CN102338306A - 旋转照明装置及其散热控制方法 - Google Patents

Abstract

一种旋转照明装置，包括投射灯具、第一步进电机、第二步进电机、控制器、热控制单元以及散热装置。投射灯具可于水平方向及垂直方向上分别依第一步进电机及第二步进电机的带动而旋转。控制器用以设定第一步进电机的第一步进角度及第二步进电机的第二步进角度，且热控制单元用以依据第一步进角度及第二步进角度产生转速控制值。散热装置用以依据转速控制值转动以冷却投射灯具。

Description

旋转照明装置及其散热控制方法

技术领域

本发明涉及一种旋转照明装置及其散热控制方法。

背景技术

图7为现有技术的旋转照明装置的示意图。如图7所示，旋转照明装置100包括投射灯具102、水平旋转步进电机104、垂直旋转步进电机106、轭架108及底座112。水平旋转步进电机104设置于底座112上，且投射灯具102及垂直旋转步进电机106设置于轭架108上。水平旋转步进电机104可控制投射灯具102以Y轴为中心于水平方向RX上转动，且垂直旋转步进电机106可控制投射灯具102以X轴为中心于垂直方向RY上转动。

由于投射灯具102内的灯泡为主要热源，所以必须针对热源进行散热处理，例如利用风扇产生强制对流以获得散热效果。一般而言，热空气本身会上升流动，故容易导致热能集中的现象。过高的温度会缩短灯泡的使用寿命，且于长时间的热能集中状态下，会使灯泡本身产生白化(灯泡球壳上有严重的反白现象)，造成亮度及寿命降低的情形。传统静态的光学投射装置，因为本身不具运动特性，因此灯泡的白化现象呈现于一定点。但对旋转照明装置100而言，由于具有运动特性并固定于不同的旋转方位，所以会呈现出多点式或是一整片的白化现象，使灯泡的亮度与寿命更低。另外，因旋转照明装置100具有转动特性，散热***必须知道目前的旋转方位，才能准确地进行散热控制。美国专利US6635999号公开一种利用重力传感器(g-sensor)来感测灯具旋转方位以进行散热控制的方式，如图8所示，利用重力传感器获知目前的灯具旋转方位后，热力控制***可依据传来的方位信号将风扇原先的驱动电压Vref对应地调整为驱动电压Vs，如此即可依不同的灯具方位提高或降低风扇转速，获得最佳化的散热控制及省电效果。另外，美国专利US6621239号、US6969960号均提出一种利用热感元件检测温度并反馈控制风扇转速的方式。然而，无论是利用重力传感器或热感元件进行反馈散热控制，均会明显提高制造成本且会限制灯具的摆放位置。

发明内容

本发明提供一种旋转照明装置及其散热控制方法，其能避免上述设计的缺点并获得较佳的散热控制及良好的省电效果。

本发明的其它目的和优点可以从本发明所公开的技术特征中得到进一步的了解。

为达上述之一或部分或全部目的或是其它目的，本发明的实施例提供一种旋转照明装置，包括投射灯具、第一步进电机、第二步进电机、控制器、热控制单元及散热装置。投射灯具至少具有以第一轴向为中心的第一旋转运动及以第二轴向为中心的第二旋转运动，且第一轴向与第二轴向大致垂直。第一步进电机用以控制第一旋转运动，且第二步进电机用以控制第二旋转运动。控制器用以设定第一步进电机的第一步进角度及第二步进电机的第二步进角度，且热控制单元用以依据第一步进角度及第二步进角度产生转速控制值。散热装置用以依据转速控制值转动以冷却投射灯具。

在实施例中，第一轴向为垂直方向且第二轴向为水平方向。

在实施例中，控制器包括DMX512控制接口且散热装置为风扇，且投射灯具的方位由第一步进角度及第二步进角度所决定。

在实施例中，旋转照明装置还包括底座及轭架，第一步进电机及控制器设置于底座上，且投射灯具及第二步进电机设置于轭架上。

本发明的另一实施例提供一种旋转照明装置的散热控制方法，旋转照明装置利用第一步进电机及第二步进电机控制投射灯具，使投射灯具于水平方向上及垂直方向上转动，且旋转照明装置利用风扇冷却。散热控制方法包括如下步骤：设定第一步进电机使投射灯具于垂直方向上转动的第一步进角度、及设定第二步进电机使投射灯具于水平方向上转动的第二步进角度，以决定投射灯具的方位状态；依据方位状态产生转速反馈值；及依转速反馈值调整风扇的转速。

