ES2558767T3 - Fuente tubular de luz led - Google Patents

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Abstract

Una fuente tubular de luz de diodos emisores de luz (LED), que comprende: un tubo (1) que se fabrica de un material conductor del calor y que tiene una superficie interior y exterior; y una pluralidad de LED (2) montados y distribuidos uniformemente en una parte de la superficie exterior del tubo (1); la electrónica de control (7) dispuesta dentro del tubo (1) y conectada eléctricamente a los LED (2); caracterizada porque: los conectores (10) que se localizan en los extremos opuestos de la fuente de luz, donde los conectores se dimensionan para acoplarse en los portalámparas de los tubos fluorescentes y una pluralidad de nervaduras de enfriamiento (6) en la superficie exterior del tubo (1).

Description

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DESCRIPCION
Fuente tubular de luz led Campo de la invencion
La invencion se relaciona con un nuevo tipo de fuente de iluminacion para la sustitucion de los tubos fluorescentes. Se basa en los diodos emisores de luz (LED) y puede insertarse en los elementos de fijacion existentes para los tubos fluorescentes. Debido a la tecnologla LED y a un controlador inteligente integrado, la fuente de luz tiene un numero de ventajas en comparacion con los tubos fluorescentes. Como en otras fuentes de luz LED las ventajas incluyen por ejemplo, un bajo consumo de energla y una vida util notablemente mayor. La eficiencia de los LED depende altamente del hecho de mantener su temperatura tan baja como sea posible. Por lo tanto, la fuente de luz presentada transfiere eficientemente el calor hacia afuera de los LED. El control inteligente integrado contribuye ademas a disminuir el consumo de energla de la fuente de luz, por medio de cuidar constantemente de que solo se emita la cantidad de luz absolutamente necesaria.
Estado de la tecnica
Previamente existen un numero de patentes que describen las fuentes de luz basadas en LED para la sustitucion de los tubos fluorescentes. Todas tienen en comun que constan de un tubo transparente, con los LED montados en su interior. En los extremos del tubo hay conectores a fin de que pueda insertarse en un elemento de fijacion de los tubos fluorescentes. Las siguientes patentes describen esta configuracion: US2005281030, US2003102810, US2004189218, US2004095078, CN1707153, y la mla propia EP1618331. Todas tienen los LED montados a lo largo de toda la longitud del tubo y en todas las direcciones, a fin de que toda la luz se emita alrededor del tubo en un patron omnidireccional.
Otras patentes como la WO2005017966 y la US2004156199 tienen los LED montados en los extremos del tubo, lo que proyecta la luz contra el medio del tubo. Mediante el uso de la optica la luz se distribuye entonces por todo el tubo.
El documento US2002060526 y el documento US2005225979 emiten luz solamente desde una parte limitada de la superficie del tubo. Esto se hace mediante el uso de reflectores o simplemente por medio de colocar los LED apuntando en la direccion deseada.
Un ejemplo de una fuente de luz LED que no se enfoca directamente en la sustitucion de los tubos fluorescentes es la US2002125839. La misma considera un poco mas la termodinamica, ya que los disipadores de calor se montan en la parte posterior de los LED. Sin embargo, tanto los LED como las nervaduras de enfriamiento continuan encapsuladas en el interior de un tubo transparente.
En cuanto a un controlador integrado, la fuente de luz descrita en la patente US2005281030, tiene unos sensores integrados para la deteccion del nivel de luz diurna y un sensor de movimiento para la deteccion de personas. Los sensores se comunican con una computadora integrada que puede controlar el nivel de iluminacion. La computadora puede comunicarse ademas con otras fuentes de luz del mismo tipo o con un PLC (Controlador Logico Programable). Toda la comunicacion puede implementarse mediante un cable especial adicional o de forma inalambrica.
En cuando al control de la temperatura de color de la luz, existen con anterioridad un numero de fuentes de luz LED con estas caracterlsticas. Las mismas funcionan por medio de mezclar las luces de los LED rojos, verdes y azules (RGB). Las siguientes patentes describen dichas fuentes de luz: TW226791B, W02005030903, US2005157515, DE102004002398, y la CN1619810. Ninguna de las cuales se relaciona con la sustitucion de los tubos fluorescentes.
Las ventajas de la presente invencion en comparacion con el estado de la tecnica.
