RU2187039C1

RU2187039C1 - Individual miner's lamp

Info

Publication number: RU2187039C1
Application number: RU2001109676/09A
Authority: RU
Inventors: Ю.В. Шувалов; А.П. Веселов; В.Л. Федоров; М.В. Коняев; А.Н. Холодилов
Original assignee: Санкт-Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова (Технический университет)
Priority date: 2001-04-10
Filing date: 2001-04-10
Publication date: 2002-08-10

Abstract

FIELD: individual lighting equipment for mines. SUBSTANCE: miner's lamp has head-lamp with light source, fixture for attaching lamp to miner's helmet, battery casing, and connecting cord. Light source is made in the form of light- emitting diode array emitting white light, light flux of one light- emitting diode being over 1 lumen. Light-emitting diodes are disposed on stiff plate, each in separate cell; each cell has parabolic reflector and spherical lens that contacts hemisphere surface of light-emitting diode and its diameter equals that of light-emitting diode case. Focuses of spherical lenses and parabolic reflectors are aligned with emitting centers of light-emitting diodes; spherical lenses are built integral with lamp window. EFFECT: enhanced illumination of miner's workplace and extended trouble-free operation period of lamp. 4 dwg

Description

Изобретение относится к осветительному шахтному оборудованию индивидуального пользования. The invention relates to lighting mine equipment for personal use.

Известен шахтный светильник индивидуального пользования, состоящий из фары, в которой установлены источник света, отражатель и прозрачное окно, устройства крепления фары на каске шахтера, соединительного шнура, корпуса с аккумуляторными батареями и средств герметизации по авторским свидетельствам 1241009, М. Кл. ⁴ F 21 L 11/00, публ. 30.06.86; 1705668, М. Кл.⁵ F 21 L 11/00, публ. 15.01.92; 2136196, М. Кл. ⁶ F 21 L 11/00, публ. 09.10.99.Known mine lamp for individual use, consisting of a headlight in which a light source, a reflector and a transparent window are installed, a headlight mounting device on a miner's helmet, a connecting cord, a housing with rechargeable batteries and sealing means according to copyright certificates 1241009, M. Kl. ⁴ F 21 L 11/00, publ. 06/30/86; 1705668, M. Cl. ⁵ F 21 L 11/00, publ. 1/15/92; 2136196, M. Cl. ⁶ F 21 L 11/00, publ. 10/09/99.

Недостатками известного светильника, выбранного в качестве прототипа по авторскому свидетельству 2136196, М. Кл.⁶ F 21 L 11/00, публ. 09.10.99 являются недостаточный уровень освещенности на рабочем месте шахтера, малый срок безотказной работы лампы накаливания и высокий уровень потребления электрической энергии от автономных источников электропитания.The disadvantages of the known lamp, selected as a prototype according to copyright certificate 2136196, M. Kl. ⁶ F 21 L 11/00, publ. 10/09/99 there is an insufficient level of illumination at the miner's workplace, a short period of trouble-free operation of an incandescent lamp and a high level of consumption of electric energy from autonomous power sources.

Задачей изобретения является исключение указанных недостатков. The objective of the invention is the elimination of these disadvantages.

Задача решается тем, что шахтный светильник индивидуального пользования, состоящий из фары, в которой установлены источник света, отражатель и прозрачное окно, приспособления для крепления фары на каске шахтера, кожуха с аккумуляторными батареями и соединительного шнура, отличается тем, что источник света выполнен в виде матрицы светодиодов, излучающих белый свет со световым потоком одного светодиода больше 1 люмена, размещенных на жесткой плате по одному в отдельных ячейках, содержащих каждая параболический отражатель и линзу, которая соприкасается с полусферической поверхностью светодиода и имеет диаметр, равный диаметру корпуса светодиода, причем фокусы сферических линз и параболических отражателей совмещены с излучающими центрами светодиодов, а линзы составляют единое целое с окном светильника. The problem is solved in that the individual mine lamp, consisting of a headlamp in which a light source, a reflector and a transparent window, devices for attaching the headlamp to the miner's helmet, a casing with rechargeable batteries and a connecting cord, is characterized in that the light source is made in the form matrix of LEDs emitting white light with a luminous flux of one LED exceeding 1 lumen, placed on a rigid board, one in separate cells, containing each parabolic reflector and lens, which It is in contact with the hemispherical surface of the LED and has a diameter equal to the diameter of the LED housing, with the foci of the spherical lenses and parabolic reflectors aligned with the emitting centers of the LEDs, and the lenses are integral with the lamp window.

