CN111750324B - 一种恒照度照明装置及智能调光方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种恒照度照明装置及智能调光方法，包括导光筒本体、采光罩、导光板，首先在导光筒本体的筒体上开设收纳腔，在收纳腔内部安装活动遮光板，通过电机和传动结构控制活动遮光板的开度，进一步控制射入室内的光通量，即可控制照度大小；同时，遮光板能完全收入收纳腔，可避免自然光线不足时挡住光线。然后，在筒体底部开设横截面呈耳廓状的环形灯罩，并在环形灯罩内安装环形无级调光灯，将底部整体用导光板封住，从而形成自然光线照明和人工照明为一体的照明装置。最后，通过闭环智能调光方法控制遮光板开度和环形无级调光灯亮度，使得本发明照明装置一直保持恒照度工作，从而同时实现节约电能、满足照度基本要求、避免眩光的目的。

Description

一种恒照度照明装置及智能调光方法
技术领域
本发明涉及照明灯具技术领域，具体为一种恒照度照明装置及智能调光方法。
背景技术
随着绿色建筑发展在国内成为建筑设计发展的新方向，建筑节能作为审核标准中的一部分也必须在建筑设计中得到具体体现。而目前国内建筑节能采取的最多一种方案就是加装导光筒，导光筒可局部范围内替代灯具照明，从而实现节能的目的，因此被广泛大量使用。
然而目前的导光筒还存在以下不足之处：1.单个导光筒在不同时段的亮度是不一致的；2.同一时段各个导光筒之间的亮度是不一致的；3.导光筒只能白天使用。以上缺陷导致的问题是：1.室内局部区域过暗，不能达到照明的目的，或者局部过亮，导致眩光(现行建筑电气设计规范有具体照明眩光要求)；2.天气和白昼变化导致亮度变化无常，给室内人员带来极差地体验感；3.晚上导光筒所在区域光线暗淡。基于以上分析，目前还没有一种导光筒可以全天24小时都能保持恒亮度且还能实现节能，因此，需要提出一种恒照度照明装置及智能调光方法来解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种恒照度照明装置及智能调光方法，以解决上述背景技术中提出的节约电能和室内亮度不能恒定的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种恒照度照明装置，包括导光筒本体、安装在导光筒本体上口的采光罩、安装在导光筒本体下口的导光板，所述导光筒本体由筒体、开设在筒体筒壁的收纳腔以及筒体底部具有的环形灯罩组成，所述环形灯罩横截面呈耳廓状，所述导光板嵌入安装在环形灯罩底部。还包括嵌入安装在环形灯罩内的环形无级调光灯和安装在收纳腔内部呈瓢状的两个活动遮光板，两个活动遮光板对称设置。所述活动遮光板平开时投影的外轮廓弧度与筒体内壁弧度一样，且完全平开时两个活动遮光板之间留有缝隙区域，所述活动遮光板收纳时能完全收入到收纳腔中。还包括安装在筒体外壁用于控制活动遮光板开度的电机；还包括安装在电机和活动遮光板之间的传动结构。
优选地，还包括对称安装在筒体外壁的两个控制箱，控制箱内部分为下腔室和上腔室；所述下腔室内设置有电源***和控制***；所述电机安装在上腔室内；所述控制箱还具有检修箱门。
优选地，所述传动结构由滑槽、第二转动齿轮、第一转动齿轮、齿槽板、丝杆套、移动板、螺纹丝杆构成；所述螺纹丝杆贯穿控制箱上腔室顶板后焊接在电机转子上，且所述螺纹丝杆的外表面包套有丝杆套，所述丝杆套靠近筒体一侧外表面横向焊接有移动板，所述移动板的伸出端活动插设于滑槽的内部，所述移动板的外表面向上竖直焊接有齿槽板，所述齿槽板另一端与安装在收纳腔内的第二转动齿轮齿合，且紧贴第二转动齿轮齿合安装有第一转动齿轮，所述活动遮光板固定安装在第一转动齿轮的外表面。
优选地，所述环形无级调光灯为LED灯，且灯面朝向导光板中心。
优选地，所述活动遮光板完全平开时最高点离环形灯罩的距离不小于筒体内壁半径。
