IT201800010294A1 - Unita' di alimentazione per esterni - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE
del brevetto per invenzione industriale dal titolo:
“UNITA' DI ALIMENTAZIONE PER ESTERNI”
La presente invenzione è relativa ad una unità di alimentazione per esterni.
Più in dettaglio, la presente invenzione è relativa ad una unità di alimentazione switching per esterni, adatta a fornire energia elettrica ad apparecchi di illuminazione a LED da esterni. Impiego a cui la trattazione che segue farà esplicito riferimento senza per questo perdere in generalità.
Come è noto, le unità di alimentazione switching per esterni sono dei convertitori AC/DC che sono atti ad essere interposti tra la rete elettrica monofase ed un generico apparecchio di illuminazione a LED, od un qualsiasi altro carico elettrico che necessita di alimentazione in corrente continua; sono in grado di convertire l’energia elettrica in corrente alternata proveniente dalla rete elettrica, in energia elettrica in corrente continua adatta ad alimentare il carico elettrico sopra menzionato; e sono infine specificamente strutturati per essere installati ed operare all’ aperto, resistendo alle intemperie.
Le unità di alimentazione switching per esterni attualmente presenti sul mercato sono costituite essenzialmente da un guscio o mantello scatolare esterno, rigido e di forma più o meno parallelepipeda, che è solitamente realizzato in materiale metallico; da una scheda elettronica che ospita tutti i componenti necessari per effettuare una conversione AC/DC dell’energia elettrica, ed è posizionata all’interno del mantello scatolare più o meno al centro del medesimo; e da un nucleo semisolido e semirigido a base di gel siliconico termoconduttivo ed elettricamente isolante, che riempie completamente lo spazio all’interno del mantello scatolare inglobando al suo interno la scheda elettronica, in modo tale da immobilizzare la scheda elettronica all’interno del mantello e contemporaneamente isolare elettricamente la scheda elettronica dall’ambiente esterno.
In altre parole, il mantello scatolare in materiale metallico protegge la scheda elettronica da urti e sollecitazioni meccaniche, mentre il nucleo in gel siliconico isolante impedisce ad acqua ed umidità di raggiungere la scheda elettronica.
Le unità di alimentazione switching sopra menzionate sono infine dotate di due connettori di ingresso, che sono posizionati all’esterno del mantello scatolare e sono connessi alla scheda elettronica in modo tale da poter collegare la scheda elettronica alla rete elettrica esterna; e di due connettori di uscita, che sono posizionati all’ esterno del mantello scatolare, solitamente dalla parte opposta dei due connettori di ingresso, e sono connessi alla scheda elettronica in modo tale da poter collegare la scheda elettronica all’apparecchio di illuminazione a LED da alimentare.
Purtroppo, nonostante il nucleo in gel siliconico sia realizzato in materiale termoconduttivo, prove sperimentali hanno evidenziato che saltuariamente si manifesta all’interno del mantello scatolare una distribuzione anomala delle temperature, che in breve tempo rende inutilizzabile l’unità di alimentazione.
Più in dettaglio, prove sperimentali hanno evidenziato che saltuariamente si manifesta un imprevisto ed eccessivo surriscaldamento di alcune zone della scheda elettronica, che molto spesso porta alla rapida rottura dei componenti elettronici più sensibili alle alte temperature. Questa distribuzione anomala delle temperature sembra essere causata/innescata da un contatto imperfetto tra il nucleo in gel siliconico e la superficie interna del mantello.
Scopo della presente invenzione è quello di eliminare i problemi di surriscaldamento localizzato sopra descritti, riducendo contemporaneamente i costi di produzione delle unità di alimentazione switching per esterni.
In accordo con questi obiettivi, secondo la presente invenzione viene realizzata una unità di alimentazione per esterni come definita nella rivendicazione 1 e preferibilmente, ma non necessariamente, in una qualsiasi delle rivendicazioni da essa dipendenti.
La presente invenzione verrà ora descritta con riferimento ai disegni annessi, che ne illustrano un esempio di attuazione non limitativo, in cui:
− la figura 1 è una vista assonometrica di una unità di alimentazione per esterni realizzata secondo i dettami della presente invenzione, con parti in trasparenza e parti asportate per chiarezza; mentre
− la figura 2 è una vista in sezione dell’unità di alimentazione illustrata in figura 1, con parti asportate per chiarezza.
