RU158403U1 - Электрическая лампа - Google Patents

Abstract

1. Электрическая лампа, содержащая колбу с цоколем в основании, выполненную из оптически прозрачного материала, со светоизлучающим телом внутри в виде светодиодной матрицы или линейки, или нескольких светодиодных матриц, или нескольких линеек, соединенных в соответствии с заданной электрической схемой последовательно или параллельно, или последовательно-параллельно, заполненную буферным газом, источник питания в виде печатного узла на плате, светоизлучающее тело установлено непосредственно на плату, плата размещена в основании колбы в плоскости сопряжения колбы и цоколя и разделяет внутренние объемы колбы и цоколя, контакты источника питания соединены с контактами цоколя через защитный элемент, размещенный внутри цоколя.2. Электрическая лампа по п. 1, отличающаяся тем, что колба в основании имеет элемент фиксации платы печатного узла источника питания в форме бурта.3. Электрическая лампа по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что соответствующая сторона печатного узла изолирована от внутреннего объема цоколя заливкой слоем или слоями герметика или клея, или лака, или любого другого влагостойкого материала или компаунда, обеспечивающего герметичность, с электроизолирующими и теплопроводящими свойствами, и температурой размягчения не менее 330 К.

Description

Полезная модель относится к светотехнике и может быть использована при проектировании новых энергоэффективных источников оптического излучения. Полезная модель направлена на расширение области применения электрической лампы.

Известна электрическая лампа, содержащая колбу с цоколем в основании, выполненную из оптически прозрачного материала, со светоизлучающим телом в виде спирали из тугоплавкого металла и ножкой внутри, имеющей электроды, вакуумированную, источник питания, электроды соединены с контактами цоколя, выводами светоизлучающего тела и контактами источника питания через контакты цоколя (Характеристики ламп накаливания. Каталог / «ГУП РМ Лисма», 2011, С. 32).

В качестве источника питания известной электрической лампы, относящейся к вакуумным лампам накаливания, используется внешняя электрическая сеть.

Недостатком электрической вакуумной лампы накаливания является узкая область применения, что обусловлено низкой светоотдачей, малым сроком службы, значительным спадом светового потока в процессе эксплуатации и сравнительно низкой достигаемой цветовой температурой, высоким уровнем составляющих в спектре излучения, лежащих за пределами диапазона видимого света (инфракрасное излучение), обедненностью спектра излучения в коротковолновой области, высокой температурой поверхности колбы и цоколя, что в определенных условиях может привести к возгоранию окружающих предметов. Светоотдача известной электрической вакуумной лампы накаливания не превышает 10 лм/Вт.

Известна электрическая лампа, содержащая колбу с цоколем в основании, выполненную из оптически прозрачного материала, со светоизлучающим телом в виде спирали из вольфрама и ножкой внутри, имеющей электроды, заполненную буферным газом, источник питания, электроды соединены с контактами цоколя, выводами светоизлучающего тела и контактами источника питания через контакты цоколя (Spectrum. Каталог ламп 2009/2010 / «GE Lighting)), 2009, С. 63).

В качестве источника питания известной электрической лампы, также относящейся к лампам накаливания «газополным», используется внешняя электрическая сеть.

Недостатком газополной электрической лампы накаливания является узкая область применения, что обусловлено низкой светоотдачей, малым сроком службы, значительным спадом светового потока в процессе эксплуатации и сравнительно низкой достигаемой цветовой температурой, высоким уровнем составляющих в спектре излучения, лежащих за пределами диапазона видимого света (инфракрасное излучение), обедненностью спектра излучения в коротковолновой области, высокой температурой поверхности колбы и цоколя, что в определенных условиях может привести к возгоранию окружающих предметов. Светоотдача известной электрической лампы накаливания не превышает 14 лм/Вт.

Известна электрическая лампа, содержащая колбу с цоколем в основании, выполненную из оптически прозрачного материала, со светоизлучающим телом в виде спирали из вольфрама и ножкой внутри, имеющей электроды, заполненную буферным газом, источник питания, электроды соединены с контактами цоколя, выводами светоизлучающего тела и контактами источника питания через контакты цоколя, в качестве основы буферного газа используют криптон при давлении от 0,5 до 0,8 бар (Лампы накаливания. Каталог ламп / «Philips», 2007, С. 16).

