固态照明设备和灯具的制作方法

文档序号:13426374
固态照明设备和灯具的制作方法
本发明涉及一种固态照明(SSL)设备,特别地涉及一种作为HPS(高压钠)替换灯或HID(高强度放电)替换灯的灯。本发明还涉及包括这样的固态照明设备的灯具。

背景技术:
现代社会正在见证朝向诸如LED应用的固态照明应用的转变。与诸如白炽和卤素光源的传统光源相比,这样的应用具有改善的寿命和优异的能耗特性。一个这样的应用领域是室外照明,其中传统上使用HPS和HIS灯来照亮室外区域,例如公共的室外区域,诸如街道、广场、高速公路等。在诸如美国的某些司法管辖区,要求这样的照明设备至少要在水平面上产生特定形状的照明分布,诸如美国的黑暗天空(DarkSky)标准,其定义了多种不同的光分布(例如,I-V类型的光分布)。例如,这些不同的光分布要支持满足不同居民关于其居住地附近室外光分布的要求。为了实现不同的光分布,灯具通常配备有反射器或特别地设计的光学结构。对于这样的室外照明应用而言,通常没有标准来控制由室外区域的用户(例如,驾驶员和行人)经历的眩光。然而,随着与诸如HPS或HID灯的传统对应物相比倾向于生成不同类型的发光分布的SSL设备的涌入,对用于室外照明应用的SSL设备的眩光控制的需求日益增加,例如以向行人提供更舒适的光分布并且向驾驶员提供更安全的光分布。这可以通过在灯具中提供光学元件来实现,例如,在SSL元件上方提供光学元件,以将SSL元件的发光输出整形在竖直平面中。然而,这样的解决方案通常需要针对具体应用或位置进行定制,因为发光分布的光学整形通常是如下的取向的函数,即,SSL设备在灯具中安装在该取向上。因此,需要用于室外照明应用的SSL设备,其可以被配置为产生不同的光分布(例如,美国黑暗天空标准的光分布中的至少一些)并提供更好的眩光控制。US2013/0128565A1公开了包括铰链连接的并且可在区域照明与点光照明之间重新配置的照明面板的照明器材。但是,它不是用于替换HPS或HID灯的。

技术实现要素:
本发明寻求提供一种解决这些需求中的至少一些需求的灯。本发明还寻求提供一种包括这样的灯的室外灯具。本发明由权利要求限定。根据一个方面,提供了一种用于替换HPS或HID灯的灯,包括:支撑元件,其包括从其延伸的安装轴,上述安装轴相对于灯的中心轴线基本平行并且相对于灯的中心轴线具有横向位移;多个模块,每个模块包括散热元件;多组固态照明元件,其中每组固态照明元件安装在上述模块中的一个模块的外表面上;其中至少一个模块安装在安装轴上并且围绕安装轴可旋转,使得上述至少一个模块可以在第一取向与第二取向之间枢转,在第一取向中,模块协作以限定具有内部体积的封闭结构,其用作烟囱结构,气体或气体混合物可以沿着灯的中心轴线的方向流过该烟囱结构;在第二取向中,至少一个模块远离至少一个相邻模块而枢转,以限定开放结构;以及保持器,用于保持支撑元件,上述保持器包括用于将灯连接到电源的灯头。灯头与用于要被替换的HPS或HID灯的插座兼容。本发明的灯可以通过改变可旋转地安装在安装轴上的至少一个模块的取向,即通过枢转可旋转地安装在安装轴上的至少一个模块,而容易地被重新配置为在水平面中生成不同的光分布。这改变了由至少一个模块承载的SSL元件的取向,从而导致由灯产生的发光分布的改变,而不需要一个或多个反射器来对发光分布进行重新整形。本发明的灯可以以成本高效的方式制造,因为可以使用相同的工艺装置来制造灯的各种模块。在第二取向中,远离相邻模块而枢转的至少一个模块的外表面可以面朝相邻模块的外表面的相同方向,以便将该至少一个模块的发光分布与由相邻模块上的SSL元件产生的光分布对齐。安装在安装轴上的至少一个模块可以具有包括安装构件的边缘部分,安装构件安装在安装轴上。这支持灯的直接组装,并且允许在开放取向与封闭取向之间由至少一个模块的SSL元件产生的相应发光分布的主要方向上的差异最大化,因为围绕该至少一个模块的边缘枢转该至少一个模块确保了该至少一个模块的最大位移。