La présente invention concerne un dispositif d"éclairage utilisant les propriétés de diodes électroluminescentes ou LED à grande luminosité, très économes en énergie, dont la source de lumière ponctuelle, redirigée et étalée par une ou plusieurs pièces optiques translucides, permettent l'éclairage ou le balisage en bas voltage notamment à l'aide de dispositifs autonomes d'alimentation en énergie électrique basés sur la captation et le stockage des énergies naturelles solaires ou éoliennes. Les systèmes ou appareillages destinés à l'éclairage etaient réalisés jusquà aujourd'hui notamment à l'aide de lampes à incandescence, fluo, halogène, ou néon.The present invention relates to a lighting device using the properties of light-emitting diodes or LEDs at high brightness, very energy-efficient, whose point light source, redirected and spread by one or more translucent optical parts, allow the lighting or low-voltage signaling, in particular using autonomous power supply devices based on the capture and storage of natural solar or wind energy systems, the systems or apparatus for lighting were carried out up to now including use of incandescent, fluorescent, halogen, or neon lamps.
La consommation relativement importante de ces lampes ( de 4W à 300W selon les besoins d'éclairage), alimentées principalement en 220 volts, leur durée de vie relativement courte (7000 à 15000 heures), leur dégagement de chaleur relativement important (50 à 120 ), l'impossibilité de les faire clignoter sans écourter leur durée de vie (éclairage de sécurité ou routier...), limitent leur utilisation à une alimentation par le réseau électrique alternatif, sans possibilité sérieuse d'être alimentées en autonomie d'énergie. Les diodes électroluminescentes ou LED (Light Emetting Diodes), économes en énergie, ne pouvaient être utilisées jusqu'à il y a quelques mois, que pour un usage limité à des voyants lumineux de couleurs rouge, jaune, ambre, vert, ou bleu, dont l'indice lumineux était compris entre 30 et 800 milliCandelas (maximun 1 Watt d'équivalence), l'absence de diodes suffisamment puissantes et émettant une couleur blanche ne permettait pas alors d'envisager un éclairage ou un balisage identique en puissance d'éclairement à celui de lampes à filament incandescent, ou de lampes fluorescentes, L'exemple pratique des utilisations les plus connues de ce de diodes ou LED sont les voyants lumineux ou de contrôle de matériels informatiques ou robotiques, d'ordinateurs, d'appareils vidéos, audios, ou ménagers. Dans une autre utilisation connue, le groupement de ces diodes, la plupart du temps de couleur rouge ou jaune, est destiné à former les messages à défilement de journaux lumineux, pilotées par des logiciels reliés à des circuits intégrés. L'apparition sur le marché depuis quelques mois, de diodes électroluminescentes blanches à très faible consommation d'énergie (20 MilliAmpères par diode) et à très grande luminosité (5 à<B>15</B> Candelas, soit équivalent à 5 à 15 Watts lampe) alimentées en très bas voltage (3 à 4 Volts par diode) permet aujourd'hui d'envisager leur utilisation notamment groupée au lieu et place de lampes d'éclairage de type classique (incandescence, fluo ou néon) leur durée de vie étant environ de 200.000 heures. Cependant, la particularité de ces diodes électroluminescentes à grande luminosité comme celles précédentes à faible luminosité, est d'émettre un faisceau de lumière très étroit (10 à 20 degrés d'angle), limité par la structure même de la composition chimique et physique de ce type de composant électronique. Le faisceau lumineux émis est ainsi très puissant en distance (une dizaine de metres) avec un angle d'éclairement très étroit (10 à 20 degrés), au détriment d'une propagation lumineuse étalée réclamée dans un éclairage traditionnel (90 à<B>360</B> degrés d'angle). En cet état de la technique ce type de diode ne pouvait être utilisé et substitue aux moyens d'éclairage domestique ou industriel sans envisager préalablement la transformation de la lumière ponctuelle émise à l'aide de dispositifs propres à rediriger, étaler et égaliser la lumière selon les angles divers imposés par les besoins d"éclairage. Le but de l'Invention était donc de régler les problèmes techniques liés à la mise au point de cet éclairage pouvant se substituer économiquement aux sources lumineuses traditionnelles à forte consommation d'énergie et à faible durée de vie, par un système d'éclairage de 20 à 50 fois plus économe en énergie, à fort rendement lumineux (5 à 15 Candelas par lampe) et d'une durée de vie pouvant aller jusqu'à 200.000 heures et notamment <B>l')</B> De répartir au moyen de dispositifs optiques simples les rayons de lumière ponctuelle et directionnelle provenant de ces diodes électroluminescentes groupées selon un pas de 1 à plusieurs centimètres, en fonction de leur rendement lumineux, pour en obtenir une lumière redirigée et égalisée. 2 ) D'envisager plusieurs systèmes de répartition optique de la lumière en rapport avec l'angle d'éclairage et le rayonnement souhaité dans les applications domestiques et industrielles 3 ) De concevoir des systèmes de liaison électronique simple de ces diodes électroluminescentes, lorsqu'elles sont groupées pour former des lampes ou des rampes d'éclairage avec leurs raccordements ou connexions. 