CN115605710A - 用于室内生长应用的灯具及其部件 - Google Patents

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Abstract

一种灯具包括壳体、控制器和照明模块。壳体限定第一部分和第二部分。第二部分限定窗口。控制器至少部分地设置在第一部分内。照明模块至少部分地设置在第二部分中。照明模块包括基台、多个发光二极管、透镜盖、包封材料和保护性涂层。多个发光二极管与基台耦合，并被配置为通过窗口投射光。透镜盖包括外表面，并且上覆多个发光二极管和底座，从而使得透镜盖和底座在它们之间限定内部空间。包封材料基本上填充该内部空间。保护性涂层设置在外表面上。

Description

用于室内生长应用的灯具及其部件
技术领域
下文所述的设备总体上涉及一种灯具，其包括用于照亮室内生长设施的光源的阵列。每个光源包括发光二极管(LED)、透镜、基本上填充透镜的包封材料、以及设置在透镜的外表面上的保护性涂层。
背景技术
室内生长设施，例如温室，包括为植物提供人工照明以鼓励生长的灯具。这些灯具中的每一个通常包括多个LED，这些LED为植物产生人造光。但是，这些室内生长设施内的环境可能包含不同类型的气体和/或空气传播的流体颗粒，其会导致LED的光学质量随着时间而劣化(例如，黄色)。
附图说明
关于以下描述、所附权利要求书和附图，各种实施例将变得更好理解，其中：
图1是根据一个实施例的描绘等距的上等距视图；
图2是图1的等距的下等距视图；
图3是图1的LED灯具的局部分解上等距视图；
图4是图1的LED灯具的局部分解下等距视图；
图5是沿着图4中的线5-5截取的截面图；以及
图6是图1的灯具的各种部件的示意图。
具体实施方式
在下文中，结合图1-6的视图和示例详细描述实施例，其中在整个视图中，相同的数字表示相同或相应的元件。在图1和图2中总体上描绘了用于室内生长设施(例如，温室)的灯具20，并且可以包括壳体22，第一照明模块24和第二照明模块26(图2)以及吊架组件28。壳体22可以包括灯支撑部分30和与灯支撑部分30相邻的控制器支撑部分32。灯支撑部分30可以限定照明插座34(图1)和设置在照明插座34下面的窗口36(图2)。第一照明模块24和第二照明模块26(图2)可以设置在照明插座34内在窗口36上方，且可以配置为通过窗口36发光，如将在下面进一步详细描述的。
吊架组件28可以便于将灯具20悬挂在一个或多个植物(未示出)上方，使得从第一照明模块24和第二照明模块26通过窗口36发出的光可以被传递至下面的(一个或多个)植物以刺激生长。吊架组件28可以包括一对吊具支撑件38以及吊具支架40。吊具支撑件38可以在灯具20的相对侧联接至壳体22。吊具支架40可以与吊具支撑件38联接，且可以在吊具支撑件38之间延伸，以便于将灯具20从室内生长设施的天花板悬挂。在一个实施例中，如图1和2所示，吊具支架40可以具有基本上J形的截面形状，以便于将灯具20从沿着室内生长设施的天花板设置的梁或其他长形的支撑构件选择性地悬吊。
现在参考图3和4，壳体22可以包括上框架42和盖构件44，盖构件44上覆(overlie)上框架42且经由焊接、粘合剂、可释放的凸部(未示出)、紧固件(未示出)或各种合适的替代性永久或可释放紧固装置中的任何一种与上框架42联接在一起。上框架42可以包括限定窗口36的底部照明壁46。如图3所示，上框架42可以包括底部控制器壁48和多个侧壁50，其协作以限定控制器插座52。盖构件44可以包括盖子部分54，其上覆并覆盖控制器插座52，如图1所示。底部控制器壁48、侧壁50和盖子部分54可以形成壳体22的控制器支撑部分32的至少一部分。