Todas las fuentes de luz conocidas basadas en LED para la sustitucion de los tubos fluorescentes, se construyen para parecerse a un tubo fluorescente mientras sea posible. Esto no es necesario Se encapsulan dentro de un tubo transparente que, ademas del efecto estetico, sirve realmente solo como proteccion de la electronica en el interior del tubo. La solucion con un tubo transparente tiene algunas desventajas muy esenciales. El tubo funciona como un invernadero, donde los LED y la electronica en el interior del tubo no tienen oportunidad de eliminar el calor. El calor se acumula y la eficiencia de los LED disminuye de forma proporcional al tiempo en que la fuente de luz lleva encendida. Otra desventaja con los tubos transparentes es que una parte de la luz emitida se absorbe en el tubo. De esta manera pierde luz y la eficiencia total de la fuente de luz disminuye aun mas.
La presente invencion no tiene las desventajas mencionadas. Aqul los LED se montan en la superficie exterior del tubo conductor del calor. De esta manera, el calor de ellos se distribuye por toda la superficie del tubo, y el tubo permite disipar el calor a los alrededores. El tubo conductor del calor esta en contacto directo con el aire del ambiente de la fuente de luz, donde el calor se transfiere facilmente. La electronica de control se monta dentro del tubo, conectada
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termicamente al tubo, de manera que el calor de dicha electronica pueda transferirse eficientemente al tubo. Debido a que los LED se montan en el exterior del tubo, la luz se emite directamente a los alrededores y tiene libre acceso a los alrededores. Los LED permanecen lo suficientemente protegidos ya que las conexiones electricas se encapsulan en un material electricamente aislante, el cual es tambien conductor termico.
La fuente de luz existente (US2005281030) con un tipo de control inteligente integrado, el cual se basa tambien en un tubo transparente, tiene sensores de luz integrados solo para la deteccion del nivel de luz. Los sensores de luz en la presente invencion, detectan todo el espectro de luz en los alrededores. Esto significa que no se detecta el nivel de iluminacion sino que puede detectarse toda la calidad de la luz en los alrededores. La calidad de la luz se define como la temperatura de color y el nivel de iluminacion.
En la patente US2005281030, se menciona la comunicacion entre las fuentes de luz y/o un PLC central. La comunicacion puede implementarse mediante cables especiales separados o de forma inalambrica. Ninguno de estos metodos es optimo en esta aplicacion. La comunicacion inalambrica emplea relativamente mucha energla, no solo cuando se usa sino ademas en el modo de espera, para estar lista para la comunicacion. Esto no es optimo en una aplicacion enfocada en el ahorro de energla. Introducir un cabe adicional, el cual debera conectarse en cada elemento de fijacion/tubo en un sistema de iluminacion, incrementa aun mas el costo de la aplicacion. Esto la hace ademas mas diflcil de instalar. Por lo tanto, no es una buena solucion. La presente invencion soluciona el problema de la comunicacion mediante el uso de los cables de energla instalados existentes como una llnea de comunicacion. Las senales moduladas, que no distorsionan la llnea de energla, se transmiten entonces sobre el cable. Ademas, esta solucion no requiere nuevas instalaciones y los consumos de energla se mantienen en el mlnimo.
La temperatura de color, la cual es una de las mayores desventajas de los tubos fluorescentes tradicionales, y una de las razones por las que las bombillas incandescentes permanecen en el mercado, no se ha mejorado en las conocidas fuentes de luz basadas en LED para la sustitucion de los tubos fluorescentes, aunque la tecnologla LED permite luz en cualquier color o temperatura de color posible, incluida la temperatura de color de las bombillas incandescentes. La presente invencion se aprovecha de esto. Puede configurarse a cualquier temperatura de color.
Los nuevos efectos y medios tecnicos
La presente invencion difiere de las fuentes de luz basadas en LED existentes para la sustitucion de los tubos fluorescentes, en que se basa en un tubo (1) fabricado de un material conductor del calor, donde los LED (2) se montan en el exterior del tubo. Los LED se distribuyen uniformemente en una parte menor de la superficie externa del tubo. El resto de la superficie externa (6) se usa para disipar el calor (15) a los alrededores. La electronica de control (7) se coloca en el interior del tubo, y se conecta electricamente con los conectores (10) en los extremos del tubo y los LED (2) y los sensores (12 y 13) en el exterior del tubo. La electronica de control (7) se conecta termicamente al tubo (1). El efecto es que el calor de los LED se mueve eficientemente hacia afuera. De este modo, su temperatura se mantiene en el mlnimo, y su eficiencia se incrementa significativamente. Adicionalmente, no existen las perdidas innecesarias de luz, ya que la luz no se transmite a traves de un tubo transparente, sino que en cambio se transmite directamente a los alrededores. Un tubo transparente de acrllico absorbe aproximadamente el 10 % de la luz.
