CN108463033A

CN108463033A - 具有无线电源的照明系统

Info

Publication number: CN108463033A
Application number: CN201710084845.7A
Authority: CN
Inventors: 陈少屏; 聂誓俊; 范鑫
Original assignee: Landes Vance
Current assignee: Landes Vance; Ledvance GmbH
Priority date: 2017-02-16
Filing date: 2017-02-16
Publication date: 2018-08-28
Also published as: US10677401B2; US20180231194A1; DE102018102896A1; DE102018102896B4

Abstract

本发明提供了一种照明系统，包括各自具有光源的主照明器和辅助照明器。电力可以经由感应式无线电力传送方式从主照明器无线地传送到辅助照明器。电力也可以经由RF无线电力传送方式从RF无线电力发送器无线地传送到两个照明器。电力可以被存储在能量存储装置中。因此，可以实现真正的无线照明。

Description

具有无线电源的照明系统

技术领域

本发明涉及一种使用无线电源的照明系统。特别地，本发明涉及一种具有两个照明器的照明系统，其中电力可以从一个照明器传送到另一个照明器。

背景技术

对于智能手机和包含感应式无线电力接收器或可以附接到这种接收器的其它小型电子装置来说，电子装置的无线充电是众所周知的。当这种装置被置于相应的感应式无线电力发送器上时，电力从感应式无线电力发送器被无线地传送到感应式无线电力接收器，并且用于对装置进行充电和/或操作。感应式无线电力传送由于发送器和接收器的线圈必须相对于彼此对准而使得其适用性受到限制。感应式无线电力发送器可以安装在家具(furniture)和电子装置中。

US 2013/0175937 A1教导了一种用于照明的无线电源系统，其中公开了一种包含具有线圈阵列的无线电力发送器的底座，并且照明装置可以放置到作为无线电源而供电的底座上。

WO 2012/056365 A2公开了一种特别用于发光地毯的无线电源供给单元。

然而，以前已知的无线电源系统缺乏许多用户所期望的灵活性。用户必须将其智能手机放置在何处进行充电并不重要，但对于照明装置来说，即使细微的位置变化也可能影响照明装置实现的照明效果。

发明内容

鉴于已知的现有技术，本发明的一个目的是提供一种允许更灵活安置的照明系统。

通过根据本发明的照明系统实现了该目的，并且给出了该照明系统的优选实施例。

根据本发明的照明系统包括至少两个照明器，一个主照明器和一个或多个辅助照明器。术语“照明器”用于描述用于通过使用电灯产生人造光的电子装置。一些照明器可以被附接到墙壁或天花板上，其它照明器可以被放置在诸如桌子或办公桌的表面上。通俗地来讲，照明器通常被称为“灯”。然而，术语“灯”在技术意义上是指实际的光源。

照明系统的主照明器(例如桌灯或台灯)具有第一光源和感应式无线电力发送器。一个或多个辅助照明器各自具有第二光源、能量存储装置(例如，可再充电电池组、特别是锂聚合物(LiPo)可再充电电池组)、和感应式无线电力接收器。

在下文中，照明系统被描述为仅具有一个辅助照明器。应当理解，下文中所描述的所有特征和构思同样适用于多于一个辅助照明器的情况。

位于主照明器中的感应式无线电力发送器和位于辅助照明器中的感应式无线电力接收器可以协同操作来将电力从主照明器传输到辅助照明器。该感应式无线电力传送方式符合已知的感应式无线电力传送方式，因此不再详细描述。

辅助照明器可以与主照明器分离。因为辅助照明器包括能量存储装置，因此从主照明器无线传送到辅助照明器的电力可以存储在能量存储装置中。因此，即使当辅助照明器与主照明器分离时，也可以操作辅助照明器。当仅仅为能量存储装置进行充电的情况下，辅助照明器必须被置于允许感应无线电力从主照明器的感应式无线电力发送器被传送到辅助照明器的感应式无线电力接收器的位置处。