如图4所示，第一照明模块24和第二照明模块26可以各自包括基台56、58，多个发光二极管(LED)(例如，图5中的60)，以及透镜盖64、66。参照图5，现在将讨论第一照明模块24，但是可以理解为代表第二照明模块26。LED 60可以包括表面安装的LED，其通过本领域公知的各种方法或技术中的任何一种被安装到基台56。LED 60可以是直接或间接地安装到基台56的各种合适的配置中的任何一种。LED 60可以包括单色LED(例如，仅能够发射一种颜色的光，例如白色、红色或蓝色)、多色LED(例如，能够发射不同的颜色，例如白色、红色和蓝色)或两者的结合。基台56可以由适合于物理地和热学地支撑LED 60的各种导热材料中的任何一种形成。
镜头盖64可以上覆基台56和LED 60，并且可以通过紧固件67或各种合适的替代性联接装置中的任何一种与基台56联接。透镜盖64可包括基本为平面的基板68和从基板68凸出的多个光学透镜元件70。每个光学透镜元件70可以基本上与一个相应的LED 60对准，并且可以配置为将从LED60朝向灯具20下面的区域(例如，朝向一个或多个植物)发射的光重新分布。在一个实施例中，如图4和5所示，每个光学透镜元件70可以具有缩进的椭圆形形状。然而，光学透镜元件70可以是各种合适的替代形状或其组合中的任何一种，以实现从LED 60发射的光的期望的重新分布。
如图5所示，LED 60可各自与光学透镜元件70中的相应一个对准，使得物理中心P和焦点中心F是同轴的。在另一个实施例中，LED 60可各自与光学透镜元件70中的相应一个稍微偏移，使得物理中心P和焦点中心F是非同轴的。在一个实施例中，透镜盖64可以具有由聚碳酸酯材料和/或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)形成的整体的一件式构造。然而，应当理解，透镜盖64可以由各种合适的替代半透明或透明材料中的任何一种形成，其可以保护下面的LED免受环境条件的影响，并且还可以容纳用于重新分布从下面的LED传输的光的多个光学透镜元件70。
透镜盖64可以与基台56间隔开，使得透镜盖64和基台56协作以在它们之间限定内部72。包封材料74可以设置在内部72中，使得包封材料74基本上填充内部72并且将LED 60封装在其中。包封材料74可以由光学中性(或增强)材料形成，该材料可减少内部72中的光学损失，否则该损失在没有包封材料74的情况下可能发生(例如，如果内部72中有空气)。在一个实施例中，内部72可以填充有足够的包封材料74(例如，完全填充)，以使内部72基本上没有气泡或其他会对LED 60和透镜盖64之间的光学完整性产生不利影响的介质。包封材料74还可以保护LED 60免受可能绕过透镜盖64的环境条件的影响，例如气态流体(比如，温室气体)。在一个实施例中，包封材料74可以是硅凝胶，例如甲基类型的硅树脂(比如，聚二甲基硅氧烷)或苯基类型的硅树脂，其折射率在大约1.35至1.6之间。应当理解，对于包封材料74，可以考虑使用各种合适的替代材料中的任何一种。
包封材料74可以比透镜盖64基本上更软(例如，包封材料74可以具有小于透镜盖64的硬度的硬度)。在一个实施例中，包封材料74可以是可流动的材料，例如可以在将透镜盖64组装在基台56上之后注入或以其他方式分配到内部72中的流体或凝胶。在另一个实施例中，在将透镜盖64组装在基台56上之前，可以将包封材料74涂覆在透镜盖64上和/或基台56和LED 60上。
