CN112594763A - 一种仿真电壁炉及其矩阵式火焰仿真装置 - Google Patents

一种仿真电壁炉及其矩阵式火焰仿真装置 Download PDF

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Abstract

一种仿真电壁炉包括侧面设有观测窗的壳体、设置在壳体内侧面上并与观测窗相对的投影板、位于观测窗与投影板之间且可旋转的透光单元，发光单元以及控制单元；透光单元位于发光单元与投影板之间；发光单元包括安装板以及安装在安装板朝向透光单元一侧板面上的发光体；所述发光体数量为m*n个且以矩阵排布；控制单元包括分别与各个发光体电连接的控制器，控制器分别控制各个发光体开关。本发明还提供了一种矩阵式火焰仿真装置。与现有技术相比较，本发明的仿真电壁炉及其矩阵式火焰仿真装置根据需要选择开启发光体，发光体发出的光线通过透光单元后在投影板形成所需仿真火焰的效果，提高火焰仿真度。

Description

一种仿真电壁炉及其矩阵式火焰仿真装置
技术领域
本发明涉及仿真装置领域，特别是涉及一种仿真电壁炉及其矩阵式火焰仿真装置。
背景技术
在过去，在壁炉里点燃木材是最为普遍的取暖方式。但是这种方式会产生大量的二氧化碳，安全性低，而且不符合环保要求。因此随着电器用品的普及，这种方式逐渐被通过电壁炉发热所取代。另一方面，电壁炉虽然能达到发热的效果，但是不能很好地营造燃烧木材的氛围，因此不能满足随着生活水平改善而日益提高的审美和功能要求。为此，现有技术中提供了多种带有火焰仿真功能电壁炉。
请参阅图1，专利申请号为202020147946.1的专利中公开了一种仿真电壁炉，包括外壳1、分别设置在所述外壳1内的仿真燃料2和火焰仿真装置3。所述外壳1前侧面上设有用于观测器内部的视窗。所述火焰仿真装置3包括光源4、设置在所述光源4的光路上的透光回转体5和成像板6。所述透光回转体5由三个中空的曲面壳体连接而成，且设置在所述光源4与所述成像板6之间，由所述光源4放出的光线沿其光路照射到所述透光回转体5上并折射或透射到所述成像板6上，从而模仿火焰效果。
从上述仿真电壁炉可以看出，尽管透光回转体具有回转功能，但是其模仿火焰效果的基本原理还是利用透光回转体改变光路来实现的，因此投影在成像板上光斑形状大小基本不变，且动态效果较差，与真实火焰燃烧时的氛围相比较，仿真程度低。
发明内容
基于此，本发明的目的在于，提供一种能模仿多种火焰状态的仿真电壁炉，以提高火焰动态仿真度。
本发明采取的技术方案如下：
一种仿真电壁炉，包括：
壳体，所述壳体的一侧侧面上设有用于观测其内部的观测窗；
投影板，设置在所述壳体内侧面上并与所述观测窗相对；
透光单元，所述透光单元位于所述观测窗与所述投影板之间且可旋转，光线经过所述透光单元后光路发生改变并投影到所述投影板形成光斑；
发光单元，所述发光单元位于所述壳体内且所述透光单元位于所述发光单元与所述投影板之间；所述发光单元包括安装板以及安装在所述安装板朝向所述透光单元一侧板面上的发光体；所述发光体数量为m*n个且以矩阵排布，m为所述矩阵的行数，n为所述矩阵的列数，且m、n均大于等于1；
控制单元，包括分别与各个发光体电连接的控制器，所述控制器分别控制各个发光体开关。
与现有技术相比较，本发明的仿真电壁炉根据需要选择开启发光体，发光体发出的光线通过透光单元后在投影板形成所需仿真火焰的效果，从而实现多种火焰状态的模拟。
进一步，所述控制单元还包括透光单元驱动电机；所述安装板在所述透光单元驱动电机带动下绕旋转轴转动。伴随着透光单元的转动，投影所得的光斑在跳动，进一步提高动态模拟效果。
进一步，所述透光单元驱动电机为可变电机；所述控制器与所述透光单元驱动电机电连接并控制其转速。不同的透光单元转速配合不同亮度的光斑，可分别模拟处强弱、大小不同的动态火焰，提高仿真度。
