Об’ємний світлодіодний модуль

Реферат: Об'ємний світлодіодний модуль містить основу, виконану з теплопровідного матеріалу, з отвором всередині для розміщення тепловідводу та з плоскими бічними гранями на зовнішній поверхні, світлодіодні джерела світла, які встановлені з забезпеченням теплового контакту за допомогою друкованих плат на плоских бічних гранях основи. Основа виконана рознімною та складається щонайменше з двох частин, на кожній з яких встановлено щонайменше по одній друкованій платі та щонайменше по одному світлодіодному джерелу світла, а частини рознімної основи стягнуті між собою за допомогою стягувальних елементів. UA 115372 U (12) UA 115372 U UA 115372 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі світлотехніки, зокрема до конструкцій потужних світлодіодних модулів, що використовуються в енергоефективних освітлювальних приладах як світлодіодне джерело світла. Останнім часом в освітлювальних приладах широко стали використовувати енергоефективні напівпровідникові джерела світла - світлодіоди, які в порівнянні з лампами розжарювання споживають приблизно в 10 разів менше електроенергії та мають значно більший строк служби. Найчастіше декілька світлодіодів монтують на загальну пластину з теплопровідного матеріалу, утворюючи світлодіодний модуль. Головною проблемою при застосуванні світлодіодних модулів є забезпечення заданого теплового режиму напівпровідникового кристала світлодіода, оскільки зі збільшенням робочої температури р-n переходу кристала світлодіода погіршуються світлові та кольорові характеристики, зменшується строк служби та знижується надійність роботи світлодіода. Відомо технічне рішення для забезпечення надійної роботи світлодіодних модулів (див. патент Російської Федерації 123107 U1, МПК (2006.01) F21S 2/00, опубл. 20.12.2012), в якому декілька потужних світлодіодів модуля розташовані на теплопровідній пластині теплової труби, яка передає теплоту від світлодіодів до радіатора, встановленого в зоні конденсації теплової труби, де теплота за рахунок вільної конвекції відводиться у навколишнє середовище. Головним недоліком такої конструкції є те, що потужні світлодіоди закріплені тільки з однієї сторони теплової труби, що суттєво погіршує розсіювання світла в просторі та не забезпечує рівномірного розподілення світла по приміщенню. Відомій інший світлодіодний модуль (див. патент США 7748876 В2, МПК (2006.01) F21V 29/00, F21V 21/00, опубл. 6.07.2010), що містить світлодіоди, встановлені на зовнішніх гранях шестигранної основи, виконаної з теплопровідного матеріалу. Всередині шестигранної основи виконано наскрізний отвір, до поверхні якого напроти кожної грані приєднано по одній Пподібній або U-подібній тепловій трубі, що передають теплоту від світлодіодів до радіатора, встановленого всередині наскрізного отвору. Радіатор охолоджується за рахунок вільної конвекції повітря. Розміщення світлодіодів на всіх шести вертикально орієнтованих гранях модуля забезпечує рівномірне розподіленням світла в просторі. Недоліком зазначеного світлодіодного модуля є значний контактний термічний опір внаслідок малої площі контакту, теплової труби з шестигранним циліндром та теплової труби з радіатором, що погіршує рівномірність відводу теплоти від світлодіодів, розміщених по всій поверхні граней модуля, та не забезпечує рівномірного розподілення теплового поля світлодіодів. Відомий також світлодіодний модуль (заявка США 2008/0099775 А1, МПК (2006.01) H01L 33/00, опубл. 1.05.2008), який містить шестигранний фланець, на верхній основі якого встановлено кристали світлодіодів, а на нижній - виконано циліндричну втулку з наскрізним отвором всередині та з різьбою на її зовнішній поверхні. Шестигранний фланець з втулкою виконано з теплопровідного матеріалу. Теплота від кристалів світлодіодів передається теплопровідним матеріалом шестигранного фланця та циліндричної втулки до її зовнішньої різьбової поверхні. Світлодіодний модуль вкручується в різьбовий отвір каркаса, виконаного з теплопровідного матеріалу. Каркас має велику площу поверхні охолодження, яка ефективно відводить теплоту від світлодіодів модуля в оточуюче середовище. Головним недоліком такої конструкції є те, що світлодіоди закріплені тільки на верхній поверхні фланця, а світловий потік від світлодіодів спрямовується в основному догори, що суттєво погіршує розсіювання світлового потоку в просторі в різних напрямках та не забезпечує рівномірного розподілення світла по приміщенню. За найближчий аналог корисної моделі, що заявляється, вибрано технічне рішення, відоме з патенту США 8272766 В2, МПК (2006.01) F21V 29/00, опубл. 