专利名称：凹槽式嵌顶灯改造型照明设备的制作方法
技术领域：
在各种实施例中，本发明涉及照明设备，尤其涉及包括发光二极管的照明设备。
背景技术：
最常见的照明器具之一是凹槽式嵌顶灯(RCD)，其是包含灯泡的底开式筒形件，所述灯泡通常是白炽灯泡。所述器具通常连接至50/60Hz、120 277伏特的输电线。RCD —般在施加吊顶材料(诸如灰泥或石膏板)之前建筑物建造期间安装。因此，RCD不容易在使用期间被移除或实质性地再配置。RCD 一般还容纳各种型号的白炽灯泡(在4英寸直径的RCD中包括A19 (常见的螺口灯座的灯泡)、PAR20、PAR16、R16、R20等，其中，数字标号是指灯泡的直径，字母是指灯泡类型或形状)。这些灯泡都具有不同的整体尺寸(即，长度、宽度和直径)，并具有各种光分布性能。例如，各种灯泡具有窄的、中等的或宽(泛光)的分布。因此，RCD的内部特征被构造为容纳许多的(即使不是全部)各种灯泡类型。这样的特征包括调节灯泡插座以及覆盖器具的底部的各种“面板”的垂直位置并提供与吊顶齐平适配的装饰面的机构。此外，面板可包含引导并散布光的凹形反射器。因为存在许多不同的灯泡和装饰面，所以除了容纳灯泡的各种隔离片以外，还存在非常多的修边环和光学器件组合。由此，针对要制造的每个RCD需要复杂的零件配置。因为LED具有非常高的效能(例如，与白炽灯或卤素灯的10-15流明每瓦特相比，LED为100流明每瓦特)和长的寿命(例如，10, 000-100, 000小时)，所以LED对于几乎所有的照明应用来说都是有吸引力的。然而，即使是专用的基于LED的嵌顶灯也具有仅与新构造兼容的缺点(在没有对整个照明系统和相关架构进行价格昂贵的大修的情况下)，由此不能用于改造大量的已有的基于白炽灯的RCD。此外，因为LED技术本身在快速变化，基于LED的器具随着LED技术以及对于性能极为重要的光学器件和冷却技术的改进而变得过时。基于LED的灯泡提供了一种合乎逻辑的选择。这些产品包含电子器件、光学器件和散热器，其形状要素均与要被替换的特定灯泡相同。然而这样的设计可能很难实现，并且一般需要严格控制功耗以维持足够低的工作温度从而避免热引起的过早失效。因此，这种LED灯泡的光输出通常大大低于它们替换的白炽灯泡的光输出。例如，来自LightingSciences的PAR20LED灯具有350流明的额定输出，而传统的50瓦特的PAR20白炽灯泡具有600-750流明的范围的光输出。此外，灯泡产品的替换意味着处置和替换整套的电子器件、光学器件和散热器——这是一个昂贵并且浪费的提议。由此，需要基于LED的RCD的改造型设备，该改造型设备与较大范围的不同尺寸和/或形状的RCD器具兼容，并且可容易地利用不同的光源和/或相关电子器件进行升级。
发明内容
本发明的实施例有利地能够改造标准的基于白炽灯或卤素灯的RCD并且还简化了随着技术改进的可能的升级并降低了升级的成本。这些实施例具有以下优点中的一些或全部:I)电子器件、光学器件和冷却元件的模块化。2)对已有的RCD的向后兼容。3)随着技术发展在本领域中可更新。4)平台上所需的产品数量的减少。5)与现有的灯泡底座兼容而不受其限制。6)与要替换的灯泡无关但符合已有的RCD器具的体积。本发明的实施例通常包括分立式驱动器模块和可兼容插头的底座(B卩，与用于白炽灯泡或卤素灯泡的插座兼容的连接器，例如，A19螺口样式的底座)，驱动器模块的特征在于用于对LED光源供电并控制LED光源的电路。驱动器模块电连接至分立式照明模块，照明模块的特征在于至少一个LED和用于安装在RCD器具内的机构。所述两个模块一般由提供它们之间的电连接的电缆链接；优选地，该电缆表示所述模块之间的唯一物理链接。如这里所使用的，术语“线缆”和“电缆”是指任何的用于传导电信号和/或电力的一个或多个线缆、电线或其他电缆管。