CN202393162U - 一种无线供电的照明隔板 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种无线供电的照明隔板。该照明隔板包括机械结构部分、电子部分、光学部分。其中，该照明隔板的机械结构部分能够保护照明隔板内的电子元件不受冰箱内部的潮气和低温影响。该照明隔板的电子部分利用紧密耦合的线圈实现能量的高效率传递，以便实现对照明部分的无线供电。该照明隔板的光学部分使光在隔板的预定的光学微结构处射出，以实现冰箱内部均匀的照明。

Description

一种无线供电的照明隔板

技术领域

本发明涉及一种以无线供电方式、用于通过微结构进行双面均匀发光及承重的照明隔板，该隔板可以在一定范围内自由活动，例如在冰箱、冰柜内的隔板支架上前后移动，适于在冰箱、冰柜内提供足够的照明。

背景技术

在传统冰箱中，通常只有一到两个光源进行照明，而且该光源因为电源线的限制往往只能放在固定位置，这样，在冰箱中塞满东西的时候，就会有不能得到照明的暗区盲角存在。另外，冰箱内空间有限和空气潮湿的事实也对照明设计提出了挑战。

WO2011053804A2公开了一种利用能量的远程传输和接收而为光源提供能量的设计。在其应用中，其传输的能量形式可以为无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、阳光、声波和热等形式。但是，其未说明如何在冰箱或冰柜内具体实现这样的能量传输形式。

中国专利CN200510116949公开了一种带照明装置的冰箱隔物架装置。该隔物架上开设了一独立空间并设置照明装置，以照亮上层或下层隔板上的物品。但是，该冰箱隔物架的照明装置设置在隔板的一侧，这使得照明的均匀性仍然可能不够理想。而且，其与本实用新型中以无线方式传输能量且隔板(玻璃)自身发光的技术特征也存在显著区别。

中国专利CN200420018078公开了一种激光刻蚀导光板，其中，利用激光刻蚀工艺在亚克力导光板上加工散点来提高点光源或线光源经导光板转变为面光源的性能。但是，由于亚克力自身的材料属性，该导光板不适合用于承重的场合。而且，导光板经过激光刻蚀，其机械强度也受到了一定的影响。实际上，该中国专利中公开的导光板主要应用于液晶显示器而非冰箱内部环境。

美国专利US2007/0097504公开了一种双面发光面板，该面板具有背光模块、第一面板、第二面板、以及设置在背光模块中的导光板的第一出光表面和第一面板之间或第二出光表面和第二面板之间的多个反射式起偏器。中国专利CN02289928.6也公开了一种双面发光背光源，其由导光板、光源及扩散膜组成，且扩散膜和增光膜设置在导光板的外表面。这两个发明均涉及通过扩散膜、反光膜或偏光膜的组合来实现的双面发光面板。然而，它们应用于液晶显示器领域而不适于冰箱照明领域。

从以上引用的现有技术可以得知，尽管人们提出了一系列为平板提供照明的方案，但是，仍然不能满足合理利用冰箱内的有限空间来实现均匀的照明和阻止潮气进入照明装置等需求。

实用新型内容

因此，需要一种既能合理地利用冰箱、冰柜内的空间而在冰箱、冰柜内实现均匀照明，又能阻止潮气进入照明装置的解决方案。

根据本实用新型的一个方面，提供了一种用于冰箱或冰柜的无线供电的照明隔板，其包括：平板，其由坚硬透明的物质形成；支架，其对所述平板提供物理支持；以及电子部分，其包括无线供电系统和设置在所述平板中的照明电路，所述无线供电系统包括发射器和接收器，所述发射器与外界电源连接，所述接收器与所述照明电路连接。该照明隔板的特征在于，所述发射器以无线方式将能量传递给所述接收器，以便为所述照明电路供电。