在实施例中，散热控制方法符合如下控制逻辑：

${\widehat{\mathrm{\θ}}}_Y=K_f\×{\mathrm{\θ}}_Y+K_C\×{\mathrm{\θ}}_Y+K_W\×{\mathrm{\θ}}_Y;$ 及

${\widehat{\mathrm{\θ}}}_X=K_w\×{\mathrm{\θ}}_X$

其中K_f为地板模式参数，K_C为天花板模式参数，K_W为墙壁模式参数，θ_Y为垂直方向上的步进角度，θ_X为水平方向上的步进角度，

为垂直方向上的转速反馈值，且为水平方向上的转速反馈值。在地板模式时K_f＝1、K_C＝0且K_W＝0，在天花板模式时K_f＝0、K_C＝1且K_W＝0，且在墙壁模式时K_f＝0、K_C＝0且K_W＝1。

综上所述，本发明实施例的旋转照明装置至少具有下列其中一个优点：通过控制器所设定的步进角度即可获得投射灯具目前的方位状态，因此可不使用方位感测元件或热感元件即能适当地调整风扇转速，获得较佳的散热控制效果而增加灯泡寿命并减少耗电量。

本发明的其它目的和优点可以从本发明所公开的技术特征中得到进一步的了解。为让本发明上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例并配合附图，作详细说明如下。

附图说明

图1为依本发明实施例的旋转照明装置的示意图。

图2为依本发明实施例的投射灯具的示意图。

图3为方块图，显示依本发明实施例的散热控制方式。

图4A-4D为说明本发明散热控制方法的实例的示意图。

图5为显示转速控制值对应步进角度的变化图。

图6A-6D为说明本发明散热控制方法的另一实例的示意图。

图7为现有技术的旋转照明装置的示意图。

图8为方块图，说明利用重力传感器进行散热控制的现有设计。

【主要元件符号说明】

10   旋转照明装置

12   投射灯具

121  灯泡

122  光机

123  镜头

14  水平旋转步进电机

16  垂直旋转步进电机

18  轭架

22  底座

24  控制器

26、26a、26b  风扇

28  热控制单元

100 旋转照明装置

102 投射灯具

104 水平旋转步进电机

106 垂直旋转步进电机

108 轭架

112 底座

G   导热方向

T   热流方向

P   出风口

L   照明光束

L’ 影像光束

Vref、Vs  电压

Vd、Vd1、Vd2转速控制值

θ_X 水平方向步进角度

θ_Y 垂直方向步进角度

RX  水平方向

RY  垂直方向

K_f、K_C、K_W置放模式参数

具体实施方式

有关本发明前述及其它技术内容、特点与功效，在以下配合附图的实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明而并非用来限制本发明。

图1为依本发明实施例的旋转照明装置的示意图。如图1所示，旋转照明装置10包括投射灯具12、水平旋转步进电机14、垂直旋转步进电机16、轭架18、底座22及控制器24。水平旋转步进电机14及控制器24设置于底座22上，且投射灯具12及垂直旋转步进电机16设置于轭架18上。水平旋转步进电机14可控制投射灯具12以Y轴为中心于水平方向RX上转动，且垂直旋转步进电机16可控制投射灯具12以X轴为中心于垂直方向RY上转动。上述X轴方向、Y轴方向仅为例示而不限定，投射灯具12能以两个大致垂直的轴向为中心旋转即可。控制器24用以设定水平旋转步进电机14及垂直旋转步进电机16各自的步进角度，且由累计的步进角度值可获知投射灯具12旋转后的方位。控制器24例如可包括DMX512控制接口，且投射灯具12例如可为投影机、洗墙灯、摇头灯或探照灯等等。如图2所示，以投影机为例，投射灯具12例如可包括灯泡121、光机122及镜头123，灯泡121用以产生照明光束L，光机122用以将照明光束L转换成影像光束L’，并通过镜头123将影像光束L’投射出去。另外，投射灯具12产生的热能可通过散热装置驱散，散热装置例如可为风扇26。

