CN110864245B - 一种高光效利用率的照明装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高光效利用率的照明装置，解决现有LED灯具光效利用率差、适用范围较小的问题。该高光效利用率的照明装置包括灯具壳体、光杯环、正光束角透镜、光源基板、外透镜、透镜环、压盖、电源仓和供电电源；灯具壳体的顶端设置有发光槽，光杯环为锥形结构，设置在发光槽内；光源基板设置在发光槽的底端，其上方设置有多个LED灯珠，多个正光束角透镜设置光杯环内，位于光源基板上方，且扣设在LED灯珠上，对LED灯珠发出的光进行配光；外透镜设置在正光束角透镜的顶端，通过设置在灯具壳体的上端的透镜环和压盖压紧；电源仓设置在灯具壳体的底端，供电电源安装在电源仓内，用于给LED灯珠提供电能。

Description

一种高光效利用率的照明装置
技术领域
本发明涉及一种高光效利用率的照明装置。
背景技术
LED(Light Emitting Diode)以其效率高、光色纯、能耗低、寿命长、无污染等优点成为21世纪具有竞争力的新型光源。随着LED光通量及光效的不断提高，LED在照明领域的应用也越来越广泛。然而，LED芯片的表面出光为Lambertian分布，无法直接应用于照明系统。因此，以LED为光源的二次配光设计显得尤为重要。
大功率LED灯具一般由前面罩、散热壳体和光源板及其电源组成，光源一般由多颗LED排列组成，所以相应的配光光学器件也要设计成多颗的模组形式。然而，目前市场上常用的透镜为反光束角透镜，反光束角透镜具有角度越小，结构尺寸越大，占据空间就越大的特点，当LED灯具需小角度照射时，需安装小角度反光束角透镜，由于单个反光束角透镜的体积较大，使得灯具整体设计尺寸无法减小，市场使用范围较小。
此外，常规LED灯具通常采用透镜对LED灯具灯珠照明光线进行二次配光，此类LED灯具的光效利用率比较差，壳体内壁将光线遮挡和损耗，不能完全发挥LED灯具的光效利用率，同时使得灯具发光角度反差较大、调整困难，LED灯具适用范围较小。
发明内容
为解决现有LED灯具光效利用率差、适用范围较小的问题，本发明提供一种高光效利用率的照明装置。
为解决上述技术问题，本发明采取的技术方案如下：
一种高光效利用率的照明装置，包括灯具壳体、光杯环、正光束角透镜、光源基板、外透镜、透镜环、压盖、电源仓和供电电源；所述灯具壳体的顶端设置有发光槽，所述光杯环为锥形结构，设置在发光槽内；所述光源基板设置在发光槽的底端，其上方设置有多个LED灯珠，多个正光束角透镜设置光杯环内，位于光源基板上方，且扣设在LED灯珠上，对LED灯珠发出的光进行配光；所述外透镜设置在正光束角透镜的顶端，通过设置在灯具壳体的上端的透镜环和压盖压紧；所述电源仓设置在灯具壳体的底端，所述供电电源安装在电源仓内，用于给LED灯珠提供电能；
所述正光束角透镜包括半球形凸透镜及位于半球形凸透镜正下方且一体设置的圆柱形镜体，半球形凸透镜与圆柱形镜体的直径相等；所述半球形凸透镜的半球形曲面作为出光面；所述圆柱形镜体的底部中心向内凹陷，形成光源容纳腔室，光源容纳腔室的内壁作为入光面，入光面的中心线与出光面的中心线同轴；光源容纳腔室内部空腔的形状为圆柱形状，且内棱倒圆，定义圆柱形镜体的底部所在平面为xy平面，使得沿xy平面的配光面为水滴状，沿yz平面的配光面为水滴状。
进一步地，所述光源容纳腔室顶部中心距离出光面中心的距离等于半球形凸透镜的半径；光源容纳腔室的Z向高度小于半球形凸透镜的半径，光源容纳腔室开口端X向尺寸与Y向尺寸均大于半球形凸透镜的半径。
