WO2010100289A1 - Dispositivo de iluminación - Google Patents

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WO2010100289A1
WO2010100289A1 PCT/ES2009/000123 ES2009000123W WO2010100289A1 WO 2010100289 A1 WO2010100289 A1 WO 2010100289A1 ES 2009000123 W ES2009000123 W ES 2009000123W WO 2010100289 A1 WO2010100289 A1 WO 2010100289A1
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Inventor
Hernán CORTES PASTOR
Salvador Gomar Calatayud
Original Assignee
Kokoh Investigación, S.L.
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    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]

Definitions

  • the proposed invention consists of a lighting device based on LED diodes, with deterrent elements of the temperature, which allow to obtain the maximum performance, efficiency and durability of the LEDs.
  • the device can be configured for different consumptions depending on the place where it will be applied, with less heat emission and greater energy savings.
  • White light LEDs are blue diodes that emit light at a wavelength of about 460 nm, coated with a layer of phosphorus derivatives.
  • the phosphor absorbs blue light and sends different wavelengths in the visible spectrum, generating white light. They are based on semiconductors of
  • the diode cathode is directly connected to a small parabolic reflector that in turn serves as an output terminal.
  • the positive pole of the diode is welded to the output terminal, anode, through a thin metallic conductor, usually gold.
  • the diode is coated with a phosphorus derivative film that gives it a yellowish hue.
  • the set is encapsulated in an epoxy resin of optical quality (high transparency) that serves as support, protection and focusing optics.
  • LED lighting is its low consumption, about 10 times less than that of a halogen bulb.
  • useful life of the Led is also greater than the focus; during the same period with the light on, the said halogen spotlight would have to be replaced about 16 times.
  • LED lamps do not require a starting time to reach their optimum brightness levels. At the same time that energy consumption and general operating costs are reduced. Lighting through LED diodes in the streets has the potential, according to researchers, to reduce light pollution.
  • the powerful LEDs that are currently in the market are in full condition for use in street luminaires as they comply with the standard regulations for levels and uniformity of luminance, compared to other technologies. That is, what is required It is the uniformity of public lighting, capable of eliminating problems of glare, excessive concentration of the light beam and visibility, improving safety.
  • LED lamps and traffic lights do not need to be replaced as frequently, reducing bills in street lighting, traffic jams, even facilitating their replacement.
  • LED-based street lighting offers the benefit of a more natural representation of colors that can help improve safety.
  • the diodes allow adjusting the color temperature to a specific public lighting application, which does not have this alternative with conventional lighting technologies.
  • the proposed invention consists of a lighting device based on LED diodes, which can be configured for different consumptions depending on where it is to be applied. Its effectiveness is greater than mercury vapor, sodium vapor and even the new generation of halides, producing less heat emission and contributing more to energy savings.
  • One of the fundamental characteristics of its design is that a completely waterproof lamp is achieved, so that it can be used as a direct focus of lighting, and allowing to eliminate the large protection structures of the current spotlight heads.
  • the light distribution achieved is more homogeneous than any of the alternatives that currently exist in the market.
  • the useful life is also improved with respect to any other of the alternatives and its ability to minimize wasted light causes energy demands to fall further by reducing the lighting needs for a determined area of the street.
  • the light distribution can be controlled for each of the LEDs, the target area can be effectively illuminated without the pollution created by single light beam solutions.
  • One of the objectives of the proposed device is to be able to manufacture lamps with LED technology with different powers, according to the needs of the market. In addition, it allows the replacement of all types of lamps that are currently in use, simply by changing the pitch and size of the bushing or connecting element.
  • the proposed lighting device will have a universal input voltage.
  • Each module has a very stable brightness control because the electronic design is responsible for maintaining a constant power in each LED regardless of the temperature of the junction or air currents. Its design is easy to assemble for both indoor and outdoor use luminaires, adapting to the needs of the customer and the amount of light needed, so that more or less amount of LEDs will be placed.
