用於低功率照明設備的自動除冰系統的製作方法

2023-07-19 16:32:56

專利名稱：用於低功率照明設備的自動除冰系統的製作方法
技術領域：
本發明的示例性實施例涉及用於低功率照明設備的自動除冰系統。
背景技術：
這些示例性實施例與LED照明應用結合在一起可以得到特定的應用，並將與其特定引用一起描述。然而，應當理解的是，本示例性實施例還可以用於其他類似的應用。
傳統上，戶外照明使用白熾照明設備。在冬季期間，產生並傳導到白熾照明設備的發光面的熱量通常足以阻止冰、霧和雪在發光面上的堆積和積聚。然而，對於戶外照明，低功率照明設備變得越來越普及。這樣的設備包括交通信號燈、鐵路路旁的信號燈、區域照明設備、街道照明設備、隧道照明設備、建築照明設備和使用一個或多個發光二極體(LED)的任何其他照明設備。 不幸的是，低功率照明設備通常產生和傳導較少的熱量到發光面，並且在冬季，當溼度、溫度和風的條件是"適合的"時，冰、霧或雪可以積聚在諸如使用LED的交通信號燈的照明設備的發光面上。這種積聚可以使得將照明設備的發光面的大部分覆蓋，從而阻止了照明設備執行其主要的功能發射光或照亮一個信號。必然地，來自設備的亮度的缺少或降低將會引起安全性問題。例如，如果紅色交通信號燈的發光面被大部分地阻擋，那麼來自一個方向的汽車駕駛員將不能接收到停止信號並且將不能在需要停止時而停止，從而增加了交通事故發生的可能性。 用於檢測照明設備的發光面上的冰、霧或雪的堆積的公知的系統是使用光學方法來檢測堆積的。因此，這樣的系統可以後感測(reactive)到照明設備的發光面上的已有的堆積。然而，測試發現阻止冰、霧或雪的堆積比將其移除更好。即，所需要的熱量和時間更少。此外，當後感測系統檢測到堆積時，照明設備的發光面已經被損壞了。因此，優選地，使用低功率照明系統的除冰系統，其為在先感測(proactive)而不是後感測的。
由於低功率照明設備變得越來越普及，所以與堆積在低功率照明設備的發光面上的冰、霧和雪相關聯的問題也將變得越來越常見。因而，需要一種方法和裝置，來移除和/或阻止低功率照明設備的發光面上的冰、霧或雪的堆積。

發明內容
根據本發明的一方面，提供了一種自動除冰系統，用於具有發光面的低功率照明設備。該系統包括一個或多個檢測器，用於檢測可能在發光面上出現冰、霧或雪的條件。該系統進一步包括熱傳導系統，用於將熱量傳導到發光面；和控制器，用於從一個檢測器(或多個檢測器)接收數據並且確定在發光面上形成冰、霧或雪的可能性。如果在發光面上形成冰、霧或雪的可能性超過閾值，那麼控制器使熱傳導系統工作。 根據本發明的另一方面，提供了一種自動除冰方法，用於具有發光面的低功率照明設備。該方法包括檢測可能在發光面上出現冰、霧或雪的一個或多個條件並接收一個條件(或多個條件)的數據。該方法進一步包括根據所接收的數據確定在發光面上形成冰、霧或雪的可能性，以及如果在發光面上形成冰、霧或雪的可能性超過閾值，那麼將熱量傳導到發光面。 根據本發明的又一方面，提供了一種低功率照明系統。該系統包括具有置於其中的一個或多個LED的殼體和自動除冰系統。該殼體包括發光面。自動除冰系統包括用於檢測可能在發光面上出現冰、霧或雪的條件的一個或多個檢測器和用於將熱量傳導到發光面的熱傳導系統。自動除冰系統進一步包括控制器，用於從一個檢測器(或多個檢測器)接收數據並且確定在發光面上形成冰、霧或雪的可能性。如果在發光面上形成冰、霧或雪的可能性超過閾值，那麼控制器使熱傳導系統工作。


圖1是結合本發明的各方面的低功率照明系統的框 圖2是圖1的低功率照明系統的除冰控制器的框圖；以及
圖3是結合本發明的各方面的低功率照明系統的透視圖。
具體實施例方式