4 ) D'implanter ce dispositif dans une infrastructure compatible en encombrement et en esthétique, avec la commercialisation d'un concept destiné principalement aux Marchés de l'éclairage et du balisage, ayant pour base la technique de l'éclairement au moyen de diodes électroluminescentes. 5 ) De concevoir un dispositif électronique alimenté par le secteur électrique ou autonome comprenant les sources d'éclairage constituées par la rangée de LED, diodes électroluminescentes avec le système de captation de l'énergie naturelle (capteur solaire, éolienne.,.), le générateur, le régulateur de tension filtrée, l'accumulateur et la cellule de commande jour-nuit. Une fois résolus les problèmes sus-décrits, les avantages les plus remarquables du dispositif sont: - sa diversité d'applications par son fonctionnement à base d'électronique alliée la propriété des LED ou diodes électroluminescentes, (clignotement, télécommande). - sa faible consommation et son rendement lumineux élevé, - sa durée de vie d'éclairement (150.000 à 200.000 heures).The relatively high consumption of these lamps (from 4W to 300W according to lighting needs), mainly powered by 220 volts, their relatively short life span (7000 to 15000 hours), their relatively high heat output (50 to 120) , the impossibility of flashing without shortening their lifespan (safety or road lighting ...), limit their use to a power supply by the alternative electric network, without serious possibility of being powered independently of energy. Light-emitting diodes (LED Emitting Diodes), energy-efficient, could only be used until a few months ago for use only in red, yellow, amber, green, or blue LEDs. whose luminous index was between 30 and 800 milliCandelas (maximun 1 Watt of equivalence), the absence of sufficiently powerful diodes and emitting a white color did not then make it possible to envisage a lighting or a markings identical in power of illumination to that of incandescent filament lamps, or fluorescent lamps, The practical example of the most known uses of this diode or LED are the lights or control of computer or robotic equipment, computers, video devices , audios, or housewives. In another known use, the grouping of these diodes, mostly red or yellow, is intended to form the scrolling messages of light logs, driven by software connected to integrated circuits. The appearance on the market for a few months of white electroluminescent diodes with very low energy consumption (20 MilliAmpers per diode) and very high brightness (5 to <B> 15 </ B> Candelas, equivalent to 5 to 15 watts lamp) supplied with very low voltage (3 to 4 volts per diode) allows today to consider their use especially grouped instead of conventional lighting lamps (incandescent, fluo or neon) their duration of life being around 200,000 hours. However, the peculiarity of these high-luminosity light-emitting diodes, such as those of low light, is to emit a very narrow beam of light (10 to 20 degrees of angle), limited by the very structure of the chemical and physical composition of the light. this type of electronic component. The emitted light beam is thus very powerful in distance (about ten meters) with a very narrow illumination angle (10 to 20 degrees), to the detriment of a widespread spread of light required in traditional lighting (90 to <B> 360 degrees of angle). In this state of the art this type of diode could not be used and substitutes for domestic or industrial lighting means without previously considering the transformation of the spot light emitted using devices to redirect, spread and equalize the light according to The purpose of the invention was therefore to solve the technical problems related to the development of this lighting that can be economically substituted for traditional light sources with high energy consumption and low energy consumption. lifetime, with a lighting system that is 20 to 50 times more energy efficient, with a high luminous efficiency (5 to 15 Candelas per lamp) and a service life of up to 200,000 hours and in particular <B (i) to distribute by means of simple optical devices the point and directional light rays from these grouped LEDs; in a step of 1 to several centimeters, according to their luminous efficiency, to obtain a redirected and equalized light. 2) To consider several systems of optical distribution of light in relation to the lighting angle and the desired radiation in domestic and industrial applications. 3) To design simple electronic connection systems of these light-emitting diodes, when are grouped together to form lamps or lighting strips with their connections or connections. 4) To implement this device in a congestion and aesthetic compatible infrastructure, with the commercialization of a concept intended primarily for lighting and lighting markets, based on the illumination technique using light-emitting diodes. . 5) To design an electronic device powered by the electric or autonomous sector including the sources of illumination constituted by the array of LEDs, light-emitting diodes with the natural energy capture system (solar collector, wind turbine, etc.), the generator, the filtered voltage regulator, the accumulator and the day-night control cell. Once solved the problems described above, the most remarkable advantages of the device are: - its diversity of applications by its operation based on electronics allied the property of LEDs or light-emitting diodes, (flashing, remote control). - its low consumption and high light output, - its lighting life (150,000 to 200,000 hours).