进一步，所述控制器控制所述透光单元驱动电机以随机转速转动，并随机选择所开启的发光体。随机选择转速与所开启的发光体，使得所形成多的光斑随机跳动，时强时弱、忽明忽暗，营造出高仿真的动态效果。
本发明还提供了一种矩阵式火焰仿真装置，包括投影板、发光单元、位于所述投影板与所述发光单元之间且可旋转的透光单元以及控制单元；所述发光单元包括安装板以及安装在所述安装板朝向所述透光单元一侧板面上的发光体；所述发光体数量为m*n个且以矩阵排布，m为所述矩阵的行数，n为所述矩阵的列数，且m、n均大于等于1；所述控制单元包括分别与各个发光体电连接的控制器，所述控制器分别控制各个发光体开关。
与现有技术相比较，本发明的矩阵式火焰仿真装置根据需要选择开启发光体，发光体发出的光线通过透光单元后在投影板形成所需仿真火焰的效果，从而实现多种火焰状态的模拟。
进一步，所述控制单元还包括透光单元驱动电机；所述安装板在所述透光单元驱动电机带动下绕旋转轴转动。
进一步，所述安装板朝向所述透光单元一侧的板面与所述透光单元的旋转轴平行。与透光单元平行的安装板板面能保证发光体按照平行的方向进入透光单元，更好地控制火焰形状。
进一步，所述透光单元驱动电机为可变电机；所述控制器与所述透光单元驱动电机电连接并控制其转速。
进一步，所述矩阵中，相邻两行的行距相等和/或相邻两列的列距相等。等行距或等列距排列的发光体能很好地控制进入透光单元中光线量，提高光线的利用率。
进一步，所述发光体为LED灯泡；所述发光单元还包括套设在所述LED灯泡外的导光罩，所述导光罩使得各LED灯泡发出光线以平行光束进入所述透光单元。LED灯泡具有节能的功能，且整齐排列的LED灯泡能很好地控制光线方向，而导光罩则减少各LED灯泡所发出的光线之间的相互影响以得到更好的火焰模拟效果，并减少光污染。
为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本发明。
附图说明
图1为现有技术中的一种仿真电壁炉；
图2为本发明中仿真电壁炉的结构示意图；
图3为本发明中矩阵式火焰仿真装置的结构示意图；
图4为本发明中透光单元的结构示意图；
图5为本发明中发光单元的结构示意图；
图6为本发明一个实施例中沿透光单元旋转轴投影的局部示意图；
图7为本发明一个实施例中沿垂直于壳体内底面方向投影的局部示意图；
图8为本发明中的导光罩的结构示意图；
图9为本发明中一个小火实施例的示意图；
图10为本发明中一个小火实施例的火焰效果示意图；
图11为本发明中一个中火实施例的示意图；
图12为本发明中一个中火实施例的火焰效果示意图；
图13为本发明中一个大火实施例的示意图；
图14为本发明中一个大火实施例的火焰效果示意图；
图15为本发明中一个单侧区域火焰实施例的火焰效果示意图；
图16为本发明中一个中间区域火焰实施例的火焰效果示意图。
具体实施方式
请结合参阅图2与图3，本发明的仿真电壁炉包括内部中空的壳体10、分别设置在所述壳体10内的透光单元20、发光单元30、投影板40、支撑单元50和控制单元60。所述壳体10的一侧侧面开有观测其内部的观测窗(图未示)，所述投影板40设置在与所述观测窗相对的壳体10内侧面上，通过所述观测窗可看到所述投影板40的板面；优选地，所述投影板40板面垂直于所述壳体10的内底面。所述透光单元20、所述发光单元30与所述支撑单元50设置在所述壳体10内底面上，且所述发光单元30位于靠近所述观测窗一侧，所述透光单元20位于所述发光单元30与所述投影板40之间。所述透光单元20为现有技术中任何设有曲面并可进行光线的折射和/或透射的透明体，以改变其内部的光线的光路方向，使光线在所述透光单元20上的入射角与出射角相对于同一平面的角度不相等。从所述发光单元30发出的光线经所述透光单元20的曲面折射和/透射后投影到所述投影板40上形成光斑以进行火焰的仿真。