此外，该平板表面和/或内部设置有多个光学微结构，使得从所述照明电路发出的光在所述多个光学微结构处射出，以在整个所述照明隔板周围实现均匀的照明。

附图说明

通过参考以下的附图，能更好地理解本实用新型的实施例。附图中的部件不一定按比例绘制：

图1示出了根据本实用新型的一个实施例的无线发光隔板的典型结构；

图2示出了对应图1中的无线供电的照明隔板的一种结构设计；

图3示出了根据本实用新型的一个实施例的具有两侧微结构的光路设计；

图4示出了根据本实用新型的一个实施例的具有单侧微结构的光路设计；

图5示出了根据本实用新型的一个实施例的具有处于导光板内部的微结构的光路设计；

图6示出了根据本实用新型的一个实施例的使用3M ESR薄膜的光路设计；

图7示出了根据本实用新型的一个实施例的使用3M导光胶的光路设计；

图8示出了根据本实用新型的一个实施例的使用传统导光板的光路设计；

图9示出了根据本实用新型的一种微结构；

图10示出了根据本实用新型的一种微结构的整体排布；

图11示出了根据本实用新型的一种无线供电系统的示意性框图；

图12示出了根据本实用新型的一个实施例的一种高效桥式整流电路；

图13示出了根据本实用新型的一个实施例的一种罐型磁芯设计；

图14示出了根据本实用新型的一个实施例的托盘的一种具体结构；

图15示出了根据本实用新型的一个实施例的托盘支持部分的一种具体结构；

图16示出了根据本实用新型的一个实施例的支持部分中的发射器与托盘中的接收器在工作状态时的一一对应关系；

图17示出了根据本实用新型的一个实施例的一款具体的无线传输隔板。

具体实施方式

在以下的具体描述中，参考了所附的附图。附图构成了本实用新型的一部分，在附图中通过示例的方式示出了能够实施本实用新型的特定的实施例。可以理解，在不偏离本实用新型的范围的前提下，可以利用其他实施例，也可以进行结构性或者逻辑性修改。因此，以下的具体描述并非限制性的，且本实用新型的范围由所附的权利要求所限定。

根据本实用新型的一个方面，一种典型的无线供电的照明隔板包括光学部分、电子部分和机械部分。如图1所示，其隔板具体包括：

A.托盘，其通常包含接收器2、照明电路3及玻璃或钢化玻璃4等导光部件，其中4也可为其他坚硬透明的物质组成的平板；且4可以为单层也可以为多层，其作用为做导光板及承重板；以及4自身具有微观结构或者贴附在其上的膜具有微观结构；

B.机械部分，其包括A和B中的结构部分来做系统支撑，并可以通过密封性设计保护整个系统；从图中可以看出托盘A与支持结构B仅为物理接触而无固定，这就使托盘A具有了相对于支持结构B前后移动的能力；

C.电子部分，其包括无线供电系统以及照明电路3；该无线供电系统包括发射器1和接收器2；发射器1与外界电源(例如，冰箱的直流电压)连接，而接收器2与照明电路连接。

图2示出了对应图1中的无线供电的照明隔板的一种结构设计。其中，图2a为工作状态的无线供电的照明隔板，图2b为单独存在的无线供电的照明隔板。

在以下的部分中，对本无线供电的照明隔板的光学部分、电学部分和机械结构进行了更为具体的描述。

图3显示的是在玻璃4的上下表面均具有微结构4A的隔板，该隔板两侧为光源(通常可以采用LED)。这里的微结构4A是指能够使光从其所在的位置射出的那些微小的结构。在本实用新型中，微结构4A可以用印刷、激光雕刻或者贴膜等方式来实现，只要其能够使得其所在位置处的光学性质发生改变从而导致光从该位置射出即可。而且，微结构4A的设计由光学工程师设计，其形状、大小及深度等参数依据工艺而定义。

这样，从LED中发出的光在玻璃4内部传输，经过数次反射和折射，然后从玻璃4的微结构4A所在位置射出。

以激光加工为例，激光的能量在玻璃表面聚焦从而产生微炸裂，形成形状不规则的多面体凹陷，其在不同方向的良好平面反光性使得以该工艺制作的玻璃导光板有良好的导光性；同样通过工艺参数调节，激光加工还可以聚焦在玻璃4内部实现非表面的微爆炸，即激光内雕，此情况下即不损伤表面，又同时实现导光效果。