因此，辅助照明器可以被作为便携式照明设备，例如用作橱柜灯、夜灯、手电筒、气氛灯(意境灯)。因此，根据本发明的照明系统相比于先前已知的系统而言，在选择期望的照明场景方面提供了更多的灵活性。

在优选实施例中，该照明系统还包括射频(RF)无线电力发送器。此外，主照明器和/或辅助照明器(即，主照明器和辅助照明器中的至少一个)还包括RF无线电力接收器。RF无线电力接收器适于与RF无线电力发送器协作，并无线地接收由RF无线电力发送器传输的电力。

RF无线电力传送已经被示出为：其在没有与感应无线电力传送相关联的指向性的情况下的工作距离可达4.6m(15英尺)。使用这种RF无线电力发送系统可以传送高达2W的电力。该技术由例如具有商标的Energous公司提供，并且该技术在例如美国专利9,124,125B2和美国专利申请2016/100312A1中进行了说明。这些文献以引用全文的方式并入本文中。

根据光源(特别是LED光源)，2W可以是足够用于操作光源的电力。

使用RF无线电力发送系统还增加了对根据本发明的照明系统的照明器进行安置的灵活性。因为可以通过RF无线电力发送器将电力传送到主照明器以及辅助照明器，因此，可以不受现有技术中存在的限制(例如电源插座位置、电缆长度、感应线圈的相对位置等)来随意放置两个照明器。。

对于预期想要被用作橱柜灯、夜灯、手电筒、气氛灯(意境灯)的照明器(如辅助照明器)来说，如上所述的通过RF无线电力传送方式传送的高达2W的电力是尤其足够的。

如果其中一个照明器(如辅助照明器)被用作台灯或桌灯，则即使使用LED，2W的电力可能也不足以达到期望的亮度。使用当前现有技术LED，通常需要大约6W至大约10W的电力。为了传送大于2W的电力，可包括下文所述优选实施例中的那些方法在内的几种方法。

在一个这样的优选实施例中，主照明器和/或辅助照明器的RF无线电力接收器包括两个或更多个RF无线电力接收单元。每个RF无线电力接收单元适于无线地接收高达2W的电力。相应的照明器还包括用于对由RF无线电力接收单元无线地接收到的电力进行组合和存储的能量存储单元(例如电容器)。优选地，RF无线电力接收单元与能量存储单元并联连接。照明器还包括用于将由能量存储单元提供的电流转换为适于操作光源的电流的DC电流转换器。因此，大于2W的电力可以从RF无线电力发送器被传送到照明器。

在另一个优选实施例中，主照明器和/或辅助照明器的RF无线电力接收器包括两个或更多个RF无线电力接收单元。照明器还包括两个或更多个DC电流转换器和两个或更多个光源。每个DC电流转换器与一个或多个光源相关联，并且每个DC电流转换器与RF无线电力接收单元中的一个相关联。因此，每个DC电流转换器可以可操作性地将相关联的RF无线电力接收单元的输出电流转换为适于对相关联的光源进行操作的电流。本质上，照明器(包括RF无线电力接收单元、DC电流转换器、和光源)的照明单元可以被视为一起提供照明器的全部照明的若干独立的照明子单元。因此，大于2W的电力可以从RF无线电力发送器传送到照明器。

在优选实施例中，RF无线电力发送器和RF无线电力接收器(或RF无线电力接收单元)可以在大约2.4GHz和大约5.8GHz之间的频率范围内工作。该频率范围已经被示出为特别适合于RF无线电力传送。

在主照明器和/或辅助照明器的光源可以以2W或小于2W的电力进行工作的实施例中，无线传送的电力可以被直接用于操作光源。但是，优选地，照明器包括能量存储装置，例如可再充电电池组，特别是LiPo可再充电电池组。LiPo可再充电电池组的典型电压范围是在大约2.5V和大约4.2V之间。为了在能量存储装置的充电和放电期间保持光源的稳定工作，可提供用于对由无线电力接收器接收到的电力进行转换的电力转换器。优选地，电力转换器的输出电力适于对能量存储装置进行充电和/或用于操作第二光源。