在本发明的各种实施例中，照明模块包括温度传感器，该温度传感器用于感测LED的温度和/或环境温度，并且驱动器模块包括热反馈电路，该热反馈电路用于基于所感测到的温度来控制对LED的供电。照明模块可以包括集成或可移除的散热器，并且散热器可以适配在修边环内。修边环可以具有基本上隐藏散热器但允许空气循环和/或对流的通风口。散热器可以不物理或热连接至驱动器模块，并且其可以由主动式冷却元件(例如风扇或可从德克萨斯州奥斯汀的Nuventix公司获得的Synjet模块)来增补或替换。在各种实施例中，连接所述两个分立式模块的电缆具有足够的和/或可调节的长度，从而允许具有相同驱动器模块和照明模块的各种不同尺寸的RCD器具的改造。照明模块和/或其可选光学器件可以位于例如万向架上以使得所发射的光能够对准期望方向。由此，本发明的各种实施例提供与已有的RCD向后兼容的LED光源。典型的RCD被设计为将许多灯泡容纳在单个器具内，但是需要许多附件来这样做。相反，根据本发明实施例的基于LED的改造在不需要附件的情况下适应于各种各样的RCD体积。一般地，设备采用标准RCD外壳并且包括允许对流并便于使用可替换的照明模块的修边环(也可以是装饰性的)。由此，设备可以被用在包括基于白炽灯和/或卤素灯的RCD的已有装置中。在一个方面，本发明的实施例的特征在于:一种照明设备，包括或主要由分立式驱动器模块和分立式照明模块组成，驱动器模块和照明模块总地按尺寸适配在凹槽式照明器具内。分立式照明模块被配置为电连接至驱动器模块但若无电连接则其与驱动器模块物理分离。分立式驱动器模块包括或主要由以下组成(i )用于对至少一个发光二极管供电并控制该至少一个发光二极管的电路和(ii )与用于白炽灯泡或卤素灯泡的插座兼容的连接器。分立式照明模块包括或主要由以下组成:至少一个发光二极管，和用于将照明模块安装在凹槽式照明器具的机构。
本发明的实施例的特征在于以下各种组合中的任意一个或多个。照明模块可以包括散热器和/或主动式冷却元件。照明设备可以包括修边环，修边环被配置为与照明器具的边缘和照明模块的至少一部分重叠。修边环可以包括多个开口，从而能够实现照明模块的对流冷却。照明设备可以包括用于经由开口中的至少一个发光从而提供装饰性照明的发光二极管(可以不同于用于直接照明的照明模块上的发光二极管)。电缆可以电连接驱动器模块和照明模块。电缆可以是驱动器模块和照明模块之间的仅有物理连接。电缆可以基本上不对照明模块提供物理支撑。电缆可以是从驱动器模块和/或照明模块可拆卸的，从而该电缆能利用具有不同长度的第二电缆来替换。照明模块可以是从电缆可拆卸的，从而该照明模块能利用不同于该照明模块的第二照明模块来替换。安装机构可以包括或主要由一个或多个弹簧夹子组成。驱动器模块可以包括环境温度传感器和/或用于测量至少一个发光二极管的温度(即，由发光二极管的工作期间生成的热所产生的温度)的温度传感器。驱动器模块可以包括用于基于所测量得到的温度来控制流向至少一个发光二极管的电流的电路。照明模块可以没有用于对发光二极管供电并控制该发光二极管的电路。在另一方面，本发明的实施例的特征在于一种用于升级照明设备的方法，该照明设备至少部分设置在凹槽式照明器具内，凹槽式照明器具包括用于白炽灯泡或卤素灯泡的插座。将分立式驱动器模块连接至插座，驱动器模块包括或主要由以下组成(i)用于对至少一个发光二极管供电并控制该至少一个发光二极管的电路和(ii )与插座兼容的连接器。将分立式照明模块安装在凹槽式照明器具内，照明模块包括至少一个发光二极管并且电连接至驱动器模块且若无电连接则其与驱动器模块物理分离。驱动器模块和照明模块总地适配在凹槽式照明器具内。通过参考以下说明书、附图和权利要求书，本发明的这些和其他目标以及优点和特征将变得更加明显。此外，应该理解，这里所述的各种实施例的特征不是相互排斥的，并且可以以各种组合和排列存在。如这里所使用的，除了特别指示以外，术语“基本上”和“大约”意思是±10%，并且在一些实施例中为±5%。术语“主要由…组成”意思是排除对功能有贡献的其他材料，在本文中以其他方式定义的除外。但是，这种其他材料可以是总地或单独地微量存在的。