所述支撑50包括支撑所述透光单元20的透光单元支架51和支撑所述发光单元30的发光单元支架52，所述透光单元支架51和所述发光单元支架52均设置在所述壳体10的内底面上。所述控制单元50包括带动所述透光单元20绕轴转动的透光单元驱动电机61和控制器62，所述控制器62分别与所述透光单元驱动电机61以及所述发光单元30电连接。优选地，所述透光单元驱动电机61为可变电机，至少设有3档以上速度档，其中在本实施例中以转速大于等于10r/min为高速档，以转速小于10r/min大于8r/min为中速档，转速小于等于8r/min为低速档，从而实现按仿真效果选择所述透光单元20的转速。
其中，在本实施例中，请参阅图4，所述透光单元20包括球心均在同一直线上且透光的第一球体21、第二球体22、第三球体23以及连接在其之间的连接部24。所述第二球体22位于所述第一球体21与所述第三球体23之间，相邻两个球体的球心距离大于其半径之和。所述连接部22为以连接所述第一球体21、所述第二球体22、所述第三球体23球心的直线为轴线的圆柱体，所述连接部22的轴径均小于与之相连的第一球体21、第二球体22以及第三球体23半径。也就是说，所述透光单元20为以连接所述第一球体21、所述第二球体22、所述第三球体23球心的直线为旋转轴的旋转体。所述旋转轴所在的平面内，所述透光单元20的母线由三段分别以所述第一球体21、所述第二球体22和所述第三球体23球体半径为半径且圆心位于所述旋转轴的圆弧和两段连接在各圆弧之间且到所述旋转轴的距离等于所述连接部24轴半径的直线组成。进一步，位于两侧的第一球体21和所述第三球体23背向所述第二球体22球体的一侧分别设有与所述旋转轴同轴的连接轴25，所述连接轴25与所述透光单元支架51铰接，并与所述透光单元驱动电机61连接由其带动绕所述旋转轴转动。所述第一球体21、所述第二球体22、所述第三球体23由硬质透明塑料制成且外表面设有多个用于改变光路的聚光块26。光线投射到所述透光单元20时其入射线与出射线不平行，从而实现光路的改变。优选地，所述第一球体21、所述第二球体22和所述第三球体23球体半径均相等；进一步，位于中间的第二球体22球体半径大于位于两侧所述第一球体21和所述第三球体23的球体半径，从而提高火焰的仿真效果。优选地，所述透光单元20的旋转轴与所述壳体10内底面平行；进一步，所述透光单元的旋转轴与所述投影板40板面平行，以方便调整所述投影板40上的光斑位置。
请参阅图5，所述发光单元30包括一侧板面朝向所述透光单元20的安装板31以及设置在所述安装板31朝向所述透光单元20一侧板面上的发光组32。优选地，所述安装板31朝向所述透光单元20一侧板面与所述透光单元20的旋转轴平行；进一步，所述安装板31朝向所述透光单元20一侧板面为镜面，以将反射回来的光线再次进行投射，提高光线的利用率。所述发光组32包括m*n个矩阵排列的发光体，其中m为行数，n为列数，且m、n均大于等于1。优选地，同一行发光体的中心连线与所述透光单元20旋转轴平行；进一步，所述发光体为LED灯泡，且同一列发光体的中心连线与同一行发光体的中心连线相互垂直，从而形成m行n列矩阵排列的发光组32；进一步，所述发光组32的相邻两行的行距和/或相邻两列的列距相等。各个发光体与所述控制器62电连接并由其控制开关。在本实施例中，m＝3，n＝3，所述发光组32包括分别与所述控制器62电连接的第一发光体321、第二发光体322、第三发光体323、第四发光体324、第五发光体325、第六发光体326、第七发光体327、第八发光体328以及第九发光体329。