并且，因为这些“微炸裂”的尺寸相对于玻璃板而言几乎可以忽略不计，故加工几乎不影响有承重要求的隔板的机械性能。

图4示出了具有单侧的微结构4A(即前述的激光加工形成的多面体凹陷)的光路设计。

图5使用导光板(如玻璃4)内部有微结构4A的光路设计。可以使用激光内雕实现微结构4A(即前述的激光加工形成的多面体凹陷)。同样也可以在玻璃4生产中通过在相应位置加入气泡4B或反光物质来达到同样效果。在后一种情形中，加入的气泡4B或反光物质即是相应的微结构。

图6为使用3M增强型镜面反射(ESR)膜的光路设计。其具体做法是采用两层玻璃4，且玻璃4之间形成空间。在空间的上下两面贴上ESR膜4C，然后在该ESR膜上的预定位置形成微孔或间隙(此时微孔或间隙即为相应的微结构)。该空间的厚度和ESR上对应的孔的大小、分布根据隔板尺寸不同来设计。这种设计的工作原理是：光线在两层ESR之间反射，并在对应孔的位置射出。这种双层玻璃的方案可以使隔板拥有更高的强度。

图7为使用3M导光胶的光路设计。该设计采用在双层玻璃4间加上导光胶4D的方法，其中导光胶4D的上下表面的预定位置处形成微孔或间隙(即形成微结构)。在这种设计工作时，由于导光胶4D与玻璃4的折射率不同，在符合全反射条件的地方形成全反射，使光线在导光胶4D内部传输，而在导光胶4D表面的微结构处均匀射出。

图8为使用传统导光板的光路设计。该设计在双层玻璃4间加上传统导光板4E，并在该传统导光板4E上通过印刷、激光雕刻或贴膜形成微结构。该传统导光板4E可以为各种易加工的材料。在该应用中，为了使隔板有承重能力，需要在导光板4E上下分别增加较高强度的玻璃等保护板。

以上是关于本实用新型的光路设计的一些原理性描述。现在，将描述关于本实用新型的微结构的两个具体的例子。

在第一个例子中，在一层钢化玻璃的表面，利用吸收较好的激光波长，例如CO₂激光器产生的激光，以一定的时间照射，从而在钢化玻璃表面形成微爆炸的凹陷。凹陷直径为500μm左右，凹陷与凹陷间距2mm。如图9所示。当玻璃内部反射的光线照射到微结构时，光线的反射角度发生变化，不能够继续全反射，因此从微结构处射出玻璃。将此间距的凹陷以图10所示区域在300×300mm的钢化玻璃上排列，并且玻璃两面相应区域内均有微结构。

在第二个例子中，采用具有一定厚度的玻璃板或者人造水晶板，并采用波长为532nm的激光源，其脉宽在100ns之内。通过适当聚焦，可以使该激光的能量密度在进入玻璃及到达加工位置之前低于玻璃的破坏阈值，而在希望加工的区域则超过这一临界值。激光在极短的时间内产生脉冲，其能量能够在瞬间使玻璃受热破裂产生微爆炸，从而在玻璃内部雕出微结构，而玻璃或水晶的其余部分则保持原样完好无损。微结构尺寸可以控制在500μm以内。当玻璃内部的光线经过微结构时，光线发生反射或折射从而改变方向，从微结构处射出玻璃。

除上述光学设计以外，本实用新型还设计了高效的、利用无线方式供电的电子部分。该电子部分包括无线供电系统和照明电路。图11是该无线供电系统的原理图。如图11所示，该无线供电系统包括发射器和接收器(即图1中的发射器1和接收器2)。其中，发射器1包括电源电路100、高频振荡电路200(一般为LC谐振电路，其中L一般为图11中所示的发射线圈的电感)以及高频功率放大电路300。利用冰箱本身的直流电压，该高频振荡电路200负责产生高频交变电流(一般为20K至200KHz的高频电流)，而高频功率放大电路300则把由高频振荡电路200产生的高频电流进行放大，然后将其以电磁能量的形式由发射线圈送出。接收器2包括接收线圈和LED整流桥400，该接收线圈靠近发射线圈。这样，当发射线圈中流过高频交变电流时，因为电磁感应的缘故，就可以在接收线圈中产生感应电流，从而，可以为后续的照明电路(即图1中的照明电路3)提供电能。如图12所示，由于接收机的接收线圈接收的是交流信号，根据本实用新型的一个实施例，该照明电路包括多个(例如12个)发光二极管(LED)，且这些发光二极管组成两个桥式整流电路400。这样的配置不但可以实现基本的发光功能，还可以省略专用的整流电路，从而降低了元器件的成本，同时合理地利用了冰箱或冰柜内的有限空间。