  • the working temperature is an important factor to take into account in the use of LEDs. Therefore, in the present invention a series of temperature deterrent elements has been designed to obtain the maximum performance, efficiency and durability allowed by the LEDs. This design is universal, since it allows, without changing base structures, to manufacture light emitters, from an LED to the quantity that allows the location of the finished product, fulfilling the requirements demanded by the manufacturer of the
  • the proposed lighting device comprises a printed circuit board, protected by a diffuser element, and supported on the opposite side on a support base of the main part of the device, the heat dissipating means.
  • These dissipating media consist of discs heatsinks of different sizes, so that they increase their size from the lower part to the upper part of the support base.
  • the number of dissipating disks depends on the necessary light power, so that the more power required, the greater the number of disks, and therefore, only the size of the support base should be modified.
  • a protective chamber has been created for the isolation of the power supply comprising the LEDs, through two protective covers.
  • the control of the lighting device is carried out through at least one controller, which will be modified according to the power needs to control the LEDs.
  • the controllers for example, can control around 6 LEDs, so that if a part melts, the device can continue to operate without producing a total blackout of the product.
  • the set of protective caps, power supply with LED and controller is inside a housing that protects all these elements, and that connects with a means of connection, which can be a threaded element to a lampholder, connection through contact, connection strips, or any other similar where the power enters.
  • Figure 1 shows a sectional view of the device of the invention, where all the elements of the device and their arrangement are appreciated.
  • Figure 2 shows the same sectional view of Figure 1, but looking at the exploded elements.
  • Figure 3 shows a view of the external part, laterally, of the device of the invention, where the rings arranged in the dissipating element are all the same.
  • Figure 4 shows, in its left part (A), a view of the external part, laterally, of another preferred embodiment of the invention, where the rings arranged in the dissipating element increase their length from the housing towards the area of the printed circuit with LEDs; while in the right part (B) a front view of the printed circuit is shown with the LEDs arranged on the base (10), so that the diffuser element (12) has been eliminated in this representation.
  • Figure 5.- shows an enlarged sectional view of the heat sink element.
  • connection means (1) that is coupled to the lampholder, through which the power enters.
  • Said connection means (1) can be a threaded bushing, as illustrated in the figures, or the connection can be made by contacts, connection strips or any other similar one that can be applied. It adapts to existing lamps, so replacing old lighting elements is easy and fast, without the need for Change base structures.
  • the device as a whole is watertight, so that it not only adapts to existing structures, but also eliminates complexity and protection elements of the device, since said watertightness allows direct illumination without the need for outside protection.
  • a housing (2) next to the connection means (1) protects the electronic elements, such as the controller (4) and the power supply (6).
  • each controller manages the operation of a certain number of electronic elements independently, so that in case of power failure of any of the groups of elements managed by the controller (4), the device would continue to operate with the rest of them. , without ever producing a complete blackout.
  • the device also has a printed circuit (11), designed to hold and connect the electronic elements. These electronic elements materialize in a plurality of LEDs, a number that will vary according to the desired light intensity.
  • Connection cables run inside the device, from the connection means (1) for connection to the power supply, through the controller (4), the power supply (6) and the printed circuit (11).
  • a diffuser element (12) As a final cover of the device, seen outside, there is a diffuser element (12) whose design is a function of the emission and projection angle, as well as the required dispersion or concentration, according to the needs.
  • This dissipating element (13) consists of a base structure
  • Another of the fundamental parts of the invention consists in the creation of a heat insulation chamber inside the housing (2) inside the housing (2).
  • the only temperature existing inside the housing (2) is that provided by the power supply (6) and the controller (4).

