一种控温调光台灯

龚煜涵 姬庆庆

摘 要：台灯作为一种常见的照明电器，在居所、学生宿舍等场合都有着很高的使用频率，其亮度调节及照明范围往往受到用户的广泛关注，同时灯管热量的消散问题也亟待解决。目前针对上述问題的研究较少，因此本文针对台灯的散热及调光问题，设计了一款调光控温台灯。

关键词：台灯; 调光; 节能

中图分类号：G633.7           文献标识码：A        文章编号：1006-3315（2019）03-037-002

随着我国的经济发展，科技进步，国力渐强，生态环境问题也越来越严重。主要表现在环境、人口、资源三方面的矛盾[1]。如今我国的电力能源比较紧张，诸多地区在用电高峰时还会出现电力短缺、断电的状况，而我国的照明用电约占总耗电量的 20%。可见照明用电的节能工作将会在节约电力能源及煤炭资源等方面大有作为。因此在能源、资源有限，并且遭到严重破坏的前提下，发现和利用新能源以及减少现有能源、资源的浪费是关键。

目前市面上绝大多数家用台灯的亮度并不能按照自身需求进行调节，即通电后只有一个亮度级[2]。这样的设计既无法满足用户的实际需求，同时还会对电能造成浪费。因此一款能够调整亮度、照明范围，同时兼具灯管散热的台灯一方面能够起到节能减排的作用，另一方面能够满足不同用户的个性化需求，具有很强的现实意义和应用价值。

一、设计思路

在各种导热介质中，水的比热容较大，同时在日常生活中容易获取并易于更换[3]，因此采用水这一介质作为台灯灯管的散热介质具有较高的性价比。同时为防止散热液体温度较高，采用循环水的形式将灯管热量散去，具有很强的可行性。对于光照范围而言，通过控制反光罩对其进行调整具有简单易行的特点，既不需要增加多余的装置，又能够达到预期目标。

二、调光控温台灯设计

通过上述思考过程，对所要设计的台灯的要素有了详细的了解，下面将对本文所设计的调光控温台灯结构进行详细介绍。

1.台灯主体结构

  如图1所示，底座1的中间设有水槽2，水循环系统的进水管9和出水管10分别与水槽2连通，进水管9与水槽2之间设有水泵3，水泵3安装在底座1的侧部;支架4、调节支架5和连接支架6组成该节能台灯的支撑骨架结构，连接支架6为U形框架结构，连接支架6的侧部中间与调节支架5一端连接，连接支架6中间的U形结构连接有LED灯管11;调节支架5的另一端与支架4铰接，支架4铰接在底座1的顶部。

灯罩7的侧部与连接支架6通过销钉连接，调节旋钮8与灯罩7通过螺纹配合连接在一起;灯罩7的内部设有多连杆调节机构，灯罩7的内壁上固定有反光层18，通过多连杆调节机构调节反光层18的张合角度，实现反光层18对LED灯管11的亮度调节。

2.灯管降温装置

如图2所示，支架4、调节支架5和连接支架6均为中空结构，进水管9和出水管10并列布置在支架4、调节支架5内部，进水管9沿连接支架6的一侧流入LED灯管11，出水管10与流出LED灯管11的管路连接，LED灯管11的内部为进水管9和出水管10的交汇管;进水管9和出水管10对称布置在连接支架6的U形框架结构内。通过进水管9和出水管10对LED灯管11的散热进行控制，同时实现LED灯管11照射出水纹的效果。

3.多连杆调节机构

多连杆调节机构如图3所示，包括螺纹杆12、第一连杆a13.1、第一连杆b13.2、第二连杆a14.1、第二连杆b14.2、第三连杆a15.1、第三连杆b15.2、第四连杆a16.1、第四连杆b16.2、第五连杆a17.1、第五连接b17.2;螺纹杆12顶部与调节旋钮8连接，螺纹杆12底部与第一连杆a13.1和第一连杆b13.2连接。