- son indépendance énergétique permettant de l'utiliser hors toute proximité du réseau électrique. L'Invention a pour but d'apporter les solutions au cahier des charges ainsi constitué du premier au cinquième point décrits plus haut. L'Invention concerne donc un dispositif d"éclairage utilisant les propriétés de diodes électroluminescentes ou LED à grande luminosité, très économes en énergie, dont les sources de lumière ponctuelles, redirigées, étalées et égalisées par une ou plusieurs pièces optiques translucides, permettent l'éclairage ou le balisage en bas voltage notamment à l'aide de dispositifs autonomes d'alimentation en énergie électrique basés sur la captation et le stockage des énergies naturelles solaires ou éoliennes. Selon une première caractéristique de l'invention illustrée par la planche<B>1/8</B> (figure 1), deux pièces nervurées en symétrie (2) et (13), en PVC ou matière plastique rigide, assemblent une pièce optique translucide (1) (ou translucide teintée ou opale diffusante), avec une pièce opaque (7), cernant les trois autres côtés.- its energy independence allowing it to be used outside the electricity grid. The invention aims to provide solutions to the specifications thus formed from the first to the fifth point described above. The invention therefore relates to a lighting device using the properties of light-emitting diodes or high-luminosity LEDs, very energy-efficient, whose point light sources, redirected, spread and equalized by one or more translucent optical parts, allow the low-voltage lighting or marking, in particular using autonomous power supply devices based on the capture and storage of natural solar or wind energy sources According to a first characteristic of the invention illustrated by the plate <B> 1/8 </ B> (Figure 1), two symmetrically ribbed pieces (2) and (13), made of PVC or rigid plastic material, assemble a translucent optical part (1) (or translucent tinted or diffusing opal), with an opaque piece (7), surrounding the other three sides.
Une des nervures pratiquées dans la pièce (2) sert au positionnement d'un circuit imprimé (3) portant plusieurs rangées de diodes électroluminescentes (4) situées dans l'axe et perpendiculaires aux dépressions concaves usinées dans la pièce optique translucide (1) dont les détails et formes d'usinages sont décrits dans les troisième, quatrième, et cinquième caractéristiques, dans un matériau possédant un indice de réfraction égal à celui du verre, de préférence en matière plastique translucide dont le verre acrylique de marques (Altuglas R Plexiglas, R Perspex R ).One of the ribs formed in the part (2) is used for positioning a printed circuit (3) carrying several rows of light-emitting diodes (4) located in the axis and perpendicular to the concave depressions machined in the translucent optical part (1) of which the details and shapes of machining are described in the third, fourth and fifth characteristics, in a material having a refractive index equal to that of glass, preferably of translucent plastic material, including acrylic glass of marks (Altuglas R Plexiglas, R Perspex R).
Ce circuit imprimé (3) porte lui-même, le connecteur d'alimentation en courant alternatif (8) alimentant à travers son fusible et porte-fusible (9) le transformateur (6) qui délivre un courant de bas voltage redressé et filtré en courant continu (3, 6, 9, 12 ou 24 Volts) par la diode zener (12) équilibré parla ou les résistances (5) permettant de délivrer la tension nécessaire à la correcte alimentation des rangées de diodes électroluminescentes ou LED (4).This printed circuit board (3) carries itself, the AC power connector (8) feeding through its fuse and fuse holder (9) the transformer (6) which delivers a low voltage rectified and filtered in DC current (3, 6, 9, 12 or 24 volts) by the zener diode (12) balanced by or resistors (5) for delivering the voltage necessary for the correct power supply rows of light emitting diodes or LEDs (4).
Le fil électrique (11) est connecté au réseau électrique, soit directement, sort une douille de convection (15) à visser sur une douille de lampe classique. L'invention comporte selon une seconde caractéristique (planche 2/8, figure 2), les mêmes pièces nervurées (2) et (13) en PVC ou matière plastique rigide non-feu, usinées à la demande, assemblant plusieurs pièces optiques translucides (1), (ou translucide teintée ou opale diffusante), qui peuvent être disposées en autant de faces qu'en comporte le polyèdre ainsi formé (carré, rectangle, polygone...) ou le cylindre.The electric wire (11) is connected to the electrical network, either directly, takes out a convection socket (15) to screw on a conventional lamp socket. The invention comprises according to a second characteristic (plate 2/8, FIG. 2), the same ribbed pieces (2) and (13) made of PVC or rigid non-fire plastic material, machined on demand, assembling several translucent optical pieces ( 1), (or tinted translucent or diffusing opal), which can be arranged in as many faces as the polyhedron thus formed (square, rectangle, polygon ...) or the cylinder.
