CN103712135B - 嵌入式led机场边界灯 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种嵌入式LED机场边界灯。该嵌入式LED机场边界灯包括：灯体，包括：圆筒状本体以及环状翼部；外罩，包括：防水安装部以及透光部；LED灯板，包括：基板，以及固定于基板上的若干个LED灯珠；透镜模块，位于LED灯板的上方，包括：透镜固定板，以及若干个与LED灯板上LED灯珠位置相对应的透镜，LED灯珠嵌入相应透镜内，且该透镜的外表面采用双自由曲面设计；以及散热板，其中，透镜模块、LED灯板从上往下依次固定于该散热板，该散热板向上固定于外罩的底部，其中透镜模块、LED灯板位于外罩空心圆台状透光部的内部空间，外罩向下固定于灯体。本发明可以使LED机场边界灯突出地面的高度大大降低。

Description

嵌入式LED机场边界灯

技术领域

本发明涉及特种灯具技术领域，尤其涉及一种用做固定翼机场滑行道边灯、直升机停机坪的接地离地区边界灯、最终进近起飞区边界灯的嵌入式LED机场边界灯。

背景技术

目前，国内大多数机场使用的助航灯具依然是传统光源的灯具，如金属卤素灯。使用此种光源的灯具，具有电路简单，安全可靠的优点，但是卤素灯光源寿命短，一般在1000小时左右，所以使用卤素灯的灯具需要经常更换光源，维护成本极高。此外，民航标准要求嵌入式灯具其突出地面高度不能超过20mm，以避免因车辆、人员经过灯具从而会造成的事故。

LED光源比卤钨灯光源具有更好的抗振性能，寿命更长，能耗更低。且LED光源本身可以发出各种单色光，无需使用滤光镜或镀膜玻璃进行滤光，便能发出满足助航需要的各种单色光，从而大大的提高机场滑行道边灯的光效，降低机场滑行道边灯能耗，起到节约能源的作用。

目前，国内外已有部分厂家设计研发应用于机场边界灯的LED灯具。图1为现有技术LED机场边界灯的示意图。请参照图1，该LED边界灯包括：灯体外壳、LED灯板、透镜、玻璃外罩、玻璃外罩压板、驱动模块、防水航插。该LED边界灯的结构的主体为灯体外壳，其内部包含驱动模块，驱动模块上部装有LED灯板，灯板上部装有透镜，整体上部分由玻璃外罩进行防护，并由玻璃外罩压板压紧玻璃和灯体之间的缝隙，同时用防水垫圈填充缝隙进行防水。

在实现本发明的过程中，申请人发现现有技术LED机场边界灯存在如下技术缺陷：由于内部透镜结构较大，导致其高度较高，容易导致事故；此外，该LED机场边界灯的突出部分为直角，容易成为行动的障碍。

发明内容

（一）要解决的技术问题

鉴于上述技术问题，本发明提供了一种具有较低高度的嵌入式LED机场边界灯。

（二）技术方案

根据本发明的一个方面，提供了一种嵌入式LED机场边界灯。该嵌入式LED机场边界灯包括：灯体，包括：圆筒状本体，以及位于圆筒状本体上部并沿其径向延伸的环状翼部；外罩，包括：防水安装部，呈圆环状；以及透光部，呈空心圆台状，位于防水安装部分中央并向上延伸；LED灯板，包括：基板，以及固定于基板上的若干个LED灯珠；透镜模块，位于LED灯板的上方，包括：透镜固定板，以及若干个与LED灯板上LED灯珠位置相对应的透镜，LED灯珠嵌入相应透镜内，且该透镜的外表面采用双自由曲面设计；以及散热板，其中，透镜模块、LED灯板从上往下依次固定于该散热板，该散热板向上固定于外罩的底部，其中透镜模块、LED灯板位于外罩空心圆台状透光部的内部空间，外罩向下固定于灯体。