Abstract

Dispositivo de iluminación que comprende un elemento de unión (1) que se acopla al portalámparas, una carcasa (2) de protección que dispone de, al menos, un controlador (4) y la fuente de alimentación (6), un circuito impreso (11), destinado a sostener y conectar los elementos electrónicos, cables de conexión (3), y un elemento difusor, donde entre la carcasa (2) de protección y el circuito impreso (11) se coloca un elemento disipador (13) del calor, siendo los elementos electrónicos dispuestos sobre el circuito impreso (11) una pluralidad de LED. Además, se crea una cámara de aislamiento del calor a través de dos placas protectoras (5, 7) de la fuente de alimentación (6), donde la única temperatura existente es la proporcionada por el controlador (4) y la fuente de alimentación, y siendo además el conjunto del dispositivo estanco.

Description

DISPOSITIVO DE ILUMINACIÓN
DESCRIPCIÓN
Dispositivo de iluminación
Objeto de Ia invención
La invención que se propone consiste en un dispositivo de iluminación basado en diodos LED, con elementos disuasorios de Ia temperatura, que permiten obtener el máximo rendimiento, eficacia y durabilidad de los LED. El dispositivo puede configurarse para diferentes consumos dependiendo del lugar donde se vaya a aplicar, con menor emisión de calor y mayor ahorro energético.
Antecedentes de Ia invención
Cuando las necesidades hacen economizar en el consumo de energía eléctrica se tiende a reducir el consumo disminuyendo Ia potencia de las lámparas y tubos. Esto dificulta Ia visión, pudiendo provocar dolores de cabeza, fatiga en Ia visión y hasta accidentes por mala iluminación. Empresas fabricantes de LED de potencia están desarrollando siempre nuevos dispositivos con los que se logra no sólo prolongar Ia vida de Ia lámpara, sino que además consigue ahorro energético.
Los LED de luz blanca son diodos azules que emiten luz a una longitud de onda de unos 460 nm, recubiertos de una capa de derivados de fósforo. El fósforo absorbe Ia luz azul y Ia remite a diferentes longitudes de onda en el espectro visible, generando luz blanca. Están basados en semiconductores de
Nitruro de Indio y Galio. El cátodo del diodo se encuentra unido directamente a un pequeño reflector parabólico que a su vez sirve de terminal de salida. El polo positivo del diodo se encuentra soldado al terminal de salida, ánodo, a través de un fino conductor metálico, normalmente de oro. El diodo se encuentra recubierto de una película del derivado de fósforo que Ie da una tonalidad amarillenta. El conjunto se encuentra encapsulado en una resina epoxílica de calidad óptica (alta transparencia) que sirve de soporte, protección y óptica de enfoque.
Una ventaja importante de Ia iluminación con LED es su bajo consumo, alrededor de 10 veces menos que el de un foco halógeno. Además, Ia vida útil de los Led también es superior al foco; durante el mismo periodo con Ia luz encendida, se tendrían que sustituir unas 16 veces el citado foco halógeno.
Actualmente, el vapor de sodio de alta presión, de uso común en el alumbrado público de gran parte de Europa, brinda una eficacia de 85 lúmenes por vatio, Ia tecnología LED va camino de superar los 150 lúmenes por vatio, incrementándose esta cifra a medida que se progresa en el desarrollo de semiconductores.
El mercurio utilizado en sistemas más antiguos de alumbrado implica grandes peligros medioambientales. Al contrario que las lámparas de sodio, las lámparas LED no requieren un tiempo de arranque para llegar a sus niveles óptimos de luminosidad. Al mismo tiempo que se disminuye el consumo de energía y los costos generales de operación. La iluminación a través de diodos LED en las calles tiene el potencial, según los investigadores, de reducir Ia contaminación lumínica.
Los potentes LED que se encuentran en este momento en el mercado están en plenas condiciones para utilizarlos en luminarias de las calles ya que cumplen con los reglamentos estándar para niveles y uniformidad de luminancia, en comparación con otras tecnologías. Es decir, Io que se requiere es la uniformidad del alumbrado público, capaz de eliminar problemas de deslumbramiento, de excesiva concentración del haz luminoso y de visibilidad, mejorando Ia seguridad.
