JP2011529620A - 空冷を伴う照明アセンブリ - Google Patents

Abstract

過度の熱を生成する照明デバイス２は、ファンデバイス１０により生成された流体フローにより冷却される冷却エリアをもつ。ファンデバイスを駆動させるファンモータ６は、電磁気モータ回路をもつ。電磁気モータ回路の一部は、電磁気生成回路の一部を形成する。電磁気生成回路は、照明デバイスに給電する。電磁気モータ及び生成回路の組み合わせは、電気変換を伴うことなく主電圧に接続され得る、小型で低コストの構成を提供する。照明デバイスはＬＥＤデバイスであり得る。

Description

本発明は、照明の分野に関し、より詳細には、強制的な流体の流れにより除去されるべき過剰熱を生成する照明デバイスをもつ照明アセンブリに関する。

今日では、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）デバイスは、入力された電力の光出力への変換についてのこれらの高効率、これらの小さな寸法、これらの利用可能な光の色の多様性、及び、他の理由のおかげで、照明目的のためにより頻繁に用いられている。個々のＬＥＤは、例えば２・・・４Ｖの電圧で動作可能な低電圧デバイスである。例えばＡＣ２２０Ｖ又はＡＣ１１０Ｖの主電圧からＬＥＤに電力を供給するときには、それ故に電圧変換が必要である。斯様な変換は、１又はそれ以上の変圧器、半導体スイッチ、インダクタ等のような異なる部品を有するコンバータを必要とする。コンバータは、かなりの体積、重さ及びコストを照明アセンブリに追加する。

独国実用新案出願公開第２０２００５０１９６９５号明細書は、ハウジングと、このハウジングに設けられ接続された生成器と、この生成器に接続された釣り合いおもりと、照明要素とからなるランプを開示している。生成器は、これに接続された照明要素のための電力を生成するように、電磁誘導に基づいて動作する。

独国実用新案出願公開第２０２００５０１９６９５号明細書の図８によれば、ランプハウジングは、電気モータにより駆動されるファンプロペラ装置に取り付けられる。複数のＬＥＤを含む照明要素は、ファンプロペラ装置の軸端部から外方に向いて、ハウジングの前面に設けられる。釣り合いおもりは、ランプハウジングを回転させるときに生成器のシャフトを回転させるために、生成器のシャフトよりも下に位置する重心をもつ。ファンプロペラ装置により生成された空気の流れは、ハウジングの側面に沿って流れる。

ＬＥＤの電力の増大により、これらの電力損失は大幅になり、ヒートシンク又はパワーＬＥＤの対流冷却のための冷却流体フローを生成するファンデバイスによるパワーＬＥＤの能動冷却又は大きなヒートシンクを必要とする。

本発明の目的は、僅かな部品しか必要としない照明アセンブリを提供することにある。

本発明の利点は、小型で経済的であることである。

一実施形態において、本発明の照明アセンブリは、照明デバイスと、ファンデバイスと、流体フローを生成するように前記ファンデバイスを駆動させるためのファンモータと、前記照明デバイスに供給するための電力を生成するための照明生成部とを有する。ファンモータは、電磁気モータ回路をもち、照明生成部は、電磁気生成回路をもち、電磁気モータ回路の一部は、電磁気生成回路の一部を形成する。照明デバイスは、照明デバイスを冷却するための冷却エリアをもち、ファンデバイスは、動作中、照明デバイスの冷却エリアに沿って流体フローを生成する。

従って、電磁気モータ回路及び電磁気生成回路は、電力が供給されたときに、ファンデバイスを駆動させるためのモータ、及び、照明デバイスに供給するための電力を生成するための生成器の双方として機能し得る小型ユニットを提供するために組み合わせられる。照明デバイスにより生成された熱損失は、ファンデバイスにより生成された流体フローにより除去される。流体フローは、照明デバイスの冷却エリアに沿って流れる。冷却エリアは、ガラス又は合成材料容器のような、照明デバイスのハウジング若しくは囲い（若しくはこれらの部分）、又は、照明デバイスと熱接触するヒートシンクであり得る。一般に、流体は、ガス又は液体であり得る。実際には、流体は空気であり得る。