（三）有益效果

从上述技术方案可以看出，本发明嵌入式LED机场边界灯具有以下有益效果：

（1）透镜模块光学结构的设计可以使灯突出地面的高度大大降低；

（2）PC外罩露出地面的部分呈圆台形，具有坡度，在车辆经过时，不会对该嵌入式LED机场边界灯造成直接冲击，并且也能较容易通过；

（3）PC代替玻璃或者金属件+玻璃的外罩结构，韧性好、抗冲击性能强，此外，PC外罩整体作为防护，防水结构只需一个O型防水圈，装配简单，成本低易，可靠性高；

（4）通过将LED灯板光源颜色的改变实现不同边界灯的光学需求，即一种光学结构满足多种边界灯的设计要求。

附图说明

图1为现有技术LED机场边界灯的示意图；

图2为根据本发明实施例嵌入式LED机场边界灯的爆炸图；

图3A和图3B分别为图2所示嵌入式LED机场边界灯中PC外罩正面和背面的示意图；

图4为图2所示嵌入式LED机场边界灯中LED灯板的立体图；

图5A和图5B分别为图2所示嵌入式LED机场边界灯中透镜模块的正面和背面的示意图；

图6为图2所示嵌入式LED机场边界灯中透镜模块中透镜的结构示意图；

图7为模拟仿真得到的本实施例LED灯珠与透镜的组合产生的蝙蝠翼型配光；

图8为图2所示嵌入式LED机场边界灯中PC外罩、透镜模块、LED灯板以及散热板的装配图。

【主要元件】

10-灯体；

20-驱动模块；

30-防水航空插头；

40-PC外罩；

41-防水安装部；42-透光部；

50-O型防水圈；

60-LED灯板；

61-铝基板；62-LED灯珠；

63-通孔；64-定位孔；

65-走线孔；

70-透镜模块；

71-透镜固定板；72-透镜；

73-沉头通孔；74-定位柱；

80-散热板。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。附图中未绘示或描述的实现方式，为所属技术领域中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明的保护范围。

本发明对单颗朗伯体发光的LED设计双自由曲面透镜，通过对自由曲面的优化设计，可将LED的朗伯体配光变成蝙蝠翼形的配光，并且实现高出地面仅5mm的透镜，降低了透镜结构的尺寸，从而在整体上降低了LED机场边界灯的高度，提高了机场的安全性。

在本发明的一个示例性实施例中，提供了一种嵌入式LED机场边界灯。图2为根据本发明实施例嵌入式LED机场边界灯的爆炸图。请参照图2，该嵌入式LED机场边界灯包括：灯体10，包括：圆筒状本体，以及位于圆筒状本体上部并沿其径向延伸的环状翼部，驱动模块20固定在灯体10内，其通过下方的防水航空插头30连接至电源；PC外罩40，包括：防水安装部，呈圆环状；以及出光部，呈空心圆台状，位于防水安装部分中央并向上延伸，其中，该防水安装部通过O型防水圈50压紧并固定于灯体10环状翼部的上表面；LED灯板60，通过导线电性连接至所述驱动模块20，包括：铝基板，以及固定于基板上沿圆周分布的若干个LED灯珠；透镜模块70，位于LED灯板60的上方，包括：透镜固定板，以及若干个与所述LED灯板60上LED灯珠位置相对应的透镜，所述LED灯珠嵌入相应透镜内，且该透镜的外表面采用双自由曲面设计；散热板80，其中，透镜模块70、LED灯板60和导热垫片90从上往下依次固定于该散热板80，该散热板向上固定于PC外罩40的底部，其中透镜模块70、LED灯板60和导热垫片位于PC外罩40空心圆台状透光部的内部空间，散热板位于PC外罩40的底部。