Светильник поясняется чертежами: фиг.1 - общий вид светильника, фиг.2 - поперечный разрез фары, фиг.3 - вид фары спереди, фиг.4 - светоизлучающая ячейка. На чертежах обозначены следующие элементы светильника:
1 - фара,
2 - приспособление для крепления фары на каске шахтера,
3 - соединительный шнур,
4 - кожух с аккумуляторными батареями,
5 - матрица светодиодов,
6 - жесткая плата,
7 - светодиод,
8 - прозрачное окно,
9 - параболический отражатель,
10 - балластный резистор,
11 - линза,
12 - корпус фары,
13 - гайка,
14 - герметизирующая прокладка,
15 - излучающий центр светодиода.The lamp is illustrated by the drawings: FIG. 1 is a general view of the lamp, FIG. 2 is a transverse section of the headlight, FIG. 3 is a front view of the headlight, and FIG. 4 is a light emitting cell. The drawings indicate the following elements of the lamp:
1 - headlight
2 - a device for mounting the headlights on the helmet of a miner,
3 - connecting cord,
4 - casing with batteries,
5 - matrix of LEDs,
6 - hard board
7 - LED
8 - transparent window,
9 - parabolic reflector,
10 - ballast resistor
11 - lens
12 - headlight housing
13 - nut
14 - sealing gasket,
15 - emitting center of the LED.

Фара 1 при помощи приспособления 2 крепится на каске шахтера. Электропитание фары осуществляется через соединительный шнур 3 от аккумуляторных батарей, расположенных в кожухе 4. Headlight 1 with the help of device 2 is mounted on the helmet of a miner. The headlight is supplied with power through the connecting cord 3 from the batteries located in the casing 4.

Матрица светодиодов 5 представляет собой жесткий блок, в котором выполнены сквозные отверстия, имеющие цилиндрическую форму со стороны жесткой платы 6 для плотной фиксации светодиодов 7 и параболическую форму со стороны окна 8 для нанесения светоотражающего покрытия с целью получения параболических отражателей 9. Причем линия, по которой цилиндрическая часть отверстий переходит в параболическую, находится на одном уровне с кривой контакта излучающей полусферической и цилиндрической поверхностей светодиодов 7. The matrix of LEDs 5 is a rigid block in which through holes are made having a cylindrical shape on the side of the rigid board 6 for tightly fixing the LEDs 7 and a parabolic shape on the side of the window 8 for applying a reflective coating to obtain parabolic reflectors 9. Moreover, the line along which the cylindrical part of the holes becomes parabolic, is on the same level with the contact curve of the emitting hemispherical and cylindrical surfaces of the LEDs 7.

Светодиоды 7 припаиваются к жесткой плате 6, причем каждый светодиод 7 включается в электрическую цепь через балластный резистор 10, расположенный на плате 6. Вплотную к светодиодам 7, вставленным в матрицу 5, примыкают линзы 11, составляющие единое целое с окном 8. The LEDs 7 are soldered to the rigid board 6, and each LED 7 is connected to the electric circuit through a ballast resistor 10 located on the board 6. Lens 11, which are integral with the window 8, are adjacent to the LEDs 7 inserted into the matrix 5.

Матрица светодиодов 5 со светодиодами 7, установленными на жесткой плате 6, окно 8 с линзами 11 помещаются в корпус 12 и герметизируются в фаре 1 прокладкой 14, расположенной между окном 8 и корпусом 12, с помощью гайки 13, навинчиваемой на корпус 12. The matrix of LEDs 5 with LEDs 7 mounted on a rigid board 6, a window 8 with lenses 11 are placed in the housing 12 and sealed in the headlight 1 with a gasket 14 located between the window 8 and the housing 12, using a nut 13 screwed onto the housing 12.

Светодиод 7, параболический отражатель 9 и линза 11 вместе образуют компактную светоизлучающую ячейку (фиг.4). Причем все элементы ячейки расположены соосно. Фокусы линз 11 и параболических отражателей 9 совмещены с излучающими центрами 15 светодиодов 7. Направления осей светоизлучающих ячеек совпадают с направлениями максимального излучения светодиодов 7, а сами оси перпендикулярны плоскости окна 8. The LED 7, the parabolic reflector 9 and the lens 11 together form a compact light emitting cell (Fig. 4). Moreover, all elements of the cell are aligned. The foci of the lenses 11 and parabolic reflectors 9 are aligned with the emitting centers 15 of the LEDs 7. The directions of the axes of the light-emitting cells coincide with the directions of the maximum radiation of the LEDs 7, and the axes themselves are perpendicular to the plane of the window 8.