В качестве источника питания известной лампы, относящейся к лампам накаливания, используется внешняя электрическая сеть.

Недостатком криптоновой электрической лампы накаливания является узкая область применения, что обусловлено низкой светоотдачей, малым сроком службы, значительным спадом светового потока в процессе эксплуатации и сравнительно низкой цветовой температурой, высоким уровнем составляющих в спектре излучения, лежащих за пределами диапазона видимого света (инфракрасное излучение), обедненностью спектра излучения в коротковолновой области, высокой температурой поверхности колбы и цоколя, что в определенных условиях может привести к возгоранию окружающих предметов. Светоотдача криптоновой электрической лампы накаливания составляет менее 17 лм/Вт.

Известна электрическая лампа, содержащая колбу, установленную на корпусе с охладителем и цоколем, выполненную из оптически прозрачного материала, со светоизлучающим телом в виде светодиодной матрицы, заполненную буферным газом, источник питания, светоизлучающее тело установлено на охладителе и подключено к контактам источника питания, размещенного внутри корпуса, контакты источника питания соединены с контактами цоколя, в качестве буферного газа используют воздух при давлении 1 бар (П. 100637. Интегрированная светодиодная лампа / Е.М. Силкин // Опубл. 20.12.2010. Бюлл.№35).

Подобную конструкцию имеют большинство электрических ламп со светодиодами и светодиодными матрицами. Лампа не является герметичной. Светоизлучающее тело и источник питания не изолированы от внешней среды и подвержены ее влиянию. Элементы лампы находятся в среде окружающего воздуха, который может содержать пары воды в недопустимых концентрациях, механические примеси и пыль.

Недостатком известной электрической лампы является узкая область применения, что обусловлено сравнительно низкой светоотдачей, пониженным сроком службы, высокой температурой корпуса (что затрудняет ее применение в замкнутых световых приборах), не герметичностью элементов (что делает невозможным использование известной лампы в наружном освещении), относительной технологической сложностью и высокой ценой. Светоотдача известной лампы, относящейся к типу светодиодных, достигает 70 лм/Вт, что является недостаточной величиной.

Известна электрическая лампа, содержащая колбу с цоколем в основании, выполненную из оптически прозрачного материала, со светоизлучающим телом в виде светодиодной матрицы или нескольких светодиодных матриц, соединенных в соответствии с заданной электрической схемой, и ножкой внутри, имеющей электроды, заполненную буферным газом, источник питания в виде печатного узла на плате, светоизлучающее тело установлено непосредственно на плату, электроды соединены с контактами цоколя и контактами источника питания, в качестве буферного газа используют смесь, содержащую более 91% азота и менее 9% аргона или азот, или технически чистый воздух, или неон, или гелий, или смеси перечисленных газов в технически достижимых сочетаниях и пропорциях при давлении от 0,4 до 30 бар (Заявка №2015100538 от 12.01.2015. Электрическая лампа / Е.М. Силкин // Реш. о выдаче патента на п.м. от 07.05.2015).

Лампа также относится к типу светодиодных, а при применении светодиодных линеек, к разновидности, так называемых, «филаментных» ламп, то есть ламп, использующих в конструкции матрицы последовательно соединенных маломощных светодиодов в форме линеек (технология СОВ). Светоизлучающее тело и источник питания в светодиодных лампах известного типа изолированы от окружающей среды.

Известная электрическая лампа является наиболее близкой по технической сущности к полезной модели и выбрана в качестве прототипа.

Полезная модель направлена на решение задачи расширения области применения электрической лампы, что является целью полезной модели.

Указанная цель достигается тем, что в электрической лампе:

1. Содержащей колбу с цоколем в основании, выполненную из оптически прозрачного материала, со светоизлучающим телом внутри в виде светодиодной матрицы или линейки, или нескольких светодиодных матриц, или нескольких линеек, соединенных в соответствии с заданной электрической схемой последовательно или параллельно, или последовательно параллельно, заполненную буферным газом, источник питания в виде печатного узла на плате, светоизлучающее тело установлено непосредственно на плату, плата размещена в основании колбы в плоскости сопряжения колбы и цоколя и разделяет внутренние объемы колбы и цоколя, контакты источника питания соединены с контактами цоколя через защитный элемент, размещенный внутри цоколя;

2. Колба лампы по п. 1 в основании имеет элемент фиксации платы печатного узла источника питания в форме бурта;

3. Соответствующая сторона печатного узла лампы по п.п. 1 или 2 изолирована от внутреннего объема цоколя заливкой слоем или слоями герметика или клея, или лака, или любого другого влагостойкого материала или компаунда, обеспечивающего герметичность, с электроизолирующими и тепло-проводящими свойствами, и температурой размягчения не менее 330 К.