Un seul circuit imprimé (3) supporte dans les mêmes conditions que dans la première caractéristique l'alimentation et les diodes électroluminescentes situées dans l'axe et perpendiculaires aux usinages pratiqués dans la première pièce optique (1) leur faisant face.A single printed circuit (3) supports under the same conditions as in the first characteristic the power supply and the light emitting diodes located in the axis and perpendicular to the machining operations performed in the first optical part (1) facing them.
Autant de circuits imprimés (10), alimentés par le premier (3), ne portant que les diodes électroluminescentes et leurs résistances d'équilibre sont disposés toujours de la même manière, dans l'axe et perpendiculaires aux usinages pratiqués dans les pièces optiques leur faisant face. L'invention comporte selon une troisième caractéristique (planche 3/8), plusieurs types d'usinages continus des pièces optiques translucides (1) ((ou translucide teintée ou opale diffusante), de profil trapézoïdal (figure 3), triangulaire (figure 4), carré (figure 5) ou arrondi (figure 6), dont les angles et rayons variables sont déterminés en fonction de l'angle du faisceau de lumière émis par les diodes électroluminescentes ou LED situées dans l'axe et perpendiculaires aux usinages pratiqués dans les pièces optiques leur faisant face. L'invention comporte selon une quatrième caractéristique (planche 4/8), au lieu et place d'usinages continus des pièces optiques translucides (1), (ou translucide teintée ou opale diffusante), des fraisages discontinus (pratiqués en fonction de l'implantation des diodes électroluminescentes) (4), de forme concave sphérique (figure 7), concave triangulaire (figure 8), ou concave trapézôidale (figure 9), dont les angles et rayons variables sont déterminés en fonction de l'angle du faisceau de lumière émis par les diodes électroluminescentes ou LED, situées dans l'axe et perpendiculaires aux usinages pratiqués dans les pièces optiques leur faisant face. L'invention comporte selon une cinquième caractéristique (planche 3/8, figures 3 a 6 et planche 4/8, figures 7 à 9), des pièces optiques translucides (1), (ou translucide teintée ou opale diffusante), fraisées ou usinées de façon continue ou discontinue selon des tracés (planche 5/8) en correspondance avec les tracés des circuits imprimés (26) et l'implantation (27) des diodes électroluminescentes (4), sort en forme de cercles concentriques ou non, (figure 10), carrés ou rectangles concentriques ou non, (figure 11), polygones concentriques ou non (figure 12), ou selon un tracé irrégulier (figure 13), les pièces optiques (1) pouvant être alors de forme variable adaptée et être situées sur une quelconque face du dispositif. L'invention comporte selon une sixième caractéristique (planche<I>6I8,</I> figure 14) et 7/8 (figure 15), au lieu et place des faces ne servant pas à l'éclairage, des capteurs solaires (20) qui sont insérés derrière une pièce de protection et de diffraction translucide (21) en matière plastique possédant un indice de réfraction égal à celui du verre, dont la face (23), opposée aux capteurs solaires (20) est usinée au pas des cellules de capteurs, selon des fraisages continus triangulaires (22) ou arrondis (24) selon un angle ou un rayon au minimum ouvert à 45 par rapport à l'horizontale, destinés à rediriger la lumière solaire vers les faces des capteurs (20) en profitant au maximum des propriétés de diffraction de la lumière dans la pièce translucide ainsi transformée.As many printed circuits (10), powered by the first (3), bearing only the light-emitting diodes and their equilibrium resistances are always arranged in the same way, in the axis and perpendicular to the machining operations in the optical parts their facing. The invention comprises according to a third characteristic (plate 3/8), several types of continuous machining of translucent optical parts (1) (or translucent tinted or opal diffusing), trapezoidal profile (Figure 3), triangular (Figure 4 ), square (Figure 5) or rounded (Figure 6), whose angles and variable radii are determined as a function of the angle of the light beam emitted by the LEDs or LEDs located in the axis and perpendicular to the machining operations performed in The invention comprises, according to a fourth characteristic (plate 4/8), instead of continuous machining of translucent optical parts (1), (or translucent tinted or diffusing opal), discontinuous milling. (implemented as a function of the implantation of the light-emitting diodes) (4), of concave spherical shape (FIG. 7), triangular concave (FIG. 8), or trapezoidal concave (FIG. Gles and variable radii are determined as a function of the angle of the light beam emitted by the light-emitting diodes or LEDs, located in the axis and perpendicular to the machining operations performed in optical parts facing