该电子部分的另一个创新之处在于，由于发射器的发射线圈和接收器的接收线圈是相互分离的，为增强它们之间的电磁耦合，将这些线圈各自装设在罐型磁芯上，且两个罐型磁芯相互靠近而使得磁力线更为闭合，以提高能量传输效率。图13示出了这样的磁芯配置。在一个具体的设计中，两个罐型磁芯之间的距离为3mm，在发射器侧，选用冰箱本身的直流12V电压，且高频交变信号的频率为25KHz，经测量，发射器端功率为2.88w，而接收器端功率为1.5W，即该无线供电系统的传输效率为52％，这显著地高于不采用罐型磁芯而采用普通磁芯耦合的系统的传输效率。

最后，对本无线供电的照明隔板的机械结构进行了简单的描述。如图1和图2所示，在本实用新型的一个实施例中，该照明隔板由托盘A和托盘A的支持部分B组成。而图14示出了托盘A的一种具体结构，图15则示出了托盘A的支持部分B的一种具体结构。

在图14所示的托盘结构中，141为接收器，包括罐型磁芯及接收线圈；142为托盘自身的支撑主体；143为电路的照明部分，此处选用LED为光源；144为托盘自身的上盖；145为导光隔板，在本例中该隔板为钢化玻璃，其表面或内部有微结构，在其他光路设计中则可以为一些光学膜片的载体。在本实施例中，141和143通过导线相连构成托盘中的能量接收、转换及发光电路，143所发出的光通过145传导并在隔板表面均匀射出。142和144一起构成该托盘的结构主体，其内部包含141、143、145等部件。根据不同的制作工艺，这两部分也可以而作为整体存在。定位结构146位于142上，用于安装磁芯141。定位结构147位于142上，用于保证图1中托盘A与支持部分B之间的安装精度，该精度的提高有利于提高所述无线供电系统的耦合效率。同时，结构146与结构147之间与支撑结构B相应结构之间一一对应；

在图15所示的支持部分的结构中，151为该支持部分的盖板，其可以依据具体情况而存在；152为发射器的控制电路板；153为发射单元，其包括罐型磁芯及发射线圈；154为该支持部分的主体；其中：152与外部电源相连，152和153通过导线相连，构成发射器；154为支持部分的主体，其上有相应的特征来固定发射部分153；155为154上的定位结构；在工作状态中，将托盘装配在支持部分上后，通过155与图14中的157这两个定位结构来保证两者之间的装配精度，进而保证工作状态下发射、接收器中相应线圈的精确对应，其装配精度越高，则发射器和接收器之间的耦合效率越高。

图16中示出了支持部分中的发射器与托盘中的接收器在工作状态时的一一对应关系。

图17为具体一款300×300mm无线传输隔板示例，其中：

a，b为300×300mm的隔板示意图，左侧条状结构内置发射器，右侧方形隔板内置接收器和照明电路；

c为罐型磁芯工作原理图；

d，e，f为该隔板工作时的照片，从中可以看到，该设计可以实现均匀的双面发光，达到较好的照明效果。

总之，针对传统冰箱中照明存在暗区盲角的缺陷，本实用新型的发明人发明了一种以无线供电方式，通过微结构来实现双面均匀发光的以及同时能够承重的照明隔板。具体而言：

本实用新型根据电磁感应的原理，使用无线传送接受能量的形式，利用线圈耦合给工作电路供电驱动光源，其中罐型磁芯的应用大大提高了耦合效率；

由于电磁波可以在空间传播的特性，该隔板可以在一定范围能自由移动而不必受到传统电源线的束缚；

通过对LED自身的研究和排列，利用其电子特性组成的桥式整流电路不需要传统的交直流转换电路；

经过光学、机械设计，设计了多种光学解决方案，其中使用激光等先进加工工艺或者反光膜等原材料，可以在玻璃隔板上实现微观结构，从而使普通的玻璃隔板变成了既能承重又能双面发光的照明隔板；