本文披露了一種具有自動除冰系統的低功率照明設備。自動除冰系統檢測冰、霧或雪可能在低功率照明設備的發光面上開始堆積的條件。這種條件包括，但是不限於，溫度、溼度、大氣壓、風向和風速等。 一旦檢測到這樣的條件，控制器就使熱傳導系統工作以阻止和/或移除低功率照明設備的發光面上的冰、霧或雪的堆積。 參考圖l，示出了低功率照明系統100的框圖。低功率照明系統100可以是(例如)交通信號燈、鐵路路旁的信號燈、區域照明設備、街道照明設備、隧道照明設備、建築照明設備或使用一個或多個發光二極體(LED)的任何其他照明設備。低功率照明系統通常包括外部電源102、可選的電源轉換器(power converter) 104、低功率光學引擎106、可選的內部光學器件(internal optics) 108和發光面110。 在某些實施例中，外部電源102是來自(例如)公用事業公司的AC電壓源。外部電源102可以可選地為DC電壓源和/或由備用電池系統、發電機或其他類似的電源提供。
電源轉換器(power converter) 104接收來自外部電源102的輸入電壓並且將輸入電壓轉換成低功率光學引擎106的需要的電壓。這可以將輸入電壓轉換成適當的電壓電平以驅動低功率光學引擎106和/或將AC輸入電壓轉換成DC電壓。電源轉換器104還可以用於將低功率光學引擎106與外部電源102隔離。例如，這可以利用變壓器來實現。應當理解的是，如果來自外部電源102的輸入電壓適於驅動低功率光學引擎106，則可以將電源轉換器104從低功率照明系統100中刪除。 用於產生光的低功率光學引擎106從電源轉換器104接收輸出電壓。低功率光學引擎106包括一個或多個發光二極體(LED)和/或其他的低功率光源。可以根據為低功率照明系統100分配的任務來選擇LED和/或其他的低功率光源。例如，在停車燈的情況下，可以選擇LED和/或其他低功率光源，以產生紅光。 低功率光學引擎106所產生的光可選地穿過內部光學器件108。可以根據為低功 率照明系統100分配的任務來選擇內部光學器件108。例如，如果照明系統100是聚光燈， 則內部光學器件108可以配置為將光會聚。光學器件可以進一步配置為調節低功率光學引 擎106發出的光的顏色。 低功率光學引擎106產生的光通過照明組件100的發光面110射出，而不考慮該
光是否穿過內部光學器件。在某些實施例中，發光面110是透明的和/或半透明的以使光
能夠自由地從其中穿過。發光面110還可以塗染色彩以調節低功率光學引擎106發出的光
的顏色和/或包括防霧塗層、防眩光塗層和反射塗層中的一個或多個。因此，在停車燈的情
況下，例如，發光面可以將低功率光學引擎106發出的光的顏色調節為紅色。 低功率照明系統IOO進一步包括自動除冰系統112，自動除冰系統具有多個檢測
器114、控制器118、和熱傳導系統120。自動除冰系統112可以位於低功率照明系統100的
內部或外部。如果自動除冰系統112位於低功率照明系統100的外部，則可以利用自動除
冰系統112以改進一個或多個照明系統。此外，雖然一起描述了自動除冰系統112的組件，
但是應當理解的是，他們是分離的部件，其可以用作照明設備的部件或組件。 檢測器114中的每個檢測器用於測量可以用於預測冰、霧或雪形成以及可能積聚
在照明系統100的發光面110上的可能性的一個或多個條件。這樣的條件包括，但不限於，
溫度、溼度、大氣壓、風向和風速、以及其他類似的條件。因此，第一檢測器114a可以測量發
光面110的溫度，第二檢測器114b可以測量溼度，第三檢測器114c可以測量外部環境的溫
度，第四檢測器114d可以測量大氣壓，以及第五檢測器114e可以測量風向和風速。在一些