进一步地，Z向高度为15mm，半球形凸透镜的半径为8mm，圆柱形镜体的Z向高度为8.5mm，光源容纳腔室的Z向高度为7mm，倒圆半径为2mm。
进一步地，所述正光束角透镜还包括设置在圆柱形镜体底部的环形安装件，环形安装件的端面上设置凸起。
进一步地，所述灯具壳体的外侧设置有散热翅片。
进一步地，还包括设置在灯具壳体上的安装支架，所述安装支架包括加固架和定位头；所述定位头安装在灯具壳体上，其一端设置有锁止凸块；所述加固架包括安装杆、左支撑杆和右支撑杆，所述左支撑杆的一端与安装杆的一端连接，所述右支撑杆的一端与安装杆的另一端连接，形成U形结构；所述左支撑杆和右支撑杆的另一端设置有与灯具壳体铰接的旋转板，所述旋转板的端面设置有导向孔，所述导向孔内设置有导向杆，所述导向杆固定设置在灯具壳体上，所述旋转板的侧面设置有多个锁止凹槽，所述锁止凹槽与锁止凸块配合，用于实现加固架的定位。
进一步地，所述导向孔为半环形导向孔，所述旋转板为圆形板，多个锁止凹槽设置在旋转板的侧面，且沿周向布置，所述旋转板上设置有与锁止凹槽相适配的旋转刻度。
进一步地，所述定位头上设置有第一腰形孔，用于实现定位头在灯具壳体的位置调节，所述左支撑杆和右支撑杆的端面设置有冲压凹槽，侧面设置有支撑筋板，所述安装杆的两侧设置有加强筋板，且安装杆与左支撑杆、右支撑杆采用弧形板连接。
进一步地，所述供电电源通过供电电源固定板设置在电源仓内，所述供电电源固定板包括底板和两块侧板，两块侧板的底端固定设置在底板的两端，形成U型结构；所述侧板上设置有散热窗口、控制窗口和电源安装孔，所述供电电源安装在供电电源固定板内，通过电源安装孔固定连接，且供电电源的控制按钮位于控制窗口内。
进一步地，所述供电电源和供电电源固定板的接触面上设置有导热硅胶。
进一步地，所述底板上设置有多个呈线性排布固定安装孔，用于将供电电源固定板通过螺钉安装在灯具壳体上。
进一步地，所述底板上设置有多个减重孔，所述侧板顶端的拐角设置为圆弧形拐角。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1.本发明灯具设置有锥形光杯和小角度的正光束角透镜，具有照明面广、发光角度适应范围广的优点。
2.本发明高光效利用率的照明装置LED灯珠的上方设置有正光束角透镜，正光束角透镜对LED灯珠发出的光进行配光，使得光效利用率较高。此外，该正光束角透镜的出光面与进光面均均为凸透镜，合理利用光的折射效应，使得发光角度越小，透镜结构越小，进而使得高光效利用率的照明装置的体积较小。
3.本发明高光效利用率的照明装置的正光束角透镜具有结构小、制作简单、成本低、反光角度调整灵活、安装/更换方便、适用范围广，满足各种发光角度的LED灯具，尤其适用于大功率、发光不同角度LED灯具。
4.本发明高光效利用率的照明装置的正光束角透镜光强分布均匀，且在水平方向与竖直方向的分布范围不同，在实际应用中，光效利用率高。
5.本发明提供的灯具安装支架设置有多个锁止凹槽，锁止凹槽可对应于相应的角度，可使得灯具安装支架能够进行精确的角度调节。安装支架设置有锁止凸块，锁止凸块和锁止凹槽配合锁止定位，从而可简便、可靠地定位锁紧安装支架。
6.本发明提供的安装支架结构简单，安装方便，可适用于不同功率和大小的灯具。安装杆与左支撑杆、右支撑杆采用弧形板连接，使得该连接处的强度较大，避免连接处的应力集中，同时，左支撑杆和右支撑杆的一侧设置有支撑筋板，左支撑杆和右支撑杆的端面设置有冲压凹槽，支撑筋板和冲压凹槽增加了安装支架的强度，使得安装支架适用于较大重量的灯具。