在一个实施例中,一对模块安装在安装轴上,使得上述一对模块的相应边缘部分面朝彼此。这增加了灯的可重配性。外表面可以是弯曲的表面,使得封闭结构具有基本为柱形的形状。因此,模块在封闭结构中协作以形成由模块界定的烟囱结构。换言之,例如与中心轴线对准的空隙或腔体可以由模块界定,由于散热元件与烟囱结构中的气体或气体混合物(例如,空气)之间的有效的热传递,这具有对模块上的SSL元件特别有效的热管理的优点。灯还可以包括锁定元件,其用于将安装在安装轴上的至少一个模块锁定在第一取向或第二取向中,以固定该至少一个模块,从而防止该至少一个模块意外地重新取向。例如,安装轴可以包括螺纹式端部;并且锁定元件可以包括用于与螺纹式端部接合的螺母或螺钉,以实现这样的锁定元件。在一个实施例中,支撑元件包括一对安装轴,其中至少一个模块可旋转地安装在每个安装轴上。这进一步增加了灯的可重配性。安装轴可以在相对的方向上偏移相同的量,以保持灯的对称性。在一个特别有利的实施例中,每个模块还包括可调整地安装在一组固态照明元件之上的光学元件,其中光学元件可以在第一位置与第二位置之间调整,上述光学元件包括第一透镜部分和第二透镜部分,第一透镜部分用于在上述第一位置将一组固态照明元件的发光输出引导到第一方向上;第二透镜部分与第一透镜部分在空间上分开,第二透镜部分用于在上述第二位置将一组固态照明元件的发光输出引导到不同于第一方向的第二方向上。例如,该光学元件支持在竖直方向上对由SSL元件的相应组产生的发光分布进行整形,从而支持改进的眩光控制,因为可以容易地根据灯具中灯的安装位置来调整发光分布。光学元件可以可滑动地安装在一组固态照明元件之上,使得光学元件的位置能够以特别容易的方式被调整。第一透镜部分和第二透镜部分中的至少一个可以是不对称的透镜部分,以在其发光分布中产生(至少)三个区,其中在这些区域中的一些区域中的眩光风险得到降低。例如,不对称的透镜部分可以被成形为生成第一发光分布部分和第二发光分布部分,第二发光分布部分通过第三发光分布部分而与第一发光分布部分隔开,第三发光分布部分具有比第一发光分布部分和第二发光分布部分低的强度。可以生成第一发光分布部分或区,其中对车辆驾驶员的眩光被减少,可以生成第二发光分布部分或区,其中行人眩光被减少,并且可以生成第三发光分布部分或区,其中灯具很少被直接观察到,其中可以使光输出汇集,以实现对诸如街道的室外区域的有效照明。根据另一方面,提供了一种包括上述实施例中的任一实施例的灯的灯具。这样的灯具特别适合作为用于室外照明应用的灯具。附图说明参考附图,通过非限制性的示例且更详细地描述本发明的实施例,在附图中:图1示意性地描绘了根据一个实施例的灯的配置的俯视图;图2示意性地描绘了根据一个实施例的灯的另一配置的俯视图;图3示意性地描绘了根据一个实施例的灯的又一配置的俯视图;图4示意性地描绘了可以通过重新配置根据至少一些实施例的灯而实现的照明分布的示例;图5示意性地描绘了根据一个实施例的灯的分解图;图6示意性地描绘了根据一个实施例的灯的模块的一个方面的透视图;图7示意性地描绘了根据一个实施例的包括图6的模块的灯的封闭配置的透视图;图8示意性地描绘了根据一个实施例的包括图6的模块的灯的开放配置的透视图;图9示意性地更详细描绘了根据一个实施例的灯的光学器件;图10示意性地更详细描绘了图9的光学器件的一个方面;图11是根据一个实施例的处于特定配置的灯的光分布的极坐标图;以及图12示意性地描绘了对行人而言更舒适的光、以及对驾驶员而言安全的光的要求。具体实施方式应当理解,附图仅是示意性的,并且未按比例绘制。还应当理解,贯穿附图使用相同的附图标记来指示相同或相似的部分。图1示意性地描绘了具有四个模块20的灯10的俯视图,每个模块具有外表面21,一组SSL元件30安装在外表面21上。