在玻璃板上用激光加工微结构时，所实现的“微炸裂”较现有专利能更高好的提高玻璃板作为导光板的光学性能，而且对玻璃自身的机械强度影响很小；

由于无外露的金属接头供电，该照明隔板可以做到完全密封以保护电子元器件来抵御冰箱中低温潮湿的环境。

可以理解，上述描述的实施例仅用于描述而非限制本实用新型，本领域技术人员可以理解，可以对本实用新型进行修改和变形，只要不偏离本实用新型的精神和范围。上述的修改和变形被认为是本实用新型和所附权利要求的范围。本实用新型的保护范围由所附的权利要求所限定。此外，权利要求中的任何附图标记不应被理解为对本实用新型的限制。动词“包括”和其变形不排除出现权利要求中声明以外的其他的元件或步骤。在元件或步骤之前的不定冠词“一”不排除出现多个这样的元件或步骤。

Claims (19)

1.一种无线供电的照明隔板，包括：

平板，其由坚硬透明的物质形成；

支架，其对所述平板提供物理支持；以及

电子部分，其包括无线供电系统和设置在所述平板中的照明电路，所述无线供电系统包括发射器和接收器，所述发射器与外界电源连接，所述接收器与所述照明电路连接；

其特征在于，所述发射器以无线方式将能量传递给所述接收器，以便为所述照明电路供电。

2.根据权利要求1所述的照明隔板，其特征在于，所述发射器包括发射线圈，所述接收器包括接收线圈。

3.根据权利要求2所述的照明隔板，其特征在于，所述发射线圈和接收线圈各自被装设在罐型磁芯上。

4.根据权利要求3所述的照明隔板，其特征在于，所述发射线圈所在的罐型磁芯和所述接收线圈的罐型磁芯被配置成彼此相邻。

5.根据权利要求1所述的照明隔板，其特征在于，所述照明电路包括由发光二极管组成的桥式整流电路。

6.根据权利要求1所述的照明隔板，其特征在于，所述发射器被设置在所述支架之中，且所述接收器被设置在所述平板之中。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的照明隔板，其特征在于，该平板表面和/或内部设置有多个光学微结构，使得从所述照明电路发出的光在所述多个光学微结构处射出，以在整个所述照明隔板周围实现均匀的照明。

8.根据权利要求7所述的照明隔板，其特征在于，所述光学微结构包括在平板上表面和/或下表面形成的形状不规则的多面体凹陷。

9.根据权利要求7所述的照明隔板，其特征在于，所述光学微结构包括在平板内部形成的形状不规则的多面体凹陷。

10.根据权利要求8所述的照明隔板，其特征在于，所述多面体凹陷是通过激光聚焦在所述平板表面产生微炸裂形成的。

11.根据权利要求9所述的照明隔板，其特征在于，所述多面体凹陷是通过激光聚焦在所述平板内部产生微炸裂形成的。

12.根据权利要求7所述的照明隔板，其特征在于，所述光学微结构包括在平板内部设置的气泡或反光物质。

13.根据权利要求7所述的照明隔板，其特征在于，所述平板由两层玻璃组成，该两层玻璃之间存在内部空间，所述光学微结构包括贴在所述内部空间的上表面和下表面上的增强型镜面反射膜之间的微孔。

14.根据权利要求7所述的照明隔板，其特征在于，所述平板由两层玻璃组成，该两层玻璃之间存在导光胶，所述光学微结构包括形成在所述导光胶的上表面和/或下表面上的微孔。

15.根据权利要求7所述的照明隔板，其特征在于，所述平板由两层玻璃组成，该两层玻璃之间存在导光板，所述光学微结构包括形成在所述导光板的上表面和/或下表面上的微孔。

16.根据权利要求6所述的照明隔板，其特征在于，所述发射器被密封在所述支架之中，所述接收器和所述照明电路被密封在所述平板之中。

17.根据权利要求1所述的照明隔板，其特征在于，所述平板能在所述支架上前后移动。

18.根据权利要求1所述的照明隔板，其特征在于，该照明隔板被用作冰箱或冰柜中的隔板。

19.根据权利要求18所述的照明隔板，其特征在于，该外界电源是冰箱或冰柜中的直流电压。

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