仍然参考图5，保护性涂层76可以设置在透镜盖64的外表面77上。保护性涂层76可以是疏水的、疏油的和/或化学抗性的，使得保护透镜盖64的外表面免受有害的环境条件的影响，否则该环境条件可能会不利地影响光学透镜元件70的光学性能。附加地或替代地，保护性涂层76可以可选地增强光学透镜元件70的透射质量。在一个实施例中，保护性涂层76可以是薄膜无机材料，其保护以免受环境条件(例如，化学蚀刻)影响并且还改善光学透镜元件70的整体透射质量。薄膜无机材料的厚度可以在约10nm至约200nm之间，并且可以具有高于约1.49的折射率。合适的薄膜无机材料的一些示例包括MgF2、CaF2、SiO2、Al2O3和/或TiO2。尽管保护性涂层76被示为单层布置，但是应当理解，保护性涂层76可以替代地是多层布置，其为均质的(相同材料的多层)或异质的(不同材料的多层)。
应当理解，第一照明模块24发出的光可以符合照明分布(例如，颜色范围、光的总体分布、热分布)，该照明分布由第一照明模块24的物理配置限定(例如，所使用的LED 60的类型(例如，单色或多色)、LED 60的物理布局、透镜元件(例如，68)提供的光学器件、包封材料(例如74)、保护性涂层(例如，76)和总体功耗)。尽管上面已经描述并在图中示出了第一照明模块的物理配置的各种示例，应当理解的是，第一照明模块24的各种合适的替代物理配置中的任何一种可预期用于实现期望的照明分布。
现在参考图1和3，散热件78可以设置在第一照明模块24和第二照明模块26中的每一个上，且可以配置为将热量从第一照明模块24和第二照明模块26消散走。散热件78可以由各种导热材料中的任何一种形成，例如铝或铜。散热件78可以在与LED(例如，60)的相对侧与基台56、58接触。LED(例如，60)产生的热量可以从基台56、58传递到散热件78，并通过多个鳍片80消散到周围的环境。在一个实施例中，可以在基台56、58和散热件78之间设置诸如导热膏之类的散热化合物(未示出)，以增强它们之间的导热性。尽管散热件78被示为在第一照明模块24和第二照明模块26上提供的整体部件，但是应当理解，可以替代地为第一照明模块24和第二照明模块26中的每一个提供专用的散热件。
现在参考图3，控制器82可以设置在控制器插座52中，且可以配置为对第一照明模块24和第二照明模块26进行供电和控制。如图1所示，盖构件44的盖子部分54可以上覆控制器插座52和控制器82。盖子部分54可以用作控制器82的散热件，且可以包括多个鳍片84以便从控制器82散热。诸如导热膏的散热化合物(未示出)可以设成在盖子部分54和控制器82之间，以增强它们之间的导热性。上框架42和盖构件44例如可以由诸如铝的导热材料形成。来自第一照明模块24和第二照明模块26以及控制器82的热量可以传递到整个壳体22，以有效地补充散热件78和盖子部分54的冷却性能。
现在参照图1和图2，壳体22可以限定在灯支撑部分30和控制器支撑部分32之间延伸的通道85，使得第一照明模块24和第二照明模块26以及控制器82在物理上彼此间隔开。通道85可以配置为允许空气在灯支撑部分30和控制器支撑部分32之间流动，以在操作期间增强第一照明模块24和第二照明模块26以及控制器82的冷却。在一个实施例中，如图3所示，壳体22可包括多个肋构件86，它们在灯支撑部分30和控制器支撑部分32之间延伸以在它们之间提供结构刚性。
现在参考图6，控制器82可以包括电源模块88和LED驱动器模块90。电源模块88可以与LED驱动器模块90耦接，并且LED驱动器模块90可以与第一照明模块24和第二照明模块26中的每一个耦接(例如，并联)。电源模块88可以包括电源输入92，其与电源(未示出)耦接，例如A/C电源，用于将外部电源传送到电源模块88以对第一照明模块24和第二照明模块26进行供电。电源模块88可以配置为调节来自电源的外部电力(例如，将AC电力转换为DC电力)以促进对LED(例如，60)的供电。在一个实施例中，灯具20可以配置为以约85VAC至约347VAC(例如750瓦的负载容量)之间的输入功率操作。