Con riferimento alle figure 1 e 2, con il numero 1 è indicata nel suo complesso una unità di alimentazione per esterni, che può essere vantaggiosamente utilizzata per alimentare apparecchi di illuminazione a LED da esterni.
Più in dettaglio, l’unità di alimentazione 1 è atta ad essere interposta tra una rete elettrica monofase di tipo noto, ed un generico apparecchio di illuminazione a LED o similare, ed è in grado di convertire l’energia elettrica in corrente alternata proveniente dalla rete elettrica, in energia elettrica in corrente continua adatta per alimentare un apparecchio di illuminazione a LED od un qualsiasi altro carico elettrico che necessita di alimentazione stabilizzata in corrente continua.
L’unità di alimentazione 1, in aggiunta, è specificamente strutturata per essere installata ed operare continuativamente all’aperto, resistendo alle intemperie.
Più in dettaglio, l’unità di alimentazione 1 è composta essenzialmente da una scheda elettronica 2 che è strutturata in modo tale da ricevere in ingresso energia elettrica in corrente alternata preferibilmente proveniente da una generica rete elettrica monofase esterna, ed a fornire in uscita energia elettrica in corrente continua, preferibilmente con tensione e/o corrente costante (stabilizzata); e da un involucro protettivo esterno, duro e rigido, che circonda e protegge la scheda elettronica 2 dagli urti e dagli agenti atmosferici.
Ovviamente l’unità di alimentazione 1 può essere utilizzata anche al coperto, ossia all’interno di edifici e similari.
Diversamente dalle unità di alimentazione per esterni attualmente note, l’involucro protettivo esterno è costituito essenzialmente da, o comunque comprende un blocco solido e compatto di materiale composito 3 con struttura monolitica, che è realizzato in una resina caricata con grani ed opzionalmente anche polveri di uno o più materiali inerti di tipo minerale, con dimensioni dei grani preferibilmente inferiori a 5 mm (millimetri); e la scheda elettronica 2 è completamente annegata all’interno del medesimo blocco solido e compatto di materiale composito 3.
Preferibilmente la quantità di grani ed opzionalmente anche polveri di materiale/i inerte/i di tipo minerale è inoltre superiore al 30% ed opzionalmente anche al 50% del peso complessivo del materiale composito che forma il blocco solido e compatto di materiale composito 3.
Più in dettaglio, la resina è preferibilmente una resina di tipo termoindurente, ed è preferibilmente caricata con grani ed opzionalmente polveri di quarzo (diossido di silicio), feldspato o altro minerale. In aggiunta o alternativa, il materiale composito può comprendere anche grani e/o polveri di marmo e/o granito e/o altri materiali lapidei.
In aggiunta, le dimensioni dei grani di materiale inerte annegati nella resina sono preferibilmente inferiori a 3 mm (millimetri). Preferibilmente le dimensioni dei grani di materiale inerte annegati nella resina sono inoltre superiori a 25 µm (micrometri).
In altre parole, le dimensioni dei grani di materiale inerte sono preferibilmente comprese tra 25 µm (micrometri) e 3 mm (millimetri).
In aggiunta il blocco solido e compatto di materiale composito 3 ha preferibilmente una forma sostanzialmente parallelepipeda, e la scheda elettronica 2 è preferibilmente posizionata sostanzialmente al centro del medesimo blocco solido e compatto di materiale composito 3.
Nell’esempio illustrato, in particolare, il blocco solido e compatto di materiale composito 3 è preferibilmente sagomato sostanzialmente a forma di lingotto, ed è preferibilmente realizzato in una resina termoindurente caricata con grani e polveri di quarzo con dimensioni granulometriche preferibilmente comprese tra 25 µm (micrometri) e 3 mm (millimetri).
Preferibilmente la resina termoindurente è inoltre una resina a base epossidica. Più in dettaglio, la resina termoindurente è preferibilmente una resina epossidica cicloalifatica.
Con riferimento alle figure 1 e 2, la scheda elettronica 2 a sua volta comprende un circuito stampato 4 preferibilmente di forma sostanzialmente rettangolare, ed una serie di componenti elettrici/elettronici di tipo noto, che sono opportunamente fissati sul circuito stampato 4.