Gracias a su mayor longevidad, los LED de farolas y semáforos no necesitan ser reemplazados con tanta frecuencia, disminuyendo las facturas en el alumbrado público, atascos, incluso facilitando su sustitución.
El alumbrado público basado en LED ofrece el beneficio de una representación más natural de los colores que puede ayudar a mejorar Ia seguridad. Los diodos permiten ajustar Ia temperatura del color a una aplicación de alumbrado público específica, que con las tecnologías de iluminación convencional no se dispone de esta alternativa.
Descripción de Ia invención
La invención que se propone consiste en un dispositivo de iluminación basado en diodos LED, que puede configurarse para diferentes consumos dependiendo del lugar donde se vaya a aplicar. Su eficacia es mayor que el vapor de mercurio, vapor de sodio e incluso Ia nueva generación de haluros, produciendo menor emisión de calor y contribuyendo en mayor medida al ahorro energético. Una de las características fundamentales de su diseño es que se consigue una lámpara totalmente estanca, de manera que puede utilizarse como foco directo de iluminación, y permitiendo eliminar las grandes estructuras de protección de las cabezas de focos actuales.
La distribución lumínica que se consigue es más homogénea que cualquiera de las alternativas que existe actualmente en el mercado. La vida útil también se mejora respecto a cualquier otra de las alternativas y su capacidad para minimizar Ia luz desperdiciada hace que desciendan aun más las demandas de energía al reducir las necesidades de alumbrado para un área determinada de Ia calle. Como Ia distribución luminosa se puede controlar para cada uno de los LED se puede iluminar eficazmente Ia zona de destino sin Ia polución creada por soluciones de haz de luz único.
Uno de los objetivos del dispositivo propuesto consiste en poder fabricar lámparas con tecnología LED con distintas potencias, según las necesidades del mercado. Además, permite Ia sustitución de todo tipo de lámparas que se encuentran actualmente en uso, simplemente cambiando el paso y tamaño del caequillo o elemento de unión.
El dispositivo de iluminación propuesto presentará un voltaje de entrada universal. Cada módulo tiene un control de luminosidad muy estable debido a que el diseño electrónico se encarga de mantener una potencia constante en cada LED independientemente de Ia temperatura de Ia unión o de corrientes de aire. Su diseño es de fácil montaje para luminarias tanto de uso interior como exterior, adaptándose a las necesidades del cliente y Ia cantidad de luz necesarios, de manera que se colocarán más o menos cantidad de LED.
La temperatura de trabajo es un factor importante a tener en cuenta en Ia utilización de LED. Por eso, en Ia presente invención se ha diseñado una serie de elementos disuasorios de temperatura, para obtener el máximo rendimiento, eficacia y durabilidad permitida por los LED. Este diseño es universal, ya que permite, sin cambiar estructuras bases, fabricar emisores de luz, desde un LED hasta Ia cantidad que permita el lugar de ubicación del producto terminado, cumpliendo los requisitos exigidos por el fabricante del
LED.
De este modo, el dispositivo de iluminación propuesto comprende una placa de circuito impreso, protegida por un elemento difusor, y apoyado por el lado contrario sobre una base sustentadora de Ia parte principal del dispositivo, los medios disipadores del calor. Estos medios disipadores consisten en discos disipadores de diferentes tamaños, de manera que aumentan su tamaño desde Ia parte inferior a Ia parte superior de Ia base sustentadora. El número de discos disipadores depende de Ia potencia lumínica necesaria, de manera que a más potencia requerida, mayor número de discos, y por tanto, únicamente habría que modificar el tamaño de Ia base sustentadora. Por debajo de Ia parte inferior de Ia base sustentadora se ha creado una cámara protectora para el aislamiento de Ia fuente de alimentación que comprende los LED, a través de dos tapas protectoras.