沿垂直于向所述透光单元20一侧板面方向投影，从上至下，所述第一发光体321、所述第二发光体322、所述第三发光体323组成第一行，所述第四发光体324、所述第五发光体325、所述第六发光体326组成第二行，所述第七发光体327、所述第八发光体328、所述第九发光体329组成第三行，且第三行到所述壳体10内底面距离最小；从左到右，所述第一发光体321、所述第四发光体324、所述第七发光体327组成第一列，所述第二发光体322、所述第五发光体325、所述第八发光体328组成第二列，所述第三发光体323、所述第六发光体326、所述第九发光体329组成第三列，从而形成3*3矩阵排列的发光组32。所述第一发光体321、所述第二发光体322、所述第三发光体323、所述第四发光体324、所述第五发光体325、所述第六发光体326、所述第七发光体327、所述第八发光体328以及所述第九发光体329以相互平行的光路进入所述透光单元20的不同位置。由于所述透光单元20的母线具有曲率的，尽管光线平行的光线进入所述透光单元20，但是不同位置的出射角不相等，因此在所述投影板40不同位置上形成光斑，从而在所述投影板40上形成弯曲的光斑以仿真火焰的外形。进一步，所述发光体为LED灯泡时，由于LED灯泡所发出的光线具有发散性，所发出的光线的发光角度一般为120°，为更好地控制所述发光体32的发光角度，使其发出的光线接近平行光，所述发光单元30还包括分别套设在各个LED灯泡外的导光罩33并固设在所述安装板31上。在本实施例中，所述导光罩33由塑料制成且为两端设有开口的圆筒型，其内部中空且内壁设有反射涂层以对所述LED灯泡所发出的光线进行反射；所述导光罩33的轴线垂直于所述安装板31。所述LED灯泡所发出的光线以平行光束进入所述透光单元20，从而减少各LED灯泡所发出的光线之间的相互影响以得到更好的火焰模拟效果，并减少光污染。进一步，沿垂直于所述壳体10内底面方向投影，所述安装板31以垂直于所述透光单元20旋转轴且通过所述旋转轴中心的直线对称分布；优选地，所述安装板31板长大于所述透光单元20轴线方向上长度。进一步，请参阅图6，沿所述透光单元20轴线方向投影，所述安装板31为向远离所述透光单元20一侧突起的弧形板；优选地，弧形的安装板31与所述透光单元20同心，从而使得位于所述安装板31上的各发光体所发出的光线均朝向所述透光单元20投射，以提高光线的利用率。进一步，请参阅图7，沿垂直于所述壳体10内底面方向投影，所述安装板31为向远离所述透光单元20一侧突出弧形板，其圆心位于与所述透光单元20旋转轴垂直并通过其中心的直线上，且各发光体所发出的光线朝向所述透光单元20，增加投射到所述透光单元上的光线，进一步提高所述发光体32光线的利用率。进一步，所述控制单元60还包括与所述安装板31铰接的发光单元驱动电机(图未示)，所述发光单元驱动电机通过与所述安装板31板面平行的转轴与所述安装板31铰接并带动其绕与所述安装板31板面平行的转轴转动；优选地，沿所述透光单元20旋转轴投影，所述发光单元驱动电机带动所述安装板31在±30°范围内转动，从而保证光斑始终保持在所述投影板40上。在本实施例中，所述发光单元驱动电机为变速电机，优选地，以转速大于等于100r/min为高速档，以转速小于100r/min大于50r/min为中速档，转速小于等于50r/min为低速档。
现基于上述结构，对其火焰仿真过程进行说明：
实施例一：模拟小火效果
请结合参阅图9和图10，所述控制器62控制位于第三行的所述第七发光体327、所述第八发光体328、所述第九发光体329以及位于所述第八发光体328上方的第五发光体325开启，并控制所述透光单元驱动电机61以小于等于8r/min的低速转动。从所述第五发光体325、所述第七发光体327、所述第八发光体328、所述第九发光体329所发出的光线经过所述透光单元20后在所述投影板40上形成弯曲的光斑以仿真火焰的外形，且该光斑的上下方向的宽度窄、光线较暗。此时由于所述透光单元驱动电机61以低速转动，因此该光斑以较低的速度变动，从而模仿出柔和飘动的细火。进一步，所述控制器62控制所述发光单元驱动电机在±15°范围内以小于等于8r/min的低速定速转动，使得光线以不同的角度入射到所述透光单元20，并在所述投影板40上形成忽高忽低的光斑，进一步模拟火焰的动态效果。