在优选实施例中，电力转换器具有buck/boost拓扑结构，例如Buck-Boost、Zeta、Sepic或任何其它合适的拓扑结构。

在优选实施例中，主照明器还包括市电电力的电输入端和用于将市电电力转换为适于操作感应式无线电力发送器和第一光源的DC电力的AC-DC电源电路。配备有市电电力的电输入端和相应的电源电路的主照明器允许在可用和适合的时候利用市电电力来操作照明器。

在优选实施例中，主照明器和辅助照明器各自包括用于选择用于操作相应的照明器的电源的控制电路。对于配备特有市电电力的电输入端和RF无线电力接收器的主照明器而言，即使能够获得RF无线电力传送，只要照明器插入到电源插座中，控制电路也会利用市电电力来操作照明器。一旦从市电电力上移除了主照明器，控制电路就会切换到经由RF无线电力接收器无线地向照明器供电的状态。

对于配备有感应式无线电力接收器和RF无线电力接收器的辅助照明器而言，控制电路可以利用由感应式无线电力接收器无线地接收到的电力来操作照明器，例如只要辅助照明器相对于主照明器被适当地布置。一旦辅助照明器从其主照明器上或靠近主照明器的位置处移除，控制电路会切换到经由RF无线电力接收器向照明器无线供电的状态。

尽管在上面的描述中，本发明已经被描述为以无线方式向照明器传送电力，但是无线电力发送器(即，主照明器的感应式无线电力发送器和/或RF无线电力发送器)还可以另外向配备有相应的无线电力接收器的其它电子装置(例如，移动电话、电动牙刷、无线(例如，蓝牙)耳机)传送电力。

附图说明

下面将参考附图来说明本发明的优选实施例。附图中示出了：

图1是根据本发明的照明系统的优选实施例的示意图；

图2是主照明器的RF无线电力传送部分的第一实施例的示意图；

图3是主照明器的RF无线电力传送部分的第二实施例的示意图；

图4是根据本发明的照明系统的设计的示意图；以及

图5a至图5d分别示出了使用Buck-Boost、Zeta、Sepic拓扑结构的电力转换电路的示意性电路图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图描述本发明的优选实施例。在多个附图中，相同或相似的元件或具有相同效果的元件可以由相同的附图标记表示。可以省略对于这些元件的重复描述以避免多余的描述。

图1中示出了根据本发明的照明系统的优选实施例的示意图。照明系统包括主照明器10和辅助照明器20。主照明器10可以用作台灯。主照明器10设置有包括一个或多个LED的光源11。当电源线12插入到电源插座中时，可通过市电电力(mains power)AC1向主照明器10供给电力。随后，AC-DC电源电路13将市电电力转换为适合于主照明器10运转的DC电源。

作为替代，可以通过RF无线电力传输向主照明器10供给电力。包括在主照明器10中的RF无线电力接收器14可以接收由RF无线电力发送器30发送的电力。

RF无线电力发送器30连接到市电电力AC2。RF无线电力发送器30可以配备有可插入到电源插座中的电源线31。作为替代，RF无线电力发送器30可以固定安装有连接至市电电力的电连接。例如，RF无线电力发送器30可以是固定安装的照明器的一部分或者包括在固定安装的照明器中。

如果必要的话，主照明器10可以设置有用于将由RF无线电力接收器14或AC-DC电源电路13提供的电流转换为适于操作光源11的电流的DC电流转换器15。

主照明器10还包括感应式无线电力发送器16，感应式无线电力发送器16包括线圈17。感应式无线电力发送器16电连接至AC-DC电源电路13，并可用于将电力无线地传送到例如照明系统的辅助照明器20。感应式无线电力发送器16还可以用于向配备有感应式无线电力接收器的另一电子装置40无线地传输电力。电子装置40不是本发明的照明系统的一部分，包括在图1中用以示出本发明的照明系统的额外优点。