L’insieme dei componenti elettrici/elettronici è atto a convertire l’energia elettrica in corrente alternata proveniente dalla rete elettrica esterna, in energia elettrica in corrente continua, adatta per alimentare apparecchi di illuminazione a LED od un qualsiasi altro carico elettrico che necessita di alimentazione in corrente continua.
Più in dettaglio, la scheda elettronica 2 preferibilmente comprende: un modulo di conversione AC/DC 5 di tipo switching, che è atto a convertire l’energia elettrica in corrente alternata proveniente dalla rete elettrica esterna, in energia elettrica in corrente continua, ed è preferibilmente posizionato nella zona centrale del circuito stampato 4; e due circuiti di filtraggio 6 e 7 che sono posizionati sul circuito stampato 4, rispettivamente a monte ed a valle del modulo di conversione AC/DC 5, e sono strutturati in modo tale da ridurre/minimizzare i disturbi in alta frequenza che si manifestano, rispettivamente, in corrispondenza dell’ ingresso e dell’uscita dal modulo di conversione AC/DC 5.
Preferibilmente, il modulo di conversione AC/DC 5 a sua volta comprende: un piccolo trasformatore a mantello 9; un interruttore MOSFET 10; un raddrizzatore 11; ed un microprocessore (non visibile nelle figure) atto a comandare l’interruttore MOSFET 10.
Preferibilmente il circuito di filtraggio 6 invece comprende un filtro passivo EMI 13 ed una serie di condensatori 14 preferibilmente elettrolitici e/o ceramici, opportunamente collegati tra loro.
Similmente, il circuito di filtraggio 7 preferibilmente comprende una serie di condensatori 15 preferibilmente elettrolitici e/o ceramici, opportunamente collegati tra loro.
Con riferimento alla figura 1, preferibilmente la scheda elettronica 2 infine comprende anche un circuito di protezione da sovratensioni 16, che è posizionato a monte del modulo di conversione AC/DC 5 o del circuito di filtraggio 6, ed è atto ad impedire che eventuali sovratensioni in arrivo dalla rete elettrica monofase possano danneggiare irreparabilmente la scheda elettronica 2.
L’unità di alimentazione 1 è infine provvista di connettori di ingresso 17 che sono posizionati all’esterno del blocco solido e compatto di materiale composito 3, e sono elettricamente connessi ai terminali di ingresso della scheda elettronica 2, in modo tale da poter collegare la scheda elettronica 2 alla rete elettrica esterna; e di connettori di uscita 18 che sono posizionati all’esterno del blocco solido e compatto di materiale composito 3, preferibilmente dalla parte opposta rispetto ai connettori di ingresso 17, e sono elettricamente connessi ai terminali di uscita della scheda elettronica 2 in modo tale da poter collegare la scheda elettronica 2 all’apparecchio di illuminazione a LED o altro carico elettrico che necessita di alimentazione in corrente continua.
Nell’esempio illustrato, in particolare, i connettori di ingresso 17 e di uscita 18 sono preferibilmente posizionati in corrispondenza delle due estremità assiali del blocco solido e compatto di materiale composito 3 sostanzialmente a forma di lingotto.
Il funzionamento dell’unità di alimentazione 1 è facilmente desumibile da quanto sopra scritto, e non necessita quindi di ulteriori spiegazioni, se non per precisare che il blocco solido e compatto di materiale composito 3 è realizzato in un materiale duro e rigido che è elettricamente isolante ed anche impermeabile.
I vantaggi associati alla particolare struttura dell’ involucro protettivo esterno sono notevoli.
In primo luogo l’unità di alimentazione 1 ha costi di produzione relativamente bassi.
La produzione dell’unità di alimentazione 1, infatti, prevede in sequenza le fasi di colare la resina caricata con grani ed opzionalmente polveri di uno o più materiali inerti di tipo minerale, all’interno di uno stampo che ha una forma complementare al blocco solido e compatto di materiale composito 3, e già ospita la scheda elettronica 2; e poi di sottoporre lo stampo e quanto in esso contenuto ad un ciclo termico di cottura che provoca la polimerizzazione/ reticolazione ed indurimento della resina.
In aggiunta l’unità di alimentazione 1 non necessita più di un mantello protettivo esterno in materiale metallico.