在图中，相似的附图标记一般表示不同视图中的相同的部件。而且，图不必要按比例、突出，而是通常在于示出本发明的原理。在以下说明中，参考以下图说明本发明的各种实施例，其中:图1是根据现有技术的RCD器具的横截面示意图；以及图2是根据本发明各种实施例的基于LED的照明设备的横截面示意图。
具体实施例方式图1示出根据现有技术的标准RCD器具100。器具100通常容纳白炽灯泡或卤素灯泡110并且对白炽灯泡或卤素灯泡110供电，电力经由例如连接到器具100所在的建筑物的AC输电线的电缆管120来供给。器具100包括槽130，该槽通常凹进吊顶140中。器具100还包括电插座150，该电插座与灯泡110的电连接器兼容。如上详细所述，由于器具100的固定尺寸，将器具100改造为与不同类型或尺寸的灯泡110兼容是困难的或是不可能的。图2示出根据本发明各种实施例的照明设备200。如所示出的，照明设备200包括或主要由分立式驱动器模块210和分立式照明模块220组成。驱动器模块210和照明模块220总地按尺寸适配在RCD器具或槽130内，并且可以由此被用作图1所示的灯泡110的替代照明产品。RCD器具通常是圆柱形的，并且器具的横截面可以是圆形的、方形的或者具有其他形状。一般来说，器具安装至建筑物中的结构元件，诸如吊顶梁，并且可以经由电缆管120和接线盒(未示出)连接至建筑物电力系统。在本发明的优选实施例中，驱动器模块210和照明模块220例如经由电缆230电连接，但是若无电缆230则是物理分离的。由此，电缆230可以是模块210、220之间的仅有物理连接。如所示出的，电缆230 —般具有足以使照明模块220靠近RCD器具的开口定位的长度，但是可以具有更短或更长的长度，从而便于从RCD器具移除设备200的至少一部分以及便于随后在具有不同尺寸、例如不同深度(即凹进吊顶140的深度)的不同RCD器具内进行替换。由此，在本发明的许多实施例中，电缆230基本上不对照明模块220提供物理支撑。相反，照明模块220优选地经由安装机构240定位于RCD器具内，安装机构240可以包括或主要由例如一个或多个弹簧或弹簧夹子(可以被涂覆以增强它们针对RCD器具的内表面的摩擦力)组成。本发明的优选实施例的模块设计不需要将模块210、220容纳在RCD器具内的专用“套筒”或其他插件。电缆230可以是从驱动器模块210和/或照明模块220可拆卸的，从而允许替换或升级模块210、220或电缆230中的任一者。例如，电缆230可以在一端或两端处终止于可移除卡扣式连接器中。照明模块220的特征在于一个或多个LED250，LED250可以是封装的(例如具有集成的光学器件和/或封装)和/或基本未封装的(例如，裸片)，并且可以单独地和/或总地发射包括白光的各种颜色的光中的任一者。光学器件260 (例如，折射、漫射或聚焦透镜)可以集成地或可移除地连接至LED250中的一个或多个以在特定方向上引导从LED250发射的光或者为光赋予期望图案或颜色。如上所述，整个照明模块220可以被安装，例如被安装在万向架上，以便于从其发射的光对准期望方向。修边环270可以对吊顶140和RCD器具之间的接口提供装饰性覆盖，并且优选覆盖它们之间的接缝。修边环270还可以便于经由一个或多个通风口 280 (例如天窗或网栅)与外部空气交换，同时掩盖设备200在RCD器具内的部分。