在本申请的上下文中,一组SSL元件30包含至少一个SSL元件30,但是也可以包含任何合适数目的SSL元件30。可以设想任何合适类型的SSL元件30,例如任何合适类型的LED。SSL元件30可以以任何合适的方式安装在外表面21上,例如直接安装在外表面21上,或者可以安装在载体(未示出)上,该载体安装在外表面21上。可以设想任何合适的载体,例如芯片或印刷电路板。模块20通常包括或用作针对由SSL元件30生成的热量的散热部分,以确保SSL元件的操作温度保持在某一操作窗口内。这是为了确保SSL元件30具有期望的光学性能并且延长SSL元件30的寿命,如本身已公知的。为此,模块20可以包括导热材料或者由导热材料制成。金属或金属合金是特别适合用于这一目的的材料。例如,模块20可以由铝制成,铝便宜并且支持制造各种形状的模块20。灯10还包括一个或多个安装轴15,模块20中的至少一些模块被可旋转地安装到安装轴上,如虚线箭头所指示。安装轴15和安装在其上的模块可以协作以形成铰链,使得模块20可以从封闭取向枢转到开放取向,类似于抵着门框而铰接的门。在图1中,所有模块20均处于封闭取向,使得组合的SSL元件30在灯10周围生成360°的发光分布。在这种封闭配置中,模块20的外表面21的相应水平边缘可以彼此邻接,使得模块20协作以界定灯10的内部体积13。内部体积13可以用作烟囱结构,气体或气体混合物(诸如空气)可以流过该烟囱结构。这支持从散热元件到气体或气体混合物的热传递,并且提高了SSL元件30的冷却效率。通过将可旋转地安装的模块20从封闭取向枢转到开放取向,可以重新配置由灯10产生的发光分布。图2和图3中分别示意性地描绘了这样的重新配置的灯10的示例,其中单个模块(图2)和两个模块(图3)分别枢转到开放位置。枢转的模块被标记为20',以指示其经调整的位置。在一个实施例中,模块20'可以枢转成如下的开放位置,即在该开放位置中,由其SSL元件30生成的发光分布的光学轴线具有与由相邻模块20的SSL元件30生成的发光分布的光学轴线相同的方向,然而应当理解,同样可行的是,将模块20'枢转成如下的开放取向,即在该开放取向中,由其SSL元件30生成的发光分布的光学轴线相对于由相邻模块20的SSL元件30生成的发光分布的光学轴线以非零角度取向。本领域技术人员将容易理解,枢转的模块20'的取向通常被有目的地设置为与灯10一起生成特定的发光分布。图4示意性地描绘了这样的发光分布中的两个,如虚线边界所指示。虚线箭头指示模块20上的多组SSL元件30的光学轴线的相应取向。左侧分布例如可以由包括处于封闭取向的四个模块20(例如,如图1所示)的灯10生成。右侧分布例如可以由如下的灯10生成,这样的灯10包括四个模块20,两个模块处于封闭取向且两个模块处于开放取向,例如,如图3所示。左侧发光分布可以是黑暗天空标准的V类型分布,而右侧分布可以是黑暗天空标准的III类型分布,然而应当理解:本发明不限于这些特定的发光分布;可以通过对模块20进行整形并且调整可旋转地安装在灯10的安装轴15上的一个或多个模块20的取向来生成任何合适的分布,例如黑暗天空标准的I类型、II类型或IV类型分布或者除了黑暗天空强制的分布之外的分布。在图1-图3中,模块20的外表面21是弯曲的表面,使得模块20以封闭配置协作来形成柱形的结构,但是应当理解,外表面21可以采取任何合适的形状,例如,平表面或多面的表面。图5示意性地描绘了灯10的一个实施例的分解图。灯10可以是对HID或HPS灯的替换。在图5中,作为非限制性示例,灯10包括安装在一对安装轴15上的四个模块20;应当理解,可以设想任何合适数目的模块20和安装轴15。根据该实施例的灯10包括保持器11,保持器11包括用于将灯10连接到电源的电接口12,例如配件或灯头。保持器11可以包括用于将导电的电接口12(例如,金属电接口12)与灯10的其余部分绝缘的电绝缘部分。