Существенным отличием, характеризующим полезную модель, является расширение области применения электрической лампы за счет повышения технологичности конструкции, светоотдачи, увеличения срока службы, уменьшения цены, возможности эффективного использования в осветительных приборах ограниченного обьема и для внешнего освещения, что и достигается повышением технологичности конструкции, качественной изоляцией источника питания и светоизлучающего тела от воздействия окружающей среды и возможностью выполнения нового источника оптического излучения с более высокими техническими характеристиками, улучшением условий охлаждения источника питания и светоизлучающего тела, новой конструкцией, новыми элементами и новыми связями элементов электрической лампы. Расширение области применения электрической лампы является полученным =техническим результатом, обусловленным новыми принципами устройства и особенностями новой конструкции, новыми элементами и связями элементов, то есть, отличительными признаками полезной модели. Таким образом, отличительные признаки заявляемой электрической лампы являются существенными.

На рисунке приведена типовая конструкция заявляемой электрической (филаментной) лампы с сетевым цоколем типа E27.

Электрическая лампа содержит колбу 1 с цоколем 2 в основании, выполненную из оптически прозрачного материала, со светоизлучающим телом 3 внутри в виде светодиодной матрицы или линейки, или нескольких светодиодных матриц, или нескольких линеек, соединенных в соответствии с заданной электрической схемой последовательно или параллельно, или последовательно параллельно, заполненную буферным газом, источник питания в виде печатного узла на плате 4, светоизлучающее тело установлено непосредственно на плату, плата размещена в основании колбы в плоскости сопряжения колбы и цоколя и разделяет внутренние объемы колбы и цоколя, контакты источника питания соединены с контактами цоколя через защитный элемент 5, размещенный внутри цоколя. Колба в основании может иметь элемент фиксации платы печатного узла источника питания в форме бурта 6. При этом соответствующая сторона печатного узла, как вариант, изолирована от внутреннего объема цоколя заливкой слоем 7 или слоями герметика или клея, или лака, или любого другого влагостойкого материала или компаунда, обеспечивающего герметичность, с электроизолирующими и теплопроводящими свойствами, и температурой размягчения не менее 330 К.

Электрическая лампа в установившемся режиме работает следующим образом. Через сетевой цоколь 2 стандартного типа (например, E27 или E14 и др.) электрическая лампа подключается к обычной питающей сети переменного тока непосредственно или к специальной сети (источнику) постоянного тока. Колба 1 из оптически прозрачного материала (например, стекла) является наиболее ответственной частью конструкции электрической лампы, которая выполняет несущую, защитную, светорассеивающую функции и функцию герметизации рабочего пространства лампы, в объеме которого находится светоизлучающее тело 3. Колба 1 жестко механически соединена (сопряжена) с цоколем 2. Контакты цоколя 2 через защитный элемент 5, установленный внутри самого цоколя 2, электрически соединены с контактами источника питания в виде печатного узла на плате 4. Светодиодные матрицы (или линейки, филаменты) светоизлучающего тела 3 установлены непосредственно на плату 4 источника питания и электрически соединены с его выходом. Плата 4 размещена в основании колбы 1 в плоскости сопряжения колбы 1 и цоколя 2 и разделяет внутренние объемы колбы 1 и цоколя 2. Вся конструкция (схема) светоизлучающего тела 3 устанавливается на первой (условно, внутренней) стороне платы 4 таким образом, что светоизлучающая ее часть размещается внутри колбы 1.

В качестве матриц светоизлучающего тела 3 используются СОВ - или МСОВ - матрицы или линейки, например, нитевидные (филаменты). Применение филаментов обеспечивает наибольшую световую эффективность электрической лампы. Филаментные матрицы (МСОВ) имеют световую отдачу до 170 лм/Вт, работают при сравнительно малых рабочих токах и незначительно нагреваются.