一种恒照度照明智能调光方法，采用以上所述的恒照度照明装置，对导光板射出的光照强度进行恒定控制，其特点在于：假设导光板7底面安装有照度传感器，初始环形无级调光灯处于断电状态且初始点亮时为功率最小状态；另外，设室内照度最大标准值为Emax、最小照度标准值为Emin,每个采样周期照度变化值ΔE＝(Emax-Emin)/N，且N为大于1的整数；则具体控制步骤如下：
1)照度传感器检测室内照度是否大于Emax，若是，则电机旋转调小活动遮光板开度；若否，执行步骤2)；
2)判断照度是否小于Emin，若是，则电机旋转调大活动遮光板开度，若否，则继续执行步骤1)；
3)照度传感器检测室内照度是否大于Emin+ΔE，若是，则电机调小活动遮光板开度，若否，执行步骤1)；
4)检测活动遮光板开度是否调节到最大值，若是，则执行步骤5)，若否，执行步骤6)；
5)照度传感器检测室内照度是否小于Emin，若是，则开启环形无级调光灯，若否，执行步骤1)；
6)照度传感器检测室内照度是否大于Emin+ΔE，若是，执行步骤1)，若否，则电机调大活动遮光板开度；
7)照度传感器检测室内照度是否小于Emin，若是，则调亮环形无级调光灯，若否，则执行步骤1)；
8)照度传感器检测室内照度是否小于Emin，若是，则调亮环形无级调光灯，若否，则执行步骤9)；
9)照度传感器检测室内照度是否大于Emin+ΔE，若是，则调暗环形无级调光灯，若否，则执行步骤1)；
10)照度传感器检测室内照度是否大于Emin+ΔE，若是，则执行步骤11)，若否，则执行步骤1)；
11)照度传感器检测室内照度是否大于Emax,若是，则关闭环形无级调光灯，若否，则调暗环形无级调光灯。
以上进一步，室内照度最大标准值为Emax，缝隙区域面积的确定方法为：设筒体的内径面积为A，导光板导光利用系数为k,从缝隙区域射入的光通量为Φ，晴天光通量为Φmax,筒体内壁和采光罩导光利用系数乘积为n,修正系数为f,缝隙区域面积为m；则m＝ΦA/nf·Φmax＝Emax·A2/knf·Φmax，且0<m<A；从而可以进一步确定活动遮光板的大小。
进一步，活动遮光板由半透明材料制成，设其透光系数为e；则m＝(Emax·A2-nek·A·Φmax)/nfk(1-e)Φmax,其中，0≤m<A。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明在筒体内部设置可活动的活动遮光板，通过控制活动遮光板的开度使得射入到室内的照度始终保持恒定，从而既能满足室内照度要求，又能达到不眩光的目的；另外，白天使用导光筒本身集散太阳光的功能，具有节能电能的有益效果。
2、本发明改变导光筒底部的结构，构造横截面呈耳廓状的环形灯罩，在环形灯罩内安装环形无级调光灯，在最底端封装导光板，使得装置同时具有自然光照明和人工灯具照明的功能，通过控制环形无级调光灯开闭和亮度，与导光筒功能衔接互补，使得该照明装置全天24小时都能保持恒照度照明。
3、本发明活动遮光板完全平开时，活动遮光板之间留有缝隙区域，基于筒体直径确定活动遮光板的大小，使得活动遮光板完全平开情况下中间区域留有一定的缝隙区域，从而在晴朗天气时室内照度能达到最大标准照度要求。
4、本发明与活动遮光板对应在筒体壁上开设有收纳腔，使得活动遮光板可完全收纳到收纳腔内，而不至于挡住光线射入，从而在自然光线不足的情况下能够充分利用光照。
5、本发明照度传感器不断检测室内照度值，通过电机及传动结构控制活动遮光板的开度和改变调节环形无级调光灯的亮度形成闭环控制***，使得该照明装置能够一直保持在预设控制照度范围内运行。
附图说明
图1为本发明的结构正视剖面示意图；
图2为本发明的结构正视示意图；
图3为本发明的结构俯视剖面示意图；
图4为本发明图1中A处的结构正视剖面示意图。
图中：1、导光筒本体；11、筒体；12、环形灯罩；13、收纳腔；2、传动机构；21、滑槽；22、第一转动齿轮；23、第二转动齿轮；24、齿槽板；25、丝杆套；26、移动板；27、螺纹丝杆；3、控制箱；31、下腔室；32、上腔室；33、检修箱门；4、电机；5、采光罩；6、环形无级调光灯；7、导光板；8、活动遮光板。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-4，本发明提供的一种实施例：