La invencion descrita en la presente tiene unos conectores (10) en ambos extremos del tubo, que se dimensionan para que ajusten en los portalamparas de un elemento de fijacion existente de un tubo fluorescente. El efecto es que la invencion puede sustituir directamente a los tubos fluorescentes.
Las piezas de extremo (9) en los extremos del tubo, donde se ubican los conectores (10), sellan hermeticamente el tubo. Las conexiones (4) de la electronica de control (7) en el interior del tubo a los LED (2) en el exterior, tambien se sellan. Dentro del tubo se extrae todo el aire a fin de crear vaclo (20). El efecto es que la electronica dentro del tubo se protege contra el agua condensada y de los danos que esto pueda generar. De esta manera, la fuente de luz es capaz de funcionar ademas en entornos muy frlos.
Las electronicas de control (7) pueden registrar toda la information relacionada con la operation de la fuente de luz. Como por ejemplo: cuando y como se enciende/apaga o ajusta, o cuando los sensores detectan un persona en la habitation. La informacion puede almacenarse en una base de datos. La electronica de control puede extraer estadlsticas de la base de datos/registro, y de esta manera analizar los patrones de uso. El proposito de esto es minimizar en general el uso de la luz.
La electronica de control integrada puede comunicarse con otras fuentes de luz del mismo tipo, o con una unidad de control central, en el mismo sistema de iluminacion. La comunicacion se lleva a cabo mediante los cables de energla instalados existentes, que conectan con anterioridad todos los elementos de fijacion en el sistemas de iluminacion. Esta comunicacion no perturba la llnea de energla, ya que opera en otra banda de frecuencia, y tiene una amplitud mucho mas baja. La comunicacion puede implementarse por ejemplo mediante la modulation DTMF, la cual se usa en las redes telefonicas para transmitir los numeros. Otro metodo mas avanzado para la comunicacion puede ser la conexion mediante las Llneas de Energla, lo cual en principio es la Ethernet transmitida sobre la llnea de energla. Ambas tecnologlas cuentan previamente con altos estandares de desarrollo. El efecto es que las fuentes de luz en un sistema
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de iluminacion, que se controlaban originalmente por medio de un interruptor central, se convierten ahora en fuentes de luz individuales capaces de encenderse/apagarse y ajustar sus salidas de luz individualmente. Los comandos pueden enviarse mediante las fuentes de luz o mediante una unidad de control central. Esto incrementa significativamente la flexibilidad y la oportunidad de ahorrar energla. Como un ejemplo, un almacen, donde en principio solo se necesita luz donde los camiones montacargas trabajen, puede aprovecharse de la presente invencion. La presente invencion hace posible tener luz solamente en estas ubicaciones. Los camiones montacargas pueden detectarse por los sensores integrados en las fuentes de luz. Por medio de la comunicacion con las fuentes de luz adyacentes, las fuentes de luz pueden generar un area iluminada alrededor de los camiones montacargas. De esta manera puede ahorrarse una gran cantidad de iluminacion y de energla. Los LED en la presente invencion pueden encenderse/apagarse o ajustarse inmediatamente, sin ningun problema o dano a la fuente de luz.
La presente invencion tiene uno o mas sensores integrados (12) para la deteccion de la calidad de la luz en el entorno. Los sensores miden la contribucion de la luz natural u otras fuentes de luz artificiales. La deteccion de la calidad de la luz se refiere a la deteccion de todo el espectro en la banda de luz visible. A partir de esto puede derivarse no solo el nivel de iluminacion, sino ademas la temperatura de color. Los sensores se comunican con la electronica de control integrada. El efecto es que la fuente de luz es capaz de ajustar el nivel total de iluminacion en su entorno. De esta manera, la fuente de luz emplea solamente la cantidad exacta de energla necesaria para mantener la calidad requerida de luz en el entorno.
La presente invencion tiene sensores de movimiento integrados (13). Estos pueden ser del tipo bien conocido PIR (Infrarrojo Pasivo). Los mismos pueden detectar objetos calidos tales como personas o vehlculos en el area de iluminacion de la fuente de luz. Los sensores se comunican con la electronica de control integrada. El efecto es, como se menciono anteriormente, que la fuente de luz puede encenderse cuando sea necesario, y apagarse cuando no lo sea.
