

Полезная модель относится к осветительным устройствам, а именно к светодиодным светильникам, защищенным от воздействия от внешней среды. Достигаемый технический результат заключается в уменьшении габаритов светильника и повышении эффективности защиты светильника от воздействия окружающей среды. Технический результат достигается за счет того, что светильник содержит светодиоды, размещенные на печатной плате, блок питания светодиодов, по меньшей мере один элемент вторичной оптики. При этом светильник отличается тем, что содержит корпус, объем которого по существу сформирован поверхностным теплообменником, а по меньшей мере один элемент вторичной оптики размещаются таким образом, что собой он герметично закрывает по меньшей мере один светодиод. При этом печатная плата соединена с корпусом с возможностью передачи тепла между печатной платой и поверхностным теплообменником, а поверхность печатной платы покрыта герметизирующим веществом.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ПОЛЕЗНАЯ МОДЕЛЬ

Настоящая полезная модель относится к осветительным устройствам, а именно к светодиодным светильникам, защищенным от воздействия от внешней среды.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Известен пыле и влагозащитный светильник L-industry 36 (Каталог продукции LEDEL, 2013 г., с. 13; http://www.ledel.ru/productionl/l_store_l/innovations/), содержащий цельнометаллический алюминиевый корпус, формирующий собой теплоотвод; защитное стекло; блок питания; светодиоды, размещенные на печатной плате; при этом светодиоды для защиты от воздействия внешней среды расположены внутри замкнутого объема, сформированного между корпусом и защитным стеклом, а блок питания (LED драйвер) расположен внутри корпуса.

Для обеспечения защиты от внешней среды внутренний объем светильника герметично закрыт.Разница температур в выключенном (в документации заявлена рабочая температура от -60°C) и во включенном (температура на кристалле светодиода при нормальной работе светильника обычно составляет 50-90°C) состояниях обуславливает сильные изменения давления газа внутри замкнутого объема. В совокупности с температурным расширением частей самого устройства перепад давления может привести к разгерметизации светильника.

Кроме того, наличие газовой подушки приводит к увеличению теплоемкости светильника, а также термически изолирует печатную плату. Это снижает эффективность системы охлаждения, что выливается в необходимость увеличивать площадь поверхности теплообменника, и, следовательно, габариты устройства в целом.

РАСКРЫТИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ

Задача, стоявшая перед разработчиками настоящей полезной модели, заключалась в создании светильника менее подверженного воздействию внешней среды и изменениям температуры, а также меньшего по габаритам. Кроме того, перед разработчиками стояла задача расширения арсенала светодиодных светильников, защищенных от воздействия внешней среды.

Кроме того, перед разработчиками стояла задача создания способа производства светодиодного светильника который обеспечивал бы наиболее надежную защиту светильника от воздействия внешней среды.

Указанные задачи были решены за счет разработки защищенного от воздействия внешней среды светодиодного светильника, содержащего

светодиоды, размещенные на печатной плате;

блок питания светодиодов;

по меньшей мере один элемент вторичной оптики;

отличающийся тем, что светильник содержит

корпус, объем которого по существу сформирован поверхностным теплообменником;

по меньшей мере один элемент вторичной оптики размещается таким образом, что собой он герметично закрывает по меньшей мере один светодиод;

при этом печатная плата соединена с корпусом с возможностью передачи тепла между печатной платой и поверхностным теплообменником;

поверхность печатной платы покрыта герметизирующим веществом.

Технический результат, достигаемый разработанным техническим решением при реализации его назначения, заключается в уменьшении габаритов светильника и повышении эффективности защиты светильника от воздействия окружающей среды при сохранении эксплуатационных характеристик светильника.

Печатная плата светильника, таким образом, защищена от воздействия внешней среды покрытием из герметизирующего вещества, а светодиоды защищены элементами вторичной оптики. В результате, разработанный светильник в отличие от прототипа по существу не содержит замкнутого внутреннего объема, давление в котором могло бы существенно изменяться от изменения температуры. Благодаря этому также снижается теплоемкость светильника, а нагревающиеся элементы термически не изолированы, что значительно облегчает задачу охлаждения светильника. При этом объем и поверхность корпуса разработанного светильника используется более эффективно: по существу полностью в качестве теплообменника. Это позволяет при одних и тех же мощности, световом потоке, эффективности охлаждения и других эксплуатационных характеристиках светильника, что и у прототипа, уменьшить его габаритные размеры.