一种恒照度照明装置，包括导光筒本体1、安装在导光筒本体1上口的采光罩5、安装在导光筒本体1下口的导光板7，导光筒本体1由筒体11、开设在筒体11筒壁的收纳腔13以及筒体1底部具有的环形灯罩12组成，其中环形灯罩12横截面呈耳廓状，导光板7嵌入安装在环形灯罩12底部。还包括嵌入安装在环形灯罩12内的环形无级调光灯6和安装在收纳腔13内部呈瓢状的两个活动遮光板8，两个活动遮光板8对称安装设置，且两个活动遮光板8的大小形状一样，通过控制环形无级调光灯6开闭和亮度，与导光筒本身功能互补，使得该照明装置全天24小时都能保持恒照度照明。活动遮光板8平开时投影的外轮廓弧度与筒体11内壁弧度一样，且完全平开时两个活动遮光板8之间留有缝隙区域9，通过设置活动遮光板8的大小使得活动遮光板完全平开情况下在晴朗天气时的照度达到最大标准照度要求。当活动遮光板8收纳时能完全收入到收纳腔13中，且活动遮光板8上表面的弧度和筒体11内壁的弧度完全一样，从而不至于挡住光线射入，进一步在自然光线不足的情况下能充分利用光照。还包括安装在筒体11外壁用于控制活动遮光板8开度的电机4，还包括安装在电机4和活动遮光板8之间的传动结构2，通过电机4控制传动结构2使得活动遮光板8的开度产生变化，进一步使得射入到室内的照度始终保持恒定，实现既能满足室内照度基本要求，又能达到不眩光的要求。
进一步，该装置还包括对称安装在筒体11外壁的两个控制箱3，控制箱3内部分为下腔室31和上腔室32。下腔室31内设置有电源***31和控制***32。电机4安装在上腔室31内，控制箱3还具有检修箱门33。实施时，控制箱3应该安装在距离环形灯罩12一定高度的位置，在装修的时候使得控制箱3位于装饰天花扣板的上方，而不影响整体室内美观。
进一步，传动结构2由滑槽21、第二转动齿轮22、第一转动齿轮23、齿槽板24、丝杆套25、移动板26、螺纹丝杆27构成；螺纹丝杆27贯穿控制箱3上腔室32顶板后焊接在电机4转子上，且所述螺纹丝杆27的外表面包套有丝杆套25，丝杆套25靠近筒体11一侧外表面横向焊接有移动板26，移动板26的伸出端活动插设于滑槽21的内部，移动板11的外表面向上竖直焊接有齿槽板24，齿槽板24另一端与安装在收纳腔13内的第二转动齿轮23齿合，且紧贴第二转动齿轮23齿合安装有第一转动齿轮22，活动遮光板8固定安装在第一转动齿轮22的外表面。其中，电机4可采用具有正反转的无级调速电机。采用传动结构2可使得活动遮光板8与电机4的横向、纵向距离可以灵活调整。
具体实施时，优选方案，环形无级调光灯6为LED灯，且灯面朝向导光板7中心，保持光通量照射在导光板7上的均匀性。另外，制造该照明装置时，活动遮光板8完全平开时的最高点离环形灯罩12的距离不小于筒体11内壁半径，从而使得活动遮光板8完全收纳时候不影响环形无级调光灯6的光线射出。
一种恒照度照明智能调光方法，采用上述的恒照度照明装置，对导光板7射出的光照强度进行恒定控制，假设导光板7底面安装有照度传感器，初始环形无级调光灯6处于断电状态且初始点亮时为功率最小状态；另外，设室内照度最大标准值为Emax、最小照度标准值为Emin,每个采样周期照度变化值ΔE＝(Emax-Emin)/N，且N为大于1的整数；则具体控制步骤如下：
1)照度传感器检测室内照度是否大于Emax，若是，则电机4旋转调小活动遮光板8开度；若否，执行步骤2)；
2)判断照度是否小于Emin，若是，则电机4旋转调大活动遮光板8开度，若否，则继续执行步骤1)；
3)照度传感器检测室内照度是否大于Emin+ΔE，若是，则电机4调小活动遮光板8开度，若否，执行步骤1)；
4)检测活动遮光板8开度是否调节到最大值，若是，则执行步骤5)，若否，执行步骤6)；
5)照度传感器检测室内照度是否小于Emin，若是，则开启环形无级调光灯6，若否，执行步骤1)；
6)照度传感器检测室内照度是否大于Emin+ΔE，若是，执行步骤1)，若否，则电机4调大活动遮光板8开度；
7)照度传感器检测室内照度是否小于Emin，若是，则调亮环形无级调光灯6，若否，则执行步骤1)；