實施例中，檢測器114可以位於照明系統100的外部，並且可以在多個自動除冰系統之間共 控制器118從檢測器114接收數據，並且確定是否需要將熱量傳導到低功率照明 系統100的發光面110。控制器118通過分析所接收的數據並確定冰、霧或雪在發光面110 上形成的可能性來作此確定。如果冰、霧或雪在發光面iio上形成的可能性超過某個閾值 (明確的或隱含的)，那麼控制器118開始一段時間的熱傳導。當足夠的熱量傳導到發光面 110時這段時間的熱傳導結束，以避免無用的過量功耗。控制器118還可以配置為響應於手 動剌激來啟動一段時間的熱傳導。即，可以使用控制開關、IR、藍牙、RF和其他非接觸式設 備來啟動和結束一段時間的熱傳導。 根據成本效益分析而將閾值設置在這樣一個級別，其中，自動除冰系統112的操 作員認為冰、霧或雪積聚在發光面110上的風險在重要性上超過加熱發光面110的能量成 本。如果由於冰、霧或雪的積聚使得低功率照明系統ioo功能性損害，那麼成本效益分析可 以進一步包括可能損害的等級。例如，在鐵路交匯處，損害的等級是非常高的，從而其閾值 可能低於(例如)交通信號燈的閾值。在某些實施例中，該閾值還可以根據(例如) 一天 中的時間、一年中的時間、或與冰、霧或雪在發光面iio上形成的風險無關的其他類似的條 件而改變。 在分析所接收的數據時，控制器118可以遍歷每個檢測器114的數據並確定冰、霧 或雪在發光面110上形成的可能性。例如，如果測量溫度的檢測器接收的數據指示溫度低 於華氏32度，那麼冰、霧或雪在發光面110上形成的可能性可以為1，否則為0。應當理解
6的是，在所接收的數據未處理的情況下，檢測器的分析僅僅是必要的。例如，檢測器可以對 所接收的數據執行機載(onboard)分析，並將冰、霧或雪在發光面110上形成的可能性返回 到控制器118。在某些實施例中，對於每個檢測器，還可以將冰、霧或雪在發光面110上形成 的可能性標準化至(例如)在0和1之間。 不考慮控制器118是否需要分析所接收的數據，在確定冰、霧或雪在發光面110上 形成的可能性時，控制器118可以使用對冰、霧或雪在發光面110上形成的可能性進行建模 的一個或多個探試(heuristics)或等式。此外，不同的相對權重可以分配給檢測器114中 的每個檢測器。例如，第一檢測器(例如，114a)足以全部地和自行地觸發一段時間的熱傳 導，但是第二檢測器(例如，114b)不可以。更合適地，需要將第二檢測器與其他的檢測器結 合一起來觸發一段時間的熱。應當理解的是，該示例不需要明確的閾值。然而，閾值是隱含 在示例中的，因為適當組合可以實現超過閾值的可能性。 參考圖2，示出了低功率照明系統100的控制器118的框圖。控制器118包括與 (AND)門122和控制熱傳導系統120的功能塊124。功能塊124從多個檢測器114b_e接 收輸入數據並基於此數據確定冰、霧或雪是否可能在發光面110上形成。當檢測器114b-e 中的兩個檢測器指示冰、霧或雪可能形成時，功能塊124可以(例如)簡單地指示此。由第 一檢測器114a和功能塊124選通與門。因此，為了啟動一段時間的熱傳導，兩個選通因子 (gating factor)均必須表明冰、霧或雪可能在發光面110上形成。 無論圖2是怎麼示出的，應當理解的是，可以使用控制器118的更複雜的實施例。 此外，可以將控制器118實現在計算機或包括數字處理器(例如，微處理器、微控制器、圖形 處理單元(GPU)等)和存儲器的其他數字處理設備內。在一些實施例中，通過用於存儲可執 行指令的存儲介質(例如，通過數字處理器)來實施控制器118，以執行前述功能。例如，存 儲介質可以包括(例如)磁碟或其他磁性存儲介質、光碟或其他光學存儲介質、隨機存取存 儲器(RAM)、只讀存儲器(ROM)、或其他電子存儲設備或晶片或一組可操作的互連晶片(set of operatively interconnected chip)。 返回來參考圖l，當控制器118確定有必要進行一段時間的熱傳導時，熱傳導系統 120從控制器118接收控制信號。這段時間的熱傳導用於將熱量傳導到低功率照明設備100 的發光面110並阻止冰、霧或雪在發光面110上形成。