LED驱动器模块90可以包括控制输入94，其与控制源(未示出)耦接，例如温室控制器，例如，其将控制信号传送至LED驱动器模块90以控制第一照明模块24和第二照明模块26，如将在下面进一步详细描述的。在合适的信号协议的情况下，例如BACnet、ModBus或RS485，则LED驱动器模块90可以配置为根据各种通讯协议中的任何一种进行通信。
电源输入92和控制输入94可以路由到插座96(图2和图6)，该插座96配置为与插头(未示出)对接，该插头可以分别将外部电力和控制信号传送至电源模块88和LED驱动器模块90。在一个实施例中，插座96可以是维兰德型(Wieland-type)连接器，但是可以设想其他类型的连接器。应当理解，尽管示出了功率和控制信号是通过插座96(例如，经由同一电缆)传送的，但是灯具20可以替代地包括用于功率和控制信号的分开的端口，使得功率和控制信号可以沿着不同的电缆传输到电源模块88和LED驱动器模块90。
LED驱动器模块90可以配置为随着时间(例如，光配方)控制以下中的一个或多个：由LED(例如，60)产生的光的强度、颜色和光谱。LED驱动器模块90可以独立地控制第一照明模块24和第二照明模块26的光配方，使得第一照明模块24和第二照明模块26限定在照明环境中可独立控制的相应的第一照明区域和第二照明区域。可以相应地定制第一照明区域和第二照明区域的光配方，以适应在照明环境中提供的植物的照明要求。例如，当第一照明区域和第二照明区域中的每一个中提供的植物相同(或具有相似的照明要求)时，第一照明模块24和第二照明模块26的相应的光配方可以是相同的从而在第一照明区域和第二照明区域之间提供基本均匀的照明环境。当在第一照明区域中提供的一组植物与在第二照明区域中提供的一组植物具有不同的照明要求时，可以定制第一照明模块24和第二照明模块26的光配方，以适应植物组之间的不同的照明要求。在一个实施例中，第一照明模块24和第二照明模块26可以具有唯一的地址，使得控制信号可以基于其唯一的地址向第一照明模块24和第二照明模块26中的每一个分配单独的照明配方(经由LED驱动器模块90)。应当理解，尽管LED驱动器模块90被描述为配置为控制第一照明模块24和第二照明模块26中的每一个的光配方，LED驱动器模块90可以附加地或替代地配置为控制第一照明模块24和第二照明模块26的各种合适的替代可变照明特征中的任何一个(例如，可以通过控制信号实时控制的任何照明特征)。
第一照明模块24和第二照明模块26可以是物理上彼此分开的自足的、独立的单元。由此，可以独立地选择第一照明模块24和第二照明模块26中的每一个的物理配置和可变照明特征，以允许定制第一照明区域和第二照明区域以实现期望的照明环境。在一个实施例中，第一照明模块24和第二照明模块26可以在植物的生命周期期间与不同的照明模块互换，以在植物的整个生命周期中优化植物的照明环境。
为了说明和描述的目的，已经给出了实施例和示例的前述描述。其并不旨在穷举或限制所描述的形式。鉴于以上教导，许多修改是可能的。已经讨论了那些修改中的一些，并且本领域技术人员将理解其他修改。选择和描述实施例是为了说明各种实施例。当然，范围不限于本文阐述的示例或实施例，而是本领域普通技术人员可以在任何数量的应用和等效装置中采用。相反，在此意图由所附权利要求书来限定范围。另外，对于所要求保护的和/或描述的任何方法，无论该方法是否与流程图结合进行描述，都应理解，除非上下文另外指定或要求，否则在方法的执行中执行的任何显式或隐式步骤顺序并不意味着这些步骤必须按给出的顺序执行，并且可以以不同的顺序或并行执行。

Claims (21)

1.一种用于室内生长设施的灯具，所述灯具包括：
照明模块，其至少部件地设置在第二部分中，所述照明模块包括：
基台；
与所述基台耦接并且配置成通过窗口投射光的多个发光二极管；
透镜盖，其包括外表面且上覆所述多个发光二极管和所述基台，使得所述透镜盖和所述基台在它们之间限定内部；