Конструкция светодиодных матриц или линеек светоизлучающего тела 3, в принципе, может быть любой стандартной. Возможно использование в качестве светоизлучающего тела 3 лампы и комплектов дискретных светодиодов, устанавливаемых на подложки, например, по технологии поверхностного монтажа. Принцип работы электрической лампы при этом не изменяется. Однако эффективность ламп с дискретными светодиодами может быть ниже.

Элементы источника питания устанавливаются на любой из сторон платы 4 (или с обеих ее сторон). При работе лампы источник питания, в частности, обеспечивает низкие пульсации питающего напряжения и тока светодиодных матриц или линеек светоизлучающего тела 3, стабилизированный выходной ток. Источник питания преобразует напряжение (энергию) внешнего источника в напряжение (ток) заданного уровня и частоты, необходимое для электропитания светодиодов светоизлучающего тела 3. Питание светодиодов светоизлучающего тела 3 может осуществляться от источника, как на постоянном, так и на переменном (стабилизированном) токе. При питании на переменном токе электрическая схема соединения светодиодов светоизлучающего тела 3 отличается от схемы на постоянном токе. Питание на переменном токе энергетически выгоднее. Число ступеней преобразования энергии уменьшается, что, в целом, повышает надежность работы источника питания и устройства в целом. Увеличивается средний срок службы электрической лампы.

Источник питания выполняется по любой из известных схем на основе интегральных контроллеров или дискретных элементов (линейный, импульсный, «конденсаторный» и пр.). Могут быть применены, например, контроллеры в интегральном исполнении типов: SM2082; SM2087; ZONOPO8062; SM7315; ACS1004; ACS1404; BP2833; BP3122 (и другие).

Печатный узел и внутренний объем колбы 1 могут быть изолированы (со стороны внутреннего объема цоколя 2) от окружающей среды заливкой слоем 7 или слоями герметика или клея, или лака, или любого другого влагостойкого материала или компаунда, обеспечивающего герметичность, с электроизолирующими и теплопроводящими свойствами, и достаточно высокой температурой размягчения (не менее 330 К). Выбор температуры размягчения изолирующего материала или компаунда обеспечивает сохранение герметичности при нагреве элементов устройства во время работы.

Для удобства и точности установки печатного узла колба 1 изготавливается с элементом фиксации платы 4 в форме бурта 6. Бурт 6 обеспечивает также дополнительную электрическую изоляцию элементов печатного узла от цоколя 2.

Колба 1 заполнена буферным газом. В качестве буферного газа, в принципе, используют (или можно использовать) любой (при условии обеспечения герметичности внутреннего объема колбы 1) газ или смесь газов с достаточно высокой теплопроводностью, например, смесь, содержащую более 91% азота и менее 9% аргона или азот, или «технически чистый» воздух, или неон, или гелий, или смеси указанных газов в технически достижимых сочетаниях и пропорциях при давлении от 0,4 до 30 бар.

В таблице представлены значения коэффициентов теплопроводности применяемых в ламповом производстве буферных (изолирующих) газов при температуре близкой к 273 К. Из таблицы следует, что лучшей теплопроводностью (среди инертных газов) обладает гелий. Однако он дорог. Кроме того, гелий обладает высокой проникающей способностью. Водород сравнительно дешевый газ. Технические стекла в меньшей степени проницаемы для водорода (по сравнению с гелием). Но водород горюч и взрывоопасен. Необходимость в применении смесей газов продиктована и требованиями по электрической прочности. Важное значение имеет также цена используемых газов, влияющая на конечную цену изделия при производстве.

«Тяжелые» газы и их смеси (аргон, криптон, ксенон) в новой электрической лампе применять не рекомендуется.

«Технически чистый» воздух (осушенный, без механических примесей и пыли) также, как отмечено выше, возможно применить в качестве изолирующего газа. Теплопроводность воздуха приблизительно в 2,6 раза выше теплопроводности, например, криптона, что позволяет снизить температуру внутри колбы 1. Состав буферного газа и его давление должны обеспечивать наилучший теплоотвод и требуемую электрическую прочность. «Технически чистый» воздух обладает достаточным набором необходимых свойств. Таким образом, наиболее технологичным, что очевидно и рекомендуется, является использование в новой лампе «технически чистого» воздуха при атмосферном давлении (1 бар). При этом технология изготовления устройства предполагает сборку электрической лампы в «чистой» комнате, где и производится процесс герметизации рабочего объема колбы 1.