25.09.2012, в якому об'ємний світлодіодний модуль, що входить як джерело світла до світлодіодної лампи, містить основу з теплопровідного матеріалу, виконану у вигляді багатогранної призми з наскрізним циліндричним отвором, вісь якого розташована паралельно плоским граням призми, та світлодіоди, встановлені на плоских гранях за допомогою друкованих плат. Друковані плати зі світлодіодами встановлено з забезпеченням теплового контакту на гранях призми таким чином, що кількість світлодіодів можливо збільшувати, тим самим збільшуючи потужність світлодіодного модуля. Об'ємність світлодіодного модуля завдяки багатогранності поверхні призми, на якій встановлено друковані плати зі світлодіодами, забезпечує рівномірне розсіювання світла в просторі. Внутрішній наскрізний циліндричний отвір в багатогранній призмі призначено для встановлення світлодіодного модуля з забезпеченням теплового контакту на теплову трубу, яка ефективно, з мінімальним термічним опором, відводить теплоту від зони нагріву до радіатора, 1 UA 115372 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 розміщеного знизу лампи. Забезпечення теплового контакту світлодіодного модуля з тепловою трубою у відомому технічному рішенні здійснено шляхом нерознімного встановлення основи світлодіодного модуля на тепловій трубі за допомогою паяння, склеювання або термічного напресування. Головним недоліком найближчого аналога є неремонтопридатність в процесі експлуатації, оскільки його встановлення на теплову трубу здійснено нерознімним методом (паяння, склеювання, напресування). Тому при виході з ладу одного чи декількох світлодіодів або при модернізації модуля з метою заміни світлодіодів на нові, більш ефективні, зняти і замінити світлодіодний модуль неможливо, потрібно замінювати весь освітлювальний прилад, до складу якого він входить. В основу корисної моделі що заявляється, поставлено задачу створити об'ємний світлодіодний модуль з отвором всередині та з потужними світло діодами, придатний для встановлення в його отвір теплової труби або іншого ефективного тепловідводу, який би забезпечив ремонтопридатність в процесі експлуатації. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що в об'ємному світлодіодному модулі, що містить основу, виконану з теплопровідного матеріалу, з отвором всередині для розміщення тепловідводу та з плоскими бічними гранями на зовнішній поверхні, світлодіодні джерела світла, що встановлені з забезпеченням теплового контакту за допомогою друкованих плат на плоских бічних гранях основи, новим є те, що основа виконана рознімною та складається щонайменше з двох частин, на кожній з яких встановлено щонайменше по одній друкованій платі та щонайменше по одному світлодіодному джерелу світла, а частини рознімної основи стягнуті між собою за допомогою стягувальних елементів. Стягувальні елементи можуть бути виконані у вигляді хомутів з кріпильними елементами або у вигляді пружинних елементів або кріпильних елементів. Виконання теплопровідної основи об'ємного світлодіодного модуля з плоскими гранями, на яких встановлено з забезпеченням теплового контакту потужні світлодіодні джерела світла, рознімною, щонайменше з двох частин, та наявність всередині основи отвору, забезпечують рознімне встановлення модуля на теплову трубу або інший ефективний тепловідвід, а стягування при цьому частин рознімної основи між собою навколо тепловідводу за допомогою стягувальних елементів забезпечує надійний механічний і тепловий контакт модуля з тепловідводом та підвищує ремонтопридатність модуля в процесі експлуатації і ефективне відведення теплоти від нього. Рознімне встановлення модуля на теплову трубу або інший ефективний тепловідвід забезпечує в разі необхідності швидке зняття його з тепловідводу для ремонту або модернізації, наприклад, в процесі тривалої експлуатації, знявши лише стягувальні елементи з основи модуля. Суть та принцип дії запропонованого об'ємного світлодіодного модуля пояснюються кресленнями. На фіг. 1 зображено загальний вигляд об'ємного світлодіодного модуля. На фіг. 2 наведено розріз по лінії А-А. Об'ємний світлодіодний модуль містить основу 1, виконану з теплопровідного матеріалу, наприклад алюмінієвого сплаву. Всередині основи 1 виконано отвір 2 (див. фіг. 2), наприклад, циліндричної форми, для розміщення в ньому теплової труби або іншого ефективного тепловідводу (на фігурах 1 та 2 теплову трубу не показано). Основа 1 виконана рознімною та складається щонайменше з двох частин 3 та 4. На зовнішній поверхні частин 3 та 4 рознімної основи виконано плоскі бічні грані 5 та 6 відповідно. На плоских бічних гранях 5 та 6 за допомогою друкованих плат 7 та 8, виконаних з теплопровідного матеріалу, встановлено з забезпеченням теплового контакту потужні світлодіодні джерела світла 9, наприклад, світлодіоди компанії Сrее. На кожній частині 3 та 4 рознімної основи встановлено, щонайменше, по одній друкованій платі та, щонайменше, по одному світлодіодному джерелу світла. Тепловий контакт світлодіодних джерел світла 9 з частинами 3 та 4 рознімної основи забезпечено за допомогою теплопровідних друкованих платах 7 та 8 шляхом паяння світлодіодних джерел світла 9 на друковані плати та закріплення друкованих плат 7 та 8 на плоских бічних гранях 5 та 6 частин 3 та 4 рознімної основи за допомогою, наприклад, теплопровідного клею. Крім забезпечення