一実施形態において、電磁気生成回路は、電磁気モータ回路において生成された磁界中に配置された生成コイルを有する。磁界が静的であり、生成コイルが静的なフィールドに対して移動する。代わりに、磁界が可変であり、生成コイルが静的であってもよい。また、変化する磁界及び移動する生成コイルの組み合わせが可能である。生成コイルにおいて、ＡＣ電圧が生成され、これは、照明デバイスに電流を供給するために用いられる。電流は、照明デバイスに供給される前に、例えば、任意の整流回路により、又は、ＤＣ回転子巻線のコレクタを介して出力されることに基づき、整流され得る。

電磁気生成部は、予め決められた電圧で予め決められた電力を生成するように設計され得る。電気生成部の電力特性は、電磁気モータの電力特性と異なってもよい。一実施形態において、照明生成部は、低電圧（例えば２−４Ｖ）を供給するように構成され、その一方で、ファンモータは、照明デバイスのための低電圧を生成するのに必要とされる別個の電力コンバータを伴うことなく、主電圧（例えばＡＣ１１０Ｖ又はＡＣ２３０Ｖ）を受け取るように構成され得る。

一実施形態において、ファンモータ及び照明生成部は、回転型デバイスである。他の実施形態において、ファンモータ及び照明生成部は、音声コイル型デバイスのような振動型デバイスである。振動型のファンモータは、例えば、国際公開第２００７／１０７９２１号明細書に開示されている。

一実施形態において、照明デバイスは、少なくとも１つのパワーＬＥＤを有する。従って、本発明の一態様において、ファンデバイスと、流体フローを生成するように前記ファンデバイスを駆動させるためのファンモータと、少なくとも１つのパワーＬＥＤに供給するための電力を生成するための照明生成部とを有するパワーＬＥＤ供給デバイスが提供される。ファンモータは電磁気モータ回路をもち、照明生成部は電磁気生成回路をもち、電磁気モータ回路の一部が電磁気生成回路の一部を形成する。ファンデバイスは、動作中、少なくとも１つのパワーＬＥＤの冷却エリアに沿って流体フローを生成する。

他の態様において、本発明は、照明デバイスに給電する方法であって、前記照明デバイスに電力を供給するステップと、前記照明デバイスを冷却するための流体フローを生成するための電力を供給するステップとを有し、前記流体フローを生成するために供給された電力の一部は、前記照明デバイスに供給される電力を生成するために電磁気的に変換される。

同じものが、以下の詳細な説明を参照することにより良好に理解され、同様の参照符号が同様の部分を指定する添付図面と組み合わせて考察されるので、請求項及び利点がより簡単に理解されるだろう。

本発明の一実施形態を概略的に示す。 本発明の他の実施形態を概略的に示す。 図１の実施形態の一部をより詳細に概略的に示す。 本発明の他の実施形態の断面を示す。

図１は、強制的冷却により除去されるべき大幅な熱損失を生成するパワーＬＥＤのようなＬＥＤ２として具現された照明デバイスを有する照明アセンブリを示す。ハウジング４は、回転モータ６及び回転生成部８を含み、モータ６は、回転軸１１をもつ回転可能なファン１０を駆動させる。モータ６及び生成部８は機械的に結合され、動作中、モータ６は生成部８及びファン１０を駆動させる。図３において詳細に示されるように、モータ６の電磁気回路の一部は生成部８の電磁気回路の一部である。ＬＥＤ２は、生成部８により生成された電力が配線１２を介してＬＥＤ２に供給され、これにより予め決められた色及び強度の光を供給するように、配線１２により生成部８に電気的に結合される。生成部８は、ＬＥＤ２に適合される例えば２〜４Ｖの低電圧のＡＣ又はＤＣ電力を生成する。モータ６は、大抵ＡＣ２３０Ｖ又はＡＣ１１０Ｖ，５０Ｈｚ又は６０Ｈｚで、配線１４を介して主電圧により給電される。

