шахтный светильник индивидуального пользования

Формула изобретения

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, отличающийся 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 линз и параболических отражателей совмещены с излучающими центрами светодиодов, а линзы составляют единое целое с окном светильника.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к осветительному шахтному оборудованию индивидуального пользования.

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.

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.

Задачей изобретения является исключение указанных недостатков.

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.

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.

Фара 1 при помощи приспособления 2 крепится на каске шахтера. Электропитание фары осуществляется через соединительный шнур 3 от аккумуляторных батарей, расположенных в кожухе 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.

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.

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.

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.

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.

Количество светодиодов 7 в матрице 5 определяется необходимостью обеспечить требуемый световой поток светильника

Ф_св = NФ_сд,

где N - количество светодиодов 7 в матрице 5, Ф_сд - световой поток одного светодиода.

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.

Диаметр линзы 11 выбирается равным диаметру светодиода 7.

Фокальный параметр параболического отражателя 9 находится из выражения



где R_cд - радиус корпуса светодиода 7.

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



где



а - угол между осью светоизлучающей ячейки и касательной к поверхности линзы 11, проходящей через фокус параболического отражателя 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.

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.