7.本发明提供的供电电源为可拆卸电源，结构简单、重量轻、安装方便、对不同型号、不同规格、不同功率的供电设备都具有通用性，可拆卸电源为模块化，更换方便，成本低，适用于不同功率灯具供电电源的安装，适应范围广。
附图说明
图1为本发明高光效利用率的照明装置(省略外透镜)的结构图一；
图2为本发明高光效利用率的照明装置的结构图二；
图3为本发明外透镜的安装示意图；
图4为本发明灯具壳体的结构图；
图5为本发明光杯环的结构图；
图6为本发明正光束角透镜的结构示意图；
图7为本发明正光束角透镜的正视图；
图8为本发明正光束角透镜沿yz面的结构剖视图；
图9为本发明正光束角透镜的光强分布曲线；
图10为本发明灯具安装支架的结构示意图；
图11为本发明灯具安装支架的中加固架的结构图；
图12为本发明灯具安装支架的中定位头的结构图。
图13为本发明可拆卸供电电源的结构示意图；
图14为本发明电源固定板的结构示意图。
附图标记：1-光杯环，2-灯具壳体，3-光源基板，4-正光束角透镜，5-外透镜，6-透镜环，7-压盖，8-安装支架，9-供电电源，10-电源仓，11-散热翅片，21-发光槽，41-半球形凸透镜，42-圆柱形镜体，43-光源容纳腔室，44-环形安装件，45-凸起；81-加固架，82-定位头，811-安装杆，812-左支撑杆，813-右支撑杆，814-旋转板，815-导向杆，816-冲压凹槽，817-支撑筋板，818-弧形板，819-加强筋板，8141-导向孔，8142-锁止凹槽，8143-旋转刻度，8111-第二腰形孔，8112-第三腰形孔，821-锁止凸块，822-第一腰形孔，91-电源固定板，93-底板，94-侧板，931-固定安装孔，932-减重孔，941-散热窗口，942-控制窗口，943-电源安装孔。
具体实施方式
下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1至图5所示，本发明提供的高光效利用率的照明装置包括灯具壳体2、光杯环1、正光束角透镜4、光源基板3、外透镜5、透镜环6、压盖7、电源仓10和供电电源9。灯具壳体2的顶端设置有发光槽21，光杯环1为锥形结构，设置在发光槽21内；光源基板3设置在发光槽21的底端，其上方设置有多个LED灯珠，多个正光束角透镜4设置光杯环1内，位于光源基板3上方，且扣设在LED灯珠上，对LED灯珠发出的光进行配光；外透镜5设置在正光束角透镜4的顶端，通过设置在灯具壳体2的上端的透镜环6和压盖7压紧；电源仓10设置在灯具壳体2的底端，供电电源9安装在电源仓10内，用于给LED灯珠提供电能；灯具壳体2的外侧设置有散热翅片11。
如图5所示，光杯环1为锥形结构，其采用一体成型结构，具有重量轻、易加工、成本低、结构稳定强度好、安装方便等特点，对LED灯具灯珠照明光线进行二次配光效果强，反射角度灵活，光效利用率好、适用范围广。常规LED灯具极少安装此部件，通常通过透镜对LED灯具灯珠照明光线进行二次配光，此类LED灯具的光效利用率比较差，壳体内壁将光线遮挡和损耗，不能完全发挥LED灯具的光效利用率，同时灯具发光角度反差较大、调整困难，LED灯具适用范围较小。