El control del dispositivo de iluminación se realiza a través de al menos un controlador, que se modificará en función de las necesidades de potencia para controlar los LED. Los controladores, por ejemplo, pueden controlan alrededor de 6 LED, de manera que si se funde una parte, el dispositivo puede seguir funcionando sin producirse un apagón total del producto.
El conjunto de las tapas protectoras, fuente de alimentación con LED y controlador, se encuentra dentro de una carcasa que protege todos estos elementos, y que conecta con un medio de unión, que puede se un elemento roscante a un portalámparas, conexión a través de contacto, regletas de conexión, o cualquier otro similar por donde entra Ia alimentación.
Descripción de los dibujos
Para completar Ia descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, de acuerdo con un ejemplo preferente de Ia realización práctica del mismo, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado Io siguiente: La Figura 1.- muestra una vista de corte del dispositivo de Ia invención, donde se aprecian todos los elementos del dispositivo y Ia disposición de los mismos.
La Figura 2.- muestra Ia misma vista de corte de Ia Figura 1 , pero viendo los elementos en despiece.
La Figura 3.- muestra una vista de Ia parte externa, lateralmente, del dispositivo de Ia invención, donde los anillos dispuestos en el elemento disipador son todos iguales.
La Figura 4.- muestra, en su parte izquierda (A), una vista de Ia parte externa, lateralmente, de otra realización preferente de Ia invención, donde los anillos dispuestos en el elemento disipador aumentan su longitud desde Ia carcasa hacia Ia zona del circuito impreso con los LED; mientras que en Ia parte derecha (B) se muestra una vista frontal del circuito impreso con los LED dispuesta sobre Ia base (10), de manera que se ha eliminado en esta representación el elemento difusor (12).
La Figura 5.- muestra una vista ampliada de corte del elemento disipador del calor.
Realización preferente de Ia invención
La presente invención trata de un dispositivo de iluminación que comprende un medio de unión (1 ) que se acopla al portalámparas, por donde entra Ia alimentación. Dicho medio de unión (1 ) puede ser un casquillo roscante, como se ilustra en las figuras, o bien puede realizarse Ia conexión por contactos, regletas de conexión o cualquier otro similar susceptible de aplicación. Se adapta a las lámparas existentes, por Io que Ia sustitución de los antiguos elementos de iluminación resulta fácil y rápida, sin necesidad de cambiar estructuras bases. El conjunto del dispositivo es estanco, por Io que no sólo se adapta a las estructuras existentes, sino que elimina complejidad y elementos de protección del dispositivo, pues dicha estanqueidad permite una iluminación directa sin necesidad de resguardo del exterior. Una carcasa (2) junto al medio de unión (1 ) protege los elementos electrónicos, tales como el controlador (4) y Ia fuente de alimentación (6).
Puesto que se trata de un dispositivo que se adapta a las necesidades, puede llevar un controlador (4) o más, dependiendo del número de elementos electrónicos y su control. Así, cada controlador gestiona el funcionamiento de un determinado número de elementos electrónicos de manera independiente, de modo que en caso de apagón de alguno de los grupos de elementos que gestiona el controlador (4), el dispositivo seguiría funcionando con el resto de los mismos, sin producirse nunca un apagón por completo.
El dispositivo dispone además de un circuito impreso (11 ), destinado a sostener y conectar los elementos electrónicos. Estos elementos electrónicos se materializan en una pluralidad de LED, número que variará según Ia intensidad lumínica que se desee. Unos cables de conexión recorren el interior del dispositivo, desde el medio de unión (1 ) de conexión a Ia alimentación, pasando por el controlador (4), Ia fuente de alimentación (6) y el circuito impreso (11 ). A modo de tapa final del dispositivo, vista al exterior, se dispone de un elemento difusor (12) cuyo diseño está en función del ángulo de emisión y proyección, así como de Ia dispersión o concentración requerida, según las necesidades.