辅助照明器20包括与主照明器10的感应式无线电力发送器16相兼容的感应式无线电力接收器26，并且能够无线地接收由感应式无线电力发送器16发送的电力。

作为替代，可使用RF无线电力传送的方式将电力传送到辅助照明器20。包括在辅助照明器20中的RF无线电力接收器24可接收由RF无线电力发送器30无线发送的电力。

如果需要的话，无线传送到辅助照明器20的电力被电力转换器25转换，并且存储到能量存储装置28中(比如，LiPo可再充电电池组)，或者直接用于操作辅助照明器20的光源21。

辅助照明器20的光源21包括一个或多个LED。

为了对能量存储装置28进行充电，当主照明器10和辅助照明器20相对于彼此放置，使得感应式无线电力传送器16的线圈17和感应式无线电力接收器26的线圈27适当地彼此相邻布置时，可以经由感应式无线电力传送的方式将电力传送至辅助照明器20。否则，可经由RF无线电力传送的方式将电力传送到辅助照明器20。

当能量存储装置28至少被部分地充电时，即使在RF无线电力传送不可用的地方，辅助照明器20也可以用作便携式灯(如果必要的话，在将其从主照明器10分离之后)。

图2示出了主照明器10的RF无线电力传送部分的第一实施例的示意图，该第一实施例能够经由RF无线电力传送方式传送大于2W的电力。主照明器10的其它部分没有示出在该图中，但是当然是仍然存在的。

RF无线电力接收器包括多个RF无线电力接收单元14a、14b、…、14n。每个RF无线电力接收单元14a、14b、…、14n都能接收高达2W的电力。由RF无线电力接收单元14a、14b、…、14n接收到的电力可以被存储到与RF无线电力接收单元14a、14b、…、14n并联连接的能量存储单元18中(此处被示出为电容器)。主照明器10还包括用于将由能量存储单元18提供的电流转换为适于操作光源11的电流的DC电流转换器15。虽然可以采用任意数量的RF无线电力接收单元14a、14b、…、14n，但是特别优选地，使用3、4、或5个RF无线电力接收单元14a、14b、…、14n(用于传送约6W到约10W的电力)。

图3示出了主照明器10的RF无线电力传送部分的第二实施例的示意图，该第二实施例能够经由RF无线电力传送方式来传送多于2W的电力。主照明设备10的其它部分没有示出在该图中，但是当然是仍然存在的。

该实施例中的RF无线电力接收器包括多个RF无线电力接收单元14a、14b、…、14n。每个RF无线电力接收单元14a、14b、…、14n都能接收高达2W的电力。每个RF无线电力接收单元14a、14b、…、14n都连接到还与相关联的光源11a、11b、…、11n相连接的相关联的DC电流转换器15a、15b、…、15n。每个RF无线电力接收单元14a、14b、…、14n的输出电流由相应的DC电流转换器15a、15b、…、15n转换为适于操作各个光源11a、11b、…、11n的电流。虽然可以采用任意数量的RF无线电力接收单元14a、14b、…、14n，但是特别优选的，使用3、4、或5个RF无线电力接收单元14a、14b、…、14n(用于传送大约6W到大约10W的电力)，并且相应地使用相同数量的DC电流转换器15a、15b、…、15n和光源11a、11b、…、11n。

图4中示出了根据本发明的照明系统的示例性设计的示意图。该设计的主照明器10是一个台灯，其光源11布置在调节臂末端处的阴影中。台灯的底座可包含另外的电子组件，例如AC-DC电源电路、RF无线电力接收器、感应式无线电力发送器等。

底座还可包括辅助照明器20可以插入其中的凹部。辅助照明器20是具有包含光源的球形的半透明外罩和包含另外的电子组件(例如，RF无线电力接收器、感应式无线电力接收器、电力转换器、可再充电电池组等)的壳体部分的小型便携式灯。

当辅助照明器20插入到主照明器10的底座中的凹部中时，感应式无线电力发送器的线圈和感应式无线电力接收器的线圈位于彼此相邻的位置处，使得电力可以从主照明器10无线地传送到辅助照明器20。当将辅助照明器20从主照明器10的底座中的凹部处移除时，可以通过可再充电电池组或者通过由RF无线电力接收器接收到的无线传送的电力来对辅助照明器20的光源进行操作。