图3为方块图，显示依本发明实施例的散热控制方式。控制器24的DMX512控制接口可设定水平旋转步进电机14及垂直旋转步进电机16各自的步进角度，通过设定步进角度θx、θy可改变投射灯具12的旋转位置；换言之，通过累计步进角度值即可获知投射灯具12目前的方位。因此，如图3所示将设定的步进角度θx、θy输入热控制单元28，可获得投射灯具12目前的方位状态并经由热控制单元28计算产生转速控制值Vd1、Vd2，风扇26再依转速控制值Vd1、Vd2转动以冷却投射灯具12。依本实施例的设计，通过控制器24所设定的步进角度θx、θy即可获得投射灯具12目前的方位状态，因此可不使用方位感测元件或热感元件即能适当地调整风扇转速，获得较佳的散热控制效果而增加灯泡寿命并减少耗电量。

另外，在实施例中，可因旋转照明装置10置放的位置不同而区分为地板模式(floor mode)、天花板模式(ceiling mode)及墙壁模式(wall mode)三种不同的散热模式。在地板模式和天花板模式时，可忽略水平方向的角度变化，风扇控制命令则考虑垂直方向的角度变化。在墙壁模式时，风扇控制命令同时考虑水平方向和垂直方向的角度变化。因此，在实施例中，散热控制方法可符合如下控制逻辑：

${\widehat{\mathrm{\θ}}}_Y=K_f\×{\mathrm{\θ}}_Y+K_C\×{\mathrm{\θ}}_Y+K_W\×{\mathrm{\θ}}_Y;$ 及

${\widehat{\mathrm{\θ}}}_X=K_w\×{\mathrm{\θ}}_X$

其中K_f为地板模式参数，K_C为天花板模式参数，K_W为墙壁模式参数，θ_Y为垂直方向上的步进角度，θ_X为水平方向上的步进角度，为垂直方向上的转速反馈值，且

为水平方向上的转速反馈值。在地板模式时K_f＝1、K_C＝0且K_W＝0，在天花板模式时K_f＝0、K_C＝1且K_W＝0，且在墙壁模式时K_f＝0、K_C＝0且K_W＝1。如图3所示，依旋转照明装置10实际的置放位置设定这些置放模式参数K_f/K_C/K_W后并输入热控制单元28，可获得更精确的转速控制值。上述实施例利用风扇26提供散热效果仅为示例之用而不限定。

参考图4A-4D，如下以一实例说明本发明的散热控制方法，其中散热装置为单一风扇26(与出风口P位置重叠)，且旋转照明装置10置放于地板(K_f＝1、K_C＝0且K_W＝0)。如图4A所示，当θy＝0°时，风扇26协同出风口P的导热方向G和灯泡121产生的热流的流动方向T(热空气上升)一致，因此风扇26所需的功耗较低即可将热流排出。如图4B所示，当θy＝90°时，由于导热方向G和热流方向T相差90°，因此需提高风扇26的转速，以提高散热能力。再者，如图4C所示，当θy＝180°时由于导热方向G和热流方向T相反，此一角度下风扇的转速需较大才能有效将热导出出风口P，此时风扇26的功耗较大。如图4D所示，θy＝270°时的散热模式和θy＝90°时大致相同，亦即风扇转速可小于θy＝180°时的散热模式但大于θy＝0°时的散热模式。因此，依据不同的设定步进角度即可得知投射灯具12的方位，再经由热控制单元28产生对应于投射灯具12的方位、导热方向G和热流方向T条件下的最佳转速控制值Vd。转速控制值Vd例如可为电压信号，通过调整电压值的大小可调整风扇26的转速及功耗。图5即显示依上述实施例的转速控制值Vd对应步进角度θy的变化图。