在一些实施例中，利用所述开口创建装饰性特征，例如通过来自照明模块220中的一个或多个(在一些实施例中专用的)LED的光所创建的照明图案。(这种装饰性照明优选地区别于直接从RCD器具中的LED250发出的直接照明。)修边环270可以附接至安装机构240并且还可以对照明模块220提供机械支撑。照明模块220可以基本上齐平地安装至修边环270或者可以是凹进的以降低眩光。照明模块220可以通过一个或多个销钉、夹具或其他合适的紧固件而可移除地附接至修边环270。如所示出的，修边环270通常与RCD器具的边缘和照明模块220的至少一部分重叠。尽管在一些实施例中，LED250和/或光学器件260在RCD器具内直接可见，但在其他实施例中，修边环270包括隔板285，例如漫射隔板，以降低眩光或产生期望的照明图案和/或颜色。优选地，散热器290集成地或可移除地附接至照明模块220以便于热量从LED250的传导和/或对流。散热器290可以具有多个翅片或其他突起物以增大其表面面积，并且其可以由主动式冷却元件(例如风扇或可从德克萨斯州奥斯汀的Nuventix公司获得的Synjet模块)来增补或替换。由于驱动器模块210和照明模块220之间的物理分离，散热器290通常既不物理连接也不热连接至驱动器模块210。在本发明的各种实施例中，照明模块220还包括一个或多个温度传感器295 (例如，热敏电阻或其他传感器)，用于感测LED250的工作温度和/或RCD器具内或紧挨外部的环境温度。由此，温度传感器可以直接热耦合至LED250中的一个或多个。所感测到的温度可以由驱动器模块210用来控制照明模块220，如下所述。在其他实施例中，一个或多个传感器295可以是占用传感器和/或环境光水平传感器，并且照明模块220的特征可以在于代替上述温度传感器的这些类型的传感器，或除了上述温度传感器以外的这些类型的传感器。本领域技术人员公知的这些传感器295检测来自安装照明设备200的房间的占有人的运动和/或热量、和/或房间中的环境光的水平。这种传感器295的输出还可以由驱动器模块210用来控制照明模块220。例如，当环境光的水平减小至一阈值水平以下和/或当在房间内检测到占有人时，驱动器模块210可以引导LED250照明。类似地，当环境光的水平增大至一阈值水平以上和/或当在特定时间量期间未检测到占有人时，驱动器模块210可以引导LED250全部熄灭或关闭。如图2所示，驱动器模块210包括直接连接至(拧进或插入)电插座150并接收电力(例如从AC输电线)的连接器。驱动器模块210优选地包含将这种电力转换成适于驱动LED250的形式(例如DC电流)的电子器件。如本领域技术人员所理解的，驱动器模块210还可以包括适于与LED250 —起工作的调光器、变压器、整流器或镇流器，并且驱动器模块210的这些组件(和/或任何其他电路)可以设置在印刷电路板上。在优选实施例中，驱动器模块210还提供热反馈(或“返送”)以保护LED250，如在例如美国专利N0.7，777，430以及公开号为2010/0320499、2010/0176746( ‘6746申请)和2011/0121760的美国专利申请中所述，其全部内容通过引用包含于此。例如，驱动器模块210可以利用在照明模块220处感测到的温度来提供过温保护(即，供给至LED250的功率的降低)和/或经由例如热控制电子器件297切换和控制照明模块220内包含的任何主动式冷却系统(例如风扇)。驱动器模块210可以甚至包括在‘6746申请中描述的特征以实现双线温度感测并且由此将LED250维持在安全的工作温度范围内。驱动器模块210通常还提供与电源的电隔离，其是自给式的并可以包括诸如保险丝的其他特征。如图2所示，经由电缆230将电力从驱动器模块210供给至照明模块。这里所使用的术语和表达用作说明的术语而不是限制性的，并且在使用这种术语和表达时不意于排除所示出和所述特征的任何等价物或其部分，但是可以理解，各种修改在权利要求所请求的本发明的范围内是可能的。