图5a至图5d分别示出了使用Buck-Boost、Zeta、Sepic拓扑结构的电力转换电路的示意性电路图。这些电力转换电路可用于将由RF和/或感应式无线电力接收器接收到的电力转换为适于对能量存储装置进行充电和/或用于操作光源的电力。

在图5a中示出的Buck-Boost电力转换电路中，开关器件Q1(例如，金属-氧化物半导体场效应晶体管，MOSFET)和电感器L1串联连接在输入DC的两个电极之间，其中开关器件Q1连接到输入DC的正极侧，电感器L1连接到输入DC的负极侧。二极管D1的阴极连接在开关器件Q1与电感器L1之间。输出电容器C1的一个电极连接到二极管D1的阳极，另一个电极连接到输入DC的负极侧。随后，光源的LED可以与Buck-Boost电力转换电路的输出电容器C1并联连接，其中，输出电容器C1的阳极连接到输入DC的负极侧。

在图5b中示出的电力转换电路中，电感器L1和开关器件Q1(例如，金属-氧化物半导体场效应晶体管，MOSFET)串联连接在输入DC的两个电极之间，其中电感器L1连接到输入DC的正极侧，开关装置Q1连接到输入DC的负极侧。电容器C1的一个电极连接到电感器L1与开关装置Q1之间。二极管D1的阳极连接到电容器C1的另一个电极，二极管D1的阴极连接到输入DC的负极侧。电感器L2的一侧连接到二极管D1的阳极。输出电容器C2的一个电极连接到电感器L2，另一个电极连接到输入DC的负极侧。随后，光源的LED可以与电力转换电路的输出电容器C2并联连接，其中，输出电容器C2的阳极连接到输入DC的负极侧。

在图5c中示出的Zeta电力转换电路中，开关器件Q1(例如，金属-氧化物半导体场效应晶体管，MOSFET)和电感器L1串联连接在输入DC的两个电极之间，其中开关器件Q1连接到输入DC的正极侧，电感器L1连接到输入DC的负极侧。电容器C1的一个电极连接在电感器L1与开关器件Q1之间。二极管D1的阴极连接到电容器C1的另一个电极，二极管D1的阳极连接到输入DC的负极侧。电感器L2的一侧连接到二极管D1的阴极。输出电容器C2的一个电极连接到电感器L2，另一个电极连接到输入DC的负极侧。随后，光源的LED可以与Zeta电力转换电路的输出电容器C2并联连接，其中，电容器C2的阴极连接到输入DC的负极侧。

在图5d中示出的Sepic电力转换电路中，电感器L1和开关器件Q1(例如，金属-氧化物半导体场效应晶体管，MOSFET)串联连接在输入DC的两个电极之间，其中电感器L1连接到输入DC的正极侧，开关器件Q1连接到输入DC的负极侧。电容器C1的一个电极连接到电感器L1与开关器件Q1之间。电感器L2的一侧连接到电容器C1的另一个电极，电感器L2的另一侧连接到输入DC的负极侧。二极管D1的阳极连接在电容器C1与电感器L2之间。输出电容器C2的一个电极连接到二极管D1的阴极，另一个电极连接到输入DC的负极侧。随后，光源的LED可以与Sepic电力转换电路的输出电容器C2并联连接，其中，输出电容器C2的阴极连接到输入DC的负极侧。