Infatti, essendo realizzato in un materiale duro e rigido che è anche elettricamente isolante ed impermeabile, il blocco solido e compatto di materiale composito 3 è in grado di proteggere la scheda elettronica 2 dagli urti e dalle intemperie, garantendo contemporaneamente una dissipazione ottimale del calore normalmente prodotto dalla scheda elettronica 2.
Infine la particolare struttura monolitica del blocco solido e compatto di materiale composito 3 ha una resistenza termica sensibilmente inferiore a quella complessiva della coppia gel siliconico e metallo, migliorando quindi la dissipazione del calore prodotto dalla scheda elettronica 2.
Risulta infine chiaro che all’unità di alimentazione 1 sopra descritta possono essere apportate modifiche e varianti senza per questo uscire dall’ambito della presente invenzione.
Per esempio, la scheda elettronica 2 può comprendere due o più circuiti stampati 4 affiancati ed elettricamente connessi tra loro, ed i componenti elettrici/elettronici sono opportunamente distribuiti sui due o più circuiti stampati 4.
In aggiunta, la scheda elettronica 2 può ricevere in ingresso anche energia elettrica in corrente continua proveniente, ad esempio, da un pacco batterie ad alta tensione e/o alta capacità di tipo noto, fornendo sempre in uscita energia elettrica in corrente continua, preferibilmente con tensione e/o corrente costante.
Claims (12)
- R I V E N D I C A Z I O N I 1. Unità di alimentazione per esterni (1) del tipo comprendente: una scheda elettronica (2) che è strutturata in modo tale da ricevere in ingresso energia elettrica in corrente alternata o continua, ed a fornire in uscita energia elettrica in corrente continua; e da un involucro protettivo esterno, che circonda e protegge la scheda elettronica (2) dagli urti e dagli agenti atmosferici; l’unità di alimentazione (1) essendo caratterizzata dal fatto che l’involucro protettivo esterno comprende un blocco solido e compatto di materiale composito (3) con struttura monolitica, che è realizzato in una resina caricata con grani di uno o più materiali inerti di tipo minerale; e dal fatto che la scheda elettronica (2) è completamente annegata all’ interno di detto blocco solido e compatto di materiale composito (3).
- 2. Unità di alimentazione secondo la rivendicazione 1, in cui le dimensioni dei grani di materiale inerte annegati nella resina sono inferiori a 5 mm.
- 3. Unità di alimentazione secondo la rivendicazione 2, in cui le dimensioni dei grani di materiale inerte annegati nella resina sono inferiori a 3 mm.
- 4. Unità di alimentazione secondo la rivendicazione 2 o 3, in cui le dimensioni dei grani di materiale inerte annegati nella resina sono superiori a 25 µm.
- 5. Unità di alimentazione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui la resina è una resina di tipo termoindurente.
- 6. Unità di alimentazione secondo la rivendicazione 5, in cui la resina è una resina a base epossidica.
- 7. Unità di alimentazione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il materiale inerte comprende uno o più minerali e/o materiali lapidei.
- 8. Unità di alimentazione secondo la rivendicazione 7, in cui in cui il materiale inerte comprende il quarzo.
- 9. Unità di alimentazione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui la quantità di grani di materiale/i inerti di tipo minerale è superiore al 30% del peso complessivo del materiale composito che forma il blocco solido e compatto di materiale composito (3).
- 10. Unità di alimentazione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui la scheda elettronica (2) comprende almeno un circuito stampato (4), ed una serie di componenti elettrici/elettronici (9, 10, 11, 13, 14, 15) fissati su detto circuito stampato (4).
- 11. Unità di alimentazione secondo la rivendicazione 10, in cui la scheda elettronica (2) comprende: un modulo di conversione AC/DC (5) di tipo switching, che è atto a convertire l’energia elettrica in corrente alternata in energia elettrica in corrente continua; e due circuiti di filtraggio (6, 7) che sono posizionati, rispettivamente, a monte ed a valle del modulo di conversione AC/DC (5), e sono strutturati in modo tale da ridurre/minimizzare i disturbi in alta frequenza che si manifestano, rispettivamente, in corrispondenza dell’ ingresso e dell’uscita dal modulo di conversione AC/DC (5).
- 12. Unità di alimentazione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto di comprendere anche dei connettori di ingresso (17) e dei connettori di uscita (18) che sono posizionati all’esterno del blocco solido e compatto di materiale composito (3), e sono elettricamente connessi alla scheda elettronica (2).
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