如图6、图7和图8所示，本实施例正光束角透镜的材料为PC，也包括半球形凸透镜41及位于半球形凸透镜正下方且一体设置的圆柱形镜体42，半球形凸透镜与圆柱形镜体的直径相等；其中半球形凸透镜的半球形曲面作为该透镜的出光面；圆柱形镜体的底部中心向内凹陷，形成光源容纳腔室43，光源容纳腔室43的内壁作为入光面，入光面的中心线与出光面的中心线同轴，本实施例光源容纳腔室内部空腔的形状为圆柱形状，且内棱倒圆。
为了将正光束角透镜固定在LDE灯珠外部，正光束角透镜还包括设置在圆柱形镜体底部的环形安装件44，环形安装件44的端面上设置凸起45，通过凸起45实现安装固定。具体将LDE灯珠均布在固定板上之后，再在LDE灯珠上扣设本实施例的正光束角透镜，形成LDE灯具。
如图9，本实施例正光束角透镜在xy平面方向即水平方向的配光面为水滴形状，在yz方向即竖直方向的配光面为水滴状，本实施例正光束角透镜的光强分布曲线在yz方向的照射范围为10°，在xy平面方向的照射范围为10°。本实施例正光束角透镜的具体结构参数如下：正光束角透镜Z向高度为15mm，半球形凸透镜的半径为8mm，圆柱形镜体的Z向高度为8.5mm，光源容纳腔室的Z向高度为7mm，倒圆半径为2mm。
如图10至图12所示，本发明提供的可精确调节的安装支架8包括加固架81和定位头82；定位头82安装在灯具壳体2上，其一端设置有锁止凸块821。同时，定位头82上设置有第一腰形孔822，用于实现定位头82在灯具壳体2的位置可调。加固架81包括安装杆811、左支撑杆812和右支撑杆813，左支撑杆812的一端与安装杆811的一端连接，右支撑杆813的一端与安装杆811的另一端连接，形成U形结构；左支撑杆812和右支撑杆813的另一端设置有与灯具壳体2铰接的旋转板814，旋转板814的端面设置有导向孔8141，导向孔8141内设置有导向杆815，导向杆815固定设置在灯具壳体2上，旋转板814的侧面设置有多个锁止凹槽8142，锁止凹槽8142与锁止凸块821配合，用于实现加固架81的定位。
导向孔8141具体可为半环形导向孔，旋转板814为圆形板，多个锁止凹槽8142设置在旋转板814的侧面，且沿周向布置。锁止凹槽8142的数量为36个，每一个凹槽的周向角度为5度，同时，旋转板814上设置有与锁止凹槽8142相适配的旋转刻度8143。安装杆811与左支撑杆812、右支撑杆813采用弧形板818连接，实现圆滑过渡连接，弧形板818的设置使得该连接处的强度较大，避免连接处的应力集中。左支撑杆812和右支撑杆813的端面设置有冲压凹槽816，左支撑杆812和右支撑杆813的一侧设置有支撑筋板817，安装杆811的两侧设置有加强筋板819，冲压凹槽816、支撑筋板817和加强筋板819均增加了安装支架8的强度，使得其结构稳定，可使得其适用于较大重量的灯具。安装杆811的端面上设置有第二腰形孔8111和第三腰形孔8112，第二腰形孔8111和第三腰形孔8112垂直设置，第二腰形孔8111和第三腰形孔8112可使得安装支架8安装时能够调节其位置，更加方便安装，使用范围更加广。
本发明提供的可精确调节的安装支架8采用4mm不锈钢，U型折边结构，两端承重臂冲筋，底部大圆角折弯。采用4mm不锈钢板具有易加工、重量轻、成本低等特点。U型折边结构、两端承重臂的冲压凹槽、底部大圆角折弯结构增加了安装支架8的承重能力，从而增加其受力强度，同时使安装支架8的外观精美。旋转板814采用齿轮型旋转结构，旋转角度范围广(0-180°)、旋转角度精确(旋转一格为0-5°)、安装范围广，支架安装底部可旋转角度±20°，可实现精确的角度调节。此外，安装支架8的固定零部件少，易安装。定位头82采用5mm不锈钢，采用齿轮型锁紧结构，定位头82具有尺寸小、易加工、零部件少、安装方便、操纵简单、锁紧LED灯具与固定架稳固等优点。