8)照度传感器检测室内照度是否小于Emin，若是，则调亮环形无级调光灯6，若否，则执行步骤9)；
9)照度传感器检测室内照度是否大于Emin+ΔE，若是，则调暗环形无级调光灯6，若否，则执行步骤1)；
10)照度传感器检测室内照度是否大于Emin+ΔE，若是，则执行步骤11)，若否，则执行步骤1)；
11)照度传感器检测室内照度是否大于Emax,若是，则关闭环形无级调光灯6，若否，则调暗环形无级调光灯6。
建筑室内的照度值都有一个标准值范围，将不同区域的标准值带入智能调光方法中就可以得到恒定照度的控制。比如车库的照度标准值如下表所示。
Figure BDA0002549873110000081
以上智能调光方法，通过电机4及传动结构2控制活动遮光板8的开度和自动调节环形无级调光灯6的亮度形成闭环控制***，使得该照明装置能够保持在预设控制照度范围内一直运行。诸如车库这种活动具有间歇性的地方，还可以在晚上根据有无人活动控制环形无级调光灯6的亮度，有人通过的时候为正常照度，没有人的时候亮度自动调低或者关闭环形无级调光灯6。
优选地，室内照度最大标准值为Emax，所述缝隙区域9面积的确定方法为：设筒体11的内径区域面积为A，导光板7导光利用系数为k,从缝隙区域9射入的光通量为Φ，晴天光通量为Φmax,筒体11内壁和采光罩5导光利用系数乘积为n,修正系数为f,缝隙区域9面积为m；则m＝ΦA/nf·Φmax＝Emax·A2/knf·Φmax，且0<m<A；从而可以进一步确定活动遮光板8的大小。制造该照明装置的时候，可以根据逆推法确定活动遮光板8的大小，从而使得活动遮光板8完全平开的时候射入的光通量能满足某区域的最大照度要求。
以上再进一步，如果选取活动遮光板8由半透明材料制成，设其透光系数为e，则缝隙区域9面积m＝(Emax·A2-nek·A·Φmax)/nfk(1-e)Φmax,其中，0≤m<A。此时，当活动遮光板8完全平开的时候缝隙区域9面积可以为零，也即是两个活动遮光板8完全平开时无缝闭合，这个时候当天气晴朗时透光活动遮光板8的光线刚好可以满足室内最大照度Emax的要求值。
综上所述，本发明一种恒照度照明装置及智能调光方法，首先在导光筒本体1的筒体11上开设收纳腔13，在收纳腔13内部安装活动遮光板8，通过电机4和传动结构2控制活动遮光板8的开度，进一步控制射入室内的光通量，即控制照度大小。然后，在筒体11底部开设横截面呈耳廓状的环形灯罩13，并在环形灯罩13内安装环形无级调光灯6，将底部整体用导光板7封住，从而形成自然光线照明和人工照明为一体的照明装置。最后，通过闭环智能调光控制活动遮光板8开度和环形无级调光灯6亮度使得本发明照明装置一直保持恒照度工作，从而同时实现节约电能、满足照度基本要求、避免眩光的目的。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (8)

1.一种恒照度照明装置，包括导光筒本体(1)、安装在导光筒本体(1)上口的采光罩(5)、安装在导光筒本体(1)下口的导光板(7)，其特征在于：所述导光筒本体(1)由筒体(11)、开设在筒体(11)筒壁的收纳腔(13)以及筒体(1)底部具有的环形灯罩(12)组成，所述环形灯罩(12)横截面呈耳廓状，所述导光板(7)嵌入安装在环形灯罩(12)底部；还包括嵌入安装在环形灯罩(12)内的环形无级调光灯(6)和安装在收纳腔(13)内部呈瓢状的两个活动遮光板(8)，两个活动遮光板(8)对称设置；所述活动遮光板(8)平开时投影的外轮廓弧度与筒体(11)内壁弧度一样，且完全平开时两个活动遮光板(8)之间留有缝隙区域(9)，所述活动遮光板(8)收纳时能完全收入到收纳腔(13)中；还包括安装在筒体(11)外壁用于控制活动遮光板(8)开度的电机(4)；还包括安装在电机(4)和活动遮光板(8)之间的传动结构(2)。