Во втором варианте настоящей полезной модели защищенный от воздействия внешней среды светодиодный светильник, содержит

множество светодиодов, размещенных на общей печатной плате удаленно друг от друга;

блок питания светодиодов;

по меньшей мере один элемент вторичной оптики;

отличающийся тем, что светильник содержит

корпус, объем которого по существу сформирован поверхностным теплообменником;

по меньшей мере один элемент вторичной оптики размещается таким образом, что собой он герметично закрывает по меньшей мере один светодиод;

при этом печатная плата соединена с корпусом с возможностью передачи тепла между печатной платой и поверхностным теплообменником;

поверхность печатной платы по существу полностью покрыта герметизирующим веществом.

Способ производства светильника согласно настоящей полезной модели, отличается тем, что включает в себя этапы, на которых

соединяют с возможностью передачи тепла поверхностный теплообменник, по существу формирующий корпус светильника, и печатную плату с назмещенными на ней светодиодами;

устанавливают по меньшей мере один элемент вторичной оптики так, чтобы он собой герметично закрывал по меньшей мере один светодиод;

наносят герметизирующее вещество так, чтобы оно герметично покрывало печатную плату и места соединения ее с корпусом и с элементами вторичной оптики.

Технический результат, достигаемый при использовании раскрытого способа, заключается в повышении надежности защиты светильника от воздействия внешней среды. Так, защита печатной платы производится путем нанесения герметизирующего покрытия, что позволяет избежать дополнительных внутренних объемов (воздушных).

Дополнительно надежность защиты светильника от внешней среды может повышаться за счет нанесения адгезионного состава между прилегающими друг к другу поверхностями печатной платы и элементов вторичной оптики вокруг светодиодов. Также надежность может достигаться путем размещения поверх герметичного покрытия устанавливают негерметичной крышки, защищающей герметизирующее покрытие от механических повреждений. Для более надежного соединения герметизирующего покрытия и частей светильника поверхности частей светильника, может быть выполнена подготовка поверхностей частей светильника, прилегающих к герметизирующему покрытию.

Далее устройство, согласно раскрытому техническому решению, будет описано более подробно со ссылкой на прилагаемые фигуры чертежей.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг. 1 - вид сверху корпуса светильника;

Фиг. 2 - вид корпуса светильника в продольном разрезе;

Фиг. 3 - вид снизу корпуса светильника;

Фиг. 4 - увеличенный разрез соединения печатной платы с корпусом светильника и вторичной оптикой.

Фиг. 5 - вид снизу корпуса с установленным на нем блоком питания светодиодов.

Фиг. 6 - вид сверху корпуса с установленными на нем печатной платой со светодиодами, вторичной оптикой и нанесенным герметизирующим покрытием.

Фиг. 7 - вид сверху светильника в сборе.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ

В предпочтительном варианте осуществления настоящей полезной модели светодиодный светильник содержит корпус 1, объем которого по существу сформирован поверхностным теплообменником. Поверхностный теплообменник может содержать пластины и/или ребра.

В предпочтительном варианте осуществления корпус 1 содержит боковые стенки 3 и 4, а также по существу перпендикулярные боковым стенкам ребра 5 теплообменника, по существу параллельные друг другу.

Также в предпочтительном варианте осуществления раскрытого технического решения корпус 1 содержит пластину 6 из теплопроводящего материала, формирующую установочное место для печатной платы 7. Площадь пластины 6 соответствует площади печатной платы. Вдоль своего периметра пластина 6 содержит буртик 8, высота которого выполнена таким образом, что пластина 6 с буртиком 8 формируют собой емкость, достаточную для размещения в ней печатной платы 7 с установленными на ней светодиодами и герметичным покрытием 9. Буртик 8 в предпочтительном варианте осуществления выполнен ступенчатым так, что буртик сужается по направлению от пластины 6, а площадь сечения упомянутой образованной емкости плоскостью, параллельной пластине 6 увеличивается по направлению от пластины б. Благодаря этому герметизирующее покрытие перекрывает торец печатной платы 6 и его стык с буртиком 8, что обеспечивает более надежную герметизацию после нанесения герметизирующего покрытия. Пластина 6 выполнена с возможностью соединения с печатной платой 7. Возможность соединения может быть обеспечена наличием в пластине гнезд 10 для резьбового соединения с печатной платой 7, в печатной плате 6 - соответствующих сквозных отверстий. Соединение в таком случае осуществляется с помощью винтов.