权利要求
1.一种照明设备，包括: 分立式驱动器模块，包括(i)用于对至少一个发光二极管供电并控制所述至少一个发光二极管的电路jP(ii)与用于白炽灯泡或卤素灯泡的插座兼容的连接器； 分立式照明模块，被配置为电连接至所述驱动器模块但若没有电连接则其与所述驱动器模块物理分离，所述照明模块包括(I)至少一个发光二极管，和(ii)用于将所述照明模块安装在凹槽式照明器具内的机构， 其中，所述驱动器模块和所述照明模块总地按尺寸适配在所述凹槽式照明器具内。
2.根据权利要求1所述的照明设备，其中，所述照明模块包括散热器或主动式冷却元件中的至少一个。
3.根据权利要求1所述的照明设备，还包括修边环，所述修边环被配置为与所述照明器具的边缘和所述照明模块的至少一部分重叠。
4.根据权利要求3 所述的照明设备，其中所述修边环包括多个开口，由此能够实现所述照明模块的对流冷却。
5.根据权利要求3所述的照明设备，修边环还包括用于经由所述开口中的至少一个发光从而提供装饰性照明的发光二极管。
6.根据权利要求1所述的照明设备，还包括电连接所述驱动器模块和所述照明模块的电缆。
7.根据权利要求6所述的照明设备，其中所述电缆是所述驱动器模块和所述照明模块之间的仅有物理连接。
8.根据权利要求6所述的照明设备，其中所述电缆基本上不对所述照明模块提供物理支撑。
9.根据权利要求6所述的照明设备，其中所述电缆能够从所述驱动器模块和所述照明模块上拆卸，从而所述电缆能利用具有不同长度的第二电缆来替换。
10.根据权利要求6所述的照明设备，其中所述照明模块能够从所述电缆拆卸，从而所述照明模块能利用不同于所述照明模块的第二照明模块来替换。
11.根据权利要求1所述的照明设备，其中所述安装机构包括多个弹簧夹子。
12.根据权利要求1所述的照明设备，其中所述驱动器模块包括环境温度传感器。
13.根据权利要求1所述的照明设备，其中所述照明模块包括温度传感器，所述温度传感器用于测量所述至少一个发光二极管的温度。
14.根据权利要求13所述的照明设备，其中所述驱动器模块包括用于基于所测量得到的温度来控制流向所述至少一个发光二极管的电流的电路。
15.根据权利要求1所述的照明设备，其中所述照明模块没有用于对所述至少一个发光二极管供电并控制所述至少一个发光二极管的电路。
16.一种用于升级照明设备的方法，所述照明设备至少部分设置在凹槽式照明器具内，所述凹槽式照明器具包括用于白炽灯泡或卤素灯泡的插座，所述方法包括: 将分立式驱动器模块连接至所述插座，所述驱动器模块包括(i)用于对至少一个发光二极管供电并控制所述至少一个发光二极管的电路和(ii)与所述插座兼容的连接器；以及 将分立式照明模块安装在所述凹槽式照明器具内，所述照明模块(i )电连接至所述驱动器模块且若没有电连接则其与所述驱动器模块物理分离并且(ii )包括至少一个发光二极管， 其中，所述驱动器 模块和所述照明模块总地适配在所述凹槽式照明器具内。
全文摘要
在各种实施例中，照明设备(200)包括驱动器模块(210)和LED照明模块(220)，驱动器模块(210)和LED照明模块(220)总地按尺寸适配在被构造为与白炽灯泡或卤素灯泡一起使用的凹槽式照明器具内，从而便于在不移除或替换器具的情况下的LED更换。
文档编号F21V23/04GK103201554SQ201180054031
公开日2013年7月10日 申请日期2011年11月10日 优先权日2010年11月10日
发明者A·卡塔拉诺 申请人:特锐拉克斯有限公司