それ故、モータ６に主電力を供給することにより、モータ６は回転し、生成部８及びファン１０を回転可能に駆動させる。同様に、生成部８はＬＥＤ２に電力を供給する。動作中、ＬＥＤ２は光及び熱を生成する。熱は、動作中にファン１０により生成された流体フローによりＬＥＤ２から除去されるだろう。破線で示されるように、ヒートシンク３は、ファン１０により生成された流体フローがヒートシンク３を冷却する場所で、ＬＥＤ２と熱的に結合され得る。

生成部８がＡＣタイプのものである場合には、特にモータ６が停止状態から急に動作する場合に、ＬＥＤ２のデューティサイクルがわずか５０％しかなく、ＬＥＤにより生成された光は明らかに点滅する。

代わりに、ＡＣ生成部８は、ハーフブリッジ又はフルブリッジ整流回路のような整流回路（図示省略）に結合されてもよく、整流回路により生成された整流電圧は、照明デバイス、特にＬＥＤ２に供給され、これにより、デューティサイクルを約１００％に増大させる。

図２は、図１に類似する実施形態を示す。図１の配線１２間に接続された１つのＬＥＤ２の代わりに、図２は、配線１２間に逆平行で接続された２つのＬＥＤを示す。後者の構成において、生成部８により生成されたＡＣ電圧の全サイクルの間において電流が２つのＬＥＤのうち一方を流れ得るので、光出力は図１の構成と比較したときに２倍になる。

図３は、図１の回路に用いられ得るモータ／生成アセンブリ及びファンの一部の実施形態を示す。回転軸１１に取り付けられたファンは、ＤＣモータ／生成アセンブリの回転子３０に結合される。導電性材料から作られたセグメント３２をもつ第１のコレクタリング３１は、詳細に示されない静的ハウジング構造体又は回転子構造体に接続されたブラシ３３と電気接触する。ブラシ３３は、ＤＣ電圧入力線１４に電気的に接続される。導電性材料から作られたセグメント３５をもつ第２のコレクタリング３４は、ハウジング又は回転子構造体に接続されたブラシ３６と電気接触する。ブラシ３６は、ＤＣ電圧出力線１２に電気的に接続される。

セグメント３２は、回転子３０の本体部３７に取り付けられた回転子モータ巻線（詳細には示されない）に電気的に接続される。セグメント３５は、本体部３７に取り付けられた回転子生成巻線（詳細には示されない）に電気的に接続される。本体部３７の少なくとも一部は、磁気的導体材料から作られる。回転子３０は、回転軸１１の拡張と実質的に直角をなす方向３８をもつ本質的に静的な磁界中に配置される。斯様な磁界は、例えば、本体部３７の円柱面に互いに反対側に配置された永久磁石により、それ自体知られた態様で生成され得る。永久磁石は固定子を形成し得る。永久磁石の代わりに、ＤＣ電流により供給された電磁気が用いられてもよい。

ＤＣ電圧を配線１４に印加することにより、ＤＣ電流は、配線１４、ブラシ３３、ブラシ３３により接触されたセグメント３２、及び、セグメント３２に接続された回転子モータ巻線を介して流れ、回転子３０は、電流の極性及び磁界の極性により決定された方向に回転するだろう。この回転の結果として、電圧が、回転子生成巻線において生成され、配線１２上に現れるだろう。配線１２が１又はそれ以上のダイオード２のような照明デバイスに接続されるときには、ＤＣ電流は、照明デバイス、配線１２、ブラシ３６、ブラシ３６により接触されたセグメント３５、及び、セグメント３５に接続された回転子生成巻線を介して流れるだろう。照明デバイスは、ファン１０により生成された流体（例えば空気）フローにより冷却され得る。