2.根据权利要求1所述恒照度照明装置，其特征在于：还包括对称安装在筒体(11)外壁的两个控制箱(3)，控制箱(3)内部分为下腔室(31)和上腔室(32)；所述下腔室(31)内设置有电源***(31)和控制***(32)；所述电机(4)安装在上腔室(31)内；所述控制箱(3)还具有检修箱门(33)。
3.根据权利要求1所述恒照度照明装置，其特征在于：所述传动结构(2)由滑槽(21)、第二转动齿轮(22)、第一转动齿轮(23)、齿槽板(24)、丝杆套(25)、移动板(26)、螺纹丝杆(27)构成；所述螺纹丝杆(27)贯穿控制箱(3)上腔室(32)顶板后焊接在电机(4)转子上，且所述螺纹丝杆(27)的外表面包套有丝杆套(25)，所述丝杆套(25)靠近筒体(11)一侧的外表面横向焊接有移动板(26)，所述移动板(26)的伸出端活动插设于滑槽(21)的内部，所述移动板(11)的外表面向上竖直焊接有齿槽板(24)，所述齿槽板(24)另一端与安装在收纳腔(13)内的第二转动齿轮(23)齿合，且紧贴第二转动齿轮(23)齿合安装有第一转动齿轮(22)，所述活动遮光板(8)固定安装在第一转动齿轮(22)的外表面。
4.根据权利要求1所述恒照度照明装置，其特征在于：所述环形无级调光灯(6)为LED灯，且灯面朝向导光板(7)中心。
5.根据权利要求2或3所述恒照度照明装置，其特征在于：所述活动遮光板(8)完全平开时最高点离环形灯罩(12)的距离不小于筒体(11)内壁半径。
6.一种恒照度照明智能调光方法，采用权利要求1所述的恒照度照明装置，对导光板(7)射出的光照强度进行恒定控制，其特点在于：假设导光板(7)底面安装有照度传感器，初始环形无级调光灯(6)处于断电状态且初始点亮时为功率最小状态；另外，设室内照度最大标准值为Emax、最小照度标准值为Emin,每个采样周期照度变化值ΔE＝(Emax-Emin)/N，且N为大于1的整数；则具体控制步骤如下：
1)照度传感器检测室内照度是否大于Emax，若是，则电机(4)旋转调小活动遮光板(8)开度；若否，执行步骤2)；
2)判断照度是否小于Emin，若是，则电机(4)旋转调大活动遮光板(8)开度，若否，则继续执行步骤1)；
3)照度传感器检测室内照度是否大于Emin+ΔE，若是，则电机(4)调小活动遮光板(8)开度，若否，执行步骤1)；
4)检测活动遮光板(8)开度是否调节到最大值，若是，则执行步骤5)，若否，执行步骤6)；
5)照度传感器检测室内照度是否小于Emin，若是，则开启环形无级调光灯(6)，若否，执行步骤1)；
6)照度传感器检测室内照度是否大于Emin+ΔE，若是，执行步骤1)，若否，则电机(4)调大活动遮光板(8)开度；
7)照度传感器检测室内照度是否小于Emin，若是，则调亮环形无级调光灯(6)，若否，则执行步骤1)；
8)照度传感器检测室内照度是否小于Emin，若是，则调亮环形无级调光灯(6)，若否，则执行步骤9)；
9)照度传感器检测室内照度是否大于Emin+ΔE，若是，则调暗环形无级调光灯(6)，若否，则执行步骤1)；
10)照度传感器检测室内照度是否大于Emin+ΔE，若是，则执行步骤11)，若否，则执行步骤1)；
11)照度传感器检测室内照度是否大于Emax,若是，则关闭环形无级调光灯(6)，若否，则调暗环形无级调光灯(6)。
7.根据权利要求6所述恒照度照明智能调光方法，其特点在于：室内照度最大标准值为Emax，所述缝隙区域(9)面积的确定方法为：设筒体(11)的内径面积为A，导光板(7)导光利用系数为k,从缝隙区域(9)射入的光通量为Φ，晴天光通量为Φmax,筒体(11)内壁和采光罩(5)导光利用系数乘积为n,修正系数为f,缝隙区域(9)面积为m；则m＝ΦA/nf·Φmax＝Emax·A2/knf·Φmax，且0<m<A；从而可以进一步确定活动遮光板(8)的大小。
8.根据权利要求7所述恒照度照明智能调光方法，其特点在于：所述活动遮光板(8)由半透明材料制成，设其透光系数为e；
则m＝(Emax·A2-nek·A·Φmax)/nfk(1-e)Φmax,其中，0≤m<A。
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