Ребра 5 теплообменника в предпочтительном варианте располагаются поперек корпуса, их длина по существу равна ширине корпуса, а их форма по существу определяет габаритные размеры (ширину и высоту) корпуса 1. В предпочтительном варианте осуществления ширина пластины 6 меньше ширины корпуса 1, она располагается так, что боковые стенки 3 и 4 по существу равноудалены от пластины, в результате чего между пластиной 6 и боковыми стенками 3 и 4 сформированы ряды отверстий 11, разделенных ребрами 5 теплообменника. Таким образом, корпус светильника содержит канал для восходящих ламинарных потоков текучей среды (например, жидкости или газа), сформированный отверстиями 11 и объемами между ребрами 5 теплообменника. Наличие сквозных каналов увеличивает интенсивность потока текучей среды через теплообменник, что повышает эффективность охлаждения.

Пластина 6 из теплопроводящего материала контактирует с тыльной стороной печатной платы 7 непосредственно, а в предпочтительном варианте - через термоинтерфейс (не показан). Термоинтерфейс может быть сформирован путем заполнения по меньшей мере части пространства между печатной платой и корпусом теплопроводящим пастообразным составом.

Ребра 5 теплообменника в предпочтительном варианте осуществления располагаются, разделяя собой корпус на отдельные, предпочтительно равные объемы, которые разделяют объем корпуса на каналы, а поток текучей среды, проходящий через корпус 1 светильника в ходе его охлаждения - на ламинарные потоки.

Таким образом, печатная плата 7, нагреваясь во время работы светильника, передает тепло через термоинтерфейс пластине 6 из теплопроводящего материала, и далее - ребрам 5 теплообменника корпуса, с поверхности которых тепло рассеивается в проходящей через каналы светильника текучей среде.

Корпус 1 в предпочтительном варианте осуществления полезной модели выполняется монолитным из металла, более конкретно алюминия, путем литья под давлением.

Светильник, согласно раскрытому техническому решению, содержит также блок 12 питания светодиодов. Для размещения блока 12 питания светодиодов в корпусе без значительного увеличения габаритов светильника каждый из по меньшей мере части ребер 5 теплообменника, расположенных рядом друг с другом, содержит вырез, при этом вырезы выполнены так, что в совокупности образуют в корпусе нишу, способную вмещать в себя по меньшей часть блока 12 питания светодиодов. Ребра 5 теплообменника при этом располагаются по существу перпендикулярно поверхности корпуса блока 12 питания светодиодов, в результате блок питания находится на пути ламинарных потоков текучей среды между ребрами, тем самым повышается эффективность охлаждения светильника.

Блок 12 питания светодиодов может быть соединен с корпусом 1 светильника посредством резьбового соединения. Возможность обеспечения резьбового соединения в предпочтительном варианте осуществления обеспечивается тем, что корпус 1 содержит гнезда 13 для резьбового соединения, а блок 12 питания светодиодов содержит в своем корпусе соответствующие гнездам 13 отверстия.

В предпочтительном варианте осуществления светодиоды снабжены по меньшей мере одним элементом 14 вторичной оптики. По меньшей мере один элемент 14 вторичной оптики собой герметично закрывает по меньшей мере один светодиод. В качестве элемента 14 вторичной оптики может быть использован блок линз C13232_HB-2X2-WW, который соединен с корпусом 1 и с печатной платой 7 посредством резьбового соединения. Для этого корпус может содержать гнезда 17 для резьбового соединения с элементом 14 вторичной оптики, при этом они могут совпадать с гнездами 10 для резьбового соединения с печатной платой 7. Дополнительно соединение элементов 14 вторичной оптики с печатной платой может быть загерметизировано путем нанесения между прилегающими поверхностями печатной платы 7 и элементов 14 вторичной оптики адгезионного состава. Предпочтительно, если используемый элемент 14 вторичной оптики содержит плоское основание, неразъемно и герметично соединенное с оптической частью элемента. В установленном состоянии плоское основание по меньшей мере частью своей поверхности прилегает к поверхности печатной платы. Соединение поверхностей основания и печатной платы герметизируется с помощью адгезионного состава и/или герметизирующего вещества. Для удобства сборки, а именно присоединения элемента 14 вторичной оптики к печатной плате 7, элемент вторичной оптики может содержать направляющие 2, выступающие под нижней поверхностью плоского основания, а печатная плата в соответствующих местах может содержать отверстия, выполненные с возможностью вмещать в себя по меньшей мере часть соответствующей направляющей 2.