図３の構成において、本体部３７は、電磁気モータ回路の一部であり、電磁気生成回路の一部である。回転子モータ巻線を動作させるためのＤＣ電圧は、回転子生成巻線により生成されたＤＣ電圧と異なってもよい。

ファンを回転させることによる冷却の代替案として、国際公開第２００７／１０７９２１号明細書は、駆動周波数で圧力波を生成するように適合された振動子と、振動子から圧力波を受け取るように適合された第１の端部及びオブジェクトに向かってパルス出力フローを生成するように適合された第２の端部をもつチューブとを有するパルス流体冷却デバイスを開示している。チューブは、パルスフローに速度利得を付与する伝送ラインとして機能する。図４は、斯様なパルス流体冷却デバイスを示している。

図４は、概ね円柱の第１のハウジング部分４１と概ね円錐形の第２のハウジング部分４２と、概ね円柱の第３のハウジング部分４３とを有するハウジング４０を示す。リング状磁石４４（永久磁石又は電磁石）は、ディスク形状ベース部分４６ａ及び中央円柱形状部分４６ｂを有する下側ヨーク部分４６と、リング形に形成された上側ヨーク部分４８との間に位置する。ヨーク部分４６及び４８は磁化可能材料から作られる。上側ヨーク部分４８の内側面と中央円柱形状の下側ヨーク部分４６ｂの端面との間のエアギャップにおいて、膜５２上に取り付けられた支持体５０が配置される。支持体５０は、アクチュエータコイル５４と生成コイル５６をもっているが、通常、互いに電気的に絶縁される必要はない。磁石４４により生成された磁界はエアギャップにおいて実質的に放射状に指向される。

アクチュエータコイル５４が、配線５８，６０を介して、主電圧のようなＡＣ電圧により給電された場合には、支持体５０は、両矢印６２により示された方向に振動し、これにより、膜５２、特にその中心部分を動かすだろう。従って、エアフローは、膜５２により生成され、矢印６４により示されるように、第３のハウジング４３の開口部を介してハウジング４０を出ていく。ＬＥＤ６６のような照明デバイスは、膜５２により生成された流体フローの経路内に配置され、この流体フローにより冷却される。ＬＥＤ６６は、配線６８，７０により生成コイル５６に電気的に接続され、エアギャップにおいて生成された磁界中のアクチュエータコイル５４と一緒に支持体５０と振動するときに、生成コイル５６により生成された電気エネルギにより給電される。

それ故、アクチュエータコイル５４に電力を供給することにより、支持体５０は、振動し、生成コイル５６及び膜５２を周期的に振動するよう駆動させる。同様に、生成コイル５６は、ＬＥＤ６６に給電するだろう。動作中、ＬＥＤ６６は、光及び熱を生成するだろう。熱は、動作中に膜５２により生成されたエアフローによりＬＥＤ６６から除去されるだろう。

図面に示された実施形態において、単一のＬＥＤ２は、複数の直列及び／又は並列に接続されたＬＥＤと置換されてもよい。ＬＥＤは、１若しくはそれ以上の白熱ランプ、又は、１若しくはそれ以上のガス放電ランプのような、照明デバイスの任意の他のタイプにより置換されてもよい。

本発明によれば、過度の熱を生成する照明デバイスは、ファンデバイスにより生成された流体フローにより冷却される冷却エリアをもつ。ファンデバイスを駆動させるファンモータは、電磁気モータ回路をもつ。電磁気モータ回路の一部は、電磁気生成回路の一部を形成する。電磁気生成回路は、照明デバイスに給電する。電磁気モータ及び生成回路の組み合わせは、電気変換を伴うことなく主電圧に接続され得る、小型で低コストの構成を提供する。照明デバイスは、パワーＬＥＤデバイスのようなＬＥＤデバイスであり得る。