Принцип действия светильника заключается в следующем. Светодиоды 7 подключаются к источнику электрического питания через выключатель, расположенный на фаре 1. Каждый светодиод 7 излучает белый свет, близкий к дневному свету, с суммарным потоком больше 1 люмена. При этом световой поток светодиодов 7 собирается в широком угле излучения линзами 11 и параболическими отражателями 9 и направляется в виде узкого пучка через окно 8 на освещаемый объект. The principle of operation of the lamp is as follows. LEDs 7 are connected to the electric power source through a switch located on the headlight 1. Each LED 7 emits white light close to daylight with a total flux of more than 1 lumen. In this case, the light flux of the LEDs 7 is collected in a wide angle of radiation by the lenses 11 and parabolic reflectors 9 and is sent in the form of a narrow beam through the window 8 to the illuminated object.

Количество светодиодов 7 в матрице 5 определяется необходимостью обеспечить требуемый световой поток светильника
Ф_св = N•Ф_сд,
где N - количество светодиодов 7 в матрице 5, Ф_сд - световой поток одного светодиода.The number of LEDs 7 in the matrix 5 is determined by the need to provide the required luminous flux of the lamp
F _sv = N • f _sd
where N is the number of LEDs 7 in the matrix 5, F _cd is the luminous flux of one LED.

Радиус кривизны линзы 11 R (фиг.4) определяется требованием формирования практически параллельного пучка световых лучей на выходе светильника и поэтому фокусное расстояние линзы принимается равным расстоянию от излучающего центра 15 до линзы h
R = (n-1)h,
где n - показатель преломления материала линзы.The radius of curvature of the lens 11 R (Fig. 4) is determined by the requirement to form an almost parallel beam of light rays at the output of the lamp and therefore the focal length of the lens is taken equal to the distance from the radiating center 15 to the lens h
R = (n-1) h,
where n is the refractive index of the lens material.

Диаметр линзы 11 выбирается равным диаметру светодиода 7. The diameter of the lens 11 is chosen equal to the diameter of the LED 7.

Фокальный параметр параболического отражателя 9 находится из выражения

где R_cд - радиус корпуса светодиода 7.The focal parameter of the parabolic reflector 9 is found from the expression

where R _cd is the radius of the housing of the LED 7.

Радиус поперечного сечения параболического отражателя 9 на уровне окна 8 определяется соотношением

где

а α- угол между осью светоизлучающей ячейки и касательной к поверхности линзы 11, проходящей через фокус параболического отражателя 9.The radius of the cross section of the parabolic reflector 9 at the level of the window 8 is determined by the ratio

Where

and α is the angle between the axis of the light-emitting cell and tangent to the surface of the lens 11 passing through the focus of the parabolic reflector 9.

Длина сферической линзы 11 будет

Например, для светодиода с параметрами Ф_сд=1,5 лм, h=5,8 мм, R_сд=2,5 мм; эпоксидного компаунда с показателем преломления n=1,6; количества светодиодов N=19 имеем Ф_св=28,5 лм, R=3,5 мм, p=0,84 мм, R_n=4,8 мм, l=7,2 мм. Потребляемый ток I=380 мА, напряжение питания U=3,75 В. Ожидаемая наработка на отказ не менее 100 тысяч часов.The length of the spherical lens 11 will be

For example, for an LED with the parameters Ф _sd = 1.5 lm, h = 5.8 mm, R _sd = 2.5 mm; epoxy compound with a refractive index of n = 1.6; the number of LEDs N = 19, we have Ф _St. = 28.5 lm, R = 3.5 mm, p = 0.84 mm, R _n = 4.8 mm, l = 7.2 mm. Current consumption I = 380 mA, supply voltage U = 3.75 V. The expected time between failures is at least 100 thousand hours.

Таким образом, предлагаемая конструкция источника света позволяет увеличить освещенность на рабочем месте шахтера при одновременном снижении уровня энергопотребления, а также увеличить срок безотказной службы светильника. Thus, the proposed design of the light source allows you to increase the illumination at the miner’s workplace while reducing energy consumption, as well as increase the lamp uptime.

Claims

Individual mine lamp, consisting of a headlamp in which a light source, a reflector and a transparent window are installed, devices for mounting the headlamp on a miner's helmet, a casing with rechargeable batteries and a connecting cord, characterized in that the light source is made in the form of a matrix of LEDs emitting white light with a luminous flux of one LED exceeding 1 lumen, placed on a rigid board, one in separate cells, containing each parabolic reflector and a lens that is in contact with the half LEDs of spherical surface and has a diameter equal to that of the LED housing, the foci of the lenses and parabolic reflectors are aligned with LEDs emitting centers, and the lenses are integral with the lamp window.