本实施例嵌入式LED机场边界灯在实际使用时，PC外罩防水安装部的上表面与水平面平齐，光罩的透光部及位于其内部的透镜模块、LED灯板露出地面之上，透镜模块以下的部件置于地面以下。驱动模块将电源的交流电转换为直流电并驱动LED灯板上的各个LED灯珠，LED灯珠发出的光经透镜模块200上的各个透镜而将LED灯珠本身的朗伯体配光转换为蝙蝠翼配光后，最后经过PC灯罩的透光部射出。

以下分别对本实施例嵌入式LED机场边界灯的各个组成部分进行详细说明。

灯体10

灯体10是本实施例嵌入式LED机场边界灯的主体部件，包括：圆筒状本体，以及位于圆筒状本体上部并沿其径向延伸的环状翼部，驱动模块20固定在圆筒状本体的内腔内。

驱动模块20通过螺丝紧固在灯体10圆筒状本体的内腔，其功能是将外部交流电转化为驱动LED光源的直流电，并且提供控制信号以达到对灯具进行调光、故障检测等功能。该驱动模块20上部通过导线连接LED灯板60上的LED灯珠，底部留有电气接口的安装部位以安装防水航空插头30。

防水航空插头30是嵌入式LED机场边界灯的电气接口，其紧固在灯体10的底端，本实施例嵌入式LED机场边界灯的外部输入和输出都由其完成，其和灯体10的连接部位是防水的，其采用的也是防水圈的密闭方式，安装简单。

PC外罩40

PC外罩40选用航空级PC材料（Polycarbonate，聚碳酸酯），该PC材料拥有透光率高、韧性高、强度高、防紫外等性质，故该PC外罩除了拥有良好的透光性能外，通过一次注塑成型制备使得PC外罩拥有良好的抗冲击性能。

图3A和图3B分别为图2所示嵌入式LED机场边界灯中PC外罩正面和背面的示意图。请参照图3A和图3B，该PC外罩40包括：防水安装部41，呈圆环状；以及透光部42，呈空心圆台状，位于防水安装部分中央并向上延伸。

请参照图3A，透光部42的外表面由一突起平面和圆周斜面组成，该突起平面表面平整度高且光滑无凹陷，圆周斜面和突出平面连接无锐角，过渡平滑，高出地面高度低，从而该结构具有表面不积水积尘，自洁性能好，不会对地面车辆人物造成障碍且抗压性能好。防水安装部分41的外表面由一平整面和圆周排列的安装螺钉的孔组成，该平整面表面光滑无凹陷结构，平整度高，安装孔位均匀圆周排列在防水安装部分41周围，从而可以保证PC外罩均匀的靠螺钉紧固在灯体上，保证防水的密封性能。

请参照图3B，透光部42的内表面同样包括一突起平面和圆周斜面。该圆周斜面上具有自上而下延伸的横截面为半圆柱形或类半圆柱形的纵向条纹。突起平面具有环状纹路结构，该纵向条纹和环状纹路可以扩散经过透镜的出射光线，从而可以使外界不能透过PC外罩直视到透镜，扩大的出光面积，减少了眩光。

请参照图3B，PC外罩40的防水安装部分的内表面为一圆周环形平面，该圆周环形表面平整度高，可以和灯体、防水O型防水圈相紧密配合，通过圆周排列的螺钉紧固，从而起到防水密闭的作用，其他部分设计为规则排列的凹槽结构，该部分无实际功能，设计成凹槽部分可以减少PC外罩的生产材料，增加美观，从而可以提高注塑PC外罩的时间，降低成本，提高了生产效率。

如果灯体10和PC外罩40仅仅用螺钉锁紧，两者中间结合面会有产生缝隙，经常导致水汽的进入而部件损坏。本实施例中，在灯体10环状翼部的上表面以及PC外罩40防水安装部分的下表面对应位置设计凹糟放置O型防水圈，用灯体10和PC外罩40的压紧力使O型防水圈变形填充其中的缝隙，起到密闭的作用。该O型防水圈其材质为硅橡胶，硅橡胶拥有使用寿命长，不易老化，不易发生永久变形。