Entre Ia carcasa (2) de protección y el circuito impreso (11 ) se coloca un elemento disipador (13) del calor. Esta es Ia parte fundamental del dispositivo, pues consigue que el calor circule con mayor velocidad obteniendo una mayor refrigeración. Este elemento disipador (13) consiste en una estructura base
(10), con un tubo central (14), a través del cual pasan los cables (3) de conexión, con un elemento base de sujeción (8) que acopla con Ia carcasa (2). Entre Ia base (10), el tubo (14) y el elemento base de sujeción (8) se colocan los discos disipadores (9), que pueden adoptar todos Ia misma forma o aumentar su longitud en sentido ascendente desde el elemento base de sujeción (8) hacia Ia base (10), consiguiendo de este modo mejores resultados.
Otra de las partes fundamentales de Ia invención consiste en Ia creación de una cámara de aislamiento del calor en el interior de Ia carcasa (2) en el interior de Ia carcasa (2). Para conseguirlo, se han dispuesto, por un lado, una placa protectora (7) entre el elemento disipador (13) y Ia fuente de alimentación (6), y por otro lado, una placa protectora (5) entre el controlador (4) y Ia fuente de alimentación (6). De este modo Ia única temperatura existente en el interior de Ia carcasa (2) es Ia proporcionada por Ia fuente de alimentación (6) y el controlador (4).

Claims

REIVINDICACIONES
1.- Dispositivo de iluminación que comprende un elemento de unión (1 ) que se acopla al portalámparas o similar, por donde entra Ia alimentación, una carcasa (2) de protección de los elementos electrónicos, en cuyo interior se dispone de, al menos un controlador (4), y Ia fuente de alimentación (6), un circuito impreso (11 ), destinado a sostener y conectar los elementos electrónicos, cables de conexión (3) de los diferentes elementos, un elemento difusor (12) que protege el circuito impreso (11 ), caracterizado porque entre Ia carcasa (2) de protección y el circuito impreso (11 ) se coloca un elemento disipador (13) del calor, siendo los elementos electrónicos dispuestos sobre el circuito impreso (11 ) una pluralidad de LED.
2.- Dispositivo de iluminación, según reivindicación anterior, caracterizado porque su estructura es estanca, quedando su interior aislado de cualquier agente externo, pudiendo utilizarse como foco directo de iluminación, y permitiendo eliminar las grandes estructuras de protección de las cabezas de focos actuales.
3.- Dispositivo de iluminación, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el elemento disipador (13) del calor consiste en una estructura base
(10), con un tubo central (14) a través del cual pasan los cables (3) de conexión, con un elemento base de sujeción (8) que acopla con Ia carcasa (2), colocando entre Ia base (10), el tubo (14) y el elemento base de sujeción (8) unos discos disipadores (9), de manera que el calor circule con mayor velocidad obteniendo una refrigeración óptima.
4.- Dispositivo de iluminación, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque todos los discos disipadores (9) son iguales.
5.- Dispositivo de iluminación, según reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque Ia longitud de los discos disipadores (9) va en sentido ascendente desde el elemento base de sujeción (8) hacia Ia base (10).
6.- Dispositivo de iluminación, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque en el interior de Ia carcasa (2), se dispone de una placa protectora (7) entre el elemento disipador (13) y Ia fuente de alimentación (6), y una placa protectora (5) entre el controlador (4) y Ia fuente de alimentación (6), de manera que crean una cámara de aislamiento del calor donde Ia única temperatura existente en el interior de Ia carcasa (2) es Ia proporcionada por Ia fuente de alimentación (6) y el controlador (4).
7.- Dispositivo de iluminación, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque cada controlador (4) gestiona de manera independiente el funcionamiento de un conjunto de LED de Ia pluralidad de los mismos dispuestos en el circuito impreso (11 ), de modo que aunque se funda una parte de Ia iluminación sigue cumpliendo su función lumínica.
8.- Dispositivo de iluminación, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el diseño del elemento difusor (12) está en función del ángulo de emisión y proyección, así como de Ia dispersión o concentración requerida, según las necesidades.
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