當已經傳導了足夠的熱量時，熱傳導 系統120可以進一步地從控制器118接收控制信號。 在某些實施例中，通過將電壓施加到可以在低功率照明設備100的發光面上或內 實施的導熱材料上來實現熱傳導。例如，可以在低功率照明設備100的發光面110上或內 使用電阻材料(resistivematerial)(例如，柔性的細線或導線)。在其他的實施例中，通過 將電壓施加到嵌入在低功率照明設備100的發光面110內的導熱材料的粒子或纖維上來實 現熱傳導。 一般地，在諸如成型或鑄造(附加的)的製造步驟期間將粒子或纖維嵌入，從而 纖維或粒子是發光面110的完整部分，並且優選地儘可能少的幹擾光的路徑。
儘管列舉了傳導熱量的方法，但是可以使用將熱量傳導到低功率照明設備100的 發光面110的其他方法。此外，可以使用用於阻止冰、霧或雪的堆積的不是基於熱傳導的方 法(如化學(表面塗層、表面織構)、機械(振動、衝擊、擦拭)等方法)來替代熱傳導系統 120。 參考圖3，示出了低功率照明系統300的透視圖。低功率照明設備300是交通信號燈，並且包括自動除冰系統302 (部分示出)、殼體304和每個均具有發光面308的多個基於 LED的光源306。多個電阻材料310置於每個發光面308內。由於低功率照明系統300是 交通信號燈，所以多個基於LED的光源306對應地產生綠光、紅光和黃光。
自動除冰系統302包括控制器(未示出)、一個或多個檢測器(未示出)和通過多 個電阻材料310實施的熱傳導系統。自動除冰系統302的組成部分基本上和圖1-2所描述 的有關。此外，控制器和/或一個或多個檢測器可以在低功率照明系統300的外部或內部。
控制器從檢測器接收數據並確定是否需要將熱量傳導到低功率照明系統300的 發光面308。如果控制器確定需要將熱量傳導到發光面308，那麼啟動一段時間的熱傳導。 這段時間的熱傳導使多個電阻材料310工作(即將電壓施加在電阻材料上)，從而加熱發光 面308並阻止冰、霧或雪在其上的堆積。在足夠的熱量傳導到發光面308之後，結束這段時 間的熱傳導。 鑑於迄今為止所討論的，應當理解的是，如本文所披露的，具有自動除冰系統的低 功率照明設備的優點是(l)檢測冰、霧或雪在低功率照明設備的發光面上積聚的"想要 的"條件；(2)阻止了使低功率照明設備不能執行其預期的功能的冰、霧或雪的堆積；(3)在 冰、霧或雪開始在低功率照明設備的發光面上積聚之前開始一段時間的熱傳導；(4)不需 要人工介入，自動地執行檢測、控制和熱傳導功能；(5)除一年中當條件使得冰、霧或雪在 發光面堆積的很少情況之外，時鐘儘可能少地耗電；(6)不需要季節性變化、調整或安裝， 並且在整年晝夜不停地在起作用；(7)繼續提供優於白熾照明設備的長壽命和高可靠性； 以及(8)容易改進現有的照明固定裝置，因為低功率照明設備本身不改變。不排除上述所 列出的有點，並且對於本領域的普通技術人員，其他的有點將變得顯而易見。
已參考優選實施例描述了示例性實施例。顯然，本領域技術人員在閱讀並理解了 上述詳細描述後可進行修改和替換。本示例性實施例旨在被解釋為包括所有這種在所附權 利要求或其等效替換的範圍內的修改和替換。
8
權利要求
一種自動除冰系統，用於具有發光面的低功率照明設備，所述系統包括至少一個檢測器，用於檢測可能在所述發光面上出現冰、霧或雪的條件；熱傳導系統，用於將熱量傳導到所述發光面；以及控制器，用於從所述至少一個檢測器接收數據並且確定在所述發光面上形成冰、霧或雪的可能性，其中，當在所述發光面上形成冰、霧或雪的所述可能性超過閾值時，所述控制器使所述熱傳導系統工作。
2. 根據權利要求1所述的自動除冰系統，其中，所述至少一個檢測器包括用於檢測溫 度、相對溼度、大氣壓、以及風向和風速中的一個的檢測器。
3. 根據權利要求l所述的自動除冰系統，其中，所述熱傳導系統包括位於所述發光面 上或嵌入在所述發光面內的導熱材料。