如图13至图14所示，本发明供电电源9通过电源固定板91设置在电源仓10；电源固定板91包括底板93和两块侧板94，两块侧板94的底端固定设置在底板93的两端，形成U型结构；侧板94上设置有散热窗口941、控制窗口942和电源安装孔943，供电电源9安装在电源固定板91内，通过电源安装孔943固定连接，且供电电源9的控制按钮位于控制窗口942内，散热窗口941和控制窗口942均可为矩形窗口，也可为其他形状的窗口。底板93上设置有固定安装孔931，用于将电源固定板91通过螺钉安装在灯具壳体2上，固定安装孔931为多个，且呈线性排布，此种设置使得电源固定板91的安装简单，可根据需求将电源固定板91安装在灯具壳体2内。具体的，侧板94上设置有四组电源安装孔943，其中两组设置在侧板94上端，且位于侧板94的两侧，其他两组设置在侧板94下端，且位于侧板94的两侧，每组电源安装孔943均为多个，且多个电源安装孔943呈线性排布。此种设置可使得不同型号和大小的供电电源9安装在电源固定板91上，实现电源固定板91的通用性。
供电电源9和电源固定板91的接触面上设置有导热硅胶，可使得供电电源9的热量快速传递至电源固定板91，避免供电电源9的温度较高，减少其使用寿命。底板93上设置有多个减重孔932，可减少电源固定板91的重量，进而可使得灯具的整体重量较小。侧板94顶端的拐角设置为圆弧形拐角，避免安装是尖锐的拐角对安装人员产生划伤。本发明采用U型供电电源9安装架，将不同型号、不同规格、不同功率的两个供电电源9可同时侧面固定在U型安装架两侧，再将装好后的组件作为一个模块，整体装入灯具供电电源9盒内，在安装架底部两端再用螺钉固定。

Claims (9)

1.一种高光效利用率的照明装置，其特征在于：包括灯具壳体(2)、光杯环(1)、正光束角透镜(4)、光源基板(3)、外透镜(5)、透镜环(6)、压盖(7)、电源仓(10)和供电电源(9)；
所述灯具壳体(2)的顶端设置有发光槽(21)，所述光杯环(1)为锥形结构，设置在发光槽(21)内；所述光源基板(3)设置在发光槽(21)的底端，其上方设置有多个LED灯珠，多个正光束角透镜(4)设置光杯环(1)内，位于光源基板(3)上方，且扣设在LED灯珠上，对LED灯珠发出的光进行配光；所述外透镜(5)设置在正光束角透镜(4)的顶端，通过设置在灯具壳体(2)的上端的透镜环(6)和压盖(7)压紧；所述电源仓(10)设置在灯具壳体(2)的底端，所述供电电源(9)安装在电源仓(10)内，用于给LED灯珠提供电能；
所述正光束角透镜包括半球形凸透镜(41)及位于半球形凸透镜(41)正下方且一体设置的圆柱形镜体(42)，半球形凸透镜(41)与圆柱形镜体(42)的直径相等；所述半球形凸透镜(41)的半球形曲面作为出光面；所述圆柱形镜体(42)的底部中心向内凹陷，形成光源容纳腔室(43)，光源容纳腔室(43)的内壁作为入光面，入光面的中心线与出光面的中心线同轴；
所述光源容纳腔室(43)内部空腔的形状为圆柱形状，且内棱倒圆，定义圆柱形镜体的底部所在平面为xy平面，使得沿xy平面的配光面为水滴状，沿yz平面的配光面为水滴状；
所述光源容纳腔室(43)顶部中心距离出光面中心的距离等于半球形凸透镜(41)的半径；光源容纳腔室(43)的Z向高度小于半球形凸透镜的半径，光源容纳腔室(43)开口端X向尺寸与Y向尺寸均大于半球形凸透镜(41)的半径。