依本发明的设计，风扇26的数目并不限定，如下说明当风扇26及对应的出风口P为两个时的散热控制实例。在本实施例中，同样以旋转照明装置10置放于地板(K_f＝1、K_C＝0且K_W＝0)为例。如图6A所示，当θy＝0°时，灯泡121的热流方向T朝上，此时风扇26a的导热方向G和热流方向T一致，因此驱动风扇26a即可将热排除。如图6B所示，当θy＝90°时，热流方向T分别与风扇26a及风扇26b的导热方向G相差90°及180°，因此可同时启动风扇26a和风扇26b，以将热有效排除。如图6C所示，当θy＝180°时，由于热流方向T分别与风扇26a及风扇26b的导热方向G相差180°及90°，因此同样可同时启动风扇26a和风扇26b，以将热有效排除。如图6D所示，当θy＝270°时，灯泡121的热流方向T朝上，此时风扇26b的导热方向G和热流方向T一致，因此驱动风扇26b即可将热排除。

以上所述，仅为本发明的优选实施例而已，不能以此限定本发明实施的范围，即所有依本发明权利要求及发明说明内容所作的简单的等效变化与修改，皆仍属本发明专利的范围内。另外本发明的任一实施例或权利要求不须达成本发明所公开的全部目的或优点或特点。此外，摘要和发明名称仅用于辅助专利文件检索之用，并非用来限制本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种旋转照明装置，包括：

投射灯具，至少具有以第一轴向为中心的第一旋转运动及以第二轴向为中心的第二旋转运动，且所述第一轴向与所述第二轴向大致垂直；

第一步进电机，用以控制所述第一旋转运动；

第二步进电机，用以控制所述第二旋转运动；

控制器，用以设定所述第一步进电机的第一步进角度及所述第二步进电机的第二步进角度；

热控制单元，用以依据所述第一步进角度及所述第二步进角度产生转速控制值；以及

散热装置，用以依据所述转速控制值转动以冷却所述投射灯具。

2.根据权利要求1所述的旋转照明装置，其中所述第一轴向为垂直方向且所述第二轴向为水平方向。

3.根据权利要求1所述的旋转照明装置，其中所述控制器包括DMX512控制接口。

4.根据权利要求1所述的旋转照明装置，其中所述投射灯具的方位由所述第一步进角度及所述第二步进角度决定。

5.根据权利要求1所述的旋转照明装置，还包括底座及轭架，所述第一步进电机及所述控制器设置于所述底座上，且所述投射灯具及所述第二步进电机设置于所述轭架上。

6.根据权利要求1所述的旋转照明装置，其中所述投射灯具为投影机，所述投影机包括：

灯泡，用以产生照明光束；

光机，用以将所述照明光束转换成影像光束；以及镜头，用以投射所述影像光束。

7.根据权利要求1所述的旋转照明装置，其中所述散热装置为风扇。

8.一种旋转照明装置的散热控制方法，所述旋转照明装置利用第一步进电机及第二步进电机控制投射灯具使所述投射灯具于水平方向及垂直方向上转动，且所述旋转照明装置利用风扇冷却，所述方法包括以下步骤：

设定所述第一步进电机使所述投射灯具于所述水平方向上转动的第一步进角度、及设定所述第二步进电机使所述投射灯具于所述垂直方向上转动的第二步进角度，以决定所述投射灯具的方位状态；

依据所述方位状态产生转速反馈值；及

依所述转速反馈值调整所述风扇的转速。

9.根据权利要求8所述的散热控制方法，其中所述散热控制方法符合如下控制逻辑：

${\widehat{\mathrm{\θ}}}_Y=K_f\×{\mathrm{\θ}}_Y+K_C\×{\mathrm{\θ}}_Y+K_W\×{\mathrm{\θ}}_Y;$ 及

${\widehat{\mathrm{\θ}}}_X=K_w\×{\mathrm{\θ}}_X$

其中K_f为地板模式参数，K_C为天花板模式参数，K_W为墙壁模式参数，θ_Y为垂直方向上的步进角度，θ_X为水平方向上的步进角度，

为垂直方向上的转速反馈值且为水平方向上的转速反馈值。

10.根据权利要求9所述的散热控制方法，其中在所述地板模式时K_f＝1、K_C＝0且K_W＝0，在所述天花板模式时K_f＝0、K_C＝1且K_W＝0且在所述墙壁模式时K_f＝0、K_C＝0且K_W＝1。

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