4. 根據權利要求3所述的自動除冰系統，其中，所述熱傳導系統包括位於所述發光面 上或嵌入在所述發光面內的電阻材料。
5. 根據權利要求1所述的自動除冰系統，其中，所述控制器根據所述至少一個檢測器 中的多個檢測器的不同的相對權重來確定在所述發光面上形成冰、霧或雪的所述可能性。
6. 根據權利要求1所述的自動除冰系統，其中，所述低功率照明設備是交通信號燈、鐵 路路旁的信號燈、區域照明設備、街道照明設備、隧道照明設備、或建築照明設備。
7. 根據權利要求1所述的自動除冰系統，其中，所述自動除冰系統安裝在所述低功率 照明設備的殼體內。
8. 根據權利要求1所述的自動除冰系統，其中，所述控制器和/或所述至少一個檢測器 位於所述低功率照明設備的殼體外。
9. 一種自動除冰方法，用於具有發光面的低功率照明設備，所述方法包括 檢測可能在所述發光面上出現冰、霧或雪的至少一個條件； 接收所述至少一個條件的數據；根據所接收的數據確定在所述發光面上形成冰、霧或雪的可能性；以及 當在所述發光面上形成冰、霧或雪的所述可能性超過閾值時，將熱量傳導到所述發光面。
10. 根據權利要求9所述的自動除冰方法，其中，所述至少一個條件是溫度、相對溼度、 大氣壓、以及風向和風速中的一個。
11. 根據權利要求9所述的自動除冰方法，其中，經由位於所述發光面上或嵌入在所述 發光面內的導熱材料來傳導所述熱量。
12. 根據權利要求ll所述的自動除冰方法，其中，經由位於所述發光面上或嵌入在所 述發光面內的電阻材料來傳導所述熱量。
13. 根據權利要求9所述的自動除冰方法，進一步包括為所接收的所述至少一個條件 中的多個條件的數據分配不同的相對權重，其中，在所述發光面上形成冰、霧或雪的所述可 能性是使用所述相對權重來確定的。
14. 根據權利要求9所述的自動除冰方法，其中，所述低功率照明設備是交通信號燈、 鐵路路旁的信號燈、區域照明設備、街道照明設備、隧道照明設備、或建築照明設備。
15. 根據權利要求9所述的自動除冰方法，其中，所述自動除冰方法在所述低功率照明 設備的殼體內執行。
16. 根據權利要求9所述的自動除冰方法，其中，所述自動除冰方法在所述低功率照明設備的殼體外執行。
17. —種低功率照明系統，包括殼體，具有置於該殼體中的一個或多個LED,其中，所述殼體包括發光面，以及自動除冰系統，包括至少一個檢測器，用於檢測可能在所述發光面上出現冰、霧或雪的條件；熱傳導系統，用於將熱量傳導到所述發光面；以及控制器，用於從所述至少一個檢測器接收數據並且確定在所述發光面上形成冰、霧或雪的可能性，其中，當在所述發光面上形成冰、霧或雪的所述可能性超過閾值時，所述控制器使所述熱傳導系統工作。
18. 根據權利要求17所述的低功率照明系統，其中，所述至少一個檢測器包括用於檢測溫度、相對溼度、大氣壓、以及風向和風速中的一個的檢測器。
19. 根據權利要求17所述的低功率照明系統，其中，所述控制器根據所述至少一個檢測器中的多個檢測器的不同的相對權重來確定在所述發光面上形成冰、霧或雪的所述可能性。
20. 根據權利要求17所述的低功率照明系統，其中，所述自動除冰系統安裝在所述殼體內。
全文摘要
本發明提供了一種用於具有發光面的低功率照明設備的自動除冰系統。該系統包括一個或多個檢測器，用於檢測冰、霧或雪可能出現在發光面上的條件。該系統進一步包括熱傳導系統，用於將熱量傳導到發光面；和控制器，用於從一個檢測器(或多個檢測器)接收數據並確定冰、霧或雪在發光面上形成的可能性。如果冰、霧或雪在發光面上形成的可能性超過閾值，那麼控制器使熱傳導系統工作。
文檔編號F21W131/10GK101749683SQ20091024627
公開日2010年6月23日 申請日期2009年12月14日 優先權日2008年12月12日
發明者丹·米海, 伊登·迪比克, 克裡斯蒂安·奧格 申請人:照明有限責任公司