[发明专利]LED防爆灯具

说明书

技术领域

本发明涉及一种以LED作为光源的灯具，尤其涉及一种能够满足截光要求的LED防爆灯具。

背景技术

LED是一种固态光源，使用直流供电，具有光效高、寿命长和体积小等优点，是比较理想的光源。在LED灯具的设计中，散热和配光是需要解决的两个关键问题。

LED对温度比较敏感，随着结温的升高，LED的发光效率会明显下降，使用寿命也会显著缩短。目前已公开的LED防爆灯具的设计方案一般采用散热片或热管实现散热，根据灯具的功率和防护与隔爆要求需要合理设计散热器的结构和尺寸。

LED光源亮度较高，无透镜的LED或使用球面透镜的LED的光强在2π的空间中近似于余弦分布。与传统光源相比，LED光源的光辐射立体角较小，有利于提高光通量的利用率。不过，为了能够更加高效地在受照面上得到所需的光度分布，仍然要运用非成像光学技术设计合理的照明光学系统。

在受照面上产生均匀的照明是灯具设计的基本要求之一。发明专利ZL 200610113463.4、200910022409.2和200910046129.5等公开了可以形成矩形光斑的透镜的设计方法，这样的光学系统可以用于道路照明灯具，每个灯具能够独立在路面上产生均匀的照明。发明专利200910099552.1、实用新型ZL 200720047134.4和CN 201521855U等公开了可以形成圆形均匀照明光斑的LED透镜的设计方法，可以用于筒灯、矿灯和台灯等。上述LED灯具的光学设计都是针对单个灯具独立照明的情况，在车间、办公室和仓库等照明面积较大且照度要求较高的场合，通常需要使用多个灯具以提供足够的光通量，受照面上的光度分布是多只灯具叠加照明的结果。单独可以产生均匀照明的LED灯具，当分散布置时，叠加照明的效果未必能够满足均匀度方面的要求。

在一些场合对灯具有截光的要求，近似余弦分布的LED光源在孔径角较大的区域光强较小，但仍然不能满足截光型灯具的技术要求。如果不进行遮光处理，不仅易导致视觉不适，还可能成为安全隐患。

在配光方面，已公开的LED防爆灯的设计方法可以分为四种类型：1）使用反射器配光（如CN 201731301U）；2）使用球面透镜配光（如CN 201615372U）；3）利用LED的安装位置实现配光（如CN 201715291U）；4）使用配光镜进行配光（CN 201615372U）。使用反射器配光的方法通过缩小照明范围提高目标区域的照度，反射器覆盖的立体角越大，改变光强分布的作用越明显，不过反射器导致的光能损失也会随之增大。使用球面透镜的方法能够在一定程度上调整光强分布，不过可能导致照明区域与非照明区域的分界线过于明显，从而影响多个灯具叠加照明的均匀度。将LED安装在多面体的表面可以扩大灯具的照明范围，不过，灯具结构比较复杂，增加了制造难度和成本，同时还会产生炫目问题。配光镜表面由不同半径的柱面或不同角度的楔面构成，可以改变光路，从而得到所需的光强分布。由于表面结构比较复杂，柱面或楔面之间的连接处容易产生较大的加工误差，从而引起杂散光，并导致一定程度的光能损失。

发明内容

本发明是要提供一种LED防爆灯具，适用于需要多只灯具联合照明的场合，利用截光型非成像透镜实现配光，能够满足防爆和截光要求，并具有较高的照明均匀度和光能利用率。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种LED防爆灯具，由LED光源、透镜、散热器、驱动电路组成，透镜内表面为光线入射表面，呈半球面，LED光源发光表面的中心置于透镜球面的球心；透镜外表面为光线出射表面，由中心区、保护区和连接区三部分组成，其中，中心区和保护区曲面为自由曲面，连接区曲面为连接中心区和保护区的圆锥面。

LED光源发光表面的中心对透镜外表面中心区的平面张角为α，对保护区104的平面张角β=π/2-α，其中，α为截光角度。

透镜中心区和保护区两部分曲面任意点的法线方向满足：在不计透镜材料吸收损失和界面反射损失的条件下，在Ω1立体角中由LED光源发出的光通量和Ω2立体角中经透镜输出的光通量相等，其中，Ω1立体角对应入射光线的孔径角为θ1，Ω2立体角对应折射光线的孔径角为θ2； 0≤θ2≤α，灯具在θ2方向的光强由配光要求确定。

散热器为叶片型散热器，由圆柱形芯轴和均匀分布在圆柱形芯轴外圆柱面上的若干个散热片组成，散热片的母线与圆柱形芯轴的中心线平行，圆柱形芯轴下面安装LED光源和透镜，透镜通过压圈和密封圈与圆柱形芯轴密封连接，LED光源电源线通过圆柱形芯轴中的通孔连接驱动电路。