保持器11适于接纳支撑元件13,一个或多个安装轴15从该支撑元件13延伸。每个安装轴15相对于灯10的中心轴线横向偏移。在多于一个安装轴15(例如,如图5所示的一对安装轴15)的情况下,每个安装轴15优选地偏移相同的量,例如,以保持灯10的对称性。支撑元件13和从其延伸的(一个或多个)安装轴15优选地由相同的材料制成,使得它们可以以直接的方式制造。材料可以是诸如电绝缘塑料材料的塑料材料,使得支撑元件13和(一个或多个)安装轴15可以便宜地制造,例如,通过浇铸或成型来制造。如先前所说明的,模块20中的至少一些模块可以可旋转地安装在安装轴15上。在一个实施例中,所有模块20中的一半模块以这种方式可旋转地安装。在一个备选实施例中,所有模块20均以这种方式可旋转地安装。SSL元件30安装在载体32(例如,印刷电路板的芯片)上,载体32安装在接收模块20的外表面21上。在所选择的实施例中,光学元件40可以可滑动地安装在模块20上的SSL元件30之上,使得SSL元件30的发光输出可以根据光学元件40的位置由第一透镜部分41或第二透镜部分43来整形,如下文将更详细地说明的。灯10还可以包括一个或多个锁定元件17,其用于将可旋转地安装的模块20锁定在所选的取向中,例如锁定在开放或封闭取向中,以防止可旋转地安装的模块20的意外的和不需要的重新定向。例如夹具或夹子的任何合适的锁定元件可以用于这一目的。在一个实施例中,安装轴15包括螺纹式端部,并且锁定元件17包括用于与螺纹式端部接合的螺母或螺钉,使得通过将该螺母或螺钉与螺纹式端部接合,可旋转地安装在安装轴15上的模块20可以被固定在所选的取向中。图6示意性地描绘了被配置为散热器元件的模块20的透视图。如先前所说明的,模块20包括用于容纳一组SSL元件30的外表面21。外表面21可以采取任何合适的形状,此处为弯曲的形状。模块20的边缘部分(例如,外表面21的边缘部分)包括用于将模块20安装在安装轴15上的一个或多个安装构件22。例如,安装构件22可以界定用于容纳安装轴15的柱形缺口。模块20还包括一个或多个翅片23,其从具有外表面21的主体延伸,以用于增加散热器元件的表面积,从而增加散热器部分的热传递能力,如本身公知的那样。图7和图8分别示意性地描绘了处于封闭配置和开放配置的图5的灯10。在图8中,为了清楚起见,重新取向的模块被标记为20'。锁定元件17被接合,以将可旋转地安装的模块分别保持在它们的封闭取向20和它们的开放取向20'中,从而防止对由灯10产生的发光分布的意外和不期望的改变,如先前所说明的。图8还示出了在模块20的一组SSL元件30(图8中不可见)之上的光学元件40,下文将更详细地说明该光学元件。在使用中,可以以任何合适的取向来安装灯10,例如,其中保持器11在模块20的上方或下方。根据灯10在灯具中的取向,光学元件40的透镜部分41和透镜部分43中的一个可以被定位在模块20的SSL元件30之上,以确保灯10可以独立于灯10在灯具中的安装取向而产生期望的发光分布。图9中示意性地描绘了光学器件40的一个示例实施例。光学器件40包括第一透镜部分41和第二透镜部分43,第二透镜部分43与第一透镜部分41在空间上分开。光学元件40可调整地安装(例如,可滑动地安装)在一组固态照明元件30之上,使得光学元件40可以在第一位置与第二位置之间调整,此处作为非限制性示例,一组固态照明元件30被示出为安装在载体32上。在第一位置中,如图9中的左侧配置所示,第一透镜部分41定位于SSL元件30之上,使得SSL元件30的发光输出由第一透镜部分41重新引导到第一方向上。在第二位置中,如图9中的右侧配置所示,第二透镜部分43定位于SSL元件30之上,使得SSL元件30的发光输出由第二透镜部分43重新引导到第二方向上。如将在下文更详细地说明的,第二方向可以是第一方向的倒转或镜像。