实施例二：模拟中火效果
请结合参阅图11和图12，所述控制器62控制位于第三行所述第七发光体327、所述第八发光体328、所述第九发光体329以及位于第二行的所述第四发光体324、所述第五发光体325、所述第六发光体326开启，并控制所述透光单元驱动电机61以小于10r/min大于8r/min的中速转动。从所述第四发光体324、所述第五发光体325、所述第六发光体326、所述第七发光体327、所述第八发光体328、所述第九发光体329所发出的光线与实施例一相同，经过所述透光单元20后在所述投影板40上形成弯曲的光斑以仿真火焰的外形，但该光斑上下方向的宽度更宽、光线更亮。同时由于所述透光单元驱动电机61以中速转动，因此光斑也按中速变动，从而模仿出中火燃烧的状态。进一步，所述控制器62控制所述发光单元驱动电机在±20°范围内以小于10r/min大于8r/min的中速定速转动，使得光线以不同的角度入射到所述透光单元20，并在所述投影板40上形成忽高忽低的光斑，进一步模拟火焰的动态效果。
实施例三：模拟大火效果
请结合参阅图13和图14，所述控制器62控制所述第一发光体321、所述第二发光体322、所述第三发光体323、所述第四发光体324、所述第五发光体325、所述第六发光体326、所述第七发光体327、所述第八发光体328、所述第九发光体329全部开启，并控制所述透光单元驱动电机61以大于等于10r/min的高速转动。从所述第一发光体321、所述第二发光体322、所述第三发光体323、所述第四发光体324、所述第五发光体325、所述第六发光体326、所述第七发光体327、所述第八发光体328、所述第九发光体329所发出的光线与实施例一相同，经过所述透光单元20后在所述投影板40上形成弯曲的光斑以仿真火焰的外形，但此时光斑上下方向上的宽度最宽、光线最亮。同时由于所述透光单元驱动电机61以高速转动，因此光斑也按高速变动，从而模仿出猛烈燃烧的大火状态。进一步，所述控制器62控制所述发光单元驱动电机在±30°范围内并以大于等于10r/min的高速定速转动，使得光线以不同的角度入射到所述透光单元20，并在所述投影板40上形成快速忽高忽低的光斑，进一步模拟火焰的动态效果。
实施例四：模拟单侧区域火焰效果
请结合参阅图15，所述控制器62控制位于第一列的所述第一发光体321、所述第四发光体324、所述第七发光体327开启，并控制所述透光单元驱动电机61的转速在小于等于10r/min的范围内随机变化。从所述第一发光体321、所述第四发光体324、所述第七发光体327所发出的光线与实施例一相同，经过所述透光单元20后在所述投影板40上形成弯曲的光斑以仿真火焰的外形，但此时只开启了一列发光体，因此该光斑位于所述投影板40的一侧且左右方向上的宽度较窄、光线较暗。配合随机变化的所述透光单元驱动电机61的转速，模拟位于所述投影板40的单侧动态火焰。
实施例五：模拟中间区域火焰效果
请结合参阅图16，所述控制器62控制位于中间列的所述第二发光体322、所述第五发光体325、所述第八发光体328开启，并控制所述透光单元驱动电机61的转速在小于等于10r/min的范围内随机变化。从所述第二发光体322、所述第五发光体325、所述第八发光体328所发出的光线与实施例一相同，经过所述透光单元20后在所述投影板40上形成弯曲的光斑以仿真火焰的外形，但此时只开启了中间一列发光体，因此所形成的光斑位于所述投影板40的中部且左右方向上的宽度较窄、光线较暗。配合随机变化的所述透光单元驱动电机61的转速，模拟位于所述投影板40的中间区域动态火焰。
实施例六：随机变化火焰效果