Для защиты печатной платы 7 и светодиодов от воздействия внешней среды поверхность печатной платы покрыта герметизирующим веществом, формирующим герметизирующее покрытие 9 печатной платы. В качестве герметизирующего вещества может быть использован силиконовый компаунд или любое другое подходящее вещество.

Светильник также может содержать негерметичную крышку 15, расположенную поверх герметичного покрытия, и закрывающую по меньшей мере часть герметизирующего покрытия печатной платы. Крышка может выполнять как декоративную функцию, так и защищать герметизирующее покрытие 9 от механических воздействий. Негерметичная крышка 15 может соединяться с корпусом 1 посредством резьбового соединения. Для этого корпус 1 в предпочтительном варианте осуществления содержит гнезда 16 для резьбового соединения с негерметичной крышкой 15, которые могут совпадать с гнездами 10 для соединения с печатной платой 7 и/или с гнездами 17 для резьбового соединения с элементами 14 вторичной оптики. Негерметичная крышка может содержать поле 19 для нанесения изображения и отверстия для элементов 14 вторичной оптики.

Во втором варианте настоящей полезной модели светильник содержит множество светодиодов, размещенных на общей печатной плате удаленно друг от друга. При этом они удалены настолько, чтобы обеспечивалась возможность герметичного закрытия их элементами вторичной оптики, предпочтительно изолированно друг от друга.

Предпочтительно, светодиоды распределены равномерно по печатной плате и каждая линза элемента вторичной оптики герметично закрывает один светодиод из множества изолированно от других светодиодов множества, которые также закрыты.

Дополнительно для улучшения защиты светильника от воздействия внешней среды герметизирующее вещество, покрывающее поверхность печатной платы, также герметично покрывает места соединения элементов вторичной оптики и печатной платы. В варианте осуществления, представленном на чертежах, когда элементы вторичной оптики содержат полки, нижняя поверхность которых, прилегает в собранном состоянии к печатной плате, герметизирующее покрытие наносится поверх упомянутых полок, оставляя над своей поверхностью линзы.

Также для улучшения защиты светильника от воздействия внешней среды герметизирующее покрытие, покрывающее поверхность печатной платы, герметично покрывает места соединения элементов вторичной оптики и корпуса. Для этого корпус светильника, а именно пластина 6 содержит ступенчатый буртик 8, который формирует емкость и обеспечивает возможность нанесения герметизирующего вещества так, что герметичное покрытие в результате выдается за периметр печатной платы, покрывает часть буртика и таким образом изолирует от воздействия внешней среды стык печатной платы и корпуса, дополнительно повышая защищенность светильника.

ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ

Корпус 1 светильника может изготавливаться из алюминия литьем под давлением.

В ходе сборки светильника, согласно предпочтительному варианту осуществления настоящей полезной модели, на установочное место для печатной платы предварительно наносят равномерным слоем теплопроводящую пасту, после чего печатная плата 7 с установленными на ней светодиодами размещается на установочное место для печатной платы 7 и соединяется с корпусом с помощью резьбового соединения. Печатная плата электрически соединяется с блоком 12 питания светодиодов. Провода могут размещаться в отверстии 18 в корпусе для выводов проводов.

После установки печатной платы 7 на нее с помощью клея устанавливаются линзы и закрепляются с помощью резьбового соединения. Клей наносится на поверхность линзы, прилегающую к печатной плате, по периметру линз вокруг светодиода так, чтобы обеспечить его герметичное закрытие линзой.

После установки линз производится нанесение герметизирующего покрытия путем равномерной заливки установленной печатной платы 7 с вклеенными линзами. Для более надежного соединения герметизирующего покрытия и металлических деталей светильника последние могут быть предварительно подготовлены. Отверстие 18 в корпусе для выводов проводов также полностью заливается компаундом.

После схватывания компаунда на светильник устанавливается негерметичная крышка 15.