теплового контакту друковані плати 7 та 8 забезпечують електричне з'єднання світлодіодних джерел світла 9 між собою в електричне коло. Електричне з'єднання друкованих плат між собою та з джерелом живлення (не показано) здійснюється за допомогою електричних контактів 10 (див. фіг. 1), виконаних на друкованих платах. Частини 3 та 4 рознімної основи 1 стягнуті між собою за допомогою стягувальних елементів, які виконані, наприклад, у вигляді хомутів 11 з кріпильними елементами 12 (гвинтами, шайбами 2 UA 115372 U 5 10 15 20 25 30 35 40 та гайками). В інших варіантах виконання стягувальні елементи можуть бути виконані у вигляді пружинних елементів або кріпильних елементів (на фігурах 1 та 2 не показано). Об'ємний світлодіодний модуль в інших варіантах виконання може бути виконаний у формі циліндра з різною кількістю плоских граней на його зовнішній поверхні з розташованими на них потужними світлодіодними джерелами світла у вигляді світлодіодних кристалів, окремих світлодіодів або світлодіодних матриць. Загальну потужність, а, відповідно, і світловий потік світлодіодного модуля, можна регулювати вибором певної кількості плоских граней основи та типу світлодіодних джерел світла, різною компоновкою світлодіодних джерел світла та схемою електричного з’єднання. Робота запропонованого об'ємного світлодіодного модуля здійснюється наступним чином. Частини 3 та 4 рознімної основи 1 за допомогою отвору 2 встановлюються на ефективний тепловідвід, наприклад на зону нагріву теплової труби циліндричної форми (не показана), та щільно стягуються між собою навколо теплової труби за допомогою стягувальних елементів, наприклад хомутів 11 з кріпильними елементами 12 (гвинтами, шайбами та гайками). Попереднє контактні поверхні теплової труби та частин основи змащуються теплопровідною пастою для зменшення контактного термічного опору. При підключенні об'ємного світлодіодного модуля до джерела живлення (джерело живлення не показано) світлодіодні джерела світла 9 випромінюють світловий потік в оточуючий простір в куті освітлення 360 градусів. Теплота, що виділяється при цьому в кристалах потужних світлодіодних джерел світла, передається до частин 3 та 4 рознімної основи модуля, які закріплені з забезпеченням теплового контакту на поверхні зони нагріву теплової труби, а від них - до зони нагріву теплової труби. По тепловій трубі, завдяки високоефективному замкненому випаровувально-конденсаційному циклу передачі теплоти всередині неї, теплота ефективно відводиться від світлодіодного модуля в оточуюче середовище і таким чином забезпечується нормальний тепловий режим світлодіодних джерел світла і рівномірне освітлення приміщення. При необхідності зняття світлодіодного модуля з теплової труби, наприклад, з метою його заміни, модернізації або ремонту, достатньо розгвинтити кріпильні елементи, зняти стягувальні хомути та від’єднати частини рознімної основи модуля від теплової труби. Після виконання необхідних операцій з модернізації або ремонту модуля він також легко встановлюється на теплову трубу шляхом стягування його частин навколо теплової труби за допомогою хомутів та кріпильних елементів. Об'ємний світлодіодний модуль легко знімається та встановлюється на теплову трубу в процесі експлуатації, що підвищує його ремонтопридатність в умовах експлуатації. Крім того, об'ємний світлодіодний модуль, завдяки легкій заміні його в умовах експлуатації, може поставлятися та використовуватися як окремий універсальний конструктивний елемент світлодіодне джерело світла з заданою потужністю, а відповідно і з заданим світловим потоком. Для виготовлення об'ємного світлодіодного модуля використовуються відомі технологічні процеси, завдяки чому його можна виготовляти на існуючих підприємствах. Таким чином, запропонований об'ємний світлодіодний модуль є новим, промислово придатним і забезпечує досягнення більш високого технічного результату, що полягає у підвищенні ремонтопридатності модуля в процесі експлуатації. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 45 50 55 1. Об'ємний світлодіодний модуль, що містить основу, виконану з теплопровідного матеріалу, з отвором всередині для розміщення тепловідводу та з плоскими бічними гранями на зовнішній поверхні, світлодіодні джерела світла, які встановлені з забезпеченням теплового контакту за допомогою друкованих плат на плоских бічних гранях основи, який відрізняється тим, що основа виконана рознімною та складається щонайменше з двох частин, на кожній з яких встановлено щонайменше по одній друкованій платі та щонайменше по одному світлодіодному джерелу світла, а частини рознімної основи стягнуті між собою за допомогою стягувальних елементів. 2. Об'ємний світлодіодний модуль за п. 1, який відрізняється тим, що стягувальні елементи виконано у вигляді хомутів з кріпильними елементами або у вигляді пружинних елементів або кріпильних елементів. 3 UA 115372 U Комп’ютерна верстка А. Крулевський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4