所述控制器62随机选择开启所述第一发光体321、所述第二发光体322、所述第三发光体323、所述第四发光体324、所述第五发光体325、所述第六发光体326、所述第七发光体327、所述第八发光体328、所述第九发光体329，同时开启的发光体数量为随机数。与此同时所述控制器62控制所述透光单元驱动电机61以小于等于10r/min的随机转速转动，从而在所述投影板40上形成随机变化的动态火焰。进一步，控制所述发光单元驱动电机在±30°范围内以小于等于10r/min的变速转动，使得光线以不同的角度入射到所述透光单元20，并在所述投影板40上形成忽高忽低的光斑，进一步模拟火焰的动态效果。
与现有技术相比较，本发明的仿真电壁炉及其矩阵式火焰仿真装置能根据需要选择开启发光体，发光体发出的光线通过透光单元后在投影板形成所需仿真火焰的效果，从而实现多种火焰状态的模拟。并且不同的透光单元转速配合不同亮度的光斑，可分别模拟处强弱、大小不同的动态火焰，提高仿真度。此外通过矩阵式排布发光体，能很好地控制进入透光单元中光线量，提高光线的利用率。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种仿真电壁炉，其特征在于：包括
壳体，所述壳体的一侧侧面上设有用于观测其内部的观测窗；
投影板，设置在所述壳体内侧面上并与所述观测窗相对；
透光单元，所述透光单元位于所述观测窗与所述投影板之间且可旋转，光线经过所述透光单元后光路发生改变并投影到所述投影板形成光斑；
发光单元，所述发光单元位于所述壳体内且所述透光单元位于所述发光单元与所述投影板之间；所述发光单元包括安装板以及安装在所述安装板朝向所述透光单元一侧板面上的发光体；所述发光体数量为m*n个且以矩阵排布，m为所述矩阵的行数，n为所述矩阵的列数，且m、n均大于等于1；
控制单元，包括分别与各个发光体电连接的控制器，所述控制器分别控制各个发光体开关。
2.根据权利要求1所述的仿真电壁炉，其特征在于：所述控制单元还包括透光单元驱动电机；所述安装板在所述透光单元驱动电机带动下绕旋转轴转动。
3.根据权利要求2所述的仿真电壁炉，其特征在于：所述透光单元驱动电机为可变电机；所述控制器与所述透光单元驱动电机电连接并控制其转速。
4.根据权利要求3所述的仿真电壁炉，其特征在于：所述控制器控制所述透光单元驱动电机以随机转速转动，并随机选择所开启的发光体。
5.一种矩阵式火焰仿真装置，其特征在于：包括投影板、发光单元、位于所述投影板与所述发光单元之间且可旋转的透光单元以及控制单元；所述发光单元包括安装板以及安装在所述安装板朝向所述透光单元一侧板面上的发光体；所述发光体数量为m*n个且以矩阵排布，m为所述矩阵的行数，n为所述矩阵的列数，且m、n均大于等于1；所述控制单元包括分别与各个发光体电连接的控制器，所述控制器分别控制各个发光体开关。
6.根据权利要求5所述的矩阵式火焰仿真装置，其特征在于：所述控制单元还包括透光单元驱动电机；所述安装板在所述透光单元驱动电机带动下绕旋转轴转动。
7.根据权利要求6所述的矩阵式火焰仿真装置，其特征在于：所述安装板朝向所述透光单元一侧的板面与所述透光单元的旋转轴平行。
8.根据权利要求6所述的矩阵式火焰仿真装置，其特征在于：所述透光单元驱动电机为可变电机；所述控制器与所述透光单元驱动电机电连接并控制其转速。
9.根据权利要求5所述的矩阵式火焰仿真装置，其特征在于：所述矩阵中，相邻两行的行距相等和/或相邻两列的列距相等。
10.根据权利要求9所述的矩阵式火焰仿真装置，其特征在于：所述发光体为LED灯泡；所述发光单元还包括套设在所述LED灯泡外的导光罩，所述导光罩使得各LED灯泡发出光线以平行光束进入所述透光单元。
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