LED灯板60

图4为图2所示嵌入式LED机场边界灯中LED灯板的立体图。请参照图4，在LED灯板60中，将大功率LED灯珠62按照相对应的排列焊接在铝基板61上。

铝基板具有良好的导热性能，可将LED灯珠发光时产生的热量迅速的传到出去。铝基板61中间的走线孔65用来走电线，导线通过走线孔连接铝基板上表面的焊点和驱动模块。铝基板的正负极焊点在上表面。因为LED灯珠62为直流驱动，LED灯珠62按照一定的电路设计排列在铝基板61上组成LED灯板，故LED灯板有输入端，该端有正负极。铝基板61上其他的孔将在下文进行介绍。

本实施例中，铝基板61上排列8颗单颗1至3w的大功率LED。可以根据不同种类边界灯的要求，设计排列不同颗数，不同颜色的LED，以达到所需种类边界灯的工作需求。LED灯珠的体积小，寿命长，可靠性高，相对卤钨灯不易碎，抗震能力强，并且成本较低，易于修复和更换。

本实施例中，铝基板上相互错开焊接两种不同颜色各4颗的LED灯珠，实现两种边界灯的功能要求，通过驱动模块20控制亮灭实现不同边界灯的切换功能，从而不同边界灯只需更换驱动模块20的程序即可实现，大大节约了生产制造成本，减少库存。

透镜模组70

图5A和图5B分别为图2所示嵌入式LED机场边界灯中透镜模块的正面和背面的示意图。请参照图5A和图5B，该透镜模块70包括：透镜固定板71，以及固定于透镜固定板上若干个与所述LED灯板60上灯珠61位置相对应的透镜72。其中，该若干个透镜和透镜固定板也是由PC材料一次注塑成型。

对称排列的8颗透镜组合成一透镜阵列，该透镜阵列固定在透镜固定板上构成整体式透镜模组，整体式透镜模组便于装配，减少生产工时，降低成本。

图6为图2所示嵌入式LED机场边界灯中透镜模块中透镜的结构示意图。请参照图6，该透镜为一旋转对称的凸出结构。

该凸出结构底部的中间位置向上凹陷形成容置部，该容置部分为两部分：其下部呈圆筒形，以容置LED灯珠的下部；其上部呈坑状，以容置LED灯珠的上部。该坑状的容置部上部形成一凸曲面72a。该凸曲面72a为一近似半圆的圆滑的曲面，相对于旋转对称轴对称，其单侧边界线从该透镜的旋转对称轴上的第一端点延伸至容置部下部的第二端点。其中，凸曲面的单侧边界线的法向向量方向从第一端点处的90°渐变为第二端点处的10°，且变化速率呈先增后减的趋势。

该凸出结构的上部向下凹陷形成一圆滑的凹曲面72b。该凹曲面的单侧边界线由该透镜的旋转对称轴上的第一端点延伸至透镜固定板上的第二端点。凹曲面的单侧边界线的法向向量方向从第一端点处的90°变化为120°，再变化至第二端点处的5°，其中，由90°变化为120°的变化速率大于由120°变化为5°的变化速率。

在实际使用过程中，透镜固定板71的下表面与LED灯板的铝基板的上表面接触，LED发光芯片的发光平面与圆筒状的容置部下部的上表面平齐，LED安置在容置部的中心位置。

经由模拟仿真和样品试制表明，LED灯珠作为一郎伯体发光体，其发出的光首先由坑状的容置部上部的凸曲面打散并折射至凸出结构上部的凹曲面，在该凹曲面转换为大角度蝙蝠翼型配光，如图7所示。其中，多条线为多次模拟仿真的结果。

请参照图5B，在透镜固定板71背面的中央位置，设置至少两个定位柱74。该定位柱向上突起。请参照图4，在LED灯板60对应定位柱74的位置，开设对应的定位孔64。定位柱74和定位孔64的组合，使得透镜固定板71和铝基板61的定位更加方便和准确。