必要に応じて、本発明の詳細な実施形態がここに示された。しかしながら、開示された実施形態は、種々の形態において具現され得る本発明の単なる例示であることが理解されるべきである。それ故、ここで開示された特定の構造上及び機能上の詳細は、限定するものとして解釈されるべきではなく、単に、請求項の根拠、及び、実質的に適切な詳細の構造について本発明を様々に用いるために当業者に教示するための代表的な根拠に過ぎない。更に、ここで用いられた用語及び表現は、限定することを意図するものではなく、むしろ、本発明の理解可能な説明を提供することを意図している。請求項における任意の参照符号は、その範囲を限定するものとして考慮されるべきではない。

ここで用いられた"第１"、"第２"等の用語は、１又はそれ以上として規定される。ここで用いられる"複数"という用語は、２又はそれ以上として規定される。加えて、単数表記は、複数を除外するものではない。ここで用いられた"他の"という用語は、少なくとも２番目又はそれ以上として規定される。ここで用いられる"含む"及び／又は"もつ"という用語は、"有する"（即ちオープン言語）として規定される。ここで用いられる"結合する"という用語は、必ずしも直接的である必要はなく、及び、必ずしも機械的である必要はないが、"接続する"として規定される。

Claims (12)

1. 照明デバイスと、
   ファンデバイスと、
   流体フローを生成するように前記ファンデバイスを駆動させるためのファンモータと、
   前記照明デバイスに供給するための電力を生成するための照明生成部とを有する照明アセンブリであって、
   前記ファンモータは、電磁気モータ回路をもち、前記照明生成部は、電磁気生成回路をもち、前記電磁気モータ回路の一部は、前記電磁気生成回路の一部を形成し、
   前記照明デバイスは、前記照明デバイスを冷却するための冷却エリアをもち、前記ファンデバイスは、動作中、前記照明デバイスの前記冷却エリアに沿って流体フローを生成する、照明アセンブリ。
2. 前記電磁気生成回路は、前記電磁気モータ回路において生成された磁界中に配置された生成コイルを有する、請求項１に記載の照明アセンブリ。
3. 前記照明生成部は、低電圧を供給するように構成される、請求項１に記載の照明アセンブリ。
4. 前記低電圧は、２−４Ｖである、請求項３に記載の照明アセンブリ。
5. 前記電磁気モータ回路は、主電圧により給電されるように構成されたモータコイルを有する、請求項１に記載の照明アセンブリ。
6. 前記ファンモータ及び前記照明生成部は、回転型デバイスである、請求項１に記載の照明アセンブリ。
7. 前記ファンモータ及び前記照明生成部は、振動型デバイスである、請求項１に記載の照明アセンブリ。
8. 前記ファンモータ及び前記照明生成部は、音声コイル型デバイスである、請求項１に記載の照明アセンブリ。
9. 前記照明デバイスは、少なくとも１つのパワーＬＥＤを有する、請求項１に記載の照明アセンブリ。
10. 前記冷却エリアは、前記照明デバイスと熱接触するヒートシンクを有する、請求項１に記載の照明アセンブリ。
11. ファンデバイスと、
    流体フローを生成するように前記ファンデバイスを駆動させるためのファンモータと、
    少なくとも１つのパワーＬＥＤに供給するための電力を生成するための照明生成部とを有するパワーＬＥＤ供給デバイスであって、
    前記ファンモータは電磁気モータ回路をもち、前記照明生成部は電磁気生成回路をもち、前記電磁気モータ回路の一部が前記電磁気生成回路の一部を形成し、
    前記ファンデバイスは、動作中、前記少なくとも１つのパワーＬＥＤの冷却エリアに沿って流体フローを生成する、パワーＬＥＤ供給デバイス。
12. 照明デバイスに給電する方法であって、
    前記照明デバイスに電力を供給するステップと、
    前記照明デバイスを冷却するための流体フローを生成するための電力を供給するステップとを有し、
    前記流体フローを生成するために供給された電力の一部は、前記照明デバイスに供給される電力を生成するために電磁気的に変換される、方法。

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