them. The invention comprises, according to a fifth characteristic (plate 3/8, FIGS. 3 to 6 and plate 4/8, FIGS. 7 to 9), translucent optical parts (1), (or translucent tinted or diffusing opal), milled or machined continuously or discontinuously along lines (plate 5/8) in correspondence with the traces of the printed circuits (26) and the implantation (27) of the light-emitting diodes (4), exit in the form of concentric circles or not, (FIG. 10), concentric or non-concentric squares or rectangles, (FIG. 11), concentric or non-concentric polygons (FIG. 12), or according to an irregular pattern (FIG. 13), the optical parts (1) possibly being of adapted variable form and being located on any face of the device. The invention comprises, according to a sixth characteristic (plate <I> 6I8, </ I> FIG. 14) and 7/8 (FIG. 15), instead of the faces not used for lighting, solar collectors (FIG. ) which are inserted behind a translucent protective and diffractive plastic part (21) having a refractive index equal to that of the glass, the face (23) of which, opposite the solar collectors (20) is machined at the pitch of the cells of sensors, according to continuous triangular (22) or rounded (24) milling at an angle or radius at least open at 45 relative to the horizontal, for redirecting the sunlight towards the faces of the sensors (20) taking advantage of at most of the diffraction properties of light in the translucent piece thus transformed.
Ces capteurs solaires (20) rechargent, de même que décrit par la planche 8I8 (figure 1), en autonomie, un accumulateur (14), par un ensemble redresseur de tension en bas-voltage (16), (17), Une cellule photoélectrique (25) assure les horaires de coupure ou d'ouverture du courant alimentant les diodes électroluminescentes (4) situées dans l'axe et perpendiculaires aux usinages pratiqués dans les pièces optiques (1) leur faisant face.These solar collectors (20) reload, as described by the board 8I8 (FIG. 1), in autonomy, an accumulator (14), by a low-voltage voltage rectifier assembly (16), (17), a cell photoelectric device (25) ensures the opening or closing times of the current supplying the light-emitting diodes (4) situated in the axis and perpendicular to the machining operations performed in the optical parts (1) facing them.
L'invention comporte selon une septième caractéristique (planche 8/8, figure 16), une turbine à air solidaire d'un alternateur (18) qui recharge en autonomie un accumulateur (14), par un ensemble redresseur de tension en bas-voltage (16), (17). The invention comprises, according to a seventh characteristic (plate 8/8, FIG. 16), an air turbine integral with an alternator (18) which recharges an accumulator (14) autonomously by a low-voltage voltage rectifier assembly (16), (17).
Une cellule photoélectrique (25) assure les horaires de coupure ou d'ouverture du courant alimentant les diodes électroluminescentes (1) situées dans l'axe et perpendiculaires aux usinages pratiqués dans les pièces optiques leur faisant face. A photocell (25) provides the cut-off or opening times of the current supplying the light-emitting diodes (1) located in the axis and perpendicular to the machining operations performed in the optical parts facing them.
A titre d'exemples de réalisations, l'Invention est particulièrement indiquée dans la conception et la fabrication d'éclairages de tous types, autonomes ou non, notamment dans l'éclairage public, industriel ou domestique en substitution des lampes destinées à l'éclairage traditionnel, compte-tenu de leur très faible consommation en énergie électrique et leur grande durée de vie comparées, ainsi qu'à chaque fois qu'il est souhaitable de recourir à un dispositif autonome en alimentation électrique, notamment lorsqu'il est impossible économiquement ou techniquement de créer une ligne de raccordement au réseau électrique. As examples of embodiments, the invention is particularly indicated in the design and manufacture of lighting of all types, autonomous or not, particularly in public lighting, industrial or domestic substitutes lamps for lighting traditional, given their very low power consumption and their long life compared, as well as whenever it is desirable to use an autonomous device power supply, especially when it is impossible economically or technically creating a connection line to the power grid.
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| FR0006658AFR2809477A1 (en) | 2000-05-24 | 2000-05-24 | Lighting unit using high intensity LEDs disposes them axially, facing plastic diffusers in design supplied by electrical mains, wind- or solar energy |
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| DE102009033189B4 (en)* | 2009-07-10 | 2013-06-13 | Sbf Spezialleuchten Wurzen Gmbh | Bar-shaped lighting device with modular light exit elements |
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