第一透镜部分41和第二透镜部分43可以是彼此的镜像,使得当灯10在保持器11处于模块20下方的情况下被安装在灯具中时,第一透镜部分41和第二透镜部分43中的一个可以置于该组SSL元件30之上,以获得期望的发光分布,而当灯10在保持器11处于模块20上方的情况下被安装在灯具中时,第一透镜部分41和第二透镜部分43中的另一个可以置于该组SSL元件30之上,以获得期望的发光分布。因此,在光学器件40中提供这样的在空间上分开的成镜像的透镜部分确保了灯10可以生成期望的发光分布,而不依赖于其在灯具中的取向。光学元件40可以由例如玻璃的任何合适的光学材料制成,或者由诸如聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚(甲基丙烯酸甲酯)的光学级透明塑料材料制成。以光学级透明塑料材料来提供光学元件40是特别合适的,因为在这样的情况下,光学元件40可以以成本高效的方式(例如,浇铸或成型)制造。图10示意性地描绘了光学元件40的第一透镜部分41的一个实施例,其中第一透镜部分41是不对称的透镜部分。应当理解,如先前所说明的,第二透镜部分43可以具有第一透镜部分41的镜像形状。第一透镜部分41被成形以使得该组SSL元件30的发光输出被整形为三个区(分别标记为I、II和III)。这可以通过第一透镜部分41折射和/或反射由该组SSL元件30产生的光的入射光线来实现。第一透镜部分的期望的光学性能可以通过适当地成形第一透镜部分41的光出射表面以及通过选择具有适当折射率的透镜材料来实现,如本身公知的那样。图11是由不对称的第一透镜部分41产生的光分布的极坐标图,其中突出了I-III三个区。可以看出,在I区和III区中实现了较高的光强度,而与I区和III区相比,在II区中光强度降低。这种光分布可以被看作类似于蝴蝶形状,其中I区和III区类似于蝴蝶的翅膀。将借助于图12来进一步说明这些区的示例实施例,图12示意性地描绘了由包括灯10的灯具100照亮的室外区域。例如,I区中的光可以通过折射生成,并且可以用于照亮相对远离灯具的诸如道路的室外区域,即,相对于诸如灯具100的安装杆的竖直轴线以接近90°的角度(例如在约75°-90°的范围内)生成光。在这样的角度下,眩光通常是最小化的,使得驾驶员110不会被灯具100致目眩。例如,II区中的光可以通过反射生成,并且可以用于照亮距灯具100中等距离处的诸如行人走道的室外区域,即,相对于竖直轴线以在约25°-75°的范围内的角度生成光。在这些距离处,行人120可能直接看到灯具100,使得降低该区中的发光输出的强度会降低行人120感觉由灯具100生成的光不舒服(例如,目眩)的风险。例如,III区中的光可以通过折射生成,并且可以用于照亮距灯具100短距离处的室外区域,即,相对于竖直轴线以在约0°-25°的范围内的角度生成光。在这些距离处,驾驶员110和行人120不太可能直接看到灯具100,使得在该区中,光可以具有高强度,以实现灯具100周围区域的有效照明。要重申的是,I-III区的上述范围仅作为非限制性示例,并且在不脱离本发明的教导的情况下可以设想其他范围。应当注意,上述实施例说明了而不是限制本发明,并且本领域技术人员将能够设计很多替代性实施例而不脱离所附权利要求的范围。在权利要求中,放置在括号之间的任何附图标记不应当被解释为限制权利要求。词语“包括”不排除存在除了权利要求中列出的元素或步骤之外的元素或步骤。元素之前的词语“一”或“一个”不排除存在多个这样的元素。本发明可以通过包括若干不同元件的硬件来实现。在列举了若干装置的设备权利要求中,这些装置中的若干装置可以由同一硬件项来实现。在相互不同的从属权利要求中记载某些措施的简单事实并不指示这些措施的组合不能有利地使用。...
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