En lugar de utilizar LED normales en la presente invencion, pueden usarse un tipo especial de LED llamados diodos organicos emisores de luz (OLED). El efecto es una iluminacion mas homogenea y un diseno mas compacto, y puede ser en el futuro una fuente de luz mas atractiva.
La electronica de control integrada (7) tiene una funcionalidad para ajustar el nivel de luz, ya sea general o especlfico para cada uno de los componentes de color rojo, verde y azul (RGB). El efecto es que puede emitirse luz en cualquier temperatura de color o colores.
Los LED (2) que se montan en el exterior del tubo pueden consistir de diferentes grupos. Cada grupo representa una direccion de iluminacion. Cada grupo puede controlarse individualmente. El efecto es que la direccion de iluminacion de la fuente de luz se vuelve dinamica y puede cambiarse electronicamente. Esto le da una oportunidad para un ahorro adicional de energla y los efectos decorativos. Como ejemplo, una habitacion de lectura con grandes ventanas con gran entrada de luz natural puede beneficiarse de la presente invencion. A medida que el dla avanza y la luz natural cambia el angulo y la intensidad, la fuente de luz puede compensar esto mediante el cambio de la direccion de la iluminacion y el nivel de luz.
De esta manera, las pizarras y los escritorios siempre recibiran la cantidad requerida de iluminacion.
La Fig. 1 muestra una seccion transversal de la fuente de luz.
La Fig. 2 muestra la fuente de luz vista desde un extremo.
La Fig. 3 muestra la fuente de luz vista desde un lateral.
La Fig. 4 muestra un diseno alterativo de la fuente de luz.
La Fig. 5 muestra otro diseno alterativo de la fuente de luz.
Una modalidad preferida de la invencion
La presente fuente de luz puede basarse en tubo de aluminio especialmente extrudido (1). Se conforma de manera que un medio lado, tiene una superficie como un pollgono regular, con 6 bordes (ver la Fig. 1). En el otro medio lado, el area de superficie consta de nervaduras de enfriamiento (6), para maximizar la conveccion del calor (15). En cada borde del pollgono se montan los LED SMD (2), que emiten la luz (14) en las direcciones perpendiculares a los bordes del pollgono. Los terminales de los LED SMD se conectan electricamente a las delgadas placas de circuito impreso (PCB) (3), que se ocupan de las conexiones electricas entre cada LED. El lado posterior de los LED se conecta termicamente al tubo de aluminio. Para proteger y aislar las conexiones electricas en el exterior del tubo, los terminales de los LED SMD y de los PCB se conservan en un compuesto epoxico conductor del calor (5). Los PCB en el exterior del tubo se
conectan mediante cables (4) a la electronica de control integrada (7) dentro del tubo. Los cabes van a traves de
agujeros en el tubo, los cuales se sellan tambien con un componente epoxico. En el interior del tubo hay dos ranuras (23), donde se monta el PCB que contiene la electronica de control (7). Los componentes que generan calor (8) de la electronica de control se conectan termicamente al tubo de aluminio. En cada extremo del tubo hay una pieza de extremo de ajuste hermetico (9), con los conectores (10), que se dimensionan para acoplarse en un elemento de fijacion de un tubo fluorescente. El perfil de las nervaduras de enfriamiento en el tubo, continua hasta las piezas de extremos
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(11). Esto se hace para mejorar la corriente de aire a lo largo de las nervaduras de enfriamiento, especialmente cuando el tubo se monta en un elemento de fijacion vertical. Dentro del tubo se crea vaclo (20) para evitar el agua condensada, la cual puede danar la electronica de control. A lo largo del tubo los LED se distribuyen uniformemente, para hacer homogenea la iluminacion (ver la Fig. 2). Los sensores para la deteccion de movimiento (13) y la distribution del espectro de luz (12) se colocan afuera del tubo y se conectan tambien a la electronica de control dentro del tubo.