本实施例中，通过单颗透镜自由曲面72a和72b的设计，实现大角度蝙蝠翼型的配光设计，满足边界灯的光学要求，并且该双自由曲面结构有体积小、高度低的优点，故降低了透镜模块突出地面的高度，从而降低了整灯突出地面的高度，依照本实施例制作样品突出地面的高度仅为12mm。

散热板80

导热垫片90选用导热硅胶垫片，其拥有导热系数高、热阻低、柔性好、易切割等优点。导热垫片90的位置介于LED灯板60与散热板80之间，LED灯板和散热器通过螺钉紧固在一起，导热垫片填充了两者之间的空气间隙，降低了LED灯板和散热器之间的热阻，让热量可以迅速的导入散热板中。

图8为图2所示嵌入式LED机场边界灯中光学结构和散热部分的剖面图，该光学结构自上而下的分别是PC外罩40，透镜模块70，LED灯板60，导热硅胶垫90，散热板80。该结构的连接主体件为散热板80。

请参照图5A和图5B，在透镜固定板71的边沿，形成4个沉头通孔73。同时，请参照图4，在LED灯板60的铝基板61的对应位置，设置相应的4个通孔63。

请参照图8，在本实施例嵌入式LED机场边界灯装配时，将透镜定位柱对准LED灯板定位孔，通过螺钉自上而下贯穿透镜模块70、LED灯板60、导热硅胶垫90，散热板80，位置位于散热板的内圆上表面，将这四个部件连接成整体；PC外罩40从上部盖于散热板上，用螺丝自上而下将散热板和PC外罩紧固，位置位于散热板的外圆环底面。该散热板为500铝合金材质，拥有良好的导热性能。

此外，还需要说明的是，本实施例中只有两处防水措施，即防水航空插头以及灯体10和PC外罩40之间的防水O型圈，其他位置不需要再做防水，相对于现有技术对边界灯进行整体灌胶的措施而言，本实施例嵌入式LED机场边界灯更易于维护，可靠性更高，成本也大大降低。

至此，已经结合附图对本实施例进行了详细描述。依据以上描述，本领域技术人员应当对本发明嵌入式LED机场边界灯有了清楚的认识。

此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换，例如：

（1）LED灯珠选用小功率来设计，还可以大功率的LED灯珠；

（2）透镜模块中各透镜呈圆周排列，也可以方形或者多边形排列；

（3）除了PC材料之外，外罩还可以由其他强度高、不易碎的材料制备，除了铝之外，LED灯板的基板还可以用其他金属材料制备；

（4）本领域技术人员可以根据需要涉及边界灯露出地面的高度，一般情况下，整个嵌入式LED机场边界灯应当露出地面的高度介于10mm～15mm之间。

综上所述，本发明提供一种高度大大降低的嵌入式LED机场边界灯，其高度远远低于安全保证标准，而且结构简单、安装方便、成本低，该设计结构可适用于多类全向发光边界灯的设计要求，从而减少了设计研发、生产备料的成本。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种嵌入式LED机场边界灯，其特征在于，包括：

灯体，包括：圆筒状本体，以及位于圆筒状本体上部并沿其径向延伸的环状翼部；

外罩，由PC材质一次注塑成型制备，包括：防水安装部，呈圆环状；以及透光部，呈空心圆台状，位于防水安装部分中央并向上延伸，所述外罩的防水安装部与所述灯体的环状翼部的对应位置均设置环状凹槽；

O型防水圈，放置于所述环状凹槽内，依靠灯体和PC外罩的压紧力使O型防水圈变形以填充两者之间空隙；

LED灯板，包括：基板，以及固定于基板上的若干个LED灯珠；

透镜模块，位于所述LED灯板的上方，包括：透镜固定板，以及若干个与所述LED灯板上LED灯珠位置相对应的透镜，所述LED灯珠嵌入相应透镜内，且该透镜的外表面采用双自由曲面设计；以及