2.根据权利要求1所述高光效利用率的照明装置，其特征在于：Z向高度为15mm，半球形凸透镜(41)的半径为8mm，圆柱形镜体(42)的Z向高度为8.5mm，光源容纳腔室(43)的Z向高度为7mm，倒圆半径为2mm。
3.根据权利要求2所述高光效利用率的照明装置，其特征在于：所述正光束角透镜(4)还包括设置在圆柱形镜体底部的环形安装件，环形安装件的端面上设置凸起(45)。
4.根据权利要求1至3任一所述高光效利用率的照明装置，其特征在于：所述灯具壳体(2)的外侧设置有散热翅片(11)。
5.根据权利要求4所述高光效利用率的照明装置，其特征在于：还包括设置在灯具壳体(2)上的安装支架(8)，所述安装支架(8)包括加固架(81)和定位头(82)；所述定位头(82)安装在灯具壳体(2)上，其一端设置有锁止凸块(821)；所述加固架(81)包括安装杆(811)、左支撑杆(812)和右支撑杆(813)，所述左支撑杆(812)的一端与安装杆(811)的一端连接，所述右支撑杆(813)的一端与安装杆(811)的另一端连接，形成U形结构；所述左支撑杆(812)和右支撑杆(813)的另一端设置有与灯具壳体(2)铰接的旋转板(814)，所述旋转板(814)的端面设置有导向孔(8141)，所述导向孔(8141)内设置有导向杆(815)，所述导向杆(815)固定设置在灯具壳体(2)上，所述旋转板(814)的侧面设置有多个锁止凹槽(8142)，所述锁止凹槽(8142)与锁止凸块(821)配合，用于实现加固架(81)的定位。
6.根据权利要求5所述高光效利用率的照明装置，其特征在于：所述导向孔(8141)为半环形导向孔，所述旋转板(814)为圆形板，多个锁止凹槽(8142)设置在旋转板(814)的侧面，且沿周向布置，所述旋转板(814)上设置有与锁止凹槽(8142)相适配的旋转刻度(8143)。
7.根据权利要求6所述高光效利用率的照明装置，其特征在于：所述定位头(82)上设置有第一腰形孔(822)，用于实现定位头(82)在灯具壳体(2)的位置调节，所述左支撑杆(812)和右支撑杆(813)的端面设置有冲压凹槽(816)，侧面设置有支撑筋板(817)，所述安装杆(811)的两侧设置有加强筋板(819)，且安装杆(811)与左支撑杆(812)、右支撑杆(813)采用弧形板(818)连接。
8.根据权利要求7所述高光效利用率的照明装置，其特征在于：所述供电电源(9)通过电源固定板(91)设置在电源仓(10)内，所述电源固定板(91)包括底板(93)和两块侧板(94)，两块侧板(94)的底端固定设置在底板(93)的两端，形成U型结构；所述侧板(94)上设置有散热窗口(941)、控制窗口(942)和电源安装孔(943)，所述供电电源(9)安装在电源固定板(91)内，通过电源安装孔(943)固定连接，且供电电源(9)的控制按钮位于控制窗口(942)内。
9.根据权利要求8所述高光效利用率的照明装置，其特征在于：所述供电电源(9)和电源固定板(91)的接触面上设置有导热硅胶；所述底板(93)上设置有多个呈线性排布固定安装孔(931)，用于将电源固定板(91)通过螺钉安装在灯具壳体(2)上；所述底板(93)上设置有多个减重孔(932)，所述侧板(94)顶端的拐角设置为圆弧形拐角。
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