Una segunda modalidad ilustrativa
En la Fig. 4, se muestra el diseno de la fuente de luz de conformidad con una segunda modalidad ilustrativa, la cual no es parte de la invention. El tubo de aluminio (1) permanece con la forma de un pollgono regular en un medio lado. El numero de bordes depende del angulo de iluminacion requerido de la fuente de luz, as! como del patron de radiation de los LED. En este caso, 3 bordes son suficientes. En el otro medio lado del tubo, la superficie es curva (16). Esto le dara un area de superficie suficiente para enfriar el tubo, mientras que los LED se vuelven mas eficientes en el tiempo. De esta manera la superficie curva funciona como un disipador de calor. En cada borde del pollgono lateral, permanecen los LED uniformemente distribuidos. En este caso no como componentes SMD, sino como chips de LED originales (17) para minimizar el costo, los chips de LED se conectan termicamente al tubo de aluminio y se acoplan electricamente directamente al PCB (3) por medio de delgados cables (21). Todo se sella dentro de un componente epoxico transparente conductor del calor. Dentro del tubo la electronica de control (7) se distribuye en un numero de PCB apiladas. Las PCB se mantienen en su lugar mediante algunos ralles (18) dentro del tubo. El resto de la implementation de la fuente de luz es identica a la mencionada en la primera modalidad.
Una tercera modalidad ilustrativa
La Fig. 5 muestra una tercera modalidad ilustrativa la cual no es parte de la invencion. La diferencia entre esta y las modalidades anteriormente mencionadas, es que en lugar de usar un numero discreto de LED, se usa un modulo (24) que consiste de un numero de diodos organicos emisores de luz (OLED).

Claims (15)

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    Reivindicaciones
    1. Una fuente tubular de luz de diodos emisores de luz (LED), que comprende:
    un tubo (1) que se fabrica de un material conductor del calor y que tiene una superficie interior y exterior; y
    una pluralidad de LED (2) montados y distribuidos uniformemente en una parte de la superficie exterior del tubo (1);
    la electronica de control (7) dispuesta dentro del tubo (1) y conectada electricamente a los LED (2); caracterizada porque:
    los conectores (10) que se localizan en los extremos opuestos de la fuente de luz, donde los conectores se dimensionan para acoplarse en los portalamparas de los tubos fluorescentes y
    una pluralidad de nervaduras de enfriamiento (6) en la superficie exterior del tubo (1).
  2. 2. Una fuente tubular de luz LED de conformidad con la reivindicacion 1, caracterizada porque se crea vaclo (20) dentro del tubo (1).
  3. 3. Una fuente tubular de luz LED de conformidad con la reivindicacion 1, caracterizada porque la electronica de control (7) puede almacenar informacion acerca de la operacion de la fuente de luz, y analizar la information para minimizar el consumo de energla.
  4. 4. Una fuente tubular de luz LED de conformidad con la reivindicacion 1, caracterizada porque la electronica de control (7) puede comunicarse con otras fuentes de luz o con una unidad de control central, mediante los cables de energla electrica instalados existentes.
  5. 5. Una fuente tubular de luz LED de conformidad con la reivindicacion 1, caracterizada porque tiene uno o mas sensores integrados (12) para medir el espectro de luz del entorno.
  6. 6. Una fuente tubular de luz LED de conformidad con la reivindicacion 1, caracterizada porque tiene uno o mas sensores integrados (13) para medir el movimiento en el entorno de la fuente de luz.
  7. 7. Una fuente tubular de luz LED de conformidad con la reivindicacion 1, caracterizada porque en la superficie exterior del tubo (1), se montan uno o mas diodos organicos emisores de luz (OLED) (24).
  8. 8. Una fuente tubular de luz LED de conformidad con la reivindicacion 1, caracterizada porque los componentes de color, en la luz emitida, pueden ajustarse individualmente.
  9. 9. Una fuente tubular de luz LED de conformidad con la reivindicacion 8, caracterizada porque los componentes del color son el rojo, el verde y el azul.
  10. 10. Una fuente tubular de luz LED de conformidad con la reivindicacion 1, caracterizada porque el area de iluminacion de la fuente de luz puede ajustarse, por medio de encender/apagar o atenuar algunos de los LED (2).
  11. 11. Una fuente tubular de luz LED de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1- 10, caracterizada porque las nervaduras de enfriamiento (6) se extienden radialmente hacia afuera de la superficie exterior del tubo (1).
  12. 12. Una fuente tubular de luz LED de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1- 11, caracterizada porque las nervaduras de enfriamiento (6) cubren aproximadamente la mitad de la superficie exterior del tubo (1).
  13. 13. Una fuente tubular de luz LED de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1- 12, caracterizada porque el material conductor del calor es el aluminio.
  14. 14. Una fuente tubular de luz LED de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1- 13, caracterizada porque la electronica de control (7) se conecta termicamente al tubo (1).
  15. 15. Una fuente tubular de luz LED de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1- 14, caracterizada porque los conectores (10) se conectan electricamente a la electronica de control (7).
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