取决于输入电力，可通过开关器件Q1的占空比来确定来自这些电力转换电路的输出电力。这些电力转换电路的具体操作对于本领域技术人员是已知的，在此不再重复。

本公开中所使用的术语“电力的无线传输”和“电力的无线传送”(及其变型)含义相同。

尽管已经通过上面阐述的实施例详细地说明和描述了本发明，但是本发明不局限于这些实施例。在不脱离所附权利要求的范围的情况下，本领域技术人员可以得到其它变型。

通常，除非例如通过术语“确切一个”等而被明确排除，否则，可将“一个(a)”或“一(an)”理解为单数或复数，特别是具有“至少一个”、“一个或多个”等的含义。

此外，除非被明确排除，否则数字数值可包括准确的数值以及通常的容忍区间。

在不脱离本发明的范围的情况下，这些实施例中(特别是不同实施例中)示出的特征可以被组合或替代。

附图标记列表

10 主照明器

11 第一光源

12 市电电力的电输入端

13 AC-DC电源电路

14 RF无线电力接收器

15 DC电流转换器

16 感应式无线电力发送器

17 线圈

18 能量存储单元

20 辅助照明器

21 第二光源

24 RF无线电力接收器

25 电力转换器

26 感应式无线电力接收器

27 线圈

28 能量存储装置

30 RF无线电力发送器

40 具有感应式无线电力接收器的电子装置

Claims

1.一种照明系统，包括：

主照明器(10)，其具有第一光源(11)和感应式无线电力发送器(16)；以及

一个或多个辅助照明器(20)，其中，每个辅助照明器(20)具有第二光源(21)、能量存储装置(28)、感应式无线电力接收器(26)，

其中，感应式无线电力发送器(16)和感应式无线电力接收器(26)可操作地将电力从主照明器(10)传输到一个或多个辅助照明器(20)，

其中，一个或多个辅助照明器(20)与主照明器(10)是可分离的。

2.根据权利要求1所述的照明系统，还包括RF无线电力发送器(30)，其中，所述主照明器(10)和/或所述一个或多个辅助照明器(20)还包括RF无线电力接收器(14、24)。

3.根据权利要求2所述的照明系统，其中，所述RF无线电力接收器(14)包括两个或更多个RF无线电力接收单元(14a、14b…、14n)，

其中，具有所述RF无线电力接收器(14)的照明器包括能量存储单元(18)和用于将由能量存储单元(18)提供的电流转换为适于操作光源(11)的电流的DC电流转换器(15)。

4.根据权利要求2所述的照明系统，其中，所述RF无线电力接收器(14)包括两个或更多个RF无线电力接收单元(14a、14b…、14n)，

其中，具有所述RF无线电力接收器(14)的照明器包括两个或更多个DC电流转换器(15a、15b…、15n)和两个或更多个光源(11a、11b…、11n)，其中，每个DC电流转换器(15a、15b…、15n)与一个或多个光源(11a,11b,...,11n)相关联，每个DC电流转换器(15a、15b…、15n)与一个RF无线电力接收单元(14a、14b…、14n)相关联，并且可操作性地将该RF无线电力接收单元(14a、14b…、14n)的输出电流转换为适于操作相关联的光源(11a、11b…、11n)的电流。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的照明系统，其中，所述RF无线电力发送器(30)和所述RF无线电力接收器(14、24)能够在约2.4GHz至约5.8GHz的频率范围之间工作。

6.根据前述权利要求中任一项所述的照明系统，其中，所述辅助照明器(20)还包括电力转换器(25)，电力转换器(25)用于将由所述无线电力接收器(24、26)接收到的电力转换为适于对所述能量存储工具(28)进行充电和/或适于操作所述第二光源(21)的电力。

7.根据权利要求6所述的照明系统，其中，所述电力转换器(25)具有buck/boost拓扑结构。

8.根据前述权利要求中任一项所述的照明系统，其中，所述主照明器(10)还包括市电电力的电输入端(12)和用于将市电电力转换为适于操作所述感应式无线电力发送器(16)和所述第一光源(11)的DC电力的AC-DC电源电路(13)。

9.根据前述权利要求中任一项所述的照明系统，其中，所述主照明器(10)和所述辅助照明器(20)各自包括用于选择用于操作相应照明器(10、20)的电源的控制电路。

10.根据前述权利要求中任一项所述的照明系统，其中，所述辅助照明器(20)的能量存储装置(28)是可再充电电池组，特别是锂聚合物可再充电电池组。

11.根据前述权利要求中任一项所述的照明系统，其中，所述第一光源(11)和/或所述第二光源(21)各自包括一个或多个半导体光源，特别是LED。