散热板，其中，所述透镜模块、LED灯板从上往下依次固定于该散热板，该散热板向上固定于所述外罩的底部，其中透镜模块、LED灯板位于外罩空心圆台状透光部的内部空间，所述外罩向下固定于所述灯体；

其中，所述透镜模块中的透镜为旋转对称的凸出结构；该凸出结构的上部向下凹陷形成一凹曲面，该凹曲面的单侧边界线由该透镜的旋转对称轴上的第一端点延伸至透镜固定板上的第二端点；该凸出结构底部的中间位置向上凹陷形成容置部，该容置部容纳相应的LED灯珠，该容置部上部形成一凸曲面，该凸曲面的单侧边界线从该透镜的旋转对称轴上的第一端点延伸至容置部下部的第二端点；

所述凹曲面的单侧边界线的法向向量方向从第一端点处的90°变化为120°，再变化至第二端点处的5°，其中，由90°变化为120°的变化速率大于由120°变化为5°的变化速率；所述凸曲面的单侧边界线的法向向量方向从第一端点处的90°渐变为第二端点处的10°，且变化速率呈先增后减的趋势；所述LED灯珠作为一郎伯体发光体，其发出的光首先由容置部上部的凸曲面打散并折射至凸出结构上部的凹曲面，在该凹曲面转换为蝙蝠翼型配光。

2.根据权利要求1所述的嵌入式LED机场边界灯，其特征在于，透镜模块中所述透镜固定板和位于其上的若干个透镜由PC材料经一次成型制备。

3.根据权利要求1所述的嵌入式LED机场边界灯，其特征在于，所述外罩的透光部的外表面由一突起平面和圆周斜面组成，所述突起平面表面平整度高且光滑无凹陷，所述圆周斜面和突出平面连接无锐角。

4.根据权利要求1所述的嵌入式LED机场边界灯，其特征在于，所述外罩的透光部的内表面由一突起平面和圆周斜面组成，其中：

所述突起平面具有环状纹路结构；

所述圆周斜面上具有自上而下延伸的横截面为半圆柱形或类半圆柱形的纵向条纹。

5.根据权利要求1所述的嵌入式LED机场边界灯，其特征在于，所述LED灯板的基板上相互错开焊接分别控制的两种不同颜色的LED灯珠。

6.根据权利要求5所述的嵌入式LED机场边界灯，其特征在于，所述两种不同颜色的LED灯珠呈圆周排列在所述LED灯板中心的外围。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的嵌入式LED机场边界灯，其特征在于：

所述透镜固定板背面的中央位置设置向上突出的至少两个定位柱；

所述LED灯板上该至少两个定位柱的对应位置开设对应的定位孔，至少两定位柱插入相应的定位孔中，以实现透镜模块上若干个透镜和LED灯板上若干个LED灯珠的对准。

8.根据权利要求1至6中任一项所述的嵌入式LED机场边界灯，其特征在于，还包括：

驱动模块，固定在所述灯体圆筒状本体的内腔，其一侧通过下方的防水航空插头电性连接至电源，其另一侧通过导线和焊点电性连接所述LED灯板上的各个灯珠。

9.根据权利要求1至6中任一项所述的嵌入式LED机场边界灯，其特征在于，还包括：

导热垫片，为导热硅胶材料，位于所述LED灯板和所述散热板之间，以调整两者之间的空气间隙。

10.根据权利要求1至6中任一项所述的嵌入式LED机场边界灯，其特征在于，所述LED灯板的基板为铝材质，所述散热板为铝合金材质。

11.根据权利要求1至6中任一项所述的嵌入式LED机场边界灯，其特征在于，所述外罩的防水安装部的上表面与地面平齐，所述外罩的透光部及位于其内部的透镜模块、LED灯板露出地面之上。

12.根据权利要求11所述的嵌入式LED机场边界灯，其特征在于，整个嵌入式LED机场边界灯露出地面10mm～15mm。