Таким образом, печатная плата и светодиоды полностью защищены от попадания на них пыли и влаги, светильник по существу не имеет внутренних замкнутых объемов корпуса, что исключает возможность его разгерметизации в результате температурных расширений. Также благодаря отсутствию замкнутых объемов корпуса снижается теплоемкость светильника и теплоизоляция его частей. При этом корпус устройства практически полностью представляет собой теплообменник, содержит при этом сквозные каналы для текучей среды. В результате самым более эффективно используются объем и габариты устройства и при одних и тех же эксплуатационных характеристиках и тепловом режиме будут значительно меньше, чем у ближайшего аналога.

Для более надежного соединения герметизирующего покрытия и частей светильника поверхности частей светильника, в рабочем состоянии контактирующие с герметизирующим покрытием могут быть предварительно подвергнуты подготовке поверхности. Подготовка должна способствовать лучшему соединению герметизирующего покрытия и поверхностей частей светильника. Такая подготовка может включать в себя очистку поверхности и придание ей шероховатости путем по меньшей мере одной из плазменннои обработки, обработки травлением. Также для лучшего соединения герметизирующего покрытия и поверхностей частей светильника может выполняться нанесение на поверхность частей светильника грунтовки или праймера, например Primer-C или 92-023 primer компании Dow Corning. За счет этого достигается повышение надежности защиты светильника от внешней среды.

Настоящая полезная модель была подробно описана со ссылкой на предпочтительные варианты ее осуществления, однако очевидно, что она может быть осуществлена в различных вариантах, не выходя за рамки заявленного объема правовой охраны, определяемого формулой полезной модели.

1. Защищенный от воздействия внешней среды светодиодный светильник, содержащий

множество светодиодов, размещённых на общей печатной плате удалённо друг от друга;

блок питания светодиодов;

по меньшей мере один элемент вторичной оптики,

отличающийся тем, что светильник содержит

корпус, объём которого по существу сформирован поверхностным теплообменником;

по меньшей мере один элемент вторичной оптики размещается таким образом, что собой он герметично закрывает по меньшей мере один светодиод;

при этом печатная плата соединена с корпусом с возможностью передачи тепла между печатной платой и поверхностным теплообменником;

поверхность печатной платы по существу полностью покрыта герметизирующим веществом.

2. Светильник по п. 1, отличающийся тем, что поверхностный теплообменник содержит теплопроводящие рёбра и/или теплопроводящие пластины.

3. Светильник по п. 1, отличающийся тем, что светильник содержит негерметичную крышку, закрывающую по меньшей мере часть герметизирующего покрытия печатной платы.

4. Светильник по п. 1, отличающийся тем, что покрытие герметизирующим веществом печатной платы осуществлено путём заливки.

5. Светильник по п. 1, отличающийся тем, что для обеспечения возможности передачи тепла между печатной платой и металлическими пластинами корпус содержит теплопроводящую пластину, соединённую с возможностью передачи тепла с теплообменником, при этом пластина выполнена с возможностью закрепления на ней печатной платы.

6. Светильник по п. 1, отличающийся тем, что теплопроводящие пластины или рёбра выполнены с возможностью образования ламинарных потоков текучей среды между ними.

7. Светильник по п. 6, отличающийся тем, что блок питания расположен на пути потоков текучей среды между рёбрами.

8. Светильник по п. 1, отличающийся тем, что элементы вторичной оптики закреплены на устройстве с помощью клея, при этом клей нанесён по периметру элемента так, чтобы обеспечить герметичность соединения.

9. Светильник по п. 5, отличающийся тем, что по меньшей мере часть пространства между печатной платой и корпусом заполнена теплопроводящим пастообразным составом.

10. Светильник по п. 1, отличающийся тем, что светодиоды по существу равномерно распределены по печатной плате.

11. Светильник по п. 1 или 10, отличающийся тем, что каждый светодиод закрывается элементом вторичной оптики изолированно от других светодиодов.

12. Светильник по п. 1, отличающийся тем, что герметичное закрытие светодиода элементом вторичной оптики обеспечивается по меньшей мере тем, что между прилегающими поверхностями печатной платы и элементов вторичной оптики нанесён адгезионный состав.

13. Светильник по п. 1, отличающийся тем, что герметизирующее вещество, покрывающее поверхность печатной платы, также герметично покрывает места соединения элементов вторичной оптики и печатной платы.

14. Светильник по п. 1, отличающийся тем, что герметизирующее вещество, покрывающее поверхность печатной платы, также герметично покрывает места соединения элементов вторичной оптики и корпуса.