第一连杆a13.1与第二连杆a14.1连接，第二连杆a14.1与第三连杆a15.1通过固定铰接座a连接在一起，第三连杆a15.1与第四连杆a16.1连接，第四连杆a16.1与第五连杆a17.1连接，第五连杆a17.1穿过灯罩7后与反光层18的一端连接。

第一连杆b13.2与第二连杆b14.2连接，第二连杆b14.2与第三连杆b15.2通过固定铰接座b连接在一起，第三连杆b15.2与第四连杆b16.2连接，第四连杆b16.2与第五连杆b17.2连接，第五连杆b17.2穿过灯罩7后与反光层18的另一端连接。

第一连杆a13.1、第二连杆a14.1、第三连杆a15.1、第四连杆a16.1和第五连杆a17.1组成第一多连杆机构。

第一连杆b13.2、第二连杆b14.2、第三连杆b15.2、第四连杆b16.2和第五连接b17.2组成第二多连杆机构。

第一多连杆机构和第二多连杆机构对称布置。

固定铰接座a和固定铰接座b安装在灯罩7上，第五连杆a17.1和第五连杆b17.2均为单自由度直线约束。

反光层18由弹性塑料制成，弹性塑料的外表面层涂有光反射材料。

支架4、调节支架5和连接支架6的端部处设有凹槽，进水管9和出水管10通过凹槽伸出或进入支架4、调节支架5、连接支架6的内部。  LED灯管11分为两层结构，LED灯管11的内部为LED发光单元，LED发光单元与外部包有透明的玻璃罩，交汇管盘在玻璃罩表面，交汇管的外部包有密封玻璃罩。

三、调光控温节能台灯工作原理

首先，通过支架4、调节支架5和连接支架6调节灯罩7以及LED灯管11至合适的位置。

然后，打开开关，LED灯管11发光，启动水泵3，水泵3将底座1内水槽内的水泵入进水管9中，进水管9沿着支架4、调节支架5和连接支架6的内部进入LED灯管11内，流经LED灯管11内LED发光单元的水进入出水管10内，出水管10内的水顺着连接支架6调节支架5和支架4流入底座1内的水槽2中，完成水流循环。

當LED灯管11的灯光强度需要调整的时候，转动调节旋钮8拧紧，调节旋钮8带动螺纹杆12转动，螺纹杆12对第一连杆a13.1和第一连杆b13.2产生推力作用，第二连杆a14.1和第二连杆b14.2产生转动力矩，第三连杆a15.1带动第四连杆a16.1运动，第三连杆b15.2带动第四连杆b16.2运动，进而第五连杆a17.1和第五连接b17.2对反光层18产生拉伸作用，此时反光层18对LED灯管11发出的光产生分散作用，灯光强度被调暗;反之灯光强度被增强。

四、本文创新点

本文巧妙利用机械结构，针对日常生活中常见的实际问题开展研究，设计了一款调光控温台灯，本设计主要具有以下创新点：

1、本文所设计的调光控温台灯通过水循环系统对LED发光单元散发的热量进行吸收，通过水泵排入水槽中，实现了对LED发光单元的降温处理。

2、该调光控温台灯的LED发光单元外设流水，通过灯光的照射形成水纹图形，台灯的照射效果更佳多元化。

3、台灯利用多连杆调节机构对反光层的角度进行调节，通过反射角度的调整实现对LED发光强度的调整。

本文针对日常生活中常见的家用电器中存在的问题，提出具有针对性的设计方案。方案在基本不增加台灯生产成本的情况下能够取得调光控温的特点，同时具有节能减排的效果，具有较强的应用价值。

参考文献：

[1]刘鑫.循环经济视角下的工业企业节能减排环境绩效审计评价指标研究[D]中国海洋大学，2014

[2]陆苗霞，李金龙，李斌.调光台灯的设计[J]科技广场，2012（07）：143-146

[3]武银兰，张青兰.饱和食盐水比热容的测量[J]大学物理实验，2011，24（05）：32-34