包封材料，其基本上填充所述内部并包封所述多个发光二极管；以及
保护性涂层，其设置在所述透镜盖的外表面上，其中所述透镜盖具有第一硬度，且所述包封材料具有小于第一硬度的第二硬度。
2.如权利要求1所述的灯具，还包括：
壳体，其限定第一部分和第二部分，所述第二部分限定窗口；以及
控制器，其至少部分地设置在所述第一部分内。
3.如权利要求1所述的灯具，其中所述第二硬度是小于70的肖氏A。
4.如权利要求3所述的灯具，其中所述包封材料包括硅凝胶。
5.如权利要求1所述的灯具，其中所述透镜盖由聚碳酸酯或聚甲基丙烯酸甲酯形成。
6.如权利要求1所述的灯具，其中所述保护性涂层包括无机薄膜涂层。
7.如权利要求6所述的灯具，其中所述无机薄膜涂层包括以下中的一个或多个：氟化镁、氟化钙、二氧化硅、氧化铝和二氧化钛。
8.如权利要求6所述的灯具，其中所述保护性涂层的厚度在约10nm和约200nm之间。
9.如权利要求1所述的灯具，其中所述壳体在所述第一部分和所述第二部分之间限定通道。
10.如权利要求9所述的灯具，还包括多个肋构件，其在所述第一部分和所述第二部分之间延伸，且至少部分地设置在所述通道中。
11.一种用于室内生长设施的灯具，所述灯具包括：
壳体，其限定第一部分和第二部分，所述第二部分限定窗口；
控制器，其至少部分地设置在所述第一部分内；以及
第一照明模块，其至少部分地设置在所述第二部分中；
第二照明模块，其设置部分地设置在所述第二部分中，与所述第一照明模块相邻，其中：
所述第一照明模块和所述第二照明模块在物理上彼此独立；并且
所述第一照明模块和所述第二照明模块中的每一个包括：
基台；
多个发光二极管，其与所述基台耦接且配置为通过所述窗口投射光；
透镜盖，其包括外表面且上覆所述多个发光二极管和所述基台，使得所述透镜盖和所述基台在其之间限定内部；
包封材料，其基本上填充所述内部并包封所述多个发光二极管；以及
保护性涂层，设置在所述透镜盖的外表面上，其中所述透镜盖具有第一硬度，且所述包封材料具有小于第一硬度的第二硬度。
12.如权利要求11所述的灯具，其中所述第二硬度是小于70的肖氏A。
13.如权利要求12所述的灯具，其中所述包封材料包括硅凝胶。
14.如权利要求11所述的灯具，其中所述透镜盖由聚碳酸酯或聚甲基丙烯酸甲酯形成。
15.如权利要求11所述的灯具，其中所述保护性涂层包括无机薄膜涂层。
16.如权利要求15所述的灯具，其中所述无机薄膜涂层包括以下中的一个或多个：氟化镁、氟化钙、二氧化硅、氧化铝和二氧化钛。
17.如权利要求11所述的灯具，其中所述壳体在所述第一部分和所述第二部分之间限定通道。
18.如权利要求17所述的灯具，还包括多个肋构件，其在所述第一部分和所述第二部分之间延伸，且至少部分地设置在所述通道中。
19.一种用于室内生长设施的灯具，所述灯具包括：
壳体，其限定第一部分和第二部分，所述第二部分限定窗口；
控制器，其至少部分地设置在所述第一部分内；以及
照明模块，其至少部分地设置在所述第二部分中，所述照明模块包括：
基台；
多个发光二极管，其与所述基台耦接且配置为通过所述窗口投射光；
透镜盖，其包括外表面且上覆所述多个发光二极管和所述基台，使得所述透镜盖和所述基台在它们之间限定内部；
硅凝胶，其基本上填充所述内部并包封所述多个发光二极管；以及
无机薄膜涂层，其设置在所述透镜盖的外表面上，其中所述透镜盖具有第一硬度，且所述硅凝胶具有小于所述第一硬度的第二硬度。
20.如权利要求19所述的灯具，其中所述无机薄膜涂层包括以下中的一个或多个：氟化镁、氟化钙、二氧化硅、氧化铝和二氧化钛。
21.如权利要求20所述的灯具，其中所述透镜盖由聚碳酸酯或聚甲基丙烯酸甲酯形成。
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