Возможно также заполнение колбы 1 гексафторидом серы (элегазом). Элегаз допускает применение более простой технологии заполнения колбы 1, по сравнению с другими газами и смесями (кроме воздуха). Значение коэффициента теплопроводности элегаза, приведенное в таблице, соответствует высокой температуре (около 1000 градусов по Цельсию). При рабочих температурах новой электрической лампы теплопроводность элегаза ниже теплопроводности воздуха и азота. То есть, он менее эффективен для обеспечения хорошего теплоотвода от светодиодных матриц или линеек (и очень дорог). Однако этот газ обладает высокими электроизоляционными свойствами и, как отмечено выше, сравнительно технологичен в применении.

При прохождении электрического тока через светодиоды матриц или линеек светоизлучающего тела 3 они излучают световые волны, в частности, видимый свет. Возможно также, например, излучение и в ультрафиолетовой (или инфракрасной) областях спектра, что обеспечивается типом применяемых светодиодов.

Защита устройства от нарушений электрического режима, перегрузок и коротких замыканий, а также от выхода элементов электрической лампы из строя осуществляется защитным элементом 5. В качестве защитного элемента 5, в частности, используется проволочная вставка из ферроникеля или предохранитель, или низкоомный резистор, предназначенный для выводного монтажа. Защитный элемент 5 при нештатных ситуациях разрывает цепь питания электрической лампы.

По сравнению с прототипом существенно расширяется область применения новой электрической лампы.

Повышается светоотдача лампы при сохранении всех известных ее преимуществ. Это обеспечивается за счет возможности снижения рабочей температуры светоизлучающего тела и электрических потерь в соединительных элементах конструкции и в источнике питания, а также за счет улучшения условий отвода тепла. Улучшение отвода тепла от элементов устройства осуществляется за счет применения эффективного изолирующего слоя или слоев. В результате, рабочие элементы новой электрической лампы не только надежно изолированы от окружающей среды, но и более эффективно охлаждаются, что позволяет применять ее в световых приборах ограниченного рабочего объема и для внешнего освещения. Вышеперечисленные преимущества значительно расширяют область применения новой электрической лампы.

Возрастает надежность работы электрической лампы. Срок службы заявляемой лампы превышает срок службы лампы, выбранной за прототип, в 1,3 раза (за счет улучшения условий работы светодиодных матриц или линеек и источника питания). При сборке новой электрической лампы элементы конструкции не подвергаются воздействию высоких температур. За счет этого снижается процент брака при производстве и число отказов ламп при эксплуатации. Увеличение срока службы расширяет область применения новой электрической лампы.

Возможность простого использования в новой лампе «технически чистого» воздуха снижает стоимость изделия. Кроме того, повышение светоотдачи позволяет использовать в лампах с заданными параметрами светодиодные матрицы или линейки, имеющие меньшую цену. Новая лампа более технологична (по сравнению с лампой, выбранной за прототип), что также снижает конечную цену. Конструкция допускает полную автоматизацию и механизацию процессов сборки ламп в серийном производстве. Снижение цены расширяет область применения заявляемой электрической лампы.

Более технологичная конструкция позволяет увеличить номенклатуру электрических ламп, что дополнительно расширяет область применения нового изделия.

Claims (3)

1. Электрическая лампа, содержащая колбу с цоколем в основании, выполненную из оптически прозрачного материала, со светоизлучающим телом внутри в виде светодиодной матрицы или линейки, или нескольких светодиодных матриц, или нескольких линеек, соединенных в соответствии с заданной электрической схемой последовательно или параллельно, или последовательно-параллельно, заполненную буферным газом, источник питания в виде печатного узла на плате, светоизлучающее тело установлено непосредственно на плату, плата размещена в основании колбы в плоскости сопряжения колбы и цоколя и разделяет внутренние объемы колбы и цоколя, контакты источника питания соединены с контактами цоколя через защитный элемент, размещенный внутри цоколя.

2. Электрическая лампа по п. 1, отличающаяся тем, что колба в основании имеет элемент фиксации платы печатного узла источника питания в форме бурта.

3. Электрическая лампа по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что соответствующая сторона печатного узла изолирована от внутреннего объема цоколя заливкой слоем или слоями герметика или клея, или лака, или любого другого влагостойкого материала или компаунда, обеспечивающего герметичность, с электроизолирующими и теплопроводящими свойствами, и температурой размягчения не менее 330 К.

Images